JPH07272740A - Control device for fuel cell system - Google Patents

Control device for fuel cell system

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Publication number
JPH07272740A
JPH07272740A JP6060740A JP6074094A JPH07272740A JP H07272740 A JPH07272740 A JP H07272740A JP 6060740 A JP6060740 A JP 6060740A JP 6074094 A JP6074094 A JP 6074094A JP H07272740 A JPH07272740 A JP H07272740A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
valve
hydrogen
air
closing
Prior art date
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Pending
Application number
JP6060740A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hajime Yamane
肇 山根
Shogo Watanabe
正五 渡辺
Yasuaki Hasegawa
泰明 長谷川
Yoshihiro Kiriki
義博 桐木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP6060740A priority Critical patent/JPH07272740A/en
Publication of JPH07272740A publication Critical patent/JPH07272740A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PURPOSE:To provide a control device for a fuel cell system formed so as to suppress generation of a pressure difference between both electrodes after an operation is stopped in a high polymer electrolytic fuel cell generating power by receiving supply of oxygen or air and hydrogen. CONSTITUTION:A system A, generating power by receiving supply of oxygen and hydrogen, has an inert gas cylinder 40 of nitrogen or the like. When an operation is stopped, reaction gas supplying opening/closing valves 6, 19 are both closed, to stop supply of reaction gas relating to a fuel cell 1. Thereafter, an inert gas supplying opening/closing valve 46 and exhaust use opening/closing valves 14, 25 are immediately opened for a fixed time, to substitute inert gas for the reaction gas in the fuel cell 1. Thus in the fuel cell 1, its power generation is stopped simultaneously with its operation stopped.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池システムの制
御装置に関し、より詳しくは、水素と、酸素又は空気と
を反応させることにより発電する固体高分子電解質型燃
料電池を組み込んだシステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for a fuel cell system, and more particularly to a system incorporating a solid polymer electrolyte fuel cell for generating electric power by reacting hydrogen with oxygen or air.

【0002】[0002]

【従来の技術】近時の環境問題すなわち大気汚染に対し
て電気自動車が注目され、蓄電池を搭載した電気自動車
にあっては既に実用化の段階に入っている。しかし、蓄
電池式車両は、電池の蓄電能力との関係で走行距離が比
較的短く、また充電時間が長い等の解決に困難な問題を
有しているため、これを解消し得る電気自動車として燃
料電池式車両の出現が待たれている(特開平2ー168
803号公報参照)。
2. Description of the Related Art Recently, electric vehicles have been drawing attention to environmental problems, that is, air pollution, and electric vehicles equipped with a storage battery have already been put into practical use. However, battery-powered vehicles have difficult problems to solve, such as a relatively short mileage and a long charging time due to the storage capacity of the battery. The advent of battery-powered vehicles is awaited (Japanese Patent Laid-Open No. 2-168).
803).

【0003】燃料電池のなかには、米国特許第 4,988,5
83号明細書に見られるように、水素と、酸素又は空気と
を反応させることにより発電する固体高分子電解質型燃
料電池(PEFC)が知られており、自動車用燃料電池
の今後の展開を考えると、液状電解質の流出を回避でき
る点から固体高分子電解質型燃料電池の採用が望ましい
と考えられる。
Some fuel cells include US Pat. No. 4,988,5.
As seen in Japanese Patent No. 83, a solid polymer electrolyte fuel cell (PEFC) that generates electric power by reacting hydrogen with oxygen or air is known, and future development of fuel cells for automobiles is considered. Therefore, it is considered desirable to use a solid polymer electrolyte fuel cell because the outflow of the liquid electrolyte can be avoided.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料電池を
運転停止すべく、反応ガスの供給を停止したとしても、
燃料電池内に残留する反応ガスによって発電が持続され
る。ここに、水素と、酸素又は空気との反応により発電
する固体高分子電解質型燃料電池の場合、全体としての
反応式は、1モルのH2 と 1/2モルのO2 とが反応して
1モルのH2O を生成する関係にある。このことから、運
転停止後、燃料電池内に残留する水素は、酸素又は空気
に比べて、その消費量が大きく、このため、燃料極側が
相対的に大きく圧力低下して、電解質層を挟む燃料極側
と酸化剤極側との間に大きな圧力差が発生してしまうと
いう問題がある。この問題つまり運転停止後の両極間に
発生する圧力差は、電解質膜等の電池構成要素の性能劣
化を引き起こす原因となる恐れがある。
By the way, even if the supply of the reaction gas is stopped in order to stop the operation of the fuel cell,
Power generation is sustained by the reaction gas remaining in the fuel cell. Here, in the case of a solid polymer electrolyte fuel cell that generates electricity by the reaction of hydrogen and oxygen or air, the reaction formula as a whole is that 1 mol of H 2 and 1/2 mol of O 2 react with each other. It is in a relationship to generate 1 mol of H 2 O. Therefore, after the operation is stopped, hydrogen remaining in the fuel cell consumes a larger amount than oxygen or air. Therefore, the pressure on the fuel electrode side relatively decreases significantly, and the fuel that sandwiches the electrolyte layer is reduced. There is a problem that a large pressure difference occurs between the electrode side and the oxidant electrode side. This problem, that is, the pressure difference generated between the two electrodes after the operation is stopped, may cause the performance deterioration of battery components such as the electrolyte membrane.

【0005】そこで、本発明の目的は、酸素又は空気と
水素との供給を受けて発電する固体高分子電解質型燃料
電池における運転停止後の両極間の圧力差の発生を抑え
るようにした燃料電池システムの制御装置を提供するこ
とにある。
Therefore, an object of the present invention is to prevent the generation of a pressure difference between the two electrodes after the operation is stopped in a solid polymer electrolyte fuel cell which is supplied with oxygen or air and hydrogen to generate electric power. To provide a control device for the system.

【0006】[0006]

【課題を達成するための手段】かかる技術的課題を達成
すべく、第1の発明にあっては、水素と酸素とからなる
反応ガスの供給を受けて発電する固体高分子電解質型燃
料電池システムを前提として、燃料電池の反応ガス供給
系に設けられて、燃料電池に対する反応ガスの供給を開
閉する第1開閉弁と、燃料電池から吐出された余剰反応
ガスを系外に放出する排気管に設けられた第2開閉弁
と、前記燃料電池の反応ガス供給系に付設された不活性
ガス源と、該不活性ガス源に貯蔵された不活性ガスの前
記燃料電池に対する供給を開閉する第3開閉弁と、前記
燃料電池の運転を停止するときに、前記第1開閉弁と閉
弁させる共に、前記第2開閉弁および第3開閉弁を、所
定時間、開弁させて、燃料電池内の反応ガスを不活性ガ
スで置換させる制御手段とを有する構成としてある。
In order to achieve such a technical object, in the first invention, a solid polymer electrolyte fuel cell system for generating electric power by supplying a reaction gas composed of hydrogen and oxygen. As a premise, a first opening / closing valve provided in the reaction gas supply system of the fuel cell to open / close the supply of the reaction gas to the fuel cell and an exhaust pipe for discharging the excess reaction gas discharged from the fuel cell to the outside of the system. A second on-off valve provided, an inert gas source attached to the reaction gas supply system of the fuel cell, and a third opening and closing supply of the inert gas stored in the inert gas source to the fuel cell When the operation of the on-off valve and the fuel cell is stopped, the first on-off valve is closed, and the second on-off valve and the third on-off valve are opened for a predetermined time so that the inside of the fuel cell is closed. Control to replace the reaction gas with an inert gas It is constituted and a stage.

【0007】また第2の発明にあっては、水素と空気の
供給を受けて発電する固体高分子電解質型燃料電池シス
テムを前提として、燃料電池の空気供給系に設けられ
て、燃料電池に対する空気の供給を開閉する第1開閉弁
と、前記燃料電池の空気供給系に付設され、該燃料電池
から吐出された反応済空気を貯蔵する貯蔵手段と、該貯
蔵手段に蓄えられた反応済空気の前記燃料電池に対する
供給を開閉する第2開閉弁と、前記燃料電池の運転を停
止するときに、前記第1開閉弁と閉弁させる共に、前記
第2開閉弁開弁させて、燃料電池内の反応ガスを反応済
空気で置換させる制御手段とを有する構成としてある。
Further, in the second aspect of the invention, the solid polymer electrolyte fuel cell system which receives the supply of hydrogen and air to generate electric power is premised, and the solid polymer electrolyte fuel cell system is provided in the air supply system of the fuel cell to provide air to the fuel cell. A first opening / closing valve that opens and closes the supply of the fuel cell, a storage unit that is attached to the air supply system of the fuel cell and stores the reacted air discharged from the fuel cell, and the reacted air that is stored in the storage unit. A second opening / closing valve for opening and closing the supply to the fuel cell; and a second opening / closing valve for closing the first opening / closing valve and a second opening / closing valve for stopping the operation of the fuel cell. And a control means for replacing the reaction gas with the reacted air.

【0008】また、第3の発明にあっては、水素と酸素
の供給を受けて発電する固体高分子電解質型燃料電池シ
ステムを前提として、燃料電池に水素を供給する水素供
給系に設けられた第1の開閉弁と、前記燃料電池から吐
出された水素を前記水素供給系に戻す水素還流系に設け
られた第2の開閉弁と、前記燃料電池に酸素を供給する
酸素供給系に設けられた第3の開閉弁と、前記燃料電池
から吐出された酸素を前記酸素供給系に戻す酸素還流系
に設けられた第4の開閉弁と、前記燃料電池の運転を停
止するときに、前記第1乃至第4の開閉弁を閉弁させる
制御手段とを有し、前記第1乃至第4の開閉弁は、これ
ら第1乃至第4の開閉弁を閉弁したときに、前記第1の
開閉弁から前記第2の開閉弁までの間に残留する水素の
当量と、前記第3の開閉弁から前記第4の開閉弁までの
間に残留する酸素の当量がほぼ等しくなるように、その
取付け位置が設定されている構成としてある。
Further, according to the third aspect of the invention, the solid polymer electrolyte fuel cell system which receives the supply of hydrogen and oxygen to generate electric power is premised on the hydrogen supply system for supplying hydrogen to the fuel cell. A first on-off valve, a second on-off valve provided in a hydrogen recirculation system that returns hydrogen discharged from the fuel cell to the hydrogen supply system, and an oxygen supply system that supplies oxygen to the fuel cell. A third opening / closing valve, a fourth opening / closing valve provided in an oxygen recirculation system that returns oxygen discharged from the fuel cell to the oxygen supply system, and the third opening / closing valve when the operation of the fuel cell is stopped. Control means for closing the first to fourth opening / closing valves, wherein the first to fourth opening / closing valves are the first opening / closing valves when the first to fourth opening / closing valves are closed. The equivalent of hydrogen remaining between the valve and the second on-off valve, and the third As equivalent of oxygen remaining in between the opening and closing valve to the fourth on-off valve are substantially equal, it is constituted that the mounting position is set.

【0009】また、第4の発明にあっては、水素と空気
の供給を受けて発電する固体高分子電解質型燃料電池シ
ステムを前提として、燃料電池に水素を供給する水素供
給系に設けられた第1の開閉弁と、前記燃料電池から吐
出された水素を前記水素供給系に戻す水素還流系に設け
られた第2の開閉弁と、前記燃料電池に空気を供給する
空気供給系に設けられた第3の開閉弁と、前記燃料電池
から吐出された反応済空気を系外に放出する排気系に設
けられた第4の開閉弁と、前記燃料電池の運転を停止す
るときに、前記第1乃至第4の開閉弁を閉弁させる制御
手段とを有し、前記第1乃至第4の開閉弁は、これら第
1乃至第4の開閉弁を閉弁したときに、前記第1の開閉
弁から前記第2の開閉弁までの間に残留する水素の体積
と、前記第3の開閉弁から前記第4の開閉弁までの間に
残留する空気の体積とが、同一圧力に換算したときに、
ほぼ等しい又は空気の体積が相対的に小さくなるよう
に、その取付け位置が設定されている構成としてある。
Further, according to the fourth aspect of the invention, the solid polymer electrolyte fuel cell system which receives the supply of hydrogen and air to generate electric power is premised on the hydrogen supply system for supplying hydrogen to the fuel cell. A first on-off valve, a second on-off valve provided in a hydrogen recirculation system that returns hydrogen discharged from the fuel cell to the hydrogen supply system, and an air supply system that supplies air to the fuel cell. A third opening / closing valve, a fourth opening / closing valve provided in an exhaust system for discharging the reacted air discharged from the fuel cell to the outside of the system, and the third opening / closing valve when the operation of the fuel cell is stopped. Control means for closing the first to fourth opening / closing valves, wherein the first to fourth opening / closing valves are the first opening / closing valves when the first to fourth opening / closing valves are closed. The volume of hydrogen remaining between the valve and the second on-off valve and the third opening valve. When the volume of air remaining between the valve to the fourth on-off valve, in terms of the same pressure,
The mounting positions are set so that they are substantially equal or the volume of air becomes relatively small.

【0010】また、第5の発明にあっては、水素と空気
の供給を受けて発電する固体高分子電解質型燃料電池シ
ステムを前提として、燃料電池に水素を供給する水素供
給系に設けられた第1の開閉弁と、前記燃料電池から吐
出された水素を前記水素供給系に戻す水素還流系に設け
られた第2の開閉弁と、前記燃料電池に空気を供給する
空気供給系に設けられた第3の開閉弁と、前記燃料電池
から吐出された反応済空気を系外に放出する排気系に設
けられた圧力調整弁と、前記燃料電池の水素側圧力を検
出する第1圧力センサと、前記燃料電池の空気側圧力を
検出する第2圧力センサと、前記燃料電池の運転を停止
するときに、前記第1乃至第3の開閉弁を閉弁させる第
1制御手段と、前記燃料電池の運転を停止したときに、
前記第1および第2の圧力センサからの信号を受け、前
記燃料電池の水素側圧力と空気側圧力とがほぼ等しくな
るように、前記圧力調整弁を制御する第2制御手段とを
有する構成としてある。
Further, in the fifth aspect of the invention, the solid polymer electrolyte fuel cell system which receives the supply of hydrogen and air to generate electric power is premised on the hydrogen supply system for supplying hydrogen to the fuel cell. A first on-off valve, a second on-off valve provided in a hydrogen recirculation system that returns hydrogen discharged from the fuel cell to the hydrogen supply system, and an air supply system that supplies air to the fuel cell. A third on-off valve, a pressure control valve provided in an exhaust system that discharges the reacted air discharged from the fuel cell to the outside of the system, and a first pressure sensor that detects the hydrogen side pressure of the fuel cell. A second pressure sensor for detecting an air side pressure of the fuel cell; first control means for closing the first to third opening / closing valves when the operation of the fuel cell is stopped; and the fuel cell When you stop driving
And a second control means for receiving the signals from the first and second pressure sensors and controlling the pressure regulating valve so that the hydrogen side pressure and the air side pressure of the fuel cell become substantially equal. is there.

【0011】[0011]

【作用】第1の発明によれば、燃料電池の運転停止に伴
って、燃料電池内の反応ガスが不活性ガスに置換される
ため、燃料電池は直ちに発電を停止することになる。し
たがって、燃料電池の両極間に大きな圧力差を生じるこ
とはない。
According to the first aspect of the invention, the reaction gas in the fuel cell is replaced with the inert gas when the operation of the fuel cell is stopped, so that the fuel cell immediately stops power generation. Therefore, a large pressure difference does not occur between the two electrodes of the fuel cell.

【0012】第2の発明によれば、燃料電池の運転停止
に伴って、燃料電池内の空気が反応済空気に置換される
ため、燃料電池内に残留する水素を全て消費し尽くすこ
となく、反応済空気に含まれる僅かな量の酸素が消費さ
れると、燃料電池は発電を止めることになる。したがっ
て、燃料電池の両極間に大きな圧力差を生じることはな
い。
According to the second aspect of the invention, the air in the fuel cell is replaced with the reacted air when the operation of the fuel cell is stopped, so that the hydrogen remaining in the fuel cell is not completely consumed. When a small amount of oxygen contained in the reacted air is consumed, the fuel cell will stop generating electricity. Therefore, a large pressure difference does not occur between the two electrodes of the fuel cell.

【0013】第3の発明によれば、燃料電池の運転停止
後、燃料電池が消費することのできる水素と酸素との当
量比がほぼ等しいくなるため、これら反応ガスが全て消
費し尽くされて発電が終わったとしても、両極の圧力低
下が等しいため、両極間に大きな圧力差を生じることは
ない。
According to the third invention, after the operation of the fuel cell is stopped, the equivalence ratios of hydrogen and oxygen that can be consumed by the fuel cell become almost equal, so that all of these reaction gases are consumed. Even if the power generation ends, the pressure drops at both poles are equal, so there is no large pressure difference between the poles.

【0014】第4の発明によれば、燃料電池の運転停止
後、燃料電池が消費することのできる水素の当量と酸素
の当量とがほぼ等しくなるため、これら反応ガスが全て
消費し尽くされて発電が終わったとしても、両極の圧力
低下は等しく、したがって両極間に大きな圧力差を生じ
ることはない。
According to the fourth aspect of the invention, after the operation of the fuel cell is stopped, the hydrogen equivalent and the oxygen equivalent that can be consumed by the fuel cell become substantially equal, so that these reaction gases are completely consumed. Even if the power generation ends, the pressure drops at both poles are equal, and therefore a large pressure difference does not occur between the poles.

【0015】第5の発明によれば、燃料電池の運転停止
後、燃料電池が消費することのできる水素と空気との間
で量的な差異があったとしても、反応済空気を系外に放
出する排気系に設けた圧力調整弁によって、両極間の圧
力差がほぼ零となるように圧力調整されるため、両極間
に大きな圧力差を生じることはない。空気を酸化剤とし
て使用する燃料電池にあっては、空気に多くの窒素が含
まれているため、燃料電池の運転停止後、空気側圧力が
水素側圧力に比べて相対的に大きくなり易いため、特に
効果的である。
According to the fifth aspect of the invention, after the operation of the fuel cell is stopped, even if there is a quantitative difference between hydrogen and air that can be consumed by the fuel cell, the reacted air is taken out of the system. The pressure is adjusted by the pressure adjusting valve provided in the discharging exhaust system so that the pressure difference between the two electrodes becomes substantially zero, so that a large pressure difference does not occur between the two electrodes. In a fuel cell that uses air as an oxidant, since the air contains a large amount of nitrogen, the pressure on the air side tends to be relatively higher than the pressure on the hydrogen side after the operation of the fuel cell is stopped. , Especially effective.

【0016】[0016]

【実施例】以下に、添付した図面に基づいて本発明の実
施例を説明する。第1実施例(図1) 図1は、酸化剤として酸素を用いた燃料電池システムA
の概略を示し、同図中、符号1は、車両搭載用つまり移
動用の燃料電池である。燃料電池1は、水素イオン伝導
体を用いた低温動作型つまり100℃以下で動作する固
体電解質型燃料電池で構成されている。燃料電池1はポ
ート1a〜1fを有し、これらポートのうち、対をなす
ポート1a、1bは水素ガス系L1に接続され、ポート
1aから燃料としての水素ガスが導入され、余剰水素が
ポート1bから排出される。また、対をなすポート1
c、1dは酸素系L2に接続され、ポート1cから酸化
剤としての酸素が導入され、反応水を含む余剰酸素がポ
ート1dから排出される。また、対をなすポート1e、
1fは温調水循環系L3に接続され、ポート1eから冷
却用及び加湿用の純水が導入され、ポート1fから排出
される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First Embodiment (FIG. 1) FIG . 1 shows a fuel cell system A using oxygen as an oxidant.
In the figure, reference numeral 1 is a fuel cell for vehicle mounting, that is, for moving. The fuel cell 1 is composed of a low temperature operating type using a hydrogen ion conductor, that is, a solid oxide fuel cell operating at 100 ° C. or lower. The fuel cell 1 has ports 1a to 1f. Of these ports, the paired ports 1a and 1b are connected to the hydrogen gas system L1, hydrogen gas as a fuel is introduced from the port 1a, and excess hydrogen is supplied to the port 1b. Emitted from. Also, paired port 1
c and 1d are connected to the oxygen system L2, oxygen as an oxidant is introduced from the port 1c, and excess oxygen containing reaction water is discharged from the port 1d. In addition, the paired port 1e,
1f is connected to the temperature-controlled water circulation system L3, and pure water for cooling and humidification is introduced from the port 1e and discharged from the port 1f.

【0017】水素ガス系L1は、水素ガス源としての水
素吸蔵合金2を有する。水素吸蔵合金2と水素導入ポー
ト1aとは水素供給管4を介して連結され、この供給管
4には、水素吸蔵合金2側から燃料電池1側に向けて、
順に、減圧弁5、ソレノイド式開閉弁6が介装されてい
る。水素排出ポート1bは、水素排出管8を介して気/
液分離器9に連結され、排出管8には逆止弁10が介装
されて、この逆止弁10により分離器9側から燃料電池
1側への逆流が禁止される。また、水素ガス系L1は、
分離器9で分離された水素ガスを供給管4に戻す水素還
流管11を有する。すなわち、還流管11は、その上流
端が分離器9に接続され、下流端が水素供給管4に接続
されている。より詳しくは、還流管11の下流端は、供
給管4の開閉弁6よりも下流側部分に接続されており、
この水素還流管11には逆止弁12が介装されて、この
逆止弁12により、供給管4側から分離器9に向けての
逆流が禁止される。水素還流管11には、また、排気管
13が接続され、排気管13には、ソレノイド式開閉弁
14および消音器15が設けられている。
The hydrogen gas system L1 has a hydrogen storage alloy 2 as a hydrogen gas source. The hydrogen storage alloy 2 and the hydrogen introduction port 1a are connected to each other via a hydrogen supply pipe 4, and the supply pipe 4 extends from the hydrogen storage alloy 2 side toward the fuel cell 1 side.
A pressure reducing valve 5 and a solenoid type on-off valve 6 are provided in this order. The hydrogen discharge port 1b is connected to the
A check valve 10 is connected to the liquid separator 9, and a check valve 10 is provided in the discharge pipe 8. The check valve 10 prevents a backflow from the separator 9 side to the fuel cell 1 side. Further, the hydrogen gas system L1 is
It has a hydrogen reflux pipe 11 for returning the hydrogen gas separated by the separator 9 to the supply pipe 4. That is, the reflux pipe 11 has its upstream end connected to the separator 9 and its downstream end connected to the hydrogen supply pipe 4. More specifically, the downstream end of the return pipe 11 is connected to a portion of the supply pipe 4 downstream of the on-off valve 6,
A check valve 12 is interposed in the hydrogen reflux pipe 11, and the check valve 12 prohibits the backflow from the supply pipe 4 side to the separator 9. An exhaust pipe 13 is also connected to the hydrogen recirculation pipe 11, and the exhaust pipe 13 is provided with a solenoid type on-off valve 14 and a silencer 15.

【0018】酸素系L2は、酸素ガス源としての酸素ボ
ンベ16を有する。酸素ボンベ16と酸素導入ポート1
cとは酸素供給管17を介して連結され、この供給管1
7には、酸素ボンベ16側から燃料電池1側に向けて、
順に、減圧弁18、ソレノイド式開閉弁19が介装され
ている。酸素排出ポート1dは、酸素排出管20を介し
て凝縮器21に連結され、ポート1dから吐出された余
剰酸素は、凝縮器21によって、その含有水分(燃料電
池1の反応生成水)が取り除かれる。また、酸素系L2
は、凝縮器21で分離された酸素を酸素供給管17に戻
す酸素還流管22を有する。すなわち、酸素還流管22
は、その上流端が凝縮器21に接続され、下流端が酸素
供給管17に接続されている。より詳しくは、酸素還流
管22の下流端は、供給管17の開閉弁19よりも下流
側部分に接続されており、この酸素還流管22には逆止
弁23が介装されて、この逆止弁23により、供給管1
7側から分離器21への逆流が禁止される。酸素還流管
22には、また、排気管24が接続され、排気管24に
は、ソレノイド式開閉弁25および消音器26が設けら
れている。他方、凝縮器21で分離された水分は配管2
7を通って貯水タンク28に蓄えられる。
The oxygen system L2 has an oxygen cylinder 16 as an oxygen gas source. Oxygen cylinder 16 and oxygen introduction port 1
c is connected via an oxygen supply pipe 17, and this supply pipe 1
7, from the oxygen cylinder 16 side toward the fuel cell 1 side,
A pressure reducing valve 18 and a solenoid type on-off valve 19 are provided in this order. The oxygen discharge port 1d is connected to the condenser 21 via the oxygen discharge pipe 20, and the excess oxygen discharged from the port 1d is removed by the condenser 21 from the water content (reaction product water of the fuel cell 1). . Also, oxygen system L2
Has an oxygen reflux pipe 22 for returning the oxygen separated by the condenser 21 to the oxygen supply pipe 17. That is, the oxygen reflux pipe 22
Has an upstream end connected to the condenser 21 and a downstream end connected to the oxygen supply pipe 17. More specifically, the downstream end of the oxygen return pipe 22 is connected to a portion of the supply pipe 17 on the downstream side of the opening / closing valve 19, and the oxygen return pipe 22 is provided with a check valve 23. By the stop valve 23, the supply pipe 1
Backflow from the 7 side to the separator 21 is prohibited. An exhaust pipe 24 is also connected to the oxygen recirculation pipe 22, and the exhaust pipe 24 is provided with a solenoid type on-off valve 25 and a silencer 26. On the other hand, the water separated in the condenser 21 is the pipe 2
It is stored in the water storage tank 28 through 7.

【0019】温調水循環系L3は、貯水タンク28と水
導入ポート1eとに接続された水供給管29と、貯水タ
ンク28と排水ポート1fとに接続された還流管30と
を有する。水供給管29には、貯水タンク28から燃料
電池1に向けて、順に、ポンプ31、3方形弁32、ラ
ジエータ33が介装され、ラジエータ33には電動ファ
ン34が付設されている。水供給管29には、また、ラ
ジエータ33をバイパスするバイパス管35が設けられ
ている。温調水循環系L3の流路は、3方形弁32の切
り換えによって、ラジエータ33を通過する態様と、ラ
ジエータ33をバイパスしてバイパス管35を通る態様
とに選択的に変更され、適当な温度に調整された温調水
は、燃料電池1に供給されて、燃料電池1の温度調節お
よび反応ガスの加湿に用いられる。
The temperature-controlled water circulation system L3 has a water supply pipe 29 connected to the water storage tank 28 and the water introduction port 1e, and a return pipe 30 connected to the water storage tank 28 and the drainage port 1f. In the water supply pipe 29, a pump 31, a three-way valve 32, and a radiator 33 are provided in this order from the water storage tank 28 toward the fuel cell 1, and the radiator 33 is provided with an electric fan 34. The water supply pipe 29 is also provided with a bypass pipe 35 that bypasses the radiator 33. The flow path of the temperature control water circulation system L3 is selectively changed to a mode of passing through the radiator 33 and a mode of bypassing the radiator 33 and passing through the bypass pipe 35 by switching the three-way valve 32, so that an appropriate temperature is obtained. The adjusted temperature-controlled water is supplied to the fuel cell 1 and used to adjust the temperature of the fuel cell 1 and humidify the reaction gas.

【0020】燃料電池システムAは不活性ガス系L4を
含み、不活性ガス系L4は、窒素ガス等の不活性ガスを
貯蔵したボンベ40を有する。不活性ガスボンベ40に
は、共通導管41が接続され、この共通導管41から第
1分岐管42と第2分岐管43とに二股に分岐されて、
第1分岐管42は酸素系L2(酸素供給管17)に接続
され、第2分岐管43は水素系L1(水素供給管4)に
接続されている。より具体的に説明すると、第1分岐管
42は、酸素系L2における開閉弁19の直下流部分に
接続され、第2分岐管43は、水素系L1における開閉
弁6の直下流部分に接続されている。上述した共通導管
41には、減圧弁45、ソレノイド式開閉弁46が設け
られている。また、第1分岐管42、第2分岐管43に
は、夫々、逆止弁47、48が設けられ、酸素系L2お
よび水素系L1側からボンベ40に向けての逆流が禁止
される。
The fuel cell system A includes an inert gas system L4, and the inert gas system L4 has a cylinder 40 which stores an inert gas such as nitrogen gas. A common conduit 41 is connected to the inert gas cylinder 40, and the common conduit 41 is bifurcated into a first branch pipe 42 and a second branch pipe 43.
The first branch pipe 42 is connected to the oxygen system L2 (oxygen supply pipe 17), and the second branch pipe 43 is connected to the hydrogen system L1 (hydrogen supply pipe 4). More specifically, the first branch pipe 42 is connected to a portion immediately downstream of the on-off valve 19 in the oxygen system L2, and the second branch pipe 43 is connected to a portion immediately downstream of the on-off valve 6 in the hydrogen system L1. ing. The common conduit 41 described above is provided with a pressure reducing valve 45 and a solenoid type on-off valve 46. Further, check valves 47 and 48 are provided in the first branch pipe 42 and the second branch pipe 43, respectively, to prevent backflow from the oxygen system L2 and hydrogen system L1 sides toward the cylinder 40.

【0021】燃料電池システムAは、図外の制御ユニッ
トによって統合的に制御される。本実施例における制御
の内容を説明すると、運転時には、水素系L1の開閉弁
6と酸素系L2の開閉弁19とが共に開かれて、燃料電
池1に対して反応ガスの供給が行われ、その発電が行わ
れる。この運転時には、排気管13、24の開閉弁1
4、25は共に閉じられている。他方、燃料電池1の運
転停止時には、先ず、反応ガス供給用開閉弁6、19が
共に閉じられて、燃料電池1に対する反応ガスの供給が
停止され、その後直ちに不活性ガス供給用開閉弁46お
よび排気用開閉弁14、25が、一定時間、開弁され
る。
The fuel cell system A is integrally controlled by a control unit (not shown). To explain the content of the control in this embodiment, at the time of operation, the on-off valve 6 of the hydrogen system L1 and the on-off valve 19 of the oxygen system L2 are both opened to supply the reaction gas to the fuel cell 1. The power is generated. During this operation, the on-off valve 1 of the exhaust pipes 13 and 24
Both 4 and 25 are closed. On the other hand, when the operation of the fuel cell 1 is stopped, first, the reaction gas supply on-off valves 6 and 19 are both closed to stop the supply of the reaction gas to the fuel cell 1, and immediately thereafter the inert gas supply on-off valve 46 and The exhaust on-off valves 14 and 25 are opened for a fixed time.

【0022】以上の制御により、運転停止時には、反応
ガスに代わって不活性ガスが燃料電池1に供給され、こ
れにより燃料電池1内に残留している反応ガスは不活性
ガスで置換されることになる。そして、不活性ガスで置
換された反応ガスは、排気管13、24を通って系外に
放出される。このように、運転停止に伴って燃料電池1
内の反応ガスが直ちに不活性ガスで置換されることによ
り、燃料電池1は直ちにその反応を停止することにな
り、運転停止に伴う燃料電池1内での圧力低下を防止す
ることができる。
By the above control, when the operation is stopped, the inert gas is supplied to the fuel cell 1 in place of the reaction gas, whereby the reaction gas remaining in the fuel cell 1 is replaced with the inert gas. become. Then, the reaction gas replaced with the inert gas is discharged to the outside of the system through the exhaust pipes 13 and 24. Thus, the fuel cell 1
Since the reaction gas therein is immediately replaced with the inert gas, the fuel cell 1 immediately stops its reaction, and the pressure drop in the fuel cell 1 due to the stop of operation can be prevented.

【0023】尚、上述した燃料電池システムAでは、第
1、第2の分岐管42、43を介して水素系L1および
酸素系L2に不活性ガスを供給するようにしたが、運転
停止に伴う不活性ガスの供給は、水素系L1あるいは酸
素系L2のいずれか一方に行ってもよく、酸素系L2だ
けに不活性ガスを供給するようにしたときには、換言す
れば燃料電池1内の酸素だけを不活性ガスで置換するよ
うにしたときには、燃料である水素を排気管13を通じ
て系外に放出しないことになるため、経済的な利点を有
する。
In the above-mentioned fuel cell system A, the inert gas is supplied to the hydrogen system L1 and the oxygen system L2 through the first and second branch pipes 42 and 43. The inert gas may be supplied to either the hydrogen system L1 or the oxygen system L2. When the inert gas is supplied only to the oxygen system L2, in other words, only the oxygen in the fuel cell 1 is supplied. When hydrogen is replaced with an inert gas, hydrogen, which is a fuel, is not released to the outside of the system through the exhaust pipe 13, which is economically advantageous.

【0024】第1実施例の変形例 図1において、水素ガス系L1に、水素供給管4の下流
端部つまり燃料電池1の近傍に圧力センサ50を設け、
燃料電池1の運転停止時には、第1実施例と同様に、先
ず、反応ガス供給用開閉弁6、19を共に閉じ、そし
て、燃料電池1内で残留ガスによる反応を暫く行わせた
後、圧力センサ50の圧力が所定圧を検出したときに、
不活性ガス供給用開閉弁46および排気用開閉弁14、
25を一定時間開弁するようにしてもよい。
Modification of First Embodiment In FIG. 1, a pressure sensor 50 is provided in the hydrogen gas system L1 at the downstream end of the hydrogen supply pipe 4, that is, in the vicinity of the fuel cell 1.
When the operation of the fuel cell 1 is stopped, first, as in the first embodiment, the reaction gas supply on-off valves 6 and 19 are both closed, and after the reaction by the residual gas is performed in the fuel cell 1 for a while, the pressure is reduced. When the pressure of the sensor 50 detects a predetermined pressure,
On-off valve for supplying inert gas 46 and on-off valve for exhausting 14,
25 may be opened for a certain period of time.

【0025】この制御によれば、系外に放出する水素ガ
スの量を少なくしながら、燃料電池1内を不活性ガスで
置換することにより、運転停止に伴う燃料電池1内での
圧力低下を防止することができる。図2以降の図面は、
本発明の他の実施例を示すもので、これら実施例におい
て、上記第1実施例と同一の要素には同一の参照符号を
付すことによりその説明を省略し、以下に、各実施例の
特徴部分を説明する。
According to this control, by replacing the inside of the fuel cell 1 with the inert gas while reducing the amount of hydrogen gas released to the outside of the system, the pressure drop in the fuel cell 1 due to the stop of the operation can be prevented. Can be prevented. 2 and subsequent drawings,
Other embodiments of the present invention will be described. In these embodiments, the same elements as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The features of each embodiment will be described below. The part will be explained.

【0026】第2実施例(図2) 第2図は、酸化剤として空気を用いた燃料電池システム
Bの概略を示す。システムBは、水素ガス系L1と、空
気系L5と、温調水循環系L3と、反応済ガス系L6と
で構成されている。水素ガス系L1は、排気管13、開
閉弁14、消音器15を有していない点を除けば、第1
実施例のものと同一の構成となっている。
Second Embodiment (FIG. 2) FIG. 2 schematically shows a fuel cell system B using air as an oxidant. The system B includes a hydrogen gas system L1, an air system L5, a temperature control water circulation system L3, and a reacted gas system L6. The hydrogen gas system L1 is the first except that it does not have the exhaust pipe 13, the on-off valve 14, and the silencer 15.
It has the same configuration as that of the embodiment.

【0027】空気系L5は、ポート1cに接続された空
気供給管51と、ポート1dに接続さた排気管52とを
有する。空気供給管51には、その上流端から燃料電池
1に向けて、順に、空気圧縮機53、圧力調整弁54、
3方形弁55が設けられ、圧縮機53は電動モータ56
により駆動される。他方、排気管52には、燃料電池1
から下流端に向けて、順に、凝縮器21、スロットル5
7、消音器58が設けられ、ポート1dから吐出された
余剰空気は、その含有水分を凝縮器21で取り除いた後
に大気に放出される。
The air system L5 has an air supply pipe 51 connected to the port 1c and an exhaust pipe 52 connected to the port 1d. In the air supply pipe 51, an air compressor 53, a pressure adjusting valve 54, and a pressure adjusting valve 54 in order from the upstream end toward the fuel cell 1.
A three-way valve 55 is provided, and the compressor 53 has an electric motor 56.
Driven by. On the other hand, in the exhaust pipe 52, the fuel cell 1
From the downstream end to the condenser 21 and the throttle 5 in that order.
7. A muffler 58 is provided, and excess air discharged from the port 1d is released to the atmosphere after removing the water content of the excess air by the condenser 21.

【0028】反応済ガス系L6は、ガス貯蔵タンク60
を有し、タンク60には、2つの配管62、63が接続
されている。第1の配管62は、その他端が空気系L5
の3方形弁55に接続され、第2の配管63は、その他
端が空気系L5の排気管52に接続されている。より具
体的には、第2の配管63は、排気管52における凝縮
器21とスロットル57との間に接続され、またこの第
2の配管63には逆止弁64が介装されている。これに
より、排気管52を通る反応済の空気は、その一部が第
2の配管63を通ってタンク60に送られ、このタンク
60内に貯蔵され、逆止弁64によって、タンク60側
から排気管52への逆流が禁止される。
The reacted gas system L6 is a gas storage tank 60.
The tank 60 is connected with two pipes 62 and 63. The other end of the first pipe 62 is an air system L5.
Of the second pipe 63, and the other end of the second pipe 63 is connected to the exhaust pipe 52 of the air system L5. More specifically, the second pipe 63 is connected between the condenser 21 and the throttle 57 in the exhaust pipe 52, and a check valve 64 is interposed in the second pipe 63. As a result, part of the reacted air that has passed through the exhaust pipe 52 is sent to the tank 60 through the second pipe 63 and is stored in this tank 60. From the tank 60 side by the check valve 64, Backflow to the exhaust pipe 52 is prohibited.

【0029】燃料電池システムBは、図外の制御ユニッ
トによって統合的に制御される。本実施例における制御
の内容を説明すると、運転時には、水素系L1の開閉弁
6が開かれて、燃料電池1に対して水素ガスの供給が行
われる。また、空気系L5は、3方形弁55によって、
空気圧縮機53と燃料電池1とを連通させる経路が開か
れて加圧空気が燃料電池1に供給され、これにより燃料
電池1の発電が行われる。燃料電池1(ポート1d)か
ら吐出される反応済空気は、その一部が第2の配管63
を通ってタンク60内に貯蔵される。他方、燃料電池1
の運転停止時には、水素系L1の開閉弁6が閉じられ
て、燃料電池1に対する水素ガスの供給が停止される。
また、空気系L5は、3方形弁55が切換られて、空気
圧縮機53と燃料電池1とを連通させる経路が閉じら
れ、タンク60と燃料電池1とを連通させる経路が開か
れる。
The fuel cell system B is integrally controlled by a control unit (not shown). The contents of the control in this embodiment will be described. During operation, the opening / closing valve 6 of the hydrogen system L1 is opened to supply hydrogen gas to the fuel cell 1. Further, the air system L5 is controlled by the three-way valve 55.
A path that connects the air compressor 53 and the fuel cell 1 is opened to supply pressurized air to the fuel cell 1, whereby the fuel cell 1 generates electricity. A part of the reacted air discharged from the fuel cell 1 (port 1d) is in the second pipe 63.
And stored in the tank 60. On the other hand, fuel cell 1
When the operation is stopped, the opening / closing valve 6 of the hydrogen system L1 is closed and the supply of hydrogen gas to the fuel cell 1 is stopped.
Further, in the air system L5, the three-way valve 55 is switched to close the path for communicating the air compressor 53 with the fuel cell 1, and open the path for communicating the tank 60 with the fuel cell 1.

【0030】以上の制御により、運転停止時には、空気
に代わって反応済空気が燃料電池1に供給され、これに
より燃料電池1内に残留している空気は反応済の空気で
置換されることになる。これにより、反応済空気に含ま
れる僅かな量の酸素が全て消費されると、燃料電池1内
に残留する水素を全て消費し尽くすことなく燃料電池1
はその発電を停止する。したがって、燃料電池1内の圧
力低下を抑えることが可能になり、この圧力低下に伴う
電解質層の性能劣化を防止することができる。尚、運転
停止時に、燃料電池1内に残留している空気を反応済の
空気で置換した後に、スロットル57を閉じて、燃料電
池1内の圧力を一定に保つようにしてもよい。
By the above control, when the operation is stopped, the reacted air is supplied to the fuel cell 1 instead of the air, whereby the air remaining in the fuel cell 1 is replaced with the reacted air. Become. As a result, when the small amount of oxygen contained in the reacted air is completely consumed, the fuel cell 1 does not completely consume all the hydrogen remaining in the fuel cell 1.
Stops its power generation. Therefore, it becomes possible to suppress the pressure drop in the fuel cell 1, and it is possible to prevent the performance deterioration of the electrolyte layer due to this pressure drop. When the operation is stopped, the air remaining in the fuel cell 1 may be replaced with the reacted air, and then the throttle 57 may be closed to keep the pressure in the fuel cell 1 constant.

【0031】第3実施例(図3) 図3は、第1実施例(図1)の燃料電池システムAと同
様に、酸化剤として酸素を用いたものであり、基本的に
は、図1に示すシステムAと同一の構成であり、本実施
例のシステムAにあっては、水素系L1には、水素供給
管4のソレノイド式開閉弁6の他に、水素排出管8にソ
レノイド式開閉弁67が取付けられ、また酸素系L2に
は、酸素供給管17のソレノイド式開閉弁19の他に、
酸素排出管20にソレノイド式開閉弁68が取付けられ
ている。これら開閉弁6、19、67、68の取付け位
置について説明すると、水素系L1の供給側開閉弁6か
ら排出側開閉弁67までの管路(燃料電池1内の水素ガ
ス通路を含む)内に含まれる水素ガスの当量と、酸素系
L2の供給側開閉弁19から排出側開閉弁68までの管
路(燃料電池1内の酸素ガス通路を含む)内に含まれる
酸素ガスの当量とが等しくなるような位置に開閉弁6、
19、67、68が取付けられている。
Third Embodiment (FIG. 3) FIG. 3 uses oxygen as an oxidant, similarly to the fuel cell system A of the first embodiment (FIG. 1). Basically, FIG. In the system A of the present embodiment, the hydrogen system L1 has a solenoid type opening / closing valve 6 of the hydrogen supply pipe 4 and a solenoid type opening / closing of the hydrogen discharge pipe 8 in the system A shown in FIG. A valve 67 is attached, and in addition to the solenoid type opening / closing valve 19 of the oxygen supply pipe 17, the oxygen system L2 is
A solenoid type on-off valve 68 is attached to the oxygen discharge pipe 20. The mounting positions of these on-off valves 6, 19, 67, 68 will be described. In the pipeline (including the hydrogen gas passage in the fuel cell 1) from the supply-side on-off valve 6 to the discharge-side on-off valve 67 of the hydrogen system L1. The equivalent of the hydrogen gas contained is equal to the equivalent of the oxygen gas contained in the pipeline (including the oxygen gas passage in the fuel cell 1) from the supply side opening / closing valve 19 to the discharge side opening / closing valve 68 of the oxygen system L2. On-off valve 6,
19, 67, 68 are attached.

【0032】例えば、水素供給圧と酸素供給圧とが等し
いときには、水素系L1の供給側開閉弁6から排出側開
閉弁67までの管路(燃料電池1内の水素ガス通路を含
む)の容積V1 と、酸素系L2の供給側開閉弁19から
排出側開閉弁68までの管路(燃料電池1内の酸素ガス
通路を含む)の容積V2 との関係が、ほぼV1 =2xV
2 となるように上記開閉弁の取付け位置が設定されてい
る。
For example, when the hydrogen supply pressure and the oxygen supply pressure are equal, the volume of the pipeline (including the hydrogen gas passage in the fuel cell 1) from the supply side opening / closing valve 6 to the discharge side opening / closing valve 67 of the hydrogen system L1 and V 1, the relationship between the volume V 2 of the pipe from the supply-side valve 19 of the oxygen-based L2 to the discharge side valve 68 (including oxygen gas passage in the fuel cell 1) is approximately V 1 = 2xV
The mounting position of the on-off valve is set so that it becomes 2 .

【0033】本実施例における制御の内容を説明する
と、運転時には、水素系L1の供給側開閉弁6および排
出側開閉弁67が共に開かれて、燃料電池1に対して水
素ガスの供給が行われる。また、酸素系L2の供給側開
閉弁19および排出側開閉弁68が共に開かれて、燃料
電池1に対して酸素ガスの供給が行われ、燃料電池1は
反応ガスの供給を受けて、その発電を行う。この運転時
には、排気管13、24の開閉弁14、25は共に閉じ
られている。他方、燃料電池1の運転停止時には、先
ず、反応ガスの供給用開閉弁6、19および排出側開閉
弁67、68が同時に閉じられて、燃料電池1に対する
反応ガスの供給が停止される。
To explain the content of the control in this embodiment, during operation, both the supply side opening / closing valve 6 and the discharge side opening / closing valve 67 of the hydrogen system L1 are opened to supply hydrogen gas to the fuel cell 1. Be seen. Further, both the supply side opening / closing valve 19 and the discharge side opening / closing valve 68 of the oxygen system L2 are opened to supply the oxygen gas to the fuel cell 1, and the fuel cell 1 receives the reaction gas and Generate electricity. During this operation, the open / close valves 14 and 25 of the exhaust pipes 13 and 24 are both closed. On the other hand, when the operation of the fuel cell 1 is stopped, first, the reaction gas supply on-off valves 6 and 19 and the discharge side on-off valves 67 and 68 are simultaneously closed to stop the supply of the reaction gas to the fuel cell 1.

【0034】以上の制御により、運転停止時には、燃料
電池1内の残留ガスにより発電が行われ、反応ガスが消
費されるが、水素系L1の供給側開閉弁6から排出側開
閉弁67までの管路内に含まれる水素ガスの当量は、酸
素系L2の供給側開閉弁19から排出側開閉弁68まで
の管路内に含まれる酸素ガスの当量の2倍となるため、
燃料電池1内の両極は等しく圧力低下することになり、
従って燃料電池1の運転停止に伴い燃料電池1内の両極
間に圧力差を生じることはない。
With the above control, when the operation is stopped, power is generated by the residual gas in the fuel cell 1 and the reaction gas is consumed, but from the supply side opening / closing valve 6 to the discharge side opening / closing valve 67 of the hydrogen system L1. Since the equivalent of hydrogen gas contained in the pipeline is twice the equivalent of the oxygen gas contained in the pipeline from the supply side opening / closing valve 19 to the discharge side opening / closing valve 68 of the oxygen system L2,
Both electrodes in the fuel cell 1 will have an equal pressure drop,
Therefore, no pressure difference is generated between the two electrodes in the fuel cell 1 when the operation of the fuel cell 1 is stopped.

【0035】第4実施例(図4) 図4は、第2実施例(図2)の燃料電池システムBと同
様に、酸化剤として空気を用いたものであり、本実施例
のシステムBは、反応済ガス系L6が存在しないことを
除けば、基本的には、図2に示すシステムBと同一の構
成である。
Fourth Embodiment (FIG. 4) FIG. 4 uses air as an oxidant as in the fuel cell system B of the second embodiment (FIG. 2). The configuration is basically the same as that of the system B shown in FIG. 2 except that the reacted gas system L6 does not exist.

【0036】本実施例のシステムBにあっては、水素系
L1には、水素供給管4のソレノイド式開閉弁6の他
に、水素排出管8にソレノイド式開閉弁69が取付けら
れている。また、空気系L5には、空気供給管51にソ
レノイド式開閉弁70が取付けられ、空気排出管52に
ソレノイド式開閉弁71が取付けられている。これら開
閉弁6、69、70、71の取付け位置について説明す
ると、例えば、水素供給圧と空気供給圧とが等しいとし
たときに、水素系L1の供給側開閉弁6から排出側開閉
弁67までの管路(燃料電池1内の水素ガス通路を含
む)の容積V1 と、空気系L2の供給側開閉弁19から
排出側開閉弁68までの管路(燃料電池1内の空気通路
を含む)の容積V2 とがほぼ等しくなるように、開閉弁
6、69、70、71の取付け位置が設定されている。
In the system B of the present embodiment, in the hydrogen system L1, a solenoid type opening / closing valve 6 is attached to the hydrogen discharge pipe 8 in addition to the solenoid type opening / closing valve 6 of the hydrogen supply pipe 4. Further, in the air system L5, a solenoid type on-off valve 70 is attached to the air supply pipe 51, and a solenoid type on-off valve 71 is attached to the air discharge pipe 52. The mounting positions of the on-off valves 6, 69, 70, 71 will be described. For example, when the hydrogen supply pressure is equal to the air supply pressure, from the supply side on-off valve 6 to the discharge side on-off valve 67 of the hydrogen system L1. V 1 of the pipeline (including the hydrogen gas passage in the fuel cell 1) and the pipeline from the supply side opening / closing valve 19 to the discharge side opening / closing valve 68 of the air system L2 (including the air passage in the fuel cell 1) The mounting positions of the on-off valves 6, 69, 70 and 71 are set so that the volume V 2 of the above ) becomes substantially equal.

【0037】本実施例における制御の内容を説明する
と、運転時には、水素系L1の供給側開閉弁6および排
出側開閉弁69が共に開かれて、燃料電池1に対して水
素ガスの供給が行われる。また、空気系L2の供給側開
閉弁70および排出側開閉弁71が共に開かれて、燃料
電池1に対して空気の供給が行われ、燃料電池1はこれ
らの反応ガスの供給を受けて、その発電を行う。他方、
燃料電池1の運転停止時には、反応ガスの供給用開閉弁
6、70および排出側開閉弁69、71が同時に閉じら
れて、燃料電池1に対する反応ガスの供給が停止され
る。
The contents of the control in this embodiment will be described. During operation, both the supply side opening / closing valve 6 and the discharge side opening / closing valve 69 of the hydrogen system L1 are opened to supply hydrogen gas to the fuel cell 1. Be seen. Further, both the supply side opening / closing valve 70 and the discharge side opening / closing valve 71 of the air system L2 are opened to supply air to the fuel cell 1, and the fuel cell 1 receives supply of these reaction gases, The power is generated. On the other hand,
When the operation of the fuel cell 1 is stopped, the on-off valves 6 and 70 for supplying the reaction gas and the on-off valves 69 and 71 on the discharge side are simultaneously closed to stop the supply of the reaction gas to the fuel cell 1.

【0038】以上の制御により、運転停止時には、燃料
電池1内の残留ガスにより発電が行われ、反応ガスが消
費されるが、水素系L1の供給側開閉弁6から排出側開
閉弁67までの管路内に含まれる水素ガスの当量に比べ
て、空気系L2の供給側開閉弁19から排出側開閉弁6
8までの管路中の空気に含まれる酸素の当量が小さいた
め、残留空気中の酸素が無くなると燃料電池1は発電が
止まる。この発電を停止した状態では、残留水素が残っ
ているため、燃料電池1内の両極間に極端な圧力差が生
じることない。
According to the above control, when the operation is stopped, power is generated by the residual gas in the fuel cell 1 and the reaction gas is consumed. However, from the supply side opening / closing valve 6 to the discharge side opening / closing valve 67 of the hydrogen system L1. Compared with the equivalent amount of hydrogen gas contained in the pipeline, from the supply side opening / closing valve 19 to the discharge side opening / closing valve 6 of the air system L2.
Since the equivalent amount of oxygen contained in the air in the pipelines up to 8 is small, the fuel cell 1 stops power generation when the oxygen in the residual air is exhausted. In the state where the power generation is stopped, the residual hydrogen remains, so that an extreme pressure difference does not occur between both electrodes in the fuel cell 1.

【0039】第2実施例および第4実施例の変形例 図2および図4に示すように、水素供給管4の下流端部
に第1の圧力センサ73を設け、また、空気供給管51
の下流端部に第2の圧力センサ74を設け、燃料電池1
を運転停止したときに、第1、第2の圧力センサ73、
74の出力信号つまり水素側圧力と空気側圧力とを比較
して、これら圧力の差が所定値よりも大きくなったとき
には、第2実施例にあっては、スロットル57を適宜開
いて、また第4実施例にあっては、空気排出側開閉弁7
1およびスロットル57を適宜開いて、燃料電池1内の
両極間の圧力差がほぼ零となるようにしてもよい。
Modifications of Second and Fourth Embodiments As shown in FIGS. 2 and 4, a first pressure sensor 73 is provided at the downstream end of the hydrogen supply pipe 4, and an air supply pipe 51 is provided.
The second pressure sensor 74 is provided at the downstream end of the fuel cell 1
When the operation is stopped, the first and second pressure sensors 73,
The output signal of 74, that is, the hydrogen side pressure and the air side pressure are compared, and when the difference between these pressures becomes larger than a predetermined value, in the second embodiment, the throttle 57 is opened appropriately and the In the fourth embodiment, the air discharge side opening / closing valve 7
1 and the throttle 57 may be opened appropriately so that the pressure difference between both electrodes in the fuel cell 1 becomes substantially zero.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、第1乃至第5の発明のいずれにあっても、燃
料電池の運転停止後に、両極間に大きな圧力差が発生す
るのを抑えることができる。したがって、この両極間の
圧力差に起因する電解質の性能劣化を防止することがで
きる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, in any of the first to fifth inventions, a large pressure difference occurs between both electrodes after the operation of the fuel cell is stopped. Can be suppressed. Therefore, the performance deterioration of the electrolyte due to the pressure difference between the two electrodes can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】水素および酸素の供給を受けて発電する固体高
分子電解質型燃料電池システムの全体を概略的に示す系
統図であって、第1実施例の全体構成図。
FIG. 1 is a system diagram schematically showing an entire solid polymer electrolyte fuel cell system that receives hydrogen and oxygen to generate electric power, and is an overall configuration diagram of a first embodiment.

【図2】水素および空気の供給を受けて発電する固体高
分子電解質型燃料電池システムの全体を概略的に示す系
統図であって、第2実施例の全体構成図。
FIG. 2 is a system diagram schematically showing an entire solid polymer electrolyte fuel cell system that receives hydrogen and air to generate electric power, and is an overall configuration diagram of a second embodiment.

【図3】水素および酸素の供給を受けて発電する固体高
分子電解質型燃料電池システムの全体を概略的に示す系
統図であって、第3実施例の全体構成図。
FIG. 3 is a system diagram schematically showing an entire solid polymer electrolyte fuel cell system that receives hydrogen and oxygen to generate electric power, and is an overall configuration diagram of a third embodiment.

【図4】水素および空気の供給を受けて発電する固体高
分子電解質型燃料電池システムの全体を概略的に示す系
統図であって、第4実施例の全体構成図。
FIG. 4 is a systematic diagram schematically showing an entire solid polymer electrolyte fuel cell system that receives supply of hydrogen and air to generate electricity, and is an overall configuration diagram of a fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電池 L1 水素ガス系 L2 酸素系 L4 不活性ガス系 L5 空気系 L6 反応済ガス系 6 水素供給側開閉弁 11 水素還流管に設けられた水素排気管 14 水素排気管に設けられた開閉弁 16 酸素ボンベ 19 酸素供給側開閉弁 24 酸素還流管に設けられた酸素排気管 25 酸素排気管に設けられた開閉弁 40 不活性ガスボンベ 46 不活性ガス系に設けられた開閉弁 53 空気圧縮機 55 3方形弁 57 スロットル 60 反応済空気を貯蔵するタンク 67 水素排出側に設けられた開閉弁 68 酸素排出側に設けられた開閉弁 69 水素排出側に設けられた開閉弁 71 空気排出側に設けられた開閉弁 73 水素側圧力を検出するセンサ 74 空気側圧力を検出するセンサ 1 Fuel cell L1 Hydrogen gas system L2 Oxygen system L4 Inert gas system L5 Air system L6 Reacted gas system 6 Hydrogen supply side opening / closing valve 11 Hydrogen exhaust pipe provided in hydrogen recirculation pipe 14 Opening valve provided in hydrogen exhaust pipe 16 Oxygen cylinder 19 Oxygen supply side opening / closing valve 24 Oxygen exhaust pipe provided in oxygen recirculation pipe 25 Opening / closing valve provided in oxygen exhaust pipe 40 Inert gas cylinder 46 Opening / closing valve provided in inert gas system 53 Air compressor 55 3 Square valve 57 Throttle 60 Tank for storing reacted air 67 On-off valve provided on hydrogen discharge side 68 On-off valve provided on oxygen discharge side 69 On-off valve provided on hydrogen discharge side 71 Provided on air discharge side Open / close valve 73 Sensor for detecting hydrogen side pressure 74 Sensor for detecting air side pressure

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桐木 義博 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshihiro Kiriki 3-1, Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Prefecture Mazda Motor Corporation

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水素と酸素とからなる反応ガスの供給を
受けて発電する固体高分子電解質型燃料電池システムに
おいて、 燃料電池の反応ガス供給系に設けられて、燃料電池に対
する反応ガスの供給を開閉する第1開閉弁と、 燃料電池から吐出された余剰反応ガスを系外に放出する
排気管に設けられた第2開閉弁と、 前記燃料電池の反応ガス供給系に付設された不活性ガス
源と、 該不活性ガス源に貯蔵された不活性ガスの前記燃料電池
に対する供給を開閉する第3開閉弁と、 前記燃料電池の運転を停止するときに、前記第1開閉弁
と閉弁させる共に、前記第2開閉弁および第3開閉弁
を、所定時間、開弁させて、燃料電池内の反応ガスを不
活性ガスで置換させる制御手段とを有する、燃料電池シ
ステムの制御装置。
1. A solid polymer electrolyte fuel cell system for generating electric power by supplying a reaction gas composed of hydrogen and oxygen, wherein the reaction gas supply system of the fuel cell is provided to supply the reaction gas to the fuel cell. A first on-off valve that opens and closes, a second on-off valve that is provided in an exhaust pipe that discharges excess reaction gas discharged from the fuel cell to the outside of the system, and an inert gas that is attached to the reaction gas supply system of the fuel cell. Source, a third opening / closing valve for opening and closing the supply of the inert gas stored in the inert gas source to the fuel cell, and a valve for closing the first opening / closing valve when the operation of the fuel cell is stopped A control device for a fuel cell system, which further comprises control means for opening the second on-off valve and the third on-off valve for a predetermined time to replace the reaction gas in the fuel cell with an inert gas.
【請求項2】 水素と空気の供給を受けて発電する固体
高分子電解質型燃料電池システムにおいて、 燃料電池の空気供給系に設けられて、燃料電池に対する
空気の供給を開閉する第1開閉弁と、 前記燃料電池の空気供給系に付設され、該燃料電池から
吐出された反応済空気を貯蔵する貯蔵手段と、 該貯蔵手段に蓄えられた反応済空気の前記燃料電池に対
する供給を開閉する第2開閉弁と、 前記燃料電池の運転を停止するときに、前記第1開閉弁
と閉弁させる共に、前記第2開閉弁開弁させて、燃料電
池内の反応ガスを反応済空気で置換させる制御手段とを
有する、燃料電池システムの制御装置。
2. A solid polymer electrolyte fuel cell system for generating power by receiving supply of hydrogen and air, comprising: a first opening / closing valve provided in an air supply system of the fuel cell to open / close supply of air to the fuel cell. A storage unit attached to the air supply system of the fuel cell for storing the reacted air discharged from the fuel cell; and a second opening and closing unit for supplying the reacted air stored in the storage unit to the fuel cell. An on-off valve, and a control for closing the first on-off valve and closing the second on-off valve when the operation of the fuel cell is stopped to replace the reaction gas in the fuel cell with the reacted air. And a control device for the fuel cell system.
【請求項3】 水素と酸素の供給を受けて発電する固体
高分子電解質型燃料電池システムにおいて、 燃料電池に水素を供給する水素供給系に設けられた第1
の開閉弁と、 前記燃料電池から吐出された水素を前記水素供給系に戻
す水素還流系に設けられた第2の開閉弁と、 前記燃料電池に酸素を供給する酸素供給系に設けられた
第3の開閉弁と、 前記燃料電池から吐出された酸素を前記酸素供給系に戻
す酸素還流系に設けられた第4の開閉弁と、 前記燃料電池の運転を停止するときに、前記第1乃至第
4の開閉弁を閉弁させる制御手段とを有し、 前記第1乃至第4の開閉弁は、これら第1乃至第4の開
閉弁を閉弁したときに、前記第1の開閉弁から前記第2
の開閉弁までの間に残留する水素の当量と、前記第3の
開閉弁から前記第4の開閉弁までの間に残留する酸素の
当量がほぼ等しくなるように、その取付け位置が設定さ
れている、ことを特徴とする燃料電池システムの制御装
置。
3. A solid polymer electrolyte fuel cell system for generating electric power by supplying hydrogen and oxygen, wherein the first is provided in a hydrogen supply system for supplying hydrogen to the fuel cell.
An on-off valve, a second on-off valve provided in a hydrogen recirculation system for returning hydrogen discharged from the fuel cell to the hydrogen supply system, and a second on-off valve provided in an oxygen supply system for supplying oxygen to the fuel cell. An opening / closing valve of No. 3, a fourth opening / closing valve provided in an oxygen recirculation system for returning oxygen discharged from the fuel cell to the oxygen supply system, and the first to the third valves when stopping the operation of the fuel cell. A control means for closing a fourth on-off valve, wherein the first to fourth on-off valves are controlled from the first on-off valve when the first to fourth on-off valves are closed. The second
The mounting position is set so that the hydrogen equivalent remaining up to the opening / closing valve of the above and the oxygen equivalent remaining between the third opening / closing valve and the fourth opening / closing valve become substantially equal. A control device for a fuel cell system, characterized in that
【請求項4】 水素と空気の供給を受けて発電する固体
高分子電解質型燃料電池システムにおいて、 燃料電池に水素を供給する水素供給系に設けられた第1
の開閉弁と、 前記燃料電池から吐出された水素を前記水素供給系に戻
す水素還流系に設けられた第2の開閉弁と、 前記燃料電池に空気を供給する空気供給系に設けられた
第3の開閉弁と、 前記燃料電池から吐出された反応済空気を系外に放出す
る排気系に設けられた第4の開閉弁と、 前記燃料電池の運転を停止するときに、前記第1乃至第
4の開閉弁を閉弁させる制御手段とを有し、 前記第1乃至第4の開閉弁は、これら第1乃至第4の開
閉弁を閉弁したときに、前記第1の開閉弁から前記第2
の開閉弁までの間に残留する水素の体積と、前記第3の
開閉弁から前記第4の開閉弁までの間に残留する空気の
体積とが、同一圧力に換算したときに、ほぼ等しい又は
空気の体積が相対的に小さくなるように、その取付け位
置が設定されている、ことを特徴とする燃料電池システ
ムの制御装置。
4. A solid polymer electrolyte fuel cell system for generating electric power by supplying hydrogen and air, wherein the first is provided in a hydrogen supply system for supplying hydrogen to the fuel cell.
An on-off valve, a second on-off valve provided in a hydrogen recirculation system for returning hydrogen discharged from the fuel cell to the hydrogen supply system, and a second on-off valve provided in an air supply system for supplying air to the fuel cell. 3, an on-off valve of No. 3, a fourth on-off valve provided in an exhaust system for discharging the reacted air discharged from the fuel cell to the outside of the system, and the first to the third valves when stopping the operation of the fuel cell. A control means for closing a fourth on-off valve, wherein the first to fourth on-off valves are controlled from the first on-off valve when the first to fourth on-off valves are closed. The second
The volume of hydrogen remaining up to the opening / closing valve and the volume of air remaining between the third opening / closing valve and the fourth opening / closing valve are substantially equal when converted to the same pressure, or A control device for a fuel cell system, wherein the mounting position is set so that the volume of air becomes relatively small.
【請求項5】 水素と空気の供給を受けて発電する固体
高分子電解質型燃料電池システムにおいて、 燃料電池に水素を供給する水素供給系に設けられた第1
の開閉弁と、 前記燃料電池から吐出された水素を前記水素供給系に戻
す水素還流系に設けられた第2の開閉弁と、 前記燃料電池に空気を供給する空気供給系に設けられた
第3の開閉弁と、 前記燃料電池から吐出された反応済空気を系外に放出す
る排気系に設けられた圧力調整弁と、 前記燃料電池の水素側圧力を検出する第1圧力センサ
と、 前記燃料電池の空気側圧力を検出する第2圧力センサ
と、 前記燃料電池の運転を停止するときに、前記第1乃至第
3の開閉弁を閉弁させる第1制御手段と、 前記燃料電池の運転を停止したときに、前記第1および
第2の圧力センサからの信号を受け、前記燃料電池の水
素側圧力と空気側圧力とがほぼ等しくなるように、前記
圧力調整弁を制御する第2制御手段とを有する燃料電池
システムの制御装置。
5. A solid polymer electrolyte fuel cell system for generating electric power by supplying hydrogen and air, wherein the first is provided in a hydrogen supply system for supplying hydrogen to the fuel cell.
An on-off valve, a second on-off valve provided in a hydrogen recirculation system for returning hydrogen discharged from the fuel cell to the hydrogen supply system, and a second on-off valve provided in an air supply system for supplying air to the fuel cell. An on-off valve of No. 3, a pressure control valve provided in an exhaust system that discharges the reacted air discharged from the fuel cell to the outside of the system, a first pressure sensor that detects the hydrogen side pressure of the fuel cell, A second pressure sensor for detecting an air side pressure of the fuel cell; a first control means for closing the first to third opening / closing valves when the operation of the fuel cell is stopped; and an operation of the fuel cell Second control for receiving the signals from the first and second pressure sensors and controlling the pressure adjusting valve so that the hydrogen side pressure and the air side pressure of the fuel cell become substantially equal when the fuel cell is stopped. For controlling a fuel cell system having means .
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