JP2002313403A - Method of discharging generated water in fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池システ
ムの生成水排出方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for discharging generated water from a fuel cell system.
【０００２】[0002]
【従来の技術】燃料電池には、固体高分子電解質膜の両
側にそれぞれアノード電極およびカソード電極を配置し
てなる電極構造体を、一対のセパレータで挟持して構成
された平板状の単セルを、その厚さ方向に複数積層して
構成されているものがある。2. Description of the Related Art A fuel cell comprises a flat plate-shaped single cell formed by sandwiching an electrode structure comprising an anode electrode and a cathode electrode on both sides of a solid polymer electrolyte membrane with a pair of separators. And a plurality of such layers are stacked in the thickness direction.
【０００３】各単セルでは、アノード電極に対向配置さ
れるアノード側セパレータの一面に燃料ガス（例えば、
水素）の流路が設けられ、カソード電極に対向配置され
るカソード側セパレータの一面に酸化剤ガス（例えば、
酸素を含む空気）の流路が設けられている。また、隣接
する単セルの隣接するセパレータ間には、冷却媒体（例
えば、水）の流路が設けられている。In each single cell, a fuel gas (for example,
An oxidant gas (for example, hydrogen) is provided on one surface of the cathode-side separator, which is disposed to face the cathode electrode.
(Air containing oxygen). Further, between adjacent separators of adjacent single cells, a flow path of a cooling medium (for example, water) is provided.
【０００４】そして、アノード電極の電極反応面に燃料
ガスである水素を供給すると、ここで水素がイオン化さ
れ、固体高分子電解質膜を介してカソード電極に移動す
る。この間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流
の電気エネルギとして利用される。カソード電極におい
ては、酸化剤ガスである空気が供給されているため、水
素イオン、電子、および空気中の酸素が反応して、水が
生成される。When hydrogen as a fuel gas is supplied to the electrode reaction surface of the anode electrode, the hydrogen is ionized here and moves to the cathode electrode through the solid polymer electrolyte membrane. The electrons generated during this time are taken out to an external circuit and used as DC electric energy. Since air, which is an oxidizing gas, is supplied to the cathode electrode, hydrogen ions, electrons, and oxygen in the air react to generate water.
【０００５】かかる生成水は、燃料電池内の酸化剤ガス
流路において主に発生するが、燃料ガス流路においても
発生する。生成水が、酸化剤ガス流路および燃料ガス流
路内に滞留すると、その滞留部分における発電が阻害さ
れ、発電効率が低下する虞があるので、定期的に、また
は、必要に応じて、生成水は燃料電池内のガス流路内か
ら排出される。[0005] Such generated water is mainly generated in the oxidizing gas flow path in the fuel cell, but is also generated in the fuel gas flow path. If the generated water stays in the oxidizing gas flow path and the fuel gas flow path, power generation in the staying portion is hindered, and the power generation efficiency may be reduced. Therefore, the generated water may be generated periodically or as necessary. Water is discharged from the gas passage in the fuel cell.
【０００６】従来、このような生成水の排出作業は、燃
料電池の単セル毎に配置された電圧計測手段から出力さ
れる電圧値に基づいて、該電圧値が所定のしきい値以下
に低下した場合に、酸化剤ガス流路では酸化剤ガスを、
燃料ガス流路では燃料ガスをそれぞれ大流量で供給する
ことによって、生成水を排出（パージ）することが行わ
れていた。すなわち、単セルの発電する電圧値が低下し
た場合には、ガス流路の一部に生成水が残留し、その領
域における発電が阻害されているためであると判断する
ことができ、電圧値に基づいて生成水のパージを行うこ
ととしていた。Heretofore, such a discharge operation of generated water has been performed based on a voltage value output from voltage measuring means arranged for each single cell of the fuel cell, and the voltage value has dropped below a predetermined threshold value. The oxidizing gas flow through the oxidizing gas flow path,
In the fuel gas flow path, the generated water is discharged (purged) by supplying the fuel gas at a large flow rate. That is, when the voltage value generated by the single cell decreases, it can be determined that the generated water remains in a part of the gas flow path and the power generation in that region is hindered. Purging of the generated water based on the
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単セル
の電圧値に基づいて生成水のパージを行うこととする
と、生成水のパージを行う際には、既に燃料電池の発電
効率が低下していることになり、好ましくない。一方、
単セルの電圧値に基づくことなく、例えば、タイマーに
よって定期的にパージを行うことも考えられるが、この
場合には、水が生成されていない状態で不必要なパージ
作業が行われる可能性がある。また、燃料ガスを用いた
燃料ガス流路のパージ作業では、燃料ガスを無駄に排出
しないように考慮する必要もある。However, when purging generated water based on the voltage value of a single cell, when purging generated water, the power generation efficiency of the fuel cell is already reduced. That is not desirable. on the other hand,
It is conceivable that the purging is performed periodically, for example, by a timer without using the voltage value of the single cell, but in this case, unnecessary purging work may be performed in a state where water is not generated. is there. Further, in purging the fuel gas flow path using the fuel gas, it is necessary to take care not to wastefully discharge the fuel gas.
【０００８】この発明は、上述した事情に鑑みてなされ
たものであって、生成水による発電効率の低下を防止す
るとともに、燃料ガスの無駄な排出を防止することがで
きる燃料電池システムの生成水排出方法を提供すること
を目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to prevent a decrease in power generation efficiency due to generated water and to prevent wasteful discharge of fuel gas in a fuel cell system. It is intended to provide an emission method.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、以下の手段を提案している。請求項１
に係る発明は、燃料電池の発電時に生成された水を反応
ガス流路内から排出する方法であって、反応ガス流路の
下方に設けた貯留部に生成水を導いて貯留するととも
に、該貯留部の水位を検出し、該水位が予め設定した上
限水位を超えたとき貯留部の生成水を下部から排出する
燃料電池システムの生成水排出方法を提案している。In order to achieve the above object, the present invention proposes the following means. Claim 1
The invention according to the present invention is a method of discharging water generated at the time of power generation of a fuel cell from a reaction gas flow path, while guiding and storing the generated water in a storage section provided below the reaction gas flow path, A water discharge method for a fuel cell system that detects a water level in a storage section and discharges water generated in the storage section from below when the water level exceeds a preset upper limit water level is proposed.
【００１０】この発明に係る生成水排出方法によれば、
燃料電池の発電時に、燃料電池において生成された生成
水は、反応ガス流路の下方に設けられた貯留部に流れ込
んで一旦貯留され、そこで水位を監視される。貯留部が
溢れるまでは、生成水を反応ガス流路に滞留させること
なく貯留部に流れ込み続けるので、反応ガス流路が生成
水によって部分的に閉塞される等の不都合の発生が防止
される。According to the method for discharging generated water according to the present invention,
During power generation of the fuel cell, water generated in the fuel cell flows into a storage section provided below the reaction gas flow path, is temporarily stored therein, and the water level is monitored there. Until the storage section overflows, the generated water continues to flow into the storage section without staying in the reaction gas flow path, thereby preventing inconvenience such as the reaction gas flow path being partially blocked by the generated water.
【００１１】また、貯留部の水位が予め設定された上限
水位を超えたとき、貯留部の生成水を排出するので、生
成水が貯留部から溢れることがなく、反応ガス流路が生
成水によって閉塞されることはない。さらに、貯留部の
生成水を下部から排出するので、生成水の液面に接する
反応ガスは、排出中に生成水の液面が下降しても、貯留
部に溜まった生成水自体により外部に漏れることが防止
されることになる。Further, when the water level in the storage section exceeds a preset upper limit water level, the generated water in the storage section is discharged, so that the generated water does not overflow from the storage section and the reaction gas flow path is formed by the generated water. It will not be blocked. Furthermore, since the generated water in the storage section is discharged from the lower part, the reaction gas in contact with the liquid level of the generated water is discharged to the outside by the generated water itself stored in the storage section even if the liquid level of the generated water drops during discharge. Leakage will be prevented.
【００１２】請求項２に係る発明は、請求項１に記載さ
れた生成水排出方法において、貯留部の水位が、予め設
定した下限水位を下回ったとき、貯留部の生成水の排出
を停止する燃料電池システムの生成水排出方法を提案し
ている。この発明に係る生成水排出方法によれば、貯留
部から生成水が排出されて、下限水位を下回ったときに
生成水の排出を停止することにより、生成水が貯留部の
下部に残るので、反応ガスが外部に漏れることが防止さ
れる。According to a second aspect of the present invention, in the method for discharging the generated water according to the first aspect, when the water level of the storage section falls below a preset lower limit water level, the discharge of the generated water of the storage section is stopped. A method for discharging generated water in a fuel cell system is proposed. According to the generated water discharge method according to the present invention, the generated water is discharged from the storage unit, and the discharge of the generated water is stopped when the generated water falls below the lower limit water level, so that the generated water remains in the lower part of the storage unit. The leakage of the reaction gas to the outside is prevented.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する。本実施形態に係
る生成水排出方法を適用する燃料電池システム１は、図
１に示されるように、燃料電池２と、該燃料電池２内に
燃料ガスを供給する燃料ガス流路３と、酸化剤ガスを供
給する酸化剤ガス流路４とを具備している。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 to which the generated water discharge method according to the present embodiment is applied includes a fuel cell 2, a fuel gas flow path 3 for supplying a fuel gas into the fuel cell 2, An oxidizing gas flow path 4 for supplying the oxidizing gas.
【００１４】前記燃料ガス流路３には、主として、加圧
状態の燃料ガスを供給する燃料ガス源５（高圧タンク）
と、該燃料ガス源５からの燃料ガスの燃料ガス流路３へ
の供給・停止を切り替える遮断弁６と、前記燃料ガス流
路３をループ状に構成して燃料ガスを循環させるエゼク
タ７と、燃料電池２の出口側流路３ａを流れる燃料ガス
によって入口側流路３ｂを流れる燃料ガスを加湿する加
湿器８とが設けられている。前記酸化剤ガス流路４に
は、主として、酸化剤ガスを取り込んで供給するスーパ
ーチャージャ９と、加湿器１０と、背圧弁１１とが設け
られている。The fuel gas flow path 3 is mainly provided with a fuel gas source 5 (high-pressure tank) for supplying a pressurized fuel gas.
A shut-off valve 6 for switching supply / stop of the fuel gas from the fuel gas source 5 to the fuel gas flow path 3; and an ejector 7 for circulating the fuel gas by forming the fuel gas flow path 3 into a loop. And a humidifier 8 for humidifying the fuel gas flowing through the inlet-side flow path 3b with the fuel gas flowing through the outlet-side flow path 3a of the fuel cell 2. The oxidizing gas flow path 4 is mainly provided with a supercharger 9, a humidifier 10, and a back pressure valve 11 for taking in and supplying an oxidizing gas.
【００１５】また、前記燃料電池２内に配される燃料ガ
ス流路３には、ドレン装置１２が設けられている。この
ドレン装置１２は、図２に示されるように、燃料電池２
内部の燃料ガス流路３の出口近傍に設けられている。図
２中、符号Ａは、燃料ガスの流れの方向を示している。A drain device 12 is provided in the fuel gas passage 3 disposed in the fuel cell 2. This drain device 12, as shown in FIG.
It is provided near the outlet of the internal fuel gas flow path 3. In FIG. 2, reference symbol A indicates the direction of flow of the fuel gas.
【００１６】前記ドレン装置１２は、図３に拡大して示
されるように、タンク状の貯留部１３と、該貯留部１３
の下部に設けられた排出口１４と、該排出口１４を開閉
するバルブ１５と、貯留部１３内に溜まった水の水位を
計測する水位センサ１６と、貯留部１３内の燃料ガスの
圧力を検出する第１の圧力センサ１７と、排出口側の圧
力を検出する第２の圧力センサ１８とを具備している。As shown in FIG. 3, the drain device 12 has a tank-shaped storage section 13 and a storage section 13.
A discharge port 14 provided at the lower part of the tank, a valve 15 for opening and closing the discharge port 14, a water level sensor 16 for measuring a water level of water stored in the storage section 13, and a pressure of fuel gas in the storage section 13 It has a first pressure sensor 17 for detecting and a second pressure sensor 18 for detecting the pressure on the discharge port side.
【００１７】前記バルブ１５は、例えば、図３に示され
るように、ソレノイド１９によって駆動させられるプラ
ンジャ２０により開閉される構造のものであり、スプリ
ング２１によって常時閉状態とされている。前記水位セ
ンサ１６および圧力センサ１７，１８の出力は制御装置
２２に接続され、該制御装置２２からの出力によって、
ソレノイド１９が駆動されるようになっている。The valve 15 has a structure that is opened and closed by a plunger 20 driven by a solenoid 19, as shown in FIG. 3, and is normally closed by a spring 21. The outputs of the water level sensor 16 and the pressure sensors 17 and 18 are connected to a control device 22, and the output from the control device 22
The solenoid 19 is driven.
【００１８】このように構成された燃料電池システム１
の作用について、以下に説明する。この燃料電池システ
ム１において発電を行うには、まず第１に、例えば、イ
グニションスイッチをオンにすることにより、遮断弁６
および背圧弁１１を開放し、スーパーチャージャ９を起
動する。これにより、燃料ガス源５から供給された燃料
ガス５が燃料ガス流路３に、スーパーチャージャ９によ
って取り込まれた酸化剤ガスが酸化剤ガス流路４に、そ
れぞれ供給される。燃料ガス流路３および酸化剤ガス流
路４には、それぞれ加湿器８，１０が設けられているの
で、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、適度に加湿された状
態で、燃料電池２内にそれぞれ供給され、発電が開始さ
れる。The fuel cell system 1 configured as described above
The operation of is described below. To generate power in the fuel cell system 1, first, for example, by turning on an ignition switch, the shut-off valve 6 is turned on.
Then, the back pressure valve 11 is opened, and the supercharger 9 is started. As a result, the fuel gas 5 supplied from the fuel gas source 5 is supplied to the fuel gas flow path 3, and the oxidizing gas taken in by the supercharger 9 is supplied to the oxidizing gas flow path 4. Humidifiers 8 and 10 are provided in the fuel gas flow path 3 and the oxidizing gas flow path 4, respectively. Power is supplied and power generation is started.
【００１９】発電が開始されると、燃料電池システム１
では、図４に示されるフローに従って、生成水排出行程
が開始される。生成水排出行程では、まず第１に、イグ
ニションがＯＮであるか否か、すなわち、発電状態であ
るか否かが判断される（ステップＳ１）。When power generation is started, the fuel cell system 1
Then, the generated water discharge process is started according to the flow shown in FIG. In the generated water discharge process, first, it is determined whether or not the ignition is ON, that is, whether or not the power is being generated (step S1).
【００２０】そして、発電状態であると判断され、発電
状態が継続されると、燃料電池２内に配されている燃料
ガス流路３および酸化剤ガス流路４において燃料ガスお
よび酸化剤ガスが消費されるとともに、これらの流路
３，４内に水が生成される。特に、発電により生成され
た水は、主に酸化剤ガス流路４に溜まり、燃料ガス流路
３には、酸化剤ガス流路４に溜まった生成水が電解質膜
を浸透して流れ込む。また、両方の反応ガス流路３，４
内に溜まる水には、加湿器による水も含まれる。このよ
うに燃料ガス流路３内に溜まった生成水は、燃料電池２
の出口側の燃料ガス流路３の下方に配置されている貯留
部１３内に流れ込む。貯留部１３の排出口１４はバルブ
１５によって閉鎖されているので、貯留部１３では流れ
込んだ生成水が排出されることなく貯留され、水位が次
第に上昇する。When the power generation state is determined and the power generation state is continued, the fuel gas and the oxidizing gas flow through the fuel gas passage 3 and the oxidizing gas passage 4 arranged in the fuel cell 2. As it is consumed, water is generated in these flow paths 3 and 4. In particular, water generated by power generation mainly accumulates in the oxidizing gas channel 4, and the generated water accumulated in the oxidizing gas channel 4 flows into the fuel gas channel 3 through the electrolyte membrane. In addition, both reaction gas passages 3 and 4
The water that accumulates inside includes the water from the humidifier. The water collected in the fuel gas flow path 3 as described above is supplied to the fuel cell 2
Flows into the storage section 13 disposed below the fuel gas flow path 3 on the outlet side of the fuel cell. Since the outlet 14 of the storage unit 13 is closed by the valve 15, the generated water flowing in the storage unit 13 is stored without being discharged, and the water level gradually rises.
【００２１】このとき、貯留部１３における水の水位は
水位センサ１６の作動によって、連続的に、または、定
期的に検出される。また、貯留部１３内の燃料ガス圧力
Ｐ１および排出口圧力Ｐ２は、圧力センサ１７，１８に
よって、連続的に、または、定期的にそれぞれ検出され
る（ステップＳ２）。次いで、圧力センサ１７，１８に
より測定された圧力値Ｐ１，Ｐ２が、比較され（ステッ
プＳ３）、貯留部１３内の燃料ガスの圧力Ｐ１が、排出
口１４側の圧力Ｐ２より低い場合には、バルブ１５を開
くと排出口１４を介して外気が混入する可能性があるた
めに、バルブ１５が閉鎖した状態に維持される。At this time, the water level in the storage section 13 is continuously or periodically detected by the operation of the water level sensor 16. Further, the fuel gas pressure P1 and the outlet pressure P2 in the storage section 13 are detected continuously or periodically by the pressure sensors 17 and 18, respectively (step S2). Next, the pressure values P1 and P2 measured by the pressure sensors 17 and 18 are compared (step S3), and when the pressure P1 of the fuel gas in the storage unit 13 is lower than the pressure P2 on the discharge port 14 side, When the valve 15 is opened, there is a possibility that outside air may enter through the discharge port 14, so that the valve 15 is maintained in a closed state.
【００２２】一方、圧力センサ１７の圧力値Ｐ１が圧力
センサ１８の圧力値Ｐ２より高い場合には、水位センサ
１６によって検出された貯留部１３内の水位が所定のし
きい値（上限水位）ＬH以上であるか否かが判断される
（ステップＳ４）。貯留部１３内の水の水位Ｌが、所定
のしきい値ＬHより低いと判断した場合には、再度、圧
力センサ１７，１８による圧力検出および水位センサ１
６による水位検出が行われ（ステップＳ２）、水位Ｌが
所定のしきい値ＬH以上であると判断した場合には、バ
ルブ開放時間Ｔ１を決定する（ステップＳ５）。On the other hand, when the pressure value P1 of the pressure sensor 17 is higher than the pressure value P2 of the pressure sensor 18, the water level in the storage section 13 detected by the water level sensor 16 is a predetermined threshold value (upper limit water level) L It is determined whether it is H or more (step S4). Level L of the water in the reservoir 13, if it is determined to be lower than a predetermined threshold L H again, pressure detection and the water level sensor 1 by the pressure sensors 17 and 18
6 the water level detection performed by (step S2), and when the water level L is equal to or greater than a predetermined threshold value L H determines the valve opening time T1 (step S5).
【００２３】バルブ開放時間Ｔ１は、例えば、圧力セン
サ１７，１８における圧力差ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）との
関係で記憶した開放時間テーブル（図示略）に基づいて
決定する。圧力差ΔＰが大きいときは、バルブ開放時間
Ｔ１が短くても貯留部１３内に貯留されている水を十分
に放出することができ、圧力差ΔＰが小さいときには、
バルブ開放時間Ｔ１を長く確保しなければ、生成水の排
出が十分に行われないからである。The valve opening time T1 is determined, for example, based on an opening time table (not shown) stored in relation to the pressure difference ΔP (= P1-P2) between the pressure sensors 17 and 18. When the pressure difference ΔP is large, the water stored in the storage section 13 can be sufficiently discharged even if the valve opening time T1 is short, and when the pressure difference ΔP is small,
This is because if the valve open time T1 is not long, the generated water is not sufficiently discharged.
【００２４】また、バルブ開放時間Ｔ１は、貯留部１３
の水位が下限水位ＬLとなる時間に設定することが好ま
しい。バルブ１５の開放によって貯留部１３の水を排出
口１４から完全に排出してしまうのではなく、貯留部１
３に最低限の水を残すことによって、貯留部１３の水面
の上方に配されている燃料ガスが排出口１４から漏れ出
ることを防止し、燃料ガスの無駄な消費を削減すること
ができるからである。The valve opening time T1 is determined by the storage unit 13
It is preferred that the water level is set to a time which is a lower limit level L L. By opening the valve 15, the water in the storage unit 13 is not completely discharged from the outlet 14,
By leaving a minimum amount of water in 3, the fuel gas disposed above the water surface of the storage unit 13 can be prevented from leaking from the outlet 14, and wasteful consumption of fuel gas can be reduced. It is.
【００２５】その後、バルブ１５が開放され（バルブに
通電し）（ステップＳ６）、ステップＳ６において決定
されたバルブ開放時間Ｔ１の経過後（ステップＳ７）
に、制御装置２２からソレノイド１９に信号が送られ
（通電が停止され）、スプリング２１の弾性復元力によ
ってプランジャ２０が移動させられることにより、バル
ブ１５が閉鎖される（ステップＳ８）。さらにその後
に、ステップＳ１に戻って、イグニションがＯＮである
か否かが判断され、発電中であると判断された場合に
は、上述したステップＳ２〜８が繰り返される。Thereafter, the valve 15 is opened (the valve is energized) (step S6), and after a lapse of the valve opening time T1 determined in step S6 (step S7).
Then, a signal is sent from the control device 22 to the solenoid 19 (energization is stopped), the plunger 20 is moved by the elastic restoring force of the spring 21, and the valve 15 is closed (step S8). Thereafter, the process returns to step S1 to determine whether or not the ignition is ON. If it is determined that power is being generated, steps S2 to S8 described above are repeated.
【００２６】一方、ステップＳ１において、イグニショ
ンがＯＦＦ、すなわち、発電停止状態であると判断され
た場合には、貯留部１３のバルブ１５前後の圧力Ｐ１，
Ｐ２が検出されて（ステップＳ９）、比較され（ステッ
プＳ１０）、圧力値Ｐ１が圧力値Ｐ２よりも大きいこと
を条件として、その圧力差ΔＰに基づいてバルブ開放時
間Ｔ２が設定され（ステップＳ１１）、バルブ１５が開
放される（ステップＳ１２）。そして、バルブ開放時間
Ｔ２が経過した後には（ステップＳ１３）、バルブ１５
が閉鎖され（ステップＳ１４）、生成水排出行程が終了
する。On the other hand, if it is determined in step S1 that the ignition is turned off, that is, the power generation is stopped, the pressures P1, P2 around the valve 15 of the storage unit 13 are determined.
P2 is detected (step S9), compared (step S10), and provided that the pressure value P1 is larger than the pressure value P2, the valve opening time T2 is set based on the pressure difference ΔP (step S11). , The valve 15 is opened (step S12). After the valve opening time T2 has elapsed (step S13), the valve 15
Is closed (step S14), and the generated water discharge process ends.
【００２７】この場合も、バルブ開放時間Ｔ２は、貯留
部１３の水位が下限水位ＬLとなる時間、もしくは、水
面が排出口１４まで達する時間に設定することが好まし
い。燃料ガスが無駄に排出されることを防止できるとと
もに、例えば、この燃料電池システム１が低温状態に放
置される場合に、このバルブ１５の近傍で凍結する水を
なくし、あるいは、最小限に抑えることができるからで
ある。[0027] In this case, the valve opening time T2 is the time the water level of the reservoir 13 is the lower limit level L L, or, it is preferable to set to a time when the water level reaches to the discharge port 14. It is possible to prevent wasteful discharge of fuel gas, and to eliminate or minimize water that freezes near the valve 15 when the fuel cell system 1 is left in a low temperature state, for example. Because it can be.
【００２８】すなわち、本実施形態に係る燃料電池シス
テム１の残留水除去方法によれば、燃料電池２による発
電中には、燃料電池２内部で生成された水を、燃料ガス
流路３の下方に設けられた貯留部１３に導いて一旦貯留
するので、燃料電池２内部の燃料ガス流路３に水が滞留
することが防止される。また、貯留部１３の水位Ｌを検
出し、該水位Ｌが上限水位ＬHを超えたときに生成水の
排出を行うので、燃料電池２内部の燃料ガス流路３内に
生成水が滞留することを確実に防止することができる。That is, according to the method for removing residual water in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, during the power generation by the fuel cell 2, water generated inside the fuel cell 2 is supplied to the lower part of the fuel gas flow path 3. Is stored in the storage section 13 provided in the fuel cell 2 and temporarily stored therein, so that water is prevented from staying in the fuel gas flow path 3 inside the fuel cell 2. Further, to detect the water level L of the reservoir 13, since the discharge of produced water when the water level L exceeds the upper limit level L H, generated water staying in the fuel cell 2 within the fuel gas passage 3 This can be reliably prevented.
【００２９】その結果、燃料電池２の発電電圧が低下し
始めたことを検出して生成水の排出を行う従来の方法と
比較すると、発電電圧を低下させることなく生成水の排
出を行うことができるので、発電効率を向上することが
できる。As a result, when compared with the conventional method of detecting that the power generation voltage of the fuel cell 2 has started to decrease and discharging the generated water, it is possible to discharge the generated water without lowering the generated voltage. Therefore, power generation efficiency can be improved.
【００３０】さらに、生成水を貯留部１３に貯留して、
貯留部１３の下方から排出するドレン装置１２の採用に
より、生成水の排出中に、貯留部１３内に存在する生成
水自体によって、その水面の上方に存在する燃料ガスが
排出口１４から放出されることが遮られるので、発電中
の燃料ガスの無駄な消費を防止することができる。ま
た、バルブ開放時間Ｔ１，Ｔ２によって、貯留部１３に
最低限の生成水を残した状態で、生成水の排出を終了す
るので、燃料ガスの放出を確実に防止することができ
る。Further, the generated water is stored in the storage unit 13,
By employing the drain device 12 that discharges from below the storage unit 13, the fuel gas present above the water surface is discharged from the discharge port 14 by the generated water itself existing in the storage unit 13 during discharge of the generated water. Therefore, wasteful consumption of fuel gas during power generation can be prevented. In addition, since the discharge of the generated water is terminated in a state where the minimum generated water is left in the storage section 13 by the valve opening times T1 and T2, the release of the fuel gas can be reliably prevented.
【００３１】さらに、バルブ開放時間Ｔ２の調整によっ
て、貯留部１３からの燃料ガスの放出を防止しつつ、バ
ルブ１５近傍に残留する生成水を最低限に抑えることが
できるので、低温下に放置しても凍結する水の量を少な
くし、始動時におけるバルブ１５の機能保全を図ること
ができる。Further, by adjusting the valve opening time T2, the generated water remaining in the vicinity of the valve 15 can be minimized while preventing the release of the fuel gas from the storage section 13. However, the amount of water to be frozen can be reduced, and the function of the valve 15 can be maintained at the time of starting.
【００３２】なお、上記実施形態では、燃料電池２の発
電効率低下防止、および、燃料ガスの消費削減の観点か
ら、燃料ガス流路３のみにドレン装置１２を設けた場合
について説明したが、これに限定されるものではなく、
図５に示されるように、燃料ガス流路３に設けられた加
湿器８に、上記実施形態と同様のドレン装置２３を設
け、図４に示したものと同等のシーケンスを実行するこ
とにしても良い。これによれば、加湿器８においても生
成水が加湿器８内部の燃料ガス流路３を閉塞することを
防止することができるので、加湿器８の機能保全を図
り、かつ、燃料ガスの消費削減を図ることができるとい
う効果がある。In the above-described embodiment, the case where the drain device 12 is provided only in the fuel gas flow path 3 has been described from the viewpoint of preventing the power generation efficiency of the fuel cell 2 from lowering and reducing the consumption of fuel gas. It is not limited to
As shown in FIG. 5, a humidifier 8 provided in the fuel gas flow path 3 is provided with a drain device 23 similar to that of the above embodiment, and a sequence equivalent to that shown in FIG. 4 is executed. Is also good. According to this, it is possible to prevent the generated water from closing the fuel gas flow path 3 inside the humidifier 8 also in the humidifier 8, so that the function of the humidifier 8 is maintained and the consumption of the fuel gas is improved. There is an effect that reduction can be achieved.
【００３３】また、燃料ガスの消費削減効果はないが、
図５に示されるように、酸化剤ガス流路４に設けた加湿
器１０にも上記実施形態と同等のドレン装置を設けても
よく、この場合には、酸化剤流路４側の加湿器１０の加
湿機能の低下を防止することができる。Although there is no fuel gas consumption reduction effect,
As shown in FIG. 5, a humidifier 10 provided in the oxidant gas flow path 4 may be provided with a drain device equivalent to that of the above embodiment. In this case, the humidifier on the oxidant flow path 4 side 10 can be prevented from being deteriorated.
【００３４】また、上記実施形態では、バルブ１５前後
の圧力差から決定したバルブ開放時間によって、貯留部
１３の水位Ｌが下限水位ＬLとなる程度の時間にわたっ
てバルブ１５を開放したが、これに代えて、水位センサ
１６によって、貯留部１３の水位Ｌが下限水位ＬLを下
回ったか否かをも検出し、この検出結果に基づいてバル
ブ１５を閉鎖することにしてもよい。[0034] In the above embodiment, the valve opening time determined from the pressure difference across the valve 15, although the water level L of the reservoir 13 is open the valve 15 for a time enough to the lower limit level L L, to Alternatively, the by the water level sensor 16, the water level L of the reservoir 13 also detects whether or not below the lower limit level L L, may be to close the valve 15 on the basis of the detection result.
【００３５】[0035]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は以下の効果を奏する。 （１） 請求項１記載の発明に係る燃料電池システムの
生成水排出方法によれば、反応ガス流路において生成さ
れた水を、その下方に配置された貯留部に導き、貯留部
の水位を検出して、上限水位を超えたときに生成水を排
出するので、生成水が反応ガス流路内に滞留することを
確実に防止することができる。As is clear from the above description, the present invention has the following effects. (1) According to the method for discharging generated water of the fuel cell system according to the first aspect of the present invention, the water generated in the reaction gas flow path is guided to the storage section disposed below the reaction gas flow path, and the water level of the storage section is adjusted. Since the generated water is discharged when the detected water level exceeds the upper limit, the generated water can be reliably prevented from staying in the reaction gas flow path.
【００３６】したがって、反応ガス流路上に配される燃
料電池においては、該燃料電池の電圧低下が発生する前
に燃料電池流路内の生成水を排出するので、発電中にお
ける発電効率の低下を防止することができるという効果
を奏する。また、反応ガス流路上に配される加湿器等そ
の他のデバイスにおいては、生成水によってデバイス内
の反応ガス流路が閉塞または縮小させられて、機能不全
が生ずることを未然に防止することができるという効果
を奏する。Therefore, in the fuel cell disposed on the reaction gas flow path, water generated in the fuel cell flow path is discharged before the voltage of the fuel cell drops, so that the power generation efficiency during power generation is reduced. This has the effect that it can be prevented. Further, in other devices such as a humidifier disposed on the reaction gas flow path, it is possible to prevent the reaction gas flow path in the device from being blocked or reduced by the generated water, thereby preventing malfunction. This has the effect.
【００３７】さらに、貯留部を設け、反応ガス流路と排
出口との間に水面を形成するように生成水を貯留するこ
とにより、特に、反応ガスが燃料ガスである場合に、燃
料ガスが排出口から漏れ出ることを生成水自体によって
遮ることができる。したがって、生成水の排出中におけ
る燃料ガスの放出を防止して、燃料ガスの消費削減を図
ることができるという効果がある。Further, by providing a storage section and storing the generated water so as to form a water surface between the reaction gas flow path and the discharge port, especially when the reaction gas is a fuel gas, the fuel gas is Leakage from the outlet can be blocked by the product water itself. Therefore, there is an effect that the release of the fuel gas during the discharge of the generated water can be prevented, and the consumption of the fuel gas can be reduced.
【００３８】（２） 請求項２記載の発明に係る燃料電
池システムの生成水排出方法によれば、生成水の排出時
に、反応ガス流路と排出口との間に、常に生成水の水面
を維持することができるので、反応ガス、特に燃料ガス
が排出口から漏洩することを確実に防止することができ
るという効果がある。(2) According to the method for discharging generated water of the fuel cell system according to the second aspect of the present invention, at the time of discharging the generated water, the surface of the generated water is always kept between the reaction gas flow path and the discharge port. Since it can be maintained, there is an effect that the reaction gas, especially the fuel gas, can be reliably prevented from leaking from the outlet.
【図１】 この発明の一実施形態に係る生成水排出方
法を適用する燃料電池システムを概略的に示すブロック
図である。FIG. 1 is a block diagram schematically showing a fuel cell system to which a generated water discharge method according to an embodiment of the present invention is applied.
【図２】 この発明の一実施形態に係る生成水排出方
法を適用する燃料ガス流路のドレン装置の配置を示す概
略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an arrangement of a drain device of a fuel gas flow path to which the generated water discharge method according to one embodiment of the present invention is applied.
【図３】 図２のドレン装置の詳細図である。FIG. 3 is a detailed view of the drain device of FIG. 2;
【図４】 この発明の一実施形態に係る生成水排出行
程を説明するフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart illustrating a generated water discharge process according to an embodiment of the present invention.
【図５】 この発明の他の実施形態に係る生成水排出
方法を適用する燃料電池システムを概略的に示すブロッ
ク図である。FIG. 5 is a block diagram schematically showing a fuel cell system to which a generated water discharge method according to another embodiment of the present invention is applied.
１ 燃料電池システム ２ 燃料電池 ３ 燃料ガス流路 １３ 貯留部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 2 Fuel cell 3 Fuel gas flow path 13 Storage part
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 知樹 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 金井 靖司 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 KK00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tomoki Kobayashi 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Pref. Inside Honda R & D Co., Ltd. (72) Inventor Yasushi Kanai 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama F-term in Honda R & D Co., Ltd. (reference) 5H026 AA06 5H027 AA06 KK00
Claims (2)
応ガス流路内から排出する方法であって、 反応ガス流路の下方に設けた貯留部に生成水を導いて貯
留するとともに、 該貯留部の水位を検出し、 該水位が予め設定した上限水位を超えたとき、貯留部の
生成水を下部から排出する燃料電池システムの生成水排
出方法。1. A method for discharging water generated at the time of power generation of a fuel cell from a reaction gas flow path, wherein the generated water is guided and stored in a storage section provided below the reaction gas flow path. A method for discharging generated water of a fuel cell system, comprising detecting a water level of a storage section, and discharging the generated water of the storage section from below when the water level exceeds a preset upper limit water level.
位を下回ったとき、貯留部の生成水の排出を停止する請
求項１記載の燃料電池システムの生成水排出方法。2. The method according to claim 1, wherein when the water level in the storage section falls below a predetermined lower limit water level, the discharge of the generated water in the storage section is stopped.
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