JP2006155997A - Fuel cell system and scavenging method of fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池システムの掃気方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and a scavenging method for the fuel cell system.
近年、燃料電池自動車などの電源として、単セルが複数積層してなる燃料電池スタック(燃料電池という場合もある)の開発が盛んである。燃料電池は発電すると、主としてカソード(空気極)側で水が生成する。生成した水の一部は単セルを構成する固体高分子電解質膜(以下電解質膜という)内を拡散し、アノード(燃料極)側に透過する。また、前記電解質膜の湿潤状態を維持するために、加湿した酸化剤ガス(例えば加湿した空気)を、カソード側に供給する方法などが一般に採用されている。 2. Description of the Related Art In recent years, development of fuel cell stacks (sometimes referred to as fuel cells) in which a plurality of single cells are stacked has been actively developed as a power source for fuel cell vehicles. When a fuel cell generates electricity, water is generated mainly on the cathode (air electrode) side. Part of the generated water diffuses in the solid polymer electrolyte membrane (hereinafter referred to as electrolyte membrane) constituting the single cell and permeates to the anode (fuel electrode) side. In order to maintain the wet state of the electrolyte membrane, a method of supplying humidified oxidant gas (for example, humidified air) to the cathode side is generally employed.
このように、加湿や発電により生成した水により、燃料電池内を流通するガスの含水量は高くなっている。したがって、ガスの温度が低下すると、ガスに含まれていた水が凝結する。ゆえに、燃料電池が冬季や寒冷地で使用された場合などであって、燃料電池を停止した後に氷点下に曝されると、燃料電池内が凍結してしまう場合がある。 Thus, the water content of the gas flowing through the fuel cell is increased by the water generated by humidification and power generation. Therefore, when the temperature of the gas decreases, water contained in the gas condenses. Therefore, when the fuel cell is used in the winter or in a cold region, if the fuel cell is exposed to below freezing after being stopped, the inside of the fuel cell may freeze.
そこで、このような燃料電池内の凍結を防止するため、燃料電池の停止時または起動時などに、燃料電池内の燃料ガス流路、酸化剤ガス流路を、非加湿の空気(掃気ガス)で掃気(空気パージ)し、前記凝結した水を燃料電池外に押し出すことが行われている。 Therefore, in order to prevent such freezing in the fuel cell, when the fuel cell is stopped or started, the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path in the fuel cell are made non-humidified air (scavenging gas). The air is purged with air (air purge), and the condensed water is pushed out of the fuel cell.
また、近年、発電出力を高めるため、複数の燃料電池を備えた燃料電池発電システムが提案されている(特許文献1参照)。 In recent years, a fuel cell power generation system including a plurality of fuel cells has been proposed in order to increase the power generation output (see Patent Document 1).
ところが、特許文献1には、複数の燃料電池への反応ガスの供給方法は記載されているものの、燃料電池の掃気に関しては何ら開示されていない。そして、このような複数の燃料電池を備える燃料電池発電システムを掃気するには、多大なエネルギが必要であった。 However, Patent Document 1 describes a method of supplying a reaction gas to a plurality of fuel cells, but does not disclose any scavenging of the fuel cells. And in order to scavenge such a fuel cell power generation system provided with a plurality of fuel cells, a lot of energy is required.
そこで、本発明は、複数の燃料電池スタックを、少ないエネルギで好適に掃気できる燃料電池システムおよび燃料電池システムの掃気方法を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system and a scavenging method for the fuel cell system that can suitably scavenge a plurality of fuel cell stacks with less energy.
前記課題を解決するための手段として、請求項1に係る発明は、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路を有し、前記燃料ガス流路に燃料ガスが、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスがそれぞれ供給されることで発電する複数の燃料電池スタックと、一端側が掃気ガス源に接続し、他端側が分岐しており、前記各燃料電池スタックの燃料ガス流路および酸化剤ガス流路の少なくとも一方にそれぞれ接続した掃気ガス導入配管と、前記各燃料電池スタックの燃料ガス流路および酸化剤ガス流路の少なくとも一方内の掃気ガスの流通と非流通とを切り換える切換手段と、前記切換手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記複数の燃料電池スタックを2つ以上の組に分け、前記切換手段を制御して、前記組毎に掃気することを特徴とする燃料電池システムである。 As a means for solving the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 has a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path. A plurality of fuel cell stacks that generate power by being supplied with each of the agent gas, one end side is connected to the scavenging gas source, and the other end side is branched, and the fuel gas flow path and the oxidant gas flow of each fuel cell stack Scavenging gas introduction piping respectively connected to at least one of the paths; switching means for switching between the flow and non-flow of the scavenging gas in at least one of the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path of each fuel cell stack; Control means for controlling switching means, wherein the control means divides the plurality of fuel cell stacks into two or more groups, controls the switching means, and scavenges the groups. Do A charge the battery system.
ここで、「掃気ガス」とは、燃料電池スタック内の水などを、燃料電池スタック外に押し出し、燃料電池スタック内を掃除するための所定圧力のガスであり、例えば、空気、窒素などである。そして、「燃料電池スタックを掃気する」とは、掃気ガスを燃料電池スタックの燃料ガス流路、酸化剤ガス流路に導入し、燃料電池スタック内の水などを外に押し出すことである。
また、組を構成する燃料電池スタックの数は、1つであってもよいとする。
Here, the “scavenging gas” is a gas at a predetermined pressure for extruding water in the fuel cell stack to the outside of the fuel cell stack and cleaning the inside of the fuel cell stack, for example, air, nitrogen, etc. . “To scavenge the fuel cell stack” means to introduce the scavenging gas into the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path of the fuel cell stack and push out water in the fuel cell stack to the outside.
Further, the number of fuel cell stacks constituting the set may be one.
このような燃料電池システムによれば、燃料電池スタックの掃気時に、制御手段が複数の燃料電池スタックを2つ以上の組(掃気ガス供給単位)に分ける構成としたことにより、各組を構成する燃料電池スタックの数は、複数の燃料電池スタックの全数より少なくなる。 According to such a fuel cell system, when scavenging the fuel cell stack, the control unit divides the plurality of fuel cell stacks into two or more groups (scavenging gas supply units), thereby configuring each group. The number of fuel cell stacks is less than the total number of fuel cell stacks.
そして、切換手段を制御して、この組(掃気ガス供給単位)毎に掃気する構成としたことにより、掃気ガス源から掃気ガス供給配管に導入する掃気ガスの流量を一定であっても、各組を構成する燃料電池スタックに、流量を大きく落とさずに、掃気ガスをそれぞれ導入することができる。言い換えると、掃気ガス源から掃気ガスを同時に導入する燃料電池スタックの数を、各組を構成する燃料電池スタックに減らしたことで、掃気ガス源から掃気ガス導入配管への掃気ガス流量を高めずに少ないエネルギで、各組を構成する燃料電池スタックに、掃気ガスの流量を大きく落とさずに導入することができる。
その結果として、各組を構成する各燃料電池スタックの燃料ガス流路および酸化剤ガス流路の少なくとも一方内を好適に掃気することができる。
なお、「燃料電池スタックの掃気時」とは、燃料電池スタックの発電停止時、発電起動時など、燃料電池スタック内の水を外に押し出すときである。
Further, by controlling the switching means to perform scavenging for each set (scavenging gas supply unit), each scavenging gas flow rate introduced from the scavenging gas source to the scavenging gas supply pipe is constant. The scavenging gas can be introduced into the fuel cell stacks constituting the set without greatly reducing the flow rate. In other words, by reducing the number of fuel cell stacks that simultaneously introduce scavenging gas from the scavenging gas source to the fuel cell stacks that make up each group, the scavenging gas flow rate from the scavenging gas source to the scavenging gas introduction pipe is not increased. Therefore, it is possible to introduce the scavenging gas into the fuel cell stacks constituting each set without significantly reducing the flow rate of the scavenging gas.
As a result, at least one of the fuel gas channel and the oxidant gas channel of each fuel cell stack constituting each group can be suitably scavenged.
Note that “when the fuel cell stack is scavenged” refers to when water in the fuel cell stack is pushed out, such as when the fuel cell stack is stopped generating power or when power generation is started.
そして、この組毎に掃気する、つまり、全ての組を掃気することで、複数の燃料電池スタックの燃料ガス流路および酸化剤ガス流路の少なくとも一方の全てを好適に掃気することができる。
なお、後記する実施形態では、第1燃料電池スタック10および第2燃料電池スタック20の2基の燃料電池スタックを備えた燃料電池システム1であって、掃気ガス源をポンプ61とし、第1アノード流路12(燃料ガス流路)と第2アノード流路22(燃料ガス流路)を掃気する場合について説明する(図1参照)。
By scavenging every group, that is, by scavenging all the groups, it is possible to suitably scavenge at least one of the fuel gas flow paths and the oxidant gas flow paths of the plurality of fuel cell stacks.
In the embodiment to be described later, the fuel cell system 1 includes two fuel cell stacks, ie, the first
請求項2に係る発明は、前記制御手段は、前記各燃料電池スタック毎に前記組を分けることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システムである。 The invention according to claim 2 is the fuel cell system according to claim 1, wherein the control means divides the set for each fuel cell stack.
このような燃料電池システムによれば、各組を構成する1つの燃料電池スタック毎に、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路の少なくとも一方を掃気することができる。 According to such a fuel cell system, at least one of the fuel gas flow channel and the oxidant gas flow channel can be scavenged for each fuel cell stack constituting each set.
請求項3に係る発明は、前記制御手段は、前記燃料電池スタックの組を変化させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システムである。 The invention according to claim 3 is the fuel cell system according to claim 1, wherein the control means changes the set of the fuel cell stacks.
ここで、「燃料電池スタックの組を変化させる」とは、複数の燃料電池スタックを再度、2つ以上の組に分け直すことを意味する。したがって、分け直す前の「先の組の数」と、分け直した後の「後の組の数」とが異なる場合や、「先の組の数」と「後の組の数」とが同一でも「組」を構成する燃料電池スタックが異なる場合などがある。 Here, “changing the set of fuel cell stacks” means that a plurality of fuel cell stacks are divided again into two or more sets. Therefore, if the “number of the previous group” before the regrouping is different from the “number of the subsequent group” after the reclassification, or the “number of the previous group” and the “number of the subsequent group” There are cases where the fuel cell stacks constituting the “group” are different even if they are the same.
このような燃料電池ステムによれば、例えば、各燃料電池スタックを構成する単セルの電圧を検出するセル電圧検出モニタや、各燃料電池スタックの下流側に露点計などをさらに設け、これらによって各燃料電池スタック内の水分存在状態や掃気状態などを把握し、これに対応して、燃料電池スタックの組を変化させることで、複数の燃料電池スタックをさらに効率的に掃気することができる。なお、燃料電池スタック内に水分が存在すると単セルの電圧が低下する。 According to such a fuel cell stem, for example, a cell voltage detection monitor for detecting the voltage of a single cell constituting each fuel cell stack, and a dew point meter on the downstream side of each fuel cell stack are further provided. A plurality of fuel cell stacks can be scavenged more efficiently by grasping the moisture presence state, the scavenging state, and the like in the fuel cell stack and changing the set of the fuel cell stacks accordingly. Note that when water is present in the fuel cell stack, the voltage of the single cell decreases.
請求項4に係る発明は、前記組毎に掃気した後、前記制御手段は、前記切換手段を制御して、前記複数の燃料電池スタックの全てを同時に掃気することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システムである。 The invention according to claim 4 is characterized in that, after scavenging for each set, the control means controls the switching means to scavenge all of the plurality of fuel cell stacks simultaneously. It is a fuel cell system of any one of Claim 3.
このような燃料電池システムによれば、前記組毎に掃気した後、複数の燃料電池スタックの全てを同時に掃気する構成としたことにより、各燃料電池スタックの燃料ガス流路および酸化剤ガス流路の少なくとも一方への掃気ガスの流量は低下する。これにより、電解質膜や燃料ガス流路の内壁などの表面に薄層で残留する水などを、流量が低下し緩やかに流通する掃気ガスに取り込み、電解質膜などの乾燥を促進することができる。 According to such a fuel cell system, after scavenging every group, the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path of each fuel cell stack are configured by simultaneously scavenging all of the plurality of fuel cell stacks. The flow rate of the scavenging gas to at least one of these decreases. As a result, water remaining in a thin layer on the surface of the electrolyte membrane and the inner wall of the fuel gas flow path can be taken into the scavenging gas flowing slowly and with a reduced flow rate, and drying of the electrolyte membrane and the like can be promoted.
請求項5に係る発明は、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路を有し、前記燃料ガス流路に燃料ガスが、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスがそれぞれ供給されることで発電する複数の燃料電池スタックを備える燃料電池システムにおいて、掃気ガス源から、前記各燃料電池スタックの燃料ガス流路および酸化剤ガス流路の少なくとも一方にそれぞれ掃気ガスを導入し、掃気する燃料電池システムの掃気方法であって、前記複数の燃料電池スタックを2つ以上の組に分け、前記組毎に掃気する第1掃気工程を含むことを特徴とする燃料電池システムの掃気方法である。 The invention according to claim 5 has a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path, and the fuel gas is supplied to the fuel gas flow path, and the oxidant gas is supplied to the oxidant gas flow path to generate power. In a fuel cell system including a plurality of fuel cell stacks, a scavenging gas is introduced into at least one of a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path of each fuel cell stack from a scavenging gas source, thereby scavenging the fuel cell system. A scavenging method for a fuel cell system comprising a first scavenging step of dividing the plurality of fuel cell stacks into two or more groups and scavenging each group.
このような燃料電池システムの掃気方法によれば、燃料電池スタックの掃気時に、複数の燃料電池スタックを2つ以上の組に分ける構成としたことにより、各組を構成する燃料電池スタックの数は、複数の燃料電池スタックの全数より少なくなる。
そして、この組毎に掃気する構成としたことにより、掃気ガス源から供給される掃気ガスの流量が一定であっても、各組を構成する燃料電池スタックに、流量を大きく落とさずに、掃気ガスをそれぞれ導入することができる。言い換えると、掃気ガス源から掃気ガスを同時に導入する燃料電池スタックの数を、各組を構成する燃料電池スタックに減らしたことで、掃気ガス源から供給される掃気ガスの流量を高めずに少ないエネルギで、各組を構成する燃料電池スタックに、掃気ガスの流量を大きく落とさずに導入することができる。
その結果として、各組を構成する各燃料電池スタックの燃料ガス流路および酸化剤ガス流路の少なくとも一方内を好適に掃気することができる。
According to the scavenging method of such a fuel cell system, when scavenging the fuel cell stack, the plurality of fuel cell stacks are divided into two or more groups, so that the number of fuel cell stacks constituting each group is Less than the total number of fuel cell stacks.
In addition, by adopting a configuration in which scavenging is performed for each set, even if the flow rate of the scavenging gas supplied from the scavenging gas source is constant, the scavenging gas is not greatly reduced in the fuel cell stack constituting each set. Each gas can be introduced. In other words, by reducing the number of fuel cell stacks that simultaneously introduce scavenging gas from the scavenging gas source to the fuel cell stacks that make up each set, the flow rate of the scavenging gas supplied from the scavenging gas source is reduced without increasing With energy, the scavenging gas can be introduced into the fuel cell stacks constituting each set without greatly reducing the flow rate of the scavenging gas.
As a result, at least one of the fuel gas channel and the oxidant gas channel of each fuel cell stack constituting each group can be suitably scavenged.
そして、この組毎に掃気する、つまり、全ての組を掃気することで、複数の燃料電池スタックの燃料ガス流路および酸化剤ガス流路の少なくとも一方の全てを好適に掃気することができる。 By scavenging every group, that is, by scavenging all the groups, it is possible to suitably scavenge at least one of the fuel gas flow paths and the oxidant gas flow paths of the plurality of fuel cell stacks.
請求項6に係る発明は、前記第1掃気工程の後、前記複数の燃料電池スタックの全てを同時に掃気する第2掃気工程を、さらに含むことを特徴とする請求項5に記載の燃料電池システムの掃気方法である。 6. The fuel cell system according to claim 5, further comprising a second scavenging step of scavenging all of the plurality of fuel cell stacks after the first scavenging step. The scavenging method.
このような燃料電池システムの掃気方法によれば、第1掃気工程後、複数の燃料電池スタックの全てを同時に掃気する第2掃気工程をさらに含むことにより、各燃料電池スタックに導入される掃気ガスの流量は低くなり、電解質膜やセパレータなどの表面に薄層で残留する水などを、流量が低下した掃気ガスに取り込み、電解質膜などの乾燥を促進することができる。 According to such a scavenging method of the fuel cell system, after the first scavenging step, the scavenging gas introduced into each fuel cell stack by further including the second scavenging step of scavenging all of the plurality of fuel cell stacks at the same time. Thus, the water remaining in a thin layer on the surface of the electrolyte membrane or the separator can be taken into the scavenging gas having a reduced flow rate to promote the drying of the electrolyte membrane or the like.
本発明によれば、複数の燃料電池スタックを、少ないエネルギで好適に掃気できる燃料電池システムおよび燃料電池システムの掃気方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which can scavenge a some fuel cell stack suitably with little energy, and the scavenging method of a fuel cell system can be provided.
以下、本発明の一実施形態について、図1から図3を適宜参照して説明する。
参照する図面において、図1は、本実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。図2は、本実施形態に係る燃料電池システムの制御を示すフローチャートである。図3は、本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すタイムチャートである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 as appropriate.
In the drawings to be referred to, FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to the present embodiment. FIG. 2 is a flowchart showing control of the fuel cell system according to the present embodiment. FIG. 3 is a time chart showing the operation of the fuel cell system according to the present embodiment.
≪燃料電池システムの構成≫
図1に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム1は、燃料電池自動車に搭載されたシステムであり、燃料電池自動車の停止時(第1燃料電池スタック10および第2燃料電池スタック20の停止時)に、第1排出弁41および第2排出弁42(切換手段)を制御して掃気ガスを導入し、第1燃料電池スタック10および第2燃料電池スタック20を好適に掃気するシステムである。
≪Configuration of fuel cell system≫
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 according to the present embodiment is a system mounted on a fuel cell vehicle. When the fuel cell vehicle is stopped (the first
ここで、本実施形態では、第1燃料電池スタック10と第2燃料電池スタック20との2基の燃料電池スタックを備えた燃料電池システム1について、第1燃料電池スタック10の第1アノード流路12(燃料ガス流路)と第2燃料電池スタック20の第2アノード流路22(燃料ガス流路)の掃気に、本発明を適用した場合に説明する。そして、2基の燃料電池スタック(第1燃料電池スタック10と第2燃料電池スタック20)が、各燃料電池スタック毎に組が分けられ(組の数は2つ、各組を構成する燃料電池スタックの数は1基)、この組毎に掃気した後(第1掃気工程)、第1燃料電池スタック10の第1アノード流路12と第2燃料電池スタック20の第2アノード流路22とを同時に掃気する(第2掃気工程)場合について説明する。第1掃気工程においては、第1アノード流路12、第2アノード流路22の順に掃気する場合について説明する。
また、説明を簡単にするため、カソード系のポンプ51と、掃気ガス導入系のポンプ61(掃気ガス源)とを切り分けた場合について説明する。
Here, in the present embodiment, for the fuel cell system 1 including two fuel cell stacks, the first
For the sake of simplicity, a case where the
図1に示すように、燃料電池システム1は、第1燃料電池スタック10および第2燃料電池スタック20と、第1燃料電池スタック10および第2燃料電池スタック20のアノード側に水素ガス(燃料ガス、反応ガス)を供給・排出するアノード系と、第1燃料電池スタック10および第2燃料電池スタック20のカソード側に加湿空気(酸化剤ガス、反応ガス)を供給・排出するカソード系と、掃気時に掃気ガスを第1燃料電池スタック10および第2燃料電池スタック20のアノード側に導入する掃気ガス導入系と、これらを制御するECU70(Electronic Control Unit、制御装置)を主に備えている。
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes hydrogen gas (fuel gas) on the anode side of the first
<第1燃料電池スタック>
第1燃料電池スタック10は、主として、一価の陽イオン交換型の第1電解質膜11の両面をアノード(燃料極)およびカソード(空気極)で挟持してなる膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly、膜電極複合体とも称される)が、セパレータを介して、複数積層されることで構成されている。セパレータには、第1電解質膜11の全面に水素ガス(燃料ガス)、加湿空気(酸化剤ガス)をそれぞれ供給するための溝、各単セルに供給するための貫通孔などが複雑に形成されており、これら溝などが第1アノード流路12(燃料ガス流路、反応ガス流路)、第1カソード流路13(酸化剤ガス流路、反応ガス流路)として機能している。
そして、第1燃料電池スタック10の通常発電時には、第1アノード流路12には水素ガスが流通し、この流通する水素ガスが各アノードに供給されるようになっている。一方、第1カソード流路13には、加湿空気が流通し、この流通する加湿空気が各カソードに供給されるようになっている。水素ガスが各アノードに、加湿空気が各カソードに供給されると、各アノード・各カソードで電気化学反応が生じて、各単セルで所定の電位差が発生し、単セルが一般に直列で接続されているため、第1燃料電池スタック10から大きな電力を取り出すことが可能となっている。
<First fuel cell stack>
The first
During normal power generation of the first
<第2燃料電池スタック>
第2燃料電池スタック20は、第1燃料電池スタック10と同じ構成であるため、簡単に説明すると、第2電解質膜21を有しており、その一方面側に水素ガスを供給するための第2アノード流路22(燃料ガス流路、反応ガス流路)と、他方面側に加湿空気を供給するための第2カソード流路23(酸化剤ガス流路、反応ガス流路)を有している。
<Second fuel cell stack>
Since the second
<アノード系>
アノード系は、第1燃料電池スタック10および第2燃料電池スタック20のアノード側に配置され、水素ガスを供給・排出する系である。以下、アノード系の水素ガス供給側、水素ガス排出側の順で説明する。
<Anode system>
The anode system is a system that is arranged on the anode side of the first
<アノード系−水素供給側>
アノード系の水素供給側は、水素ガスが貯蔵された水素タンク31と、遮断弁32と、エゼクタ33とを主に備えている。水素タンク31は、配管31aを介して下流側の遮断弁32に接続しており、遮断弁32は配管32aを介して下流側のエゼクタ33に接続している。そして、エゼクタ33は、途中位置で分岐した配管33aを介して、第1開閉弁35と第2開閉弁36にそれぞれ接続している。第1開閉弁35は、配管35a(掃気ガス導入配管)を介して、第1燃料電池スタック10の第1アノード流路12に接続しており、第2開閉弁36は、配管36a(掃気ガス導入配管)を介して、第2燃料電池スタック20の第2アノード流路22に接続している。遮断弁32、第1開閉弁35および第2開閉弁36は、後記するECU70の制御部71と電気的に接続しており、制御部71はこれらを所望に開閉可能となっている。
また、遮断弁32とエゼクタ33との間の配管32aには、減圧弁(図示しない)が設けられている。
したがって、遮断弁32、第1開閉弁35および第2開閉弁36を開くと、水素タンク31から、水素ガスが所定に減圧された後、第1アノード流路12および第2アノード流路22に供給されるようになっている。
<Anode system-hydrogen supply side>
The anode hydrogen supply side mainly includes a
Further, a pressure reducing valve (not shown) is provided in the
Therefore, when the shut-off
<アノード系−水素排出側>
アノード系の水素排出側は、第1排出弁41(切換手段)および第2排出弁42(切換手段)と、第1アノード流路12および第2アノード流路から排出されたガス(以下、アノードオフガス)を気液分離する気液分離器43と、未反応の水素ガスを希釈する希釈器45と、掃気時(または水素パージ時)に開かれる掃気弁46(水素パージ弁)とを主に備えている。
<Anode system-Hydrogen discharge side>
The hydrogen discharge side of the anode system includes a first discharge valve 41 (switching means) and a second discharge valve 42 (switching means), gas discharged from the first
[第1排出弁、第2排出弁]
第1排出弁41は、配管41aを介して、第1アノード流路12の下流側に接続しており、第1アノード流路12内のガス(掃気ガスなど)の流通/非流通を切り換える機器である。第2排出弁42は、配管42aを介して、第2アノード流路22の下流側に接続しており、第2アノード流路22内のガス(掃気ガスなど)の流通/非流通を切り換える機器である。第1排出弁41の下流側と第2排出弁42の下流側は、途中の合流点で合流する配管43aが接続しており、配管43aの下流側は、気液分離器43に接続している。
[First discharge valve, second discharge valve]
The
また、第1排出弁41および第2排出弁42は、例えば電磁式の開閉弁であり、後記するECU70の制御部71にそれぞれ電気的に接続しており、制御部71は、第1排出弁41と第2排出弁42とを、独立して開閉可能となっている。そして、後記するように、第1排出弁41、第2排出弁42を適宜に開閉させることで、第1掃気工程において、第1アノード流路12と、第2アノード流路22とを順に掃気可能となっている。
Further, the
[気液分離器]
気液分離器43(キャッチタンク)は、通常発電時にアノードオフガス中の水分を分離して、循環する水素ガス中の水分を除去するための機器、言い換えると、アノードオフガス中の未反応の水素ガスを回収するための機器である。気液分離器43は、冷媒が流通する冷媒配管(図示しない)などを備えており、配管43aを介して、第1アノード流路12、第2アノード流路22から導入されたアノードオフガスを所定に冷却し、未反応の水素ガスと水とに気液分離可能となっている。ただし、気液分離器43の気液分離方式はこれに限定されず、例えば遠心力により分離する方式であってもよい。
[Gas-liquid separator]
The gas-liquid separator 43 (catch tank) is a device for separating moisture in the anode off-gas during normal power generation and removing moisture in the circulating hydrogen gas, in other words, unreacted hydrogen gas in the anode off-gas. It is equipment for collecting. The gas-
気液分離器43の下流側は、配管43bを介してドレン弁44と、配管43cを介してエゼクタ33とにそれぞれ接続している。配管43bは、分離された水(液体)が排出されるように、気液分離器43の適所(底壁など)に設けられている。配管43cは、分離された未反応の水素ガスをエゼクタ33に戻し循環できるように、気液分離器43の適所(上壁など)に設けられている。
The downstream side of the gas-
[ドレン弁]
ドレン弁44は、配管44aを介して、下流側の希釈器45に接続している。また、ドレン弁44は、後記するECU70の制御部71と電気的に接続しており、制御部71は、ドレン弁を所望に開閉可能となっている。
したがって、通常発電時にドレン弁44を適宜に開くことにより、気液分離器43で分離された水が、配管43b、ドレン弁44、配管44aを介して、希釈器45に流れるようになっている。また、ドレン弁44は、第1燃料電池スタック10および第2燃料電池スタック20の掃気時にも開かれ、掃気ガスおよび押し出された水などが、希釈器45に流れるようになっている。
[Drain valve]
The
Accordingly, by appropriately opening the
[希釈器]
希釈器45(希釈ボックス)は、内部に希釈空間を有する箱状の機器であり、未反応の水素ガスを含むアノードオフガスなどを希釈可能となっている。希釈器45の上流側は、前記した配管44aの他、後記する配管46bと、配管52bとに接続している。
そして、配管44a、配管46bから希釈器45内に供給されたアノードオフガスなどは、配管52bから供給されたカソードオフガスによって希釈された後、希釈器45の所定位置に設けられた配管を介して、外気中に排出されるようになっている。
[Diluter]
The diluter 45 (dilution box) is a box-shaped device having a dilution space inside, and can dilute anode off-gas containing unreacted hydrogen gas. The upstream side of the
The anode off gas supplied from the
[掃気弁]
掃気弁46(掃気排出弁)は、開閉式の止め弁であり、掃気弁46の上流側は、配管46aを介して、前記合流点より下流側の配管43aに接続している。掃気弁46の下流側は、配管46bを介して、希釈器45に接続している。また、掃気弁46は、後記するECU70の制御部71と電気的に接続しており、制御部71は掃気弁46を所望に開閉可能となっている。
[Scavenging valve]
The scavenging valve 46 (scavenging discharge valve) is an open / close type stop valve, and the upstream side of the scavenging
そして、燃料電池2の掃気時や、循環により不純物(カソード側から電解質膜3を透過した窒素ガス、水分)が多くなった水素ガスを排出(パージ)するとき(以下、水素パージ時)に、掃気弁46を開くことで、掃気時には第1燃料電池スタック10、第2燃料電池スタック20から排出された掃気ガス(オフガス)と共に押し出された水が、水素パージ時には含水量の高い水素ガス(オフガス)が、配管46a、掃気弁46、配管46bを順に流通し、希釈器45に送られるようになっている。
Then, when scavenging the fuel cell 2 or discharging (purging) hydrogen gas in which impurities (nitrogen gas and moisture that have passed through the electrolyte membrane 3 from the cathode side) increased due to circulation (hereinafter referred to as hydrogen purging), By opening the scavenging
<カソード系>
カソード系は、第1燃料電池スタック10および第2燃料電池スタック20のカソード側に加湿空気(掃気時は非加湿空気)を供給・排出する系であり、ポンプ51(コンプレッサ)、背圧弁52を主に備えている。
<Cathode system>
The cathode system is a system that supplies / discharges humidified air (non-humidified air during scavenging) to the cathode side of the first
<カソード系−空気供給側>
まず、カソード系の空気供給側について説明すると、ポンプ51は、外気を取り込み、圧縮して、第1カソード流路13と第2カソード流路23とに送る機器である。ポンプ51の下流側は、二股に分岐した配管51aを介して、第1カソード流路13と第2カソード流路23とに接続している。また、配管51aには、加湿器(図示しない)が設けられており、第1燃料電池スタック10および第2燃料電池スタック20の通常発電時は、取り込まれた空気を加湿可能となっている。
<Cathode system-Air supply side>
First, the cathode air supply side will be described. The
<カソード系−空気排出側>
次に、カソード系の空気排出側について説明すると、第1カソード流路13と第2カソード流路23の下流側に、途中で合流する配管52aが接続しており、配管52aの下流側は、背圧弁52に接続している。したがって、背圧弁52の開度を適宜に調整することで、第1カソード流路13および第2カソード流路23内のガスの圧力を調整可能となっている。
<Cathode system-Air discharge side>
Next, the air discharge side of the cathode system will be described. A
そして、背圧弁52の下流側は、配管52bを介して、前記したアノード系の希釈器45に接続している。したがって、第1カソード流路13と第2カソード流路23から排出されたカソードオフガス(通常発電時は加湿空気+生成した水、掃気時は掃気ガス+押し出された水)が、配管52a、背圧弁52、配管52bを介して希釈器45に供給されるようになっている。
The downstream side of the
<掃気ガス導入系>
掃気ガス導入系は、第1燃料電池スタック10および第2燃料電池スタック20の掃気時に、第1アノード流路12および第2アノード流路22に掃気ガスを導入するための系であり、ポンプ61(掃気ガス源、コンプレッサ)と、第1導入弁62と、第2導入弁63とを主に備えている。
<Scavenging gas introduction system>
The scavenging gas introduction system is a system for introducing scavenging gas into the
[ポンプ]
ポンプ61(掃気ガス源)は、掃気時に稼動し、外気を取り込み掃気ガスとして送る機器である。ポンプ61の下流側は、配管61a(掃気ガス導入配管)に接続しており、配管61aはその途中で分岐して、第1導入弁62と、第2導入弁63とに接続している。第1導入弁62の下流側は、配管62a(掃気ガス導入配管)を介して、配管35aに接続している。第2導入弁63の下流側は、配管63a(掃気ガス導入配管)を介して、配管36aに接続している。また、ポンプ61と、第1導入弁62および第2導入弁63とは、後記するECU70の制御部71と電気的に接続しており、制御部71は、これらを所望に開閉可能となっている。
[pump]
The pump 61 (scavenging gas source) is a device that operates during scavenging, takes in outside air, and sends it as scavenging gas. The downstream side of the
したがって、ポンプ61を稼動し、第1導入弁62および第2導入弁63を開くことで、掃気ガスが、配管61a、配管62a、配管35aの一部を介して、第1アノード流路12に、配管61a、配管63a、配管35aの一部を介して、第2アノード流路22に導入されるようになっている。
Therefore, by operating the
ここで、本実施形態において、特許請求の範囲における「掃気ガス導入配管」は、配管61aと、配管62aと、配管35aの一部と、配管63aと、配管36aの一部とで構成されている。そして、この掃気ガス導入配管の一端側(上流側)は、ポンプ61(掃気ガス源)に接続しており、他端側(下流側)は配管61aの分岐点で分岐し、第1アノード流路12と第2アノード流路22とにそれぞれ接続している。
Here, in this embodiment, the “scavenging gas introduction pipe” in the claims includes a
<ECU>
ECU70は、第1燃料電池スタック10および第2燃料電池スタック20の掃気を制御する機能を主に有している。ECU70は、CPU、ROM、RAM、各種インタフェイス、電子回路、各種記憶媒体などを含んで構成され、制御部71(制御手段)と、掃気データ記憶部72と、クロック73とを主に備えている。
<ECU>
The
[制御部]
制御部71は、遮断弁32、第1開閉弁35、第2開閉弁36、第1排出弁41、第2排出弁42、ドレン弁44、掃気弁46、第1導入弁62、第2導入弁63と電気的に接続しており、これらを所望に開閉可能となっている。制御部71は、ポンプ61と電気的に接続しており、ポンプ61を所望の回転速度で稼動可能となっている。
また、制御部71は、燃料電池自動車の図示しないイグニッションスイッチ(以下、IGSW)と接続しており、IGSWのON/OFFに連動するようになっている。
[Control unit]
The
The
制御部71は、第1掃気工程において、第1アノード流路12、第2アノード流路22の掃気がそれぞれ完了したか否かを判定する機能を有している。また、制御部71は、第2掃気工程において、第1アノード流路12と第2アノード流路22の同時掃気が完了したか否かを判定する機能を有している。具体的な判定方法については、後記するため、ここでの説明は省略する。
The
[掃気データ記憶部]
掃気データ記憶部72には、予備実験などにより求められた目標第1アノード流路掃気時間Δt1、目標第2アノード流路掃気時間Δt2、目標同時掃気時間Δt3が記憶されている。掃気データ記憶部72は、制御部71と電気的に接続しており、制御部71は、目標第1アノード流路掃気時間Δt1などを適宜参照可能となっている。
目標第1アノード流路掃気時間Δt1、目標第2アノード流路掃気時間Δt2は、組を構成する燃料電池スタックの数、各燃料電池スタック大きさなどに依存する。本実施形態では、前記したように、第1燃料電池スタック10と第2燃料電池スタック20とは、同じ仕様であるため、目標第1アノード流路掃気時間Δt1と目標第2アノード流路掃気時間Δt2とは同一になる。
[Scavenging data storage]
The scavenging
The target first anode channel scavenging time Δt1 and the target second anode channel scavenging time Δt2 depend on the number of fuel cell stacks constituting each set, the size of each fuel cell stack, and the like. In the present embodiment, as described above, since the first
[クロック]
クロック73は、常に時刻を刻んでおり、この時刻は制御部71に送られている。
[clock]
The
≪燃料電池システムの制御フロー≫
次に、本実施形態に係る燃料電池システム1に設定された制御フローについて、図1に加えて、図2を主に参照しつつ説明する。
≪Control flow of fuel cell system≫
Next, a control flow set in the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described with reference mainly to FIG. 2 in addition to FIG.
燃料電池自動車のIGSW(図示しない)がOFFされると、図2に示す制御フローがスタートするようになっている。 When the IGSW (not shown) of the fuel cell vehicle is turned off, the control flow shown in FIG. 2 is started.
ステップS101において、制御部71は、IGSW(図示しない)のOFFに連動して、遮断弁32と、第1開閉弁35および第2開閉弁36とを閉じるように設定されている。これにより、水素タンク31から、第1アノード流路12および第2アノード流路22への水素ガスの供給が停止されるようになっている。
また、制御部71は、第1排出弁41および第2排出弁42を閉じ、ドレン弁44および掃気弁46を開くように設定されている。
In step S101, the
The
ステップS102において、制御部71は、ポンプ61(掃気ガス源)を所定の回転速度で稼動させると共に、第1導入弁62と、第2導入弁63とを開くように設定されている。これにより、ポンプ61から掃気ガスが、配管61a、配管62a、配管35aの一部を介して第1アノード流路12に、配管61a、配管63a、配管36aの一部を介して、第2アノード流路22に、それぞれ供給されるようになっている。
In step S102, the
ステップS103において、制御部71は、第1排出弁41を開くように設定されている。これにより、第1アノード流路12に掃気ガスが流通し、第1アノード流路12の掃気が開始されるようになっている。
また、制御部71は、第1排出弁41を開くと共に、クロック73からの時刻に基づいて、実際の第1アノード流路掃気時間(実測第1アノード流路掃気時間Δt11)を計測するように設定されている。
In step S103, the
The
ステップS104において、制御部71は、第1アノード流路12の掃気が完了したか否かを判定するように設定されている。具体的には、制御部71は、掃気データ記憶部72にアクセスし、目標第1アノード流路掃気時間Δt1を参照して、これと実測第1アノード流路掃気時間Δt11とを比較し、実測第1アノード流路掃気時間Δt11が目標第1アノード流路掃気時間Δt1を超えた場合(Δt11>Δt1)、第1アノード流路12の掃気が完了したと判定するように設定されている。
In step S104, the
第1アノード流路12の掃気は完了した(Δt11>Δt1)と判定された場合(S104・Yes)、ステップS105に進むようになっている。一方、第1アノード流路12の掃気は完了していない(Δt11≦Δt1)と判定された場合(S104・No)、ステップS104の判定を繰り返すように設定されている。
When it is determined that the scavenging of the
ステップS105において、制御部71は、第1排出弁41を閉じるように設定されている。
In step S <b> 105, the
ステップS106において、制御部71は、第2排出弁42を開くように設定されている。これにより、第2アノード流路22に掃気ガスが流通し、第2アノード流路22の掃気が開始されるようになっている。
また、制御部71は、第2排出弁42を開くと共に、クロック73からの時刻に基づいて、実際の第2アノード流路掃気時間(実測第2アノード流路掃気時間Δt12)を計測するように設定されている。
In step S106, the
The
ステップS107において、制御部71は、第2アノード流路22の掃気が完了したか否かを判定するように設定されている。具体的には、制御部71は、掃気データ記憶部72にアクセスし、目標第2アノード流路掃気時間Δt2を参照して、これと実測第2アノード流路掃気時間Δt12とを比較し、実測第2アノード流路掃気時間Δt12が目標第2アノード流路掃気時間Δt2を超えた場合(Δt12>Δt2)、第2アノード流路22の掃気が完了したと判定するように設定されている。
In step S107, the
第2アノード流路22の掃気は完了した(Δt12>Δt2)と判定された場合(S107・Yes)、ステップS108に進むようになっている。一方、第2アノード流路22の掃気は完了していない(Δt12≦Δt2)と判定された場合(S107・No)、ステップS107の判定を繰り返すように設定されている。
When it is determined that the scavenging of the
ステップS108において、制御部71は、第1排出弁41を開くように設定されている。これにより、第1アノード流路12と第2アノード流路22の両方に掃気ガスが流通し、第1アノード流路12および第2アノード流路22の同時掃気が開始されるようになっている。
また、制御部71は、第1排出弁41を開くと共に、クロック73からの時刻に基づいて、実際の同時掃気時間(実測同時掃気時間Δt13)を計測するように設定されている。
In step S108, the
Further, the
ステップS109において、制御部71は、第1アノード流路12と第2アノード流路22の同時掃気が完了したか否かを判定するように設定されている。具体的には、制御部71は、掃気データ記憶部72にアクセスし、目標同時掃気時間Δt3を参照して、これと実測同時掃気時間Δt13とを比較し、実測同時掃気時間Δt13が目標同時掃気時間Δt3を超えた場合(Δt13>Δt3)、第1アノード流路12と第2アノード流路22との同時掃気が完了したと判定するように設定されている。
In step S109, the
第1アノード流路12と第2アノード流路22との同時掃気は完了した(Δt13>Δt3)と判定された場合(S109・Yes)、ステップS110に進むようになっている。一方、第1アノード流路12と第2アノード流路22との同時掃気は完了していない(Δt13≦Δt3)と判定された場合(S109・No)、ステップS109の判定を繰り返すように設定されている。
When it is determined that the simultaneous scavenging of the
ステップS110において、制御部71は、第1導入弁62、第2導入弁63、第1排出弁41、第2排出弁42を閉じるようになっている。
そして、ポンプ61の稼動を停止した後、エンドに進み、図2に示す制御フローが終了するようになっている。
In step S110, the
Then, after the operation of the
≪燃料電池システムの掃気方法≫
次に、図1および図2に加えて、図3を主に参照して、燃料電池システムの動作と共に、本実施形態に係る燃料電池システムの掃気方法について説明する。
本実施形態に係る燃料電池システムの掃気方法は、第1アノード流路12を掃気した後、第2アノード流路22を掃気する第1掃気工程と、第1アノード流路12と第2アノード流路22を同時に掃気する第2掃気工程とを含んでいる。
≪Flushing method for fuel cell system≫
Next, in addition to FIG. 1 and FIG. 2, the scavenging method of the fuel cell system according to the present embodiment will be described together with the operation of the fuel cell system with reference mainly to FIG.
The scavenging method of the fuel cell system according to the present embodiment includes a first scavenging step of scavenging the
燃料電池自動車のIGSW(図示しない)がOFFされると、遮断弁32と、第1開閉弁35および第2開閉弁36と、第1排出弁41および第2排出弁42とが閉じられ、ドレン弁44および掃気弁46が開かれる(図2、S101)。その後、第1導入弁62および第2導入弁63が開かれると共に(図2、S102)、ポンプ61が所定の回転速度で稼動し、掃気ガスが掃気ガス流量ΔQ(ポンプ61と配管61aの分岐点の間の流量)で、第1アノード流路12および第2アノード流路22に導入される。この状態において、第1排出弁41および第2排出弁42は閉じているため、掃気ガスが第1アノード流路12および第2アノード流路22内に押し込まれるのみで、流通せず、第1アノード流路12および第2アノード流路22は掃気されない。
When the IGSW (not shown) of the fuel cell vehicle is turned off, the shut-off
なお、第1カソード流路13、第2カソード流路23については、前記IGSWのOFFにより、加湿器(図示しない)による加湿は停止され、非加湿空気が第1カソード流路13、第2カソード流路23に同時に導入され、第1カソード流路13と第2カソード流路23とが掃気される。
In addition, about the 1st
<第1掃気工程>
次いで、第1排出弁41が開かれ、第1アノード流路12に掃気ガスが流通し、第1アノード流路の掃気が開始される(図2、S103)。そうすると、第1アノード流路12に、流量ΔQで掃気ガスが流通し、第1アノード流路12が効率的に掃気される。
<First scavenging process>
Next, the
目標第1アノード流路掃気時間Δt1経過後(図2、S104・Yes)、第1排出弁41が閉じられる(図2、S105)。
After the target first anode channel scavenging time Δt1 has elapsed (FIG. 2, S104, Yes), the
その後、第2排出弁42が開かれ、第2アノード流路22に掃気ガスが流通し、第2アノード流路22の掃気が開始される(図2、S106)。そうすると、第2アノード流路22に、流量ΔQで掃気ガスが流通し、第2アノード流路22が効率的に掃気される。
Thereafter, the
このように、ポンプ61(掃気ガス源)からの掃気ガスの流量が一定(ΔQ)であっても、第1アノード流路12と第2アノード流路22とを別々(第1燃料電池スタック10から構成される組と、第2燃料電池スタック20から構成される組について、組毎)に掃気することで、第1アノード流路12と第2アノード流路22に、流量ΔQで掃気ガスを流通させて、効率的に掃気することができる。
言い換えると、ポンプ61からの掃気ガスの流量を高めずに、ポンプ61を少ないエネルギで稼動させつつ、第1アノード流路12と第2アノード流路22を効率的に掃気することができる。
Thus, even if the flow rate of the scavenging gas from the pump 61 (scavenging gas source) is constant (ΔQ), the
In other words, the
<第2掃気工程>
目標第2アノード流路掃気時間Δt2経過後(図2、S107・Yes)、第1排出弁41が開かれ、第1アノード流路12と第2アノード流路22との同時掃気が開始される(図2、S108)。
<Second scavenging process>
After the target second anode channel scavenging time Δt2 has elapsed (FIG. 2, S107, Yes), the
このように、第1掃気工程後、第1アノード流路12および第2アノード流路22を同時に掃気することにより、第1アノード流路12および第2アノード流路22に導入される掃気ガスの流量は低下し(ΔQ/2)、電解質膜やセパレータなどの表面に薄層で残留した水などを、流量が低下した掃気ガスに取り込み、電解質膜などの乾燥を促進することができる。
As described above, after the first scavenging step, the scavenging gas introduced into the
目標同時掃気時間Δt3経過後(図2、S109・Yes)、第1アノード流路12および第2アノード流路22の同時掃気は完了する。
次いで、第1導入弁62、第2導入弁63、第1排出弁41、第2排出弁42は閉じられる(図2、S110)。その後、ポンプ61は停止し、本実施形態に係る燃料電池システムの掃気方法は終了する。
After the target simultaneous scavenging time Δt3 has elapsed (FIG. 2, S109 / Yes), the simultaneous scavenging of the
Next, the
このように、本実施形態に係る燃料電池システムおよび燃料電池システムの掃気方法によれば、複数の燃料電池スタックを、少ないエネルギで好適に掃気することできる。 Thus, according to the fuel cell system and the scavenging method of the fuel cell system according to the present embodiment, it is possible to suitably scavenge a plurality of fuel cell stacks with less energy.
以上、本発明の好適な各実施形態について一例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば以下のような変更をすることができる。 As mentioned above, although an example was demonstrated about each preferred embodiment of this invention, this invention is not limited to the said embodiment, For example, the following changes can be made in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
前記した実施形態では、2基の燃料電池スタック(第1燃料電池スタック10と第2燃料電池スタック20)を備えた燃料電池システム1としたが、燃料電池スタックの数はこれに限定されず、3基、4基、5基…であってもよい。すなわち、燃料電池システムが備える燃料電池スタックの数は2基に限定されず、適宜変更自由である。
In the above-described embodiment, the fuel cell system 1 includes two fuel cell stacks (the first
また、例えば、5基の燃料電池スタックを備えた燃料電池システムの場合、3基の燃料電池スタックからなる組と2基の燃料電池スタックからなる組とに組を分ける構成(組の数は2つ)としてもよいし、2基の燃料電池スタックからなる組と、2基の燃料電池スタックからなる組と、1基の燃料電池スタックからなる組とに分ける構成(組の数は3つ)としてもよいし、その他、本実施形態と同様に、1基の燃料電池スタック毎に組を分ける構成(組の数は5つ)としてもよい。すなわち、組を構成する燃料電池スタックの数や、組の数は適宜変更自由である。 Further, for example, in the case of a fuel cell system including five fuel cell stacks, a configuration in which a set is divided into a set of three fuel cell stacks and a set of two fuel cell stacks (the number of sets is 2). Or a group consisting of two fuel cell stacks, a group consisting of two fuel cell stacks, and a group consisting of one fuel cell stack (the number of groups is three). In addition, as in the present embodiment, a configuration in which a set is divided for each fuel cell stack (the number of sets is five) may be employed. That is, the number of fuel cell stacks constituting the set and the number of sets can be changed as appropriate.
さらに、例えば、5基の燃料電池スタックを備えた燃料電池システムの場合、各燃料電池スタックを構成する単セルの電圧を検出するセル電圧モニタ(燃料電池スタック内水分状態検出手段)を、さらに備える構成とし、セル電圧モニタと制御部71を電気的に接続して、制御部71は単セルの電圧を監視可能としてもよい。
そして、制御部71は、セル電圧モニタを介して、各燃料電池スタック内の水分存在状態や掃気状態などを把握し、これに対応して、燃料電池スタックの組を変化させ(再度、2以上の組に分け直し)、多量の水分が存在する燃料電池スタックに多流量の掃気ガスを供給するようにして、複数の燃料電池スタックをさらに効率的に掃気する構成としてもよい。また、多量の水分が存在する燃料電池スタックを選択し、この燃料電池スタックのみに選択的に掃気ガスを供給する構成としてもよい。なお、燃料電池スタック内に水分が存在すると、一般に単セルの電圧が低下する。
また、この場合、掃気データ記憶部72に、燃料電池スタックの数を予め記憶しておき、制御部71が、この記憶された燃料電池スタックの数に基づいて、複数の燃料電池スタックを、2つ以上の組に適宜に分ける構成としてもよい。
Further, for example, in the case of a fuel cell system including five fuel cell stacks, a cell voltage monitor (moisture state detection means in the fuel cell stack) for detecting the voltage of a single cell constituting each fuel cell stack is further provided. The cell voltage monitor and the
And the
Also, in this case, the number of fuel cell stacks is stored in advance in the scavenging
前記した実施形態では、本発明を第1アノード流路12と第2アノード流路22とを掃気する場合に適用したが、第1カソード流路13と第2カソード流路23とを掃気する場合に適用してもよいし、ポンプ51とポンプ61とを共有し、1つのポンプ(掃気ガス源)から、第1アノード流路12および第2アノード流路22と、第1カソード流路13および第2カソード流路23との両方を掃気する場合に適用してもよい。
In the above-described embodiment, the present invention is applied to the case where the
前記した実施形態では、第1アノード流路12の掃気が完了したか否かの判定を、時間で管理したが(図2、S104)、例えば、第1アノード流路12の上流側と下流側に圧力センサをさらに設け、この圧力センサにより実際の実測圧力差を検出し、実測圧力差が予め求められた目標圧力差となった場合に、第1アノード流路12の掃気が完了したと判定するように構成してもよい。
第2アノード流路22の掃気完了の判定(図2、S107)、同時掃気の完了の判定(図2、S109)についても同様である。
In the above-described embodiment, whether or not scavenging of the
The same applies to the determination of scavenging completion of the second anode channel 22 (FIG. 2, S107) and the determination of completion of simultaneous scavenging (FIG. 2, S109).
前記した実施形態では、第1排出弁41(切換手段)が第1アノード流路12の下流側に、第2排出弁42(切換手段)が第2アノード流路22の下流側に配置された場合について説明したが、第1アノード流路12および第2アノード流路22内の掃気ガスの流通/非流通を切換可能であれば、切換手段はどのような位置であってもよく、例えば、第1アノード流路12および第2アノード流路22の上流側の配管61aの分岐点に三方弁を設け、これを切換手段としてもよい。
In the above-described embodiment, the first discharge valve 41 (switching means) is disposed on the downstream side of the first
1 燃料電池システム
10 第1燃料電池スタック
12 第1アノード流路(燃料ガス流路)
13 第1カソード流路(酸化剤ガス流路)
20 第2燃料電池スタック
22 第2アノード流路(燃料ガス流路)
23 第2カソード流路(酸化剤ガス流路)
35a、36a、61a、62a、63a 配管(掃気ガス導入配管)
41 第1排出弁(切換手段)
42 第2排出弁(切換手段)
61 ポンプ(掃気ガス源)
62 第1導入弁
63 第2導入弁
70 ECU
71 制御部(制御手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
13 First cathode channel (oxidant gas channel)
20 Second
23 Second cathode channel (oxidant gas channel)
35a, 36a, 61a, 62a, 63a Piping (scavenging gas introduction piping)
41 1st discharge valve (switching means)
42 Second discharge valve (switching means)
61 Pump (scavenging gas source)
62 1st introduction valve 63
71 Control unit (control means)
Claims (6)
前記制御手段は、前記複数の燃料電池スタックを2つ以上の組に分け、前記切換手段を制御して、前記組毎に掃気することを特徴とする燃料電池システム。 A plurality of fuel cell stacks, each having a fuel gas channel and an oxidant gas channel, for generating power by supplying fuel gas to the fuel gas channel and oxidant gas to the oxidant gas channel; One end side is connected to a scavenging gas source and the other end side is branched, and a scavenging gas introduction pipe connected to at least one of a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path of each fuel cell stack, and each fuel cell Switching means for switching between the flow and non-flow of the scavenging gas in at least one of the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path of the stack, and a control means for controlling the switching means,
The control unit divides the plurality of fuel cell stacks into two or more groups, controls the switching unit, and scavenges the groups.
前記制御手段は、前記切換手段を制御して、前記複数の燃料電池スタックの全てを同時に掃気することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 After scavenging for each group,
4. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit controls the switching unit to scavenge all of the plurality of fuel cell stacks simultaneously. 5.
前記複数の燃料電池スタックを2つ以上の組に分け、前記組毎に掃気する第1掃気工程を含むことを特徴とする燃料電池システムの掃気方法。 A fuel gas channel and an oxidant gas channel are provided, and a plurality of fuel cell stacks that generate power by supplying fuel gas to the fuel gas channel and oxidant gas to the oxidant gas channel are provided. In the fuel cell system, a scavenging method of the fuel cell system for scavenging by introducing a scavenging gas from a scavenging gas source into at least one of a fuel gas channel and an oxidant gas channel of each fuel cell stack,
A scavenging method for a fuel cell system, comprising a first scavenging step of dividing the plurality of fuel cell stacks into two or more groups and scavenging each group.
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