JP2006190616A - Scavenging processor for fuel cell system, and method for scavenging - Google Patents

Scavenging processor for fuel cell system, and method for scavenging Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scavenging processor for a fuel cell system and a method for scavenging by which drainage efficiency from a fuel cell stack can be improved and energy consumption after a shutdown of electric power generation can be saved effectively using a simple construction and simple processes. <P>SOLUTION: The fuel cell system comprises: the fuel cell stack of a lamination consisting of a plurality of electric power generating cells 14 which generate the electric power by being supplied hydrogen and air; a temperature sensor 84 which watches ambient temperature of the fuel cell stack 12 after the shutdown of the electric power generation of the electric power generating cells 14; a control section 80 which judges whether the ambient temperature is 0°C or less; and an oxidant gas supply system 40 which performs air scavenging for ejecting outside remaining water on anode electrodes 20a and cathode electrodes 20c of the electric power generating cells 14 when it is determined that the ambient temperature is 0°C or less. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池の発電を停止した後、前記燃料電池の掃気処理を行う燃料電池システムの掃気処理装置及び掃気処理方法に関する。   The present invention relates to a scavenging device and a scavenging method for a fuel cell system that performs scavenging processing of the fuel cell after power generation of the fuel cell is stopped.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側にそれぞれアノード電極（燃料極）及びカソード電極（酸化剤極）を設けた電解質膜・電極構造体を、一対のセパレータにより挟んで構成されている。この燃料電池は、通常、電解質膜・電極構造体とセパレータとを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode (fuel electrode) and a cathode electrode (oxidant electrode) are provided on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane, It is configured to be sandwiched between separators. This fuel cell is normally used as a fuel cell stack by laminating a predetermined number of electrolyte membrane / electrode structures and separators.

燃料電池において、燃料ガス流路を介してアノード電極に供給された燃料ガス、例えば、水素含有ガスは、電極触媒上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質膜を介してカソード電極へと移動する。その移動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。カソード電極には、酸化剤ガス流路を介して酸化剤ガス、例えば、空気等の酸素含有ガスが供給されているために、このカソード電極において、水素イオン、電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。水分は、カソード側からの逆拡散あるいは燃料ガスの高湿化等を原因としてアノード電極にも貯留される。   In a fuel cell, a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, supplied to an anode electrode through a fuel gas channel is hydrogen ionized on an electrode catalyst and moves to a cathode electrode through an appropriately humidified electrolyte membrane. To do. Electrons generated during the movement are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. Since the oxidant gas, for example, oxygen-containing gas such as air, is supplied to the cathode electrode through the oxidant gas flow path, the hydrogen ions, electrons, and oxygen gas react with each other at the cathode electrode. Is generated. Moisture is also stored in the anode electrode due to reverse diffusion from the cathode side or high humidity of the fuel gas.

水分がいずれかの電極において過多状態になると、水詰まり状態を起こすおそれがある。そこで、燃料電池システムの起動時あるいは運転終了時に、カソード電極ばかりではなくアノード電極にも酸化剤ガスを流通させ、燃料電池内の電解質膜・電極構造体やセパレータに付着している生成水等を除去する燃料電池システムが、特許文献１に提案されている。   If water is excessive in any of the electrodes, a water clogging state may occur. Therefore, when the fuel cell system starts or ends, the oxidant gas is circulated not only to the cathode electrode but also to the anode electrode, and the generated water adhering to the electrolyte membrane / electrode structure and separator in the fuel cell is removed. Patent Document 1 proposes a fuel cell system to be removed.

この特許文献１では、図１１に示すように、水素タンク１に、圧力レギュレータ２、流量調整弁３及びエゼクタ４を介して加湿器５が接続されるとともに、この加湿器５には、バルブ６ａを介して燃料電池スタック７の燃料極入口が連通している。一方、酸化剤ガスとしての空気は、コンプレッサ８を介して加湿器５に供給され、加湿された空気は、バルブ６ｂから燃料電池スタック７の空気極入口に供給される一方、非加湿の空気はバルブ６ａに送られる。   In Patent Document 1, as shown in FIG. 11, a humidifier 5 is connected to the hydrogen tank 1 via a pressure regulator 2, a flow rate adjusting valve 3 and an ejector 4, and a valve 6a is connected to the humidifier 5. The fuel electrode inlet of the fuel cell stack 7 communicates with the fuel cell stack 7. On the other hand, the air as the oxidant gas is supplied to the humidifier 5 via the compressor 8, and the humidified air is supplied from the valve 6b to the air electrode inlet of the fuel cell stack 7, while the non-humidified air is It is sent to the valve 6a.

燃料電池スタック７の水素ガス出口には、循環路９が設けられており、この循環路９がエゼクタ４に接続されている。循環路９は、一部が分岐されてパージラインを形成しており、このパージラインにパージバルブ６ｃが接続されている。燃料極出口と空気極出口との間には、バルブ６ｄが介装されている。   A circulation path 9 is provided at the hydrogen gas outlet of the fuel cell stack 7, and this circulation path 9 is connected to the ejector 4. A part of the circulation path 9 is branched to form a purge line, and a purge valve 6c is connected to the purge line. A valve 6d is interposed between the fuel electrode outlet and the air electrode outlet.

このような構成において、発電終了時には、先ず、コンプレッサ８の運転を継続しつつ、バルブ６ａを非加湿空気が燃料極入口に流れ込むように制御する一方、バルブ６ｂも非加湿の空気が空気極入口に流れ込むように制御する。その際、バルブ６ｄが制御されており、燃料電池スタック７の下流で水素ガス流路と空気流路とを連通するとともに、パージバルブ６ｃが大気開放される。   In such a configuration, at the end of power generation, first, while the operation of the compressor 8 is continued, the valve 6a is controlled so that the non-humidified air flows into the fuel electrode inlet, while the valve 6b also receives the non-humidified air at the air electrode inlet. Control to flow into. At that time, the valve 6d is controlled, the hydrogen gas flow path and the air flow path are communicated downstream of the fuel cell stack 7, and the purge valve 6c is opened to the atmosphere.

このため、コンプレッサ８を介して非加湿空気は、それぞれのバルブ６ａ、６ｂから燃料電池スタック７内の燃料極及び空気極に送られ、図示しない燃料極流路及び空気極流路に残留する水や不純物が前記燃料電池スタック７の外部に放出される。そして、所定時間経過後にバルブ６ａ、６ｂ及びパージバルブ６ｃがオフされ、次いで、コンプレッサ８の運転が停止される。   For this reason, the non-humidified air is sent to the fuel electrode and the air electrode in the fuel cell stack 7 from the respective valves 6a and 6b via the compressor 8, and the water remaining in the fuel electrode channel and the air electrode channel (not shown). And impurities are released to the outside of the fuel cell stack 7. Then, after a predetermined time elapses, the valves 6a and 6b and the purge valve 6c are turned off, and then the operation of the compressor 8 is stopped.

特開２００３−３３１８９３号公報（図１）Japanese Patent Laying-Open No. 2003-331893 (FIG. 1)

ところで、特許文献１では、燃料電池スタック７の発電終了時に、常時、上記のパージ処理が行われるため、コンプレッサ８の駆動用にエネルギが相当に消費されてしまう。   By the way, in Patent Document 1, since the purge process is always performed at the end of the power generation of the fuel cell stack 7, a considerable amount of energy is consumed for driving the compressor 8.

しかも、燃料電池スタック７の発電終了時には、セル温度が７０℃程度の高温に維持されており、この温度雰囲気下で、燃料電池スタック７内に残留する液滴を外部に排出しても、前記燃料電池スタック７の温度低下に伴って内部に液滴が発生し易い。これにより、燃料電池スタック７内に液滴が残留してしまい、特に、外気温度が０℃以下となる際には、液滴の凍結が惹起して燃料電池システムの低温起動が困難になるという問題がある。   Moreover, when the power generation of the fuel cell stack 7 is completed, the cell temperature is maintained at a high temperature of about 70 ° C. Even if the droplets remaining in the fuel cell stack 7 are discharged to the outside in this temperature atmosphere, As the temperature of the fuel cell stack 7 decreases, droplets are easily generated inside. As a result, droplets remain in the fuel cell stack 7, and particularly when the outside air temperature becomes 0 ° C. or lower, the droplets freeze and it is difficult to start the fuel cell system at a low temperature. There's a problem.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な工程及び構成で、燃料電池スタックからの排水効率を向上させるとともに、発電停止後の消費エネルギを良好に削減することが可能な燃料電池システムの掃気処理装置及び掃気処理方法を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and can improve the efficiency of drainage from the fuel cell stack with a simple process and configuration, and can also reduce the energy consumption after power generation is stopped satisfactorily. It is an object of the present invention to provide a scavenging processing apparatus and a scavenging processing method for a system.

本発明に係る燃料電池システムの掃気処理装置は、反応ガスが供給されることにより発電する燃料電池を積層する燃料電池スタックと、前記燃料電池の発電を停止した後、掃気開始条件を監視する掃気開始条件監視部と、前記掃気開始条件が設定条件を満たすか否かを判断する設定条件判断部と、前記設定条件を満たすと判断された際、前記燃料電池の掃気処理を行う掃気処理部とを備えている。   A scavenging apparatus for a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell stack in which fuel cells that generate power when supplied with a reaction gas are stacked, and scavenging for monitoring scavenging start conditions after stopping the power generation of the fuel cell. A start condition monitoring unit; a setting condition determining unit that determines whether or not the scavenging start condition satisfies a setting condition; and a scavenging processing unit that performs a scavenging process of the fuel cell when it is determined that the setting condition is satisfied. It has.

また、本発明に係る燃料電池システムの掃気処理方法は、燃料電池の発電を停止する工程と、前記発電の停止後に、掃気開始条件を監視する工程と、前記掃気開始条件が設定条件を満たすか否かを判断する工程と、前記設定条件を満たすと判断された際、前記燃料電池の掃気処理を行う工程とを有している。   The scavenging method for a fuel cell system according to the present invention includes a step of stopping power generation of a fuel cell, a step of monitoring a scavenging start condition after stopping the power generation, and whether the scavenging start condition satisfies a set condition. And a step of scavenging the fuel cell when it is determined that the set condition is satisfied.

さらに、掃気開始条件監視部は、燃料電池スタックの周囲温度、又は前記燃料電池スタックの内部温度のいずれか一方の温度を検出する温度検出手段を備え、前記温度が設定条件である所定温度以下になる際に、掃気開始条件が前記設定条件を満たすと判断することが好ましい。   Further, the scavenging start condition monitoring unit includes temperature detection means for detecting either the ambient temperature of the fuel cell stack or the internal temperature of the fuel cell stack, and the temperature falls below a predetermined temperature which is a set condition. In this case, it is preferable to determine that the scavenging start condition satisfies the set condition.

さらにまた、掃気開始条件監視部は、燃料電池スタックの周囲温度を検出する周囲温度検出手段と、前記燃料電池スタックの内部温度を検出する内部温度検出手段とを備え、前記周囲温度が設定条件である所定温度以下になるとともに、前記内部温度が前記設定条件である所定温度以下になる際に、掃気開始条件が前記設定条件を満たすと判断することが好ましい。   Further, the scavenging start condition monitoring unit includes an ambient temperature detecting means for detecting the ambient temperature of the fuel cell stack, and an internal temperature detecting means for detecting the internal temperature of the fuel cell stack, wherein the ambient temperature is a set condition. It is preferable to determine that the scavenging start condition satisfies the set condition when the internal temperature becomes equal to or lower than the predetermined temperature which is the set condition while the temperature is lower than a predetermined temperature.

また、周囲温度は、燃料電池スタックの外部雰囲気温度である一方、内部温度は、前記燃料電池スタック内に供給される冷却媒体の温度であることが好ましい。   Further, it is preferable that the ambient temperature is the ambient temperature of the fuel cell stack, while the internal temperature is the temperature of the cooling medium supplied into the fuel cell stack.

さらに、燃料電池を起動する際に、スタック加温条件が設定条件を満たすか否かを判断するスタック加温条件判断部と、前記設定条件を満たすと判断された際、燃料電池スタックの加温処理を行う加温処理部とを備えることが好ましい。   Further, when starting the fuel cell, a stack heating condition determining unit that determines whether or not the stack heating condition satisfies the setting condition, and when it is determined that the setting condition is satisfied, the heating of the fuel cell stack is determined. It is preferable to include a heating processing unit that performs processing.

本発明によれば、燃料電池の発電が停止された後に、掃気開始条件が監視されており、前記掃気開始条件が設定条件を満たすと判断された際にのみ、前記燃料電池の掃気処理が行われている。従って、掃気開始条件が設定条件を満たさない場合には、燃料電池の掃気処理が不要になり、前記燃料電池の発電停止後の消費エネルギを良好に削減することが可能になる。   According to the present invention, the scavenging start condition is monitored after the power generation of the fuel cell is stopped, and the scavenging process of the fuel cell is performed only when it is determined that the scavenging start condition satisfies the set condition. It has been broken. Therefore, when the scavenging start condition does not satisfy the set condition, the scavenging process of the fuel cell becomes unnecessary, and it becomes possible to satisfactorily reduce the energy consumption after stopping the power generation of the fuel cell.

しかも、燃料電池の発電停止後に、掃気開始条件が設定条件を満たすまで、前記燃料電池の掃気処理が開始されない。このため、掃気処理を開始する際には、燃料電池自体の温度が低下しており、発電停止直後の比較的高温の燃料電池に掃気処理を行う場合に比べて、温度低下後の液滴の発生が可及的に阻止され、排水効率を良好に向上させることができる。   Moreover, the scavenging process of the fuel cell is not started until the scavenging start condition satisfies the set condition after the power generation of the fuel cell is stopped. For this reason, when the scavenging process is started, the temperature of the fuel cell itself has decreased, and compared with the case where the scavenging process is performed on a relatively high temperature fuel cell immediately after the power generation is stopped, Generation | occurrence | production is prevented as much as possible, and drainage efficiency can be improved favorably.

図１は、本発明の第１の実施形態に係る掃気処理装置を組み込む燃料電池システム１０の概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 10 incorporating a scavenging apparatus according to the first embodiment of the present invention.

燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２を有し、この燃料電池スタック１２は、複数の発電セル（燃料電池）１４を矢印Ａ方向に積層した積層体として構成される。燃料電池スタック１２の積層方向両端部には、エンドプレート１６ａ、１６ｂが設けられ、前記エンドプレート１６ａ、１６ｂが図示しないタイロッド等によって締め付けられることにより、燃料電池スタック１２が形成される。   The fuel cell system 10 includes a fuel cell stack 12, and the fuel cell stack 12 is configured as a stacked body in which a plurality of power generation cells (fuel cells) 14 are stacked in the direction of arrow A. End plates 16a and 16b are provided at both ends in the stacking direction of the fuel cell stack 12, and the end plates 16a and 16b are tightened by tie rods or the like (not shown) to form the fuel cell stack 12.

各発電セル１４は、電解質膜・電極構造体２０と、この電解質膜・電極構造体２０を挟持する金属のセパレータ２２、２４とを備える。電解質膜・電極構造体２０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２０ｂと、この固体高分子電解質膜２０ｂ挟んで保持するアノード電極２０ａ及びカソード電極２０ｃとを備える。   Each power generation cell 14 includes an electrolyte membrane / electrode structure 20 and metal separators 22 and 24 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 20. The electrolyte membrane / electrode structure 20 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 20b in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode electrode 20a and a cathode electrode 20c held between the solid polymer electrolyte membrane 20b. Is provided.

セパレータ２２と電解質膜・電極構造体２０との間には、燃料ガス流路２６が設けられるとともに、セパレータ２４と前記電解質膜・電極構造体２０との間には、酸化剤ガス流路２８が形成される。互いに隣接するセパレータ２２、２４間には、冷却媒体流路３０が形成される。   A fuel gas channel 26 is provided between the separator 22 and the electrolyte membrane / electrode structure 20, and an oxidant gas channel 28 is provided between the separator 24 and the electrolyte membrane / electrode structure 20. It is formed. A cooling medium flow path 30 is formed between the separators 22 and 24 adjacent to each other.

エンドプレート１６ａには、各燃料ガス流路２６に燃料ガス、例えば、水素ガスを供給するための燃料ガス入口３２ａ、各酸化剤ガス流路２８に酸化剤ガス、例えば、空気を供給するための酸化剤ガス入口３４ａ、及び各冷却媒体流路３０に冷却媒体を供給するための冷却媒体入口３６ａが設けられる。   The end plate 16a has a fuel gas inlet 32a for supplying a fuel gas, for example, hydrogen gas, to each fuel gas channel 26, and an oxidant gas, for example, air, for supplying each oxidant gas channel 28. An oxidant gas inlet 34 a and a cooling medium inlet 36 a for supplying a cooling medium to each cooling medium flow path 30 are provided.

エンドプレート１６ｂには、各燃料ガス流路２６から導出される未使用の水素ガスを含む排ガスをスタック外部に排出すための燃料ガス出口３２ｂ、各酸化剤ガス流路２８から導出される空気をスタック外部に排出するための酸化剤ガス出口３４ｂ、及び各冷却媒体流路３０から導出される冷却媒体をスタック外部に排出するための冷却媒体出口３６ｂが設けられる。   The end plate 16b has a fuel gas outlet 32b for discharging exhaust gas containing unused hydrogen gas led out from each fuel gas channel 26 to the outside of the stack, and air led out from each oxidant gas channel 28. An oxidant gas outlet 34b for discharging to the outside of the stack and a cooling medium outlet 36b for discharging the cooling medium led out from each cooling medium flow path 30 to the outside of the stack are provided.

燃料電池スタック１２には、燃料ガス供給系３８、酸化剤ガス供給系４０及び冷却媒体供給系４２が接続される。燃料ガス供給系３８は、水素タンク４４と燃料電池スタック１２の燃料ガス入口３２ａとに接続される水素供給流路４６を備える。この水素供給流路４６には、水素タンク４４側から遮断弁４８及びエゼクタ５２が配設される。   A fuel gas supply system 38, an oxidant gas supply system 40, and a cooling medium supply system 42 are connected to the fuel cell stack 12. The fuel gas supply system 38 includes a hydrogen supply passage 46 connected to the hydrogen tank 44 and the fuel gas inlet 32 a of the fuel cell stack 12. A shutoff valve 48 and an ejector 52 are disposed in the hydrogen supply channel 46 from the hydrogen tank 44 side.

燃料電池スタック１２の燃料ガス出口３２ｂには、水素循環流路５４が接続されろとともに、この水素循環流路５４は、エゼクタ５２を介して水素供給流路４６に合流される。この水素循環流路５４から分岐する水素排出流路５６には、パージ弁５８が接続される。   A hydrogen circulation channel 54 is connected to the fuel gas outlet 32 b of the fuel cell stack 12, and this hydrogen circulation channel 54 is joined to the hydrogen supply channel 46 via the ejector 52. A purge valve 58 is connected to a hydrogen discharge channel 56 that branches from the hydrogen circulation channel 54.

酸化剤ガス供給系４０は、コンプレッサ（又はスーパーチャージャ）６２と燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口３４ａとに接続される空気供給流路６４を備える。この空気供給流路６４には、分岐流路６６が形成され、前記分岐流路６６は、切替弁６８を介して水素供給流路４６に合流する。   The oxidant gas supply system 40 includes an air supply passage 64 connected to the compressor (or supercharger) 62 and the oxidant gas inlet 34 a of the fuel cell stack 12. A branch channel 66 is formed in the air supply channel 64, and the branch channel 66 merges with the hydrogen supply channel 46 via the switching valve 68.

燃料電池スタック１２の酸化剤ガス出口３４ｂには、空気排出流路７０が接続され、前記空気排出流路７０は、希釈器６０に接続されるとともに、前記希釈器６０には、排気管７２が接続される。   An air discharge channel 70 is connected to the oxidant gas outlet 34 b of the fuel cell stack 12. The air discharge channel 70 is connected to a diluter 60, and an exhaust pipe 72 is connected to the diluter 60. Connected.

冷却媒体供給系４２は、燃料電池スタック１２の冷却媒体入口３６ａと冷却媒体出口３６ｂとに接続される冷却媒体循環流路７４を備える。この冷却媒体循環流路７４には、冷却媒体を冷却媒体流路３０に循環供給するための循環ポンプ７６が配設される。   The cooling medium supply system 42 includes a cooling medium circulation channel 74 connected to the cooling medium inlet 36 a and the cooling medium outlet 36 b of the fuel cell stack 12. The cooling medium circulation channel 74 is provided with a circulation pump 76 for circulating and supplying the cooling medium to the cooling medium channel 30.

燃料電池システム１０は、制御部８０によって駆動制御されるとともに、この制御部８０には、イグニッションスイッチ８２のオン／オフ信号が入力される。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２の周囲温度（掃気開始条件）を検出するための温度センサ（周囲温度検出手段）８４を備え、この温度センサ８４を介して周囲温度が制御部８０に入力される。   The fuel cell system 10 is driven and controlled by the control unit 80, and an ON / OFF signal of the ignition switch 82 is input to the control unit 80. The fuel cell system 10 includes a temperature sensor (ambient temperature detection means) 84 for detecting the ambient temperature (scavenging start condition) of the fuel cell stack 12, and the ambient temperature is input to the control unit 80 via the temperature sensor 84. Is done.

温度センサ８４は、燃料電池スタック１２の発電が停止された後、掃気開始条件である前記燃料電池スタック１２の周囲温度を監視する掃気開始条件監視部として機能しており、制御部８０は、前記周囲温度が設定温度、例えば、０℃以下を満たすか否かを判断する設定条件判断部として機能する。酸化剤ガス供給系４０は、前記設定条件を満たすと判断された際、燃料電池スタック１２内の掃気処理を行う掃気処理部として機能する。   The temperature sensor 84 functions as a scavenging start condition monitoring unit that monitors the ambient temperature of the fuel cell stack 12 that is a scavenging start condition after power generation of the fuel cell stack 12 is stopped. It functions as a setting condition determination unit that determines whether or not the ambient temperature satisfies a set temperature, for example, 0 ° C. or less. The oxidant gas supply system 40 functions as a scavenging process unit that performs a scavenging process in the fuel cell stack 12 when it is determined that the setting condition is satisfied.

すなわち、本発明の第１の実施形態に係る掃気処理装置は、燃料電池スタック１２、温度センサ８４、制御部８０及び酸化剤ガス供給系４０を実質的に備えている。   That is, the scavenging apparatus according to the first embodiment of the present invention substantially includes the fuel cell stack 12, the temperature sensor 84, the control unit 80, and the oxidant gas supply system 40.

このように構成される掃気処理装置を含む燃料電池システム１０の動作について、本発明の掃気処理方法との関連で以下に説明する。   The operation of the fuel cell system 10 including the scavenging device configured as described above will be described below in relation to the scavenging method of the present invention.

燃料電池システム１０は、図示していないが、車載用として燃料電池自動車等の車両に搭載されており、以下に示す発電処理を行うことによって前記車両の走行が可能になる。先ず、燃料ガス供給系３８では、水素タンク４４から供給される水素ガスは、遮断弁４８及びエゼクタ５２を介して水素供給流路４６を通り、燃料電池スタック１２の燃料ガス入口３２ａに導入される。この水素ガスは、各発電セル１４の構成する燃料ガス流路２６に導入されてアノード電極２０ａに供給される。   Although not shown, the fuel cell system 10 is mounted on a vehicle such as a fuel cell vehicle for in-vehicle use, and the vehicle can run by performing the following power generation process. First, in the fuel gas supply system 38, the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 44 passes through the hydrogen supply flow path 46 through the shutoff valve 48 and the ejector 52, and is introduced into the fuel gas inlet 32 a of the fuel cell stack 12. . This hydrogen gas is introduced into the fuel gas flow path 26 constituting each power generation cell 14 and supplied to the anode electrode 20a.

一方、酸化剤ガス供給系４０では、コンプレッサ６２を介して所定圧力に加圧された空気が、空気供給流路６４を通って燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口３４ａに導入される。この空気は、各発電セル１４を構成する酸化剤ガス流路２８に供給されてカソード電極２０ｃに送られる。従って、各電解質膜・電極構造体２０では、アノード電極２０ａに供給される水素ガスと、カソード電極２０ｃに供給される空気とが、電極触媒槽内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。   On the other hand, in the oxidant gas supply system 40, air pressurized to a predetermined pressure via the compressor 62 is introduced into the oxidant gas inlet 34 a of the fuel cell stack 12 through the air supply channel 64. This air is supplied to the oxidant gas flow path 28 constituting each power generation cell 14 and sent to the cathode electrode 20c. Therefore, in each electrolyte membrane / electrode structure 20, the hydrogen gas supplied to the anode electrode 20a and the air supplied to the cathode electrode 20c are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst tank, and electric power is generated. .

次いで、アノード電極２０ａから排出された未使用の水素ガスを含む排ガスは、燃料電池スタック１２の燃料ガス出口３２ｂから水素循環流路５４に排出される。この排ガスは、水素循環流路５４を通ってエゼクタ５２から水素供給流路４６に供給され、再度、燃料電池スタック１２に燃料ガスとして供給される。   Next, the exhaust gas containing unused hydrogen gas discharged from the anode electrode 20 a is discharged from the fuel gas outlet 32 b of the fuel cell stack 12 to the hydrogen circulation channel 54. This exhaust gas is supplied from the ejector 52 to the hydrogen supply flow path 46 through the hydrogen circulation flow path 54 and is supplied again to the fuel cell stack 12 as fuel gas.

また、カソード電極２０ｃで消費された空気は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス出口３４ｂから空気排出流路７０に排出される。   The air consumed by the cathode electrode 20 c is discharged from the oxidant gas outlet 34 b of the fuel cell stack 12 to the air discharge flow path 70.

一方、燃料電池スタック１２内では、冷却媒体供給系４２を構成する循環ポンプ７６の作用下に、冷却媒体流路３０に冷却媒体が循環供給されている。これにより、燃料電池システム１０を搭載する図示しない車両は、走行が可能な状態に維持されることになる。   On the other hand, in the fuel cell stack 12, the cooling medium is circulated and supplied to the cooling medium flow path 30 under the action of the circulation pump 76 constituting the cooling medium supply system 42. As a result, the vehicle (not shown) on which the fuel cell system 10 is mounted is maintained in a state where it can travel.

そこで、車両の走行が終了して燃料電池システム１０の運転が停止される際には、イグニッションスイッチ８２がオフされてこのオフ信号が制御部８０に入力される（図２中、ステップＳ１）。制御部８０が遮断弁４８を閉塞することにより、燃料電池スタック１２への水素ガスの供給が停止される（ステップＳ２）。この状態で、燃料電池スタック１２による発電が行われることによって、残存する水素ガスが消費される。   Therefore, when the driving of the vehicle is finished and the operation of the fuel cell system 10 is stopped, the ignition switch 82 is turned off and this off signal is input to the control unit 80 (step S1 in FIG. 2). When the control unit 80 closes the shutoff valve 48, the supply of hydrogen gas to the fuel cell stack 12 is stopped (step S2). In this state, power generation by the fuel cell stack 12 is performed, so that the remaining hydrogen gas is consumed.

次に、各発電セル１４による発電が停止されるとともに（ステップＳ３）、酸化剤ガス供給系４０を構成するコンプレッサ６２の運転が停止される（ステップＳ４）。そして、燃料電池システム１０では、設定条件判断部である温度センサ８４以外の駆動が停止される（ステップＳ５）。   Next, power generation by each power generation cell 14 is stopped (step S3), and the operation of the compressor 62 constituting the oxidant gas supply system 40 is stopped (step S4). Then, in the fuel cell system 10, driving other than the temperature sensor 84 that is the setting condition determination unit is stopped (step S5).

この温度センサ８４は、燃料電池スタック１２の運転が停止された後、この燃料電池スタック１２の周囲温度を監視する。そして、周囲温度が設定条件、例えば、０℃以下を満たすか否かが判断され（ステップＳ６）、該設定条件を満たすと判断されると（ステップＳ６中、ＹＥＳ）、ステップＳ７に進んで掃気処理が行われる。   The temperature sensor 84 monitors the ambient temperature of the fuel cell stack 12 after the operation of the fuel cell stack 12 is stopped. Then, it is determined whether or not the ambient temperature satisfies a set condition, for example, 0 ° C. or less (step S6). If it is determined that the set condition is satisfied (YES in step S6), the process proceeds to step S7 and scavenging is performed. Processing is performed.

この掃気処理は、実質的には、酸化剤ガス供給系４０を駆動することにより行われる。具体的には、コンプレッサ６２の駆動作用下に、外部の空気が、空気供給流路６４を通って燃料電池スタック１２内の酸化剤ガス流路２８及び図示しない酸化剤ガスマニホールドに導入される。このため、燃料電池スタック１２内のカソード側に残存する生成水は、酸化剤ガス出口３４ｂから空気排出流路７０に排出される。   This scavenging process is substantially performed by driving the oxidant gas supply system 40. Specifically, outside air is introduced into the oxidant gas flow path 28 and the oxidant gas manifold (not shown) in the fuel cell stack 12 through the air supply flow path 64 under the driving action of the compressor 62. For this reason, the generated water remaining on the cathode side in the fuel cell stack 12 is discharged from the oxidant gas outlet 34 b to the air discharge passage 70.

次いで、切替弁６８が開放されることにより、空気供給流路６４から分岐流路６６を介して水素供給流路４６に空気が通流される。従って、燃料電池スタック１２内の燃料ガス流路２６及び図示しない燃料ガスマニホールドに空気が導入され、前記燃料電池スタック１２内のアノード側に残存する残留水は、水素排出流路５６に排出される。   Next, when the switching valve 68 is opened, air flows from the air supply channel 64 to the hydrogen supply channel 46 via the branch channel 66. Accordingly, air is introduced into the fuel gas flow path 26 in the fuel cell stack 12 and a fuel gas manifold (not shown), and the residual water remaining on the anode side in the fuel cell stack 12 is discharged to the hydrogen discharge flow path 56. .

上記のカソード側の掃気処理及びアノード側の掃気処理は、所定の時間だけ行われた後（ステップＳ８中、ＹＥＳ）、ステップＳ９に進んで燃料電池システム１０全体が完全に停止される。一方、ステップＳ６において、周囲温度が０℃を越えていると判断されると、イグニッションスイッチ８２がＯＮされるまで（ステップＳ１０）、又は周囲温度が０℃以下になるまで、該周囲温度の監視が行われる。   After the cathode-side scavenging process and the anode-side scavenging process are performed for a predetermined time (YES in step S8), the process proceeds to step S9 and the entire fuel cell system 10 is completely stopped. On the other hand, if it is determined in step S6 that the ambient temperature exceeds 0 ° C., the ambient temperature is monitored until the ignition switch 82 is turned on (step S10) or until the ambient temperature becomes 0 ° C. or lower. Is done.

この場合、第１の実施形態では、各発電セル１４の発電が停止された後に、掃気開始条件監視部である温度センサ８４により燃料電池スタック１２の周囲温度（掃気開始条件）が監視されている。そして、燃料電池スタック１２の周囲温度が０℃以下（設定条件）を満たすと判断された際、酸化剤ガス供給系４０が駆動されて燃料電池スタック１２内のカソード電極側及びアノード電極側の掃気処理が行われている。   In this case, in the first embodiment, after the power generation of each power generation cell 14 is stopped, the ambient temperature (scavenging start condition) of the fuel cell stack 12 is monitored by the temperature sensor 84 that is a scavenging start condition monitoring unit. . When it is determined that the ambient temperature of the fuel cell stack 12 satisfies 0 ° C. or less (setting condition), the oxidant gas supply system 40 is driven to scavenge the cathode electrode side and the anode electrode side in the fuel cell stack 12. Processing is in progress.

従って、燃料電池スタック１２の周囲温度が０℃以上であれば、燃料電池スタック１２内の掃気処理が不要になり、前記燃料電池スタック１２の発電停止後の消費エネルギを良好に削減することが可能なるという効果がある。掃気処理時には、発電セル１４の発電が停止されており、図示しないキャパシタ等の蓄電装置のエネルギが消費されるからである。   Therefore, if the ambient temperature of the fuel cell stack 12 is 0 ° C. or higher, the scavenging process in the fuel cell stack 12 is unnecessary, and the energy consumption after the power generation stop of the fuel cell stack 12 can be reduced favorably. There is an effect of becoming. This is because, during the scavenging process, power generation of the power generation cell 14 is stopped, and energy of a power storage device such as a capacitor (not shown) is consumed.

しかも、第１の実施形態では、発電セル１４の発電停止後に、燃料電池スタック１２の周囲温度が０℃以下になるまで、燃料電池スタック１２内の掃気処理が開始されない。   In addition, in the first embodiment, after the power generation of the power generation cell 14 is stopped, the scavenging process in the fuel cell stack 12 is not started until the ambient temperature of the fuel cell stack 12 becomes 0 ° C. or lower.

ここで、燃料電池スタック１２の周囲温度が下がるのに伴って、各発電セル１４内部での湿度が上昇して液滴が発生し易い。すなわち、発電セル１４のセル面内の露点と飽和水蒸気量とは、図３に示すように、曲線的に変化している。従って、燃料電池スタック１２の発電停止直後に掃気処理を行っても、周囲温度の低下に伴って液滴が発生する。   Here, as the ambient temperature of the fuel cell stack 12 decreases, the humidity inside each power generation cell 14 increases and droplets are easily generated. That is, the dew point in the cell surface of the power generation cell 14 and the saturated water vapor amount change in a curved manner as shown in FIG. Accordingly, even if the scavenging process is performed immediately after the power generation of the fuel cell stack 12 is stopped, droplets are generated as the ambient temperature decreases.

そこで、周囲温度が０℃以下に下がった後に、掃気処理を行えば、該掃気処理後にセル面内に液滴が発生することを有効に阻止することができる。これにより、第１の実施形態では、燃料電池スタック１２からの排水効率を良好に向上させることが可能になるという利点が得られる。   Therefore, if the scavenging process is performed after the ambient temperature falls to 0 ° C. or lower, it is possible to effectively prevent the generation of droplets in the cell surface after the scavenging process. Thereby, in 1st Embodiment, the advantage that it becomes possible to improve the waste_water | drain efficiency from the fuel cell stack 12 favorably is acquired.

次に、燃料電池システム１０の始動は、図４に示すフローチャートに沿って行われる。先ず、イグニッションスイッチ８２がオンされる（ステップＳ２１）。このイグニッションスイッチ８２のオン信号は、制御部８０に入力され、この制御部８０は、スタック加温条件である燃料電池スタック１２の周囲温度が、設定条件である０℃以下になったと判断すると（ステップＳ２２中、ＹＥＳ）、ステップＳ２３に進んで、低温始動処理が開始される。   Next, the fuel cell system 10 is started according to the flowchart shown in FIG. First, the ignition switch 82 is turned on (step S21). The ON signal of the ignition switch 82 is input to the control unit 80, and when the control unit 80 determines that the ambient temperature of the fuel cell stack 12 that is the stack heating condition is 0 ° C. or less that is the setting condition ( In step S22, YES), the process proceeds to step S23, and the low temperature start process is started.

この低温始動処理では、燃料電池スタック１２の加温処理が行われる。具体的には、例えば、燃料電池スタック１２の正極及び負極を図示しない負荷に電気的に接続することにより、各発電セル１４の発電によって前記燃料電池スタック１２を自己発熱させればよい。また、図示しない電気ヒータ、燃焼器又は面状発熱体ヒータ（ＭＨ）等によって、燃料電池スタック１２を部分的又は全体的に加温してもよい。   In this low temperature start process, the fuel cell stack 12 is heated. Specifically, for example, the positive and negative electrodes of the fuel cell stack 12 may be electrically connected to a load (not shown) to cause the fuel cell stack 12 to self-heat by power generation of each power generation cell 14. Further, the fuel cell stack 12 may be partially or wholly heated by an electric heater, a combustor, a planar heating element heater (MH), or the like (not shown).

上記のように燃料電池スタック１２を加温しながら、この燃料電池スタック１２に水素ガス及び空気を供給して発電が行なわれる。そして、低温始動処理が終了した後、ステップＳ２４に進んで、図示しない車両の走行が開始される。一方、周囲温度が０℃以上であれば（ステップＳ２２中、ＮＯ）、ステップＳ２５に進んで、定常の始動処理が行われた後、車両の走行が開始される。   While heating the fuel cell stack 12 as described above, hydrogen gas and air are supplied to the fuel cell stack 12 to generate power. Then, after the low temperature start process is completed, the process proceeds to step S24, and the running of the vehicle (not shown) is started. On the other hand, if the ambient temperature is equal to or higher than 0 ° C. (NO in step S22), the process proceeds to step S25, and after the steady start process is performed, the vehicle starts to travel.

これにより、第１の実施形態では、燃料電池スタック１２の始動処理を迅速且つ確実に行うことができるという効果が得られる。   Thereby, in 1st Embodiment, the effect that the starting process of the fuel cell stack 12 can be performed rapidly and reliably is acquired.

図５は、本発明の第２の実施形態に係る掃気処理装置を組み込む燃料電池システム９０の概略構成図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池システム１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に示す第３の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。   FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 90 incorporating a scavenging apparatus according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the fuel cell system 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the third embodiment described below, detailed description thereof is omitted.

燃料電池システム９０は、冷却媒体供給系４２を構成する冷却媒体循環流路７４に、燃料電池スタック１２の冷却媒体出口３６ｂ近傍に位置して取り付けられる温度センサ９２を備える。温度センサ９２は、燃料電池スタック１２の内部温度を検出する内部温度検出手段を構成し、制御部８０は、前記内部温度が設定条件、例えば、５℃以下になる際、掃気開始条件が前記設定条件を満たすと判断する設定条件判断部として機能する。すなわち、本発明の第２の実施形態に係る掃気処理装置は、燃料電池スタック１２、温度センサ９２、制御部８０及び酸化剤ガス供給系４０を備える。   The fuel cell system 90 includes a temperature sensor 92 that is attached to the coolant circulation path 74 that constitutes the coolant supply system 42 so as to be positioned near the coolant outlet 36 b of the fuel cell stack 12. The temperature sensor 92 constitutes an internal temperature detecting means for detecting the internal temperature of the fuel cell stack 12, and the control unit 80 sets the scavenging start condition when the internal temperature falls below 5 ° C. It functions as a setting condition determination unit that determines that the condition is satisfied. That is, the scavenging treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention includes the fuel cell stack 12, the temperature sensor 92, the control unit 80, and the oxidant gas supply system 40.

このように構成される燃料電池システム９０の停止時における掃気処理方法は、図６に示すフローチャートに沿って行われる。すなわち、第１の実施形態と同様に、イグニッションスイッチ８２がオフされた後、燃料電池システム９０の温度センサ９２以外の運転が停止される（ステップＳ３１〜ステップＳ３５）。   The scavenging method when the fuel cell system 90 configured as described above is stopped is performed according to the flowchart shown in FIG. That is, similarly to the first embodiment, after the ignition switch 82 is turned off, the operation other than the temperature sensor 92 of the fuel cell system 90 is stopped (steps S31 to S35).

そして、温度センサ９２は、燃料電池スタック１２内の冷却媒体流路３０及び図示しない冷却媒体マニホールドに充填されている冷却媒体の温度、すなわち、前記燃料電池スタック１２の内部温度を監視し、この内部温度が設定温度である５℃以下になったと判断されると（ステップＳ３６中、ＹＥＳ）、ステップＳ３７に進んで掃気処理が行われる。   The temperature sensor 92 monitors the temperature of the cooling medium filled in the cooling medium flow path 30 and the cooling medium manifold (not shown) in the fuel cell stack 12, that is, the internal temperature of the fuel cell stack 12, and If it is determined that the temperature has become equal to or lower than the set temperature of 5 ° C. (YES in step S36), the process proceeds to step S37 and the scavenging process is performed.

一方、内部温度が５℃を超えると判断されると（ステップＳ３６中、ＮＯ）、ステップＳ４０に進んで、イグニッションスイッチ８２がオンされるまで、又は前記内部温度が５℃以下になるまで、該内部温度の監視が継続される。   On the other hand, if it is determined that the internal temperature exceeds 5 ° C. (NO in step S36), the process proceeds to step S40, until the ignition switch 82 is turned on, or until the internal temperature becomes 5 ° C. or less. Internal temperature monitoring continues.

このように、第２の実施形態では、燃料電池スタック１２の発電が停止された後、この燃料電池スタック１２の内部温度が温度センサ９２を介して監視されており、該内部温度が５℃以下になったときにのみ、掃気処理が行われている。これにより、燃料電池スタック１２の発電停止後における消費エネルギを良好に削減するとともに、排水効率の向上を図ることができる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。   Thus, in the second embodiment, after power generation of the fuel cell stack 12 is stopped, the internal temperature of the fuel cell stack 12 is monitored via the temperature sensor 92, and the internal temperature is 5 ° C. or less. The scavenging process is performed only when As a result, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, for example, the energy consumption after the power generation stop of the fuel cell stack 12 can be favorably reduced and the drainage efficiency can be improved.

次いで、燃料電池システム９０を始動させる際には、図７に示すように、イグニッションスイッチ８２がオンされた後（ステップＳ４１）、温度センサ９２を介して燃料電池スタック１２の内部温度が監視される。そして、内部温度が５℃以下であると判断されると（ステップＳ４２中、ＹＥＳ）、ステップＳ４３に進んで前記燃料電池スタック１２を加温する加温処理を含む低温始動処理が行われる。従って、燃料電池システム９０の始動処理が迅速且つ効率的に遂行される等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。   Next, when starting the fuel cell system 90, as shown in FIG. 7, after the ignition switch 82 is turned on (step S41), the internal temperature of the fuel cell stack 12 is monitored via the temperature sensor 92. . When it is determined that the internal temperature is 5 ° C. or less (YES in step S42), the process proceeds to step S43, and a low temperature start process including a heating process for heating the fuel cell stack 12 is performed. Therefore, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, for example, the startup process of the fuel cell system 90 can be performed quickly and efficiently.

図８は、本発明の第３の実施形態に係る掃気処理装置を組み込む燃料電池システム１００の概略構成図である。   FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 100 incorporating a scavenging apparatus according to the third embodiment of the present invention.

この掃気処理装置は、燃料電池スタック１２、前記燃料電池スタック１２の周囲温度を監視する温度センサ８４、前記燃料電池スタック１２の内部温度を監視する温度センサ９２、及び該燃料電池スタック１２の掃気処理を行う酸化剤ガス供給系４０とを備える。   The scavenging apparatus includes a fuel cell stack 12, a temperature sensor 84 for monitoring the ambient temperature of the fuel cell stack 12, a temperature sensor 92 for monitoring the internal temperature of the fuel cell stack 12, and a scavenging process for the fuel cell stack 12. And an oxidant gas supply system 40.

燃料電池システム１００が搭載される図示しない車両の運転を停止する際には、図９に示すように、イグニッションスイッチ８２がオフされた後、温度センサ８４、９２以外の運転が停止される（ステップＳ５１〜ステップＳ５５）。さらに、ステップＳ５６に進んで、燃料電池スタック１２の周囲温度が０℃以下であると判断されると（ステップＳ５６中、ＹＥＳ）、ステップＳ５７に進んで、前記燃料電池スタック１２の内部温度が５℃以下であるか否かが判断される。この内部温度が５℃以下であると判断されると（ステップＳ５７中、ＹＥＳ）、ステップＳ５８に進んで掃気処理が開始される。   When stopping the operation of a vehicle (not shown) on which the fuel cell system 100 is mounted, the operation other than the temperature sensors 84 and 92 is stopped after the ignition switch 82 is turned off as shown in FIG. S51 to step S55). Further, the process proceeds to step S56, and if it is determined that the ambient temperature of the fuel cell stack 12 is 0 ° C. or less (YES in step S56), the process proceeds to step S57, and the internal temperature of the fuel cell stack 12 is 5%. It is determined whether or not the temperature is not higher than ° C. If it is determined that the internal temperature is 5 ° C. or less (YES in step S57), the process proceeds to step S58 and the scavenging process is started.

このように、第３の実施形態では、燃料電池スタック１２の周囲温度が０℃以下で且つ前記燃料電池スタック１２の内部温度が５℃以下であるという２つの条件を満たす際にのみ、該燃料電池スタック１２内における掃気処理が行われている。これにより、燃料電池スタック１２の掃気処理が必要最小限に抑えられるとともに、確実な排水処理が遂行され、消費エネルギの削減と排水効率の向上が一層良好に遂行されるという効果が得られる。   As described above, in the third embodiment, only when the two conditions that the ambient temperature of the fuel cell stack 12 is 0 ° C. or less and the internal temperature of the fuel cell stack 12 is 5 ° C. or less are satisfied, A scavenging process is performed in the battery stack 12. As a result, the scavenging process of the fuel cell stack 12 can be suppressed to the minimum necessary, the reliable drainage process is performed, and the effect of reducing the consumption energy and improving the drainage efficiency can be obtained.

次いで、燃料電池システム１００を始動させる際には、図１０に示すように、イグニッションスイッチ８２がオンされた後（ステップＳ７１）、燃料電池スタック１２の周囲温度及び該燃料電池スタック１２の内部温度が監視されている。そして、燃料電池スタック１２の周囲温度が０℃以下で、且つ前記燃料電池スタック１２の内部温度が５℃以下である際にのみ、低温始動処理に移行している（ステップＳ７２〜ステップＳ７４）。   Next, when starting the fuel cell system 100, as shown in FIG. 10, after the ignition switch 82 is turned on (step S71), the ambient temperature of the fuel cell stack 12 and the internal temperature of the fuel cell stack 12 are Being monitored. Then, only when the ambient temperature of the fuel cell stack 12 is 0 ° C. or less and the internal temperature of the fuel cell stack 12 is 5 ° C. or less, the low temperature start process is started (steps S72 to S74).

これにより、例えば、燃料電池スタック１２の周囲温度が掃気処理要求温度である０℃以下である一方、この燃料電池スタック１２の内部温度が比較的高い温度に維持されている際には、定常始動処理（ステップＳ７６）が行われる。従って、燃料電池スタック１２を不要に加温する必要がなく、この加温処理に要するエネルギ消費が有効に削減されて、効率的且つ確実な始動処理が遂行されるという効果が得られる。   Thus, for example, when the ambient temperature of the fuel cell stack 12 is 0 ° C. or less, which is the scavenging process request temperature, while the internal temperature of the fuel cell stack 12 is maintained at a relatively high temperature, steady start is performed. Processing (step S76) is performed. Therefore, it is not necessary to heat the fuel cell stack 12 unnecessarily, and the energy consumption required for this heating process is effectively reduced, and an effect that an efficient and reliable starting process is performed can be obtained.

本発明の第１の実施形態に係る掃気処理装置を組み込む燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system incorporating a scavenging device according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池システムを停止する際の掃気処理方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the scavenging processing method at the time of stopping the said fuel cell system. セル面内の露点と飽和水蒸気量との関係図である。It is a related figure of the dew point in a cell surface, and saturated water vapor amount. 前記燃料電池システムを始動させる際の掃気処理方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the scavenging processing method at the time of starting the said fuel cell system. 本発明の第２の実施形態に係る掃気処理装置を組み込む燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system incorporating the scavenging processing apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 前記燃料電池システムを停止する際の掃気処理方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the scavenging processing method at the time of stopping the said fuel cell system. 前記燃料電池システムを始動させる際の掃気処理方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the scavenging processing method at the time of starting the said fuel cell system. 本発明の第３の実施形態に係る掃気処理装置を組み込む燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system incorporating the scavenging processing apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 前記燃料電池システムを停止する際の掃気処理方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the scavenging processing method at the time of stopping the said fuel cell system. 前記燃料電池システムを始動させる際の掃気処理方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the scavenging processing method at the time of starting the said fuel cell system. 特許文献１に開示された燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system disclosed in Patent Document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０、９０、１００…燃料電池システム １２…燃料電池スタック
１４…発電セル ２０…電解質膜・電極構造体
２０ａ…アノード電極 ２０ｂ…固体高分子電解質膜
２０ｃ…カソード電極 ２２、２４…セパレータ
２６…燃料ガス流路 ２８…酸化剤ガス流路
３０…冷却媒体流路 ３２ａ…燃料ガス入口
３２ｂ…燃料ガス出口 ３４ａ…酸化剤ガス入口
３４ｂ…酸化剤ガス出口 ３６ａ…冷却媒体入口
３６ｂ…冷却媒体出口 ３８…燃料ガス供給系
４０…酸化剤ガス供給系 ４２…冷却媒体供給系
４４…水素タンク ４６…水素供給流路
５２…エゼクタ ５４…水素循環流路
６２…コンプレッサ ６４…空気供給流路
６６…分岐流路 ６８…切替弁
７０…空気排出流路 ７４…冷却媒体循環流路
７６…循環ポンプ ８０…制御部
８２…イグニッションスイッチ ８４、９２…温度センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 90, 100 ... Fuel cell system 12 ... Fuel cell stack 14 ... Power generation cell 20 ... Electrolyte membrane electrode structure 20a ... Anode electrode 20b ... Solid polymer electrolyte membrane 20c ... Cathode electrode 22, 24 ... Separator 26 ... Fuel gas Flow path 28 ... Oxidant gas flow path 30 ... Cooling medium flow path 32a ... Fuel gas inlet 32b ... Fuel gas outlet 34a ... Oxidant gas inlet 34b ... Oxidant gas outlet 36a ... Cooling medium inlet 36b ... Cooling medium outlet 38 ... Fuel Gas supply system 40 ... Oxidant gas supply system 42 ... Cooling medium supply system 44 ... Hydrogen tank 46 ... Hydrogen supply flow path 52 ... Ejector 54 ... Hydrogen circulation flow path 62 ... Compressor 64 ... Air supply flow path 66 ... Branch flow path 68 ... Switching valve 70 ... Air discharge passage 74 ... Cooling medium circulation passage 76 ... Circulation pump 80 ... Control unit 82 ... Ignition switch 8 , 92 ... temperature sensor

Claims (10)

反応ガスが供給されることにより発電する燃料電池を積層する燃料電池スタックと、
前記燃料電池の発電を停止した後、掃気開始条件を監視する掃気開始条件監視部と、
前記掃気開始条件が設定条件を満たすか否かを判断する設定条件判断部と、
前記設定条件を満たすと判断された際、前記燃料電池の掃気処理を行う掃気処理部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システムの掃気処理装置。 A fuel cell stack in which fuel cells that generate electricity by being supplied with a reaction gas are stacked;
After stopping power generation of the fuel cell, a scavenging start condition monitoring unit that monitors scavenging start conditions;
A setting condition determination unit that determines whether or not the scavenging start condition satisfies a setting condition;
When it is determined that the setting condition is satisfied, a scavenging processing unit that performs scavenging processing of the fuel cell;
A scavenging treatment device for a fuel cell system, comprising: 請求項１記載の掃気処理装置において、前記掃気開始条件監視部は、前記燃料電池スタックの周囲温度、又は前記燃料電池スタックの内部温度のいずれか一方の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記温度が前記設定条件である所定温度以下になる際に、前記掃気開始条件が前記設定条件を満たすと判断することを特徴とする燃料電池システムの掃気処理装置。 The scavenging treatment device according to claim 1, wherein the scavenging start condition monitoring unit includes temperature detection means for detecting one of an ambient temperature of the fuel cell stack or an internal temperature of the fuel cell stack,
A scavenging apparatus for a fuel cell system, wherein the scavenging start condition is determined to satisfy the set condition when the temperature falls below a predetermined temperature that is the set condition. 請求項１記載の掃気処理装置において、前記掃気開始条件監視部は、前記燃料電池スタックの周囲温度を検出する周囲温度検出手段と、
前記燃料電池スタックの内部温度を検出する内部温度検出手段と、
を備え、
前記周囲温度が前記設定条件である所定温度以下になるとともに、前記内部温度が前記設定条件である所定温度以下になる際に、前記掃気開始条件が前記設定条件を満たすと判断することを特徴とする燃料電池システムの掃気処理装置。 The scavenging treatment device according to claim 1, wherein the scavenging start condition monitoring unit includes an ambient temperature detection unit that detects an ambient temperature of the fuel cell stack;
An internal temperature detecting means for detecting an internal temperature of the fuel cell stack;
With
The scavenging start condition is determined to satisfy the setting condition when the ambient temperature is equal to or lower than the predetermined temperature as the setting condition and the internal temperature is equal to or lower than the predetermined temperature as the setting condition. A scavenging device for a fuel cell system. 請求項２又は３記載の掃気処理装置において、前記周囲温度は、前記燃料電池スタックの外部雰囲気温度である一方、
前記内部温度は、前記燃料電池スタック内に供給される冷却媒体の温度であることを特徴とする燃料電池システムの掃気処理装置。 The scavenging treatment device according to claim 2 or 3, wherein the ambient temperature is an ambient temperature of the fuel cell stack,
The scavenging apparatus of a fuel cell system, wherein the internal temperature is a temperature of a cooling medium supplied into the fuel cell stack. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の掃気処理装置において、前記燃料電池を起動する際に、スタック加温条件が設定条件を満たすか否かを判断するスタック加温条件判断部と、
前記設定条件を満たすと判断された際、前記燃料電池スタックの加温処理を行う加温処理部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システムの掃気処理装置。 The scavenging apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein when the fuel cell is started, a stack heating condition determination unit that determines whether or not a stack heating condition satisfies a setting condition;
When it is determined that the setting condition is satisfied, a heating processing unit that performs a heating process of the fuel cell stack,
A scavenging treatment device for a fuel cell system, comprising: 燃料電池の発電を停止する工程と、
前記発電の停止後に、掃気開始条件を監視する工程と、
前記掃気開始条件が設定条件を満たすか否かを判断する工程と、
前記設定条件を満たすと判断された際、前記燃料電池の掃気処理を行う工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの掃気処理方法。 Stopping the power generation of the fuel cell;
Monitoring the scavenging start condition after stopping the power generation;
Determining whether the scavenging start condition satisfies a set condition;
A step of scavenging the fuel cell when it is determined that the setting condition is satisfied;
A scavenging method for a fuel cell system, comprising: 請求項６記載の掃気処理方法において、前記掃気開始条件は、前記燃料電池が積層された燃料電池スタックの周囲温度、又は前記燃料電池スタックの内部温度のいずれか一方の温度であり、
前記温度が前記設定条件である所定温度以下になる際に、前記掃気開始条件が前記設定条件を満たすと判断することを特徴とする燃料電池システムの掃気処理方法。 The scavenging treatment method according to claim 6, wherein the scavenging start condition is one of an ambient temperature of the fuel cell stack in which the fuel cells are stacked and an internal temperature of the fuel cell stack,
A scavenging method for a fuel cell system, wherein the scavenging start condition is determined to satisfy the set condition when the temperature falls below a predetermined temperature that is the set condition. 請求項６記載の掃気処理方法において、前記掃気開始条件は、前記燃料電池が積層された燃料電池スタックの周囲温度、及び前記燃料電池スタックの内部温度であり、
前記周囲温度が前記設定条件である所定温度以下になるとともに、前記内部温度が前記設定条件である所定温度以下になる際に、前記掃気開始条件が前記設定条件を満たすと判断することを特徴とする燃料電池システムの掃気処理方法。 The scavenging treatment method according to claim 6, wherein the scavenging start condition is an ambient temperature of the fuel cell stack in which the fuel cells are stacked, and an internal temperature of the fuel cell stack,
The scavenging start condition is determined to satisfy the setting condition when the ambient temperature is equal to or lower than the predetermined temperature as the setting condition and the internal temperature is equal to or lower than the predetermined temperature as the setting condition. A scavenging method for a fuel cell system. 請求項６又は７記載の掃気処理方法において、前記周囲温度は、前記燃料電池スタックの外部雰囲気温度である一方、
前記内部温度は、前記燃料電池スタック内に供給される冷却媒体の温度であることを特徴とする燃料電池システムの掃気処理方法。 The scavenging treatment method according to claim 6 or 7, wherein the ambient temperature is an ambient temperature outside the fuel cell stack,
The scavenging method of a fuel cell system, wherein the internal temperature is a temperature of a cooling medium supplied into the fuel cell stack. 請求項６乃至９のいずれか１項に記載の掃気処理方法において、前記燃料電池を起動する際に、スタック加温条件が設定条件を満たすか否かを判断する工程と、
前記設定条件を満たすと判断された際、前記燃料電池スタックの加温処理を行う工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの掃気処理方法。 The scavenging treatment method according to any one of claims 6 to 9, wherein when the fuel cell is started, a step of determining whether or not a stack heating condition satisfies a setting condition;
A step of heating the fuel cell stack when it is determined that the setting condition is satisfied;
A scavenging method for a fuel cell system, comprising:
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