JP4681250B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
また、請求項1に記載の発明によれば、掃気判断手段によって掃気を行うと判断した場合は、圧力低下手段によって、掃気を行わないと判断されたときよりも長く、停止要求後における燃料電池の稼動が続行される。すなわち、掃気時には燃料電池によって例えば燃料ガス流通路内の燃料ガスが多く消費されることとなるので、燃料ガスの無駄を防止することができる。
また、請求項1に記載の発明によれば、掃気ガス供給手段を燃料電池に酸化剤ガスを供給するための装置として利用することが可能なので、掃気用の装置と酸化剤ガスの供給用の装置とを別々に設ける必要が無くなり、その分システムを小型化することができる。
また、請求項1に記載の発明によれば、掃気時には燃料電池によって例えば燃料ガス流通路内の燃料ガスが多く消費されることとなるので、燃料ガスの無駄を防止することができる。
また、請求項1に記載の発明によれば、掃気ガス供給手段を燃料電池に酸化剤ガスを供給するための装置として利用することが可能なので、掃気用の装置と酸化剤ガスの供給用の装置とを別々に設ける必要が無くなり、その分システムを小型化することができる。
次に、本発明の第1の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図1は第1の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す構成図であり、図2は、図1の制御部の動作を示すフローチャートである。
制御部17は、図2に示すように、停止要求がされているか否かを常時判断し(ステップS1)、停止要求がされていないと判断した場合は(No)、再度ステップS1の判断を繰り返す。また、ステップS1において、制御部17は、停止要求がされていると判断すると(Yes)、遮断弁14を閉塞させて(ステップS2)、高圧水素タンク11から燃料電池13への水素ガスの供給を停止させる。
図3に示すように、運転者がイグニッションスイッチをOFFにすることなどにより停止要求が出力されると、制御部17は、遮断弁14をOFFにするとともに、燃料電池13の負荷31の稼動、すなわち燃料電池13による発電を、アノード系内の圧力PHが所定値P1になるまで続行させる。
図4に示すように、運転者がイグニッションスイッチをOFFにすることなどにより停止要求が出力されると、制御部17は、遮断弁14をOFFにするとともに、燃料電池13の負荷31の稼動を、アノード系内の圧力PHが、掃気しない場合の所定値P1よりも低い値である所定値P2になるまで続行させる。
アノード系内を掃気する前に、アノード系内の圧力PHが制御部17によって掃気しない場合よりも低い圧力である所定値P2まで下げられるので、アノード系内に残存する水素ガスの量が少なくなり、アノード系内における水素ガスと空気との反応が防止され、燃料電池13の膜の劣化を防止することができる。また、アノード系内の圧力を低下させる方法として、アノード系内の水素ガスを燃料電池13で消費させる方法を採用したので、水素ガスの無駄も防止することができる。
本実施形態では、燃料電池13の稼動を続行させることによってアノード系内の圧力PHを所定値P1または所定値P2まで下げるようにしているが、本発明はこれに限定されず、例えば燃料電池13の稼動の続行とともに、パージ弁16の開度を調整したり、パージ弁16の開閉を素早く連続して行う(以下、この動作を「チョッピング」ともいう)ことで、アノード系内の圧力PHを迅速に下げるようにしてもよい。具体的には、図5に示すように、本実施形態のフロー(図2参照)におけるステップS3とステップS4との間や、ステップS3とステップS8との間に、パージ弁16の開度が所定値P1または所定値P2に対応した開度となるようにパージ弁16を所定量だけ開放させる処理(ステップS21,S22)を加えてもよい。なお、燃料電池13の稼動を続行させずに、パージ弁16の開度調整またはチョッピングのみを行うことで、アノード系内の圧力を低下させるようにしてもよい。
以下に、本発明に係る燃料電池システムの第2の実施形態について説明する。この実施形態は第1の実施形態に係る燃料電池システム1の構造を変更したものなので、第1の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。参照する図面において、図7は第2の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す構成図であり、図8は図7の制御部の動作を示すフローチャートである。
ステップS41は、水素遮断弁14および酸素遮断弁42を閉塞させることで、燃料電池13への水素ガスおよび酸素ガスの供給を停止させる処理であり、図2のフローにおけるステップS2の代わりに設けられている。
ステップS43は、水素パージ弁16を開放させ、かつ、カソード側窒素遮断弁46を閉塞させることで、アノード系内の不純ガスを外部へ排出させるとともに、カソード系内への窒素ガスの供給を停止させる処理であり、図2のフローにおけるステップS7の代わりに設けられている。
ステップS45は、遮断弁45,46を閉塞させることで、アノード系内およびカソード系内への窒素ガスの供給を停止させる処理であり、図2のフローにおけるステップS12の代わりに設けられている。
ステップS46は、パージ弁16,43を閉塞させることで、システムの停止を完了させる処理であり、図2のフローにおけるステップS14,S15の代わりに設けられている。
ステップS3においてアノード系内を掃気する必要があると判断されると(Yes)、ステップ8においてアノード系内およびカソード系内の圧力PH,PAがともに所定値P2(所定値P1よりも小さな値)以下になったか否かが判断される。ステップ8において圧力PHが所定値P2以下になったと判断されると(Yes)、ステップS9において負荷31がOFFにされ、ステップS44において遮断弁45,46およびパージ弁16,43が開放されることで、アノード系内およびカソード系内の掃気が開始されることとなる。
アノード系内およびカソード系内を掃気する前に、アノード系内およびカソード系内の圧力が燃料電池13の稼動によって下げられるので、燃料である水素ガスおよび酸素ガスの無駄を防止することができる。
本実施形態では、掃気ガスとして窒素ガスを利用したが、本発明はこれに限定されず、不活性ガスであればどのようなガスであってもよい。
11 高圧水素タンク
12 コンプレッサ
13 燃料電池
14 遮断弁
15 切替弁
16 パージ弁
17 制御部
21 燃料ガス供給路
21A 圧力センサ
22 空気供給路
23 掃気用流路
24 燃料ガス排出路
31 負荷
41 酸素タンク
42 遮断弁
43 パージ弁
44 窒素タンク
45 遮断弁
46 遮断弁
51 酸素供給路
51A 圧力センサ
52 酸素排出路
53 アノード側供給路
54 カソード側供給路
P1 所定値
P2 所定値
P3 所定値
PH 圧力
T1 所定時間
T2 所定時間
Claims (2)
- 電解質膜を挟んで一側にカソード極を区画し、他側にアノード極を区画して構成され、前記カソード極に酸化剤ガスを供給するとともに、前記アノード極に燃料ガスを供給し、前記燃料ガスと酸化剤ガスの反応により発電を行う燃料電池と、
前記燃料ガスを流通させる燃料ガス流通路と、
前記酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス流通路と、
前記燃料ガス流通路または前記酸化剤ガス流通路を掃気ガスとしての酸化剤ガスによって掃気する掃気ガス供給手段と、を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムを停止させるための停止要求を受けたときに、前記掃気ガス供給手段による掃気を行うか否かを判断する掃気判断手段と、
前記掃気判断手段によって掃気を行うと判断されたときに、掃気を行わないと判断されたときよりも長く、停止要求後における前記燃料電池の稼動を続行させることで、掃気を開始するよりも前に、前記燃料ガス流通路内の燃料ガスの圧力を、前記燃料ガス流通路内における掃気ガスとしての酸化剤ガスと燃料ガスとの反応による膜劣化が防止されるように予め定められた圧力に低下させた後に、前記燃料電池の稼動を停止する圧力低下手段と、
前記圧力低下手段によって前記流通路内の圧力が低下された後に、少なくとも前記燃料ガス流通路内の水分が排出されるように前記掃気ガス供給手段を作動させる作動手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
掃気を行う側の前記流通路に、その内部の圧力を検出する圧力検出手段を設け、
前記圧力低下手段は、前記圧力検出手段からの信号に基づいて前記流通路内の圧力を調整することを特徴とする燃料電池システム。
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