JP7151644B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 - Google Patents
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Description
この形態の燃料電池システムによれば、終了時掃気処理の際には、排水弁が開弁されるときの気液分離器における液水の水位が高くなるため、気液分離器内の壁面に付着する水滴が付着したままになる領域を低減できる。よって、燃料電池システムの運転終了時に、気液分離器内において内壁面に付着して残留する水滴を低減させることができ、低温環境下での燃料電池システムの再起動時に、気液分離器内に残留している水分の凍結によって不具合が生じることを抑制できる。
(2)上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記気液分離器の貯水量を取得し、前記燃料電池システムの通常運転の実行中における前記排水弁制御では、前記気液分離器の貯水量が予め定められた第1閾値より大きくなったときに前記開弁条件が満たされたものとして前記排水弁を開弁し、前記終了時掃気処理の実行時の前記排水弁制御では、前記気液分離器の貯水量が前記第1閾値より大きい値に設定された第2閾値よりも大きくなったときに前記開弁条件が満たされたものとして前記排水弁を開弁してよい。
この形態の燃料電池システムによれば、気液分離器における貯水量の判定により、気液分離器からの排水を、気液分離器における貯水量に応じた適切なタイミングで開始することができる。
(3)上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記終了時掃気処理において、掃気を開始する前に、前記掃気ガスの流量を決定し、決定した前記掃気ガスの流量に応じた前記開弁条件を設定してよい。
この形態の燃料電池システムによれば、開弁条件の設定により、終了時掃気処理の実行中に、排水弁の開弁時における気液分離器内の液水の水位を掃気ガスの流量に応じて変更することができる。よって、掃気ガスの流量が変更された場合でも、ポンプの吸引によって、気液分離器から液水が巻き上げられないようにすることができる。
(4)上記形態の燃料電池システムは、さらに、前記気液分離器の内部に、前記液水を透過するフィルターを備え、前記フィルターは、前記気液分離器の内部空間を、前記フィルターより上側の第1領域と、前記フィルターより下側の第2領域と、に仕切るように配置されており、前記制御部は、前記燃料電池システムの通常運転の実行中には、前記気液分離器内での前記液水の水位が前記第2領域にあるときに前記排水弁が開弁されるように定められた第1開弁条件を前記開弁条件として用いて前記排水弁制御を実行し、前記終了時掃気処理では、前記気液分離器内での前記液水の水位が前記第1領域にあるときに前記排水弁が開弁されるように定められた第2開弁条件を前記開弁条件として用いて前記排水弁制御を実行してよい。
この形態の燃料電池システムによれば、フィルターによって、液水に混入した異物が排水弁に到達することを抑制でき、異物による排水弁の故障を抑制できる。また、終了時掃気処理において気液分離器からの排水が完了した後に、フィルターに水分が付着したままになることを抑制でき、低温環境下での燃料電池システムの再起動時に、残留水分の凍結によるフィルターの目詰まりの発生を抑制できる。
本開示の技術は、燃料電池システム以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムを搭載する車両、燃料電池システムや燃料電池車両の制御方法、燃料電池システムや燃料電池車両における排水方法あるいは掃気方法、それらの方法を実現する制御装置やコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。
図1は、第1実施形態における燃料電池システム100の構成を示す概略図である。燃料電池システム100は、例えば、車両に搭載され、駆動力を発生させる駆動モータや、車両で用いられる補機に電力を供給する。なお、他の実施形態では、燃料電池システム100は、車両以外の船舶などの移動体に搭載されてもよいし、建物等の発電設備として定置されてもよい。
図4は、第2実施形態の燃料電池システムで用いられている気液分離器32Aの内部構成を示す概略図である。第2実施形態の燃料電池システムの構成は、第1実施形態で説明した気液分離器32の代わりに、第2実施形態の気液分離器32Aを備えている点以外は、第1実施形態の燃料電池システム100の構成とほぼ同じである。
図5は、第3実施形態の燃料電池システムにおいて実行される終了時掃気処理のフローを示す説明図である。第3実施形態の燃料電池システムの構成は、図1に示す第1実施形態の燃料電池システム100とほぼ同じである。第3実施形態の終了時掃気処理は、ステップS20の代わりに、ステップS25が設けられている点以外は、第1実施形態で説明した終了時掃気処理とほぼ同じである。終了時掃気処理のステップS25では、制御部50は、以下に説明する処理条件決定処理を実行する。
図8は、第4実施形態の燃料電池システムにおいて用いられるマップMPf一例を示す説明図である。第4実施形態の燃料電池システムの構成は、第3実施形態の燃料電池システムとほぼ同じである。また、第4実施形態の燃料電池システムでは、制御部50は、終了時掃気処理および処理条件決定処理を、第3実施形態で説明したのと同様に、図5および図6に示すフローで実行する。ただし、第4実施形態の処理条件決定処理では、掃気ガスの流量の決定方法および開弁条件の決定方法が第3実施形態とは異なっている。図8のマップMPfは、処理条件決定処理において開弁条件を決定する際に用いられる。
上記の各実施形態で説明した種々の構成は、例えば、以下のように改変することが可能である。以下に説明する他の実施形態はいずれも、上記の各実施形態と同様に、本開示の技術を実施するための形態の一例として位置づけられる。
上記の各実施形態の排水弁制御での開弁条件として、気液分離器32における貯水量を表す第1閾値Thaや第2閾値Thbを用いた条件の代わりに他の条件が用いられてもよい。排水弁制御での開弁条件としては、例えば、掃気の実行時間が用いられてもよい。この場合には、制御部50は、掃気が開始された後、掃気が実行されている時間が、予め定められた閾値時間を超えたときに、開弁条件が満たされたとして、排水弁36を開弁してもよい。なお、この場合には、終了時掃気処理において用いられる閾値時間は、燃料電池システムの通常運転での排水弁制御で用いられる閾値時間より大きい値に設定される。こうした条件を用いた場合でも、終了時掃気処理の実行時に、排水弁36が開弁されるときの気液分離器32における貯水量が燃料電池システムの通常運転の実行中よりも多くなる。排水弁制御での開弁条件としては、その他の種々の条件が用いられてもよい。また、上記の各実施形態においては、排水弁制御の開弁条件は、終了時掃気処理において変更されている。これに対して、終了時掃気処理での開弁条件をデフォルトの条件として、燃料電池システム100の通常運転を開始するときに、終了時掃気処理での開弁条件から燃料電池システム100の通常運転用の開弁条件に変更するように構成されてもよい。
気液分離器32,32Aは、上記の各実施形態で説明した構成に限定されることはない。気液分離器32,32Aは、例えば、下方領域61Lが省略された構成でもよいし、底面が下降傾斜するテーパ状の内壁面によって構成されていてもよい。上記の各実施形態において、終了時掃気処理のステップS10における掃気の実行可否の判定処理や、ステップS90における排水弁排水処理は省略されてもよい。また、上記の各実施形態の終了時掃気処理において、ステップS40で開弁条件が満たされて、ステップS70~S80において気液分離器32からの排水が実行された後、再度、掃気と開弁制御とが繰り返されてもよい。上記の各実施形態において、制御部50は、気液分離器32における貯水量を、推定値として算出する代わりに、気液分離器32に設けられた水位センサなどを用いて取得してもよい。
上記の第2実施形態のフィルター68を有する気液分離器32Aは、第3実施形態や第4実施形態の燃料電池システムに適用されてもよい。また、この場合には、燃料電池システムの通常運転の実行中には、液水LSの水面が第2領域ASに位置する貯水量のときに排水弁36が開弁され、終了時掃気処理では、液水LSの水面が第1領域AFに位置する貯水量のときに排水弁36が開弁されるように制御されてもよい。
上記の第3実施形態や第4実施形態において、掃気ガスの流量は、気液分離器32の傾斜角度や排ガスの温度以外の条件に応じて変更されてもよい。掃気ガスの流量は、例えば、排ガスのガス密度や、ポンプ34の現在の駆動効率、燃料電池10の現在の含水量に応じて決定されてもよい。
上記の各実施形態において、燃料ガスの供給系統に適用されていた燃料ガスを燃料電池10に循環させる構成は、燃料電池10の酸化剤ガスの供給系統に適用されてもよい。この場合には、燃料電池10の酸化剤ガスの供給系統において、上述した排水弁制御や、終了時掃気処理が実行されてもよい。
上記実施形態において、ソフトウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ハードウェアによって実現されてもよい。また、ハードウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ソフトウェアによって実現されてもよい。ハードウェアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、または、それらの回路を組み合わせた回路モジュールなど、各種回路を用いることができる。
Claims (5)
- 燃料電池システムであって、
反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に接続され、前記燃料電池の排ガスを液体成分と気体成分とに分離して、前記液体成分の液水を貯留する気液分離器と、
前記気液分離器に接続され、前記気液分離器内の前記気体成分を前記燃料電池へと循環させる循環経路を構成する循環配管と、
前記気液分離器に接続され、前記液水を前記気液分離器から排出させる排水管と、
前記排水管を開閉する排水弁と、
前記燃料電池に対する前記反応ガスの供給を制御し、前記燃料電池システムの運転終了の際に、前記排ガスの前記気体成分を掃気ガスとして循環させて掃気する終了時掃気処理を実行する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記気液分離器の貯水量に対応付けて予め決められた開弁条件が満たされたときに、前記排水弁を開弁して、前記気液分離器から前記液水を排出させる排水弁制御を実行し、前記終了時掃気処理では、前記排水弁が開弁されるときの前記気液分離器の貯水量が前記燃料電池システムの通常運転の実行中に前記排水弁が開弁されるときよりも多くなるように設定された前記開弁条件を用いて前記排水弁制御を実行する、燃料電池システム。 - 請求項1記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記気液分離器の貯水量を取得し、前記燃料電池システムの通常運転の実行中における前記排水弁制御では、前記気液分離器の貯水量が予め定められた第1閾値より大きくなったときに前記開弁条件が満たされたものとして前記排水弁を開弁し、前記終了時掃気処理の実行時の前記排水弁制御では、前記気液分離器の貯水量が前記第1閾値より大きい値に設定された第2閾値よりも大きくなったときに前記開弁条件が満たされたものとして前記排水弁を開弁する、燃料電池システム。 - 請求項1または請求項2記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記終了時掃気処理において、掃気を開始する前に、前記掃気ガスの流量を決定し、決定した前記掃気ガスの流量に応じた前記開弁条件を設定する、燃料電池システム。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記気液分離器の内部に、前記液水を透過するフィルターを備え、
前記フィルターは、前記気液分離器の内部空間を、前記フィルターより上側の第1領域と、前記フィルターより下側の第2領域と、に仕切るように配置されており、
前記制御部は、前記燃料電池システムの通常運転の実行中には、前記気液分離器内での前記液水の水位が前記第2領域にあるときに前記排水弁が開弁されるように定められた第1開弁条件を前記開弁条件として用いて前記排水弁制御を実行し、前記終了時掃気処理では、前記気液分離器内での前記液水の水位が前記第1領域にあるときに前記排水弁が開弁されるように定められた第2開弁条件を前記開弁条件として用いて前記排水弁制御を実行する、燃料電池システム。 - 反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料電池の排ガスを液体成分と気体成分とに分離して、前記液体成分の液水を貯留する気液分離器と、前記気液分離器内の前記気体成分を前記燃料電池へと循環させる循環経路を構成する循環配管と、前記気液分離器から前記液水を排出させる排水管と、前記排水管を開閉する排水弁と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池システムの運転を終了させる際に、前記排ガスの前記気体成分を掃気ガスとして循環させて掃気する終了時掃気処理を実行する工程と、
前記気液分離器の貯水量に対応付けて予め決められた開弁条件が満たされたときに、前記排水弁を開弁して、前記気液分離器から前記液水を排出させる排水弁制御を実行する工程と、
を備え、
前記終了時掃気処理は、前記排水弁が開弁されるときの前記気液分離器における貯水量が前記燃料電池の通常運転の実行中に前記排水弁が開弁されるときよりも多くなるように設定された前記開弁条件を用いて前記排水弁制御を実行する処理である、制御方法。
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