WO2017047251A1 - 燃料電池システム - Google Patents

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WO2017047251A1
WO2017047251A1 PCT/JP2016/072285 JP2016072285W WO2017047251A1 WO 2017047251 A1 WO2017047251 A1 WO 2017047251A1 JP 2016072285 W JP2016072285 W JP 2016072285W WO 2017047251 A1 WO2017047251 A1 WO 2017047251A1
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WO
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hydrogen
pressure
fuel cell
pipe
cell system
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/072285
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English (en)
French (fr)
Inventor
健太郎 村山
Original Assignee
ブラザー工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • This disclosure relates to a fuel cell system.
  • a fuel cell system that generates power using hydrogen and oxygen as fuel has been known that includes a hydrogen storage container for storing hydrogen. In such a fuel cell system, it may be necessary to discharge the hydrogen in the hydrogen storage container to the outside.
  • Patent Document 1 includes hydrogen gas discharge means that opens a flow path opening / closing valve and discharges hydrogen in a hydrogen tank to the outside through a fuel cell stack as a power generation unit when a discharge command is acquired from an operation terminal.
  • Fuel cell systems have been proposed. In this system, it is assumed that hydrogen is discharged from a hydrogen tank when fuel cell equipment or vehicle equipment is repaired.
  • An embodiment of the present disclosure has been made to solve the above-described problems, and provides a fuel cell system capable of reducing deterioration of a power generation unit and discharging hydrogen in a hydrogen storage container to the outside. For the purpose.
  • a fuel cell system includes a hydrogen storage container that stores hydrogen, a power generation unit that generates power using hydrogen supplied from the hydrogen storage container, and the power generation unit from the hydrogen storage container.
  • a hydrogen supply pipe for supplying hydrogen in a predetermined feeding direction, and an exhaust gas discharged from the power generation unit for returning hydrogen off-gas containing unconsumed hydrogen in power generation to the power generation unit
  • a hydrogen circulation pipe a discharge port for discharging the hydrogen off-gas to the outside, a hydrogen discharge pipe branched from the hydrogen circulation pipe and connected to the discharge port, a branch from the hydrogen supply pipe, and the power generation unit
  • a hydrogen supply valve for opening and closing the hydrogen supply pipe is provided in the bypass pipe, characterized in that it comprises a pressure relief valve for opening and closing the bypass pipe.
  • the hydrogen in the hydrogen storage container is discharged to the outside through the bypass pipe without passing through the power generation unit. For this reason, generation
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a fuel cell system according to a first embodiment of the present disclosure. It is a flowchart which shows the inspection timing confirmation procedure of the hydrogen cylinder of 1st Embodiment of this indication. It is a flowchart which shows the inspection timing confirmation procedure of the hydrogen cylinder of 1st Embodiment of this indication. It is a flowchart which shows the inspection timing confirmation procedure of the hydrogen cylinder of 1st Embodiment of this indication. It is a flowchart which shows the pressure confirmation procedure of the hydrogen cylinder of 1st Embodiment of this indication. It is a block diagram showing a fuel cell system of a 2nd embodiment of this indication. It is a block diagram which shows the fuel cell system of the modification of this indication.
  • the fuel cell system 1 includes a fuel unit 2, a hydrogen supply unit 3, a fuel cell stack 4, a hydrogen circulation unit 5, a drainage unit 6, a hydrogen discharge unit 7, a bypass unit 8, and a control unit 9. Prepare.
  • the fuel unit 2 includes a plurality of hydrogen cylinders 10, the same number of on-off valves 11 as the hydrogen cylinders 10, manifolds 12, and connection pipes 13.
  • Each of the plurality of hydrogen cylinders 10 has a hydrogen storage alloy inside and stores hydrogen.
  • the number of hydrogen cylinders 10 may be increased or decreased according to the required power generation time in the fuel cell system 1. By increasing the number of hydrogen cylinders 10, the power generation possible time of the fuel cell system 1 can be extended.
  • the on-off valve 11 is an electromagnetic valve that can be switched on and off based on an electrical signal.
  • the on-off valve 11 is connected to the hydrogen cylinder 10 via a connection pipe 13.
  • a connection pipe 13 As the material of the connection pipe 13, for example, a hard pipe can be used.
  • the material of the hard pipe may be a metal such as stainless steel, for example.
  • the manifold 12 includes a plurality of input ports and one output port.
  • the input port of the manifold 12 is connected to the on-off valve 11 via a connection pipe 13.
  • the output port of the manifold 12 is connected to the hydrogen supply unit 3.
  • the hydrogen supply unit 3 includes a primary pressure gauge 15, a regulator 16, a secondary pressure gauge 17, and a hydrogen supply valve 18.
  • the hydrogen supply unit 3 is disposed between the fuel unit 2 and the fuel cell stack 4 via the hydrogen supply pipe 19.
  • the hydrogen supply pipe 19 is made of the same material as the connection pipe 13.
  • the primary pressure gauge 15 is connected to the output port of the manifold 12.
  • the primary pressure gauge 15 detects the pressure of hydrogen supplied from the fuel unit 2.
  • the pressure of hydrogen supplied from the fuel unit 2 is the hydrogen pressure on the primary side of the regulator 16.
  • the regulator 16 is disposed downstream of the primary pressure gauge 15 in the feeding direction 14.
  • the feeding direction 14 is a feeding direction of hydrogen fed from the fuel unit 2 to the fuel cell stack 4.
  • the regulator 16 reduces the pressure of hydrogen supplied from the hydrogen cylinder 10 to a secondary pressure necessary for power generation in the fuel cell stack 4.
  • the secondary pressure gauge 17 is arranged on the downstream side of the regulator 16 in the feeding direction 14.
  • the secondary pressure gauge 17 detects the hydrogen pressure on the secondary side of the regulator 16.
  • the hydrogen supply valve 18 is disposed between the secondary pressure gauge 17 and the fuel cell stack 4.
  • the hydrogen supply valve 18 is connected to the anode electrode of the fuel cell stack 4.
  • the hydrogen supply valve 18 is configured similarly to the on-off valve 11.
  • the fuel cell stack 4 is, for example, a solid polymer fuel cell stack.
  • the fuel cell stack 4 is a package in which a plurality of single cells are stacked.
  • a single cell is configured by bonding and integrating an anode electrode, an electrolyte membrane, and a cathode electrode, and sandwiching them between conductive plates.
  • the anode electrode of the fuel cell stack 4 is connected to the hydrogen supply unit 3.
  • the cathode electrode of the fuel cell stack 4 is connected to the oxygen supply unit.
  • the oxygen supply unit includes an air flow path and an air pump.
  • the oxygen supply unit is for supplying oxygen used for power generation to the fuel cell stack 4. Since the oxygen supply unit is known from Patent Document 1, the display in the figure is omitted.
  • the hydrogen circulation unit 5 includes a gas-liquid separator 20 and a hydrogen circulation pump 21.
  • the hydrogen circulation unit 5 is connected to the anode electrode of the hydrogen fuel cell stack 4 via the hydrogen circulation pipe 22.
  • the hydrogen circulation pipe 22 is made of the same material as the connection pipe 13.
  • the hydrogen circulation unit 5 returns the hydrogen off-gas to the anode electrode to use it again for power generation.
  • the hydrogen off gas is an exhaust gas containing unconsumed hydrogen that has not been used for power generation in the fuel cell stack 4. That is, the fuel cell system 1 is a hydrogen circulation system.
  • the gas-liquid separator 20 is connected to the anode electrode of the fuel cell stack 4.
  • the gas-liquid separator 20 is a device for separating the hydrogen off gas into water and gas.
  • the gas-liquid separator 20 includes an input port, an exhaust side outlet, and a drain side outlet.
  • the exhaust side outlet of the gas-liquid separator 20 is connected to the hydrogen circulation pump 21.
  • the drain side outlet of the gas-liquid separator 20 is connected to the drain part 6.
  • the hydrogen circulation pump 21 is disposed between the exhaust side outlet of the gas-liquid separator 20 and the anode electrode of the fuel cell stack 4.
  • the hydrogen circulation pump 21 returns the hydrogen off gas to the anode electrode of the fuel cell stack 4 again.
  • the drainage unit 6 is connected to the drainage side outlet of the gas-liquid separator 20.
  • the drainage unit 6 is a device for discharging the water separated by the gas-liquid separator 20 to the outside of the fuel cell system 1.
  • the drainage unit 6 includes a drainage pipe 23 and a drainage valve 24.
  • the drain pipe 23 is connected to the drain side outlet of the gas-liquid separator 20.
  • the drain pipe 23 is made of the same material as the connection pipe 13.
  • the drain valve 24 is disposed in the drain pipe 23.
  • the drain valve 24 is configured similarly to the on-off valve 11.
  • the hydrogen discharge unit 7 is connected between the exhaust side outlet of the gas-liquid separator 20 in the hydrogen circulation unit 5 and the hydrogen circulation pump 21.
  • the hydrogen discharge unit 7 includes a hydrogen discharge pipe 25, a hydrogen discharge valve 26, a discharge port 27, and a diluting device 28.
  • the hydrogen discharge pipe 25 branches from the hydrogen circulation pipe 22 and is connected to the discharge port 27.
  • the hydrogen discharge pipe 25 is made of the same material as the connection pipe 13.
  • the hydrogen discharge valve 26 is disposed in the hydrogen discharge pipe 25.
  • the hydrogen discharge valve 26 is configured in the same manner as the on-off valve 11.
  • the discharge port 27 communicates with the outside of the fuel cell system 1.
  • the hydrogen off gas is discharged from the discharge port 27 to the outside of the fuel cell system 1.
  • the diluting device 28 is disposed between the hydrogen discharge valve 26 and the discharge port 27.
  • the diluting device 28 is a device that introduces air outside the fuel cell system 1, mixes the hydrogen discharged from the discharge port 27 with the air, dilutes it below a concentration determined by safety standards, and discharges it to the outside. is there.
  • the bypass unit 8 includes a bypass pipe 29 and a pressure release valve 30.
  • the bypass pipe 29 is a pipe that connects the hydrogen supply pipe 19 and the hydrogen discharge pipe 25.
  • the bypass pipe 29 is made of the same material as the connection pipe 13.
  • the bypass pipe 29 is a pipe that branches from the upstream side of the hydrogen supply valve 18 in the hydrogen supply direction 14 in the hydrogen supply pipe 19 and bypasses the hydrogen discharge pipe 25 without passing through the fuel cell stack 4.
  • a branch portion between the hydrogen supply pipe 19 and the bypass pipe 29 is positioned downstream of the regulator 16 in the hydrogen supply direction 14 of the hydrogen supply pipe 19.
  • the pressure release valve 30 is disposed in the bypass pipe 29.
  • the pressure release valve 30 is configured in the same manner as the on-off valve 11.
  • Control unit 9 is connected to the fuel cell stack 4, the on-off valve 11, the primary pressure gauge 15, the secondary pressure gauge 17, the hydrogen supply valve 18, the hydrogen circulation pump 21, the drain valve 24, and the hydrogen discharge valve 26 via electric wiring. , And a pressure release valve 30.
  • the on-off valve 11, the hydrogen supply valve 18, the drain valve 24, the hydrogen discharge valve 26, and the pressure release valve 30 are each opened and closed based on a signal from the control unit 9.
  • the fuel cell system 1 is used as an emergency power source in the event of a natural disaster or a power failure due to equipment inspection, for example.
  • the fuel cell system 1 when the commercial power is supplied, the fuel cell system 1 does not generate power and enters a standby state.
  • the operation of the fuel cell system 1 in the standby state will be described.
  • the standby state for example, when the outside air temperature becomes high in summer, the temperature of the hydrogen cylinder 10 may increase due to some cause.
  • the temperature of the hydrogen cylinder 10 rises, the internal pressure also rises, but the pressure in the hydrogen cylinder 10 is adjusted so as not to exceed 1 MPa. This is because the filling pressure of the small-scale storage container is regulated to 1 MPa or less by the High Pressure Gas Safety Law.
  • control unit 9 monitors the pressure in the hydrogen cylinder 10 and executes a process of reducing the pressure so as not to exceed 1 MPa.
  • the hydrogen in the hydrogen cylinder 10 is released to the outside through the bypass port 29 through the discharge port 27.
  • the pressure in the hydrogen cylinder 10 is reduced. Since the hydrogen supply valve 18 and the hydrogen discharge valve 26 are closed in the standby state, the hydrogen in the hydrogen cylinder 10 is discharged to the outside from the discharge port 27 without passing through the fuel cell stack 4.
  • the controller 9 can increase the amount of hydrogen discharged to the outside by increasing the number of times the pressure release valve 30 is opened. That is, the greater the number of times the pressure release valve 30 is opened, the more the pressure in the hydrogen cylinder 10 can be reduced.
  • the hydrogen discharged to the outside through the bypass pipe 29 is reduced to the secondary pressure of the regulator 16 through the regulator 16.
  • the hydrogen When hydrogen is discharged from the discharge port 27 to the outside through the bypass pipe 29, the hydrogen is mixed with air by the diluting device 28 and diluted to a concentration lower than the level defined in the safety standards.
  • the lower limit of the hydrogen explosion limit in air is 4%, but the lower the hydrogen concentration, the safer. In consideration of fluctuations in the air flow rate, etc., it is preferable to dilute the hydrogen concentration to 1%.
  • FIG. 1A, 2B, and 2C are flowcharts showing the processing procedure of the inspection timing confirmation process of each hydrogen cylinder 10 by the control unit 9.
  • FIG. The control unit 9 executes an inspection timing confirmation process for each hydrogen cylinder 10 at regular time intervals.
  • the fixed time is a predetermined time. The shorter the fixed time, the safer the inspection timing process is performed, but the processing load on the control unit 9 also increases.
  • the predetermined time here is determined in consideration of the processing load of the control unit 9.
  • the control unit 9 determines whether or not a predetermined time has elapsed since the previous hydrogen pressure inspection (S1).
  • the predetermined time is a time set in advance for each hydrogen cylinder. The shorter the predetermined time is, the safer it is because the pressure can be confirmed frequently, but the processing load on the control unit 9 also increases. The predetermined time is determined in consideration of the processing load of the control unit 9.
  • control unit 9 substitutes 1 for the pressure confirmation flag of the hydrogen cylinder A (S2), and ends the inspection timing confirmation process.
  • control unit 9 ends the cylinder inspection timing confirmation process for the hydrogen cylinder A.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of the pressure confirmation process by the control unit 9.
  • the control unit 9 determines whether or not the pressure is equal to or higher than the threshold A after a predetermined time has elapsed (S12) (S13).
  • the certain time required here is a time required to stabilize the value of the hydrogen pressure measured by the primary pressure gauge 15.
  • the threshold A is set to a value smaller than 1 MPa.
  • the threshold A is preferably as high as possible within a range in which the pressure in the hydrogen cylinder 10 does not reliably exceed 1 MPa, taking into account hydrogen pressure fluctuations, measurement errors of the primary pressure gauge 15, and the like, for example, 0.95 MPa. .
  • control unit 9 determines that the pressure is equal to or higher than the threshold A (S13: YES)
  • the control unit 9 opens the pressure release valve 30 (S14). That is, hydrogen is discharged from the hydrogen cylinder 10 through the bypass pipe 29 to the outside. Since the hydrogen supply valve 18 is closed, hydrogen is not supplied to the fuel cell stack 4.
  • the control unit 9 closes the pressure release valve 30 (S16) after a predetermined time has elapsed (S15), and returns the process to step S13.
  • the fixed time is a time for discharging hydrogen to the outside, and is a preset value. The shorter the set time, the less hydrogen is released at one time.
  • the controller 9 repeatedly opens and closes the pressure release valve 30 until the pressure becomes less than the threshold value A. That is, the hydrogen in the hydrogen cylinder 10 is repeatedly discharged outside.
  • control unit 9 closes the on-off valve 11 (S17), and substitutes 0 for the pressure confirmation flag of the hydrogen cylinder 10 whose pressure has been confirmed (S18). ).
  • the control unit 9 stores the pressure value of the hydrogen cylinder 10 whose pressure has been confirmed in the nonvolatile memory (S19).
  • the pressure value stored here is the value used last in step S13. That is, the pressure value stored here is a value less than the threshold value A.
  • control unit 9 calculates the time until the next pressure is confirmed according to the pressure, stores it in the nonvolatile memory (S20), and ends the pressure confirmation process.
  • the measured pressure here is the pressure of the hydrogen cylinder 10 whose pressure has been confirmed.
  • the time conversion correction coefficient is a predetermined coefficient. That is, as the measured pressure is higher and closer to the threshold A, the time until the next pressure is confirmed becomes shorter. Moreover, the time until the next pressure is confirmed becomes longer as the measured pressure is lower.
  • control unit 9 executes the pressure confirmation process on the hydrogen cylinder A again.
  • the pressure confirmation process for the hydrogen cylinder B is performed after the pressure confirmation process for the hydrogen cylinder A is completed, the hydrogen used for the pressure confirmation of the hydrogen cylinder A remains in the hydrogen supply pipe 19.
  • the pressure confirmation process of the hydrogen cylinder B is started without discharging the hydrogen used for confirming the pressure of the hydrogen cylinder A to the outside. Thereby, the amount of wasteful discharge of hydrogen to the outside can be reduced and saved.
  • the controller 9 opens the on-off valve 11 connected to any one of the plurality of hydrogen cylinders 10 and the hydrogen supply valve 18.
  • the fuel cell stack 4 is supplied with hydrogen from the hydrogen cylinder 10 through the hydrogen supply unit 3. Hydrogen supplied to the fuel cell stack 4 is depressurized by the regulator 16 to a secondary pressure suitable for power generation in the fuel cell stack 4.
  • the fuel cell stack 4 performs power generation using hydrogen supplied from the hydrogen cylinder 10 and oxygen in the air as fuel.
  • hydrogen gas containing hydrogen flows into the anode electrode, and oxidizing gas such as air containing oxygen flows into the cathode electrode, thereby causing an electrochemical reaction at both electrodes and generating an electromotive force.
  • the fuel cell system 1 supplies power to desired equipment.
  • the hydrogen off-gas containing unconsumed hydrogen that was not used for power generation at the anode electrode of the fuel cell stack 4 is sent to the hydrogen circulation pipe 22.
  • the hydrogen off-gas includes water generated by power generation and nitrogen as impurities.
  • the hydrogen off gas is separated into water and gas by the gas-liquid separator 20.
  • the hydrogen off-gas from which the water has been removed is returned again to the anode electrode of the fuel cell stack 4 by the hydrogen circulation pump 21 and used for power generation as fuel.
  • the water separated by the gas-liquid separator 20 is stored in the drain pipe 23.
  • the controller 9 opens the drain valve 24.
  • the drain valve 24 is opened, water is discharged outside the fuel cell system 1.
  • the controller 9 opens the hydrogen discharge valve 26 when the power generation voltage in the fuel cell stack 4 becomes a predetermined value or less.
  • the hydrogen discharge valve 26 is opened, the hydrogen off-gas in the hydrogen circulation pipe 22 is sent to the discharge port 27 through the hydrogen discharge pipe 25.
  • the hydrogen off-gas is mixed with air by a diluting device 28 provided in front of the discharge port 27, and diluted to a hydrogen concentration or less determined by safety standards.
  • the fuel cell system 1 stops power generation.
  • the hydrogen in the hydrogen cylinder 10 in the standby state, can be discharged outside without passing through the fuel cell stack 4 by using the bypass pipe 29. .
  • the common diluting device 28 can be used for discharging the hydrogen off gas to the outside and for discharging hydrogen to the outside through the bypass pipe 29, there is no need to provide a dedicated diluting device, and a simple configuration And cost can be reduced.
  • the bypass unit 8 a includes a bypass pipe 29 a and a pressure release valve 30.
  • the bypass pipe 29 a is a pipe that connects the hydrogen supply pipe 19 and the diluting device 28.
  • the bypass pipe 29 a is made of the same material as the connection pipe 13.
  • the bypass pipe 29 a is a pipe that branches from the upstream side of the hydrogen supply valve 18 in the hydrogen supply direction 14 in the hydrogen supply pipe 19 and bypasses the dilution device 28 without passing through the fuel cell stack 4.
  • a branch portion between the hydrogen supply pipe 19 and the bypass pipe 29 a is positioned downstream of the regulator 16 in the hydrogen supply direction of the hydrogen supply pipe 19.
  • the pressure release valve 30 is disposed in the bypass pipe 29a.
  • the pressure release valve 30 is configured in the same manner as the on-off valve 11.
  • the same effect as in the first embodiment is obtained.
  • the hydrogen in the hydrogen cylinder 10 can be discharged outside without passing through the fuel cell stack 4. Thereby, cross leak can be reduced and deterioration of the fuel cell stack 4 can be reduced.
  • the common diluting device 28 can be used for discharging the hydrogen off gas to the outside and for discharging hydrogen to the outside through the bypass pipe 29a, it is not necessary to separately provide a dedicated diluting device, and a simple configuration And cost can be reduced.
  • the fuel cell stack 4 of the present embodiment is an example of a power generation unit of the present disclosure.
  • the hydrogen cylinder 10 of this embodiment is an example of the hydrogen storage container of this indication.
  • the on-off valve 11 of this embodiment is an example of the switching valve of this indication.
  • the primary pressure gauge 15 of this embodiment is an example of the pressure detection apparatus of this indication.
  • the diluting device 28 of this embodiment is an example of the mixing device of the present disclosure.
  • the threshold value A of the present embodiment is an example of a first threshold value of the present disclosure.
  • the fuel unit 2a may include one hydrogen cylinder 10a, and the hydrogen cylinder 10a and the hydrogen supply pipe 19 may be connected to each other via the on-off valve 11a. Even in this case, the same effect as described above can be obtained.
  • the fuel cell system 1 may be configured to release the hydrogen remaining in the fuel cell stack 4 to the outside in the standby state. Even in this case, in addition to the same effect as described above, the cross leak can be further reduced, and the deterioration of the fuel cell stack 4 can be reduced.
  • the on-off valve 11 may be a solenoid valve that is opened and closed based on a signal from the control unit 9.
  • a motor-operated valve whose opening / closing state can be adjusted by a motor may be used.
  • connection pipe 13 can be, for example, a hard or soft pipe or tube.
  • the material of the hard pipe or tube may be a metal such as stainless steel, for example.
  • the material of the soft pipe or tube may be various engineering plastics or synthetic resins such as polypropylene.
  • the diluting device 28 may be one that introduces air with, for example, a fan, an air pump, or a blower.
  • a fuel cell system includes a hydrogen storage container that stores hydrogen, a power generation unit that generates power using hydrogen supplied from the hydrogen storage container, and the hydrogen storage Hydrogen supply piping for supplying hydrogen from a container to the power generation unit in a predetermined supply direction, and exhaust gas exhausted from the power generation unit and containing unconsumed hydrogen in power generation
  • a hydrogen supply valve for opening and closing the hydrogen supply pipe is provided in the bypass pipe, characterized in that it comprises a pressure relief valve for opening and closing the bypass pipe.
  • the hydrogen in the hydrogen storage container is discharged to the outside through the bypass pipe without passing through the power generation unit. For this reason, generation
  • a fuel cell system includes a mixing device for mixing the hydrogen offgas with air and discharging the mixed gas to the outside, and the mixing device connects the bypass pipe and the hydrogen discharge pipe. It arrange
  • a common mixing device can be used when discharging hydrogen off-gas to the outside and discharging hydrogen through the bypass pipe to the outside. For this reason, it is not necessary to provide a dedicated mixing device, and a simple configuration can be achieved, thereby reducing costs.
  • a fuel cell system includes a control unit that controls the hydrogen supply valve and the pressure release valve, and a pressure detection device that is provided in the hydrogen supply pipe and detects the pressure of hydrogen.
  • the control unit is configured to open the pressure release valve when the pressure detected by the pressure detection device is equal to or higher than a first threshold value.
  • the hydrogen in the hydrogen storage container when the hydrogen pressure measured by the pressure detection device is equal to or higher than the first threshold, the hydrogen in the hydrogen storage container is discharged to the outside through the bypass pipe. For this reason, the pressure in the hydrogen storage container can be lowered without passing hydrogen through the power generation unit.
  • a fuel cell system includes a plurality of the hydrogen storage containers, a manifold having a plurality of input ports and one output port, a plurality of the hydrogen storage containers and the plurality of input ports.
  • a plurality of connecting pipes connected to each other; and a plurality of switching valves provided in each of the plurality of connecting pipes for opening and closing each of the plurality of connecting pipes, wherein the output port and the hydrogen supply pipe are connected to each other. It is characterized by that.
  • a plurality of hydrogen storage containers can be connected to the manifold, and hydrogen can be discharged to the outside using one bypass pipe and a pressure release valve. For this reason, it is not necessary to prepare a plurality of bypass pipes and pressure release valves, and the configuration is simplified and the cost can be reduced.
  • a fuel cell system includes a control unit that controls the hydrogen supply valve, the pressure release valve, and the plurality of switching valves, and a hydrogen supply pipe that detects hydrogen pressure.
  • a pressure detection device wherein the control unit opens and closes each of the plurality of switching valves in a predetermined order, and when the pressure detected by the pressure detection device is equal to or greater than a first threshold value, the pressure release valve It is characterized by opening.
  • the switching valves corresponding to the plurality of hydrogen storage containers are opened and closed in a predetermined order, so that one pressure detection device sequentially measures the pressures in all the hydrogen storage containers. . For this reason, it is not necessary to prepare a pressure detecting device for each hydrogen storage container, and the configuration is simplified and the cost can be reduced.
  • the pressure detection device detects the pressure in the hydrogen storage container.
  • the one switching valve is closed without opening the pressure release valve, and the next order switching is performed according to the predetermined order. The valve is opened.
  • the pressure of the next hydrogen storage container is measured without discharging the hydrogen used for the measurement to the outside. For this reason, hydrogen is not discharged wastefully.
  • the pressure measurement procedure is simplified and the measurement is completed early.
  • control unit receives the pressure detected by the pressure detection device, and the pressure detection device previously detected according to the pressure detected by the pressure detection device. It is characterized in that a time from when the pressure is received until the pressure detected by the pressure detection device is received next time is determined.
  • the time until the next pressure is confirmed is adjusted according to the pressure in the hydrogen storage container. For this reason, the control unit can confirm the pressure at a more appropriate interval.
  • a fuel cell system is provided in the hydrogen supply pipe, and is located upstream of a branch portion between the hydrogen supply pipe and the bypass pipe in the predetermined feeding direction, and the hydrogen A regulator is provided for reducing the pressure of hydrogen supplied from the storage container.
  • the hydrogen in the hydrogen storage container is reduced to the secondary pressure by the regulator and discharged to the outside. For this reason, hydrogen is not discharged

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Abstract

水素を発電部に通すことなく外部に排出し、水素ボンベ内の圧力を下げることができる燃料電池システムを提供する。水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、水素貯蔵容器から送給された水素を使用して発電する発電部と、発電部のアノードから排出される排出ガスを外部に排出するための排出口と、水素供給配管から分岐し、発電部を介さずに排出口に接続するバイパス配管とを備えた燃料電池システムであって、発電をしていない待機状態において、水素貯蔵容器内の圧力が規定値以上にならないように、外部に排出する。このとき、バイパス配管を使用することにより、水素を発電部に通すことなく外部に放出することができる。

Description

燃料電池システム
　本開示は、燃料電池システムに関する。
　従来、水素と酸素とを燃料として発電する燃料電池システムでは、水素を貯蔵する水素貯蔵容器を備えたものが知られている。このような燃料電池システムにおいて、水素貯蔵容器内の水素を外部に排出しなければならない場合がある。
　特許文献１には、操作端末から排出指令を取得したときに、流路開閉弁を開放して、発電部である燃料電池スタックを通して水素タンク内の水素を外部に排出する水素ガス排出手段を備えた燃料電池システムが提案されている。このシステムにおいて、燃料電池設備や車両設備の修理等を行う際に、水素タンクから水素を排出することを想定している。
　また、特許文献１のように修理等を行う場合だけでなく、水素を外部に排出して水素貯蔵容器内を減圧させなければならない場合がある。例えば外気温が上昇した場合等、何等かの原因により水素貯蔵容器の温度が上昇し、内部圧力が高まった場合などが想定される。
　ところで、燃料電池スタックでは、燃料電池の出力端子と負荷とを接続する回路を開放すると、アノード側の水素が電解質膜を透過してカソード側に達するといういわゆるクロスリークが発生することが知られている（例えば特許文献２）。クロスリークが発生すると、カソード側で水素と酸素とが直接結合することにより局所的に熱が発生し、その熱によりカソードや電解質膜が損傷し、燃料電池スタックが劣化してしまうことが知られている。
特開２０１１－００３４０６号公報 特開２００３－３１７７７０号公報
　しかしながら、特許文献１のように燃料電池スタックである発電部を通して水素を外部に排出する構造では、発電部内に水素が供給されてしまい、クロスリークの発生が増加し、発電部の劣化の原因となるという問題がある。
　本開示の実施形態は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、発電部の劣化を低減させ、水素貯蔵容器内の水素を外部に排出することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
　本開示の一実施形態に係る燃料電池システムは、水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、前記水素貯蔵容器から送給された水素を使用して発電する発電部と、前記水素貯蔵容器から前記発電部に水素を所定の送給方向に送給するための水素供給配管と、前記発電部から排出される排出ガスであって、発電において未消費の水素を含む水素オフガスを前記発電部に戻すための水素循環配管と、前記水素オフガスを外部に排出するための排出口と、前記水素循環配管から分岐し、前記排出口に接続する水素排出配管と、前記水素供給配管から分岐し、前記発電部を介さずに前記水素排出配管に接続するバイパス配管と、前記水素供給配管に設けられ、前記水素供給配管と前記バイパス配管との分岐部分よりも前記所定の送給方向における下流側に位置し、前記水素供給配管を開閉する水素供給弁と、前記バイパス配管に設けられ、前記バイパス配管を開閉する圧力解放弁と、を備えることを特徴とする。
　本開示の実施形態によれば、水素貯蔵容器内の水素は、バイパス配管を通して、発電部を介さずに外部に排出される。このため、クロスリークの発生を低減させ、発電部の劣化を低減させることができる。
本開示の第１実施形態の燃料電池システムを示すブロック図である。 本開示の第１実施形態の水素ボンベの検査タイミング確認手順を示すフローチャートである。 本開示の第１実施形態の水素ボンベの検査タイミング確認手順を示すフローチャートである。 本開示の第１実施形態の水素ボンベの検査タイミング確認手順を示すフローチャートである。 本開示の第１実施形態の水素ボンベの圧力確認手順を示すフローチャートである。 本開示の第２実施形態の燃料電池システムを示すブロック図である。 本開示の変形例の燃料電池システムを示すブロック図である。
［第１実施形態］
　以下、本開示の第１実施形態について図１を参照して説明する。
　燃料電池システム１は、燃料部２と、水素供給部３と、燃料電池スタック４と、水素循環部５と、排水部６と、水素排出部７と、バイパス部８と、制御部９とを備える。
＜燃料部＞
　燃料部２は、複数の水素ボンベ１０と、水素ボンベ１０と同数の開閉弁１１と、マニホールド１２と、接続配管１３とを備える。
　複数の水素ボンベ１０の各々は、内部に水素吸蔵合金を備え、水素を貯蔵する。水素ボンベ１０の数は、燃料電池システム１における必要な発電時間に応じて増減しても良い。水素ボンベ１０の数を増やすことにより、燃料電池システム１の発電可能時間を長くすることができる。
　開閉弁１１は、電気信号に基づいて開閉を切り替え可能な電磁弁である。開閉弁１１は、接続配管１３を介して水素ボンベ１０に各々接続される。接続配管１３の材質は、例えば、硬質のパイプを用いることができる。硬質のパイプの材質は、例えば、ステンレスなどの金属であってよい。
　マニホールド１２は、複数の入力口と１つの出力口とを備える。マニホールド１２の入力口は、接続配管１３を介して開閉弁１１と各々接続される。マニホールド１２の出力口は、水素供給部３に接続される。
＜水素供給部＞
　水素供給部３は、１次圧力計１５と、レギュレータ１６と、２次圧力計１７と、水素供給弁１８とを備える。水素供給部３は、水素供給配管１９を介して、燃料部２と燃料電池スタック４との間に配置される。水素供給配管１９は、接続配管１３と同様の材質で構成される。
　１次圧力計１５は、マニホールド１２の出力口に接続される。１次圧力計１５は、燃料部２から供給される水素の圧力を検出する。燃料部２から供給される水素の圧力は、レギュレータ１６の１次側の水素圧力である。
　レギュレータ１６は、送給方向１４において、１次圧力計１５の下流側に配置される。送給方向１４は、燃料部２から燃料電池スタック４に送給される水素の送給方向である。レギュレータ１６は、水素ボンベ１０から送給される水素の圧力を、燃料電池スタック４における発電に必要な２次圧力まで減圧する。
　２次圧力計１７は、送給方向１４において、レギュレータ１６の下流側に配置される。２次圧力計１７は、レギュレータ１６の２次側の水素圧力を検出する。
　水素供給弁１８は、２次圧力計１７と燃料電池スタック４との間に配置される。水素供給弁１８は、燃料電池スタック４のアノード極に接続される。水素供給弁１８は、開閉弁１１と同様に構成される。
＜燃料電池スタック＞
　燃料電池スタック４は、例えば固体高分子形の燃料電池スタックである。燃料電池スタック４は、単セルを複数積層してパッケージ化したものである。単セルは、アノード極、電解質膜、及びカソード極を貼り合わせて一体化し、導電板で挟み込んで構成される。
　燃料電池スタック４のアノード極は、水素供給部３に接続される。燃料電池スタック４のカソード極は、酸素供給部に接続される。
＜酸素供給部＞
　酸素供給部は、空気流路及び空気ポンプ等を備える。酸素供給部は、燃料電池スタック４に発電に使用する酸素を供給するためのものである。酸素供給部については、特許文献１によって公知であるので、図中での表示は省略している。
＜水素循環部＞
　水素循環部５は、気液分離器２０と、水素循環ポンプ２１とを備える。水素循環部５は、水素循環配管２２を介して、水素燃料電池スタック４のアノード極に接続される。水素循環配管２２は、接続配管１３と同様の材質で構成される。
　水素循環部５は、水素オフガスを再び発電に利用する為にアノード極に戻す。水素オフガスは、燃料電池スタック４において発電で利用されなかった未消費の水素を含む排ガスである。即ち、燃料電池システム１は水素循環方式のシステムである。
　気液分離器２０は、燃料電池スタック４のアノード極に接続される。気液分離器２０は、水素オフガスを水とガスとに分離するための装置である。気液分離器２０は、入力口と、排気側出口と、排水側出口とを備える。気液分離器２０の排気側出口は、水素循環ポンプ２１に接続される。気液分離器２０の排水側出口は、排水部６に接続される。
　水素循環ポンプ２１は、気液分離器２０の排気側出口と燃料電池スタック４のアノード極との間に配置される。水素循環ポンプ２１は、水素オフガスを再び燃料電池スタック４のアノード極に戻す。
＜排水部＞
　排水部６は、気液分離器２０の排水側出口に接続される。排水部６は、気液分離器２０が分離した水を燃料電池システム１の外部に排出するための装置である。
　排水部６は、排水配管２３と、排水弁２４とを備える。
　排水配管２３は、気液分離器２０の排水側出口に接続される。排水配管２３は、接続配管１３と同様の材質で構成される。
　排水弁２４は、排水配管２３に配置される。排水弁２４は、開閉弁１１と同様に構成される。
＜水素排出部＞
　水素排出部７は、水素循環部５における気液分離器２０の排気側出口と水素循環ポンプ２１との間に接続される。
　水素排出部７は、水素排出配管２５と、水素排出弁２６と、排出口２７と、希釈装置２８とを備える。
　水素排出配管２５は、水素循環配管２２から分岐し、排出口２７に接続される。水素排出配管２５は、接続配管１３と同様の材質で構成される。
　水素排出弁２６は、水素排出配管２５に配置される。水素排出弁２６は、開閉弁１１と同様に構成される。
　排出口２７は、燃料電池システム１の外部に通じる。水素オフガスは排出口２７から燃料電池システム１の外部に排出される。
　希釈装置２８は、水素排出弁２６と排出口２７との間に配置される。希釈装置２８は、燃料電池システム１の外部の空気を導入して、排出口２７から排出される水素を空気と混合し、安全基準上定められた濃度以下に希釈して外部に放出する装置である。
＜バイパス部＞
　バイパス部８は、バイパス配管２９と圧力解放弁３０とを備える。バイパス配管２９は、水素供給配管１９と水素排出配管２５とを接続する配管である。バイパス配管２９は、接続配管１３と同様の材質で構成される。
　バイパス配管２９は、水素供給配管１９における水素の送給方向１４において、水素供給弁１８の上流側から分岐し、燃料電池スタック４を介さずに、水素排出配管２５までバイパスする配管である。水素供給配管１９とバイパス配管２９との分岐部分は、水素供給配管１９における水素の送給方向１４において、レギュレータ１６よりも下流側に位置する。
　圧力解放弁３０は、バイパス配管２９に配置される。圧力解放弁３０は、開閉弁１１と同様に構成される。
＜制御部＞
　制御部９は、電気配線を介して、燃料電池スタック４、開閉弁１１、１次圧力計１５、２次圧力計１７、水素供給弁１８、水素循環ポンプ２１、排水弁２４、水素排出弁２６、及び圧力解放弁３０に接続される。
　開閉弁１１、水素供給弁１８、排水弁２４、水素排出弁２６、及び圧力解放弁３０は、制御部９からの信号に基づいて各々開閉される。
＜燃料電池システムの動作（待機時）＞
　以上説明したように構成された本実施形態の燃料電池システム１の動作について説明する。
　本実施形態に係る燃料電池システム１は、例えば自然災害または設備点検などによる停電時において、非常用電源として使用される。
　一方で、商用電源が供給されている状態では、燃料電池システム１は発電をせず、待機状態となる。
　まず、燃料電池システム１の待機状態の動作について説明する。待機状態において、例えば夏季に外気温が高くなった場合など、何等かの原因により水素ボンベ１０の温度が高くなることがある。水素ボンベ１０の温度が上昇すると内部の圧力も上昇するが、水素ボンベ１０内の圧力は１ＭＰａを超えないように調整される。なぜなら、高圧ガス保安法により、小規模貯蔵容器の充填圧力は１ＭＰａ以下と規制されているためである。
　待機状態において、制御部９は水素ボンベ１０内の圧力を監視し、１ＭＰａを越えないように減圧させる処理を実行する。
　制御部９が開閉弁１１と圧力解放弁３０とを開放することにより、水素ボンベ１０内の水素は、バイパス配管２９を介して排出口２７から外部に放出される。水素が外部に排出されることにより、水素ボンベ１０内の圧力が減圧される。待機状態において、水素供給弁１８と水素排出弁２６とは閉止されているので、水素ボンベ１０内の水素は、燃料電池スタック４を通ることなく、排出口２７から外部に排出される。
　制御部９は、圧力解放弁３０を開放する回数を増やすことにより、外部に排出する水素の量を増やすことができる。即ち、圧力解放弁３０が開放される回数が多いほど、水素ボンベ１０内の圧力をより多く減圧させることができる。
　バイパス配管２９を介して外部に排出される水素は、レギュレータ１６を介して、レギュレータ１６の２次圧力まで減圧される。
　バイパス配管２９を介して水素が排出口２７から外部に排出されるとき、水素は希釈装置２８により空気と混合され、安全基準上定められた濃度以下に希釈される。空気中での水素の爆発限界の下限界は４％であるが、水素濃度が低いほどより安全である。空気流量の変動等も考慮し、水素濃度１％を以下に希釈することが好ましい。
＜検査タイミング確認工程＞
　図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、制御部９による各水素ボンベ１０の検査タイミング確認工程の処理手順を示したフローチャートである。制御部９は、一定時間毎に各水素ボンベ１０の検査タイミング確認工程を実行する。ここで、一定時間とは、あらかじめ定められた時間である。一定時間が短い程、頻繁に検査タイミング工程が実行されるため安全であるが、制御部９の処理負荷も高くなってしまう。ここでの一定時間は、制御部９の処理負荷を考慮して決定する。
　以下、図２Ａを参照し、水素ボンベＡの検査タイミング確認工程の処理手順を説明する。尚、他の水素ボンベについては、水素ボンベＡと同様であるので詳細な説明は省略する。
　まず、制御部９は、水素圧力を以前検査してから所定時間を経過したか否かを判定する（Ｓ１）。ここで、所定時間とは、水素ボンベ毎にあらかじめ設定された時間である。所定時間が短い程、頻繁に圧力を確認できるため安全であるが、制御部９の処理負荷も高くなってしまう。所定時間は、制御部９の処理負荷を考慮して決定する。
　制御部９は、所定時間を経過したと判定した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、水素ボンベＡの圧力確認フラグに１を代入し（Ｓ２）、検査タイミング確認工程を終了する。
　制御部９は、所定時間を経過していないと判定した場合（Ｓ１：ＮＯ）、水素ボンベＡについてのボンベ検査タイミング確認工程を終了する。
＜圧力確認工程＞
　図３は、制御部９による圧力確認工程の処理手順を示したフローチャートである。制御部９は、圧力確認フラグ＝１であるときに圧力確認工程の処理を実行する。
　制御部９は、圧力確認フラグ＝１のボンベの開閉弁１１を開放する（Ｓ１１）。即ち、圧力確認フラグ＝１の水素ボンベから水素が放出され、１次圧力計１５により水素圧力が測定される。
　制御部９は、一定時間が経過した後（Ｓ１２）、圧力が閾値Ａ以上であるか否かを判定する（Ｓ１３）。ここで必要な一定時間は、１次圧力計１５が測定する水素圧力の値を安定させるために必要な時間である。
　水素ボンベ１０内の圧力が１ＭＰａを超えないように調整する為、閾値Ａは、１ＭＰａよりも小さい値に設定される。閾値Ａは、水素の圧力変動や１次圧力計１５の測定誤差等を考慮し、水素ボンベ１０内の圧力が確実に１ＭＰａを超えない範囲でなるべく高めの値が好ましく、例えば０．９５ＭＰａとする。
　制御部９は、圧力が閾値Ａ以上であると判定した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、圧力解放弁３０を開放する（Ｓ１４）。即ち、水素ボンベ１０からバイパス配管２９を通って水素が外部に排出される。水素供給弁１８は閉鎖しているため、水素は燃料電池スタック４に供給されない。
　制御部９は、一定時間経過した後（Ｓ１５）、圧力解放弁３０を閉鎖し（Ｓ１６）、処理をステップＳ１３へ戻す。ここで一定時間とは、水素を外部へ排出する時間であり、あらかじめ設定された値である。一定時間を短く設定するほど、一度に放出する水素量は少ない。制御部９は、圧力が閾値Ａ未満になるまで圧力解放弁３０の開閉を繰り返す。即ち、水素ボンベ１０内の水素が繰り返し外部に排出される。
　制御部９は、圧力値が閾値Ａ以上でないと判定した場合（Ｓ１３：ＮＯ）、開閉弁１１を閉鎖し（Ｓ１７）、圧力を確認した水素ボンベ１０の圧力確認フラグに０を代入する（Ｓ１８）。
　制御部９は、圧力を確認した水素ボンベ１０の圧力値を不揮発性メモリに記憶させる（Ｓ１９）。ここで記憶させる圧力値は、ステップＳ１３で最後に使用した値である。つまり、ここで記憶させる圧力値は、閾値Ａ未満の値である。
　最後に、制御部９は、圧力に応じて、次回圧力を確認するまでの時間を計算し、不揮発性メモリに記憶させ（Ｓ２０）、圧力確認工程を終了する。
　次回圧力を確認するまでの時間は、例えば、次のように求めることができる。
次回圧力を確認するまでの時間　＝　時間換算補正係数　×　（閾値Ａ－測定圧力）
ここでの測定圧力とは、圧力を確認した水素ボンベ１０の圧力である。また、時間換算補正係数は、予め定めた係数である。即ち、測定圧力が高く、閾値Ａに近いほど、次回圧力を確認するまでの時間が短くなる。また、測定圧力が低いほど、次回圧力を確認するまでの時間が長くなる。
　例えば、水素ボンベＡの圧力確認工程が終了し、次回水素ボンベＡの圧力を測定するまでの時間が経過した場合、制御部９は再び水素ボンベＡに対して圧力確認工程を実行する。
　水素ボンベＡについて圧力確認工程を終了した後に、水素ボンベＢについての圧力確認工程を実施する場合、水素供給配管１９内には水素ボンベＡの圧力確認に使用した水素が残留しているが、本実施形態では、水素ボンベＡの圧力確認に使用した水素を外部に排出することなく、水素ボンベＢの圧力確認工程を開始する。これにより、水素を無駄に外部に排出する量を減らし、節約することができる。
＜燃料電池システムの動作（発電時）＞
　次に、燃料電池システム１の発電時の動作について説明する。
　停電により商用電源が遮断されると、二次電池の電力によって弁動作がなされ、水素ボンベ１０から燃料電池スタック４に水素が供給される。燃料電池スタック４内で水素及び酸素による電気化学反応が生じ、発電が行われ、所望の設備に電力が供給される。
　制御部９は、複数の水素ボンベ１０のうちいずれか１つの水素ボンベに接続された開閉弁１１と、水素供給弁１８とを開放する。燃料電池スタック４は、水素供給部３を通して水素ボンベ１０から水素が供給される。燃料電池スタック４に供給される水素は、レギュレータ１６により、燃料電池スタック４における発電に適切な２次圧力に減圧される。
　燃料電池スタック４は、水素ボンベ１０から供給された水素と、空気中の酸素とを燃料として発電を行う。燃料電池スタック４において、水素を含む水素ガスがアノード極に流入し、酸素を含む空気等の酸化ガスがカソード極に流入することにより、両電極で電気化学反応が生じ、起電力が発生する。燃料電池システム１は、所望の設備に電力を供給する。
　燃料電池スタック４のアノード極において発電で利用されなかった未消費の水素を含む水素オフガスは、水素循環配管２２に送られる。水素オフガスには、未消費の水素の他、発電によって発生した水及び不純物である窒素等も含まれる。
　水素オフガスは、気液分離器２０により水とガスとに分離される。水が除去された水素オフガスは、水素循環ポンプ２１によって再び燃料電池スタック４のアノード極に戻され、燃料として発電に使用される。
　気液分離器２０が分離した水は排水配管２３に貯留される。制御部９は、排水配管２３内に所定の水が貯まると、排水弁２４を開放状態とする。排水弁２４が開放状態となったときに、燃料電池システム１の外部に水が排出される。
　燃料電池スタック４における発電に伴って、水素循環配管２２内には窒素等の不純物が増加する。不純物が増加すると、燃料電池スタック４における発電電圧が低下してしまう。制御部９は、燃料電池スタック４における発電電圧が所定の値以下になったとき、水素排出弁２６を開放状態とする。水素排出弁２６が開いた状態となったときに、水素循環配管２２内の水素オフガスは水素排出配管２５を介して排出口２７に送られる。
　排出口２７の手前に設けられた希釈装置２８により、水素オフガスは空気と混合され、安全基準上定められた水素濃度以下に希釈される。
　停電が復旧し商用電源が再び供給されたり、水素ボンベ１０内の水素残量が足りなくなった場合には、燃料電池システム１は発電を停止する。
　以上のように構成された燃料電池システム１によれば、待機状態において、バイパス配管２９を使用することにより、水素ボンベ１０内の水素を燃料電池スタック４に通すことなく外部に排出することができる。これにより、クロスリークを低減させ、燃料電池スタック４の劣化を低減させることができる。また、水素オフガスを外部に排出する際と、バイパス配管２９を通して水素を外部に排出する際とで、共通の希釈装置２８を使用できるため、専用の希釈装置を別に設ける必要がなく、簡易な構成となり、コストダウンできる。
［第２実施形態］
　次に、本開示の第２実施形態について図４を参照して説明する。本実施形態では、バイパス配管２９ａが希釈装置２８と接続された点が、第１実施形態とは異なる。尚、バイパス配管２９ａを除く構成と、燃料電池システム１の動作とについては、上述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
　バイパス部８ａは、バイパス配管２９ａと圧力解放弁３０とを備える。バイパス配管２９ａは、水素供給配管１９と希釈装置２８とを接続する配管である。バイパス配管２９ａは、接続配管１３と同様の材質で構成される。
　バイパス配管２９ａは、水素供給配管１９における水素の送給方向１４において、水素供給弁１８の上流側から分岐し、燃料電池スタック４を介さずに、希釈装置２８までバイパスする配管である。水素供給配管１９とバイパス配管２９ａとの分岐部分は、水素供給配管１９における水素の送給方向において、レギュレータ１６よりも下流側に位置する。
　圧力解放弁３０は、バイパス配管２９ａに配置される。圧力解放弁３０は、開閉弁１１と同様に構成される。
　第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得る。燃料電池システム１の待機状態において、バイパス配管２９ａを使用することにより、水素ボンベ１０内の水素を燃料電池スタック４に通すことなく外部に排出することができる。これにより、クロスリークを低減させ、燃料電池スタック４の劣化を低減させることができる。また、水素オフガスを外部に排出する際と、バイパス配管２９ａを通して水素を外部に排出する際とで、共通の希釈装置２８を使用できるため、専用の希釈装置を別に設ける必要がなく、簡易な構成となり、コストダウンできる。
［本開示と実施形態との構成の対応関係］
　本実施形態の燃料電池スタック４は、本開示の発電部の一例である。また、本実施形態の水素ボンベ１０は、本開示の水素貯蔵容器の一例である。また、本実施形態の開閉弁１１は、本開示の切換弁の一例である。また、本実施形態の１次圧力計１５は、本開示の圧力検出装置の一例である。また、本実施形態の希釈装置２８は、本開示の混合装置の一例である。また、本実施形態の閾値Ａは、本開示の第１の閾値の一例である。
［変形例］
　以上のように、本実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態に加えうる変更の例について説明する。
　例えば、図５に示すように、燃料部２ａは１つの水素ボンベ１０ａを備え、水素ボンベ１０ａと水素供給配管１９とが開閉弁１１ａを介して接続されるように構成されていてもよい。この場合でも、上記同様の効果を得る。
　また、例えば、燃料電池システム１は、待機状態において燃料電池スタック４内に残留した水素を外部に放出するように構成されていてもよい。この場合でも上記同様の効果に加え、クロスリークを更に低減させることができ、燃料電池スタック４の劣化を低減させることができる。
　また、例えば、開閉弁１１は、制御部９からの信号に基づいて開閉されるソレノイド弁であってよい。また、モータによって開閉状態を調整可能な電動弁が用いられても良い。
　また、例えば、接続配管１３の材質は、例えば、硬質又は軟質のパイプまたはチューブを用いることができる。硬質のパイプまたはチューブの材質は、例えば、ステンレスなどの金属であってよい。軟質のパイプまたはチューブの材質は、例えば、ポリプロピレンなど、各種エンジニアリングプラスチックや合成樹脂であってよい。
　また、例えば、希釈装置２８は、例えば、ファン、空気ポンプ、またはブロア等で空気を導入するものであって良い。
　以上のように、本開示の一実施形態に係る燃料電池システムは、水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、前記水素貯蔵容器から送給された水素を使用して発電する発電部と、前記水素貯蔵容器から前記発電部に水素を所定の送給方向に送給するための水素供給配管と、前記発電部から排出される排出ガスであって、発電において未消費の水素を含む水素オフガスを前記発電部に戻すための水素循環配管と、前記水素オフガスを外部に排出するための排出口と、前記水素循環配管から分岐し、前記排出口に接続する水素排出配管と、前記水素供給配管から分岐し、前記発電部を介さずに前記水素排出配管に接続するバイパス配管と、前記水素供給配管に設けられ、前記水素供給配管と前記バイパス配管との分岐部分よりも前記所定の送給方向における下流側に位置し、前記水素供給配管を開閉する水素供給弁と、前記バイパス配管に設けられ、前記バイパス配管を開閉する圧力解放弁と、を備えることを特徴とする。
　本開示の一実施形態によれば、水素貯蔵容器内の水素は、バイパス配管を通して、発電部を介さずに外部に排出される。このため、クロスリークの発生を低減させ、発電部の劣化を低減させることができる。
　本開示の一実施形態に係る燃料電池システムは、前記水素オフガスを空気と混合して外部へ排出するための混合装置を備え、前記混合装置は、前記バイパス配管と前記水素排出配管とを接続する接続部分と、前記排出口との間に配置されることを特徴とする。
　本開示の一実施形態によれば、水素オフガスを外部に排出する時と、バイパス配管を通して水素を外部に排出する時とで、共通の混合装置を使用することができる。このため、専用の混合装置を設ける必要がなく、簡易な構成となり、コストダウンできる。
　本開示の一実施形態に係る燃料電池システムは、前記水素供給弁と前記圧力解放弁とを制御する制御部と、前記水素供給配管に設けられ、水素の圧力を検出する圧力検出装置とを備え、前記制御部は、前記圧力検出装置が検出した圧力が第１の閾値以上であるときに、前記圧力解放弁を開放するように構成されていることを特徴とする。
　本開示の一実施形態によれば、圧力検出装置が測定した水素の圧力が第１の閾値以上である場合に、水素貯蔵容器内の水素はバイパス配管を通して外部に排出される。このため、発電部に水素を通すことなく、水素貯蔵容器内の圧力を下げることができる。
　本開示の一実施形態に係る燃料電池システムは、複数の前記水素貯蔵容器と、複数の入力口と１つの出力口とを有するマニホールドと、複数の前記水素貯蔵容器と前記複数の入力口とを各々接続する複数の接続配管と、前記複数の接続配管の各々に設けられ、前記複数の接続配管を各々開閉する複数の切換弁とを備え、前記出力口と前記水素供給配管とが接続されることを特徴とする。
　本開示の一実施形態によれば、複数の水素貯蔵容器をマニホールドに接続し、１つのバイパス配管と圧力解放弁とを使用して水素を外部へ排出できる。このため、複数のバイパス配管と圧力解放弁とを用意する必要がなく、構成が簡単になりコストダウンできる。
　本開示の一実施形態に係る燃料電池システムは、前記水素供給弁と前記圧力解放弁と前記複数の切換弁とを制御する制御部と、前記水素供給配管に配置され、水素の圧力を検出する圧力検出装置とを備え、前記制御部は、前記複数の切換弁の各々を所定の順番で開閉し、前記圧力検出装置が検出した圧力が第１の閾値以上であるときに、前記圧力解放弁を開放するように構成されていることを特徴とする。
　本開示の一実施形態によれば、複数の水素貯蔵容器に対応する切換弁が所定の順番で開閉されることにより、１つの圧力検出装置がすべての水素貯蔵容器内の圧力を順番に測定する。このため、水素貯蔵容器毎に圧力検出装置を用意する必要がなく、構成が簡単になりコストダウンできる。
　本開示の一実施形態に係る燃料電池システムは、前記制御部は、前記複数の切換弁のうちの一つの切換弁を開放し、前記圧力検出装置が前記水素貯蔵容器内の圧力を検出した後、前記圧力検出装置が検出した圧力が前記第１の閾値未満であるときに、前記圧力解放弁を開放することなく、前記一つの切換弁を閉止し、前記所定の順番に従う次の順番の切換弁を開放することを特徴とする。
　本開示の一実施形態によれば、１つの水素貯蔵容器の圧力が測定された後に、測定に使用した水素が外部に排出されることなく、次の水素貯蔵容器の圧力が測定される。このため、水素を無駄に排出することがない。また、圧力測定の手順が簡単になり、測定が早く終了する。
　本開示の一実施形態に係る燃料電池システムは、前記制御部は、前記圧力検出装置が検出した圧力を受け取り、前記圧力検出装置が検出した圧力に応じて、前回、前記圧力検出装置が検出した圧力を受け取ってから、次回、前記圧力検出装置が検出する圧力を受け取るまでの時間を決定することを特徴とする。
　本開示の一実施形態によれば、水素貯蔵容器内の圧力に応じて次回圧力が確認されるまでの時間が調整される。このため、制御部はより適切な間隔で圧力を確認することができる。
　本開示の一実施形態に係る燃料電池システムは、前記水素供給配管に設けられ、前記水素供給配管と前記バイパス配管との分岐部分よりも前記所定の送給方向における上流側に位置し、前記水素貯蔵容器から送給される水素の圧力を減圧するレギュレータを備えることを特徴とする。
　本開示の一実施形態によれば、水素貯蔵容器内の水素は、レギュレータによって２次圧力に減圧されて外部に排出される。このため、水素が１次圧力で外部に排出されることがなく、より安全である。また、専用のレギュレータをバイパス配管等に設ける必要がなく、簡易な構成となり、コストダウンできる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
　１　燃料電池システム
　４　燃料電池スタック
１０　水素ボンベ
１１　開閉弁
１５　１次圧力計
１６　レギュレータ
１７　２次圧力計
２５　水素排出配管
２７　排出口
２８　希釈装置
２９、２９ａ　バイパス配管
３０　圧力解放弁

Claims (8)

  1. 　水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、
    　前記水素貯蔵容器から送給された水素を使用して発電する発電部と、
    　前記水素貯蔵容器から前記発電部に水素を所定の送給方向に送給するための水素供給配管と、
    　前記発電部から排出される排出ガスであって、発電において未消費の水素を含む水素オフガスを前記発電部に戻すための水素循環配管と、
    　前記水素オフガスを外部に排出するための排出口と、
    　前記水素循環配管から分岐し、前記排出口に接続する水素排出配管と、
    　前記水素供給配管から分岐し、前記発電部を介さずに前記水素排出配管に接続するバイパス配管と、
    　前記水素供給配管に設けられ、前記水素供給配管と前記バイパス配管との分岐部分よりも前記所定の送給方向における下流側に位置し、前記水素供給配管を開閉する水素供給弁と、
    　前記バイパス配管に設けられ、前記バイパス配管を開閉する圧力解放弁と、
    を備えた燃料電池システム。
  2. 　前記水素オフガスを空気と混合して外部へ排出するための混合装置を備え、
    　前記混合装置は、前記バイパス配管と前記水素排出配管とを接続する接続部分と、前記排出口との間に配置され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。
  3. 　前記水素供給弁と前記圧力解放弁とを制御する制御部と、
    　前記水素供給配管に設けられ、水素の圧力を検出する圧力検出装置とを備え、
    　前記制御部は、前記圧力検出装置が検出した圧力が第１の閾値以上であるときに、前記圧力解放弁を開放するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
  4. 　複数の前記水素貯蔵容器と、
    　複数の入力口と１つの出力口とを有するマニホールドと、
    　複数の前記水素貯蔵容器と前記複数の入力口とを各々接続する複数の接続配管と、
    　前記複数の接続配管の各々に設けられ、前記複数の接続配管を各々開閉する複数の切換弁とを備え、
    　前記出力口と前記水素供給配管とが接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
  5. 　前記水素供給弁と前記圧力解放弁と前記複数の切換弁とを制御する制御部と、
    　前記水素供給配管に配置され、水素の圧力を検出する圧力検出装置とを備え、
    　前記制御部は、
    　前記複数の切換弁の各々を所定の順番で開閉し、
    　前記圧力検出装置が検出した圧力が第１の閾値以上であるときに、前記圧力解放弁を開放するように構成されている
    　ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
  6. 　前記制御部は、
    　前記複数の切換弁のうちの一つの切換弁を開放し、
    　前記圧力検出装置が前記水素貯蔵容器内の圧力を検出した後、
    　前記圧力検出装置が検出した圧力が前記第１の閾値未満であるときに、前記圧力解放弁を開放することなく、前記一つの切換弁を閉止し、
    　前記所定の順番に従う次の順番の切換弁を開放する
    　ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
  7. 　前記制御部は、
    　前記圧力検出装置が検出した圧力を受け取り、
    　前記圧力検出装置が検出した圧力に応じて、前回、前記圧力検出装置が検出した圧力を受け取ってから、次回、前記圧力検出装置が検出する圧力を受け取るまでの時間を決定する
    　ことを特徴とする請求項３、５、６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  8. 　前記水素供給配管に設けられ、前記水素供給配管と前記バイパス配管との分岐部分よりも前記所定の送給方向における上流側に位置し、前記水素貯蔵容器から送給される水素の圧力を減圧するレギュレータを備えることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の燃料電池システム。
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