JP2006252919A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system with little energy loss capable of detecting abnormality thereof with high accuracy. <P>SOLUTION: The fuel cell system is composed of a fuel cell stack 2; an off-gas exhaust pipe 5 connected to the fuel cell stack 2; a hydrogen detection means 9 having a hygroscopic exothermal body 14 arranged on the off-gas exhaust tube 5; a ventilation gas exhaust tube 6 connected to the fuel cell stack 2; a ventilation gas supplying piping 7 branched from the ventilation gas exhaust tube 6, passing through the hygroscopic exothermal body 14 of the hydrogen detection means 9, and connected to the off-gas exhaust pipe 5; and a flow passage control device (a valve 8) arranged on the ventilation gas supplying piping 7 at upstream side of the hydrogen detection means 9. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、発電時の異常を監視できる燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system capable of monitoring an abnormality during power generation.

燃料電池は、水素ガスを燃料として用いて水素ガスと酸素ガスとを反応させて発電する装置であり、発電効率も高く、さらに低公害である。このため、内燃機関に代えて作動するモータ用の電源として燃料電池を搭載した車両の研究開発が進められている。車両搭載用の燃料電池としては、高出力化、小型化が要求されるため、特に、固体高分子型燃料電池の適用が研究されている。   A fuel cell is a device that generates power by reacting hydrogen gas and oxygen gas using hydrogen gas as fuel, has high power generation efficiency, and is low in pollution. For this reason, research and development of a vehicle equipped with a fuel cell as a power source for a motor that operates in place of an internal combustion engine is underway. As a fuel cell for vehicle mounting, since high output and miniaturization are required, the application of a polymer electrolyte fuel cell has been particularly studied.

固体高分子型燃料電池は、発電の基本単位となる単位セル(単セル)を複数個積層した燃料電池スタックから構成される。単セルは、固体高分子電解質膜の両面側に燃料電極と酸化剤電極を配置して膜電極接合体(MEA)を構成し、各電極の両面側に各々セパレータを配置して形成される。   A polymer electrolyte fuel cell is composed of a fuel cell stack in which a plurality of unit cells (single cells) serving as basic units for power generation are stacked. A single cell is formed by arranging a fuel electrode and an oxidant electrode on both sides of a solid polymer electrolyte membrane to constitute a membrane electrode assembly (MEA), and arranging separators on both sides of each electrode.

上記固体高分子型燃料電池では、セパレータに形成したガス流路から水素ガスと酸素ガスを含む空気とをそれぞれ導入し、燃料電極及び酸化剤電極において、化学式1と化学式2に示す化学反応を進行させている。   In the polymer electrolyte fuel cell, hydrogen gas and air containing oxygen gas are respectively introduced from the gas flow path formed in the separator, and the chemical reaction shown in Chemical Formula 1 and Chemical Formula 2 proceeds in the fuel electrode and the oxidant electrode. I am letting.

H → 2H+ + 2e- (燃料電極側)…(化学式1)
1/2O2 + 2H+ + 2e- → HO + Q (反応熱) (酸化剤電極側)…(化学式2)
電池全体としては、化学式3に示す化学反応が進行し、起電力が生じて外部負荷に対して電気的仕事がなされる。
H + 1/2O2 → HO + Q (反応熱)…(化学式3)
固体高分子電解質膜は、プロトン交換基(例えば、スルホン酸基)を多数導入した高分子材料から形成されており、固体高分子電解質膜を湿潤状態として、プロトン交換基を利用してプロトンを伝導させている。固体高分子電解質膜の一部分が含水量不足になると、固体高分子電解質膜が破損し、破損した部分から水素ガスが通り抜けてしまい、燃料電池スタックから排出されるオフガス排気管内のオフガス中に水素ガスが混入してしまう。このため、オフガス排気管に水素検知手段を設置して、オフガス中に混入した水素ガスを検知して、燃料電池システムの異常を監視している。
H 2 → 2H + + 2e (fuel electrode side) (Chemical formula 1)
1 / 2O 2 + 2H + + 2e → H 2 O + Q (heat of reaction) (oxidant electrode side) (Chemical formula 2)
As a whole battery, a chemical reaction shown in Chemical Formula 3 proceeds, an electromotive force is generated, and electrical work is performed on an external load.
H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O + Q (heat of reaction) (Chemical formula 3)
A solid polymer electrolyte membrane is formed of a polymer material into which a large number of proton exchange groups (for example, sulfonic acid groups) are introduced. The solid polymer electrolyte membrane is in a wet state and conducts protons using proton exchange groups. I am letting. If a portion of the solid polymer electrolyte membrane becomes insufficient in water content, the solid polymer electrolyte membrane is damaged, hydrogen gas passes through the damaged portion, and hydrogen gas is contained in the offgas in the offgas exhaust pipe discharged from the fuel cell stack. Will be mixed. For this reason, hydrogen detection means is installed in the off-gas exhaust pipe to detect the hydrogen gas mixed in the off-gas and monitor the abnormality of the fuel cell system.

しかし、オフガス中には、生成水、加湿水などの水分が含まれており、水素検知手段は、水分を含むガスに晒される状態となる。このため、水素検知手段に結露が生じ易く、水素検知手段の検出精度が低下し、さらに水素検知手段が破損、劣化する要因となっていた。   However, the off gas contains moisture such as generated water and humidified water, and the hydrogen detection means is exposed to the gas containing moisture. For this reason, condensation is likely to occur in the hydrogen detection means, the detection accuracy of the hydrogen detection means is lowered, and the hydrogen detection means is damaged or deteriorated.

そこで、水素検知手段の上流側に隣接して、オフガスを加熱するヒータを設置した燃料電池システムの技術が開示されている(特許文献1参照)。この燃料電池システムによれば、ヒータでオフガスを加熱することにより、水素検知手段での結露の発生を防ぎ、水素検知手段の検知精度の低下、さらに水素検知手段の破損、劣化を抑制している。
特開2004−69436号公報
Therefore, a technology of a fuel cell system in which a heater for heating off gas is installed adjacent to the upstream side of the hydrogen detection means is disclosed (see Patent Document 1). According to this fuel cell system, by heating off-gas with a heater, the occurrence of dew condensation in the hydrogen detection means is prevented, and the detection accuracy of the hydrogen detection means is lowered, and further, damage and deterioration of the hydrogen detection means are suppressed. .
JP 2004-69436 A

しかしながら、従来の燃料電池システムでは、オフガスを加熱するヒータを設置したため、ヒータの設置スペースが必要となるだけではなく、電気エネルギが必要不可欠となっていた。   However, in the conventional fuel cell system, since a heater for heating off-gas is installed, not only a heater installation space is required, but also electric energy is indispensable.

また、従来の燃料電池システムでは、燃料電池システムの運転中においても常に加熱する必要があるため、燃料電池システムの停止中の電気エネルギが使用できない場合は、水素検知手段での結露の発生を防止することができなかった。   In addition, in the conventional fuel cell system, it is necessary to always heat the fuel cell system even during operation. Therefore, when the electric energy during the stoppage of the fuel cell system cannot be used, it is possible to prevent the hydrogen detection means from causing condensation. I couldn't.

さらに、オフガスを加熱するためにエネルギが消費されてしまうため、燃料電池システム全体のエネルギ効率の観点から不利となっていた。   Furthermore, energy is consumed to heat off-gas, which is disadvantageous from the viewpoint of energy efficiency of the entire fuel cell system.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、すなわち、本発明の燃料電池システムは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに接続されたオフガス排気管と、オフガス排気管に設置された吸湿発熱体を有する水素検知手段と、燃料電気スタックに接続された換気ガス排気管と、換気ガス排気管から分岐して接続されて、水素検知手段の吸湿発熱体を通過して、オフガス排気管に連結された換気ガス供給配管と、水素検知手段上流側の換気ガス供給配管に設置された流路制御装置と、を備えることを要旨とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. That is, the fuel cell system of the present invention is installed in a fuel cell stack, an offgas exhaust pipe connected to the fuel cell stack, and an offgas exhaust pipe. Hydrogen detection means having a moisture absorption heating element, a ventilation gas exhaust pipe connected to the fuel electric stack, and a branching connection from the ventilation gas exhaust pipe, passing through the moisture absorption heating element of the hydrogen detection means, and off-gas exhaust The gist is to include a ventilation gas supply pipe connected to the pipe, and a flow path control device installed in the ventilation gas supply pipe upstream of the hydrogen detection means.

本発明によれば、水素検知手段での結露の発生に伴う検出精度の低下、破損、劣化を抑制して燃料電池システムの異常を高精度で検出することができ、さらにエネルギ損失の少ない燃料電池システムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to detect a fuel cell system abnormality with high accuracy by suppressing deterioration, breakage, and deterioration of detection accuracy due to the occurrence of dew condensation in the hydrogen detection means, and further, a fuel cell with less energy loss. A system can be provided.

以下、添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムを説明する。   Hereinafter, a fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

第1実施形態
本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を図1に示す。燃料電池システム1は、固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで挟み込んだ単セルを複数個積層した燃料電池スタック2を備える。燃料電池スタック2には、燃料となる水素ガスaと酸素ガスを含む空気bとをそれぞれ供給する水素ガス供給配管3と空気供給配管4とが接続されており、さらに、反応後のオフガスcを排出するオフガス排気管5が接続されている。また、燃料電池スタック2を収納する図示しない燃料電池ケース内を換気する換気ガスdを排出する換気ガス配管6が接続されており、換気ガス配管6はオフガス排気管5に連結されている。
First Embodiment FIG. 1 shows the configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 2 in which a plurality of single cells each having a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode are stacked. Connected to the fuel cell stack 2 are a hydrogen gas supply pipe 3 and an air supply pipe 4 for supplying hydrogen gas a serving as fuel and air b containing oxygen gas, respectively. An off-gas exhaust pipe 5 to be discharged is connected. A ventilation gas pipe 6 for discharging a ventilation gas d for ventilating a fuel cell case (not shown) that houses the fuel cell stack 2 is connected, and the ventilation gas pipe 6 is connected to an off-gas exhaust pipe 5.

換気ガス配管6には、分岐して換気ガス供給配管7が接続されている。換気ガス供給配管7には、流路制御装置であるバルブ8が設置されており、オフガス排気管5に連結されている。オフガス排気管5には、水素検知手段9が設置されており、例えば、水素検知手段9として接触触媒式の水素検知器が挙げられる。   A ventilation gas supply pipe 7 is branched and connected to the ventilation gas pipe 6. The ventilation gas supply pipe 7 is provided with a valve 8 which is a flow path control device, and is connected to the off-gas exhaust pipe 5. The off-gas exhaust pipe 5 is provided with hydrogen detection means 9, for example, a catalytic catalyst type hydrogen detector can be cited as the hydrogen detection means 9.

水素検知手段9の断面構造を図2に示す。水素検知手段9は、枠体10上部に接触触媒式の水素検知部11を設置し、枠体10下部に検出口12を備えており、検出口12には水滴除去膜13が取り付けられている。枠体10内部の水素検知部11と検出口12との間には吸湿発熱体14を配置している。枠体10の長手方向の両端には換気ガス導入管15と換気ガス排出管16とを接続し、換気ガス導入管15からの換気ガスdが吸湿発熱体14を流通するように構成されている。さらに、換気ガス導入管15と排気ガス排出管16とは、それぞれ換気ガス供給配管7に連結されている。   A cross-sectional structure of the hydrogen detection means 9 is shown in FIG. The hydrogen detection means 9 is provided with a catalytic catalytic hydrogen detection unit 11 at the upper part of the frame body 10, and has a detection port 12 at the lower part of the frame body 10. . A hygroscopic heating element 14 is disposed between the hydrogen detection unit 11 and the detection port 12 in the frame 10. A ventilation gas introduction pipe 15 and a ventilation gas discharge pipe 16 are connected to both ends in the longitudinal direction of the frame body 10 so that the ventilation gas d from the ventilation gas introduction pipe 15 flows through the hygroscopic heating element 14. . Further, the ventilation gas introduction pipe 15 and the exhaust gas discharge pipe 16 are respectively connected to the ventilation gas supply pipe 7.

吸湿発熱体14としては、熱を加えることにより再生可能な吸湿発熱繊維を用いることが好ましい。この吸湿発熱繊維は、吸湿することにより発熱し、逆に乾燥環境下では放湿して元の状態に戻る性質がある。吸湿時の発熱には、ウールや木綿のような天然繊維が吸湿する際に放出する水蒸気の凝集熱(蒸発熱の逆向きの熱)以外にも、親水器の吸湿による水和熱が発生すると考えられ、全発熱量は凝集熱の数倍に達するものが知られている。この親水基は、繊維素材自体が備えており、繊維の表面を化学処理することにより形成される。吸湿発熱繊維としては、各繊維会社から発売されているもので、例えば、ミズノ株式会社と東洋紡績株式会社により共同開発されたブレスサーモ(商品名)、東洋紡績株式会社製モイスケア(商品名)、富士紡績株式会社製エコウォーム(商品名)、三菱レイヨン株式会社製ルネス(商品名)、東レ株式会社製ウォームセンサ(商品名)を利用することができる。   As the hygroscopic heating element 14, it is preferable to use a hygroscopic exothermic fiber that can be regenerated by applying heat. This moisture-absorbing heat-generating fiber generates heat by absorbing moisture, and conversely has a property of releasing moisture and returning to its original state in a dry environment. In addition to the heat of condensation of water vapor released when natural fibers such as wool and cotton absorb moisture (heat in the direction opposite to the heat of evaporation), the heat generated during moisture absorption is caused by heat of hydration due to moisture absorption by the hydrophilic device. It is considered that the total calorific value reaches several times the heat of aggregation. This hydrophilic group is provided in the fiber material itself, and is formed by chemically treating the surface of the fiber. The hygroscopic exothermic fibers are those sold by each textile company. For example, Breath Thermo (trade name) jointly developed by Mizuno Co., Ltd. and Toyobo Co., Ltd., Moiscare (trade name) manufactured by Toyobo Co., Ltd., Eco Worm (trade name) manufactured by Fuji Boseki Co., Ltd., Luneth (trade name) manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., and Worm Sensor (trade name) manufactured by Toray Industries, Inc. can be used.

さらに、図1に示すように、水素検知手段9には、吸湿発熱体14の発熱を検知する温度センサ17が接続されており、温度センサ17には、温度センサ17の出力によりバルブ8の開閉の制御信号を送信する電子制御装置18が接続されている。また、オフガス排気管5内には湿度センサ19が備えられている。なお、温度センサ17は吸湿発熱体14の温度変化を測定できる場所であれば良く、温度センサ17の位置は限定されるものではない。湿度センサ19も同様に、被検知ガスの湿度を測定できる場所であれば良く、湿度センサの位置は限定されるものではない。   Further, as shown in FIG. 1, a temperature sensor 17 for detecting heat generation of the hygroscopic heating element 14 is connected to the hydrogen detection means 9, and the valve 8 is opened and closed by the output of the temperature sensor 17. An electronic control unit 18 for transmitting the control signal is connected. A humidity sensor 19 is provided in the offgas exhaust pipe 5. In addition, the temperature sensor 17 should just be a place which can measure the temperature change of the moisture absorption heat generating body 14, and the position of the temperature sensor 17 is not limited. Similarly, the humidity sensor 19 may be any place where the humidity of the gas to be detected can be measured, and the position of the humidity sensor is not limited.

上記燃料電池システム1では、オフガス排気管5内を流れるオフガスcは、水素検知手段9の検出口12から流入し、水滴除去膜13により水滴が除去される。検出口12から流入したオフガスcの湿度が高いと、吸湿発熱体14によりオフガスc中の水分が吸湿された状態で水素検知部11に到達するため、水素検知部11での結露を防止することができる。また、吸湿時に吸湿発熱体14は発熱するが、この発熱を水素検知手段9の加熱に利用することにより、水素検知部11での結露を生じ難くしている。   In the fuel cell system 1, the offgas c flowing in the offgas exhaust pipe 5 flows from the detection port 12 of the hydrogen detection means 9, and the waterdrops are removed by the waterdrop removal film 13. When the humidity of the offgas c flowing from the detection port 12 is high, moisture in the offgas c is absorbed by the hygroscopic heating element 14 to reach the hydrogen detection unit 11, thereby preventing condensation at the hydrogen detection unit 11. Can do. Further, the moisture-absorbing heating element 14 generates heat during moisture absorption. By using this heat generation for heating the hydrogen detection means 9, it is difficult for condensation to occur in the hydrogen detection unit 11.

そして、燃料電池システム1では、温度センサ17から計測される吸湿発熱体14の温度変化と、湿度計19から計測されるオフガスc中の湿度との関係から、吸湿発熱体14の吸湿状況が常に監視されている。そして、温度センサ17から計測される吸湿発熱体14の温度が低下し、湿度計19から計測されるオフガスc中の湿度が上昇し、電子制御装置18により、吸湿発熱体14が飽和状態に達していると判定されると、電子制御装置18からバルブ8に制御信号が送信されて、バルブ8を開状態にする。バルブ8が開かれると、換気ガスdは、換気ガス供給配管7から換気ガス導入管15を経由して水素検知手段9内に導入される。水素検知手段9内に導入された換気ガスdは、吸湿発熱体14の乾燥を行うと同時に、水素検知部11周辺のガスを乾燥、高温のガスに置換して、水素検知部11での結露の発生を防止している。   In the fuel cell system 1, the moisture absorption state of the moisture absorption heating element 14 is always based on the relationship between the temperature change of the moisture absorption heating element 14 measured from the temperature sensor 17 and the humidity in the offgas c measured from the hygrometer 19. Is being monitored. Then, the temperature of the hygroscopic heating element 14 measured from the temperature sensor 17 decreases, the humidity in the offgas c measured from the hygrometer 19 increases, and the hygroscopic heating element 14 reaches a saturated state by the electronic control unit 18. If it is determined, the control signal is transmitted from the electronic control unit 18 to the valve 8 to open the valve 8. When the valve 8 is opened, the ventilation gas d is introduced into the hydrogen detection means 9 from the ventilation gas supply pipe 7 via the ventilation gas introduction pipe 15. The ventilation gas d introduced into the hydrogen detection means 9 dries the moisture-absorbing heating element 14, and at the same time, drys the gas around the hydrogen detection unit 11 and replaces it with a high-temperature gas, thereby condensing in the hydrogen detection unit 11. Is prevented.

水素検知手段9に換気ガスdを導入して吸湿発熱体14を一定時間乾燥させた後、電子制御装置18からバルブ8に制御信号を送信して、バルブ8を閉じて、換気ガスdの導入を停止させる。なお、吸湿発熱体14の乾燥は、一定間隔で行っても良く、これによりセンサ類を省略することも可能である。また、吸湿発熱体14の重さの変化を検出することにより、吸湿発熱体14を乾燥させるタイミングと、乾燥時間を最適に決定することを可能である。   After introducing the ventilation gas d into the hydrogen detection means 9 and drying the hygroscopic heating element 14 for a certain period of time, a control signal is transmitted from the electronic control unit 18 to the valve 8 and the valve 8 is closed to introduce the ventilation gas d. Stop. It should be noted that the moisture-absorbing heating element 14 may be dried at regular intervals, thereby omitting the sensors. Further, by detecting a change in the weight of the hygroscopic heating element 14, it is possible to optimally determine the timing for drying the hygroscopic heating element 14 and the drying time.

なお、本発明の燃料電池システムは、図1に示す燃料電池システム1の構成に限定されるものではなく、換気ガス配管6に流れる換気ガスdは、例えばカソード側に供給する空気供給配管4から分岐させて、燃料電池ケース内に供給し、あるいは空気等の換気ガスdを燃料電池ケースに供給するラインを新たに設けても良い。   The fuel cell system of the present invention is not limited to the configuration of the fuel cell system 1 shown in FIG. 1, and the ventilation gas d flowing through the ventilation gas pipe 6 is supplied from, for example, the air supply pipe 4 supplied to the cathode side. A line may be provided which is branched and supplied into the fuel cell case, or a line for supplying ventilation gas d such as air to the fuel cell case.

本実施の形態によれば、水素検知手段9内の吸湿発熱体14により被検知ガス(オフガスcまたは換気ガスd)中の水分を吸着させており、また、吸湿発熱体14の発熱により水素検知手段9を加熱して、吸湿効果により被検知ガス中の湿度を下げている。このため、水素検知手段9の水素検知部11での結露の発生を防止し、結露の発生に伴う水素検知手段9の検出精度の低下、破損、劣化を抑制することができる。この結果、オフガスc中または換気ガスd中の水素ガス濃度を検知して水素ガスaの漏れ箇所の診断を行い、発電時の異常を高精度で監視することができる。   According to the present embodiment, moisture in the gas to be detected (off gas c or ventilation gas d) is adsorbed by the hygroscopic heating element 14 in the hydrogen detection means 9, and hydrogen is detected by the heat generation of the hygroscopic heating element 14. The means 9 is heated to reduce the humidity in the gas to be detected due to the moisture absorption effect. For this reason, generation | occurrence | production of the dew condensation in the hydrogen detection part 11 of the hydrogen detection means 9 can be prevented, and the fall of detection accuracy of the hydrogen detection means 9 accompanying a generation | occurrence | production of dew condensation, damage, and deterioration can be suppressed. As a result, the hydrogen gas concentration in the off-gas c or the ventilation gas d can be detected to diagnose the leaked portion of the hydrogen gas a, and abnormalities during power generation can be monitored with high accuracy.

また、本実施の形態によれば、流路制御装置であるバルブ8を設置して水素検知手段9内に導入する被検知ガスであるオフガスcと換気ガスdとを選択的に切り替えることができる。このため、オフガスc又は換気ガスdのいずれかの単独ガスの検知を行うことができる。   In addition, according to the present embodiment, it is possible to selectively switch between the off-gas c and the ventilation gas d, which are the gases to be detected, which are installed in the hydrogen detection means 9 by installing the valve 8 which is a flow path control device. . For this reason, it is possible to detect single gas, either off-gas c or ventilation gas d.

さらに、本実施の形態によれば、水素検知手段9に接続した温度センサ17の出力により、吸湿発熱体14の状態をモニタし、吸湿発熱体14が吸湿不能状態である場合に、高温、低湿度の換気ガスを水素検知手段9に供給することができるので、吸湿発熱体14の限界量に達して吸湿不能になっても、水素検知手段9での結露の発生を確実に防止することができる。また、高温、低湿度の換気ガスdを水素検知手段9に導入して、吸湿後の吸湿発熱体14を乾燥させることにより、吸湿発熱体14を繰り返し利用することもできる。   Furthermore, according to the present embodiment, the state of the hygroscopic heating element 14 is monitored by the output of the temperature sensor 17 connected to the hydrogen detection means 9, and when the hygroscopic heating element 14 is in a non-hygroscopic state, the high temperature, low Since the humidity ventilation gas can be supplied to the hydrogen detection means 9, it is possible to reliably prevent the occurrence of dew condensation in the hydrogen detection means 9 even if the limit amount of the moisture absorption heating element 14 is reached and moisture absorption becomes impossible. it can. Further, the hygroscopic heating element 14 can be repeatedly used by introducing a high-temperature, low-humidity ventilation gas d into the hydrogen detection means 9 and drying the hygroscopic heating element 14 after moisture absorption.

また、システムの停止時に高湿度の被検知ガスが水素検知手段9内に流通した場合であっても、吸湿発熱体14の吸湿量は相対湿度により変化するため、自動的に吸湿と発熱を行い、燃料電池システムの停止時などの電気エネルギが使用できない状態においても水素検知手段9での結露の発生を防止する効果がある。   Further, even when a high-humidity gas to be detected flows through the hydrogen detection means 9 when the system is stopped, the amount of moisture absorbed by the moisture-absorbing heating element 14 varies depending on the relative humidity, and thus automatically absorbs and generates heat. Even in a state where electric energy cannot be used such as when the fuel cell system is stopped, there is an effect of preventing the occurrence of dew condensation in the hydrogen detecting means 9.

第2実施形態
本発明における第2の実施の形態に係る燃料電池システムは、燃料電池システムを停止する前に、オフガス排気管内のオフガスcの湿度を低下させる点にある。なお、本実施の形態に係る燃料電池システムの基本的な構成は、第1実施形態で示した燃料電池システム1と同様であるため、同一箇所は、同一符号を用いてその説明を省略する。
Second Embodiment A fuel cell system according to a second embodiment of the present invention is to reduce the humidity of the offgas c in the offgas exhaust pipe before stopping the fuel cell system. Since the basic configuration of the fuel cell system according to the present embodiment is the same as that of the fuel cell system 1 shown in the first embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

本発明における第2の実施の形態に係る燃料電池システム20の構成を図3に示す。燃料電池システム20は、換気ガス配管6から換気ガス供給配管7が分岐する前の換気ガス配管6に第1の流路制御装置であるバルブ21が設置されている。また、換気ガス配管6とオフガス排気管5との合流点と、換気ガス供給配管7とオフガス排気管5との合流点との間のオフガス排気管5に第2の流路制御装置であるバルブ22が設置されている。さらに、2つのバルブ21,22は、電子制御装置18に接続されている。   FIG. 3 shows the configuration of the fuel cell system 20 according to the second embodiment of the present invention. In the fuel cell system 20, a valve 21 as a first flow path control device is installed in the ventilation gas pipe 6 before the ventilation gas supply pipe 7 branches from the ventilation gas pipe 6. Further, a valve that is a second flow path control device is provided in the off-gas exhaust pipe 5 between the junction of the ventilation gas pipe 6 and the off-gas exhaust pipe 5 and the junction of the ventilation gas supply pipe 7 and the off-gas exhaust pipe 5. 22 is installed. Further, the two valves 21 and 22 are connected to the electronic control unit 18.

上記燃料電池システム20では、燃料電池システム20を停止する前に、電子制御装置18から制御信号を送信して、バルブ8を開いた状態とし、バルブ21,22を閉じた状態とする。すると、燃料電池スタック2から排出されるオフガスcが、オフガス排気管5の上流から換気ガス供給配管7を経由して、水素検知手段9に導入されて、吸湿発熱体14を強制的に通過する。オフガスcが吸湿発熱体14を通過するとオフガスc中の水分が吸湿されるため、オフガス排気管5内を流通するオフガスcの湿度が低下する。その後、電子制御装置18から制御信号を送信して、バルブ8を閉じた状態とする。すると、燃料電池スタック2から排出される高湿度のオフガスcが水素検知手段9に流入するのを防止することができる。   In the fuel cell system 20, before stopping the fuel cell system 20, a control signal is transmitted from the electronic control device 18 so that the valve 8 is opened and the valves 21 and 22 are closed. Then, off-gas c discharged from the fuel cell stack 2 is introduced from the upstream of the off-gas exhaust pipe 5 into the hydrogen detection means 9 via the ventilation gas supply pipe 7 and forcibly passes through the hygroscopic heating element 14. . When the off gas c passes through the hygroscopic heating element 14, the moisture in the off gas c is absorbed, so that the humidity of the off gas c flowing in the off gas exhaust pipe 5 is lowered. Thereafter, a control signal is transmitted from the electronic control unit 18 so that the valve 8 is closed. Then, the high-humidity off gas c discharged from the fuel cell stack 2 can be prevented from flowing into the hydrogen detection means 9.

従って、本実施の形態によれば、燃料電池システム20が停止したとき、水素検知手段9付近のオフガスcを低湿度状態に保持することができ、水素検知手段9での結露の発生を防止することができる。   Therefore, according to the present embodiment, when the fuel cell system 20 is stopped, the off-gas c in the vicinity of the hydrogen detection means 9 can be kept in a low humidity state, and the occurrence of condensation in the hydrogen detection means 9 is prevented. be able to.

なお、吸湿発熱体14の乾燥方法については、第1実施形態と同様であり、温度センサ17と湿度センサ19を省略することや吸湿発熱体14の重さの変化を検出することにより、乾燥のタイミングと乾燥時間を最適に決定することもできる。   The drying method of the hygroscopic heating element 14 is the same as that of the first embodiment. By omitting the temperature sensor 17 and the humidity sensor 19 and detecting a change in the weight of the hygroscopic heating element 14, the drying process is performed. The timing and drying time can also be determined optimally.

その他の実施形態
第1実施形態の改良例として、通常時の流路制御装置であるバルブ8は開状態とし、比較的水素濃度の薄い換気ガスを水素検出手段9に流入させる。そして、オフガス排気管5内のオフガスを検知する場合に、流路制御装置であるバルブ8を閉状態とする。この場合には、換気ガス配管6の配管径を換気ガス供給配管7の配管径よりも小さくすると良い。なお、流路制御装置としてバルブ8ではなく、バイパス路との分岐路に三方弁を設置した場合は、配管径の大小を規定する必要はない。
Other Embodiments As an improved example of the first embodiment, the valve 8 which is a normal flow path control device is opened, and a ventilation gas having a relatively low hydrogen concentration is allowed to flow into the hydrogen detection means 9. And when detecting the offgas in the offgas exhaust pipe 5, the valve 8 which is a flow path control device is closed. In this case, the pipe diameter of the ventilation gas pipe 6 may be smaller than the pipe diameter of the ventilation gas supply pipe 7. In addition, when a three-way valve is installed in the branch path with the bypass path instead of the valve 8 as the flow path control device, it is not necessary to define the size of the pipe diameter.

本実施の形態によれば、比較的水素濃度の薄い換気ガスdを水素検出手段9内に流入させることにより、水素検知手段9の寿命を延命することができる。なお、この改良例は、第2実施形態にも適用することが可能である。   According to the present embodiment, the life of the hydrogen detection means 9 can be extended by allowing the ventilation gas d having a relatively low hydrogen concentration to flow into the hydrogen detection means 9. This improved example can also be applied to the second embodiment.

本発明における第1の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment in this invention. 図1に示した水素検知手段の内部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure of the hydrogen detection means shown in FIG. 本発明における第2の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment in this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池システム,
2…燃料電池スタック,
3…水素ガス供給配管,
4…空気供給配管,
5…オフガス排気管,
6…換気ガス配管,
7…換気ガス供給配管,
8…バルブ(流路制御装置),
9…水素検知手段,
17…温度センサ,
18…電子制御装置,
19…湿度計,
a…水素ガス,
b…空気,
c…オフガス,
d…換気ガス,
1 ... Fuel cell system,
2 ... Fuel cell stack,
3 ... Hydrogen gas supply piping,
4 ... Air supply piping,
5 ... Off-gas exhaust pipe,
6… Ventilation gas piping,
7… Ventilation gas supply piping,
8 ... Valve (flow path control device),
9 ... Hydrogen detection means,
17 ... temperature sensor,
18 ... Electronic control unit,
19 ... Hygrometer,
a… hydrogen gas,
b… Air,
c ... off gas,
d… Ventilation gas,

Claims (5)

燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに接続されたオフガス排気管と、
前記オフガス排気管に設置された吸湿発熱体を有する水素検知手段と、
前記燃料電気スタックに接続された換気ガス排気管と、
前記換気ガス排気管から分岐して接続されて、前記水素検知手段の吸湿発熱体を通過して、前記オフガス排気管に連結された換気ガス供給配管と、
前記水素検知手段上流側の前記換気ガス供給配管に設置された流路制御装置と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell stack;
An off-gas exhaust pipe connected to the fuel cell stack;
Hydrogen detection means having a hygroscopic heating element installed in the off-gas exhaust pipe;
A ventilation gas exhaust pipe connected to the fuel electric stack;
A ventilation gas supply pipe branched from the ventilation gas exhaust pipe and connected to the off-gas exhaust pipe through the hygroscopic heating element of the hydrogen detection means;
A flow path control device installed in the ventilation gas supply pipe upstream of the hydrogen detection means;
A fuel cell system comprising:
さらに、燃料電池スタック後流側の前記換気ガス排気管に設置された第1の流路制御装置と、
前記水素検知手段上流側の前記オフガス排気管に設置された第2の流路制御装置と、
を備えることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
Furthermore, a first flow path control device installed in the ventilation gas exhaust pipe on the downstream side of the fuel cell stack,
A second flow path control device installed in the off-gas exhaust pipe upstream of the hydrogen detection means;
The fuel cell system according to claim 1, further comprising:
前記水素検知手段は、枠体と、前記枠体上部に設置された水素検知部と、前記枠体下部に配置された検出口と、前記水素検知部と前記検出口との間に配置された熱を加えることにより再生可能な吸湿発熱体と、前記換気ガス供給配管に連結された換気ガスを前記枠体内部に供給する換気ガス導入管と、を備えることを特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池システム。   The hydrogen detection means is arranged between a frame, a hydrogen detection unit installed at the upper part of the frame, a detection port arranged at the lower part of the frame, and between the hydrogen detection unit and the detection port. A moisture absorption heating element that can be regenerated by applying heat, and a ventilation gas introduction pipe that supplies a ventilation gas connected to the ventilation gas supply pipe to the inside of the frame. The fuel cell system described. さらに、前記水素検知手段に接続され、前記吸湿発熱体の発熱を検知する温度センサと、
前記温度センサからの情報に基づき前記流路制御装置の開閉を制御する信号を送信する電子制御装置と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
Further, a temperature sensor connected to the hydrogen detection means and detecting heat generation of the hygroscopic heating element,
An electronic control unit for transmitting a signal for controlling the opening and closing of the flow path control unit based on information from the temperature sensor;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
さらに、前記オフガス排気管に設置されたオフガスの湿度を計測する湿度センサを備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, further comprising a humidity sensor that measures the humidity of the offgas installed in the offgas exhaust pipe.
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KR20180039160A (en) * 2015-10-07 2018-04-17 데쿠세리아루즈 가부시키가이샤 Wetting sensor, switch element, battery system

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