JP4564347B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
しかも、制御装置は、燃料電池へ供給されるアノードガスの流量が大きい場合に、排出量が大きく設定された大排出量排出弁の開弁時間に対して、排出量が小さく設定された小排出量排出弁の開弁時間の割合を多く制御するようになっているので、アノードガスの供給量が多く、燃料電池から排出されるアノードオフガスの量が多い状態においても、アノードオフガスに含まれて排出されるアノードガスの量を制限しつつパージを行うことができる。
また、制御装置は、燃料電池へ供給されるアノードガスの流量が小さい場合に、小排出量排出弁の開弁時間に対して、大排出量排出弁の開弁時間の割合を多く制御するようになっているので、パージによりアノードオフガスに含まれて排出されるアノードガスの量を制限することができるとともに、適切なパージを行うことができる。
したがって、このような燃料電池システムによれば、パージによるアノードガスの排出量を最小限に抑えることができるとともに、適切なパージを行うことができるようになる。
また、循環路中には、アノードオフガスに含まれる水分を分離する気液分離手段が設けられているので、水分が分離された状態のアノードオフガスを燃料電池のアノードガス供給側に戻すことができる。
しかも、気液分離手段には、小排出量排出弁が設けられているので、この小排出量排出弁が開弁制御されることによって、水等の不純物の排出、およびパージを同時に行うことができる。
燃料電池1は、プロトン導電性の固体高分子電解質膜を挟んで、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ており、カソード極に供給される空気中の酸素と、アノード極に供給される水素との電気化学反応によって発電するようになっている。アノード極の触媒電極上では、触媒反応により水素がイオン化され生成された水素イオンが適度に加湿された固体高分子電解質膜を通過してカソード極まで移動する。そしてこの間に生じた電子が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。また、カソード極には、電気化学反応により水が生成される。
このような、ドレイン弁17は、後記するパージ用弁16に比べて排出量が小さく設定されたものを用いており、後記する制御装置6の制御によって、燃料電池1へ供給されるアノードガスの流量が大きい場合に間欠的に開弁あるいは閉弁制御されるようになっている。つまり、燃料電池1へ供給されるアノードガスの流量が大きく、循環路14を流れるアノードオフガスの循環量が多い状況下にあっても、ドレイン弁17は排出量が小さく設定されているので、開弁によって循環量の多くなっているアノードオフガスが一気に排出されることが防止されるとともに、循環路14に存在する水や窒素ガス等の不純物が良好に排出されることとなる。
パージ用弁16は、前記したドレイン弁17に比べて排出量が大きく設定されたものを用いており、後記する制御装置6の制御によって、燃料電池1へ供給されるアノードガスの流量が小さい場合に間欠的に開弁あるいは閉弁制御されるようになっている。つまり、パージ用弁16は、燃料電池1へ供給されるアノードガスの流量が小さく、循環路14を流れるアノードオフガスの循環量が少ない状況下で開弁されるようになり、これによって、アノードオフガスが排出されることが防止(抑制)されるとともに、循環路14に存在する水や窒素ガス等の不純物が良好に排出されるようになる。
ドレイン弁17の開弁時間/(ドレイン弁17の開弁時間+パージ用弁16の開弁時間)で表される割合を、具体的な数値に基づいて示すと、例えば、T1=5秒、T2=1秒、T3=3秒、T4=4秒であるときに、開弁制御Aによる割合を100%とすると、開弁制御Bによる割合が50%となり、開弁制御Cによる割合が約33%となる。
しかも、制御装置6は、燃料電池1へ供給されるアノードガスの流量が大きい場合に、パージ用弁16の開弁時間よりも排出量が小さく設定されたドレイン弁17の開弁時間の割合を多く制御するようになっているので、アノードガスの供給量が多く、排出されるアノードオフガスの量が多い状態においても、アノードオフガスに含まれてパージにより排出されるアノードガスの量を制限することができる。
また、制御装置6は、燃料電池1へ供給されるアノードガスの流量が小さい場合に、ドレイン弁17の開弁時間よりもパージ用弁16の開弁時間の割合を多く制御するようになっているので、アノードオフガスに含まれてパージにより排出されるアノードガスの量を制限することができるとともに、適切なパージを行うことができる。
したがって、このような燃料電池システムによれば、パージによるアノードガスの排出量を最小限に抑えることができるとともに、適切なパージを行うことができるようになる。
また、必ずしも循環路14を設ける必要はなく、アノードオフガスが排出されるアノードオフガス排出路に直列あるいは並列に複数の排出量の異なる排出弁を設けるようにしてもよい。
さらに、パージ用弁16およびドレイン弁17の開弁時間は適宜設定することができ、また、図4において一点差線で示すように、流量小から流量大の領域に至るまで、開弁時間と発電電流との関係がリニアに制御されるように構成することもできる。
さらに、パージ用弁16およびドレイン弁17の開弁要求が有るか否かの判断は、燃料電池1から排出されてくる水が有るか否かを検出することにより行うこともできる。
2 コンプレッサ
3 空気供給路
4 空気排出路
4a 背圧弁
5 希釈器
6 制御装置
12 レギュレータ
13 エゼクタ
14 循環路
14a パージ用流路
15 気液分離器
16 パージ用弁(大排出量排出弁)
17 ドレイン弁(小排出量排出弁)
HT 水素タンク
S 燃料電池システム
Claims (3)
- アノードガスおよびカソードガスが供給されて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池からアノードオフガスを排出するアノードオフガス排出路と、
このアノードオフガス排出路に設けられ、前記アノードオフガスを一時的に排出する、少なくとも排出量の設定が異なる複数の排出弁と、
これらの複数の排出弁の開弁および閉弁を前記燃料電池へ供給される前記アノードガスの流量の大小に基づいて制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記燃料電池へ供給される前記アノードガスの流量が大きい場合に、前記複数の排出弁のうち排出量が大きく設定された大排出量排出弁の開弁時間に対して、前記複数の排出弁のうち排出量が小さく設定された小排出量排出弁の開弁時間の割合を多く制御するとともに、前記燃料電池へ供給される前記アノードガスの流量が小さい場合に、前記小排出量排出弁の開弁時間に対して、前記大排出量排出弁の開弁時間の割合を多く制御することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記制御装置は、前記小排出量排出弁と前記大排出量排出弁との開弁時期をずらして制御す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。
- 前記アノードオフガス排出路は、前記燃料電池のアノードガス供給側に前記アノードオフガスを戻す循環路を有し、その循環路中に、前記アノードオフガスに含まれる水分を分離する気液分離手段が設けられており、前記気液分離手段に前記小排出量排出弁が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池システム。
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