JP4839596B2 - Stopping storage method of fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は燃料電池システムの停止保管方法に関し、特に、燃料電池のカーボン酸化劣化を抑制する燃料電池システムの停止保管方法に関する。 The present invention relates to a method for stopping and storing a fuel cell system, and more particularly to a method for stopping and storing a fuel cell system that suppresses carbon oxidation degradation of the fuel cell.
燃料電池システムは、天然ガス等の燃料を改質して得られる水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて直接発電する発電システムであり、燃料の持つ化学エネルギーを有効に利用することが出来、環境にもやさしい特性を有しているため、実用化に向けて技術開発が本格化している。 A fuel cell system is a power generation system that directly generates electricity by electrochemically reacting hydrogen obtained by reforming a fuel such as natural gas and oxygen in the air, and effectively uses the chemical energy of the fuel. Because it is capable of being environmentally friendly, technological development is in full swing for practical application.
燃料電池の運転停止直後には燃料極に水素ガスが残留することが知られている。この状態のまま放置すると、外部から空気が混入して水素ガスと酸素ガスとが混在する。水素ガスと酸素ガスとが混在すると、空気極側の触媒が劣化してしまう。 It is known that hydrogen gas remains in the fuel electrode immediately after the operation of the fuel cell is stopped. If left in this state, air is mixed from the outside and hydrogen gas and oxygen gas are mixed. When hydrogen gas and oxygen gas coexist, the catalyst on the air electrode side is deteriorated.
従来から、システムの停止保管中における燃料電池内のガス濃度を制御する技術が知られている(例えば、特許文献1及び2参照)。特許文献1では、燃料極のガス排出口からガスを吸引するガス吸引装置を備える燃料電池システムが開示され、燃料電池内のガス濃度を検知して、このガス濃度に基づいて発電のタイミングやガス排出を制御することにより、水素ガスと酸素ガスとの混在を防ぎ、触媒の劣化を防止している。また、特許文献2では、燃料電池システムの停止保管中には、4%以下の水素ガスを入れたままの状態で保持する技術が開示されている。
しかし、特許文献1に記載された燃料電池システムでは、所定の濃度に達したら次のステートに移行するというだけで、その濃度を選択した理由が空気極側の触媒の劣化に起因する旨は記されていない。 However, in the fuel cell system described in Patent Document 1, it is noted that the reason for selecting the concentration is due to the deterioration of the catalyst on the air electrode side simply by shifting to the next state when a predetermined concentration is reached. It has not been.
また、特許文献2に記載された燃料電池システムでは、安全面から水素ガスを4%以下に定義してあるだけで、空気極側の触媒の劣化に影響を及ぼす濃度まで言及されていない。 Further, in the fuel cell system described in Patent Document 2, hydrogen gas is defined as 4% or less from the viewpoint of safety, and no reference is made to the concentration that affects the deterioration of the catalyst on the air electrode side.
本発明の特徴は、電解質膜の両側に燃料極及び酸化剤極を配置し、燃料極及び酸化剤極に隣接してガス拡散層をそれぞれ設けてなる膜電極複合体を含む単位燃料電池と、単位燃料電池の起電力を測定する手段とを有する燃料電池システムの停止保管方法であって、燃料電池システムを停止する際に、単位燃料電池への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を停止した後に、、単位燃料電池の起電力を測定し、単位燃料電池の起電力と酸化剤極が酸化する範囲とを比較し、この比較の結果、単位燃料電池の起電力が酸化剤極が酸化する範囲に含まれる場合に、単位燃料電池から電流を取り出し、単位燃料電池の起電力が酸化剤極が酸化する範囲の下限を下回った後に、単位燃料電池からの電流の取り出しを停止し、前記比較の結果、単位燃料電池の起電力が酸化剤極が酸化する範囲の上限よりも高い場合に、単位燃料電池は再発電を待機することを要旨とする。 Features of the present invention, the fuel electrode and the oxidant electrode disposed on either side of the electrolyte membrane, and the unit fuel cells adjacent to the fuel electrode and the oxidant electrode comprising a membrane electrode assembly formed by providing a gas diffusion layer, respectively And a method for stopping and storing a fuel cell system having means for measuring an electromotive force of a unit fuel cell, wherein the supply of fuel gas and oxidant gas to the unit fuel cell is stopped when the fuel cell system is stopped later, the electromotive force of the unit fuel cell is measured, compared with the range of the electromotive force and the oxidizing electrode of the unit fuel cell is oxidized as a result of this comparison, the electromotive force of the unit fuel cell oxidant electrode is oxidized When the current is taken out from the unit fuel cell when included in the range, and after the electromotive force of the unit fuel cell falls below the lower limit of the range in which the oxidizer electrode oxidizes, the current extraction from the unit fuel cell is stopped, and the comparison As a result, the unit fuel cell The gist is that the unit fuel cell waits for re-generation when the electric power is higher than the upper limit of the range in which the oxidant electrode is oxidized .
本発明によれば、燃料極内に酸素と水素が混在する時の起電力又は酸素に対する水素の濃度比に基づいて、単位燃料電池から電流を取り出し、又は単位燃料電池が再発電を待機することにより、燃料電池システムの停止保管中における、燃料電池とりわけ酸化剤極のカーボン酸化劣化を効率良く抑制する燃料電池システムの停止保管方法を提供することが出来る。 According to the present invention, based on the electromotive force when oxygen and hydrogen coexist in the fuel electrode or the concentration ratio of hydrogen to oxygen, current is taken out from the unit fuel cell, or the unit fuel cell waits for re-generation. Accordingly, it is possible to provide a method for stopping and storing the fuel cell system that efficiently suppresses carbon oxidation deterioration of the fuel cell, particularly the oxidant electrode, during stop storage of the fuel cell system.
以下図面を参照して、本発明の実施の形態及び参考例を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。 Embodiments and reference examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.
(第1の実施の形態)
[構成]
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係わる燃料電池システムは、燃料ガスとしての水素ガスと酸化剤ガスとしての空気を電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池1と、燃料電池1へ供給される水素ガスを貯蔵する水素ボンベ9と、水素ボンベ9と燃料電池1の水素導入口とを繋ぐ水素供給ライン4と、燃料電池1の水素排出口に接続された水素排出ライン5と、水素排出ライン5と水素供給ライン4とを接続する水素循環ライン10と、水素循環ライン10が水素供給ライン4と交わる箇所に配置されたイジェクタ30と、空気を圧縮して燃料電池1の空気導入口へ供給するコンプレッサ8と、コンプレッサ8と燃料電池1の空気導入口とを繋ぐ空気供給ライン6と、燃料電池1の空気排出口に接続された空気排出ライン7と、水素ボンベ9の近傍の水素供給ライン4上に配置された第1のバルブ3aと、水素循環ライン10との接続点より下流の水素排出ライン5上に配置された第2のバルブ3bと、燃料電池1の両端に接続された電圧センサ31と、燃料電池1の両端に直列に接続されたスイッチ24及び固定抵抗34と、コンプレッサ8、第1及び第2のバルブ3a、3b及びスイッチ24の動作を制御する制御ユニット12とを有する。
(First embodiment)
[Constitution]
As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention is a fuel cell 1 that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen gas as a fuel gas and air as an oxidant gas. A hydrogen cylinder 9 for storing hydrogen gas supplied to the fuel cell 1, a hydrogen supply line 4 connecting the hydrogen cylinder 9 and the hydrogen inlet of the fuel cell 1, and a hydrogen outlet of the fuel cell 1. A hydrogen discharge line 5, a hydrogen circulation line 10 connecting the hydrogen discharge line 5 and the hydrogen supply line 4, an ejector 30 disposed at a location where the hydrogen circulation line 10 intersects the hydrogen supply line 4, and air Compressor 8 supplied to the air inlet of fuel cell 1, air supply line 6 connecting compressor 8 and the air inlet of fuel cell 1, and air discharge line 7 connected to the air outlet of fuel cell 1 A first valve 3a disposed on the hydrogen supply line 4 in the vicinity of the hydrogen cylinder 9, and a second valve 3b disposed on the hydrogen discharge line 5 downstream from the connection point with the hydrogen circulation line 10, The voltage sensor 31 connected to both ends of the fuel cell 1, the switch 24 and the fixed resistor 34 connected in series to both ends of the fuel cell 1, the compressor 8, the first and second valves 3a, 3b, and the switch 24 And a control unit 12 for controlling the operation.
燃料電池1は、単位燃料電池(以後、「単位セル」という)の並設積層構造を有する。単位セルは、電解質膜の両側に燃料極(水素極)及び酸化剤極(空気極)を配置し、水素極及び空気極に隣接してガス拡散層をそれぞれ設けてなる膜電極複合体を含む。 The fuel cell 1 has a side-by-side stacked structure of unit fuel cells (hereinafter referred to as “unit cells”). The unit cell includes a membrane electrode assembly in which a fuel electrode (hydrogen electrode) and an oxidant electrode (air electrode) are arranged on both sides of an electrolyte membrane, and a gas diffusion layer is provided adjacent to the hydrogen electrode and the air electrode, respectively. .
水素ボンベ9から導出される水素ガスは、水素供給ライン4を介して燃料電池1へ供給される。このときの水素ガスの圧力は第1のバルブ3aにより調整され、イジェクタ30を介して水素循環ライン10からの排水素ガスと混合される。燃料電池1から排出された水素ガスは、水素循環ライン10を介して水素供給ライン4に戻されるか、又は水素排出ライン5を介して排出される。イジェクタ30は、燃料電池1の水素排出口から排出された水素ガスを水素循環ライン10を介して水素供給ライン4へ循環させる。 Hydrogen gas led out from the hydrogen cylinder 9 is supplied to the fuel cell 1 through the hydrogen supply line 4. The pressure of the hydrogen gas at this time is adjusted by the first valve 3 a and mixed with the exhausted hydrogen gas from the hydrogen circulation line 10 through the ejector 30. The hydrogen gas discharged from the fuel cell 1 is returned to the hydrogen supply line 4 via the hydrogen circulation line 10 or discharged via the hydrogen discharge line 5. The ejector 30 circulates the hydrogen gas discharged from the hydrogen discharge port of the fuel cell 1 to the hydrogen supply line 4 via the hydrogen circulation line 10.
燃料電池システムの通常発電時や停止時、第2のバルブ3bは閉じている。水素供給ライン4や水素循環ライン10に残留する水素や空気極側からクロスオーバーしてきた窒素を排出する時に第2のバルブ3bを開く。一方、コンプレッサ8から供給される空気は、空気供給ライン6を介して燃料電池1の空気極系に供給され、空気排出ライン7より排出される。制御ユニット12は、電圧センサ31からの燃料電池1の電圧測定値(E2−E1)信号を受信し、第1のバルブ3a及び第2のバルブ3bの開閉、コンプレッサ8の回転数及びスイッチ24のオン/オフを制御する。 The second valve 3b is closed during normal power generation or when the fuel cell system is stopped. The second valve 3b is opened when discharging the hydrogen remaining in the hydrogen supply line 4 and the hydrogen circulation line 10 and the nitrogen crossing over from the air electrode side. On the other hand, the air supplied from the compressor 8 is supplied to the air electrode system of the fuel cell 1 through the air supply line 6 and discharged from the air discharge line 7. The control unit 12 receives the voltage measurement value (E2-E1) signal of the fuel cell 1 from the voltage sensor 31, and opens and closes the first valve 3a and the second valve 3b, the rotation speed of the compressor 8, and the switch 24. Control on / off.
なお、図1には、燃料電池1の両端にスイッチ24と直列に、固定抵抗34を接続した場合について示すが、本発明はこれに限定されない。固定抵抗34の代わりに、例えば、コンデンサ(キャパシタ)、二次電池、電子制御負荷装置、熱発生装置(ヒータ)、他の燃料電池(キャパシタとして作用)など、如何なる形態の電力を消費する手段を用いても構わない。 Although FIG. 1 shows a case where a fixed resistor 34 is connected in series with the switch 24 at both ends of the fuel cell 1, the present invention is not limited to this. Instead of the fixed resistor 34, means for consuming any form of power, such as a capacitor (capacitor), a secondary battery, an electronic control load device, a heat generating device (heater), another fuel cell (acting as a capacitor), etc. You may use.
[制御方法]
図2を参照して、図1の燃料電池システムを停止保管する際の制御方法を説明する。
[Control method]
With reference to FIG. 2, a control method when the fuel cell system of FIG. 1 is stopped and stored will be described.
なお、第1の実施の形態に関わらず、本発明のおいての停止保管とは、アイドル停止時などのような一時的な停止をも含んでいる。すなわち本発明のおいての停止保管方法は、一時停止方法をも含んだものである。 Regardless of the first embodiment, the stop storage in the present invention includes a temporary stop such as during idle stop. That is, the stop storage method in the present invention includes a temporary stop method.
図2に示す停止保管方法は、とりわけ、燃料電池自動車でコンビニエンスストアなどにおいて短時間の停車をする際に、一時的な停止をする場合に有効である。 The stop storage method shown in FIG. 2 is particularly effective when the vehicle is temporarily stopped when the fuel cell vehicle is stopped at a convenience store or the like for a short time.
(イ)先ず、S01段階において、燃料電池1へ水素及び空気の供給を停止する。具体的には、制御ユニット12が、コンプレッサ8の運転を停止し、第2のバルブ3aを閉じる。 (A) First, in step S01, the supply of hydrogen and air to the fuel cell 1 is stopped. Specifically, the control unit 12 stops the operation of the compressor 8 and closes the second valve 3a.
(ロ)S02段階において、電圧センサ31を用いて燃料電池1全体の発電電圧(E2−E1)を検知し、合計単位セル数で割った単位セルの平均発電電圧を推定し、平均単位セル電圧が0.3V/cell以上0.9V/cell以下となることを監視する。平均単位セル電圧が0.3V/cell以上0.9V/cell以下の範囲に入る場合(S02段階においてYES)S03段階に進む。このように、燃料電池システムを停止する際、水素極側に水素と酸素が混在する状況において、燃料電池1の起電力を測定し、起電力が空気極が酸化する範囲(0.3V/cell以上0.9V/cell以下の範囲)に含まれるか否かを判断する。平均単位セル電圧が0.3V/cell以上0.9V/cell以下の範囲に入る場合、燃料電池1の水素極には水素と空気の混合状態(クロスオーバー現象を含む)となっている。 (B) In step S02, the voltage sensor 31 is used to detect the generated voltage (E2-E1) of the entire fuel cell 1, and the average generated voltage of the unit cell divided by the total number of unit cells is estimated, and the average unit cell voltage Is monitored to be 0.3 V / cell or more and 0.9 V / cell or less. When the average unit cell voltage is in the range of 0.3 V / cell to 0.9 V / cell (YES in step S02), the process proceeds to step S03. Thus, when the fuel cell system is stopped, in the situation where hydrogen and oxygen are mixed on the hydrogen electrode side, the electromotive force of the fuel cell 1 is measured, and the range in which the electromotive force oxidizes the air electrode (0.3 V / cell It is determined whether or not it is included in the range of 0.9 V / cell or less. When the average unit cell voltage falls within the range of 0.3 V / cell to 0.9 V / cell, the hydrogen electrode of the fuel cell 1 is in a mixed state of hydrogen and air (including a crossover phenomenon).
(ハ)S03段階において、制御ユニット12は、スイッチ24を接続してつまりオン状態とし、燃料電池1から電流を取り出す。固定抵抗34に電流が流れ、水素極側の水素及び微量の酸素、並びに空気極側の酸素が消費され、燃料電池1の電圧は低下する。 (C) In step S03, the control unit 12 connects the switch 24, that is, turns it on, and extracts current from the fuel cell 1. A current flows through the fixed resistor 34, hydrogen on the hydrogen electrode side and a small amount of oxygen, and oxygen on the air electrode side are consumed, and the voltage of the fuel cell 1 decreases.
(ニ)所定の時間後、S04段階において、電圧センサ31を用いて燃料電池1の一部における単位セルの発電電圧が、1単位セルあたり0.3V未満となることを監視する。1単位セルあたり0.3V未満である場合(S04段階においてYES)S05段階に進む。 (D) After a predetermined time, in step S04, the voltage sensor 31 is used to monitor that the generated voltage of the unit cell in a part of the fuel cell 1 is less than 0.3 V per unit cell. If the voltage is less than 0.3 V per unit cell (YES in step S04), the process proceeds to step S05.
(ホ)S05段階において、制御ユニット12は、スイッチ24を非接続としてつまりオフ状態として、固定抵抗34による燃料電池1からの電流の取り出しを停止する。固定抵抗34に電流が流れなくなり、燃料電池1内に水素が一部残存する。なお、スイッチ24を非接続とした後に、燃料電池1の起電力が再び上昇する可能性があるが、この場合、S01段階に戻り、S01〜S05段階を繰り返し実施しても構わない。 (E) In step S05, the control unit 12 turns off the switch 24, that is, turns it off, and stops taking out the current from the fuel cell 1 by the fixed resistor 34. No current flows through the fixed resistor 34, and part of the hydrogen remains in the fuel cell 1. Although the electromotive force of the fuel cell 1 may rise again after the switch 24 is disconnected, in this case, the process may return to the step S01 and repeat the steps S01 to S05.
[実験例]
次に、図2の制御方法において、燃料電池1の起電力及び酸素に対する水素の濃度比の範囲を定量化するに当たり、発明者らが行った実験のうちの一例を示す。
[Experimental example]
Next, in the control method of FIG. 2, an example of experiments conducted by the inventors for quantifying the range of the electromotive force of the fuel cell 1 and the concentration ratio of hydrogen to oxygen will be described.
図3に示すように、実験例に係わる燃料電池システムは、燃料電池1と、燃料電池1へ空気を供給する空気供給ライン6と、燃料電池1から空気が排出される空気排出ライン7と、燃料電池1へ水素ガス及び空気の混合気を供給する水素供給ライン4と、燃料電池1から水素ガスが排出される水素排出ライン5と、空気供給ライン6を流れる空気の流量を制御する空気マスフローコントローラ15aと、水素供給ライン4を流れる水素ガスの流量を制御する水素マスフローコントローラ16と、水素供給ライン4を流れる空気の流量を制御する空気マスフローコントローラ15bと、水素ガスと空気を混合して水素供給ライン4へ供給する混合器19と、空気供給ライン6上に配置された空気側加湿器17と、水素供給ライン4上に配置された水素側加湿器18と、燃料電池1の水素導入口近傍の水素供給ライン4に分析ポート23aを介して接続された水素側質量分析器21と、燃料電池1の空気排出口近傍の空気排出ライン7に分析ポート23bを介して接続された空気側質量分析器20と、燃料電池1の空気極側の温度を測定する熱電対22とを備える。 As shown in FIG. 3, the fuel cell system according to the experimental example includes a fuel cell 1, an air supply line 6 for supplying air to the fuel cell 1, an air discharge line 7 for discharging air from the fuel cell 1, A hydrogen supply line 4 that supplies a mixture of hydrogen gas and air to the fuel cell 1, a hydrogen discharge line 5 that discharges hydrogen gas from the fuel cell 1, and an air mass flow that controls the flow rate of air flowing through the air supply line 6. The controller 15a, the hydrogen mass flow controller 16 for controlling the flow rate of the hydrogen gas flowing through the hydrogen supply line 4, the air mass flow controller 15b for controlling the flow rate of the air flowing through the hydrogen supply line 4, and the hydrogen gas and air mixed to form hydrogen A mixer 19 for supplying to the supply line 4, an air-side humidifier 17 disposed on the air supply line 6, and a hydrogen supply line 4. A hydrogen-side humidifier 18, a hydrogen-side mass analyzer 21 connected to the hydrogen supply line 4 near the hydrogen inlet of the fuel cell 1 via the analysis port 23 a, and an air discharge line near the air outlet of the fuel cell 1 7 includes an air-side mass analyzer 20 connected to the fuel cell 1 via the analysis port 23b, and a thermocouple 22 that measures the temperature on the air electrode side of the fuel cell 1.
燃料電池1は、電解質膜25及び電解質膜25の両側に配置された水素極28及び空気極26を備える膜電極複合体と、膜電極複合体を挟持する水素側セパレータ29並びに空気側セパレータ27とを備える。水素供給ライン4及び水素排出ライン5は水素側セパレータ29に接続され、空気供給ライン6及び空気排出ライン7は空気側セパレータ27に接続されている。 The fuel cell 1 includes an electrolyte membrane 25, a membrane electrode assembly including a hydrogen electrode 28 and an air electrode 26 disposed on both sides of the electrolyte membrane 25, a hydrogen side separator 29 and an air side separator 27 that sandwich the membrane electrode composite, Is provided. The hydrogen supply line 4 and the hydrogen discharge line 5 are connected to a hydrogen side separator 29, and the air supply line 6 and the air discharge line 7 are connected to an air side separator 27.
燃料ガス系において、水素ガス及び空気は、それぞれマスフローコントローラ16、15bを介して混合器19で混合された後、水素供給ライン4に供給され、水素側加湿器18を通って燃料電池1の水素側セパレータ29に供給される。水素側質量分析器21は、燃料電池1の水素導入口におけるガス組成を測定することができる。一方、酸化剤ガス系において、空気は、空気マスフローコントローラ15aを介して空気供給ライン6に供給され、空気側加湿器17を通って燃料電池1の空気側セパレータ27に供給される。空気側質量分析器20は、燃料電池1の空気排出口におけるガス組成を測定することができる。 In the fuel gas system, hydrogen gas and air are mixed in the mixer 19 via the mass flow controllers 16 and 15b, respectively, and then supplied to the hydrogen supply line 4 and pass through the hydrogen-side humidifier 18 to hydrogen of the fuel cell 1. It is supplied to the side separator 29. The hydrogen side mass spectrometer 21 can measure the gas composition at the hydrogen inlet of the fuel cell 1. On the other hand, in the oxidant gas system, air is supplied to the air supply line 6 via the air mass flow controller 15 a and is supplied to the air side separator 27 of the fuel cell 1 through the air side humidifier 17. The air side mass analyzer 20 can measure the gas composition at the air outlet of the fuel cell 1.
図3に示す実験装置を用いて、水素極側並びに空気極側に一定の空気を導入しながら、水素極側に水素マスフローコントローラ16で流量が制御された水素ガスを徐々に加えていき、その時の燃料電池1の発電電圧の変化並びに燃料電池1の空気排出口から排出される二酸化炭素の量を空気側質量分析器20を用いて測定した。水素側セパレータ29に供給される燃料ガスにおける水素と酸素の混合比は、水素マスフローコントローラ16及び空気マスフローコントローラ15bに表示された流量比に加え、水素側質量分析器21による分析結果を合わせて確認した。なお、空気側セパレータ27の中に挿入された熱電対22を用いて燃料電池1の温度を任意に制御する。 Using the experimental apparatus shown in FIG. 3, while introducing constant air to the hydrogen electrode side and the air electrode side, hydrogen gas whose flow rate was controlled by the hydrogen mass flow controller 16 was gradually added to the hydrogen electrode side, The change in the generated voltage of the fuel cell 1 and the amount of carbon dioxide discharged from the air outlet of the fuel cell 1 were measured using the air-side mass analyzer 20. The mixing ratio of hydrogen and oxygen in the fuel gas supplied to the hydrogen-side separator 29 is confirmed by combining the analysis results obtained by the hydrogen-side mass analyzer 21 in addition to the flow rate ratios displayed on the hydrogen mass flow controller 16 and the air mass flow controller 15b. did. Note that the temperature of the fuel cell 1 is arbitrarily controlled using a thermocouple 22 inserted into the air-side separator 27.
図4は、図3の熱電対22による燃料電池1の制御温度を70℃に設定した場合の代表的な実験結果を示す。時間経過に対し、水素濃度を零から徐々に増していったところ、酸素に対する水素の濃度比(H2/O2)が約9.5%となってから後に、単位セルの発電電圧が200mV程度まで上昇した。その後、酸素に対する水素の濃度比(H2/O2)が70%未満の段階までは、単位セルの発電電圧は200mVから緩やかに上昇するが、空気極からの二酸化炭素(CO2)排出は検出されなかった。ところが、濃度比(H2/O2)が70%以上となったところで、発電電圧は300mVから急激に上昇し750mV付近まで到達した。同時に、濃度比(H2/O2)が70%以上となったところで空気極から急激に二酸化炭素(CO2)が排出され始め、そのまま排出され続けた。濃度比(H2/O2)が増すにつれて発電電圧は緩やかに上昇し、濃度比(H2/O2)が400%に到達した時点で、発電電圧は約900mVであった。また、濃度比(H2/O2)が400%に到達した時点で、二酸化炭素の排出割合は急激に低減して検出限界付近にまで下がった。この後、水素極側の空気の供給を停止して(O2濃度=0%)、濃度比(H2/O2)を∞(無限大)としたところ、二酸化炭素の検出割合はほぼ検出限界付近に落ち着いた。 FIG. 4 shows a typical experimental result when the control temperature of the fuel cell 1 by the thermocouple 22 of FIG. 3 is set to 70.degree. When the hydrogen concentration was gradually increased from zero over time, the hydrogen generation ratio (H 2 / O 2 ) to oxygen became approximately 9.5%, and then the power generation voltage of the unit cell was 200 mV. Rose to a degree. Thereafter, until the concentration ratio of hydrogen to oxygen (H 2 / O 2 ) is less than 70%, the power generation voltage of the unit cell rises gradually from 200 mV, but carbon dioxide (CO 2 ) emissions from the air electrode Not detected. However, when the concentration ratio (H 2 / O 2 ) reached 70% or more, the generated voltage suddenly increased from 300 mV and reached around 750 mV. At the same time, when the concentration ratio (H 2 / O 2 ) reached 70% or more, carbon dioxide (CO 2 ) began to be rapidly discharged from the air electrode and continued to be discharged as it was. As the concentration ratio (H 2 / O 2 ) increases, the generated voltage gradually increases. When the concentration ratio (H 2 / O 2 ) reaches 400%, the generated voltage was about 900 mV. In addition, when the concentration ratio (H 2 / O 2 ) reached 400%, the carbon dioxide emission rate rapidly decreased and decreased to the vicinity of the detection limit. After this, when the supply of air on the hydrogen electrode side was stopped (O 2 concentration = 0%) and the concentration ratio (H 2 / O 2 ) was set to ∞ (infinity), the carbon dioxide detection rate was almost detected. I settled near the limit.
図4に示す実験結果は、酸素に対する水素の濃度比(H2/O2)を低い方から高い方に推移させた時の結果であるが、逆に低い方から高い方に推移させた時にも上記の濃度比(H2/O2)範囲及び発電電圧範囲にほぼ収まることを発明者らは実験的に確認している。また、燃料電池1の温度等が何れの条件においても、図4の実験結果は再現性を有することも確認している。 The experimental results shown in FIG. 4 are the results when the concentration ratio of hydrogen to oxygen (H 2 / O 2 ) is shifted from low to high, but conversely when it is shifted from low to high. The inventors have experimentally confirmed that the concentration ratio falls within the above-mentioned concentration ratio (H 2 / O 2 ) range and the generated voltage range. It has also been confirmed that the experimental results in FIG. 4 have reproducibility regardless of the temperature of the fuel cell 1 or the like.
更に、単位セルの発電電圧が酸素に対する水素の濃度比(H2/O2)に応じておよそ2段階に変化することは、実験のみならずシミュレーションによっても確認されており、発明者らは図4に示す実験結果と近いシミュレーション結果を得ている。単位セルの発電電圧は、主に水素並びに酸素の分圧、温度等のパラメータにより、Butler-Volmerの式により決定される。 Furthermore, it has been confirmed not only by experiments but also by simulation that the generated voltage of the unit cell changes in approximately two steps depending on the concentration ratio of hydrogen to oxygen (H 2 / O 2 ). A simulation result close to the experimental result shown in FIG. The generated voltage of the unit cell is determined by the Butler-Volmer equation mainly by parameters such as the partial pressure and temperature of hydrogen and oxygen.
また、二酸化炭素が空気極の空気排出口から排出される理論は、米国特許出願公開2002/0076582号公報に示されている通りであり、水素と酸素の共存による電解質電位の変化に起因する酸化剤電位の上昇である。 Further, the theory that carbon dioxide is discharged from the air discharge port of the air electrode is as shown in US Patent Application Publication No. 2002/0076582, and oxidation caused by changes in the electrolyte potential due to the coexistence of hydrogen and oxygen. This is an increase in drug potential.
発明者らは図4に示す実験例を燃料電池の温度を40℃から90℃まで10℃間隔でそれぞれ複数回実施した。図5は、このときの空気極からの二酸化炭素排出割合に関する温度依存性の結果を示す。縦軸は二酸化炭素排出割合の対数値を示し、縦軸は空気側セパレータ27の温度(絶対温度)の逆数を示す。二酸化炭素排出量の対数値は、燃料電池1に設けた熱電対22の温度の逆数に対して一次関数となることがわかった。これは、一般に知られる反応速度と温度に関連するアレニウスの理論式に一致する傾向にある。従って、温度が上昇するに従い、二酸化炭素排出量は指数関数的に上昇するといえる。 The inventors carried out the experiment example shown in FIG. 4 several times at intervals of 10 ° C. from 40 ° C. to 90 ° C. FIG. 5 shows the result of temperature dependence regarding the carbon dioxide emission rate from the air electrode at this time. The vertical axis represents the logarithmic value of the carbon dioxide emission ratio, and the vertical axis represents the reciprocal of the temperature (absolute temperature) of the air-side separator 27. It was found that the logarithmic value of the carbon dioxide emission amount is a linear function with respect to the reciprocal of the temperature of the thermocouple 22 provided in the fuel cell 1. This tends to be consistent with Arrhenius's theoretical formula related to the generally known reaction rate and temperature. Therefore, it can be said that the carbon dioxide emission increases exponentially as the temperature increases.
実験例では、触媒担持体として使用したカーボンの腐食に着目して測定を行ったが、他の担持体(黒鉛化カーボン、金属、シリコンカーバイト等)や金属触媒(白金、コバルト、イリジウム、ニッケル、ルテニウム、およびそれらの合金等)そのものに関しても、一般に電位が上昇すると酸化劣化する傾向にあることが知られている。実験例で用いたカーボンは、上記の他の担持体や金属触媒に比べて比較的低い電位で酸化されやすいため、実験例の実験結果で得られた所定範囲を制御に反映させれば、空気極としての酸化劣化は大抵抑制することができる。 In the experimental example, the measurement was conducted focusing on the corrosion of the carbon used as the catalyst support, but other supports (graphitized carbon, metal, silicon carbide, etc.) and metal catalysts (platinum, cobalt, iridium, nickel) , Ruthenium, and their alloys) are generally known to tend to undergo oxidative degradation as the potential increases. Since the carbon used in the experimental example is likely to be oxidized at a relatively low potential compared to the other carriers and metal catalysts described above, if the predetermined range obtained in the experimental result of the experimental example is reflected in the control, the air Oxidative degradation as a pole can be mostly suppressed.
[作用]
以上の実験結果に基づく図2に示す燃料電池システムの停止保管方法が奏する作用について説明する。燃料電池1の運転停止直後には、燃料電池1の水素極28側水素極に水素ガスが残留することが知られている。この状態のまま放置すると、水素極28と空気極26のガスが電解質膜25を介して混ざるといったクロスリーク現象も含め、外部から空気が混入して水素ガスと酸素ガスとが混在する。
[Action]
The operation of the fuel cell system stop storage method shown in FIG. 2 based on the above experimental results will be described. It is known that hydrogen gas remains on the hydrogen electrode 28 side hydrogen electrode of the fuel cell 1 immediately after the operation of the fuel cell 1 is stopped. If left in this state, air enters from the outside and hydrogen gas and oxygen gas coexist, including the cross leak phenomenon in which the gas of the hydrogen electrode 28 and the air electrode 26 are mixed through the electrolyte membrane 25.
空気中の酸素に対する水素の濃度比(H2/O2)が「所定の濃度比範囲」に入る場合、水素極側において水素リッチな領域における電解質電位に対して酸素リッチな領域における電解質電位が低くなるため、酸素リッチな領域の方が水素リッチな領域に比べて電解質電位に対する酸化剤極の電位が高くなる。そのため、酸素リッチな領域における空気極(カーボン担体や白金など)は酸化腐食する。上記の実験例では、質量分析器によりカーボン担体の腐食に関して測定したが、高電位になることからカーボン担体に限らず白金など金属触媒の酸化劣化も発生する。 When the concentration ratio of hydrogen to oxygen in the air (H 2 / O 2 ) falls within the “predetermined concentration ratio range”, the electrolyte potential in the oxygen-rich region is higher than the electrolyte potential in the hydrogen-rich region on the hydrogen electrode side. Therefore, the oxygen-rich region has a higher potential of the oxidizer electrode with respect to the electrolyte potential than the hydrogen-rich region. Therefore, the air electrode (carbon carrier, platinum, etc.) in the oxygen-rich region is oxidatively corroded. In the above experimental example, the corrosion of the carbon support was measured by a mass analyzer. However, since the potential becomes high, oxidation degradation of not only the carbon support but also a metal catalyst such as platinum occurs.
そこで、新たに「所定の濃度範囲」を避ける制御を行うことにより、上記のような空気極の酸化腐食を抑制することができる。また、実験結果が示す通り、酸素に対する水素の濃度比(H2/O2)が70%以上400%以下のとき、空気極の酸化劣化が加速される。したがって、「所定の濃度範囲」として酸素に対する水素の濃度比(H2/O2)が70%以上400%以下の範囲を避ける制御を行うことで空気極の酸化劣化を抑制することができる。 Therefore, by newly performing control to avoid the “predetermined concentration range”, the oxidative corrosion of the air electrode as described above can be suppressed. Further, as the experimental results show, when the concentration ratio of hydrogen to oxygen (H 2 / O 2 ) is 70% or more and 400% or less, the oxidative deterioration of the air electrode is accelerated. Therefore, the oxidative deterioration of the air electrode can be suppressed by controlling the concentration ratio of hydrogen to oxygen (H 2 / O 2 ) in the range of 70% to 400% as the “predetermined concentration range”.
図2に示す燃料電池システムの停止保管方法では、空気中の酸素に対する水素の濃度比(H2/O2)が「所定の濃度比範囲」に入る場合、水素と酸素の濃度比により燃料電池1の起電力が変化するので、その起電力を判断手段とすることにより、ガス濃度検出手段を必要とせず、簡素なシステムでガス置換等の制御をすることができる。 In the stop storage method of the fuel cell system shown in FIG. 2, when the hydrogen concentration ratio (H 2 / O 2 ) to oxygen in the air falls within the “predetermined concentration ratio range”, the fuel cell is determined according to the hydrogen / oxygen concentration ratio. Since the electromotive force of 1 changes, by using the electromotive force as a determination means, it is possible to control gas replacement or the like with a simple system without requiring a gas concentration detection means.
また、図4の実験結果が示す通り、単位セルあたりの起電力が0.3V以上0.9V以下の場合、水素極近傍において水素と酸素が混在し、空気極側の電位差が発生している可能性が考えられ、空気極の酸化劣化が加速されるので、スイッチ24をオン状態として固定抵抗34へ電流を流すことにより、該酸化劣化を抑制することができる。 Moreover, as the experimental result of FIG. 4 shows, when the electromotive force per unit cell is 0.3 V or more and 0.9 V or less, hydrogen and oxygen are mixed in the vicinity of the hydrogen electrode, and a potential difference occurs on the air electrode side. There is a possibility that the oxidative deterioration of the air electrode is accelerated, so that the oxidative deterioration can be suppressed by turning on the switch 24 and passing a current through the fixed resistor 34.
また、単位セルあたりの起電力が0.3V未満となった場合にスイッチをオフ状態として電流を停止することにより、空気極の酸化劣化を抑制した上で水素極の残存水素の消費を停止できるので、停止時に固定抵抗34をつなげるといった従来の制御方法とは異なり、余分な水素消費を抑制することができる。 In addition, when the electromotive force per unit cell becomes less than 0.3 V, the current is stopped by turning off the switch, so that consumption of residual hydrogen at the hydrogen electrode can be stopped while suppressing the oxidative deterioration of the air electrode. Therefore, unlike the conventional control method in which the fixed resistor 34 is connected at the time of stopping, excess hydrogen consumption can be suppressed.
[効果]
本発明の第1の実施の形態によれば、燃料電池1本体の起電力に基づいて制御を行うので、省力化や簡素化が図られ、且つ耐久性に優れる燃料電池システムを得ることができる。
[effect]
According to the first embodiment of the present invention, control is performed based on the electromotive force of the main body of the fuel cell 1, so that a fuel cell system that achieves labor saving and simplification and is excellent in durability can be obtained. .
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係わる燃料電池システムは、図1に示した燃料電池システムと同じであるため、図示及び説明を省略する。
(Second Embodiment)
The fuel cell system according to the second embodiment is the same as the fuel cell system shown in FIG.
図6を参照して、第2の実施の形態に係わる燃料電池システムを停止保管する際の制御方法を説明する。図6に示す制御方法は、とりわけ、長時間の停止保管時ではなく極短期の一時停止時であるアイドル停止時に有効である。 With reference to FIG. 6, a control method when the fuel cell system according to the second embodiment is stopped and stored will be described. The control method shown in FIG. 6 is particularly effective at an idle stop, which is an extremely short temporary stop, not a long-term stopped storage.
(イ)先ず、S11段階において、燃料電池1を搭載した車両をアイドル停止状態とする。 (A) First, in step S11, the vehicle on which the fuel cell 1 is mounted is set in an idle stop state.
(ロ)S12段階において、電圧センサ31を用いて燃料電池1全体の発電電圧(E2−E1)を検知し、合計単位セル数で割った単位セルの平均発電電圧を推定し、平均単位セル電圧が0.9V/cellより高いか否かを判断する。平均単位セル電圧が0.9V/cellより高い場合(S12段階においてYES)S13段階に進む。 (B) In step S12, the voltage sensor 31 is used to detect the power generation voltage (E2-E1) of the entire fuel cell 1, and the average power generation voltage of the unit cell divided by the total number of unit cells is estimated. Is determined to be higher than 0.9 V / cell. If the average unit cell voltage is higher than 0.9 V / cell (YES in step S12), the process proceeds to step S13.
(ハ)S13段階において、常に燃料電池システムは再発電に向けてそのまま待機する。発電が再開される場合(S13段階においてYES)S14段階に進み、燃料電池1へ水素ガスと空気が供給されて発電が再開される。一方、発電が再開されない場合(S13段階においてNO)S12段階に戻る。 (C) In step S13, the fuel cell system always stands by for re-generation. When power generation is resumed (YES in step S13), the process proceeds to step S14, where hydrogen gas and air are supplied to the fuel cell 1 and power generation is resumed. On the other hand, if power generation is not resumed (NO in step S13), the process returns to step S12.
(ニ)一方、S12段階において平均単位セル電圧が0.9V/cell以下である場合(S12段階においてNO)、図2に示したS02段階に進み、S02〜S05段階を実施する。即ち、平均単位セル電圧が0.3V/cell以上0.9V/cell以下である場合、固定抵抗34により電流を取り出すことにより燃料電池1の電圧を低下させ、平均単位セル電圧が0.3V/cell未満となったときに固定抵抗34による電流の取り出しを停止する。 (D) On the other hand, when the average unit cell voltage is 0.9 V / cell or less in step S12 (NO in step S12), the process proceeds to step S02 shown in FIG. 2, and steps S02 to S05 are performed. That is, when the average unit cell voltage is 0.3 V / cell or more and 0.9 V / cell or less, the voltage of the fuel cell 1 is lowered by taking out the current by the fixed resistor 34, and the average unit cell voltage is 0.3 V / cell. When it becomes less than the cell, the current extraction by the fixed resistor 34 is stopped.
燃料電池の平均単位セル電圧が0.9V/cellより高い場合、図4の実験結果より空気極の酸化腐食の程度が小さいために、固定抵抗34等の電力消費手段による電流の取り出しを行わないことにより、燃料電池1内部における燃料極近傍の残存水素の消費を停止できるので、余分な水素消費を抑制することができる。したがって、第2の実施の形態によれば、耐久性に優れ、燃費が向上し経済性にも優れた燃料電池システムを得ることができる。 When the average unit cell voltage of the fuel cell is higher than 0.9 V / cell, the current is not taken out by the power consuming means such as the fixed resistor 34 because the degree of oxidative corrosion of the air electrode is smaller than the experimental result of FIG. As a result, the consumption of the residual hydrogen in the vicinity of the fuel electrode in the fuel cell 1 can be stopped, so that excess hydrogen consumption can be suppressed. Therefore, according to the second embodiment, it is possible to obtain a fuel cell system that is excellent in durability, improved in fuel efficiency, and excellent in economy.
(第3の実施の形態)
[構成]
図7に示すように、本発明の第3の実施の形態に係わる燃料電池システムは、図1に示す燃料電池システムに比べて、以下の点が異なる。即ち、図7に示す燃料電池システムは、図1のイジェクタ30の代わりに、水素循環ライン10上に配置された水素循環ポンプ11を備える。図7に示す燃料電池システムは、図1の固定抵抗34の代わりに、二次電池35を備える。図7に示す燃料電池システムは、空気排出ライン7の燃料電池1直後に配置された温度センサ32aを更に有する。
(Third embodiment)
[Constitution]
As shown in FIG. 7, the fuel cell system according to the third embodiment of the present invention differs from the fuel cell system shown in FIG. 1 in the following points. That is, the fuel cell system shown in FIG. 7 includes a hydrogen circulation pump 11 disposed on the hydrogen circulation line 10 instead of the ejector 30 shown in FIG. The fuel cell system shown in FIG. 7 includes a secondary battery 35 instead of the fixed resistor 34 of FIG. The fuel cell system shown in FIG. 7 further includes a temperature sensor 32 a disposed immediately after the fuel cell 1 in the air discharge line 7.
水素循環ポンプ11は、燃料電池1から水素排出ライン5へ排出された排水素の一部を水素供給ライン4へ循環さる。温度センサ32aは、燃料電池1直後の空気の温度を検知または推定する。温度センサ32aは、熱電対、サーミスタなどその種類は問わない。制御ユニット12は、電圧センサ31からの燃料電池1内の電位差(E2−E1)の信号及び温度センサ32aからの温度信号を受けて、第1及び第2のバルブ3a、3bの開度、コンプレッサ8の回転数、スイッチ24の開閉(オン/オフ)を制御する。 The hydrogen circulation pump 11 circulates a part of the exhausted hydrogen discharged from the fuel cell 1 to the hydrogen discharge line 5 to the hydrogen supply line 4. The temperature sensor 32a detects or estimates the temperature of the air immediately after the fuel cell 1. The temperature sensor 32a may be of any type such as a thermocouple or a thermistor. The control unit 12 receives the signal of the potential difference (E2-E1) in the fuel cell 1 from the voltage sensor 31 and the temperature signal from the temperature sensor 32a, and opens the opening of the first and second valves 3a and 3b, the compressor The number of rotations of 8 and the opening / closing (on / off) of the switch 24 are controlled.
その他の構成は、図1に示した燃料電池システムと同じであり、説明を省略する。 Other configurations are the same as those of the fuel cell system shown in FIG.
なお、図7では、燃料電池1の両端に二次電池35に接続したが、燃料電池1の両端ではなく少なくとも一部の単位セルユニットの間でも構わない。また、図7には、燃料電池1の両端にスイッチ24と直列に、二次電池35を接続した場合について示すが、本発明はこれに限定されない。二次電池35の代わりに、例えば、コンデンサ(キャパシタ)、固定抵抗、電子制御負荷装置、熱発生装置(ヒータ)、他の燃料電池(キャパシタとして作用)など、如何なる形態の電力を消費する手段を用いても構わない。また、温度センサ32aは空気排出ライン7の燃料電池1直後に配置したが、空気極における酸化腐食反応に直接効く空気極の温度を測るのが好ましい。それが困難である場合、その周辺の温度測定あるいは推定を行うことで代用しても構わない。つまり、例えば燃料電池1内部または表面の温度、水素極側の温度、供給ライン/排出ラインの測定などで代用可能である。また、温度センサ32aは複数設けても構わない。 In FIG. 7, the secondary battery 35 is connected to both ends of the fuel cell 1, but it may be at least a part of unit cell units instead of the both ends of the fuel cell 1. 7 shows the case where the secondary battery 35 is connected in series with the switch 24 at both ends of the fuel cell 1, the present invention is not limited to this. Instead of the secondary battery 35, for example, a capacitor (capacitor), a fixed resistor, an electronic control load device, a heat generator (heater), another fuel cell (acting as a capacitor), or any other means for consuming electric power in any form. You may use. Further, although the temperature sensor 32a is disposed immediately after the fuel cell 1 in the air discharge line 7, it is preferable to measure the temperature of the air electrode that directly affects the oxidative corrosion reaction in the air electrode. If this is difficult, it may be substituted by measuring or estimating the surrounding temperature. That is, for example, the temperature inside or on the surface of the fuel cell 1, the temperature on the hydrogen electrode side, the measurement of the supply line / discharge line, etc. can be substituted. A plurality of temperature sensors 32a may be provided.
[制御方法]
図8を参照して、図7の燃料電池システムを停止保管する際の制御方法を説明する。図8の制御方法は、とりわけ、燃料電池自動車でコンビニエンスストアなどで短時間の停車をする際に有効である。
[Control method]
With reference to FIG. 8, a control method for stopping and storing the fuel cell system of FIG. 7 will be described. The control method of FIG. 8 is particularly effective when a fuel cell vehicle is stopped for a short time at a convenience store or the like.
(イ)先ず、S21段階において、燃料電池1へ水素及び空気の供給を停止する。具体的には、制御ユニット12が、コンプレッサ8の運転を停止し、第1のバルブ3aを閉じる。 (A) First, in step S21, supply of hydrogen and air to the fuel cell 1 is stopped. Specifically, the control unit 12 stops the operation of the compressor 8 and closes the first valve 3a.
(ロ)S22段階において、電圧センサ31を用いて燃料電池1全体の発電電圧(E2−E1)を検知し、合計単位セル数で割った単位セルの平均発電電圧を推定し、平均単位セル電圧が0.3V/cell以上0.9V/cell以下となることを監視する。平均単位セル電圧が0.3V/cell以上0.9V/cell以下の範囲に入る場合(S22段階においてYES)S23段階に進む。このように、燃料電池システムを停止する際、水素極側に水素と酸素が混在する状況において、燃料電池1の起電力を測定し、起電力が空気極が酸化する範囲(0.3V/cell以上0.9V/cell以下の範囲)に含まれるか否かを判断する。 (B) In step S22, the voltage sensor 31 is used to detect the power generation voltage (E2-E1) of the entire fuel cell 1, and the average power generation voltage of the unit cell divided by the total number of unit cells is estimated. Is monitored to be 0.3 V / cell or more and 0.9 V / cell or less. When the average unit cell voltage is in the range of 0.3 V / cell to 0.9 V / cell (YES in step S22), the process proceeds to step S23. Thus, when the fuel cell system is stopped, in the situation where hydrogen and oxygen are mixed on the hydrogen electrode side, the electromotive force of the fuel cell 1 is measured, and the range in which the electromotive force oxidizes the air electrode (0.3 V / cell It is determined whether or not it is included in the range of 0.9 V / cell or less.
(ハ)S23段階において、温度センサ32aを用いて燃料電池1直後の空気の温度を測定して、当該温度が50℃以上であるか否かを判断する。当該温度が50℃以上である場合(S23段階においてYES)S24段階に進み、当該温度が50℃以上でない場合(S23段階においてNO)S22段階に戻る。 (C) In step S23, the temperature of the air immediately after the fuel cell 1 is measured using the temperature sensor 32a, and it is determined whether or not the temperature is 50 ° C. or higher. If the temperature is 50 ° C. or higher (YES in step S23), the process proceeds to step S24. If the temperature is not 50 ° C. or higher (NO in step S23), the process returns to step S22.
(ニ)S24段階において、制御ユニット12は、スイッチ24を接続してつまりオン状態とする。二次電池35に電流が流れて燃料電池1から電流が取り出される。これにより、二次電池35は充電される。水素極側の水素及び微量の酸素、並びに空気極側の酸素が消費され、燃料電池1の電圧は低下する。 (D) In step S24, the control unit 12 connects the switch 24, that is, turns it on. A current flows through the secondary battery 35 and is extracted from the fuel cell 1. Thereby, the secondary battery 35 is charged. Hydrogen on the hydrogen electrode side and a small amount of oxygen and oxygen on the air electrode side are consumed, and the voltage of the fuel cell 1 decreases.
(ホ)所定の時間後、S25段階において、電圧センサ31を用いて燃料電池1の一部における単位セルの発電電圧が、1単位セルあたり0.3V未満となることを監視する。1単位セルあたり0.3V未満である場合(S25段階においてYES)S26段階に進む。 (E) After a predetermined time, in step S25, the voltage sensor 31 is used to monitor that the generated voltage of the unit cell in a part of the fuel cell 1 is less than 0.3 V per unit cell. If it is less than 0.3 V per unit cell (YES in step S25), the process proceeds to step S26.
(へ)S26段階において、制御ユニット12は、スイッチ24を非接続としてつまりオフ状態として、二次電池35による燃料電池1からの電流の取り出しを停止する。二次電池35に電流が流れなくなり、燃料電池1内に水素が一部残存する。なお、スイッチ24を非接続とした後に、燃料電池1の起電力が再び上昇する可能性があるが、この場合、S21段階に戻り、S21〜S26段階を繰り返し実施しても構わない。また、S23段階において、50℃は例示であり、基準温度を50℃以外の温度にしても構わない。 (F) In step S26, the control unit 12 stops the extraction of current from the fuel cell 1 by the secondary battery 35 with the switch 24 disconnected, that is, turned off. No current flows through the secondary battery 35, and a part of hydrogen remains in the fuel cell 1. Although the electromotive force of the fuel cell 1 may increase again after the switch 24 is disconnected, in this case, the process may return to the step S21 and repeat the steps S21 to S26. In step S23, 50 ° C. is an example, and the reference temperature may be set to a temperature other than 50 ° C.
[作用]
図8に示す燃料電池システムの停止保管方法が奏する作用について説明する。燃料電池1の運転停止直後には、燃料電池1の水素極28側水素極に水素ガスが残留することが知られている。この状態のまま放置すると、水素極28と空気極26のガスが電解質膜25を介して混ざるといったクロスリーク現象も含め、外部から空気が混入して水素ガスと酸素ガスとが混在する。
[Action]
The effect | action which the stop storage method of the fuel cell system shown in FIG. 8 show | plays is demonstrated. It is known that hydrogen gas remains on the hydrogen electrode 28 side hydrogen electrode of the fuel cell 1 immediately after the operation of the fuel cell 1 is stopped. If left in this state, air enters from the outside and hydrogen gas and oxygen gas coexist, including the cross leak phenomenon in which the gas of the hydrogen electrode 28 and the air electrode 26 are mixed through the electrolyte membrane 25.
空気中の酸素に対する水素の濃度比(H2/O2)が「所定の濃度比範囲」に入る場合、水素極側において水素リッチな領域における電解質電位に対して酸素リッチな領域における電解質電位が低くなるため、酸素リッチな領域の方が水素リッチな領域に比べて電解質電位に対する酸化剤極の電位が高くなる。そのため、酸素リッチな領域における空気極(カーボン担体や白金など)は酸化腐食する。上記の実験例では、質量分析器によりカーボン担体の腐食に関して測定したが、高電位になることからカーボン担体に限らず白金など金属触媒の酸化劣化も発生する。 When the concentration ratio of hydrogen to oxygen in the air (H 2 / O 2 ) falls within the “predetermined concentration ratio range”, the electrolyte potential in the oxygen-rich region is higher than the electrolyte potential in the hydrogen-rich region on the hydrogen electrode side. Therefore, the oxygen-rich region has a higher potential of the oxidizer electrode with respect to the electrolyte potential than the hydrogen-rich region. Therefore, the air electrode (carbon carrier, platinum, etc.) in the oxygen-rich region is oxidatively corroded. In the above experimental example, the corrosion of the carbon support was measured by a mass analyzer. However, since the potential becomes high, oxidation degradation of not only the carbon support but also a metal catalyst such as platinum occurs.
図8に示す燃料電池システムの停止保管方法では、空気中の酸素に対する水素の濃度比(H2/O2)が「所定の濃度比範囲」に入る場合、水素と酸素の濃度比により燃料電池1の起電力が変化するので、その起電力を判断手段とすることにより、ガス濃度検出手段を必要とせず、簡素なシステムでガス置換等の制御をすることができる。 In the stopped storage method of the fuel cell system shown in FIG. 8, when the hydrogen concentration ratio (H 2 / O 2 ) with respect to oxygen in the air falls within the “predetermined concentration ratio range”, the fuel cell system uses the concentration ratio of hydrogen and oxygen. Since the electromotive force of 1 changes, by using the electromotive force as a determination means, it is possible to control gas replacement or the like with a simple system without requiring a gas concentration detection means.
また、図4の実験結果が示す通り、単位セルあたりの起電力が0.3V以上0.9V以下の場合、水素極近傍において水素と酸素が混在し、空気極側の電位差が発生している可能性が考えられる。更に、図5に示す通り燃料電池1又は燃料電池1内の空気の温度が上昇するにつれて指数関数的に空気極の酸化劣化が加速される。燃料電池1又は燃料電池1内の空気の温度が所定温度(50℃以上)の範囲でスイッチ24をオン状態として固定抵抗34へ電流を流すことにより、該酸化劣化を抑制することができる。 Moreover, as the experimental result of FIG. 4 shows, when the electromotive force per unit cell is 0.3 V or more and 0.9 V or less, hydrogen and oxygen are mixed in the vicinity of the hydrogen electrode, and a potential difference occurs on the air electrode side. There is a possibility. Further, as shown in FIG. 5, the oxidative degradation of the air electrode is accelerated exponentially as the temperature of the fuel cell 1 or the air in the fuel cell 1 increases. The oxidation degradation can be suppressed by flowing the current through the fixed resistor 34 with the switch 24 turned on when the temperature of the fuel cell 1 or the air in the fuel cell 1 is within a predetermined temperature (50 ° C. or more).
また、単位セルあたりの起電力が0.3V未満となった場合にスイッチをオフ状態として電流を停止することにより、空気極の酸化劣化を抑制した上で水素極の残存水素の消費を停止できるので、停止時に固定抵抗34をつなげるといった従来の制御方法とは異なり、余分な水素消費を抑制することができる。よって、二次電池35への充電時におけるエネルギー変換ロスの発生を抑制することができる。 In addition, when the electromotive force per unit cell becomes less than 0.3 V, the current is stopped by turning off the switch, so that consumption of residual hydrogen at the hydrogen electrode can be stopped while suppressing the oxidative deterioration of the air electrode. Therefore, unlike the conventional control method in which the fixed resistor 34 is connected at the time of stopping, excess hydrogen consumption can be suppressed. Therefore, the occurrence of energy conversion loss during charging of the secondary battery 35 can be suppressed.
[効果]
本発明の第3の実施の形態によれば、燃料電池1本体の起電力に基づいて制御を行うので、燃費が向上して経済性が優れ、且つ耐久性も優れる燃料電池システムを得ることができる。
[effect]
According to the third embodiment of the present invention, since control is performed based on the electromotive force of the fuel cell 1 body, it is possible to obtain a fuel cell system with improved fuel efficiency, excellent economy, and excellent durability. it can.
(第1の参考例)
[構成]
図9に示すように、本発明の第1の参考例に係わる燃料電池システムは、図1に示す燃料電池システムに比べて、以下の点が異なる。即ち、図9に示す燃料電池システムは、図1のイジェクタ30の代わりに、水素循環ライン10上に配置された水素循環ポンプ11を備える。また、図7に示す燃料電池システムは、図1の電圧センサ31の代わりに、水素供給ライン4上の燃料電池1直前に配置された第1のガス濃度センサ2a及び水素排出ライン5上の燃料電池1直後に配置された第2のガス濃度センサ2bを備え、図1の固定抵抗34の代わりにコンデンサ36を備える。図7に示す燃料電池システムは、燃料電池1のガス供給側の端部に配置された温度センサ32bを更に有する。
( First reference example )
[Constitution]
As shown in FIG. 9, the fuel cell system according to the first reference example of the present invention is different from the fuel cell system shown in FIG. 1 in the following points. That is, the fuel cell system shown in FIG. 9 includes a hydrogen circulation pump 11 disposed on the hydrogen circulation line 10 instead of the ejector 30 shown in FIG. Further, in the fuel cell system shown in FIG. 7, the fuel on the first gas concentration sensor 2a and the hydrogen discharge line 5 disposed immediately before the fuel cell 1 on the hydrogen supply line 4 is used instead of the voltage sensor 31 in FIG. A second gas concentration sensor 2b disposed immediately after the battery 1 is provided, and a capacitor 36 is provided instead of the fixed resistor 34 of FIG. The fuel cell system shown in FIG. 7 further includes a temperature sensor 32b disposed at the end of the fuel cell 1 on the gas supply side.
温度センサ32bは燃料電池1の温度を検知または推定する。温度センサ32bは、熱電対、サーミスタなどその種類は問わない。また、第1及び第2のガス濃度センサ2a、2bにおいて水素に対する酸素の濃度を推定した濃度信号、並びに温度センサ32bにより検出または推定した温度信号を制御ユニット12が受けることにより、制御ユニット12がスイッチ24のオン/オフ(接続/非接続)を制御する。 The temperature sensor 32b detects or estimates the temperature of the fuel cell 1. The temperature sensor 32b may be of any type such as a thermocouple or a thermistor. In addition, the control unit 12 receives the concentration signal obtained by estimating the concentration of oxygen relative to hydrogen in the first and second gas concentration sensors 2a and 2b and the temperature signal detected or estimated by the temperature sensor 32b. The switch 24 is turned on / off (connected / not connected).
その他の構成は、図1に示した燃料電池システムと同じであり、説明を省略する。 Other configurations are the same as those of the fuel cell system shown in FIG.
なお、図9では、燃料電池1の両端にコンデンサ36に接続したが、燃料電池1の両端ではなく少なくとも一部の単位セルユニットの間でも構わない。また、図9には、燃料電池1の両端にスイッチ24と直列に、コンデンサ36を接続した場合について示すが、本発明はこれに限定されない。コンデンサ36の代わりに、例えば、二次電池、固定抵抗、電子制御負荷装置、熱発生装置(ヒータ)、他の燃料電池(キャパシタとして作用)など、如何なる形態の電力を消費する手段を用いても構わない。また、温度センサ32bは燃料電池1のガス供給側の端部に配置したが、空気極における酸化腐食反応に直接効く空気極の温度を測るのが好ましい。それが困難である場合、その周辺の温度測定あるいは推定を行うことで代用しても構わない。つまり、例えば燃料電池1内部または表面の温度、水素極側の温度、供給ライン/排出ラインの測定などで代用可能である。また、温度センサ32bは複数設けても構わない。 In FIG. 9, the capacitor 36 is connected to both ends of the fuel cell 1, but it may be at least a part of unit cell units instead of both ends of the fuel cell 1. FIG. 9 shows the case where the capacitor 36 is connected in series with the switch 24 at both ends of the fuel cell 1, but the present invention is not limited to this. Instead of the capacitor 36, any form of power consuming means such as a secondary battery, a fixed resistor, an electronic control load device, a heat generation device (heater), another fuel cell (acting as a capacitor) may be used. I do not care. Further, although the temperature sensor 32b is disposed at the end of the fuel cell 1 on the gas supply side, it is preferable to measure the temperature of the air electrode that directly affects the oxidative corrosion reaction in the air electrode. If this is difficult, it may be substituted by measuring or estimating the surrounding temperature. That is, for example, the temperature inside or on the surface of the fuel cell 1, the temperature on the hydrogen electrode side, the measurement of the supply line / discharge line, etc. can be substituted. A plurality of temperature sensors 32b may be provided.
[制御方法]
図10を参照して、図9の燃料電池システムを停止保管する際の制御方法を説明する。
[Control method]
With reference to FIG. 10, a control method when the fuel cell system of FIG. 9 is stopped and stored will be described.
(イ)先ず、S31段階において、燃料電池1へ水素及び空気の供給を停止する。具体的には、制御ユニット12が、コンプレッサ8の運転を停止し、第1のバルブ3aを閉じる。 (A) First, in step S31, supply of hydrogen and air to the fuel cell 1 is stopped. Specifically, the control unit 12 stops the operation of the compressor 8 and closes the first valve 3a.
(ロ)S32段階において、第1のガス濃度センサ2a及び第2のガス濃度センサ2bの少なくとも一方が、水素極内における酸素に対する水素の濃度比が70%以上400%以下であることを検知することを監視する。70〜400%の範囲に入る場合(S32段階においてYES)S33段階に進む。このように、燃料電池システムを停止する際、水素極内における酸素に対する水素の濃度比を測定し、酸素に対する水素の濃度比が空気極が酸化する範囲(70〜400%の範囲)に含まれるか否かを判断する。 (B) In step S32, at least one of the first gas concentration sensor 2a and the second gas concentration sensor 2b detects that the concentration ratio of hydrogen to oxygen in the hydrogen electrode is 70% or more and 400% or less. Monitor that. When it falls within the range of 70 to 400% (YES in step S32), the process proceeds to step S33. As described above, when the fuel cell system is stopped, the concentration ratio of hydrogen to oxygen in the hydrogen electrode is measured, and the concentration ratio of hydrogen to oxygen is included in the range in which the air electrode is oxidized (70 to 400% range). Determine whether or not.
(ハ)S33段階において、温度センサ32bを用いて燃料電池1のガス供給側の端部の温度を測定して、当該温度が30℃以上であるか否かを判断する。当該温度が30℃以上である場合(S33段階においてYES)S34段階に進み、当該温度が30℃以上でない場合(S33段階においてNO)S32段階に戻る。 (C) In step S33, the temperature of the end of the fuel cell 1 on the gas supply side is measured using the temperature sensor 32b, and it is determined whether or not the temperature is 30 ° C. or higher. If the temperature is 30 ° C. or higher (YES in step S33), the process proceeds to step S34. If the temperature is not 30 ° C. or higher (NO in step S33), the process returns to step S32.
(ニ)S34段階において、制御ユニット12は、スイッチ24を接続してつまりオン状態とする。コンデンサ36に電流が流れて燃料電池1から電流が取り出される。これにより、コンデンサ36は充電される。水素極側の水素及び微量の酸素、並びに空気極側の酸素が消費され、燃料電池1の電圧は低下する。 (D) In step S34, the control unit 12 connects the switch 24, that is, turns it on. A current flows through the capacitor 36 and is extracted from the fuel cell 1. As a result, the capacitor 36 is charged. Hydrogen on the hydrogen electrode side and a small amount of oxygen and oxygen on the air electrode side are consumed, and the voltage of the fuel cell 1 decreases.
(ホ)S35段階において、第1及び第2のガス濃度センサ2a、2bの双方が、酸素に対する水素の濃度比が70%未満であることを検知することを監視する。70%未満である場合(S35段階においてYES)S36段階に進む。 (E) In step S35, it is monitored that both the first and second gas concentration sensors 2a and 2b detect that the concentration ratio of hydrogen to oxygen is less than 70%. If it is less than 70% (YES in step S35), the process proceeds to step S36.
(へ)S36段階において、制御ユニット12は、スイッチ24を非接続としてつまりオフ状態として、コンデンサ36による燃料電池1からの電流の取り出しを停止する。コンデンサ36に電流が流れなくなり、燃料電池1内に水素が一部残存する。なお、スイッチ24を非接続とした後に、燃料電池1の起電力が再び上昇する可能性があるが、この場合、S31段階に戻り、S31〜S36段階を繰り返し実施しても構わない。また、S33段階において、30℃は例示であり、基準温度を30℃以外の温度にしても構わない。 (F) In step S36, the control unit 12 turns off the switch 24, that is, turns it off, and stops taking out the current from the fuel cell 1 by the capacitor 36. No current flows through the capacitor 36, and a part of hydrogen remains in the fuel cell 1. Although the electromotive force of the fuel cell 1 may increase again after the switch 24 is disconnected, in this case, the process may return to the step S31 and repeat the steps S31 to S36. In step S33, 30 ° C. is an example, and the reference temperature may be set to a temperature other than 30 ° C.
[作用]
図10に示す燃料電池システムの停止保管方法が奏する作用について説明する。燃料電池1の運転停止直後には水素極に水素ガスが残留することが知られている。この状態のまま放置すると、外部から空気が混入して水素ガスと酸素ガスとが混在する。空気中の酸素に対する水素の濃度比(H2/O2)が「所定の濃度比範囲」に入る場合、水素極側において水素リッチな領域における電解質電位に対して酸素リッチな領域における電解質電位が低くなるため、酸素リッチな領域の方が水素リッチな領域に比べて電解質電位に対する酸化剤極の電位が高くなる。そのため、酸素リッチな領域における空気極(カーボン担体や白金など)は酸化腐食する。上記の実験例では、質量分析器によりカーボン担体の腐食に関して測定したが、高電位になることからカーボン担体に限らず白金など金属触媒の酸化劣化も発生する。
[Action]
The operation of the fuel cell system stop storage method shown in FIG. 10 will be described. It is known that hydrogen gas remains in the hydrogen electrode immediately after the operation of the fuel cell 1 is stopped. If left in this state, air is mixed from the outside and hydrogen gas and oxygen gas are mixed. When the concentration ratio of hydrogen to oxygen in the air (H 2 / O 2 ) falls within the “predetermined concentration ratio range”, the electrolyte potential in the oxygen-rich region is higher than the electrolyte potential in the hydrogen-rich region on the hydrogen electrode side. Therefore, the oxygen-rich region has a higher potential of the oxidizer electrode with respect to the electrolyte potential than the hydrogen-rich region. Therefore, the air electrode (carbon carrier, platinum, etc.) in the oxygen-rich region is oxidatively corroded. In the above experimental example, the corrosion of the carbon support was measured by a mass analyzer. However, since the potential becomes high, oxidation degradation of not only the carbon support but also a metal catalyst such as platinum occurs.
それに対して図10に示す燃料電池システムの停止保管方法では、新たに「所定の濃度範囲」を避ける制御を行うことにより、上記のような空気極の酸化腐食を抑制することができる。また、図4の実験結果が示す通り、酸素に対する水素の濃度比(H2/O2)が70%以上400%以下のとき、空気極の酸化劣化が加速される。したがって、酸素に対する水素の濃度比(H2/O2)が70%以上400%以下の範囲に入るときに、コンデンサ36に電流を流すことで空気極の酸化劣化を抑制することができる。 On the other hand, in the stopped storage method of the fuel cell system shown in FIG. 10, the oxidative corrosion of the air electrode as described above can be suppressed by newly performing control to avoid the “predetermined concentration range”. Further, as shown in the experimental results of FIG. 4, when the concentration ratio of hydrogen to oxygen (H 2 / O 2 ) is 70% or more and 400% or less, the oxidative deterioration of the air electrode is accelerated. Therefore, when the concentration ratio of hydrogen to oxygen (H 2 / O 2 ) falls within the range of 70% or more and 400% or less, oxidative deterioration of the air electrode can be suppressed by flowing current through the capacitor 36.
また、図5の実験結果が示す通り、空気極(この場合はカーボン担体)の酸化腐食には温度依存性があり、高い温度ほど酸化が加速されるので、燃料電池1の温度が30℃など所定の温度以上になった場合にコンデンサ36に電流を流すことで、効果的かつ経済的に劣化を抑制することができる。 Further, as shown in the experimental results of FIG. 5, the oxidative corrosion of the air electrode (in this case, the carbon support) is temperature-dependent, and the higher the temperature, the faster the oxidation, so the temperature of the fuel cell 1 is 30 ° C. By passing a current through the capacitor 36 when the temperature exceeds a predetermined temperature, deterioration can be effectively and economically suppressed.
また、酸素に対する水素の濃度比が70%未満となった場合にスイッチ24をオフ状態として電流を停止することにより、空気極の酸化劣化を抑制した上で水素極の残存水素の消費を停止できるので、停止時に固定抵抗をつなげるといった従来の制御方法とは異なり、余分な水素消費を抑制することができる。よって、コンデンサ36への充電時におけるエネルギー変換ロスの発生を抑制することができる。 Further, when the concentration ratio of hydrogen to oxygen is less than 70%, the current is stopped by turning off the switch 24, so that the consumption of residual hydrogen in the hydrogen electrode can be stopped while suppressing the oxidative deterioration of the air electrode. Therefore, unlike the conventional control method in which a fixed resistance is connected at the time of stopping, excess hydrogen consumption can be suppressed. Therefore, the occurrence of energy conversion loss when charging the capacitor 36 can be suppressed.
[効果]
第1の参考例によれば、耐久性に優れ、燃費が向上して経済性にも優れた燃料電池システムを得ることができる。
[effect]
According to the first reference example , it is possible to obtain a fuel cell system that is excellent in durability, improved in fuel efficiency, and excellent in economy.
(第2の参考例)
第2の参考例に係わる燃料電池システムは、図9に示した燃料電池システムと同じであるため、図示及び説明を省略する。
( Second reference example )
Since the fuel cell system according to the second reference example is the same as the fuel cell system shown in FIG. 9, illustration and description thereof are omitted.
図11を参照して、第2の参考例に係わる燃料電池システムを停止保管する際の制御方法を説明する。図11に示す制御方法は、とりわけ、長時間の停止保管時ではなく極短期の一時停止時であるアイドル停止時に有効である。 With reference to FIG. 11, a control method for stopping and storing the fuel cell system according to the second reference example will be described. The control method shown in FIG. 11 is particularly effective at the time of idling stop, which is at the time of temporary stop for a very short time, not at the time of stop storage for a long time.
(イ)先ず、S41段階において、燃料電池1を搭載した車両をアイドル停止状態とする。 (A) First, in step S41, the vehicle on which the fuel cell 1 is mounted is set in an idle stop state.
(ロ)S42段階において、第1のガス濃度センサ2a及び第2のガス濃度センサ2bの少なくとも一方が、水素極内における酸素に対する水素の濃度比が400%を超えていることを検知したか否かを判断する。400%を超えている場合(S42段階においてYES)S43段階に進む。 (B) Whether or not at least one of the first gas concentration sensor 2a and the second gas concentration sensor 2b has detected that the concentration ratio of hydrogen to oxygen in the hydrogen electrode exceeds 400% in step S42. Determine whether. If it exceeds 400% (YES in step S42), the process proceeds to step S43.
(ハ)S43段階において、常に燃料電池システムは再発電に向けてそのまま待機する。発電が再開される場合(S43段階においてYES)S44段階に進み、燃料電池1へ水素ガスと空気が供給されて発電が再開される。一方、発電が再開されない場合(S43段階においてNO)S42段階に戻る。 (C) In step S43, the fuel cell system always stands by for re-generation. When power generation is resumed (YES in step S43), the process proceeds to step S44, where hydrogen gas and air are supplied to the fuel cell 1 and power generation is resumed. On the other hand, when power generation is not resumed (NO in step S43), the process returns to step S42.
(ニ)一方、S42段階において400%を超えていない場合(S42段階においてNO)、図10に示したS32段階に進み、S32〜S36段階を実施する。即ち、水素極内における酸素に対する水素の濃度比が70%以上400%以下である場合、コンデンサ36により電流を取り出すことにより燃料電池1の電圧を低下させ、水素極内における酸素に対する水素の濃度比が70%未満となったときにコンデンサ36による電流の取り出しを停止する。 (D) On the other hand, if it does not exceed 400% in step S42 (NO in step S42), the process proceeds to step S32 shown in FIG. 10, and steps S32 to S36 are performed. That is, when the concentration ratio of hydrogen to oxygen in the hydrogen electrode is not less than 70% and not more than 400%, the voltage of the fuel cell 1 is lowered by taking out the current through the capacitor 36, and the concentration ratio of hydrogen to oxygen in the hydrogen electrode is reduced. When the current becomes less than 70%, the current extraction by the capacitor 36 is stopped.
酸素に対する水素の濃度比が400%を超えている場合、図4の実験結果より空気極の酸化腐食の程度が小さいために、コンデンサ36等の電力消費手段による電流の取り出しを行わないことにより、燃料電池1内部における燃料極近傍の残存水素の消費を停止できるので、余分な水素消費を抑制することができる。したがって、第2の参考例によれば、耐久性に優れ、燃費が向上し経済性にも優れた燃料電池システムを得ることができる。 When the concentration ratio of hydrogen to oxygen exceeds 400%, since the degree of oxidative corrosion of the air electrode is smaller than the experimental result of FIG. 4, by not taking out the current by the power consuming means such as the capacitor 36, Since the consumption of residual hydrogen in the vicinity of the fuel electrode inside the fuel cell 1 can be stopped, excess hydrogen consumption can be suppressed. Therefore, according to the second reference example , it is possible to obtain a fuel cell system that is excellent in durability, improved in fuel efficiency, and excellent in economy.
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は、第1乃至第3の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the first to third embodiments. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art. That is, it should be understood that the present invention includes various embodiments not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from this disclosure.
1…燃料電池
2a…第1のガス濃度センサ
2b…第2のガス濃度センサ
3a…第1のバルブ
3b…第2のバルブ
4…水素供給ライン
5…水素排出ライン
6…空気供給ライン
7…空気排出ライン
8…コンプレッサ
9…水素ボンベ
10…水素循環ライン
11…水素循環ポンプ
12…制御ユニット
15a、15b…空気マスフローコントローラ
16…水素マスフローコントローラ
17…空気側加湿器
18…水素側加湿器
19…混合器
20…空気側質量分析器
21…水素側質量分析器
22…熱電対
23a、23b…分析ポート
24…スイッチ
25…電解質膜
26…空気極
27…空気側セパレータ
28…水素極
29…水素側セパレータ
30…イジェクタ
31…電圧センサ
32a、32b…温度センサ
34…固定抵抗
35…二次電池
36…コンデンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell 2a ... 1st gas concentration sensor 2b ... 2nd gas concentration sensor 3a ... 1st valve 3b ... 2nd valve 4 ... Hydrogen supply line 5 ... Hydrogen discharge line 6 ... Air supply line 7 ... Air Discharge line 8 ... Compressor 9 ... Hydrogen cylinder 10 ... Hydrogen circulation line 11 ... Hydrogen circulation pump 12 ... Control unit 15a, 15b ... Air mass flow controller 16 ... Hydrogen mass flow controller 17 ... Air side humidifier 18 ... Hydrogen side humidifier 19 ... Mixing 20: Air side mass analyzer 21 ... Hydrogen side mass analyzer 22 ... Thermocouple 23a, 23b ... Analysis port 24 ... Switch 25 ... Electrolyte membrane 26 ... Air electrode 27 ... Air side separator 28 ... Hydrogen electrode 29 ... Hydrogen side separator DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 ... Ejector 31 ... Voltage sensor 32a, 32b ... Temperature sensor 34 ... Fixed resistance 35 ... Secondary electricity 36 ... capacitor
Claims (3)
前記燃料電池システムを停止する際に、前記単位燃料電池への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を停止した後に、前記起電力を測定し、
前記起電力と前記酸化剤極が酸化する範囲とを比較し、
前記比較の結果、前記起電力が前記範囲に含まれる場合に、前記単位燃料電池から電流を取り出し、
この電流取り出しにより前記起電力が前記範囲の下限を下回った後に、前記単位燃料電池からの電流の取り出しを停止し、
前記比較の結果、前記起電力が前記範囲の上限よりも高い場合に、前記単位燃料電池は再発電を待機する
ことを特徴とする燃料電池システムの停止保管方法。 A unit fuel cell including a membrane electrode assembly in which a fuel electrode and an oxidant electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane, and a gas diffusion layer is provided adjacent to the fuel electrode and the oxidant electrode; and the unit fuel cell A method for stopping and storing a fuel cell system comprising means for measuring the electromotive force of
When stopping the fuel cell system, after stopping the supply of fuel gas and oxidant gas to the unit fuel cell, measure the electromotive force,
Compare the electromotive force with the range where the oxidant electrode is oxidized ,
As a result of the comparison, when the electromotive force is included in the range, a current is extracted from the unit fuel cell,
After the electromotive force falls below the lower limit of the range due to this current extraction, the extraction of the current from the unit fuel cell is stopped ,
As a result of the comparison, when the electromotive force is higher than the upper limit of the range, the unit fuel cell waits for re-power generation .
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