Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP4843909B2 - Solid polymer electrolyte fuel cell system - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP4843909B2 - Solid polymer electrolyte fuel cell system - Google Patents

Solid polymer electrolyte fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP4843909B2
JP4843909B2 JP2004152129A JP2004152129A JP4843909B2 JP 4843909 B2 JP4843909 B2 JP 4843909B2 JP 2004152129 A JP2004152129 A JP 2004152129A JP 2004152129 A JP2004152129 A JP 2004152129A JP 4843909 B2 JP4843909 B2 JP 4843909B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
ion
polymer electrolyte
solid polymer
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004152129A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005332768A (en
Inventor
総紀 五十嵐
尚秀 泉谷
浩之 弓矢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2004152129A priority Critical patent/JP4843909B2/en
Publication of JP2005332768A publication Critical patent/JP2005332768A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4843909B2 publication Critical patent/JP4843909B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、固体高分子電解質型燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell system.

固体高分子電解質型燃料電池(PEFC)は、電解質に水素イオン導電性の高いフッ素樹脂系高分子膜を用いている。PEFCに対する負荷、運転状態、その他の条件によって、燃料電池の発電時に生成される生成水中に電解質膜からのフッ素化合物(例えばフッ酸)やフッ素イオンが溶出することがある。フッ素化合物やフッ素イオンは、生成水の排出経路を構成する金属配管から金属イオン(金属配管が例えばステンレス(SUS)であれば、F
e(鉄),Ni(ニッケル),Cr(クロム)等)が生成水中に溶出する要因の一つとなる。
A solid polymer electrolyte fuel cell (PEFC) uses a fluororesin polymer film having high hydrogen ion conductivity as an electrolyte. Depending on the load on the PEFC, operating conditions, and other conditions, fluorine compounds (eg, hydrofluoric acid) and fluorine ions from the electrolyte membrane may elute into the generated water generated during power generation of the fuel cell. Fluorine compounds and fluorine ions can be obtained from the metal pipe constituting the discharge path of the produced water (if the metal pipe is, for example, stainless steel (SUS), F
e (iron), Ni (nickel), Cr (chromium), etc.) is one of the factors that elute in the produced water.

本発明に関連する先行技術として、冷却水中のイオン濃度が高い場合に、生成水を冷却水に混合して冷却水のイオン濃度を低下させる技術がある(例えば、特許文献1参照)。また、冷却水中のイオン濃度が高いときに、冷却水をイオン交換器に通水させる技術がある(例えば、特許文献2参照)。また、燃料極及び酸化剤極からの生成水中のフッ素イオン濃度を測定することにより故障を検出する技術がある(例えば、特許文献3参照)。
特開2002−343390号公報 特開2000−208157号公報 特開昭62−115670号公報
As a prior art related to the present invention, there is a technique of mixing generated water with cooling water to lower the ion concentration of cooling water when the ion concentration in cooling water is high (see, for example, Patent Document 1). Further, there is a technique for passing cooling water through an ion exchanger when the ion concentration in the cooling water is high (see, for example, Patent Document 2). In addition, there is a technique for detecting a failure by measuring a fluorine ion concentration in generated water from a fuel electrode and an oxidant electrode (see, for example, Patent Document 3).
JP 2002-343390 A JP 2000-208157 A Japanese Patent Laid-Open No. 62-115670

しかしながら、上述した従来技術では、いずれも生成水中へイオンが溶出することを抑えることについては提案されていない。   However, none of the above-described conventional techniques proposes to suppress the elution of ions into the generated water.

本発明の目的は、生成水中へのイオンの溶出を抑えることが可能な固体高分子電解質型燃料電池システムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a solid polymer electrolyte fuel cell system capable of suppressing elution of ions into product water.

本発明は、上述した目的を達成するために、以下の構成を採用する。   The present invention adopts the following configuration in order to achieve the above-described object.

即ち、本発明は、固体高分子電解質型燃料電池と、
前記固体高分子電解質型燃料電池で生成される生成水に含まれるイオン濃度及び/又はイオン排出量を検出するイオン検出手段と、
前記イオン検出手段により検出されるイオン濃度及び/又はイオン排出量が所定値よりも高い場合に、前記固体高分子電解質型燃料電池の目標温度を前記イオン濃度及び/又はイオン排出量が所定値以下である場合の目標温度と比べて低下させる目標温度調整手段とを備えることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池システムである。
That is, the present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell,
An ion detection means for detecting an ion concentration and / or an ion discharge amount contained in produced water produced by the solid polymer electrolyte fuel cell;
When the ion concentration and / or ion discharge amount detected by the ion detection means is higher than a predetermined value, the target temperature of the solid polymer electrolyte fuel cell is set to be equal to or lower than the predetermined value. The solid polymer electrolyte fuel cell system is provided with a target temperature adjusting means for lowering the target temperature in comparison with the target temperature.

本発明によれば、生成水中のイオン濃度及び/又はイオン排出量が所定値より高い場合に燃料電池の目標温度が前記イオン濃度及び/又はイオン排出量が所定値以下である場合の目標温度と比べて下げられる。これによって、燃料電池の固体高分子電解質膜などからのイオンの溶出が低減される。   According to the present invention, when the ion concentration in the produced water and / or the ion discharge amount is higher than a predetermined value, the target temperature of the fuel cell is the target temperature when the ion concentration and / or the ion discharge amount is not more than the predetermined value. Compared to lower. Thereby, elution of ions from the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell is reduced.

本発明は、一部が金属配管で構成された前記固体高分子電解質型燃料電池に供給される燃料ガスの循環経路と、
前記燃料ガスの循環経路に設けられる燃料ガス冷却器と、
前記金属配管を流れる前記生成水を含む燃料ガスの温度が所定温度以下になるように前記冷却器を制御する燃料ガス冷却器制御手段と
をさらに備えるように構成することができる。
The present invention provides a circulation path for fuel gas supplied to the solid polymer electrolyte fuel cell, part of which is composed of metal piping,
A fuel gas cooler provided in a circulation path of the fuel gas;
Fuel gas cooler control means for controlling the cooler may be further provided so that the temperature of the fuel gas containing the generated water flowing through the metal pipe is equal to or lower than a predetermined temperature.

このようにすれば、燃料ガスの循環経路に存在する生成水が金属配管と反応して金属イオンが溶出することを抑制することができる。   If it does in this way, it can control that the generated water which exists in the circulation path of fuel gas reacts with metal piping, and metal ion elutes.

また、本発明は、一部が金属配管で前記固体高分子電解質型燃料電池に供給される酸化剤ガスの循環経路と、
前記酸化剤ガスの循環経路に設けられる酸化剤ガス冷却器と、
前記金属配管を流れる前記生成水を含む酸化剤ガスの温度が所定温度以下になるように前記酸化剤ガス冷却器を制御する酸化剤ガス冷却器制御手段と
をさらに備えるように構成することができる。
Further, the present invention provides a circulation path for an oxidant gas, which is supplied to the solid polymer electrolyte fuel cell partly by metal piping,
An oxidant gas cooler provided in the circulation path of the oxidant gas;
An oxidant gas cooler control means for controlling the oxidant gas cooler so that the temperature of the oxidant gas containing the generated water flowing through the metal pipe is equal to or lower than a predetermined temperature can be further provided. .

このようにすれば、酸化剤ガスの循環経路に存在する生成水が金属配管と反応して金属イオンが溶出することを抑制することができる。   If it does in this way, it can control that the generated water which exists in the circulation path of oxidant gas reacts with metal piping, and metal ion elutes.

本発明によれば、固体高分子電解質型燃料電池で生成される生成水中にイオンが溶出することを抑えることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that an ion elutes in the produced water produced | generated with a solid polymer electrolyte fuel cell.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The configuration of the embodiment is an exemplification, and the present invention is not limited to the configuration of the embodiment.

〔第1実施形態〕
図1は、本発明による固体高分子電解質型燃料電池システムの実施形態の構成例を示す図である。図1において、固体高分子電解質型燃料電池(以下、単に「燃料電池」という)1は、複数のセルが積層されてなるセルスタックを備えている。各セルは、固体高分子電解質膜を燃料極(水素極)及び酸化剤極(酸素極)が挟み、これらがさらに水素極側のセパレータ及び酸素極側のセパレータで挟まれることによって構成されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an embodiment of a solid polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention. In FIG. 1, a solid polymer electrolyte fuel cell (hereinafter, simply referred to as “fuel cell”) 1 includes a cell stack in which a plurality of cells are stacked. Each cell is configured by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between a fuel electrode (hydrogen electrode) and an oxidant electrode (oxygen electrode), which are further sandwiched between a separator on the hydrogen electrode side and a separator on the oxygen electrode side. .

燃料極及び酸化剤極は、それぞれ、触媒層と拡散層とを有し、各触媒層は固体高分子電解質膜と接触し、各拡散層はセパレータにそれぞれ接触するように配置される。触媒層は、カーボン粒子に触媒としての白金粒子が担持された構造を持つ。拡散層には、例えばカーボンペーパやカーボンクロスが適用される。   The fuel electrode and the oxidant electrode each have a catalyst layer and a diffusion layer, each catalyst layer is in contact with the solid polymer electrolyte membrane, and each diffusion layer is disposed in contact with the separator. The catalyst layer has a structure in which platinum particles as a catalyst are supported on carbon particles. For example, carbon paper or carbon cloth is applied to the diffusion layer.

燃料電池1は、燃料入口と燃料出口とを有し、燃料入口と燃料出口との間には、各セルの燃料極を経由する燃料流路が設けられている。燃料極には、燃料ガスとして、水素又は水素リッチな混合ガスが供給される。また、燃料電池1は、酸化剤入口と酸化剤出口とを有し、酸化剤入口と酸化剤出口との間には、各セルの酸化剤極を経由する酸化剤流路が設けられている。酸化剤極には、酸化剤ガスとして、酸素又は酸素を含む混合ガス、例えば空気が供給される。   The fuel cell 1 has a fuel inlet and a fuel outlet, and a fuel flow path that passes through the fuel electrode of each cell is provided between the fuel inlet and the fuel outlet. Hydrogen or a hydrogen-rich mixed gas is supplied to the fuel electrode as the fuel gas. The fuel cell 1 has an oxidant inlet and an oxidant outlet, and an oxidant flow path that passes through the oxidant electrode of each cell is provided between the oxidant inlet and the oxidant outlet. . The oxidant electrode is supplied with oxygen or a mixed gas containing oxygen, such as air, as the oxidant gas.

燃料極に供給された水素は、燃料極を構成する触媒層における酸化反応によりプロトン(水素イオン)と電子とに分離され、水素イオンは固体高分子電解質膜を通って酸化剤極に移動し、電子は外部回路を通って酸化剤極に移動する。酸化剤極では、酸化剤極を構成する触媒層において、酸素と水素イオンと電子とによる還元反応が行われ水が生成される。このような燃料極及び酸化剤極における酸化及び還元反応の際に外部回路を通る電子(電
荷)が外部回路に接続される負荷に対する電力として使用される。
Hydrogen supplied to the fuel electrode is separated into protons (hydrogen ions) and electrons by an oxidation reaction in the catalyst layer constituting the fuel electrode, and the hydrogen ions move to the oxidant electrode through the solid polymer electrolyte membrane. The electrons move through the external circuit to the oxidant electrode. In the oxidant electrode, in the catalyst layer constituting the oxidant electrode, a reduction reaction is performed by oxygen, hydrogen ions, and electrons to generate water. In the oxidation and reduction reactions at the fuel electrode and the oxidant electrode, electrons (charges) passing through the external circuit are used as electric power for the load connected to the external circuit.

図1に示す燃料電池システムは、燃料電池1の燃料極に燃料ガスを供給するための燃料供給系と、酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤供給系と、燃料電池1を目標温度で運転するために燃料電池1を冷却する冷却系とを備えている。   The fuel cell system shown in FIG. 1 includes a fuel supply system for supplying fuel gas to the fuel electrode of the fuel cell 1, an oxidant supply system for supplying oxidant gas to the oxidant electrode, and the fuel cell 1 at a target temperature. And a cooling system that cools the fuel cell 1 for operation.

図1において、燃料供給系は、燃料供給装置2と、燃料供給装置2と燃料電池1に設けられた燃料入口とを結ぶ配管3と、燃料電池1に設けられた燃料出口と冷却器4とを結ぶ配管5と、冷却器4と気液分離器6とを結ぶ配管7と、気液分離器6と循環ポンプ(又は
コンプレッサ)8とを結ぶ配管9と、ポンプ8と配管3とを逆止弁10を介して接続する
配管11とを備えている。配管5及び7、並びに配管3,9及び11の少なくとも一つは、ステンレス(SUS)のような金属製の配管である。
In FIG. 1, the fuel supply system includes a fuel supply device 2, a pipe 3 connecting the fuel supply device 2 and a fuel inlet provided in the fuel cell 1, a fuel outlet provided in the fuel cell 1, and a cooler 4. The pipe 5 connecting the cooler 4, the gas-liquid separator 6, the pipe 9 connecting the gas-liquid separator 6 and the circulation pump (or compressor) 8, the pump 8 and the pipe 3 are reversed. And a pipe 11 connected via a stop valve 10. At least one of the pipes 5 and 7 and the pipes 3, 9 and 11 is a pipe made of metal such as stainless steel (SUS).

燃料供給装置2から送り出される燃料ガスは、配管3を通って燃料電池1の燃料極に供給され、燃料極での反応に使用される。燃料極を通過した燃料ガスは、燃料電池1の燃料出口から配管5に排出される。配管5に排出された燃料ガスは、冷却器4で必要に応じて冷却された後、配管7を介して気液分離器6に到達する。気液分離器6で液層成分が除去された燃料ガス6は、循環ポンプ8により配管11に送出され、再び配管3を通じて燃料電池1の燃料極へ供給される。このようにして、燃料電池1から排出される燃料ガスに含まれる燃料極での反応に使用されなかった残存水素が再び燃料電池1へ供給される水素循環系(燃料ガスの循環経路)が構成されている。   The fuel gas sent out from the fuel supply device 2 is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 1 through the pipe 3 and used for the reaction at the fuel electrode. The fuel gas that has passed through the fuel electrode is discharged from the fuel outlet of the fuel cell 1 to the pipe 5. The fuel gas discharged to the pipe 5 is cooled as necessary by the cooler 4 and then reaches the gas-liquid separator 6 through the pipe 7. The fuel gas 6 from which the liquid layer component has been removed by the gas-liquid separator 6 is sent to the pipe 11 by the circulation pump 8 and supplied again to the fuel electrode of the fuel cell 1 through the pipe 3. In this way, a hydrogen circulation system (fuel gas circulation path) is constructed in which residual hydrogen that has not been used for the reaction at the fuel electrode contained in the fuel gas discharged from the fuel cell 1 is supplied to the fuel cell 1 again. Has been.

また、図1において、酸化剤供給系は、酸化剤供給装置12と、酸化剤供給装置12と燃料電池1に設けられた酸化剤入口とを結ぶ配管13と、燃料電池1に設けられた酸化剤出口と冷却器14とを結ぶ配管15と、冷却器14と気液分離器16とを結ぶ配管17と、気液分離器16と循環ポンプ(又はコンプレッサ)18とを結ぶ配管19と、ポンプ18と配管13とを逆止弁20を介して接続する配管21とを備えている。配管15及び17、並びに配管13,19及び21の少なくとも一つは、ステンレス(SUS)のような金属製の配管である。   In FIG. 1, the oxidant supply system includes an oxidant supply device 12, a pipe 13 connecting the oxidant supply device 12 and an oxidant inlet provided in the fuel cell 1, and an oxidation provided in the fuel cell 1. A pipe 15 connecting the agent outlet and the cooler 14, a pipe 17 connecting the cooler 14 and the gas-liquid separator 16, a pipe 19 connecting the gas-liquid separator 16 and the circulation pump (or compressor) 18, and a pump 18 and a pipe 21 that connects the pipe 13 via a check valve 20. At least one of the pipes 15 and 17 and the pipes 13, 19 and 21 is a pipe made of metal such as stainless steel (SUS).

酸化剤供給装置2から送り出される酸化剤ガスは、配管13を通って燃料電池1の酸化剤極に供給され、酸化剤極での反応に使用される。酸化剤極を通過した酸化剤ガスは、燃料電池1の酸化剤出口から配管15に排出される。配管15に排出された酸化剤ガスは、冷却器14で必要に応じて冷却された後、配管17を介して気液分離器16に到達する。気液分離器16で液層成分が除去された酸化剤ガス16は、循環ポンプ18により配管21に送出され、再び配管13を通じて燃料電池1の酸化剤極へ供給される。このようにして、燃料電池1から排出された酸化剤ガスに含まれる酸化剤極での反応に使用されなかった残存酸素が再び燃料電池1へ供給される酸素循環系(酸化剤ガスの循環経路)が構成されている。   The oxidant gas sent out from the oxidant supply device 2 is supplied to the oxidant electrode of the fuel cell 1 through the pipe 13 and used for the reaction at the oxidant electrode. The oxidant gas that has passed through the oxidant electrode is discharged from the oxidant outlet of the fuel cell 1 to the pipe 15. The oxidant gas discharged to the pipe 15 is cooled as necessary by the cooler 14 and then reaches the gas-liquid separator 16 via the pipe 17. The oxidant gas 16 from which the liquid layer component has been removed by the gas-liquid separator 16 is sent to the pipe 21 by the circulation pump 18 and is supplied again to the oxidant electrode of the fuel cell 1 through the pipe 13. In this manner, an oxygen circulation system (oxidant gas circulation path) in which residual oxygen that has not been used for the reaction at the oxidant electrode contained in the oxidant gas discharged from the fuel cell 1 is supplied to the fuel cell 1 again. ) Is configured.

また、図1において、燃料電池1の冷却系は、次のような構成を備えている。燃料電池1は、冷却水入口と冷却水出口とを有し、冷却水入口と冷却水出口とは燃料電池1の内部を冷却水が流れる冷却水流路で接続されている。冷却水入口は、配管25を介して循環ポンプ26の入口と接続されている。冷却水入口は、配管27を介して冷却水を冷却するラジエータ(熱交換器)28の入口に接続されている。ラジエータ28の出口は、配管29を介して三方弁30に接続されている。三方弁30は第1及び第2の入口と出口とを有し、第1の入口は配管29を介してラジエータ28の出口に接続され、第2の入口はバイパス管31を介して配管27(燃料電池1の冷却水出口)に接続されており、出口は配管32を介して循環ポンプ26の入口に接続されている。   Moreover, in FIG. 1, the cooling system of the fuel cell 1 has the following configuration. The fuel cell 1 has a cooling water inlet and a cooling water outlet, and the cooling water inlet and the cooling water outlet are connected by a cooling water passage through which the cooling water flows inside the fuel cell 1. The cooling water inlet is connected to the inlet of the circulation pump 26 via the pipe 25. The cooling water inlet is connected to an inlet of a radiator (heat exchanger) 28 that cools the cooling water via a pipe 27. The outlet of the radiator 28 is connected to the three-way valve 30 via a pipe 29. The three-way valve 30 has first and second inlets and outlets. The first inlet is connected to the outlet of the radiator 28 via a pipe 29, and the second inlet is connected to a pipe 27 ( The outlet of the fuel cell 1 is connected to the inlet of the circulation pump 26 via a pipe 32.

このように、燃料電池1の冷却系は、循環ポンプ26によって燃料電池1へ供給される
冷却水の通路として、ラジエータ28を経由して循環する第1の循環経路と、バイパス管31を通ってラジエータ28を経由することなく循環する第2の循環経路とを有している。そして、冷却系は、第1及び第2の循環経路を流れる冷却水の流量が流量調整手段としての三方弁30によって調整されるように構成されている。
Thus, the cooling system of the fuel cell 1 passes through the first circulation path that circulates through the radiator 28 and the bypass pipe 31 as a passage of cooling water supplied to the fuel cell 1 by the circulation pump 26. And a second circulation path that circulates without passing through the radiator 28. The cooling system is configured such that the flow rate of the cooling water flowing through the first and second circulation paths is adjusted by a three-way valve 30 as a flow rate adjusting unit.

三方弁30は、電磁弁を用いて構成されており、三方弁30を構成する弁の開度は、後述するECU42により、燃料電池1の冷却水出口から排出される冷却水の温度を検知する温度検知センサ33からの出力信号に基づいて制御される。   The three-way valve 30 is configured using an electromagnetic valve, and the opening degree of the valve constituting the three-way valve 30 detects the temperature of the cooling water discharged from the cooling water outlet of the fuel cell 1 by the ECU 42 described later. Control is performed based on an output signal from the temperature detection sensor 33.

ところで、燃料電池1では、酸化剤極での反応によって水(生成水)が生成される。生成水は固体高分子電解質膜を通じて酸化剤極から燃料極に到達する。ここで、固体高分子電解質膜には、フッ素系樹脂系高分子膜が適用されている。このため、燃料極へ移動する生成水中にフッ素化合物(例えばフッ酸)やフッ素イオンが溶出することがある。   By the way, in the fuel cell 1, water (product water) is generated by a reaction at the oxidant electrode. The generated water reaches the fuel electrode from the oxidant electrode through the solid polymer electrolyte membrane. Here, a fluororesin-based polymer membrane is applied to the solid polymer electrolyte membrane. For this reason, fluorine compounds (for example, hydrofluoric acid) and fluorine ions may elute in the generated water that moves to the fuel electrode.

燃料極へ到達した生成水は、燃料ガスとともに、燃料電池1の外部(配管5)に排出される。このとき、燃料電池1から排出される生成水中のフッ素化合物やフッ素イオンは、配管5,7等を構成する金属と反応し金属イオン(ステンレスであれば、鉄,ニッケル,ク
ロム等の各イオン)が溶出する要因となる。また、フッ素化合物やフッ素イオンの溶出は
、燃料電池1の温度に依存し、温度が高くなると増加する傾向にある。
The produced water that has reached the fuel electrode is discharged to the outside (pipe 5) of the fuel cell 1 together with the fuel gas. At this time, fluorine compounds and fluorine ions in the produced water discharged from the fuel cell 1 react with the metal constituting the pipes 5 and 7 and the like, and metal ions (if the stainless steel, each ion such as iron, nickel and chromium). Becomes a factor of elution. The elution of fluorine compounds and fluorine ions depends on the temperature of the fuel cell 1 and tends to increase as the temperature increases.

上記問題に鑑み、図1に示す燃料電池システムは、イオン検知センサ41と、制御手段としてのECU(Electric Control Unit)42とを備える。イオン検知センサ41は、気
液分離器6によって分離された生成水中のフッ素イオンの濃度を検知するフッ素イオン検知センサと、生成水中の金属イオンの濃度を検知する金属イオン検知センサと、生成水の排出流量を検知する流量検知センサとを備えている。
In view of the above problem, the fuel cell system shown in FIG. 1 includes an ion detection sensor 41 and an ECU (Electric Control Unit) 42 as control means. The ion detection sensor 41 includes a fluorine ion detection sensor that detects the concentration of fluorine ions in the generated water separated by the gas-liquid separator 6, a metal ion detection sensor that detects the concentration of metal ions in the generated water, and the generated water. And a flow rate detection sensor for detecting the discharge flow rate.

フッ素イオン検知センサは、例えばイオン電極法を用いて生成水中のフッ素イオン濃度を検知する。金属イオン検知センサは、例えば原子吸光法を用いて生成水中の金属イオン濃度を検知する。イオン検知センサ41を構成する各センサの出力信号は、ECU42に与えられる。   The fluorine ion detection sensor detects the concentration of fluorine ions in the produced water using, for example, an ion electrode method. The metal ion detection sensor detects the metal ion concentration in the generated water using, for example, atomic absorption. Output signals of the sensors constituting the ion detection sensor 41 are given to the ECU 42.

ECU42は、CPU(Central Processing Unit),メモリ,入出力インタフェース等
を用いて構成されており、CPUがメモリに格納された制御プログラムを実行することによって、イオン検知センサ41からのセンサ出力に基づく生成水中の第1のイオン溶出低減処理を行う。
The ECU 42 is configured using a CPU (Central Processing Unit), a memory, an input / output interface, and the like, and is generated based on the sensor output from the ion detection sensor 41 when the CPU executes a control program stored in the memory. A first ion elution reduction process in water is performed.

図2は、ECU42によって実行される第1のイオン溶出低減処理の例を示すフローチャートである。図2に示す処理は、例えば、燃料電池1が起動されることによって開始する。図2に示す処理が開始されると、ECU42は、燃料電池1の目標温度を初期化する(S01)。即ち、ECU42は、燃料電池1の温度が目標温度初期値(例えば発電性能や
冷却性能等に基づいて規定される)になり、その後は、目標温度初期値が維持されるよう
に、温度検知センサ33から得られる冷却水の温度を参照しつつ、三方弁30の動作を制御する。
FIG. 2 is a flowchart showing an example of a first ion elution reduction process executed by the ECU 42. The process shown in FIG. 2 starts, for example, when the fuel cell 1 is activated. When the process shown in FIG. 2 is started, the ECU 42 initializes the target temperature of the fuel cell 1 (S01). That is, the ECU 42 detects the temperature of the fuel cell 1 so that the temperature of the fuel cell 1 becomes a target temperature initial value (for example, defined based on power generation performance, cooling performance, etc.), and thereafter the target temperature initial value is maintained. The operation of the three-way valve 30 is controlled while referring to the temperature of the cooling water obtained from 33.

次に、ECU42は、単位時間あたりのイオン濃度を検出する(S02)。即ち、ECU42は、イオン検知センサ41からのセンサ出力を得て、フッ素イオン検知センサで検知されたフッ素イオン濃度と、金属イオン検知センサで検知された金属イオン濃度とを検出する。   Next, the ECU 42 detects the ion concentration per unit time (S02). That is, the ECU 42 obtains the sensor output from the ion detection sensor 41 and detects the fluorine ion concentration detected by the fluorine ion detection sensor and the metal ion concentration detected by the metal ion detection sensor.

次に、ECU42は、単位時間あたりのイオン排出量を検出する(S03)。即ち、EC
U42は、ステップS02で得られたフッ素イオン濃度と、金属イオン濃度と、イオン検知センサ41からのセンサ出力に含まれる生成水の排出量とを用いて、フッ素イオン排出量と金属イオン排出量とをそれぞれ求める。
Next, the ECU 42 detects the ion discharge amount per unit time (S03). EC
U42 uses the fluorine ion concentration obtained in step S02, the metal ion concentration, and the generated water discharge amount contained in the sensor output from the ion detection sensor 41 to calculate the fluorine ion discharge amount and the metal ion discharge amount. For each.

次に、ECU42は、イオン濃度が所定の濃度規定値以上か否かを判定する(S04)。即ち、ECU42は、フッ素イオン濃度及び金属イオン濃度がそれぞれに対して用意された濃度規定値(本発明の「所定値」に相当)以上か否かを判定する。このとき、フッ素イオン濃度及び金属イオン濃度の少なくとも一方が濃度規定値以上であれば(S04;Yes)、処理をステップS06に進め、そうでなければ(S04;No)、処理をステップS05に進める。   Next, the ECU 42 determines whether or not the ion concentration is equal to or higher than a predetermined concentration regulation value (S04). That is, the ECU 42 determines whether or not the fluorine ion concentration and the metal ion concentration are equal to or higher than the concentration specified values (corresponding to the “predetermined value” of the present invention) prepared for each. At this time, if at least one of the fluorine ion concentration and the metal ion concentration is equal to or higher than the predetermined concentration value (S04; Yes), the process proceeds to step S06. Otherwise (S04; No), the process proceeds to step S05. .

ステップS05では、ECU42は、イオン排出量が所定の排出量規定値以上か否かを判定する(S05)。即ち、ECU42は、フッ素イオン排出量及び金属イオン排出量がそれぞれに対して用意された排出量規定値(本発明の「所定値」に相当)以上か否かを判定する。このとき、フッ素イオン排出量及び金属イオン排出量の少なくとも一方が排出量規定値以上であれば(S05;Yes)、処理をステップS06に進め、そうでなければ(S0
5;No)、処理をステップS02に戻す。
In step S05, the ECU 42 determines whether or not the ion discharge amount is equal to or greater than a predetermined discharge amount prescribed value (S05). That is, the ECU 42 determines whether or not the fluorine ion discharge amount and the metal ion discharge amount are equal to or larger than the discharge amount specified values (corresponding to the “predetermined value” of the present invention) prepared for each. At this time, if at least one of the fluorine ion discharge amount and the metal ion discharge amount is equal to or greater than the discharge amount prescribed value (S05; Yes), the process proceeds to step S06, and if not (S0
5; No), the process returns to step S02.

ステップS06では、ECU42は、燃料電池1の目標温度を変更する(低下させる)。即ち、ECU42は、ラジエータ28に制御信号を与えて、ラジエータ28が備えるファンの回転数を増加させる。また、ECU42は、可能であれば、三方弁30に制御信号を与え、ラジエータ28を流れる冷却水の量を増加させる。このようにして、ECU42は、冷却水の温度を下げて、燃料電池1が目標温度初期値よりも低い目標温度で発電を行うようにラジエータ28及び三方弁30の動作を制御する。   In step S06, the ECU 42 changes (decreases) the target temperature of the fuel cell 1. That is, the ECU 42 gives a control signal to the radiator 28 to increase the number of rotations of the fan included in the radiator 28. If possible, the ECU 42 gives a control signal to the three-way valve 30 to increase the amount of cooling water flowing through the radiator 28. In this manner, the ECU 42 controls the operation of the radiator 28 and the three-way valve 30 so that the temperature of the cooling water is lowered and the fuel cell 1 generates power at a target temperature lower than the target temperature initial value.

この変更後の目標温度は、固体高分子電解質膜からのフッ素の溶出を抑えることができると認められる温度(イオン濃度及び/又はイオン排出量が所定値以下である場合の目標
温度)で設定することができる。ここに、変更後の目標温度は、燃料電池1の目標温度が
イオン濃度や排出量が所定値以下である場合の或る目標温度になるように設定しても良く、イオン濃度や排出量が所定値以下である場合の目標温度の範囲において、或る目標温度よりも高い又は低い目標温度になるように設定しても良い。
The target temperature after this change is set at a temperature at which the elution of fluorine from the solid polymer electrolyte membrane can be suppressed (target temperature when the ion concentration and / or ion discharge amount is a predetermined value or less). be able to. Here, the target temperature after the change may be set so that the target temperature of the fuel cell 1 becomes a certain target temperature when the ion concentration or the discharge amount is a predetermined value or less. It may be set so that the target temperature is higher or lower than a certain target temperature in the range of the target temperature when it is equal to or lower than a predetermined value.

ステップS07では、ECU42は、イオン検知センサ41で検知される単位時間あたりのイオン濃度(フッ素イオン濃度及び金属イオン濃度)が濃度規定値未満か否かを判定し、そうであれば(S07;Yes)、当該処理を終了し、そうでなければ(S07;No)、処理をステップS08に進める。   In step S07, the ECU 42 determines whether or not the ion concentration (fluorine ion concentration and metal ion concentration) per unit time detected by the ion detection sensor 41 is less than the concentration specified value (S07; Yes). ), The process ends. If not (S07; No), the process proceeds to step S08.

ステップS08では、ECU42は、イオン検知センサ41で検知される単位時間あたりのイオン排出量(フッ素イオン排出量及び金属イオン排出量)が排出量規定値未満か否かを判定し、そうであれば(S08;Yes)、当該処理を終了し、そうでなければ(S08
;No)、処理をステップS06に戻す。
In step S08, the ECU 42 determines whether or not the ion discharge amount (fluorine ion discharge amount and metal ion discharge amount) per unit time detected by the ion detection sensor 41 is less than the discharge amount specified value. (S08; Yes), the process ends, otherwise (S08)
No), the process returns to step S06.

なお、二巡目以降のステップS06は、処理をスルーとして一回目のS06で変更された目標温度による運転が継続されるようにしても良く、前回のステップS06で設定した目標温度よりもさらに低い目標温度が設定されるようにしても良い。即ち、目標温度を急速に低下させても良く、徐々に又は次第に低下するようにしても良い。   In step S06 after the second round, the process may be continued and the operation at the target temperature changed in the first S06 may be continued, and is lower than the target temperature set in the previous step S06. A target temperature may be set. That is, the target temperature may be decreased rapidly or may be decreased gradually or gradually.

第1のイオン溶出低減処理が終了すると、ECU42が燃料電池1の目標温度を目標温度初期値に戻すように構成することが可能である。この場合、燃料電池1の温度の上昇によって、短い時間でイオン濃度やイオン排出量が目標温度を変更する規定値以上に成らな
いように、ステップS07やS08で使用される規定値は、ステップS04やS05で使用される規定値よりも低く設定されるのが好ましい。もちろん、ステップS07やS08で使用される規定値はステップS04やS05で使用される規定値と同じであっても良い。
When the first ion elution reduction process is completed, the ECU 42 can be configured to return the target temperature of the fuel cell 1 to the target temperature initial value. In this case, the specified values used in steps S07 and S08 are set to step S04 so that the ion concentration and the ion discharge amount do not exceed the specified values for changing the target temperature in a short time due to the temperature rise of the fuel cell 1. It is preferably set lower than the specified value used in S05. Of course, the specified values used in steps S07 and S08 may be the same as the specified values used in steps S04 and S05.

以上のような第1のイオン溶出低減処理において、ECU42は、イオン検知センサ41とともにイオン検出手段として機能し、且つ燃料電池1の目標温度調整手段として機能し、イオン濃度(フッ素イオン濃度及び金属イオン濃度)と、イオン排出量(フッ素イオン
排出量及び金属イオン排出量)との一方が対応する規定値以上である場合に、イオン濃度
や排出量が規定値以下になるように燃料電池1の目標温度を低下させる(目標温度を低い
温度に変更する)。即ち、燃料電池1の目標温度をイオン濃度や排出量が規定値以下であ
る場合の目標温度に変更することで、イオン濃度や排出量が規定値よりも高い場合の目標温度をイオン濃度や排出量が規定値以下である場合の目標温度と比べて低下させる。
In the first ion elution reduction process as described above, the ECU 42 functions as an ion detection unit together with the ion detection sensor 41 and also functions as a target temperature adjustment unit of the fuel cell 1, and the ion concentration (fluorine ion concentration and metal ion). Concentration) and ion discharge (fluorine ion discharge and metal ion discharge) are equal to or higher than the corresponding specified values, so that the target of the fuel cell 1 is such that the ion concentration and discharge are below the specified values. Reduce the temperature (change the target temperature to a lower temperature). In other words, by changing the target temperature of the fuel cell 1 to the target temperature when the ion concentration or the discharge amount is below the specified value, the target temperature when the ion concentration or the discharge amount is higher than the specified value is changed to the ion temperature or the discharge temperature. Reduce the amount compared to the target temperature when the amount is below the specified value.

これによって、燃料電池1の温度が低下し、燃料電池1の固体高分子電解質膜からのフッ素イオンやフッ素化合物の溶出が抑制される。フッ素イオンやフッ素化合物の溶出が抑制されることで、これらの燃料電池1からの排出量が減少し、これらと金属配管との反応量が低減する。これによって、金属イオンの溶出も抑制される。したがって、生成水に含まれるイオンの低減を図ることができる。   Thereby, the temperature of the fuel cell 1 is lowered, and elution of fluorine ions and fluorine compounds from the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell 1 is suppressed. By suppressing the elution of fluorine ions and fluorine compounds, the amount of discharge from these fuel cells 1 is reduced, and the amount of reaction between these and the metal piping is reduced. Thereby, elution of metal ions is also suppressed. Therefore, it is possible to reduce ions contained in the generated water.

第1のイオン溶出低減処理は、次のような変形が可能である。即ち、第1のイオン溶出低減処理は、イオン濃度に係る処理(ステップS02,S04,及びS07)と、イオン排出量に係る処理(ステップS03,S05,S08)との双方を行うようにしているが、一方のみが行われるようにしても良い。イオン濃度に係る処理が省略される場合には、図2のステップS04及びS07が省略される。   The first ion elution reduction process can be modified as follows. That is, in the first ion elution reduction process, both the process related to the ion concentration (steps S02, S04, and S07) and the process related to the ion discharge amount (steps S03, S05, S08) are performed. However, only one of them may be performed. When the process related to the ion concentration is omitted, steps S04 and S07 in FIG. 2 are omitted.

一方、イオン排出量に係る処理が省略される場合には、図2のステップS05及びS08が省略され、且つステップS04及びS07のNo判定において、処理がそれぞれステップS02、S06に戻るように変形される。イオン排出量に係る処理が省略される場合には、イオン検知センサ41から流量検知センサを省略することができる。   On the other hand, when the process related to the ion emission amount is omitted, steps S05 and S08 in FIG. 2 are omitted, and the process returns to steps S02 and S06 in the determinations of No in steps S04 and S07, respectively. The When the process related to the ion discharge amount is omitted, the flow rate detection sensor can be omitted from the ion detection sensor 41.

また、第1のイオン溶出低減処理は、イオン濃度及びイオン排出量の双方が規定値以上であることを条件として目標温度が変更されるように変形することができる。この場合、例えば、図2のステップS04のYes判定で処理がステップS02に戻るように変形される。さらに、ステップS07のYes判定において、処理がステップS06に戻るように変形することもできる。   Further, the first ion elution reduction process can be modified such that the target temperature is changed on condition that both the ion concentration and the ion discharge amount are equal to or higher than the specified values. In this case, for example, the process is modified so that the process returns to step S02 in the Yes determination of step S04 in FIG. Furthermore, in Yes determination of step S07, it can also deform | transform so that a process may return to step S06.

また、第1のイオン溶出低減処理は、フッ素イオン及び金属イオンの濃度や排出量を対象としているが、フッ素イオンと金属イオンとの一方のみを対象とするように変形することができる。   In addition, the first ion elution reduction processing is intended for the concentration and discharge amount of fluorine ions and metal ions, but can be modified so as to target only one of fluorine ions and metal ions.

また、第1のイオン溶出低減処理は、単位時間あたりのイオン濃度やイオン排出量の累計値の一方又は双方がそれぞれの累計値に対応する規定値以上になった場合に、燃料電池1の目標温度を低下させるように構成されていても良い。   The first ion elution reduction process is performed when the one or both of the cumulative values of the ion concentration and the ion discharge amount per unit time are equal to or more than the specified values corresponding to the cumulative values. It may be configured to reduce the temperature.

ところで、外気温が高い地域での高負荷定常運転等、燃料電池1の運転条件によっては冷却水による冷却能力が足りず、燃料電池1の温度が一時的に目標温度を超えてしまうことがある。図1に示す燃料電池システムは、燃料ガスが燃料電池1を経由して循環する水素循環系を有している。燃料電池1の温度が高温になると、水素循環系を循環する燃料ガスの温度も高くなる。すると、燃料電池1から排出される燃料ガス中の生成水に含まれる
フッ素化合物やフッ素イオンが水素循環系を構成する配管5,7等の金属配管と反応する速度が速くなる。これによって、単位時間あたりの金属イオンの溶出量が多くなる可能性がある。
By the way, depending on the operating conditions of the fuel cell 1 such as high-load steady operation in a region where the outside air temperature is high, the cooling capacity by the cooling water is insufficient, and the temperature of the fuel cell 1 may temporarily exceed the target temperature. . The fuel cell system shown in FIG. 1 has a hydrogen circulation system in which fuel gas circulates through the fuel cell 1. When the temperature of the fuel cell 1 becomes high, the temperature of the fuel gas circulating in the hydrogen circulation system also becomes high. Then, the rate at which fluorine compounds and fluorine ions contained in the generated water in the fuel gas discharged from the fuel cell 1 react with metal pipes such as the pipes 5 and 7 constituting the hydrogen circulation system is increased. This may increase the amount of metal ions eluted per unit time.

このような問題に鑑み、図1に示す燃料電池システムは、燃料電池1から排出される燃料ガスの温度を検知する温度検知センサ43と、燃料電池1から排出される燃料ガスを冷却する燃料ガス冷却器としての冷却器4と、冷却器4により冷却された燃料ガスの温度を検知する温度検知センサ44と、温度検知センサ43及び44とともに燃料ガス冷却器制御手段として機能し、冷却器4の動作を制御するECU42とを備えている。   In view of such problems, the fuel cell system shown in FIG. 1 includes a temperature detection sensor 43 that detects the temperature of the fuel gas discharged from the fuel cell 1 and a fuel gas that cools the fuel gas discharged from the fuel cell 1. The cooler 4 as a cooler, the temperature detection sensor 44 for detecting the temperature of the fuel gas cooled by the cooler 4, and the temperature detection sensors 43 and 44 function as fuel gas cooler control means. ECU42 which controls operation | movement.

ECU42は、CPUによるプログラムの実行によって、温度検知センサ43及び44からの燃料ガスの温度を示すセンサ出力信号に基づいて冷却器4の動作を制御する第2のイオン溶出低減処理を行う。   The ECU 42 performs a second ion elution reduction process for controlling the operation of the cooler 4 based on a sensor output signal indicating the temperature of the fuel gas from the temperature detection sensors 43 and 44 by executing a program by the CPU.

図3は、ECU42による第2のイオン溶出低減処理の例を示すフローチャートである。第2のイオン溶出低減処理は、例えば、燃料電池1の起動によって開始される。当該処理の開始時では、冷却器4は停止状態(オフ状態)にある。   FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of the second ion elution reduction process performed by the ECU 42. The second ion elution reduction process is started, for example, by starting the fuel cell 1. At the start of the process, the cooler 4 is in a stopped state (off state).

第2のイオン溶出低減処理が開始すると、ECU42は、燃料電池1の目標温度の初期化を行う(S11)。即ち、ECU42は、目標温度初期値で燃料電池1が運転されるように、三方弁30の制御を行う。   When the second ion elution reduction process starts, the ECU 42 initializes the target temperature of the fuel cell 1 (S11). That is, the ECU 42 controls the three-way valve 30 so that the fuel cell 1 is operated at the target temperature initial value.

次に、ECU42は、温度検知センサ43で検知される燃料ガスの温度(温度T1)を検出する(S12)。続いて、ECU42は、温度T1が所定の第1の温度規定値(規定値1)以上か否かを判定する(S13)。このとき、温度T1が規定値1以上であれば(S13;
Yes)、ECU42は処理をステップS14に進め、そうでなければ(S13;No)、
処理をステップS12に戻す。
Next, the ECU 42 detects the temperature (temperature T1) of the fuel gas detected by the temperature detection sensor 43 (S12). Subsequently, the ECU 42 determines whether or not the temperature T1 is equal to or higher than a predetermined first temperature specified value (specified value 1) (S13). At this time, if the temperature T1 is not less than the specified value 1 (S13;
Yes), the ECU 42 proceeds with the process to step S14; otherwise (S13; No),
The process returns to step S12.

ステップS14では、ECU42は、冷却器4に作動信号を与えて冷却器4を作動状態(オン状態)にする。そして、ECU42は、燃料ガスの温度が所定の燃料ガス目標温度に低下するように、冷却器4を制御する。   In step S14, the ECU 42 gives an operation signal to the cooler 4 to place the cooler 4 in an operating state (on state). Then, the ECU 42 controls the cooler 4 so that the temperature of the fuel gas is lowered to a predetermined fuel gas target temperature.

即ち、ECU42は、温度検知センサ44で検知される燃料ガスの温度(温度T2)が所定の第2の温度規定値(規定値2)未満か否かを判断し(S15)、温度T2が規定値2未満になるまで冷却器4による冷却動作を継続させる(S14〜S15のループ処理)。温度T2が規定値2未満になると(S15;Yes)、冷却器4をオフにする(S16)。その後、当該処理が終了する。   That is, the ECU 42 determines whether or not the temperature (temperature T2) of the fuel gas detected by the temperature detection sensor 44 is less than a predetermined second temperature specified value (specified value 2) (S15), and the temperature T2 is specified. The cooling operation by the cooler 4 is continued until the value becomes less than 2 (loop processing of S14 to S15). When the temperature T2 becomes less than the specified value 2 (S15; Yes), the cooler 4 is turned off (S16). Thereafter, the process ends.

第2のイオン溶出低減処理によると、ECU42は、燃料電池1から排出される燃料ガスの温度が規定値1以上になると、冷却器4を作動させて燃料ガスの冷却を行い、水素循環系を流れる燃料ガスの温度が目標温度まで低下するように制御を行う。水素循環系を流れる燃料ガスの温度が低下することで、水素循環系に存在するフッ素化合物やフッ素イオンと配管5,7等を構成する金属との反応速度を抑えることができる。これによって、金属イオンの溶出量の低減を図ることができる。   According to the second ion elution reduction process, the ECU 42 operates the cooler 4 to cool the fuel gas when the temperature of the fuel gas discharged from the fuel cell 1 reaches a specified value 1 or more, and Control is performed so that the temperature of the flowing fuel gas decreases to the target temperature. By reducing the temperature of the fuel gas flowing through the hydrogen circulation system, the reaction rate between the fluorine compound and fluorine ions present in the hydrogen circulation system and the metal constituting the pipes 5 and 7 can be suppressed. As a result, the amount of metal ions eluted can be reduced.

また、金属イオンが燃料ガスの循環によって燃料電池1に侵入すると、フッ素イオンやフッ素化合物の溶出量が増えることがある。これに対し、第2のイオン溶出低減処理によれば、フッ素化合物やフッ素イオンと金属との反応速度を抑制することで、金属イオンの溶出を抑制するので、金属イオンが循環する燃料ガスとともに燃料電池1に侵入することを抑制することができる。   Further, when metal ions enter the fuel cell 1 by circulation of the fuel gas, the elution amount of fluorine ions and fluorine compounds may increase. On the other hand, according to the second ion elution reduction process, since the elution of metal ions is suppressed by suppressing the reaction rate between the fluorine compound or fluorine ions and the metal, the fuel is combined with the fuel gas in which the metal ions circulate. Intrusion into the battery 1 can be suppressed.

なお、第2のイオン溶出低減処理は、第1のイオン溶出低減処理から独立に行われる。但し、ステップS11の処理を、図2のステップS01の処理と共通化することができる。また、図3では、第2のイオン溶出低減処理は、ステップS16の後で終了するように構成されているが、その後、処理がステップS12に戻り、ステップS12とS13のループ処理が継続されるようにしても良い。また、冷却器4は、できるだけ燃料電池1の燃料出口の近くに設けられるようにするのが好ましい。   Note that the second ion elution reduction process is performed independently of the first ion elution reduction process. However, the process of step S11 can be made common with the process of step S01 of FIG. In FIG. 3, the second ion elution reduction process is configured to end after step S <b> 16, but then the process returns to step S <b> 12 and the loop process of steps S <b> 12 and S <b> 13 is continued. You may do it. The cooler 4 is preferably provided as close as possible to the fuel outlet of the fuel cell 1.

上述した第1及び第2のイオン溶出低減処理に係る構成は、酸化剤極で生成された生成水が固体高分子電解質膜を通って燃料極に移動するときに、生成水中にフッ素化合物やフッ素イオンが溶出することに着目してなされたものである。ここで、燃料極での反応により固体高分子電解質膜を通って酸化剤極に移動する水素イオンは、水と一体になって酸化剤極に移動することが知られている。したがって、フッ素化合物やフッ素イオンが溶出した生成水が、酸化剤極に到達し、酸化剤ガスとともに燃料電池1の外部(配管15)に排出され、金属製の配管15や17と反応して金属イオンが溶出する可能性がある。また、燃料電池1の温度上昇に伴って酸素循環系を循環する酸化剤ガスの温度が上昇し、フッ素化合物やフッ素イオンと金属(例えば配管15,17)との反応速度が速まることで、金属イオンの溶出量が増加する可能性もある。   In the configuration related to the first and second ion elution reduction processes described above, when the generated water generated at the oxidizer electrode moves to the fuel electrode through the solid polymer electrolyte membrane, the generated water contains a fluorine compound or fluorine. This is made by paying attention to the elution of ions. Here, it is known that hydrogen ions that move to the oxidant electrode through the solid polymer electrolyte membrane by the reaction at the fuel electrode move to the oxidant electrode together with water. Therefore, the generated water from which the fluorine compound and fluorine ions are eluted reaches the oxidant electrode, is discharged together with the oxidant gas to the outside (pipe 15) of the fuel cell 1, and reacts with the metal pipes 15 and 17 to form metal. Ions may elute. Further, as the temperature of the fuel cell 1 rises, the temperature of the oxidant gas circulating in the oxygen circulation system rises, and the reaction rate between the fluorine compound or fluorine ion and the metal (for example, the pipes 15 and 17) increases, thereby increasing the There is also a possibility that the amount of ions eluted increases.

この問題に対し、図1に示すように、酸素循環系に配置された気液分離器16で分離された生成水中のイオンを検知するイオン検知センサ51と、燃料電池1から排出された酸化剤ガスの温度を検知する温度検知センサ53と、酸化剤ガスを冷却する冷却器14と、冷却器4で冷却された酸化剤ガスの温度を検知する温度検知センサ54とを用意する。これらは、水素循環系に設けられたイオン検知センサ41,冷却器4,温度検知センサ43及び44と同じ構成を適用することができる。そして、ECU42が、上述した第1及び第2のイオン溶出低減処理と同様の処理をイオン検知センサ51,冷却器14,温度検知センサ53及び54を用いて行うように構成することができる。   To solve this problem, as shown in FIG. 1, an ion detection sensor 51 that detects ions in the generated water separated by the gas-liquid separator 16 disposed in the oxygen circulation system, and an oxidant discharged from the fuel cell 1. A temperature detection sensor 53 for detecting the temperature of the gas, a cooler 14 for cooling the oxidant gas, and a temperature detection sensor 54 for detecting the temperature of the oxidant gas cooled by the cooler 4 are prepared. These can apply the same structure as the ion detection sensor 41, the cooler 4, and the temperature detection sensors 43 and 44 provided in the hydrogen circulation system. And ECU42 can be comprised so that the process similar to the 1st and 2nd ion elution reduction process mentioned above may be performed using the ion detection sensor 51, the cooler 14, and the temperature detection sensors 53 and 54. FIG.

即ち、ECU42がイオン検知センサ51とともにイオン検出手段として機能し、且つ目標温度調整手段として機能したり、温度検知センサ53及び54とともに、酸化剤ガス冷却器としての冷却器14の動作を制御する酸化剤ガス冷却器制御手段として機能したりすることによって、金属イオンの溶出量を低減でき、酸素循環系を通じて金属イオンが燃料電池1の内部に侵入することを防止することができる。   That is, the ECU 42 functions as an ion detection means together with the ion detection sensor 51 and functions as a target temperature adjustment means, or an oxidation that controls the operation of the cooler 14 as an oxidant gas cooler together with the temperature detection sensors 53 and 54. By functioning as agent gas cooler control means, the amount of elution of metal ions can be reduced, and metal ions can be prevented from entering the fuel cell 1 through the oxygen circulation system.

但し、本発明は、燃料供給系と酸化剤供給系との双方に上述したような構成を持つことが必須の要件となるものではない。上記した生成水と金属との反応速度を抑える構成は、燃料供給系と酸化剤供給系との一方のみに設けることができる。   However, in the present invention, it is not an essential requirement that both the fuel supply system and the oxidant supply system have the above-described configuration. The configuration for suppressing the reaction rate between the generated water and the metal can be provided only in one of the fuel supply system and the oxidant supply system.

上述した実施形態の構成は、本発明の目的を逸脱しない範囲で適宜組み合わせることができる。   The configurations of the above-described embodiments can be appropriately combined without departing from the object of the present invention.

図1は、本発明による燃料電池システムの実施形態の構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an embodiment of a fuel cell system according to the present invention. 図2は、本発明の実施形態における第1のイオン溶出低減処理の例を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing an example of a first ion elution reduction process in the embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施形態における第2のイオン溶出低減処理の例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing an example of a second ion elution reduction process in the embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 固体高分子電解質型燃料電池
4,14 冷却器
28 ラジエータ
30 三方弁
41,51 イオン検知センサ
42 ECU
33,43,44,53,54 温度検知センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid polymer electrolyte fuel cell 4,14 Cooler 28 Radiator 30 Three-way valve 41,51 Ion detection sensor 42 ECU
33, 43, 44, 53, 54 Temperature detection sensor

Claims (2)

固体高分子電解質型燃料電池と、
前記固体高分子電解質型燃料電池で生成される生成水に含まれるイオン濃度及び/又はイオン排出量を検出するイオン検出手段と、
前記イオン検出手段により検出されるイオン濃度及び/又はイオン排出量が所定値よりも高い場合に、前記固体高分子電解質型燃料電池の目標温度を前記イオン濃度及び/又はイオン排出量が所定値以下である場合の目標温度と比べて低下させる目標温度調整手段と、
一部が金属配管で構成された前記固体高分子電解質型燃料電池に供給される燃料ガスの循環経路と、
前記燃料ガスの循環経路に設けられる燃料ガス冷却器と、
前記金属配管を流れる前記生成水を含む燃料ガスの温度が、前記生成水に含まれるイオンと前記燃料ガスの循環経路を構成する金属との反応速度を抑える所定温度以下になるように前記冷却器を制御する燃料ガス冷却器制御手段と、
を備えることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池システム。
A solid polymer electrolyte fuel cell;
An ion detection means for detecting an ion concentration and / or an ion discharge amount contained in produced water produced by the solid polymer electrolyte fuel cell;
When the ion concentration and / or ion discharge amount detected by the ion detection means is higher than a predetermined value, the target temperature of the solid polymer electrolyte fuel cell is set to be equal to or lower than the predetermined value. A target temperature adjusting means for lowering the target temperature in the case of
A circulation path of a fuel gas supplied to the solid polymer electrolyte fuel cell partly composed of metal piping;
A fuel gas cooler provided in a circulation path of the fuel gas;
The cooler so that the temperature of the fuel gas containing the generated water flowing through the metal pipe is equal to or lower than a predetermined temperature that suppresses the reaction rate between the ions contained in the generated water and the metal constituting the circulation path of the fuel gas . A fuel gas cooler control means for controlling
A solid polymer electrolyte fuel cell system comprising:
固体高分子電解質型燃料電池と、
前記固体高分子電解質型燃料電池で生成される生成水に含まれるイオン濃度及び/又はイオン排出量を検出するイオン検出手段と、
前記イオン検出手段により検出されるイオン濃度及び/又はイオン排出量が所定値よりも高い場合に、前記固体高分子電解質型燃料電池の目標温度を前記イオン濃度及び/又はイオン排出量が所定値以下である場合の目標温度と比べて低下させる目標温度調整手段と、
一部が金属配管で構成された前記固体高分子電解質型燃料電池に供給される酸化剤ガスの循環経路と、
前記酸化剤ガスの循環経路に設けられる酸化剤ガス冷却器と、
前記金属配管を流れる前記生成水を含む酸化剤ガスの温度が、前記生成水に含まれるイオンと前記酸化剤ガスの循環経路を構成する金属との反応速度を抑える所定温度以下になるように前記酸化剤ガス冷却器を制御する酸化剤ガス冷却器制御手段と、
を備えることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池システム。
A solid polymer electrolyte fuel cell;
An ion detection means for detecting an ion concentration and / or an ion discharge amount contained in produced water produced by the solid polymer electrolyte fuel cell;
When the ion concentration and / or ion discharge amount detected by the ion detection means is higher than a predetermined value, the target temperature of the solid polymer electrolyte fuel cell is set to be equal to or lower than the predetermined value. A target temperature adjusting means for lowering the target temperature in the case of
A circulation path of an oxidant gas supplied to the solid polymer electrolyte fuel cell, a part of which is composed of metal piping;
An oxidant gas cooler provided in the circulation path of the oxidant gas;
The temperature of the oxidant gas including the generated water flowing through the metal pipe is set to be equal to or lower than a predetermined temperature that suppresses a reaction rate between ions included in the generated water and a metal constituting the circulation path of the oxidant gas. An oxidant gas cooler control means for controlling the oxidant gas cooler;
A solid polymer electrolyte fuel cell system comprising:
JP2004152129A 2004-05-21 2004-05-21 Solid polymer electrolyte fuel cell system Expired - Fee Related JP4843909B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004152129A JP4843909B2 (en) 2004-05-21 2004-05-21 Solid polymer electrolyte fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004152129A JP4843909B2 (en) 2004-05-21 2004-05-21 Solid polymer electrolyte fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005332768A JP2005332768A (en) 2005-12-02
JP4843909B2 true JP4843909B2 (en) 2011-12-21

Family

ID=35487248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004152129A Expired - Fee Related JP4843909B2 (en) 2004-05-21 2004-05-21 Solid polymer electrolyte fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4843909B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4952114B2 (en) * 2006-07-26 2012-06-13 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP2008047392A (en) * 2006-08-14 2008-02-28 Japan Aerospace Exploration Agency Fuel cell system
JP7067496B2 (en) * 2019-01-22 2022-05-16 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58112262A (en) * 1981-12-25 1983-07-04 Toshiba Corp Temperature controller
JPS62115670A (en) * 1985-11-15 1987-05-27 Toshiba Corp Fuel cell power generating plant
JPS62150663A (en) * 1985-12-25 1987-07-04 Hitachi Ltd How to operate a fuel cell power generation system
JPH01248477A (en) * 1988-03-30 1989-10-04 Hitachi Ltd Control of anode inlet gas temperature
JPH07240220A (en) * 1994-02-28 1995-09-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Fuel cell system
JP3605167B2 (en) * 1995-01-26 2004-12-22 三菱重工業株式会社 Polymer electrolyte fuel cell system
JPH09180743A (en) * 1995-12-22 1997-07-11 Fuji Electric Co Ltd Polymer electrolyte fuel cell
JP2000208157A (en) * 1999-01-14 2000-07-28 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell operation system
JP3695309B2 (en) * 2000-11-02 2005-09-14 松下電器産業株式会社 Polymer electrolyte fuel cell system and operation method thereof
JP2002343390A (en) * 2001-05-10 2002-11-29 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2003031244A (en) * 2001-07-13 2003-01-31 Honda Motor Co Ltd Gas circulation system for fuel cell and gas circulation device for fuel cell
JP4289653B2 (en) * 2002-09-19 2009-07-01 株式会社豊田中央研究所 Method and system for operating polymer electrolyte fuel cell
JP2004127550A (en) * 2002-09-30 2004-04-22 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Operating method of fuel cell system and fuel cell system
JP4459518B2 (en) * 2002-09-30 2010-04-28 株式会社豊田中央研究所 Method and system for operating polymer electrolyte fuel cell
JP2005228591A (en) * 2004-02-13 2005-08-25 Toyota Motor Corp Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005332768A (en) 2005-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6308189B2 (en) Fuel cell system
JP5083587B2 (en) Fuel cell system and temperature adjustment method thereof
JP2019114351A (en) Fuel cell system and control method thereof
JP2008117776A (en) Feedback-based control of pem fuel cell for high temperature protection
JP4644064B2 (en) Fuel cell system
JP4467415B2 (en) Fuel cell system
JP2009076243A (en) Fuel cell system
JP4843909B2 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell system
JP2019129062A (en) Device and method for controlling fuel battery
JP2018098193A (en) Fuel cell system
JP5239112B2 (en) Fuel cell system
US20230378498A1 (en) Fuel cell system
JP5721451B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
EP4084164A2 (en) Fuel cell system and flying object including the fuel cell system
JP2007328972A (en) Fuel cell system
JP2010080251A (en) Fuel cell system and method for controlling the same
JP2010044905A (en) Fuel cell system, and fuel cell control method
JP2021125443A (en) Fuel battery system
JP2006147313A (en) Fuel cell system
JP4802486B2 (en) Fuel cell system
JP2020126789A (en) Fuel cell system
JP5380935B2 (en) Fuel cell system
US20240047712A1 (en) Cooling system for fuel cell
JP7067496B2 (en) Fuel cell system
JP2008016217A (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070511

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101224

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110111

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110913

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110926

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141021

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4843909

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141021

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees