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JP5062215B2 - In-vehicle fuel cell system and control method thereof - Google Patents
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JP5062215B2 - In-vehicle fuel cell system and control method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system for vehicle that is mounted on a vehicle in a saved space and in a light weight. <P>SOLUTION: A pump 410 to be used for circulating a hydrogen gas in a normal operation is used for a low temperature operation for extracting a hydrogen gas from a hydrogen storage alloy tank 200. One pump is used for a circulating and extracting hydrogen and a space for mounting on a vehicle can be saved and a weight can be made lighter. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載するのに好適な車載用燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to an in-vehicle fuel cell system suitable for being mounted on a vehicle such as an automobile.

高圧水素ガスタンクや水素吸蔵合金タンクなどからの水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池は、エネルギ効率が高いので、電気自動車などの動力源として有望である。   A fuel cell that generates electric power upon receiving supply of hydrogen gas from a high-pressure hydrogen gas tank or a hydrogen storage alloy tank is highly promising as a power source for electric vehicles and the like because of its high energy efficiency.

しかしながら、このような燃料電池を車両の動力源として用いる場合、燃料電池は勿論のこと、上記した高圧水素ガスタンクもしくは水素吸蔵合金タンクなどの水素ガス供給源や、これら水素ガス供給源から燃料電池に水素ガスを送りこむための水素ガス流路などを含む燃料電池システムを、車両に搭載する必要がある。   However, when such a fuel cell is used as a power source for a vehicle, not only the fuel cell but also a hydrogen gas supply source such as the above-described high-pressure hydrogen gas tank or hydrogen storage alloy tank, and the hydrogen gas supply source to the fuel cell are used. It is necessary to mount a fuel cell system including a hydrogen gas passage for feeding hydrogen gas on a vehicle.

特開平7−192743号公報JP-A-7-192743

燃料電池システムを車両に搭載する場合、できる限り省スペースで、できる限り軽重量で搭載できることが好ましい。また、可燃性の高い水素ガスを扱うため、高い安全性を確保する必要もある。   When the fuel cell system is mounted on a vehicle, it is preferable that the fuel cell system can be mounted with the smallest possible space and the smallest possible space. Moreover, in order to handle highly flammable hydrogen gas, it is necessary to ensure high safety.

そこで、本発明の目的は、上記した課題を解決し、車両に省スペース,軽重量で搭載することができ、しかも、高い安全性を確保することができる車載用燃料電池システムを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an in-vehicle fuel cell system that can solve the above-described problems and can be mounted on a vehicle with a small space and light weight, and can also ensure high safety. is there.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
本発明の形態の1つは、貯蔵された水素ガスを所定の圧力でもって放出することが可能な水素ガス貯蔵部と、該水素ガス貯蔵部から放出された前記水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス貯蔵部の放出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に位置する特定箇所から、前記車両の外部に向かって延びる第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能なリリーフバルブと、
を備え、
前記リリーフバルブは、該リリーフバルブより前記特定箇所側の流路内に存在する前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記第1の流路から前記第2の流路を介して外部に排出させ、
前記第2の流路の排出口は、排出する前記水素ガスが路面に向かうように、配置されていることを特徴とする。
本発明の第1適用例の燃料電池システムは、貯蔵された水素ガスを所定の圧力でもって放出することが可能な水素ガス貯蔵部と、該水素ガス貯蔵部から放出された前記水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス貯蔵部の放出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に位置する特定箇所から、前記車両の外部に向かって延びる第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能なリリーフバルブと、
を備え、
前記リリーフバルブは、該リリーフバルブより前記特定箇所側の流路内に存在する前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記第1の流路から前記第2の流路を介して外部に排出させることを要旨とする。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
One embodiment of the present invention is a hydrogen gas storage unit capable of releasing stored hydrogen gas at a predetermined pressure, and an electric power received from the supply of the hydrogen gas released from the hydrogen gas storage unit. An in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path connecting the discharge port of the hydrogen gas storage unit and the supply port of the fuel cell, and supplying the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit to the fuel cell; ,
At least one decompression unit disposed in the first flow path to reduce the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
A second channel extending toward the outside of the vehicle from a specific location located between the decompression unit and the fuel cell supply port in the first channel;
A relief valve disposed in the second flow path and capable of flowing and stopping gas by opening and closing;
With
The relief valve is opened when the pressure of the hydrogen gas existing in the flow path on the specific location side of the relief valve exceeds a reference pressure, and the hydrogen gas is removed from the first flow path through the first flow path. 2 to the outside through the flow path,
The discharge port of the second flow path is arranged so that the hydrogen gas to be discharged is directed to the road surface.
A fuel cell system according to a first application example of the present invention includes a hydrogen gas storage unit capable of releasing stored hydrogen gas at a predetermined pressure, and supply of the hydrogen gas released from the hydrogen gas storage unit. A fuel cell system for generating electric power upon receipt of the fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path connecting the discharge port of the hydrogen gas storage unit and the supply port of the fuel cell, and supplying the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit to the fuel cell; ,
At least one decompression unit disposed in the first flow path to reduce the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
A second channel extending toward the outside of the vehicle from a specific location located between the decompression unit and the fuel cell supply port in the first channel;
A relief valve disposed in the second flow path and capable of flowing and stopping gas by opening and closing;
With
The relief valve is opened when the pressure of the hydrogen gas existing in the flow path on the specific location side of the relief valve exceeds a reference pressure, and the hydrogen gas is removed from the first flow path through the first flow path. The gist is to discharge to the outside through the two flow paths.

このように、第1適用例の車載用燃料電池システムでは、水素ガスの圧力が基準圧力を上回った場合に、リリーフバルブが開いて、その圧力の高い水素ガスを外部に排出させる。 As described above, in the in-vehicle fuel cell system according to the first application example , when the pressure of the hydrogen gas exceeds the reference pressure, the relief valve is opened to discharge the hydrogen gas having a high pressure to the outside.

従って、第1適用例の車載用燃料電池システムによれば、減圧部が故障するなどの異常が生じ、水素ガスの圧力が異常に高くなったとしても、直ちにその水素ガスは外部に排出されるため、燃料電池に不具合が生じる恐れがなく、高い安全性を確保することができる。 Therefore, according to the on-vehicle fuel cell system of the first application example , even if an abnormality such as a failure of the decompression unit occurs and the hydrogen gas pressure becomes abnormally high, the hydrogen gas is immediately discharged to the outside. Therefore, there is no fear that the fuel cell will fail, and high safety can be ensured.

本発明の第1適用例の燃料電池システムにおいて、前記第2の流路の排出口は、排出する前記水素ガスが路面に向かうように、配置されていることが好ましい。 In the fuel cell system according to the first application example of the present invention, it is preferable that the discharge port of the second flow path is arranged so that the hydrogen gas to be discharged is directed to the road surface.

このように配置することにより、排出した水素ガスが車両内の一定の場所に溜まることがなく、さらに高い安全性を得ることができる。   By arranging in this way, the discharged hydrogen gas does not accumulate in a certain place in the vehicle, and higher safety can be obtained.

本発明の第2適用例の車載用燃料電池システムは、水素ガスを供給するための水素ガス供給部と、該水素ガス供給部から送出される前記水素ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、残った前記水素ガスを排出する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における特定箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、前記燃料電池から排出される前記水素ガスに含まれる水分を、液体と気体とに分離して、液体のみを除去する気液分離部と、
を備えることを要旨とする。
A vehicle-mounted fuel cell system according to a second application example of the present invention generates a power by receiving a supply of hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply unit for supplying hydrogen gas and the hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply unit. A fuel cell for discharging the remaining hydrogen gas, and an in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path for connecting the supply port of the hydrogen gas supply unit and the supply port of the fuel cell and supplying the fuel cell with the hydrogen gas sent from the hydrogen gas supply unit; ,
A second flow that connects between the discharge port of the fuel cell and a specific location in the first flow path, and flows the hydrogen gas discharged from the fuel cell and returns it to the first flow path. Road,
A gas-liquid separation unit that is disposed in the second flow path and separates the water contained in the hydrogen gas discharged from the fuel cell into a liquid and a gas and removes only the liquid;
It is a summary to provide.

燃料電池から排出される水素オフガスは、ウェットで、かなり多くの水分を含んでいる。そこで、第2適用例の車載用燃料電池システムでは、第2の流路中に配置された気液分離部によって、この水素ガスに含まれる水分を、液体と気体とに分離して、液体のみを除去するようにしている。 The hydrogen off-gas discharged from the fuel cell is wet and contains a considerable amount of moisture. Therefore, in the in-vehicle fuel cell system of the second application example , the gas-liquid separation unit arranged in the second flow path separates the moisture contained in the hydrogen gas into a liquid and a gas, and only the liquid To be removed.

従って、第2適用例の車載用燃料電池システムによれば、水素ガスが循環して燃料電池に供給された際に、含まれる水分が気液混合体として供給されることがなく、燃料電池の発電動作に支障をきたす恐れがない。 Therefore, according to the on-vehicle fuel cell system of the second application example , when hydrogen gas is circulated and supplied to the fuel cell, the contained water is not supplied as a gas-liquid mixture, and the fuel cell system There is no risk of disturbing the power generation operation.

本発明の第3適用例の車載用燃料電池システムは、水素ガスを供給するための水素ガス供給部と、該水素ガス供給部から送出される前記水素ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、残った前記水素ガスを排出する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における特定箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、
前記第1の流路中における前記特定箇所と前記燃料電池の供給口との間に配置され、前記水素ガスに含まれる水分を、液体と気体とに分離して、液体のみを除去する気液分離部と、
を備えることを要旨とする。
An in-vehicle fuel cell system according to a third application example of the present invention generates a power by receiving a supply of hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply unit for supplying hydrogen gas and the hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply unit. A fuel cell for discharging the remaining hydrogen gas, and an in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path for connecting the supply port of the hydrogen gas supply unit and the supply port of the fuel cell and supplying the fuel cell with the hydrogen gas sent from the hydrogen gas supply unit; ,
A second flow that connects between the discharge port of the fuel cell and a specific location in the first flow path, and flows the hydrogen gas discharged from the fuel cell and returns it to the first flow path. Road,
A gas-liquid that is disposed between the specific location in the first flow path and the supply port of the fuel cell and separates the water contained in the hydrogen gas into a liquid and a gas and removes only the liquid. A separation unit;
It is a summary to provide.

第1の流路内を流れる水素ガスの温度が低い場合、循環により、その水素ガスと、第2の流路から戻された水素ガスとが混合されると、水素ガスに含まれていた水分が凝縮してしまい、気液混合体になって燃料電池に供給される恐れがある。そこで、第3適用例の車載用燃料電池システムでは、第1の流路中の特定箇所より燃料電池側、即ち、水素ガス同士が混合される部分に配置された気液分離部によって、水素ガスに含まれる水分を、液体と気体とに分離して、液体のみを除去するようにしている。 When the temperature of the hydrogen gas flowing in the first flow path is low, when the hydrogen gas and the hydrogen gas returned from the second flow path are mixed by circulation, the moisture contained in the hydrogen gas May condense and become a gas-liquid mixture and be supplied to the fuel cell. Therefore, in the in-vehicle fuel cell system according to the third application example , the hydrogen gas is separated by the gas-liquid separation unit disposed on the fuel cell side from the specific location in the first flow path, that is, the portion where the hydrogen gas is mixed. The water contained in is separated into a liquid and a gas, and only the liquid is removed.

従って、第3適用例の車載用燃料電池システムによれば、水素ガスが燃料電池に供給される際に、含まれる水分が気液混合体として供給されることがなく、燃料電池の発電動作に支障をきたす恐れがない。 Therefore, according to the on-vehicle fuel cell system of the third application example , when hydrogen gas is supplied to the fuel cell, the contained moisture is not supplied as a gas-liquid mixture, and the fuel cell power generation operation is performed. There is no risk of hindrance.

本発明の第4適用例の車載用燃料電池システムは、貯蔵された水素ガスを所定の圧力でもって放出することが可能な水素ガス貯蔵部と、該水素ガス貯蔵部から放出された前記水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス貯蔵部の放出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に配置され、前記第1の流路を流れる前記水素ガスの温度を上げる昇温部と、
を備えることを要旨とする。
A vehicle-mounted fuel cell system according to a fourth application example of the present invention includes a hydrogen gas storage unit capable of releasing stored hydrogen gas at a predetermined pressure, and the hydrogen gas released from the hydrogen gas storage unit. A fuel cell system that generates electric power upon receipt of the supply, and is a vehicle-mounted fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path connecting the discharge port of the hydrogen gas storage unit and the supply port of the fuel cell, and supplying the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit to the fuel cell; ,
At least one decompression unit disposed in the first flow path to reduce the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
A temperature raising unit that is disposed between the pressure reducing unit in the first flow path and the supply port of the fuel cell, and raises the temperature of the hydrogen gas flowing through the first flow path;
It is a summary to provide.

減圧部によって水素ガスの圧力を低減すると、水素ガスが急膨張して、温度が急激に低下する場合がある。そこで、第4適用例の車載用燃料電池システムでは、第1の流路中における減圧部よりも燃料電池側に配置された昇温部によって、水素ガスの温度を上げるようにしている。 If the pressure of the hydrogen gas is reduced by the decompression unit, the hydrogen gas may expand rapidly and the temperature may drop rapidly. Therefore, in the in-vehicle fuel cell system according to the fourth application example , the temperature of the hydrogen gas is raised by the temperature raising unit arranged on the fuel cell side with respect to the pressure reducing unit in the first flow path.

従って、第4適用例の車載用燃料電池システムによれば、水素ガスが適正な温度で燃料電池に供給されるため、燃料電池内の温度を下げることがなく、燃料電池において、適正な反応温度で電気化学反応を起こさせることができる。 Therefore, according to the on-vehicle fuel cell system of the fourth application example , since the hydrogen gas is supplied to the fuel cell at an appropriate temperature, the temperature inside the fuel cell is not lowered, and an appropriate reaction temperature is achieved in the fuel cell. Can cause an electrochemical reaction.

本発明の第5適用例の車載用燃料電池システムは、水素ガスを供給するための水素ガス供給部と、該水素ガス供給部から送出される前記水素ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、残った前記水素ガスを排出する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における特定箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、前記第2の流路を流れる前記水素ガスを前記特定箇所に向かって流し、前記水素ガスを循環させるポンプと、
前記水素ガス供給部及び前記ポンプを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの始動時において、前記水素ガス供給部より前記水素ガスを送出させると共に、前記ポンプを駆動させて、前記水素ガスが流れるべき流路内に流れを起こし、該流路内に存在する不純物と送出した前記水素ガスとを攪拌して均一化することを要旨とする。
An in-vehicle fuel cell system according to a fifth application example of the present invention generates a power by receiving a supply of hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply unit for supplying hydrogen gas and the hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply unit. A fuel cell for discharging the remaining hydrogen gas, and an in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path for connecting the supply port of the hydrogen gas supply unit and the supply port of the fuel cell and supplying the fuel cell with the hydrogen gas sent from the hydrogen gas supply unit; ,
A second flow that connects between the discharge port of the fuel cell and a specific location in the first flow path, and flows the hydrogen gas discharged from the fuel cell and returns it to the first flow path. Road,
A pump that is disposed in the second flow path, causes the hydrogen gas flowing through the second flow path to flow toward the specific location, and circulates the hydrogen gas;
A control unit for controlling the hydrogen gas supply unit and the pump;
With
The control unit, when starting the fuel cell system, causes the hydrogen gas to be sent from the hydrogen gas supply unit and drives the pump to cause a flow in the flow path through which the hydrogen gas flows, The gist is to homogenize the impurities present in the flow path and the delivered hydrogen gas by stirring.

また、本発明の第6適用例の制御方法は、水素ガスを供給するための水素ガス供給部と、該水素ガス供給部から送出される前記水素ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、残った前記水素ガスを排出する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムの制御方法であって、
(a)前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における特定箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、前記第2の流路中に配置され、前記第2の流路を流れる前記水素ガスを前記特定箇所に向かって流し、前記水素ガスを循環させるポンプと、を用意する工程と、
(b)前記燃料電池システムの始動時において、前記水素ガス供給部より前記水素ガスを送出させる工程と、
(c)前記ポンプを駆動させて、前記水素ガスが流れるべき流路内に流れを起こし、該流路内に存在する不純物と送出した前記水素ガスとを攪拌して均一化する工程と、
を備えることを要旨とする。
A control method according to a sixth application example of the present invention includes a hydrogen gas supply unit for supplying hydrogen gas, and generates power by receiving the supply of the hydrogen gas sent from the hydrogen gas supply unit. A fuel cell for discharging the remaining hydrogen gas, and a control method for an in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
(A) a first connecting the outlet of the hydrogen gas supply unit and the supply port of the fuel cell and supplying the fuel cell by flowing the hydrogen gas delivered from the hydrogen gas supply unit; Connects between the flow path, the outlet of the fuel cell, and a specific location in the first flow path, and flows the hydrogen gas discharged from the fuel cell and returns it to the first flow path. A second flow path and a pump that is arranged in the second flow path and that flows the hydrogen gas flowing through the second flow path toward the specific location and circulates the hydrogen gas are prepared. Process,
(B) at the time of starting the fuel cell system, sending the hydrogen gas from the hydrogen gas supply unit;
(C) driving the pump to cause a flow in the flow path through which the hydrogen gas flows, and stirring and homogenizing impurities present in the flow path and the delivered hydrogen gas;
It is a summary to provide.

燃料電池システムの始動時には、燃料電池内の水素ガス流路内は窒素などの不純物が含まれる場合がある。このため、水素ガス流路に水素ガスを単に流すだけでは、燃料電池の出力電圧はなかなか所望の電圧まで上がらない。そこで、第5適用例の車載用燃料電池システムまたは第6適用例の制御方法では、燃料電池システムの始動時において、水素ガス供給部より水素ガスを送出させるとともに、前記ポンプを駆動させて、水素ガスが流れるべき流路内に流れを起こし、その流路内に存在する窒素などの不純物と送出した前記水素ガスとを攪拌して均一化するようにしている。

When the fuel cell system is started, the hydrogen gas flow path in the fuel cell may contain impurities such as nitrogen. For this reason, the output voltage of the fuel cell does not readily increase to a desired voltage simply by flowing hydrogen gas through the hydrogen gas flow path. Therefore, in the on- vehicle fuel cell system of the fifth application example or the control method of the sixth application example , when the fuel cell system is started, the hydrogen gas is sent from the hydrogen gas supply unit and the pump is driven to A flow is caused in the flow path where the gas should flow, and impurities such as nitrogen existing in the flow path and the delivered hydrogen gas are agitated and made uniform.

このように、残留している窒素などの不純物と送出した水素ガスとを均一化することにより、燃料電池の出力電圧は直ちに所望の電圧まで立ち上がり、負荷などへ供給することができるようになる。   In this way, by making the remaining impurities such as nitrogen and the delivered hydrogen gas uniform, the output voltage of the fuel cell immediately rises to a desired voltage and can be supplied to a load or the like.

本発明の第1の実施例としての車載用燃料電池システムを示す構成図である。1 is a configuration diagram showing an in-vehicle fuel cell system as a first embodiment of the present invention. FIG. 図1で用いられる気液分離器の一具体例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one specific example of the gas-liquid separator used in FIG. 図1の燃料電池システムの始動時における制御部50の制御内容の一例を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing an example of control contents of a control unit 50 when the fuel cell system of FIG. 1 is started. 本発明の第2の実施例としての車載用燃料電池システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the vehicle-mounted fuel cell system as 2nd Example of this invention. 図4の燃料電池システムの始動時における制御部50の制御内容の一例を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing an example of control contents of a control unit 50 at the start of the fuel cell system of FIG. 4.

以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1の実施例:
A−1.第1の実施例の構成:
A−2.第1の実施例の動作:
B.第2の実施例:
B−1.第2の実施例の構成:
B−2.第2の実施例の動作:
C.変形例:
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
A-1. Configuration of the first embodiment:
A-2. Operation of the first embodiment:
B. Second embodiment:
B-1. Configuration of the second embodiment:
B-2. Operation of the second embodiment:
C. Variations:

A.第1の実施例:
A−1.第1の実施例の構成:
図1は本発明の第1の実施例としての車載用燃料電池システムを示す構成図である。本実施例の燃料電池システムは、自動車などの車両に搭載されるものであって、主として、水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池100と、その燃料電池100に水素ガスを供給する水素吸蔵合金タンク200と、を備えている。
A. First embodiment:
A-1. Configuration of the first embodiment:
FIG. 1 is a block diagram showing an in-vehicle fuel cell system as a first embodiment of the present invention. The fuel cell system according to the present embodiment is mounted on a vehicle such as an automobile, and mainly includes a fuel cell 100 that generates power by receiving supply of hydrogen gas, and supplies hydrogen gas to the fuel cell 100. And a hydrogen storage alloy tank 200.

このうち、燃料電池100は、水素を含んだ水素ガスの他、酸素を含んだ酸化ガス(例えば、空気)の供給を受けて、水素極と酸素極において、下記に示すような反応式に従って、電気化学反応を起こし、電力を発生させている。   Among these, the fuel cell 100 receives supply of an oxidizing gas (for example, air) containing oxygen in addition to hydrogen gas containing hydrogen, and at the hydrogen electrode and the oxygen electrode, according to the reaction formula shown below, It causes an electrochemical reaction and generates electric power.

即ち、水素極に水素ガスが、酸素極に酸化ガスがそれぞれ供給されると、水素極側では式(1)の反応が、酸素極側では式(2)の反応がそれぞれ起こり、燃料電池全体としては、式(3)の反応が行なわれる。   That is, when hydrogen gas is supplied to the hydrogen electrode and oxidizing gas is supplied to the oxygen electrode, the reaction of formula (1) occurs on the hydrogen electrode side, and the reaction of formula (2) occurs on the oxygen electrode side. As for, reaction of Formula (3) is performed.

2 → 2H+ + 2e- …(1)
2H+ + 2e- + (1/2)O2 → H2O …(2)
2 + (1/2)O2 → H2O …(3)
このような燃料電池100を車両の動力源として用いる場合、燃料電池100から発生された電力によって電動機(図示せず)を駆動し、その発生トルクを車軸(図示せず)に伝達して、車両の推進力を得る。
H 2 → 2H + + 2e (1)
2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O (2)
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (3)
When such a fuel cell 100 is used as a power source for a vehicle, an electric motor (not shown) is driven by the electric power generated from the fuel cell 100, and the generated torque is transmitted to an axle (not shown). Get the driving force.

また、燃料電池100は、複数の単セルが積層されたスタック構造となっており、1つの単セルは、電解質膜(図示せず)と、それを両側から挟み込む拡散電極(図示せず)である水素極及び酸素極と、さらにそれらを両側から挟み込む2枚のセパレータ(図示せず)と、で構成されている。セパレータの両面には、凹凸が形成されており、挟み込んだ水素極と酸素極との間で、単セル内ガス流路を形成している。このうち、水素極との間で形成される単セル内ガス流路には、前述したごとく供給された水素ガスが、酸素極との間で形成される単セル内ガス流路には、酸化ガスが、それぞれ流れている。   The fuel cell 100 has a stack structure in which a plurality of single cells are stacked, and each single cell includes an electrolyte membrane (not shown) and a diffusion electrode (not shown) that sandwiches it from both sides. It consists of a certain hydrogen electrode and oxygen electrode, and two separators (not shown) sandwiching them from both sides. Concavities and convexities are formed on both surfaces of the separator, and a gas flow path in a single cell is formed between the sandwiched hydrogen electrode and oxygen electrode. Among these, the hydrogen gas supplied as described above is formed in the gas flow path in the single cell formed between the hydrogen electrode and the gas flow path in the single cell formed in the single cell formed between the oxygen electrode is oxidized. Each gas is flowing.

一方、水素吸蔵合金タンク200は、内部に水素吸蔵合金(図示せず)を備えている。一般に、水素吸蔵合金は、加熱すると、吸熱反応を生じて水素を放出し、冷やすと、放熱反応を生じて水素を吸蔵する性質がある。従って、水素吸蔵合金から水素を取り出す際には、図示せざる熱交換システムによって、水素吸蔵合金タンク200内の水素吸蔵合金を加熱する。   On the other hand, the hydrogen storage alloy tank 200 includes a hydrogen storage alloy (not shown) therein. In general, a hydrogen storage alloy has an endothermic reaction when it is heated to release hydrogen, and when it is cooled, it has a property of generating a heat dissipation reaction and storing hydrogen. Therefore, when extracting hydrogen from the hydrogen storage alloy, the hydrogen storage alloy in the hydrogen storage alloy tank 200 is heated by a heat exchange system (not shown).

なお、水素吸蔵合金は、不純物が存在すると、劣化するため、水素吸蔵合金タンク200内には高純度の水素が蓄えられている。   Since the hydrogen storage alloy deteriorates when impurities are present, high-purity hydrogen is stored in the hydrogen storage alloy tank 200.

その他、本実施例の燃料電池システムは、図1に示すように、システム内で水素ガスを流通させるための水素ガス流路と、酸化ガスを流通させるための酸化ガス流路と、制御部50を備えている。   In addition, as shown in FIG. 1, the fuel cell system of the present embodiment includes a hydrogen gas channel for circulating hydrogen gas in the system, an oxidizing gas channel for circulating oxidizing gas, and a control unit 50. It has.

このうち、水素ガス流路は、水素吸蔵合金タンク200の放出口から燃料電池100の供給口に至る本流流路401と、燃料電池100の排出口から後述するポンプ410を介して本流流路401に戻る循環流路403と、本流流路401から分岐して循環流路403に至るバイパス流路405と、循環している水素ガス中の不純物を排出するための排出流路407と、圧力異常時に水素ガスを排出するためのリリーフ流路409と、を備えている。   Among these, the hydrogen gas flow path includes a main flow path 401 from the discharge port of the hydrogen storage alloy tank 200 to the supply port of the fuel cell 100 and a main flow path 401 from the discharge port of the fuel cell 100 via a pump 410 described later. , A bypass channel 405 branched from the main channel 401 to the circulation channel 403, a discharge channel 407 for discharging impurities in the circulating hydrogen gas, and a pressure abnormality A relief channel 409 for discharging hydrogen gas at times.

本流流路401には、水素吸蔵合金タンク200の放出口にシャットバルブ202が配置されており、流路途中に圧力センサ400とシャットバルブ402と減圧バルブ404が配置されており、燃料電池100の供給口にシャットバルブ102が配置されている。また、循環流路403には、燃料電池100の排出口にシャットバルブ104が配置されており、流路途中に、気液分離器406,シャットバルブ408及びポンプ410がそれぞれ配置されている。さらに、バイパス流路405にはシャットバルブ412が、排出流路407にはシャットバルブ414が、リリーフ流路409にはリリーフバルブ416が、それぞれ配置されている。   In the main flow path 401, a shut valve 202 is disposed at the discharge port of the hydrogen storage alloy tank 200, and a pressure sensor 400, a shut valve 402, and a pressure reducing valve 404 are disposed in the middle of the flow path. A shut valve 102 is disposed at the supply port. In the circulation channel 403, the shut valve 104 is disposed at the discharge port of the fuel cell 100, and the gas-liquid separator 406, the shut valve 408, and the pump 410 are disposed in the middle of the channel. Further, a shut valve 412 is disposed in the bypass flow path 405, a shut valve 414 is disposed in the discharge flow path 407, and a relief valve 416 is disposed in the relief flow path 409.

一方、酸化ガス流路は、燃料電池100に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給流路501と、燃料電池100から排出された酸素オフガスを排出するための酸素オフガス排出流路503と、を備えている。   On the other hand, the oxidizing gas channel includes an oxidizing gas supply channel 501 for supplying oxidizing gas to the fuel cell 100, and an oxygen off-gas discharging channel 503 for discharging oxygen off-gas discharged from the fuel cell 100. I have.

酸化ガス供給流路501には、エアクリーナ502と、コンプレッサ504と、加湿器506と、が配置されている。また、酸素オフガス排出流路503には、気液分離器508と、コンバスタ510と、が配されている。   An air cleaner 502, a compressor 504, and a humidifier 506 are disposed in the oxidizing gas supply channel 501. In addition, a gas-liquid separator 508 and a combustor 510 are disposed in the oxygen off-gas discharge channel 503.

また、制御部50は、圧力センサ400からの検出結果を入力すると共に、各バルブ102,104,202,402,408,412,414と、ポンプ410と、コンプレッサ504と、をそれぞれ制御する。なお、図面を見やすくするために、制御線等は省略されている。   In addition, the control unit 50 inputs the detection result from the pressure sensor 400, and controls each valve 102, 104, 202, 402, 408, 412, 414, the pump 410, and the compressor 504, respectively. Note that control lines and the like are omitted for easy viewing of the drawing.

A−2.第1の実施例の動作:
それではまず、酸化ガスの流れについて簡単に説明する。制御部50によってコンプレッサ504を駆動することにより、大気中の空気が酸化ガスとして取り込まれ、エアクリーナ502によって浄化された後、酸化ガス供給流路501を通り、加湿器506を介して燃料電池100に供給される。供給された酸化ガスは、燃料電池100内において、上述した電気化学反応に使用された後、酸素オフガスとして排出される。排出された酸素オフガスは、酸素オフガス排出流路503を通り、後述する気液分離器508やコンバスタ510を介して、車両外部の大気中に排出される。
A-2. Operation of the first embodiment:
First, the flow of the oxidizing gas will be briefly described. By driving the compressor 504 by the control unit 50, air in the atmosphere is taken in as oxidant gas and purified by the air cleaner 502, then passes through the oxidant gas supply channel 501, and passes through the humidifier 506 to the fuel cell 100. Supplied. The supplied oxidizing gas is used as the above-described electrochemical reaction in the fuel cell 100 and then discharged as an oxygen off gas. The discharged oxygen off gas passes through the oxygen off gas discharge passage 503 and is discharged into the atmosphere outside the vehicle via a gas-liquid separator 508 and a combustor 510 described later.

次に、水素ガスの流れについて詳細に説明する。制御部50によって、水素吸蔵合金タンク200のシャットバルブ202と、燃料電池100のシャットバルブ102,104とは、それぞれ、燃料電池システムの運転時には基本的に開いているが、停止時には閉じている。   Next, the flow of hydrogen gas will be described in detail. The control unit 50 causes the shut valve 202 of the hydrogen storage alloy tank 200 and the shut valves 102 and 104 of the fuel cell 100 to be basically opened during operation of the fuel cell system, but closed when stopped.

また、通常運転時には、制御部50によって、これらの他、本流流路401のシャットバルブ402と、循環流路403のシャットバルブ408はそれぞれ開いているが、バイパス流路405のシャットバルブ412と、排出流路407のシャットバルブ414は閉じている。なお、リリーフバルブ416は、後述するように、圧力異常時などの場合以外は閉じている。また、圧力センサ400は、水素吸蔵合金タンク200から放出される水素ガスの圧力を検出している。   In addition, during normal operation, the control unit 50 opens the shut valve 402 of the main flow path 401 and the shut valve 408 of the circulation flow path 403 in addition to these, but the shut valve 412 of the bypass flow path 405, The shut valve 414 of the discharge channel 407 is closed. As will be described later, the relief valve 416 is closed except when the pressure is abnormal. The pressure sensor 400 detects the pressure of the hydrogen gas released from the hydrogen storage alloy tank 200.

通常運転時、前述したとおり、熱交換システムにより水素吸蔵合金タンク200内の水素ガス吸蔵合金を加熱して、水素ガスを放出させ、放出された水素ガスは、本流流路401を通って燃料電池100に供給される。供給された水素ガスは、燃料電池100内において上述した電気化学反応に使用された後、水素オフガスとして排出される。排出された水素オフガスは、循環流路403を通って本流流路401に戻され、再び、燃料電池100に供給される。このとき、循環流路403の途中に設けられているポンプ410が駆動することによって、循環流路403を通る水素オフガスは勢いをつけて本流流路401に送り出される。こうして、通常運転時、水素ガスは、本流流路401及び循環流路403を通って循環している。   During normal operation, as described above, the hydrogen gas storage alloy in the hydrogen storage alloy tank 200 is heated by the heat exchange system to release the hydrogen gas, and the released hydrogen gas passes through the main flow path 401 to the fuel cell. 100. The supplied hydrogen gas is used as the above-described electrochemical reaction in the fuel cell 100 and then discharged as a hydrogen off gas. The discharged hydrogen off gas is returned to the main flow path 401 through the circulation flow path 403 and supplied to the fuel cell 100 again. At this time, when the pump 410 provided in the middle of the circulation flow path 403 is driven, the hydrogen off-gas passing through the circulation flow path 403 is vigorously sent out to the main flow path 401. Thus, during normal operation, hydrogen gas circulates through the main flow channel 401 and the circulation channel 403.

このように、水素オフガスを本流流路401に戻して水素ガスを循環させることにより、燃料電池100で使用される水素量は同じであっても、燃料電池100に供給される水素ガスの見かけの流量が多くなり、流速も速くなるため、燃料電池100に対する水素の供給という観点からは有利となって、燃料電池100の出力電圧も上がる。   In this manner, by returning the hydrogen off-gas to the main flow path 401 and circulating the hydrogen gas, even if the amount of hydrogen used in the fuel cell 100 is the same, the apparent amount of hydrogen gas supplied to the fuel cell 100 is apparent. Since the flow rate increases and the flow rate increases, this is advantageous from the viewpoint of supplying hydrogen to the fuel cell 100, and the output voltage of the fuel cell 100 also increases.

また、燃料電池100内では、酸化ガスに含まれる窒素などの不純物が酸素極側から電解質膜を透過して水素極側に漏れ出してくる。従って、仮に、水素ガスを循環させないとすると、燃料電池100内の後段部において、水素極にその不純物が溜まり、その範囲が時間と共に拡大していく。これにより、燃料電池100は発電動作に支障を来し、出力電圧が落ちてしまう恐れがある。しかし、上述したように、水素ガスを循環するようにしていれば、その不純物が、水素ガス流路全体で均一化するため、上記のような不具合を解消することができる。   Further, in the fuel cell 100, impurities such as nitrogen contained in the oxidizing gas permeate the electrolyte membrane from the oxygen electrode side and leak to the hydrogen electrode side. Therefore, if hydrogen gas is not circulated, the impurities accumulate in the hydrogen electrode at the rear stage in the fuel cell 100, and the range expands with time. As a result, the fuel cell 100 may interfere with the power generation operation, and the output voltage may drop. However, as described above, if the hydrogen gas is circulated, the impurities are uniformized in the entire hydrogen gas flow path, so that the above-described problems can be solved.

なお、ポンプ410は、制御部50によって、その駆動が制御されており、燃料電池100の発生した電力の消費量に応じて、循環流路403を流れる水素オフガスの流速を変化させている。   The driving of the pump 410 is controlled by the control unit 50, and the flow rate of the hydrogen off-gas flowing through the circulation flow path 403 is changed according to the power consumption generated by the fuel cell 100.

また、水素吸蔵合金タンク200から放出された水素ガスの圧力は、最大1MPaを超えない高圧であるため、このまま水素ガスを燃料電池100に供給すると、圧力が高すぎて、燃料電池100に不具合が生じてしまう。そのため、本流流路401の途中に設けた減圧バルブ404によって、水素ガスの圧力を1MPaから、燃料電池100に適正なおよそ0.2〜0.3MPa程度まで減圧してから、燃料電池100に供給するようにしている。   Further, since the pressure of the hydrogen gas released from the hydrogen storage alloy tank 200 is a high pressure that does not exceed 1 MPa at the maximum, if the hydrogen gas is supplied to the fuel cell 100 as it is, the pressure is too high and the fuel cell 100 has a problem. It will occur. Therefore, the pressure of the hydrogen gas is reduced from 1 MPa to about 0.2 to 0.3 MPa appropriate for the fuel cell 100 by the pressure reducing valve 404 provided in the middle of the main flow path 401, and then supplied to the fuel cell 100. Like to do.

また、前述したように、燃料電池100内の酸素極側では、式(2)に従って水(H2O)が生成され、その水は水蒸気として酸素極側から電解質膜を通して水素極側に入ってくる。従って、燃料電池100から排出される水素オフガスは、ウェットで、かなり多くの水分を含んでいる。従って、この水素オフガスをこのままポンプ410を介して本流流路401に送り出してやると、含まれている水分は、十分に蒸気化されずに気液混合体になって、水素と共に燃料電池100に供給され、燃料電池100の単セル内において張り付いて、水素ガス流路を塞いでしまう恐れがある。水分が単セル内の水素ガス流路を塞いで、水素ガスの流れを止めると、その単セルの出力電圧は落ちるため、燃料電池100全体の発電量も落ちてしまう。   Further, as described above, on the oxygen electrode side in the fuel cell 100, water (H 2 O) is generated according to the equation (2), and the water enters the hydrogen electrode side through the electrolyte membrane from the oxygen electrode side as water vapor. Therefore, the hydrogen off gas discharged from the fuel cell 100 is wet and contains a considerable amount of moisture. Therefore, if this hydrogen off-gas is sent out to the main flow path 401 via the pump 410 as it is, the contained moisture is not vaporized sufficiently and becomes a gas-liquid mixture, and is supplied to the fuel cell 100 together with hydrogen. There is a risk of being supplied and sticking in the single cell of the fuel cell 100 to block the hydrogen gas flow path. When the water blocks the hydrogen gas flow path in the single cell and stops the flow of hydrogen gas, the output voltage of the single cell decreases, and the power generation amount of the entire fuel cell 100 also decreases.

そのため、循環流路403の途中に気液分離器406を設け、この気液分離器406によって、水素オフガスに含まれる水分を気液分離し、液体分を除去して、気体(水蒸気)分のみを他の気体と共にポンプ410に送るようにしている。これにより、水素ガスに含まれる水分は気体分のみとなり、燃料電池100には、水分が気液混合体として供給されることがなく、発電動作に支障をきたす恐れがなくなる。   Therefore, a gas-liquid separator 406 is provided in the middle of the circulation flow path 403, and the gas-liquid separator 406 separates the water contained in the hydrogen off gas into gas and liquid, removes the liquid component, and only the gas (water vapor) component. Are sent to the pump 410 together with other gases. As a result, the moisture contained in the hydrogen gas is only a gas component, and moisture is not supplied to the fuel cell 100 as a gas-liquid mixture, and there is no possibility of hindering the power generation operation.

図2は図1で用いられる気液分離器の一具体例を示す断面図である。多くの水分を含んだ水素オフガスは、流入口602よりシリンダ604内に流入する。流入した水素オフガスはシリンダ604内の内壁に沿って螺旋状に回りながら下降する。このとき、含まれていた水分は凝縮し、液体分は液滴としてシリンダ604の内壁に付着し、それを伝って下に落ち、液だまり608に集められる。一方、気体(水蒸気)分は他の気体と共に、ガス流路610を通って流出口606より流出する。こうして、水分を液体分と気体分とに気液分離することが可能となる。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing a specific example of the gas-liquid separator used in FIG. The hydrogen off gas containing a large amount of moisture flows into the cylinder 604 from the inlet 602. The inflowing hydrogen off gas descends while spirally turning along the inner wall in the cylinder 604. At this time, the contained moisture is condensed, and the liquid component adheres as droplets to the inner wall of the cylinder 604, falls down along it, and is collected in the liquid pool 608. On the other hand, the gas (water vapor) component flows out from the outlet 606 through the gas flow path 610 together with other gases. Thus, it becomes possible to gas-liquid-separate water into liquid and gas.

また、液だまり908に集められた水は、レベルセンサ(図示せず)などによって、所定の量になったことが検出されたら、オートドレイン機構(図示せず)によって、自動的にコック612を開いて外部に放出される。   Further, when it is detected that the water collected in the liquid pool 908 has reached a predetermined amount by a level sensor (not shown), the cock 612 is automatically turned off by an auto drain mechanism (not shown). Open and discharged to the outside.

また、前述したように、水素ガス中に含まれる不純物を均一化させるために、水素ガスを循環させている。しかし、このように水素ガスを均一化させたとしても、燃料電池100内において、酸素極側から水素極側には不純物が常時漏れ出してくるため、長時間経てば、均一化された水素ガス中の不純物の濃度は次第に上がり、それに連れて水素の濃度が下がるため、燃料電池100の発電動作に悪影響を及ぼす恐れがある。   Further, as described above, the hydrogen gas is circulated in order to make the impurities contained in the hydrogen gas uniform. However, even if the hydrogen gas is made uniform in this way, the impurities always leak from the oxygen electrode side to the hydrogen electrode side in the fuel cell 100. Therefore, after a long period of time, the hydrogen gas becomes uniform. The concentration of the impurities therein gradually increases, and the hydrogen concentration decreases accordingly, which may adversely affect the power generation operation of the fuel cell 100.

そのため、循環流路403から分岐した排出流路407に、シャットバルブ414を設け、制御部50によって、このシャットバルブ414を定期的に開いて、循環している不純物を含む水素ガスを排出することにより、不純物を含んだ水素ガスを、水素吸蔵合金タンク200からの純粋な水素ガスに置き換えるようにしている。これにより、水素ガス中の不純物の濃度は下がり、逆に水素の濃度は上がるため、燃料電池100の発電を適切に行うことができる。   Therefore, a shut valve 414 is provided in the discharge flow path 407 branched from the circulation flow path 403, and the shut valve 414 is periodically opened by the control unit 50 to discharge the hydrogen gas containing the circulating impurities. Thus, the hydrogen gas containing impurities is replaced with pure hydrogen gas from the hydrogen storage alloy tank 200. As a result, the concentration of impurities in the hydrogen gas decreases, and conversely, the concentration of hydrogen increases, so that the fuel cell 100 can appropriately generate power.

また、前述したように、燃料電池100内では、酸素極側から水素極側へ水蒸気も漏れ出してくるため、温度によっては、その水蒸気が凝縮して単セル内で張り付き、水素ガスの流れを止めてしまう恐れもある。しかし、上記したように、シャットバルブ414を開いて、水素ガスを排出すると、その圧力差で水素ガスに急激な流れが生じるため、その勢いで凝縮していた水分を吹き飛ばすこともできる。   Further, as described above, since water vapor also leaks from the oxygen electrode side to the hydrogen electrode side in the fuel cell 100, depending on the temperature, the water vapor condenses and sticks in the single cell, and the flow of hydrogen gas is reduced. There is also a risk of stopping. However, as described above, when the shut-off valve 414 is opened and the hydrogen gas is discharged, a rapid flow occurs in the hydrogen gas due to the pressure difference. Therefore, it is possible to blow away the moisture condensed by the momentum.

なお、燃料電池100の発電動作中にシャットバルブ414を開けたとしても、燃料電池100の出力電圧は一瞬下がるだけで、大きな電圧低下にはならないため問題はない。シャットバルブ414の開放時間としては、1sec以下が好ましく、例えば、500msec程度がより好ましい。   Even if the shut valve 414 is opened during the power generation operation of the fuel cell 100, there is no problem because the output voltage of the fuel cell 100 only drops for a moment and does not cause a large voltage drop. The opening time of the shut valve 414 is preferably 1 sec or less, and more preferably about 500 msec, for example.

シャットバルブ414から排出された水素ガスは、排出流路407を通って、酸素オフガス排出流路503に送り込まれ、酸素オフガス排出流路503を流れる酸素オフガスと混合される。混合されたガスは、気液分離器508を介してコンバスタ510に流入する。コンバスタ510は、白金触媒512を備えており、燃焼によって、混合ガスに含まれる水素を酸素と反応させて、水素をさらに低減させる。その後、コンバスタ510を流出した混合ガスは大気中に排出される。   The hydrogen gas discharged from the shut valve 414 passes through the discharge flow path 407, is sent to the oxygen off gas discharge flow path 503, and is mixed with the oxygen off gas flowing through the oxygen off gas discharge flow path 503. The mixed gas flows into the combustor 510 through the gas-liquid separator 508. The combustor 510 includes a platinum catalyst 512, and further reduces hydrogen by reacting hydrogen contained in the mixed gas with oxygen by combustion. Thereafter, the mixed gas flowing out of the combustor 510 is discharged into the atmosphere.

以上が、通常運転時における水素ガスの流れである。次に、低温始動時における水素ガスの流れについて説明する。   The above is the flow of hydrogen gas during normal operation. Next, the flow of hydrogen gas at the time of cold start will be described.

一般に、水素吸蔵合金は、温度が高いほど、放出する水素の圧力は高くなり、温度が低いほど、放出する水素の圧力は低くなる。そのため、水素吸蔵合金タンクは低温になればなるほど、水素が放出されにくくなる。従って、低温始動時には、水素吸蔵合金タンクをヒータなどで急速に暖めて、水素が放出されやすくする必要がある。しかし、このように、ヒータを使って暖める方法では、多大な電気エネルギが必要となるため、車載用の燃料電池システムとしては不適切である。   Generally, in the hydrogen storage alloy, the higher the temperature, the higher the pressure of released hydrogen, and the lower the temperature, the lower the pressure of released hydrogen. Therefore, as the temperature of the hydrogen storage alloy tank becomes lower, hydrogen is less likely to be released. Therefore, when starting at a low temperature, it is necessary to quickly warm the hydrogen storage alloy tank with a heater or the like so that hydrogen is easily released. However, in this way, the method of heating using a heater requires a large amount of electrical energy, and thus is inappropriate as a vehicle-mounted fuel cell system.

そこで、本実施例では、低温始動時には、ヒータなどで暖める代わりに、ポンプ410によって、水素吸蔵合金タンク200から水素ガスを引き出すようにしている。   Therefore, in this embodiment, at the time of low temperature start, hydrogen gas is drawn out from the hydrogen storage alloy tank 200 by the pump 410 instead of being heated by a heater or the like.

図3は図1の燃料電池システムの始動時における制御部50の制御内容の一例を示すフローチャートである。   FIG. 3 is a flowchart showing an example of control contents of the control unit 50 when the fuel cell system of FIG. 1 is started.

燃料電池システムの始動時、制御部50は、まず、図3に示すように、水素吸蔵合金タンク200のシャットバルブ202と、燃料電池100のシャットバルブ102及び104を、閉じた状態から開く(ステップS102)。次に、制御部50は、圧力センサ400によって検出された水素ガスの圧力を入力し(ステップS104)、その圧力が予め設定された基準圧力を上回っているか否かを判定する(ステップS106)。   At the start of the fuel cell system, the controller 50 first opens the shut valve 202 of the hydrogen storage alloy tank 200 and the shut valves 102 and 104 of the fuel cell 100 from the closed state as shown in FIG. S102). Next, the control unit 50 inputs the hydrogen gas pressure detected by the pressure sensor 400 (step S104), and determines whether or not the pressure exceeds a preset reference pressure (step S106).

そして、周囲温度が適温で、水素吸蔵合金タンク200から十分な圧力の水素ガスが放出されており、その圧力が基準圧力を上回っていれば、前述した通常運転時の運転に移るために、制御部50は、本流流路401のシャットバルブ402と、循環流路403のシャットバルブ408をそれぞれ開き、バイパス流路405のシャットバルブ412と、排出流路407のシャットバルブ414をそれぞれ閉じると共に(ステップS114)、ポンプ410を標準回転で駆動して(ステップS116)、前述したとおりの水素ガスの循環を行わせる。   If the ambient temperature is appropriate and hydrogen gas having a sufficient pressure is released from the hydrogen storage alloy tank 200 and the pressure exceeds the reference pressure, the control is performed to shift to the normal operation described above. The unit 50 opens the shut valve 402 of the main flow path 401 and the shut valve 408 of the circulation flow path 403, closes the shut valve 412 of the bypass flow path 405, and the shut valve 414 of the discharge flow path 407 (step). S114), the pump 410 is driven at the standard rotation (step S116), and the hydrogen gas is circulated as described above.

しかし、周囲温度が低温で、水素吸蔵合金タンク200から水素ガスが放出されにくく、その圧力が基準圧力を下回っていれば、低温始動時の運転に移り、制御部50は、本流流路401のシャットバルブ402と、循環流路403のシャットバルブ408と、排出流路407のシャットバルブ414をそれぞれ閉じ、バイパス流路405のシャットバルブ412を開く(ステップS108)。そして、さらに、制御部50は、ポンプ410を高回転数で駆動する(ステップS110)。それによって、例え、水素吸蔵合金タンク200の温度が低くて、放出される水素ガスの圧力が低くても、水素吸蔵合金タンク200からは、吸蔵されていた水素ガスが十分に引き出される。引き出された水素ガスは、本流流路401からバイパス流路405に入り、そのあと、循環流路403を通って本流流路401に戻り、燃料電池100に供給される。供給された水素ガスは、燃料電池100内で電気化学反応に供された後、水素オフガスとなって、循環流路403に排出される。なお、水素オフガス中に含まれる不純物の濃度は、時間が経つに連れて上がるので、その不純物を除去するために、時々、シャットバルブ414を開いて、排出流路407から水素オフガスを放出する。   However, if the ambient temperature is low, hydrogen gas is not easily released from the hydrogen storage alloy tank 200, and the pressure is below the reference pressure, the operation moves to low temperature start, and the control unit 50 The shut valve 402, the shut valve 408 of the circulation flow path 403, and the shut valve 414 of the discharge flow path 407 are closed, and the shut valve 412 of the bypass flow path 405 is opened (step S108). Further, the control unit 50 drives the pump 410 at a high rotational speed (step S110). Thereby, even if the temperature of the hydrogen storage alloy tank 200 is low and the pressure of the released hydrogen gas is low, the stored hydrogen gas is sufficiently extracted from the hydrogen storage alloy tank 200. The drawn hydrogen gas enters the bypass channel 405 from the main channel 401 and then returns to the main channel 401 through the circulation channel 403 and is supplied to the fuel cell 100. The supplied hydrogen gas is subjected to an electrochemical reaction in the fuel cell 100 and then becomes hydrogen off-gas and is discharged to the circulation flow path 403. Note that the concentration of impurities contained in the hydrogen off-gas increases as time passes. Therefore, in order to remove the impurities, the shut-off valve 414 is sometimes opened to release the hydrogen off-gas from the discharge passage 407.

制御部50は、水素吸蔵合金タンク200から放出される水素ガスの圧力が基準圧力を上回るまで、その状態で待機する(ステップS112)。しかし、燃料電池システムが始動して、しばらくすると、図示せざる熱交換システムも十分働くようになって、水素吸蔵合金タンク200内の水素吸蔵合金も加熱されるため、温度が上がり、水素吸蔵合金タンク200から十分な圧力を有する水素ガスが放出されるようになる。すると、その圧力は基準圧力を上回り、制御部50は、本流流路401のシャットバルブ402と、循環流路403のシャットバルブ408をそれぞれ開き、バイパス流路405のシャットバルブ412と、排出流路407のシャットバルブ414をそれぞれ閉じ(ステップS114)、ポンプ410を標準回転で駆動して(ステップS116)、前述した通常運転時の運転に移る。   The control unit 50 stands by in this state until the pressure of the hydrogen gas released from the hydrogen storage alloy tank 200 exceeds the reference pressure (step S112). However, after a while after the fuel cell system is started, a heat exchange system (not shown) is fully activated, and the hydrogen storage alloy in the hydrogen storage alloy tank 200 is also heated. Hydrogen gas having a sufficient pressure is released from the tank 200. Then, the pressure exceeds the reference pressure, and the control unit 50 opens the shut valve 402 of the main flow path 401 and the shut valve 408 of the circulation flow path 403, and shuts the shut valve 412 of the bypass flow path 405 and the discharge flow path. The shut valve 414 of 407 is closed (step S114), the pump 410 is driven at the standard rotation (step S116), and the operation is shifted to the normal operation described above.

このように、低温始動時には、ポンプ410を用いることによって、多大な電気エネルギを必要とすることなく、水素吸蔵合金タンク200に吸蔵されている水素を取り出すことができる。   Thus, at the time of cold start, by using the pump 410, the hydrogen occluded in the hydrogen occlusion alloy tank 200 can be taken out without requiring a lot of electric energy.

また、本実施例では、通常運転時に水素ガスを循環させるために用いるポンプ410を、低温始動時に水素吸蔵合金タンク200から水素ガスを引き出すために、共用しているため、ポンプを搭載するスペースを節約できると共に、重量の軽減を図ることができる。   Further, in this embodiment, the pump 410 used for circulating the hydrogen gas during normal operation is shared in order to draw out the hydrogen gas from the hydrogen storage alloy tank 200 at the time of low temperature start, so that the space for mounting the pump is reduced. In addition to saving, weight can be reduced.

また、ポンプ410としては、水素ガスを循環させる場合と、水素ガスを引き出す場合とで、その回転の速さを変えることにより、流速を変えることができるポンプを用いる必要がある。即ち、水素ガスを循環させる場合は、圧縮比(ポンプの吐出圧/ポンプの吸込圧)が低いために、動力は低くて済むが、水素ガスを引き出す場合には、圧縮比が高くなり、必要となる動力は高くなる。   Moreover, as the pump 410, it is necessary to use a pump that can change the flow rate by changing the rotation speed between when the hydrogen gas is circulated and when the hydrogen gas is drawn out. That is, when hydrogen gas is circulated, the compression ratio (pump discharge pressure / pump suction pressure) is low, so power is low. However, when hydrogen gas is drawn, the compression ratio is high and necessary. The power to become higher.

以上が、低温始動時における水素ガスの流れである。次に、停止時における作用について説明する。   The above is the flow of hydrogen gas at the time of cold start. Next, the operation when stopped will be described.

前述したとおり、燃料電池100内では、酸素極側から電解質膜を介して水素極側に窒素や水蒸気などの不純物が漏れ出しており、通常運転時に循環している水素ガス中にはそのような不純物がある程度含まれている。その後、燃料電池システムの運転を停止すると、水素吸蔵合金タンク200の運転も停止して、水素吸蔵合金タンク200内の温度は低下する。すると、温度によっては、水素吸蔵合金タンク200内の圧力も低下して負圧となる場合があり、本流流路401やバイパス流路405から水素吸蔵合金タンク200の放出口に向かって逆向きの水素ガスの流れが生じる。従って、本流流路401に設けられたシャットバルブ402やバイパス流路405に設けられたシャットバルブ412として、通常のシャットバルブを用いたのでは、上記した逆向きの流れに対して完全にはシャットできないので、これらシャットバルブ402,412よりも燃料電池100側の水素ガス流路中に残っている水素ガスが、シャットバルブ402,412を介して、水素吸蔵合金タンク200側の水素ガス流路に漏れ出し、それら水素ガスは水素吸蔵合金タンク200内に流れ込む。そして、その水素ガスには、窒素や水蒸気などの不純物も含まれているため、それら不純物も一緒に水素吸蔵合金タンク200内に流れ込むことになり、それら不純物によって水素吸蔵合金タンク200内の水素吸蔵合金が冒される恐れがある。   As described above, in the fuel cell 100, impurities such as nitrogen and water vapor leak from the oxygen electrode side to the hydrogen electrode side through the electrolyte membrane, and such hydrogen gas is circulated during normal operation. Contains some impurities. Thereafter, when the operation of the fuel cell system is stopped, the operation of the hydrogen storage alloy tank 200 is also stopped, and the temperature in the hydrogen storage alloy tank 200 decreases. Then, depending on the temperature, the pressure in the hydrogen storage alloy tank 200 may also be reduced to a negative pressure, and the reverse flow from the main flow path 401 or the bypass flow path 405 toward the discharge port of the hydrogen storage alloy tank 200 may occur. Hydrogen gas flow occurs. Therefore, when a normal shut valve is used as the shut valve 402 provided in the main flow path 401 or the shut valve 412 provided in the bypass flow path 405, the shut flow is completely shut against the reverse flow described above. Therefore, the hydrogen gas remaining in the hydrogen gas flow path closer to the fuel cell 100 than the shut valves 402 and 412 passes through the shut valves 402 and 412 to the hydrogen gas flow path on the hydrogen storage alloy tank 200 side. The hydrogen gas leaks and flows into the hydrogen storage alloy tank 200. Since the hydrogen gas contains impurities such as nitrogen and water vapor, these impurities also flow into the hydrogen storage alloy tank 200 together, and the hydrogen storage in the hydrogen storage alloy tank 200 is caused by these impurities. The alloy may be affected.

そこで、本実施例では、シャットバルブ402,412として、逆流防止機能付きのシャットバルブを用いるようにしている。従って、燃料電池システムの運転停止時に、水素吸蔵合金タンク200に向かって逆向きの水素ガスの流れが生じたとしても、このような逆流防止機能付きシャットバルブを用いることにより、シャットバルブ402,412を介して水素吸蔵合金タンク200側の水素ガス流路に、不純物を含んだ水素ガスが漏れ出すことがなくなるため、水素吸蔵合金タンク200内の水素ガス吸蔵合金を保護することが可能となる。   Therefore, in this embodiment, as the shut valves 402 and 412, shut valves having a backflow prevention function are used. Therefore, even if a reverse flow of hydrogen gas toward the hydrogen storage alloy tank 200 occurs when the fuel cell system is shut down, the shut valves 402 and 412 can be used by using such a shut valve with a backflow prevention function. Therefore, the hydrogen gas containing impurities does not leak into the hydrogen gas flow path on the hydrogen storage alloy tank 200 side, so that the hydrogen gas storage alloy in the hydrogen storage alloy tank 200 can be protected.

以上が、停止時における作用である。次に、異常時における作用について説明する。   The above is the operation when stopped. Next, the action at the time of abnormality will be described.

まず、減圧バルブ404が故障するなどの異常が生じた場合には、燃料電池100に供給される水素ガスの圧力が異常に高くなり、燃料電池100に不具合が生じる恐れがある。そのため、本実施例では、本流流路401から分岐したリリーフ流路409の途中に、リリーフバルブ416を設け、減圧バルブ404から燃料電池100に至る本流流路401中の水素ガスの圧力が所定値以上に上がった場合に、リリーフバルブ416が開き、車両外の大気中に水素ガスを排出する。このとき、水素ガスの排出口は、排出した水素ガスが一定の場所に溜まらないようにするために、路面に向かって水素ガスが排出されるような位置に設けられていることが好ましい。このような位置に設けることにより、排出した水素は拡散しやすくなるからである。   First, when an abnormality such as failure of the pressure reducing valve 404 occurs, the pressure of the hydrogen gas supplied to the fuel cell 100 becomes abnormally high, and there is a risk that the fuel cell 100 will malfunction. Therefore, in this embodiment, a relief valve 416 is provided in the middle of the relief flow path 409 branched from the main flow path 401, and the pressure of the hydrogen gas in the main flow path 401 from the pressure reducing valve 404 to the fuel cell 100 is a predetermined value. When the pressure rises above, the relief valve 416 is opened and the hydrogen gas is discharged into the atmosphere outside the vehicle. At this time, it is preferable that the discharge port for the hydrogen gas is provided at a position where the hydrogen gas is discharged toward the road surface so that the discharged hydrogen gas does not collect in a certain place. This is because by providing at such a position, the discharged hydrogen is easily diffused.

次に、車両衝突が起きたり、制御系の故障が生じたりした場合には、最悪の場合、水素漏れなどを起こす恐れがある。そのため、本実施例では、衝突の振動や、制御系の故障などを感知した場合には、制御部50によって、水素吸蔵合金タンク200のシャットバルブ202と、燃料電池100のシャットバルブ102,104が自動的に閉じ、水素ガスの供給を断ち、水素ガスが漏れるのを防ぐようにしている。   Next, when a vehicle collision occurs or a control system failure occurs, in the worst case, there is a risk of hydrogen leakage or the like. Therefore, in this embodiment, when a collision vibration or a control system failure is detected, the control unit 50 causes the shut valve 202 of the hydrogen storage alloy tank 200 and the shut valves 102 and 104 of the fuel cell 100 to be connected. It closes automatically and cuts off the supply of hydrogen gas to prevent hydrogen gas from leaking.

B.第2の実施例:
B−1.第2の実施例の構成:
図4は本発明の第2の実施例としての車載用燃料電池システムを示す構成図である。第1の実施例の燃料電池システムでは、水素ガスの供給源として、水素吸蔵合金タンク200を用いるようにしたが、本実施例の燃料電池システムでは、水素吸蔵合金タンク200に代えて、高圧水素ガスタンク300を用いるようにしている。
B. Second embodiment:
B-1. Configuration of the second embodiment:
FIG. 4 is a block diagram showing an in-vehicle fuel cell system as a second embodiment of the present invention. In the fuel cell system of the first embodiment, the hydrogen storage alloy tank 200 is used as a hydrogen gas supply source. However, in the fuel cell system of this embodiment, high-pressure hydrogen is used instead of the hydrogen storage alloy tank 200. A gas tank 300 is used.

この高圧水素ガスタンク300は、内部に高圧の水素ガスを充填しており、根本に取り付けられたシャットバルブ302を開くと、およそ20〜35MPaの圧力を有する水素ガスが放出される。   The high-pressure hydrogen gas tank 300 is filled with high-pressure hydrogen gas, and when a shut valve 302 attached to the root is opened, hydrogen gas having a pressure of about 20 to 35 MPa is released.

なお、燃料電池100は、第1の実施例と同一の構成であるので、説明は省略する。   Since the fuel cell 100 has the same configuration as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

この他、本実施例の燃料電池システムは、図4に示すように、水素ガス流路と、酸化ガス流路と、制御部50を備えているが、酸化ガス流路は、第1の実施例と同一の構成であるので、説明は省略する。   In addition, as shown in FIG. 4, the fuel cell system of the present embodiment includes a hydrogen gas flow path, an oxidizing gas flow path, and a control unit 50. The oxidizing gas flow path is the first embodiment. Since it is the same structure as an example, description is abbreviate | omitted.

水素ガス流路は、高圧水素ガスタンク300の放出口から燃料電池100の供給口に至る本流流路401と、燃料電池100の排出口からポンプ410を介して本流流路401に戻る循環流路403と、循環している水素ガス中の不純物を排出するための排出流路407と、圧力異常時に水素ガスを排出するためのリリーフ流路409と、を備えている。本実施例では、水素ガスの供給源として高圧水素ガスタンク300を用いているため、温度に関係なく、高圧の水素ガスを放出することができる。従って、水素吸蔵合金タンク200の場合のように、低温始動時に水素ガスを引き出す必要がないため、バイパス流路405は設けられていない。   The hydrogen gas flow path includes a main flow path 401 extending from the discharge port of the high-pressure hydrogen gas tank 300 to the supply port of the fuel cell 100, and a circulation flow path 403 returning from the discharge port of the fuel cell 100 to the main flow path 401 via the pump 410. And a discharge flow path 407 for discharging impurities in the circulating hydrogen gas, and a relief flow path 409 for discharging hydrogen gas when the pressure is abnormal. In this embodiment, since the high-pressure hydrogen gas tank 300 is used as the hydrogen gas supply source, the high-pressure hydrogen gas can be released regardless of the temperature. Therefore, unlike the case of the hydrogen storage alloy tank 200, the bypass channel 405 is not provided because it is not necessary to draw out hydrogen gas at the time of low temperature start.

本流流路401には、高圧水素ガスタンク300の放出口にシャットバルブ202が配置されており、流路途中に減圧バルブ418,熱交換器420,減圧バルブ422及び気液分離器424がそれぞれ配置されており、燃料電池100の供給口にシャットバルブ102が配置されている。また、循環流路403には、燃料電池100の排出口にシャットバルブ104が配置されており、流路途中に、気液分離器406,ポンプ410及び逆止弁426がそれぞれ配置されている。なお、排出流路407にシャットバルブ414が、リリーフ流路409にリリーフバルブ416が配置されている点は、第1の実施例の場合と同様である。   In the main flow path 401, a shut valve 202 is disposed at the discharge port of the high-pressure hydrogen gas tank 300, and a decompression valve 418, a heat exchanger 420, a decompression valve 422, and a gas-liquid separator 424 are disposed in the middle of the flow path. A shut valve 102 is disposed at the supply port of the fuel cell 100. In the circulation channel 403, a shut valve 104 is disposed at the discharge port of the fuel cell 100, and a gas-liquid separator 406, a pump 410, and a check valve 426 are disposed in the middle of the channel. The point that the shut valve 414 is arranged in the discharge channel 407 and the relief valve 416 is arranged in the relief channel 409 is the same as in the case of the first embodiment.

制御部50は、圧力センサ400からの検出結果を入力すると共に、各バルブ102,104,302,414と、ポンプ410と、コンプレッサ504と、をそれぞれ制御する。なお、図面を見やすくするために、制御線等は省略されている。   The control unit 50 inputs the detection result from the pressure sensor 400 and controls each of the valves 102, 104, 302, and 414, the pump 410, and the compressor 504. Note that control lines and the like are omitted for easy viewing of the drawing.

B−2.第2の実施例の動作:
それでは、水素ガスの流れについて詳細に説明する。なお、酸化ガスの流れについては、第1の実施例の場合と同様であるので、説明は省略する。
B-2. Operation of the second embodiment:
Now, the flow of hydrogen gas will be described in detail. Since the flow of the oxidizing gas is the same as that in the first embodiment, description thereof is omitted.

制御部50によって、高圧水素ガスタンク300のシャットバルブ302と、燃料電池100のシャットバルブ102,104とは、それぞれ、燃料電池システムの運転時には基本的に開いているが、停止時には閉じている。   The control unit 50 causes the shut valve 302 of the high-pressure hydrogen gas tank 300 and the shut valves 102 and 104 of the fuel cell 100 to be basically opened during operation of the fuel cell system, but closed when stopped.

また、通常運転時は、制御部50によって、その他、排出流路407のシャットバルブ414は閉じている。なお、リリーフバルブ416は、第1の実施例の場合と同様に、圧力異常時などの場合以外は閉じている。   In addition, during normal operation, the shut valve 414 of the discharge channel 407 is closed by the control unit 50. The relief valve 416 is closed except in the case of abnormal pressure, as in the case of the first embodiment.

通常運転時、前述したとおり、制御部50がシャットバルブ302を開くと、高圧水素ガスタンク300からは水素ガスが放出され、その放出された水素ガスは、本流流路401を通って燃料電池100に供給される。供給された水素ガスは、燃料電池100内において前述の電気化学反応に使用された後、水素オフガスとして排出される。排出された水素オフガスは、循環流路403を通って本流流路401に戻され、再び、燃料電池100に供給される。このとき、第1の実施例の場合と同様に、循環流路403の途中に設けられているポンプ410が駆動することによって、循環流路403を通る水素オフガスは勢いをつけて本流流路401に送り出される。こうして、通常運転時、水素ガスは、本流流路401及び循環流路403を通って循環している。なお、循環流路403中において、本流流路401との接続点と、ポンプ410と、の間には、循環している水素オフガスが逆流しないようにするために、逆止弁426が設けられている。   During normal operation, as described above, when the control unit 50 opens the shut valve 302, hydrogen gas is released from the high-pressure hydrogen gas tank 300, and the released hydrogen gas passes through the main flow path 401 to the fuel cell 100. Supplied. The supplied hydrogen gas is used as the above-described electrochemical reaction in the fuel cell 100 and then discharged as a hydrogen off gas. The discharged hydrogen off gas is returned to the main flow path 401 through the circulation flow path 403 and supplied to the fuel cell 100 again. At this time, as in the case of the first embodiment, the pump 410 provided in the middle of the circulation flow path 403 is driven, so that the hydrogen off-gas passing through the circulation flow path 403 gains momentum and the main flow flow path 401. Sent out. Thus, during normal operation, hydrogen gas circulates through the main flow channel 401 and the circulation channel 403. A check valve 426 is provided between the connection point with the main flow path 401 and the pump 410 in the circulation flow path 403 so that the circulating hydrogen off-gas does not flow backward. ing.

また、高圧水素ガスタンク300から放出された水素ガスの圧力は、前述したとおりおよそ20〜35MPaであり、第1の実施例における水素吸蔵合金タンク200の場合と比較しても、遙かに高いため、この高圧の水素ガスを直接、燃料電池100に供給すると、圧力が高すぎて、燃料電池100が壊れてしまう。そのため、本実施例では、第1の実施例の場合より減圧の段数を増やし、1次減圧用の減圧バルブ418と2次減圧用の減圧バルブ422の2つ減圧バルブを、本流流路401の途中に設けて、高圧の水素ガスを2段階で減圧するようにしている。即ち、具体的には、1次減圧用の減圧バルブ418によって、およそ20〜35MPaからおよそ0.8〜1MPaに減圧し、さらに2次減圧用の減圧バルブ422によって、およそ0.8〜1MPaからおよそ0.2〜0.3MPaに減圧する。   Further, the pressure of the hydrogen gas released from the high-pressure hydrogen gas tank 300 is about 20 to 35 MPa as described above, and is much higher than the case of the hydrogen storage alloy tank 200 in the first embodiment. If the high-pressure hydrogen gas is directly supplied to the fuel cell 100, the pressure is too high and the fuel cell 100 is broken. Therefore, in this embodiment, the number of stages of decompression is increased as compared with the first embodiment, and two decompression valves, a decompression valve 418 for primary decompression and a decompression valve 422 for secondary decompression, are connected to the main flow path 401. Provided in the middle, the high-pressure hydrogen gas is depressurized in two stages. Specifically, the pressure is reduced from about 20 to 35 MPa to about 0.8 to 1 MPa by the pressure reducing valve 418 for primary pressure reduction, and further from about 0.8 to 1 MPa by the pressure reducing valve 422 for secondary pressure reduction. The pressure is reduced to about 0.2 to 0.3 MPa.

また、このように、1次減圧用の減圧バルブ418によって、高圧の水素ガスをおよそ20〜35MPaからおよそ0.8〜1MPaに減圧するため、水素ガスはおよそ50倍に急膨張して、温度が急激に下がることになる。このような温度低下した水素ガスをそのまま燃料電池100に供給すると、燃料電池100内の温度も低下し、十分な触媒活性が得られないため、電気化学反応が進まず、発電に支障をきたす。そこで、本実施例では、膨張によって温度低下した水素ガスをある程度暖めて、適正な温度で燃料電池100に供給するために、1次減圧用の減圧バルブ418と2次減圧用の減圧バルブ422との間に熱交換器420を配置している。この熱交換器420には、図示していないが、燃料電池100によって暖められた冷却水が供給されており、その暖められた冷却水と温度低下した水素ガスとの間で熱交換が行われるようになっている。こうして、温度低下した水素ガスはこの熱交換器420を通過することによって、ほぼ適正な程度の温度となり、燃料電池100に供給することができる。従って、燃料電池100内では、十分な反応温度が得られるため、電気化学反応が進み、適正な発電動作を行うことができる。   In addition, in this way, since the high-pressure hydrogen gas is reduced from about 20 to 35 MPa to about 0.8 to 1 MPa by the pressure reducing valve 418 for primary pressure reduction, the hydrogen gas rapidly expands by about 50 times, and the temperature Will drop sharply. When such a temperature-decreased hydrogen gas is supplied to the fuel cell 100 as it is, the temperature in the fuel cell 100 is also lowered, and sufficient catalytic activity cannot be obtained. Therefore, the electrochemical reaction does not proceed and the power generation is hindered. Therefore, in this embodiment, in order to warm the hydrogen gas whose temperature has decreased due to the expansion to some extent and supply it to the fuel cell 100 at an appropriate temperature, a pressure reducing valve 418 for primary pressure reduction and a pressure reducing valve 422 for secondary pressure reduction are provided. A heat exchanger 420 is disposed between the two. Although not shown, the heat exchanger 420 is supplied with cooling water heated by the fuel cell 100, and heat exchange is performed between the heated cooling water and hydrogen gas whose temperature has decreased. It is like that. Thus, the hydrogen gas whose temperature has been lowered passes through the heat exchanger 420, so that the temperature becomes a substantially appropriate temperature and can be supplied to the fuel cell 100. Accordingly, since a sufficient reaction temperature can be obtained in the fuel cell 100, an electrochemical reaction proceeds and an appropriate power generation operation can be performed.

また、このように、本流流路401を流れる水素ガスは比較的温度が低いため、循環流路403を循環し本流流路401に戻された水素オフガスと混合されると、水素オフガスに含まれていた水分が凝縮してしまい、気液混合体になって燃料電池100に供給される恐れがある。そこで、本実施例では、本流流路401と循環流路403との接続点と、燃料電池100の供給口と、の間に、気液分離器424を設けて、この気液分離器424によって、混合された水素ガスに含まれる水分を気液分離し、液体分を除去して、気体(水蒸気)分のみを他の気体と共に燃料電池100に供給するようにしている。これにより、燃料電池100は発電動作に支障をきたす恐れがなくなる。   Further, as described above, since the hydrogen gas flowing through the main flow path 401 has a relatively low temperature, it is included in the hydrogen off gas when mixed with the hydrogen off gas circulated through the circulation flow path 403 and returned to the main flow path 401. There is a risk that the water that has been condensed will be condensed and supplied to the fuel cell 100 as a gas-liquid mixture. Therefore, in this embodiment, a gas-liquid separator 424 is provided between the connection point between the main flow path 401 and the circulation flow path 403 and the supply port of the fuel cell 100, and the gas-liquid separator 424 The water contained in the mixed hydrogen gas is separated into gas and liquid, the liquid is removed, and only the gas (water vapor) is supplied to the fuel cell 100 together with other gases. As a result, the fuel cell 100 is free from the risk of hindering the power generation operation.

以上が、通常運転時における水素ガスの流れである。次に、始動時における制御について説明する。   The above is the flow of hydrogen gas during normal operation. Next, the control at the time of starting will be described.

燃料電池システムが運転を停止すると、燃料電池100内では、酸素極側から電解質膜を介して水素極側に窒素等の不純物が透過して拡散するため、最終的には、酸化ガス流路は勿論のこと、水素ガス流路も窒素等の不純物を含むことになる。従って、燃料電池システムの始動時には、水素ガス流路内に存在する不純物を抜いて、水素ガスで満たし、短時間で、燃料電池100が適正な発電をできる状態にする必要がある。   When the fuel cell system stops operating, impurities such as nitrogen permeate and diffuse from the oxygen electrode side to the hydrogen electrode side through the electrolyte membrane in the fuel cell 100. Of course, the hydrogen gas flow path also contains impurities such as nitrogen. Therefore, at the time of starting the fuel cell system, it is necessary to remove impurities present in the hydrogen gas flow path and fill them with hydrogen gas so that the fuel cell 100 can appropriately generate power in a short time.

始動時に水素ガス流路内に存在する不純物を抜く方法としては、例えば、水素ガスを流入する前に、水素ガス流路内に不活性ガスなどのパージガスを流して不純物を押し出す方法が考えられるが、このような方法では、パージガスを流すために、車両内に不活性ガスボンベを積まなければならないので、その分、余分なスペースが必要となると共に、重量も重くなってしまう。   As a method for removing impurities present in the hydrogen gas flow path at the time of startup, for example, a method of extruding impurities by flowing a purge gas such as an inert gas into the hydrogen gas flow path before flowing in the hydrogen gas can be considered. In such a method, since an inert gas cylinder must be stacked in the vehicle in order to flow the purge gas, an extra space is required and the weight is increased accordingly.

そこで、パージガスを流さずに、直接、水素ガス流路内に水素ガスを流して不純物を押し出す方法が考えられる。しかし、このような方法では、水素ガスが不純物を押し出して、燃料電池の出力電圧が所望の電圧になるまでにかなりの時間がかかり、その間、押し出された不純物を抜くために、燃料電池から排出されるガスを外部に捨てると、そのガスには、高濃度の水素が含まれている場合があり、問題があった。   Therefore, a method of extruding impurities by flowing hydrogen gas directly into the hydrogen gas flow path without flowing purge gas can be considered. However, in such a method, it takes a considerable amount of time for the hydrogen gas to push out impurities and the output voltage of the fuel cell to reach the desired voltage, and during that time, the fuel cell is discharged from the fuel cell in order to remove the pushed out impurities. When the generated gas is thrown outside, there is a problem that the gas may contain a high concentration of hydrogen.

そこで、本実施例では、始動時には、水素ガス流路内に水素ガスを流入するだけでなく、水素ガスを循環させるためのポンプ410を駆動して、水素ガス流路内に強制的な流れを起こし、水素ガス流路内に存在する不純物と流入した水素ガスとを攪拌して均一化するようにしている。   Therefore, in this embodiment, at the time of start-up, not only the hydrogen gas flows into the hydrogen gas flow path, but also the pump 410 for circulating the hydrogen gas is driven to generate a forced flow in the hydrogen gas flow path. The impurities present in the hydrogen gas flow path and the hydrogen gas flowing in are agitated and made uniform.

図5は図4の燃料電池システムの始動時における制御部50の制御内容の一例を示すフローチャートである。   FIG. 5 is a flowchart showing an example of control contents of the control unit 50 at the start of the fuel cell system of FIG.

燃料電池システムの始動時、制御部50は、まず、図5に示すように、水素吸蔵合金タンク200のシャットバルブ202と、燃料電池100のシャットバルブ102及び104を、閉じた状態から開く(ステップS202)。すると、高圧水素ガスタンク300から水素ガスが放出され、その放出された水素ガスは、本流流路401内を流れる。次に、制御部50は、ポンプ410を標準回転で駆動して、循環流路403内に強制的に流れを起こして、水素ガス流路内に存在する不純物を移動させ、それら不純物と流入した水素ガスとを循環させて攪拌すると、両者は早期に均一化する。   At the start of the fuel cell system, the controller 50 first opens the shut valve 202 of the hydrogen storage alloy tank 200 and the shut valves 102 and 104 of the fuel cell 100 from the closed state as shown in FIG. S202). Then, hydrogen gas is released from the high-pressure hydrogen gas tank 300, and the released hydrogen gas flows through the main flow channel 401. Next, the control unit 50 drives the pump 410 at a standard rotation to forcibly cause a flow in the circulation flow path 403 to move impurities present in the hydrogen gas flow path and flow into the impurities. When hydrogen gas is circulated and agitated, both become uniform at an early stage.

例えば、水素ガス流路内に存在する不純物が大気圧(0.1MPa)であるとすると、水素ガスを2気圧(0,2MPa)に減圧して流すことにより、大気圧と2気圧なので、不純物と水素ガスがほぼ50%ずつの状態になり、この状態で循環させて攪拌し、不純物と水素ガスを均一化させる。   For example, if the impurity present in the hydrogen gas flow path is atmospheric pressure (0.1 MPa), the hydrogen gas is reduced to 2 atmospheres (0, 2 MPa) and flowed, so that the atmospheric pressure is 2 atmospheres. In this state, the hydrogen gas is circulated and stirred to homogenize impurities and hydrogen gas.

このように、不純物と水素ガスを均一化させると、燃料電池100内の各水素電極には等しく水素が供給されるため、燃料電池100は、直ちに、開放端電圧が立ち上がる。この立ち上がりを、制御部50が、電圧センサ(図示せず)からの検出結果に基づいて感知すると(ステップS206)、「発電OK」として、制御部50は、燃料電池100に負荷(図示せず)を接続させる(ステップS208)。その後、制御部50は、シャットバルブ414の開け(ステップS210)、循環しているガス(均一化している不純物と水素ガス)を徐々に排出する。高圧水素ガスタンク300から引き続き水素ガスが流入しているので、循環しているガスは徐々に水素濃度を上げていく。   Thus, when the impurities and hydrogen gas are made uniform, hydrogen is equally supplied to each hydrogen electrode in the fuel cell 100, so that the open-circuit voltage of the fuel cell 100 immediately rises. When the control unit 50 senses this rise based on the detection result from the voltage sensor (not shown) (step S206), the control unit 50 sets the load (not shown) to the fuel cell 100 as “power generation OK”. ) Are connected (step S208). Thereafter, the control unit 50 opens the shut valve 414 (step S210), and gradually discharges the circulating gas (uniform impurities and hydrogen gas). Since hydrogen gas continues to flow from the high-pressure hydrogen gas tank 300, the circulating gas gradually increases the hydrogen concentration.

その後、制御部50は、所定時間経過したら(ステップS212)、水素ガス流路内に存在していた不純物はある程度抜け、循環している水素ガスの水素濃度が十分になったとして、シャットバルブ414を閉じる(ステップS214)。そして、通常運転状態となる。   After that, when a predetermined time has elapsed (step S212), the control unit 50 determines that the impurities present in the hydrogen gas flow passage have escaped to some extent, and the hydrogen concentration of the circulating hydrogen gas has become sufficient. Is closed (step S214). And it will be in a normal driving | running state.

このように、燃料電池システムの始動時には、水素ガス流路内に水素ガスを流入すると共に、ポンプ410を駆動して、短時間で、燃料電池100の出力電圧を所望の電圧に上げることができる。また、パージガスを必要としないため、パージガス用のボンベなどが不要であり、省スペース化、軽量化を図ることができる。さらに、高濃度の水素ガスを排出することもないので、高い安全性を確保することもできる。   Thus, when starting the fuel cell system, hydrogen gas flows into the hydrogen gas flow path and the pump 410 can be driven to increase the output voltage of the fuel cell 100 to a desired voltage in a short time. . Further, since no purge gas is required, a purge gas cylinder is unnecessary, and space saving and weight reduction can be achieved. Furthermore, since high concentration hydrogen gas is not discharged, high safety can be ensured.

なお、本実施例において、排出流路407に設けられたシャットバルブ414やリリーフ流路409に設けられたリリーフバルブ416の作用は、第1の実施例の場合と同様であるので、説明は省略する。   In this embodiment, the operation of the shut valve 414 provided in the discharge flow path 407 and the relief valve 416 provided in the relief flow path 409 is the same as in the case of the first embodiment, and thus description thereof is omitted. To do.

C.変形例:
なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
C. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.

上記した第1及び第2の実施例では、循環流路403に気液分離器406を設けていたが、このような構成は、水素ガスの供給源として、水素吸蔵合金タンク200や高圧水素ガスタンク300の代わりに、原燃料を改質して水素ガスを生成する改質器などを用いた燃料電池システムにおいても、適用することができる。   In the first and second embodiments described above, the gas-liquid separator 406 is provided in the circulation flow path 403. However, such a configuration has a hydrogen storage alloy tank 200 or a high-pressure hydrogen gas tank as a hydrogen gas supply source. Instead of 300, the present invention can also be applied to a fuel cell system using a reformer that reforms raw fuel to generate hydrogen gas.

また、上記した第2の実施例では、本流流路401に気液分離器424を設けていたが、このような構成は、第1の実施例の燃料電池システムにおいても、適用することができ、また、水素ガス供給源として改質器などを用いた燃料電池システムにおいても、適用することができる。   In the second embodiment described above, the gas-liquid separator 424 is provided in the main flow path 401. However, such a configuration can also be applied to the fuel cell system of the first embodiment. The present invention can also be applied to a fuel cell system using a reformer or the like as a hydrogen gas supply source.

また、上記した第2の実施例では、減圧バルブ418と422の間に、熱交換器420を設けていたが、減圧バルブ422の下流側に設けるようにしても良い。また、第1の実施例の燃料電池システムにおいても、減圧バルブ404を使用しているので、必要があれば、この減圧バルブ404の下流側にこのような熱交換器を設けるようにしても良い。   In the second embodiment, the heat exchanger 420 is provided between the pressure reducing valves 418 and 422. However, the heat exchanger 420 may be provided on the downstream side of the pressure reducing valve 422. In the fuel cell system of the first embodiment, since the pressure reducing valve 404 is used, such a heat exchanger may be provided on the downstream side of the pressure reducing valve 404 if necessary. .

また、上記した第2の実施例では、燃料電池システムの始動時に、図5に示しような制御を行なっていたが、このような制御は、第1の実施例の燃料電池システムにおいても、適用することができ、また、水素ガス供給源として改質器などを用いた燃料電池システムにおいても、適用することができる。但し、第1の実施例の燃料電池システムに適用する場合、低温始動時であれば、まず、ポンプ410によって水素吸蔵合金タンク200から水素ガスを引き出した後、シャットバルブ402,408,412の開閉状態を切り替えて、ポンプ410によって残存している不純物と引き出した水素ガスを循環させ、均一化するようにする。   Further, in the second embodiment described above, the control as shown in FIG. 5 is performed at the start of the fuel cell system. However, such a control is also applied to the fuel cell system of the first embodiment. It can also be applied to a fuel cell system using a reformer or the like as a hydrogen gas supply source. However, when applied to the fuel cell system of the first embodiment, at the time of low temperature start, first, hydrogen gas is drawn from the hydrogen storage alloy tank 200 by the pump 410, and then the shut valves 402, 408, 412 are opened and closed. By switching the state, the remaining impurities and the extracted hydrogen gas are circulated by the pump 410 so as to be uniformized.

50…制御部
100…燃料電池
102…シャットバルブ
104…シャットバルブ
200…水素吸蔵合金タンク
202…シャットバルブ
300…高圧水素ガスタンク
302…シャットバルブ
400…圧力センサ
401…本流流路
402…シャットバルブ
403…循環流路
404…減圧バルブ
404…減圧バルブ
405…バイパス流路
406…気液分離器
407…排出流路
408…シャットバルブ
409…リリーフ流路
410…ポンプ
412…シャットバルブ
414…シャットバルブ
416…リリーフバルブ
418…減圧バルブ
420…熱交換器
422…減圧バルブ
424…気液分離器
426…逆止弁
501…酸化ガス供給流路
502…エアクリーナ
503…酸素オフガス排出流路
504…コンプレッサ
506…加湿器
508…気液分離器
510…コンバスタ
512…白金触媒
602…流入口
604…シリンダ
606…流出口
610…ガス流路
612…コック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 ... Control part 100 ... Fuel cell 102 ... Shut valve 104 ... Shut valve 200 ... Hydrogen storage alloy tank 202 ... Shut valve 300 ... High pressure hydrogen gas tank 302 ... Shut valve 400 ... Pressure sensor 401 ... Main flow path 402 ... Shut valve 403 ... Circulating flow path 404 ... Pressure reducing valve 404 ... Pressure reducing valve 405 ... Bypass flow path 406 ... Gas-liquid separator 407 ... Discharge flow path 408 ... Shut valve 409 ... Relief flow path 410 ... Pump 412 ... Shut valve 414 ... Shut valve 416 ... Relief Valve 418 ... Pressure reducing valve 420 ... Heat exchanger 422 ... Pressure reducing valve 424 ... Gas-liquid separator 426 ... Check valve 501 ... Oxidizing gas supply flow path 502 ... Air cleaner 503 ... Oxygen off gas discharge flow path 504 ... Compressor 506 ... Humidifier 5 8 ... gas-liquid separator 510 ... combustor 512 ... platinum catalyst 602 ... inlet 604 ... cylinder 606 ... outlet 610 ... gas flow channel 612 ... cock

Claims (8)

貯蔵された水素ガスを所定の圧力でもって放出することが可能な水素ガス貯蔵部と、該水素ガス貯蔵部から放出された前記水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス貯蔵部の放出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に位置する特定箇所から、前記車両の外部に向かって延びる第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能なリリーフバルブと、
を備え、
前記リリーフバルブは、該リリーフバルブより前記特定箇所側の流路内に存在する前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記第1の流路から前記第2の流路を介して外部に排出させ
前記第2の流路の排出口は、排出する前記水素ガスが路面に向かうように、配置されている、車載用燃料電池システム。
A hydrogen gas storage unit capable of releasing the stored hydrogen gas at a predetermined pressure; and a fuel cell that generates electric power upon receiving the supply of the hydrogen gas released from the hydrogen gas storage unit. An in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path connecting the discharge port of the hydrogen gas storage unit and the supply port of the fuel cell, and supplying the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit to the fuel cell; ,
At least one decompression unit disposed in the first flow path to reduce the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
A second channel extending toward the outside of the vehicle from a specific location located between the decompression unit and the fuel cell supply port in the first channel;
A relief valve disposed in the second flow path and capable of flowing and stopping gas by opening and closing;
With
The relief valve is opened when the pressure of the hydrogen gas existing in the flow path on the specific location side of the relief valve exceeds a reference pressure, and the hydrogen gas is removed from the first flow path through the first flow path. 2 to the outside through the flow path ,
The in- vehicle fuel cell system , wherein the discharge port of the second flow path is arranged so that the discharged hydrogen gas is directed to the road surface .
水素ガスを供給するための水素ガス供給部と、該水素ガス供給部から送出される前記水素ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、残った前記水素ガスを排出する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に位置する特定箇所から、前記車両の外部に向かって延びる第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能なリリーフバルブと、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第3の流路と、
前記第3の流路中に配置され、前記燃料電池から排出される前記水素ガスに含まれる水分を、液体と気体とに分離して、液体のみを除去する気液分離部と、
を備え
前記リリーフバルブは、該リリーフバルブより前記特定箇所側の流路内に存在する前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記第1の流路から前記第2の流路を介して外部に排出させ、
前記第2の流路の排出口は、排出する前記水素ガスが路面に向かうように、配置されている、車載用燃料電池システム。
A hydrogen gas supply unit for supplying hydrogen gas; and a fuel cell that receives the supply of the hydrogen gas delivered from the hydrogen gas supply unit to generate electric power and discharge the remaining hydrogen gas. An in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path for connecting the supply port of the hydrogen gas supply unit and the supply port of the fuel cell and supplying the fuel cell with the hydrogen gas sent from the hydrogen gas supply unit; ,
At least one decompression unit disposed in the first flow path to reduce the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
A second channel extending toward the outside of the vehicle from a specific location located between the decompression unit and the fuel cell supply port in the first channel;
A relief valve disposed in the second flow path and capable of flowing and stopping gas by opening and closing;
A third flow path connecting the discharge port of the fuel cell and the first flow path, and flowing the hydrogen gas discharged from the fuel cell and returning it to the first flow path;
A gas-liquid separator that is disposed in the third flow path and separates the water contained in the hydrogen gas discharged from the fuel cell into a liquid and a gas, and removes only the liquid;
Equipped with a,
The relief valve is opened when the pressure of the hydrogen gas existing in the flow path on the specific location side of the relief valve exceeds a reference pressure, and the hydrogen gas is removed from the first flow path through the first flow path. 2 to the outside through the flow path,
The in- vehicle fuel cell system , wherein the discharge port of the second flow path is arranged so that the discharged hydrogen gas is directed to the road surface .
水素ガスを供給するための水素ガス供給部と、該水素ガス供給部から送出される前記水素ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、残った前記水素ガスを排出する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に位置する特定箇所から、前記車両の外部に向かって延びる第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能なリリーフバルブと、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第3の流路と、
前記第1の流路中における前記第3の流路との接続部と前記燃料電池の供給口との間に配置され、前記水素ガスに含まれる水分を、液体と気体とに分離して、液体のみを除去する気液分離部と、
を備え
前記リリーフバルブは、該リリーフバルブより前記特定箇所側の流路内に存在する前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記第1の流路から前記第2の流路を介して外部に排出させ、
前記第2の流路の排出口は、排出する前記水素ガスが路面に向かうように、配置されている、車載用燃料電池システム。
A hydrogen gas supply unit for supplying hydrogen gas; and a fuel cell that receives the supply of the hydrogen gas delivered from the hydrogen gas supply unit to generate electric power and discharge the remaining hydrogen gas. An in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path for connecting the supply port of the hydrogen gas supply unit and the supply port of the fuel cell and supplying the fuel cell with the hydrogen gas sent from the hydrogen gas supply unit; ,
At least one decompression unit disposed in the first flow path to reduce the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
A second channel extending toward the outside of the vehicle from a specific location located between the decompression unit and the fuel cell supply port in the first channel;
A relief valve disposed in the second flow path and capable of flowing and stopping gas by opening and closing;
A third flow path connecting the discharge port of the fuel cell and the first flow path, and flowing the hydrogen gas discharged from the fuel cell and returning it to the first flow path;
Arranged between the connecting portion of the first flow path to the third flow path and the supply port of the fuel cell, separating moisture contained in the hydrogen gas into a liquid and a gas; A gas-liquid separator that removes only the liquid;
Equipped with a,
The relief valve is opened when the pressure of the hydrogen gas existing in the flow path on the specific location side of the relief valve exceeds a reference pressure, and the hydrogen gas is removed from the first flow path through the first flow path. 2 to the outside through the flow path,
The in- vehicle fuel cell system , wherein the discharge port of the second flow path is arranged so that the discharged hydrogen gas is directed to the road surface .
貯蔵された水素ガスを所定の圧力でもって放出することが可能な水素ガス貯蔵部と、該水素ガス貯蔵部から放出された前記水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス貯蔵部の放出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に位置する特定箇所から、前記車両の外部に向かって延びる第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能なリリーフバルブと、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に配置され、前記第1の流路を流れる前記水素ガスの温度を上げる昇温部と、
を備え
前記リリーフバルブは、該リリーフバルブより前記特定箇所側の流路内に存在する前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記第1の流路から前記第2の流路を介して外部に排出させ、
前記第2の流路の排出口は、排出する前記水素ガスが路面に向かうように、配置されている、車載用燃料電池システム。
A hydrogen gas storage unit capable of releasing the stored hydrogen gas at a predetermined pressure; and a fuel cell that generates electric power upon receiving the supply of the hydrogen gas released from the hydrogen gas storage unit. An in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path connecting the discharge port of the hydrogen gas storage unit and the supply port of the fuel cell, and supplying the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit to the fuel cell; ,
At least one decompression unit disposed in the first flow path to reduce the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
A second channel extending toward the outside of the vehicle from a specific location located between the decompression unit and the fuel cell supply port in the first channel;
A relief valve disposed in the second flow path and capable of flowing and stopping gas by opening and closing;
A temperature raising unit that is disposed between the pressure reducing unit in the first flow path and the supply port of the fuel cell, and raises the temperature of the hydrogen gas flowing through the first flow path;
Equipped with a,
The relief valve is opened when the pressure of the hydrogen gas existing in the flow path on the specific location side of the relief valve exceeds a reference pressure, and the hydrogen gas is removed from the first flow path through the first flow path. 2 to the outside through the flow path,
The in- vehicle fuel cell system , wherein the discharge port of the second flow path is arranged so that the discharged hydrogen gas is directed to the road surface .
水素ガスを供給するための水素ガス供給部と、該水素ガス供給部から送出される前記水素ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、残った前記水素ガスを排出する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に位置する特定箇所から、前記車両の外部に向かって延びる第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能なリリーフバルブと、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第3の流路と、
前記第3の流路中に配置され、前記第3の流路を流れる前記水素ガスを前記第1の流路に向かって流し、前記水素ガスを循環させるポンプと、
前記水素ガス供給部及び前記ポンプを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの始動時において、前記水素ガス供給部より前記水素ガスを送出させると共に、前記ポンプを駆動させて、前記水素ガスが流れるべき流路内に流れを起こし、該流路内に存在する不純物と送出した前記水素ガスとを攪拌して均一化し、
前記リリーフバルブは、該リリーフバルブより前記特定箇所側の流路内に存在する前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記第1の流路から前記第2の流路を介して外部に排出させ、
前記第2の流路の排出口は、排出する前記水素ガスが路面に向かうように、配置されている、車載用燃料電池システム。
A hydrogen gas supply unit for supplying hydrogen gas; and a fuel cell that receives the supply of the hydrogen gas delivered from the hydrogen gas supply unit to generate electric power and discharge the remaining hydrogen gas. An in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path for connecting the supply port of the hydrogen gas supply unit and the supply port of the fuel cell and supplying the fuel cell with the hydrogen gas sent from the hydrogen gas supply unit; ,
At least one decompression unit disposed in the first flow path to reduce the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
A second channel extending toward the outside of the vehicle from a specific location located between the decompression unit and the fuel cell supply port in the first channel;
A relief valve disposed in the second flow path and capable of flowing and stopping gas by opening and closing;
A third flow path connecting the discharge port of the fuel cell and the first flow path, and flowing the hydrogen gas discharged from the fuel cell and returning it to the first flow path;
Said third disposed in the flow path, said third flow path the hydrogen gas flowing through the flow toward the first flow path, a pump for circulating the hydrogen gas,
A control unit for controlling the hydrogen gas supply unit and the pump;
With
The control unit, when starting the fuel cell system, causes the hydrogen gas to be sent from the hydrogen gas supply unit and drives the pump to cause a flow in the flow path through which the hydrogen gas flows, Stir and homogenize the impurities present in the flow path and the hydrogen gas sent out ,
The relief valve is opened when the pressure of the hydrogen gas existing in the flow path on the specific location side of the relief valve exceeds a reference pressure, and the hydrogen gas is removed from the first flow path through the first flow path. 2 to the outside through the flow path,
The in- vehicle fuel cell system , wherein the discharge port of the second flow path is arranged so that the discharged hydrogen gas is directed to the road surface .
水素ガスを供給するための水素ガス供給部と、該水素ガス供給部から送出される前記水素ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、残った前記水素ガスを排出する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムの制御方法であって、
(a)前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に位置する特定箇所から、前記車両の外部に向かって延びる第2の流路と、前記第2の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能なリリーフバルブと、前記燃料電池の排出口と前記第1の流路との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第3の流路と、前記第3の流路中に配置され、前記第3の流路を流れる前記水素ガスを前記第1の流路に向かって流し、前記水素ガスを循環させるポンプと、を用意する工程と、
(b)前記燃料電池システムの始動時において、前記水素ガス供給部より前記水素ガスを送出させる工程と、
(c)前記ポンプを駆動させて、前記水素ガスが流れるべき流路内に流れを起こし、該流路内に存在する不純物と送出した前記水素ガスとを攪拌して均一化する工程と、
(d)前記第2の流路の排出口を、排出する前記水素ガスが路面に向かうように配置して、前記リリーフバルブより前記特定箇所側の流路内に存在する前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に前記リリーフバルブを開いて、前記水素ガスを前記第1の流路から前記第2の流路を介して外部に排出させる工程と
を備える車載用燃料電池システムの制御方法。
A hydrogen gas supply unit for supplying hydrogen gas; and a fuel cell that receives the supply of the hydrogen gas delivered from the hydrogen gas supply unit to generate electric power and discharge the remaining hydrogen gas. , A control method for an in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
(A) a first connecting the outlet of the hydrogen gas supply unit and the supply port of the fuel cell and supplying the fuel cell by flowing the hydrogen gas delivered from the hydrogen gas supply unit; A flow path, at least one pressure-reducing section disposed in the first flow path and reducing the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage section, and the pressure-reducing section in the first flow path And a second flow path extending toward the outside of the vehicle from a specific location located between the fuel cell supply port and the fuel cell supply port, and disposed in the second flow path to flow or stop the gas by opening and closing A relief valve that can be connected to the fuel cell, a discharge port of the fuel cell and the first flow path, and a flow of the hydrogen gas discharged from the fuel cell to flow the first flow path a third flow path to return to, is disposed in the third flow path Flowed toward the hydrogen gas flowing through the third channel to the first channel, preparing a, a pump for circulating the hydrogen gas,
(B) at the time of starting the fuel cell system, sending the hydrogen gas from the hydrogen gas supply unit;
(C) driving the pump to cause a flow in the flow path through which the hydrogen gas flows, and stirring and homogenizing impurities present in the flow path and the delivered hydrogen gas;
(D) The discharge port of the second flow path is arranged so that the hydrogen gas to be discharged is directed to the road surface, and the pressure of the hydrogen gas existing in the flow path on the specific location side from the relief valve is And a step of opening the relief valve when a reference pressure is exceeded and discharging the hydrogen gas from the first flow path to the outside through the second flow path. Method.
車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
貯蔵された水素ガスを放出することが可能な水素ガス貯蔵部と、
該水素ガス貯蔵部から放出された前記水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池と、
前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する流路と、
該流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記流路中において、前記減圧部と前記燃料電池との間の特定箇所における前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記流路から外部に排出させるリリーフバルブと、
前記リリーフバルブを通じて排出される水素ガスが路面に向かうように配置された排出口と
を備える車載用燃料電池システム。
An in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A hydrogen gas storage unit capable of releasing the stored hydrogen gas; and
A fuel cell that generates electric power by receiving the supply of the hydrogen gas released from the hydrogen gas storage unit;
A flow path for supplying the fuel cell by flowing the hydrogen gas released from the hydrogen gas storage unit;
At least one decompression unit disposed in the flow path and reducing the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
Relief that opens when the pressure of the hydrogen gas at a specific location between the pressure reducing unit and the fuel cell exceeds a reference pressure in the flow path, and discharges the hydrogen gas from the flow path to the outside. A valve,
An in- vehicle fuel cell system comprising: a discharge port arranged so that hydrogen gas discharged through the relief valve is directed toward a road surface .
車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
貯蔵された水素ガスを放出することが可能な水素ガス貯蔵部と、
該水素ガス貯蔵部から放出された前記水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池と、
前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する流路と、
該流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記流路中における前記減圧部と前記燃料電池との間に配置され、前記流路を流れる前記水素ガスの温度を上げる昇温部と、
前記流路中において、前記減圧部と前記燃料電池との間の特定箇所における前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記流路から外部に排出させるリリーフバルブと、
前記リリーフバルブを通じて排出される水素ガスが路面に向かうように配置された排出口と
を備える車載用燃料電池システム。
An in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A hydrogen gas storage unit capable of releasing the stored hydrogen gas; and
A fuel cell that generates electric power by receiving the supply of the hydrogen gas released from the hydrogen gas storage unit;
A flow path for supplying the fuel cell by flowing the hydrogen gas released from the hydrogen gas storage unit;
At least one decompression unit disposed in the flow path and reducing the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
A temperature raising part that is disposed between the pressure reducing part and the fuel cell in the flow path and raises a temperature of the hydrogen gas flowing through the flow path;
Relief that opens when the pressure of the hydrogen gas at a specific location between the pressure reducing unit and the fuel cell exceeds a reference pressure in the flow path, and discharges the hydrogen gas from the flow path to the outside. A valve,
An in- vehicle fuel cell system comprising: a discharge port arranged so that hydrogen gas discharged through the relief valve is directed toward a road surface .
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