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JP6135590B2 - Fuel cell system - Google Patents
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JP6135590B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

水素ガスと空気との反応により発電する燃料電池スタックと、燃料電池スタックに水素ガスを供給する燃料供給系と、燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスを燃料電池スタックに戻す燃料循環系と、燃料循環系からアノードオフガスの一部を排出する燃料排出系と、燃料電池スタックから排出されたカソードオフガスを排出する酸化剤排出系と、燃料排出系及び酸化剤排出系に連結された希釈器と、を備える燃料電池システムが知られている(特許文献1参照)。   A fuel cell stack for generating electricity by reaction of hydrogen gas and air, a fuel supply system for supplying hydrogen gas to the fuel cell stack, a fuel circulation system for returning anode off-gas discharged from the fuel cell stack to the fuel cell stack, and fuel A fuel discharge system for discharging a part of the anode off-gas from the circulation system, an oxidant discharge system for discharging the cathode off-gas discharged from the fuel cell stack, a diluter connected to the fuel discharge system and the oxidant discharge system, Is known (see Patent Document 1).

固体高分子型の燃料電池では、カソード極からアノード極に水分や窒素ガスなどが透過する。これら水分及び窒素ガスなどはアノードオフガスと共に燃料循環系により燃料電池スタックに戻される。ところが、これらの水分及び窒素ガスは、燃料電池スタックの発電効率を低下させる。したがって、このように燃料電池スタックの発電効率を低下させる物質を発電阻害物質と称すると、発電阻害物質を水素ガス流路から除去する必要がある。そこで特許文献1の燃料電池システムでは、発電阻害物質を含むアノードオフガスの一部をパージガスとして、燃料排出系により排出させるようにしている。   In the polymer electrolyte fuel cell, moisture, nitrogen gas or the like permeates from the cathode electrode to the anode electrode. These moisture, nitrogen gas and the like are returned to the fuel cell stack by the fuel circulation system together with the anode off gas. However, these moisture and nitrogen gas reduce the power generation efficiency of the fuel cell stack. Therefore, when a substance that reduces the power generation efficiency of the fuel cell stack is referred to as a power generation inhibitor, it is necessary to remove the power generation inhibitor from the hydrogen gas flow path. Therefore, in the fuel cell system of Patent Document 1, a part of the anode off gas containing the power generation inhibiting substance is discharged as a purge gas by a fuel discharge system.

ただし、パージガスを大気中に放出するには、安全のために、パージガス中の水素濃度を爆発限界濃度よりも低くする必要がある。したがって、パージガスを大気中に放出する前に、パージガスを希釈する必要がある。そこで特許文献1の燃料電池システムでは、燃料排出系により排出されたアノードオフガスをバッファタンクに一時的に溜めておき、その溜めておいたアノードオフガスを、インジェクタおよびポンプの少なくとも一つを用いて希釈器に供給し、カソードオフガス(空気を含む)で希釈している。   However, in order to release the purge gas to the atmosphere, it is necessary to make the hydrogen concentration in the purge gas lower than the explosion limit concentration for safety. Therefore, it is necessary to dilute the purge gas before releasing the purge gas into the atmosphere. Therefore, in the fuel cell system of Patent Document 1, the anode offgas discharged by the fuel discharge system is temporarily stored in a buffer tank, and the stored anode offgas is diluted using at least one of an injector and a pump. Is supplied to the vessel and diluted with cathode off-gas (including air).

特開2012−252796号公報JP 2012-252796 A

しかし、特許文献1に記載の燃料電池システムでは、バッファタンクに貯めたアノードオフガスを希釈器に供給するためにインジェクタやポンプが必要であるので、システムが複雑になるばかりか、インジェクタやポンプを駆動するための電気エネルギが必要となる。   However, in the fuel cell system described in Patent Document 1, an injector and a pump are required to supply the anode off gas stored in the buffer tank to the diluter, so that the system becomes complicated and the injector and the pump are driven. Electric energy is necessary to do this.

本発明によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタック内に形成された燃料ガス通路の出口に連結されたアノードオフガス管と、前記燃料電池スタック内に形成された酸化剤ガス通路の出口に連結されたカソードオフガス管と、前記アノードオフガス管からのパージガスを一時的に蓄えるバッファタンクと、前記アノードオフガス管の出口又は途中を前記バッファタンクの入口に連結するパージガス導入管と、前記パージガス導入管内に配置されたパージガス導入弁と、前記カソードオフガス管内に配置され、カソードオフガスとパージガスとを互いに混合することにより排出ガス中の燃料ガス濃度を低下させる希釈器と、前記バッファタンクの出口と前記希釈器の入口又は前記希釈器上流の前記カソードオフガス管に連結するパージガス排出管と、前記パージガス排出管内に配置されたパージガス排出弁と、を備え、前記バッファタンクは弾性的に伸縮可能であり、前記パージガス排出弁が閉弁されつつ前記パージガス導入弁が開弁されると、前記アノードオフガス管から前記パージガス導入管を介しパージガスが前記バッファタンク内に流入し、このとき前記バッファタンクが弾性的に伸長し、次いで前記パージガス導入弁が閉弁されると共に前記パージガス排出弁が開弁されると、前記バッファタンクが弾性的に収縮することにより前記バッファタンク内のパージガスが前記パージガス排出管を介し前記希釈器内又は前記希釈器上流の前記カソードオフガス管内に排出される、燃料電池システムが提供される。   According to the present invention, a fuel cell stack that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, an anode offgas pipe connected to an outlet of a fuel gas passage formed in the fuel cell stack, A cathode offgas pipe connected to an outlet of an oxidant gas passage formed in the fuel cell stack, a buffer tank for temporarily storing purge gas from the anode offgas pipe, and an outlet or a halfway of the anode offgas pipe A purge gas introduction pipe connected to the inlet of the buffer tank, a purge gas introduction valve arranged in the purge gas introduction pipe, and a fuel gas in the exhaust gas arranged in the cathode off gas pipe by mixing the cathode off gas and the purge gas with each other A diluter for reducing the concentration, the outlet of the buffer tank and the inlet or the diluter. A purge gas discharge pipe connected to the cathode offgas pipe upstream of the diluter, and a purge gas discharge valve disposed in the purge gas discharge pipe, wherein the buffer tank is elastically expandable and contractible, and the purge gas discharge valve When the purge gas introduction valve is opened while being closed, purge gas flows into the buffer tank from the anode off-gas pipe through the purge gas introduction pipe, and at this time, the buffer tank elastically expands, When the purge gas introduction valve is closed and the purge gas discharge valve is opened, the buffer tank is elastically contracted so that the purge gas in the buffer tank passes through the purge gas discharge pipe into the diluter or the A fuel cell system is provided that is discharged into the cathode offgas pipe upstream of the diluter. .

より簡易的な構成を用いて、燃料電池スタック及びアノードオフガス管から発電阻害物質を取り除くことができる。   A power generation inhibiting substance can be removed from the fuel cell stack and the anode offgas pipe using a simpler configuration.

燃料電池システムの全体図である。1 is an overall view of a fuel cell system. バッファタンクの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of a buffer tank. バッファタンクの動作を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing operation of a buffer tank. バッファタンクの動作を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing operation of a buffer tank. バッファタンクの動作を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing operation of a buffer tank. パージ作用を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining a purge action. インターバルTのマップを示す図である。It is a figure which shows the map of the interval T. パージ制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the routine which performs purge control. バッファタンクの別の実施例の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of another Example of a buffer tank. バッファタンクの更に別の実施例の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of another Example of a buffer tank. 本発明による別の実施例を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing another embodiment according to the present invention.

図1を参照すると、燃料電池システム1は燃料電池スタック10を備える。燃料電池スタック10は積層方向に互いに積層された複数の燃料電池単セル(図示されず)を備える。各燃料電池単セルは膜電極接合体20を含む。膜電極接合体20は膜状の電解質と、電解質の一側に形成されたアノード極と、電解質の他側に形成されたカソード極とを備える。   Referring to FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 10. The fuel cell stack 10 includes a plurality of fuel cell single cells (not shown) stacked in the stacking direction. Each single fuel cell includes a membrane electrode assembly 20. The membrane electrode assembly 20 includes a membrane electrolyte, an anode electrode formed on one side of the electrolyte, and a cathode electrode formed on the other side of the electrolyte.

燃料電池単セルのアノード極及びカソード極はそれぞれ直列に電気的に接続され、燃料電池スタック10の電極を構成する。燃料電池スタック10の電極は、例えば、DC/DCコンバータを介してインバータに電気的に接続され、インバータはモータジェネレータに電気的に接続される。また、別の実施例では、燃料電池システム1は、バッテリのような蓄電器を備える。これらの電気的な構成については、図示を省略している。   The anode electrode and the cathode electrode of the single fuel cell are electrically connected in series, and constitute an electrode of the fuel cell stack 10. The electrode of the fuel cell stack 10 is electrically connected to an inverter via a DC / DC converter, for example, and the inverter is electrically connected to a motor generator. Moreover, in another Example, the fuel cell system 1 is provided with an electrical storage device like a battery. Illustration of these electrical configurations is omitted.

また、燃料電池単セル内には、アノード極に燃料ガスである水素ガスを供給するための水素ガス流通路と、カソード極に酸化剤ガスである空気を供給する空気流通路と、燃料電池単セルに冷却水を供給するための冷却水流通路とがそれぞれ形成される。複数の燃料電池単セルの水素ガス流通路、空気流通路、及び冷却水流通路をそれぞれ直列に接続することにより、燃料電池スタック10には水素ガス通路30、空気通路40、及び冷却水通路50がそれぞれ形成される。   Further, in the single fuel cell, a hydrogen gas flow passage for supplying hydrogen gas as fuel gas to the anode electrode, an air flow passage for supplying air as oxidant gas to the cathode electrode, and a single fuel cell. A cooling water flow passage for supplying cooling water to the cell is formed. By connecting the hydrogen gas flow passage, the air flow passage, and the cooling water flow passage of the plurality of fuel cell single cells in series, the fuel cell stack 10 includes the hydrogen gas passage 30, the air passage 40, and the cooling water passage 50. Each is formed.

水素ガス通路30の入口には水素ガス供給管31が連結され、水素ガス供給管31は燃料ガス源である水素タンク32に連結される。水素ガス供給管31内には上流側から順に、遮断弁33と、水素ガス供給管31内の水素ガスの圧力を調整するレギュレータ34と、水素ガス供給管31内の圧力を測定する圧力センサPAとが配置される。一方、水素ガス通路30の出口にはアノードオフガス管36の一端が連結される。アノードオフガス管36の他端には、パージガス導入管64の一端が連結され、パージガス導入管64の他端には、弾性的に伸縮可能なバッファタンク60が連結される。パージガス導入管64内には例えば電磁式のパージガス導入弁61が配置される。遮断弁33が開弁されると、水素タンク32内の水素ガスが、レギュレータ34で調圧され、水素ガス供給管31を介して燃料電池スタック10内の水素ガス通路30内に供給される。図1に示される実施例では、水素ガス供給管31の圧力が例えば燃料電池システム1の負荷に応じて定まる目標圧力に維持されるように水素ガス供給管31に水素ガスが供給される。言い換えると、パージガス導入弁61が閉弁されているときには、燃料電池スタック10で消費された分の水素ガスが補充されるように水素ガス供給管31に水素ガスが供給される。この場合、アノードオフガス管36内にアノードオフガスの流れは存在してない。これに対し、パージガス排出弁62(後述)が閉弁されつつパージガス導入弁61が開弁されると、燃料電池スタック10の水素ガス通路30及びアノードオフガス管36からなる水素ガス流路が水素ガスによって掃気される。このときアノードオフガス管36から流出するアノードオフガス、すなわちパージガスはパージガス導入管64を介してバッファタンク60に供給される。   A hydrogen gas supply pipe 31 is connected to the inlet of the hydrogen gas passage 30, and the hydrogen gas supply pipe 31 is connected to a hydrogen tank 32 that is a fuel gas source. In the hydrogen gas supply pipe 31, in order from the upstream side, a shutoff valve 33, a regulator 34 for adjusting the pressure of the hydrogen gas in the hydrogen gas supply pipe 31, and a pressure sensor PA for measuring the pressure in the hydrogen gas supply pipe 31. And are arranged. On the other hand, one end of an anode off gas pipe 36 is connected to the outlet of the hydrogen gas passage 30. One end of a purge gas introduction pipe 64 is connected to the other end of the anode off gas pipe 36, and an elastically expandable / contractible buffer tank 60 is connected to the other end of the purge gas introduction pipe 64. For example, an electromagnetic purge gas introduction valve 61 is disposed in the purge gas introduction pipe 64. When the shut-off valve 33 is opened, the hydrogen gas in the hydrogen tank 32 is regulated by the regulator 34 and supplied into the hydrogen gas passage 30 in the fuel cell stack 10 via the hydrogen gas supply pipe 31. In the embodiment shown in FIG. 1, hydrogen gas is supplied to the hydrogen gas supply pipe 31 so that the pressure of the hydrogen gas supply pipe 31 is maintained at a target pressure determined according to, for example, the load of the fuel cell system 1. In other words, when the purge gas introduction valve 61 is closed, the hydrogen gas is supplied to the hydrogen gas supply pipe 31 so that the hydrogen gas consumed by the fuel cell stack 10 is replenished. In this case, there is no anode off-gas flow in the anode off-gas pipe 36. On the other hand, when the purge gas introduction valve 61 is opened while the purge gas discharge valve 62 (described later) is closed, the hydrogen gas flow path composed of the hydrogen gas passage 30 and the anode off-gas pipe 36 of the fuel cell stack 10 becomes hydrogen gas. Scavenged by. At this time, the anode off gas flowing out from the anode off gas pipe 36, that is, the purge gas is supplied to the buffer tank 60 through the purge gas introduction pipe 64.

バッファタンク60の出口にはパージガス排出管65の入口が連結され、パージガス排出管65の出口は後述する希釈器49の入口に連結される。パージガス排出管65には例えば電磁式のパージガス排出弁62が配置される。パージガス排出管65が開弁されると、バッファタンク60内のパージガスが希釈器49に供給される。   An outlet of the purge gas discharge pipe 65 is connected to the outlet of the buffer tank 60, and an outlet of the purge gas discharge pipe 65 is connected to an inlet of a diluter 49 described later. For example, an electromagnetic purge gas discharge valve 62 is disposed in the purge gas discharge pipe 65. When the purge gas discharge pipe 65 is opened, the purge gas in the buffer tank 60 is supplied to the diluter 49.

図2はバッファタンク60の一例の断面図である。図2に示される例では、バッファタンク60は、弾性的に伸縮可能な筒状部材71と、剛性を有する板状部材72とを備える。筒状部材71及び板状部材72は例えば樹脂又は金属により形成される。また、バッファタンク60は、封密の収容容器70内に収容され、したがって収容容器70により封密に包囲される。バッファタンク60の開口は収容容器70の内面に封密に固定される。上述のパージガス導入管64及びパージガス排出管65は収容容器70を貫通してバッファタンク60内に連通している。この場合、筒状部材71がバッファタンク60の長手方向に伸縮すると、バッファタンク60の容量が変更される。また、バッファタンク60の容量を検出する容量センサ74が設けられる。バッファタンク60内に蓄えられたガス量、すなわちバッファタンク60の容量は板状部材72の位置により表される。そこで図2に示される実施例では、容量センサ74は、板状部材72の位置を検出する位置センサから構成される。具体的には、容量センサ74は、センサヘッド74aを有する接触型位置センサから構成される。別の実施例では、容量センサ74は光学式位置センサ又は渦電流式位置センサから構成される。   FIG. 2 is a cross-sectional view of an example of the buffer tank 60. In the example shown in FIG. 2, the buffer tank 60 includes a cylindrical member 71 that can elastically expand and contract and a plate member 72 having rigidity. The cylindrical member 71 and the plate-like member 72 are made of, for example, resin or metal. Further, the buffer tank 60 is accommodated in the hermetically sealed container 70, and thus is tightly surrounded by the container 70. The opening of the buffer tank 60 is hermetically fixed to the inner surface of the storage container 70. The purge gas introduction pipe 64 and the purge gas discharge pipe 65 described above pass through the storage container 70 and communicate with the buffer tank 60. In this case, when the cylindrical member 71 expands and contracts in the longitudinal direction of the buffer tank 60, the capacity of the buffer tank 60 is changed. A capacity sensor 74 that detects the capacity of the buffer tank 60 is also provided. The amount of gas stored in the buffer tank 60, that is, the capacity of the buffer tank 60 is represented by the position of the plate-like member 72. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 2, the capacitance sensor 74 is composed of a position sensor that detects the position of the plate-like member 72. Specifically, the capacitance sensor 74 is configured by a contact type position sensor having a sensor head 74a. In another embodiment, the capacitive sensor 74 comprises an optical position sensor or an eddy current position sensor.

図1及び図2を参照すると、収容容器70には、バッファタンク60と収容容器70との間に形成される包囲空間Aに連通する呼吸孔73が設けられる。呼吸孔73は配管66を介して希釈器49に連結される。バッファタンク60の容量が大きくなるときには、包囲空間Aから呼吸孔73を介しガスが流出し、バッファタンク60の容量が小さくなるときには、呼吸孔73を介し包囲空間A内にガスが流入する。別の実施例では、呼吸孔73は大気に連結される。   Referring to FIGS. 1 and 2, the storage container 70 is provided with a breathing hole 73 communicating with the enclosed space A formed between the buffer tank 60 and the storage container 70. The breathing hole 73 is connected to the diluter 49 through a pipe 66. When the capacity of the buffer tank 60 increases, gas flows out from the surrounding space A through the breathing hole 73, and when the capacity of the buffer tank 60 decreases, gas flows into the surrounding space A through the breathing hole 73. In another embodiment, the breathing hole 73 is connected to the atmosphere.

また、空気通路40の入口には空気供給管41が連結され、空気供給管41は空気源である大気42に連結される。空気供給管41内には上流側から順に、エアクリーナ43と、空気を圧送する空気供給器ないしコンプレッサ44と、コンプレッサ44から燃料電池スタック10に送られる空気を冷却するためのインタークーラ45と、が配置される。一方、空気通路40の出口にはカソードオフガス管46が連結される。カソードオフガス管46内にはカソードオフガス制御弁47が配置される。カソードオフガス管46の出口は希釈器49の入口に連結され、希釈器49の出口には排出ガス管46aが連結される。更に、インタークーラ45下流の空気供給管41に空気バイパス管41aの入口が連結され、空気バイパス管41aの出口が希釈器49の入口に連結される。空気バイパス管41a内には、空気バイパス制御弁48が配置されている。コンプレッサ44が駆動されると、空気が空気供給管41を介して燃料電池スタック10内の空気通路40内に供給される。このとき空気通路40から流出するガス、すなわちカソードオフガスはカソードオフガス管46内に流入する。カソードオフガス管46内のカソードオフガスは次いで、希釈器49に供給される。また、空気バイパス制御弁48が開弁されると、コンプレッサ44から吐出された空気の一部又は全部が空気バイパス管41aを介して希釈器49に供給される。別の実施例では、空気バイパス管41の出口は、希釈器49ではなく、希釈器49上流のカソードオフガス管46に連結される。   An air supply pipe 41 is connected to the inlet of the air passage 40, and the air supply pipe 41 is connected to the atmosphere 42 as an air source. In the air supply pipe 41, an air cleaner 43, an air supply unit or compressor 44 that pumps air, and an intercooler 45 that cools the air sent from the compressor 44 to the fuel cell stack 10 are sequentially provided from the upstream side. Be placed. On the other hand, a cathode offgas pipe 46 is connected to the outlet of the air passage 40. A cathode offgas control valve 47 is disposed in the cathode offgas pipe 46. The outlet of the cathode off-gas pipe 46 is connected to the inlet of the diluter 49, and the exhaust gas pipe 46 a is connected to the outlet of the diluter 49. Further, the inlet of the air bypass pipe 41 a is connected to the air supply pipe 41 downstream of the intercooler 45, and the outlet of the air bypass pipe 41 a is connected to the inlet of the diluter 49. An air bypass control valve 48 is disposed in the air bypass pipe 41a. When the compressor 44 is driven, air is supplied into the air passage 40 in the fuel cell stack 10 through the air supply pipe 41. At this time, the gas flowing out from the air passage 40, that is, the cathode off gas, flows into the cathode off gas pipe 46. The cathode offgas in the cathode offgas pipe 46 is then supplied to the diluter 49. When the air bypass control valve 48 is opened, part or all of the air discharged from the compressor 44 is supplied to the diluter 49 via the air bypass pipe 41a. In another embodiment, the outlet of the air bypass pipe 41 is connected to the cathode offgas pipe 46 upstream of the diluter 49 instead of the diluter 49.

希釈器49では、カソードオフガス管46からのカソードオフガス及び空気バイパス管41aからの空気を希釈ガスとして、パージガス中に含まれる水素ガスが希釈される。別の実施例では、パージガス排出管65の出口はカソードオフガス管46又は空気バイパス管41aに連結される。   In the diluter 49, the hydrogen gas contained in the purge gas is diluted using the cathode offgas from the cathode offgas pipe 46 and the air from the air bypass pipe 41a as dilution gases. In another embodiment, the outlet of the purge gas discharge pipe 65 is connected to the cathode offgas pipe 46 or the air bypass pipe 41a.

更に図1を参照すると、冷却水通路50の入口には冷却水供給管51の一端が連結され、冷却水通路50の出口には冷却水供給管51の他端が連結される。冷却水供給管51内には冷却水を圧送する冷却水ポンプ52と冷却水を冷却するラジエータ53とが配置される。ラジエータ53と冷却水ポンプ52との間の冷却水供給管51と、ラジエータ53上流の冷却水供給管51とはラジエータバイパス通路54により互いに連結される。また、ラジエータバイパス通路54内を流れる冷却水量を制御するラジエータバイパス制御弁55が設けられる。図1に示される燃料電池システム1ではラジエータバイパス制御弁55は三方弁から形成され、ラジエータバイパス通路54の出口に配置される。冷却水ポンプ52が駆動されると、冷却水ポンプ52から吐出された冷却水は冷却水供給管51を介して燃料電池スタック10内の冷却水通路50内に流入し、次いで冷却水通路50を通って冷却水供給管51内に流入し、ラジエータ53又はラジエータバイパス通路54を介して冷却水ポンプ52に戻る。   Further, referring to FIG. 1, one end of the cooling water supply pipe 51 is connected to the inlet of the cooling water passage 50, and the other end of the cooling water supply pipe 51 is connected to the outlet of the cooling water passage 50. A cooling water pump 52 that pumps the cooling water and a radiator 53 that cools the cooling water are disposed in the cooling water supply pipe 51. The cooling water supply pipe 51 between the radiator 53 and the cooling water pump 52 and the cooling water supply pipe 51 upstream of the radiator 53 are connected to each other by a radiator bypass passage 54. Further, a radiator bypass control valve 55 that controls the amount of cooling water flowing in the radiator bypass passage 54 is provided. In the fuel cell system 1 shown in FIG. 1, the radiator bypass control valve 55 is formed of a three-way valve and is disposed at the outlet of the radiator bypass passage 54. When the cooling water pump 52 is driven, the cooling water discharged from the cooling water pump 52 flows into the cooling water passage 50 in the fuel cell stack 10 through the cooling water supply pipe 51, and then passes through the cooling water passage 50. Then, it flows into the cooling water supply pipe 51 and returns to the cooling water pump 52 via the radiator 53 or the radiator bypass passage 54.

電子制御ユニット90はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス91によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)92、RAM(ランダムアクセスメモリ)93、CPU(マイクロプロセッサ)94、入力ポート95及び出力ポート96を具備する。燃料電池スタック10には、燃料電池スタック10の出力電圧又は出力電流を計測する出力センサ99が設けられる。出力センサ99の出力信号、圧力センサPAの出力信号、及び、容量センサ74の出力信号は、対応するAD変換器97を介して入力ポート95に入力される。一方、出力ポート96は対応する駆動回路98を介して遮断弁33、レギュレータ34、パージガス導入弁61、パージガス排出弁62、コンプレッサ44、カソードオフガス制御弁47、空気バイパス制御弁48、冷却水ポンプ52、及びラジエータバイパス制御弁55に電気的に接続される。   The electronic control unit 90 is composed of a digital computer and includes a ROM (read only memory) 92, a RAM (random access memory) 93, a CPU (microprocessor) 94, an input port 95 and an output port 96 which are connected to each other by a bidirectional bus 91. It comprises. The fuel cell stack 10 is provided with an output sensor 99 that measures the output voltage or output current of the fuel cell stack 10. The output signal of the output sensor 99, the output signal of the pressure sensor PA, and the output signal of the capacitance sensor 74 are input to the input port 95 via the corresponding AD converter 97. On the other hand, the output port 96 is connected to the shut-off valve 33, the regulator 34, the purge gas introduction valve 61, the purge gas discharge valve 62, the compressor 44, the cathode offgas control valve 47, the air bypass control valve 48, and the cooling water pump 52 via the corresponding drive circuit 98. , And the radiator bypass control valve 55 are electrically connected.

燃料電池スタック10に水素ガス及び空気が供給されると、燃料電池スタック10では水素及び酸素の電気化学反応により電気エネルギが発生される。この電気エネルギは例えば車両駆動用の電気モータに供給される。   When hydrogen gas and air are supplied to the fuel cell stack 10, electric energy is generated in the fuel cell stack 10 by an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen. This electric energy is supplied to, for example, an electric motor for driving the vehicle.

さて、冒頭で説明したように、燃料電池スタック10のアノード極にはカソード極から発電阻害物質が到達する。燃料電池スタック10の水素ガス通路30及びカソードオフガス管36内の発電阻害物質量は燃料電池システム1の運転時間が長くなるにつれて多くなる。そこで図1に示される燃料電池システム1では、燃料電池スタック10の水素ガス通路30及びカソードオフガス管36から発電阻害物質を除去するためのパージ作用が繰り返し行われる。このことを、図3から図6を参照して説明する。   As described at the beginning, the power generation inhibitor reaches the anode electrode of the fuel cell stack 10 from the cathode electrode. The amount of the power generation inhibiting substance in the hydrogen gas passage 30 and the cathode offgas pipe 36 of the fuel cell stack 10 increases as the operation time of the fuel cell system 1 becomes longer. Therefore, in the fuel cell system 1 shown in FIG. 1, the purge action for removing the power generation inhibiting substance from the hydrogen gas passage 30 and the cathode offgas pipe 36 of the fuel cell stack 10 is repeatedly performed. This will be described with reference to FIGS.

図3は、パージ作用が行われる前の状態を示している。この場合、バッファタンク60は収縮状態にあり、バッファタンク60内にはほとんどガスが貯蔵されていない。   FIG. 3 shows a state before the purge action is performed. In this case, the buffer tank 60 is in a contracted state, and almost no gas is stored in the buffer tank 60.

パージ作用を行うべきときには、パージガス排出弁62が閉弁されつつパージガス導入弁61が開弁される。その結果、パージガスの圧力とバッファタンク60内部の圧力との差により、アノードオフガス管36からパージガス導入管64を介しバッファタンク60へパージガス、すなわち発電阻害物質を含むアノードオフガスが流入する。その結果、図4に示すように筒状部材71が弾性的に伸長し、バッファタンク60内にパージガスが貯蔵される。このとき、筒状部材71には、収縮状態に戻ろうとする復元力が蓄積されている。   When the purge action is to be performed, the purge gas introduction valve 61 is opened while the purge gas discharge valve 62 is closed. As a result, due to the difference between the pressure of the purge gas and the pressure inside the buffer tank 60, the purge gas, that is, the anode off gas containing a power generation inhibiting substance flows from the anode off gas pipe 36 to the buffer tank 60 through the purge gas introduction pipe 64. As a result, as shown in FIG. 4, the cylindrical member 71 elastically expands, and the purge gas is stored in the buffer tank 60. At this time, the cylindrical member 71 accumulates a restoring force for returning to the contracted state.

その後、パージガス導入弁61が閉弁されると共にパージガス排出弁62が開弁される。その結果、図5に示すように、筒状部材71の復元力により筒状部材71が収縮する。したがって、バッファタンク60からパージガス排出管65を介しパージガスが排出される。   Thereafter, the purge gas introduction valve 61 is closed and the purge gas discharge valve 62 is opened. As a result, as shown in FIG. 5, the tubular member 71 contracts due to the restoring force of the tubular member 71. Accordingly, the purge gas is discharged from the buffer tank 60 through the purge gas discharge pipe 65.

その後、図3に示される状態までバッファタンク60が収縮する。このときバッファタンク60は、パージガスをほとんど貯蔵していない。   Thereafter, the buffer tank 60 contracts to the state shown in FIG. At this time, the buffer tank 60 hardly stores the purge gas.

その後、パージガス排出弁62が閉弁されつつパージガス導入弁61が開弁され、したがってパージガスがバッファタンク60内に再び導入される。その後、パージガス導入弁61が閉弁されると共にパージガス排出弁62が開弁され、したがってパージガスバッファタンク60から排出される。このように図1に示される燃料電池システム1のパージ作用では、バッファタンク60へのパージガスの導入と、バッファタンク60からのパージガスの排出とが交互に繰り返される。   Thereafter, the purge gas introduction valve 61 is opened while the purge gas discharge valve 62 is closed, so that the purge gas is reintroduced into the buffer tank 60. Thereafter, the purge gas introduction valve 61 is closed and the purge gas discharge valve 62 is opened, so that the purge gas buffer tank 60 is discharged. As described above, in the purge operation of the fuel cell system 1 shown in FIG. 1, the introduction of the purge gas into the buffer tank 60 and the discharge of the purge gas from the buffer tank 60 are alternately repeated.

このように、バッファタンク60内にパージガスが一時的に蓄えられ、蓄えられたパージガスがバッファタンク60の弾性によりバッファタンク60から排出される。すなわち、簡単な構成でもってパージ作用を行うことができる。また、パージ作用のために必要な電力量を低減することもできる。   Thus, the purge gas is temporarily stored in the buffer tank 60, and the stored purge gas is discharged from the buffer tank 60 due to the elasticity of the buffer tank 60. That is, the purge action can be performed with a simple configuration. In addition, the amount of electric power required for the purge action can be reduced.

バッファタンク60の可能最大容量は、1回のパージガス導入作用で導入されるパージガス量と概ね同じであることが好ましい。このようにすると、バッファタンク60の寸法を小さくでき、バッファタンク60を設置するのに必要なスペースを小さくできる。   The maximum possible capacity of the buffer tank 60 is preferably substantially the same as the amount of purge gas introduced by one purge gas introduction operation. If it does in this way, the size of buffer tank 60 can be made small and the space required for installing buffer tank 60 can be made small.

なお、図1に示される燃料電池システム1では、燃料電池スタック1の作動時にパージ作用が行われる。別の実施例では、例えば出力センサ99により検出される燃料電池スタック10の出力電圧又は出力電流が許容下限よりも大きいときにはパージ作用は行なわれず、燃料電池スタック10の出力電圧又は出力電流が許容下限を下回ったときにパージ作用が行われる。   In the fuel cell system 1 shown in FIG. 1, a purge action is performed when the fuel cell stack 1 is operated. In another embodiment, for example, when the output voltage or output current of the fuel cell stack 10 detected by the output sensor 99 is larger than the allowable lower limit, the purge action is not performed, and the output voltage or output current of the fuel cell stack 10 is not higher than the allowable lower limit. The purge action is performed when the value falls below.

図1に示される燃料電池システム1のパージ作用を、図6を参照しながら更に説明する。図6を参照すると、時間t11はパージ作用を開始すべきときを示している。このとき、バッファタンク60は図3に示されるような収縮状態にある。この収縮状態では、バッファタンク60内に貯蔵されているパージガス量はほぼゼロである。   The purge action of the fuel cell system 1 shown in FIG. 1 will be further described with reference to FIG. Referring to FIG. 6, time t11 indicates when the purge action should be started. At this time, the buffer tank 60 is in a contracted state as shown in FIG. In this contracted state, the purge gas amount stored in the buffer tank 60 is almost zero.

時間t11において、パージガス排出弁62が閉弁されつつパージガス導入弁61が開弁される。その結果、パージガス貯蔵量がほぼゼロから増大する。   At time t11, the purge gas introduction valve 61 is opened while the purge gas discharge valve 62 is closed. As a result, the purge gas storage amount increases from almost zero.

次いで、導入時間Δt1が経過し時間t12になると、パージガス導入弁61が閉弁されると共にパージガス排出弁62が開弁される。その結果、バッファタンク60からパージガスが排出され、パージガス貯蔵量がQPから徐々に減少する。   Next, when the introduction time Δt1 elapses and time t12 is reached, the purge gas introduction valve 61 is closed and the purge gas discharge valve 62 is opened. As a result, the purge gas is discharged from the buffer tank 60, and the purge gas storage amount gradually decreases from QP.

次いで、排出時間Δt2が経過し時間t21になると、パージガス貯蔵量がほぼゼロまで戻る。このとき、パージガス導入弁61が開弁されると共にパージガス排出弁62が閉弁される。その結果、パージガス再びバッファタンク60内に導入される。次いで、時間t22になるとパージガスの導入作用が終了されてパージガスの排出作用が開始され、次いで時間t31になるとパージガスの排出作用が終了されてパージガスの導入作用が開始される。   Next, when the discharge time Δt2 elapses and time t21 is reached, the purge gas storage amount returns to almost zero. At this time, the purge gas introduction valve 61 is opened and the purge gas discharge valve 62 is closed. As a result, the purge gas is again introduced into the buffer tank 60. Next, at time t22, the purge gas introduction operation is ended and the purge gas discharge operation is started. At time t31, the purge gas discharge operation is ended and the purge gas introduction operation is started.

したがって、導入時間Δt1と排出時間Δt2との和をインターバルTと称すると、パージ作用がインターバルTでもって繰り返されるということになる。あるいは、バッファタンク60へのパージガスの導入作用がインターバルTでもって繰り返され、導入作用が行われていない期間にパージガスの排出作用が行なわれるという見方もできる。   Therefore, if the sum of the introduction time Δt1 and the discharge time Δt2 is referred to as an interval T, the purge action is repeated at the interval T. Alternatively, it can be considered that the operation of introducing the purge gas into the buffer tank 60 is repeated at an interval T, and the purge gas is discharged during a period when the introduction operation is not performed.

インターバルTは例えば次のようにして設定される。すなわち、燃料電池スタック10の水素ガス通路30及びアノードオフガス管36内の発電阻害物質量は例えば燃料電池システム1の負荷ないし要求発電量が多くなるにつれて発電阻害物質量は多くなる。そこで図1に示される燃料電池システム1では、インターバルTは図7に示されるように、負荷が高くなるにつれて短くされる。なお、インターバルTは図7に示されるマップの形であらかじめROM92内に記憶されている。なお、燃料電池システム1の負荷は例えばアクセルペダルの踏み込み量によって表される。   The interval T is set as follows, for example. That is, the amount of power generation inhibiting substances in the hydrogen gas passage 30 and the anode off gas pipe 36 of the fuel cell stack 10 increases as the load or required power generation amount of the fuel cell system 1 increases, for example. Therefore, in the fuel cell system 1 shown in FIG. 1, the interval T is shortened as the load increases, as shown in FIG. The interval T is stored in advance in the ROM 92 in the form of a map shown in FIG. Note that the load of the fuel cell system 1 is represented by, for example, the amount of depression of the accelerator pedal.

一方、導入時間Δt1は例えば比較的短い一定時間に設定される。パージガスの形で燃料電池システム10から排出される未使用の水素ガス量をできるだけ少なくするためである。これに対し、排出時間Δt2はインターバルTから導入時間Δt1を差し引くことによって算出される(Δt2=T−Δt1)。   On the other hand, the introduction time Δt1 is set to a relatively short fixed time, for example. This is to reduce the amount of unused hydrogen gas discharged from the fuel cell system 10 in the form of purge gas as much as possible. On the other hand, the discharge time Δt2 is calculated by subtracting the introduction time Δt1 from the interval T (Δt2 = T−Δt1).

なお、別の実施例では、インターバルTは一定値に設定される。更に別の実施例では、導入時間Δt1が例えば燃料電池システム1の負荷に応じて変更される。   In another embodiment, the interval T is set to a constant value. In yet another embodiment, the introduction time Δt1 is changed according to the load of the fuel cell system 1, for example.

図6に示される実施例では、パージガス排出弁62が開弁されてから排出時間Δt2が経過したときにパージガス貯蔵量がほぼゼロに戻るように、パージガス排出作用時におけるパージガスの排出速度、すなわちパージガス排出弁62の開度が設定される。すなわち、パージガス排出弁62を開弁すべきときのパージガス貯蔵量がQPの場合には、パージガスの排出速度vpは(QP/Δt2)で表される。このようにすると、バッファタンク60から排出される水素ガス濃度を低く維持することができる。   In the embodiment shown in FIG. 6, the purge gas discharge speed during the purge gas discharge operation, that is, the purge gas, so that the purge gas storage amount returns to almost zero when the discharge time Δt2 has elapsed since the purge gas discharge valve 62 was opened. The opening degree of the discharge valve 62 is set. That is, when the purge gas storage amount when the purge gas discharge valve 62 should be opened is QP, the purge gas discharge speed vp is expressed by (QP / Δt2). In this way, the hydrogen gas concentration discharged from the buffer tank 60 can be kept low.

バッファタンク60から排出されたパージガスは次いで希釈器49に流入する。その結果、カソードオフガス管46からのカソードオフガス及び空気バイパス管41aからの空気、すなわち希釈ガスにより、パージガスに含まれる水素ガスが希釈される。この場合、図1に示される燃料電池システム1では、排出ガス管46aから排出される排出ガス中の水素ガス濃度を例えば爆発限界濃度よりも低く維持するのに必要な希釈ガス量が要求希釈ガス量として算出され、実際の希釈ガス量が要求希釈ガス量になるようにコンプレッサ44からの空気量及び空気バイパス制御弁48が制御される。すなわち、カソードオフガス管46からのカソードオフガス量が要求希釈ガス量よりも少ないときには、コンプレッサ44からの空気供給量が増大されると共に、空気バイパス制御弁48が開弁される。一方、カソードオフガス管46からのカソードオフガス量が要求希釈ガス量よりも多いときには、空気バイパス制御弁48は閉弁され、コンプレッサ44の空気増大作用は行われない。すなわち、コンプレッサ44からの空気供給量は燃料電池スタック10の要求発電量に応じて定まる空気量に設定される。その結果、パージガスが安全に大気中に放出される。   The purge gas discharged from the buffer tank 60 then flows into the diluter 49. As a result, the hydrogen gas contained in the purge gas is diluted by the cathode offgas from the cathode offgas pipe 46 and the air from the air bypass pipe 41a, that is, the dilution gas. In this case, in the fuel cell system 1 shown in FIG. 1, the required dilution gas amount is required to maintain the hydrogen gas concentration in the exhaust gas discharged from the exhaust gas pipe 46a, for example, lower than the explosion limit concentration. The amount of air from the compressor 44 and the air bypass control valve 48 are controlled so that the actual amount of dilution gas becomes the required amount of dilution gas. That is, when the cathode off gas amount from the cathode off gas pipe 46 is smaller than the required dilution gas amount, the air supply amount from the compressor 44 is increased and the air bypass control valve 48 is opened. On the other hand, when the amount of cathode offgas from the cathode offgas pipe 46 is larger than the required dilution gas amount, the air bypass control valve 48 is closed and the air increasing action of the compressor 44 is not performed. That is, the air supply amount from the compressor 44 is set to an air amount determined according to the required power generation amount of the fuel cell stack 10. As a result, the purge gas is safely released into the atmosphere.

上述したように、図1及び図2に示される実施例では、バッファタンク60が収容容器70内に収容され、呼吸孔73が希釈器49に連結される。したがって、何らかの理由によりバッファタンク60から水素ガスを含むパージガスが漏れたとしても、このパージガスはまず包囲空間A内に留まり、次いで希釈器49に供給され、希釈される。したがって、バッファタンク60から漏れたパージガスが安全に大気中に放出される。   As described above, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the buffer tank 60 is accommodated in the accommodating container 70, and the breathing hole 73 is connected to the diluter 49. Therefore, even if purge gas containing hydrogen gas leaks from the buffer tank 60 for some reason, this purge gas first stays in the enclosed space A, and then is supplied to the diluter 49 and diluted. Therefore, the purge gas leaking from the buffer tank 60 is safely released into the atmosphere.

図8は上述したパージ作用を実行するルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図8を参照すると、ステップ100では燃料電池システム1の負荷が読み込まれる。続くステップ101ではインターバルT及び排出時間Δt2が算出される。続くステップ102では導入時間Δt1にわたり、パージガス導入弁61が開弁され、パージガス排出弁62が閉弁される。続くステップ103ではパージガス貯蔵量が容量センサ74により算出され、パージガス排出弁62の開度が算出され、要求希釈ガス量が算出される。続くステップ105では排出時間Δt2にわたり、パージガス導入弁61が閉弁され、パージガス排出弁62が開弁される。また、希釈ガス量が要求希釈ガス量になるようにコンプレッサ44及び空気バイパス制御弁48が制御される。
FIG. 8 shows a routine for executing the purge action described above. This routine is executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 8, in step 100, the load of the fuel cell system 1 is read. In the subsequent step 101, the interval T and the discharge time Δt2 are calculated. In the subsequent step 102, the purge gas introduction valve 61 is opened and the purge gas discharge valve 62 is closed over the introduction time Δt1. In the subsequent step 103, the purge gas storage amount is calculated by the capacity sensor 74, the opening degree of the purge gas discharge valve 62 is calculated, and the required dilution gas amount is calculated. In the subsequent step 105, the purge gas introduction valve 61 is closed and the purge gas discharge valve 62 is opened over the discharge time Δt2. Further, the compressor 44 and the air bypass control valve 48 are controlled so that the amount of dilution gas becomes the required amount of dilution gas.

図9は、バッファタンク60の別の実施例を示している。この実施例では、バッファタンク60と収容容器70との間にバネのような弾性体75が挿入され、それによってバッファタンク60が弾性的に伸縮可能となっている。この場合、筒状部材71自体が弾性を備えていなくてもよい。   FIG. 9 shows another embodiment of the buffer tank 60. In this embodiment, an elastic body 75 such as a spring is inserted between the buffer tank 60 and the container 70 so that the buffer tank 60 can be elastically expanded and contracted. In this case, the cylindrical member 71 itself may not have elasticity.

図10は、バッファタンク60の更に別の実施例を示している。この実施例では、バッファタンク60は伸縮可能な袋71aから形成される。また、この実施例では、位置センサ74は、光学式位置センサから構成され、センサヘッド74bでレーザ光を発射し、袋71bからの反射光を受光する。   FIG. 10 shows still another embodiment of the buffer tank 60. In this embodiment, the buffer tank 60 is formed from an expandable / contractible bag 71a. In this embodiment, the position sensor 74 is composed of an optical position sensor, emits laser light with the sensor head 74b, and receives reflected light from the bag 71b.

図11は本発明による別の実施例を示している。図11を参照すると、収容容器70と希釈器49とが一体的に形成される。あるいは、収容容器70と希釈器49とが互いに接するよう配置される。カソードオフガスの温度はかなり高いので、このようにすると、カソードオフガスによりバッファタンク60が容易に加熱される。   FIG. 11 shows another embodiment according to the present invention. Referring to FIG. 11, the storage container 70 and the diluter 49 are integrally formed. Alternatively, the container 70 and the diluter 49 are arranged so as to contact each other. Since the temperature of the cathode off gas is considerably high, the buffer tank 60 is easily heated by the cathode off gas.

また、図11に示される実施例では、収容容器70の一側にカソードオフガス流入孔h1が形成され、収容容器70の他側にカソードオフガス流出孔h2が設けられる。これらカソードオフガス流入孔h1及びカソードオフガス流出孔h2は包囲空間A内に連通する。カソードオフガス流入孔h1は供給管81を介してカソードオフガス管46に連結される。カソードオフガス流出孔h2は希釈器49の内部空間内に連通される。その結果、カソードオフガス管46内のカソードオフガスが供給管81及びカソードオフガス流入孔h1を介し包囲空間A内に流入する。このカソードオフガスはバッファタンク60の周りの包囲空間A内を流通し、次いでカソードオフガス流出孔h2を介して希釈器49内に流出する。その結果、カソードオフガスによりバッファタンク60が容易に加熱される。   In the embodiment shown in FIG. 11, the cathode offgas inflow hole h <b> 1 is formed on one side of the storage container 70, and the cathode offgas outflow hole h <b> 2 is provided on the other side of the storage container 70. The cathode offgas inflow hole h1 and the cathode offgas outflow hole h2 communicate with the enclosed space A. The cathode off gas inflow hole h 1 is connected to the cathode off gas pipe 46 through the supply pipe 81. The cathode off-gas outflow hole h <b> 2 communicates with the interior space of the diluter 49. As a result, the cathode offgas in the cathode offgas pipe 46 flows into the enclosed space A through the supply pipe 81 and the cathode offgas inflow hole h1. This cathode off gas flows in the enclosed space A around the buffer tank 60 and then flows out into the diluter 49 through the cathode off gas outflow hole h2. As a result, the buffer tank 60 is easily heated by the cathode off gas.

冷間時には、バッファタンク60内に残存した水分が凍結するおそれがある。残存水分が凍結すると、バッファタンク60が良好に伸縮できないおそれがある。そこで図11に示される実施例では、カソードオフガスによりバッファタンク60を速やかに加熱し、凍結している水分を速やかに解凍するようにしている。その結果、バッファタンク60の良好な伸縮が確保される。しかも、バッファタンク60内の残存水分の気化が促進され、したがってバッファタンク60内の残存水分量が低減される。   When cold, the water remaining in the buffer tank 60 may freeze. If the remaining water freezes, the buffer tank 60 may not be able to expand and contract well. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 11, the buffer tank 60 is quickly heated by the cathode off gas, and the frozen water is quickly thawed. As a result, good expansion and contraction of the buffer tank 60 is ensured. In addition, vaporization of the residual moisture in the buffer tank 60 is promoted, and thus the residual moisture content in the buffer tank 60 is reduced.

別の実施例では、収容容器70はカソードオフガス管46又は排出ガス管46aと一体的に形成される。更に別の実施例では、カソードオフガス流出孔h2は排出ガス管46aに連結される。   In another embodiment, the container 70 is formed integrally with the cathode offgas pipe 46 or the exhaust gas pipe 46a. In yet another embodiment, the cathode offgas outflow hole h2 is connected to the exhaust gas pipe 46a.

これまで述べてきた実施例では、カソードオフガス管36の出口にパージガス導入管64が連結される。別の実施例では、カソードオフガス管36の出口が水素ガス供給管31に連結され、したがってカソードオフガスが水素ガス供給管31に戻される。その上で、カソードオフガス管36の途中にパージガス導入管64が連結される。   In the embodiment described so far, the purge gas introduction pipe 64 is connected to the outlet of the cathode off gas pipe 36. In another embodiment, the outlet of the cathode offgas pipe 36 is connected to the hydrogen gas supply pipe 31 so that the cathode offgas is returned to the hydrogen gas supply pipe 31. In addition, a purge gas introduction pipe 64 is connected to the middle of the cathode off gas pipe 36.

1 燃料電池システム
10 燃料電池スタック
36 アノードオフガス管
46 カソードオフガス管
49 希釈器
60 バッファタンク
61 パージガス導入弁
62 パージガス排出弁
64 パージガス導入管
65 パージガス排出管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 10 Fuel cell stack 36 Anode offgas pipe 46 Cathode offgas pipe 49 Diluter 60 Buffer tank 61 Purge gas introduction valve 62 Purge gas discharge valve 64 Purge gas introduction pipe 65 Purge gas discharge pipe

Claims (4)

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタック内に形成された燃料ガス通路の出口に連結されたアノードオフガス管と、
前記燃料電池スタック内に形成された酸化剤ガス通路の出口に連結されたカソードオフガス管と、
前記アノードオフガス管からのパージガスを一時的に蓄えるバッファタンクと、
前記アノードオフガス管の出口又は途中を前記バッファタンクの入口に連結するパージガス導入管と、
前記パージガス導入管内に配置されたパージガス導入弁と、
前記カソードオフガス管内に配置され、カソードオフガスとパージガスとを互いに混合することにより排出ガス中の燃料ガス濃度を低下させる希釈器と、
前記バッファタンクの出口と前記希釈器の入口又は前記希釈器上流の前記カソードオフガス管に連結するパージガス排出管と、
前記パージガス排出管内に配置されたパージガス排出弁と、
を備え、
前記バッファタンクは弾性的に伸縮可能であり、
前記パージガス排出弁が閉弁されつつ前記パージガス導入弁が開弁されると、前記アノードオフガス管から前記パージガス導入管を介しパージガスが前記バッファタンク内に流入し、このとき前記バッファタンクが弾性的に伸長し、次いで前記パージガス導入弁が閉弁されると共に前記パージガス排出弁が開弁されると、前記バッファタンクが弾性的に収縮することにより前記バッファタンク内のパージガスが前記パージガス排出管を介し前記希釈器内又は前記希釈器上流の前記カソードオフガス管内に排出される、
燃料電池システム。
A fuel cell stack that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
An anode off-gas pipe connected to an outlet of a fuel gas passage formed in the fuel cell stack;
A cathode off-gas pipe connected to an outlet of an oxidant gas passage formed in the fuel cell stack;
A buffer tank for temporarily storing purge gas from the anode off-gas pipe;
A purge gas introduction pipe connecting the outlet or the middle of the anode off gas pipe to the inlet of the buffer tank;
A purge gas introduction valve disposed in the purge gas introduction pipe;
A diluter disposed in the cathode offgas pipe and reducing the fuel gas concentration in the exhaust gas by mixing the cathode offgas and the purge gas with each other;
A purge gas exhaust pipe connected to an outlet of the buffer tank and an inlet of the diluter or the cathode offgas pipe upstream of the diluter;
A purge gas discharge valve disposed in the purge gas discharge pipe;
With
The buffer tank is elastically extendable and contractible,
When the purge gas introduction valve is opened while the purge gas discharge valve is closed, purge gas flows into the buffer tank from the anode off-gas pipe through the purge gas introduction pipe. At this time, the buffer tank is elastically moved. When the purge gas introduction valve is closed and the purge gas discharge valve is opened, the buffer tank is elastically contracted to cause the purge gas in the buffer tank to pass through the purge gas discharge pipe. Discharged into the cathode offgas pipe in the diluter or upstream of the diluter,
Fuel cell system.
前記バッファタンクを封密に包囲する収容容器を更に備え、前記バッファタンクと前記収容容器との間に形成される包囲空間に連通するカソードオフガス流入孔及びカソードオフガス流出孔を設け、前記カソードオフガス流入孔を前記カソードオフガス管に連結し、それにより、カソードオフガスが前記カソードオフガス流入孔を介し前記包囲空間内に流入し、次いで前記包囲空間内を流通した後に、前記カソードオフガス流出孔を介し前記包囲空間から流出するようにした、請求項1に記載の燃料電池システム。   And a cathode offgas inflow hole and a cathode offgas outflow hole communicating with an enclosed space formed between the buffer tank and the container, the cathode offgas inflow being further provided. A hole is connected to the cathode offgas pipe so that the cathode offgas flows into the enclosed space through the cathode offgas inflow hole and then flows through the enclosed space and then through the cathode offgas outflow hole. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system flows out of the space. 前記カソードオフガス流入孔が前記希釈器上流の前記カソードオフガス管に連結され、前記カソードオフガス流出孔が前記希釈器内に連結される、請求項2に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 2, wherein the cathode offgas inflow hole is connected to the cathode offgas pipe upstream of the diluter, and the cathode offgas outflow hole is connected to the diluter. 前記収容容器と前記希釈器とが一体的に形成される、請求項2に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2 , wherein the container and the diluter are integrally formed.
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