JP6565758B2 - FUEL CELL, FUEL CELL CONTROL METHOD, AND COMPUTER PROGRAM - Google Patents
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Description
本発明は、水素及び酸素を反応させて発電する発電部と、発電部から排出される水を外部へ排出する排水弁と、排水弁の開閉を制御する制御部とを備える燃料電池、燃料電池の制御方法、及びコンピュータに排水処理を実行させるためのコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to a fuel cell and a fuel cell including a power generation unit that reacts with hydrogen and oxygen to generate power, a drain valve that discharges water discharged from the power generation unit to the outside, and a control unit that controls opening and closing of the drain valve And a computer program for causing a computer to execute wastewater treatment.
負極に水素を送って起電力を得る電池として、燃料電池、ニッケル・水素電池等が挙げられる。
燃料電池は発電効率が高く、クリーンな発電装置であり、負荷の大小に影響されず、コジェネレーションシステムを構築できるため、パーソナルコンピュータ,携帯電話機等のデジタル家電製品、電気自動車、鉄道、携帯電話の基地局、発電所等の種々の用途が検討されている。
Examples of the battery for obtaining electromotive force by sending hydrogen to the negative electrode include a fuel cell and a nickel / hydrogen battery.
A fuel cell is a clean power generator with high power generation efficiency, and can be constructed without being affected by the magnitude of the load, so it can be used in digital home appliances such as personal computers and mobile phones, electric cars, railways, and mobile phones. Various uses such as base stations and power plants are being studied.
燃料電池は、スタックと、複数の水素ボンベと、水素循環路と、水素供給路とを有する。
スタックは、固体高分子電解質膜を負極と正極とで両側から挟んで膜電極接合体を形成し、この膜電極接合体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位セルを構成し、この単位セルを複数積層してパッケージ化したものである。
The fuel cell includes a stack, a plurality of hydrogen cylinders, a hydrogen circulation path, and a hydrogen supply path.
The stack forms a membrane electrode assembly by sandwiching the solid polymer electrolyte membrane between the negative electrode and the positive electrode from both sides, and configures a flat unit cell by arranging a pair of separators on both sides of the membrane electrode assembly, A plurality of unit cells are stacked and packaged.
水素供給路の一端部はレギュレータ及び開閉弁を介し水素ボンベに接続されている。水素は、水素ボンベから水素供給路を通流されて、水素循環路のスタックの負極寄りの部分を経て、スタック内の負極側部分へ送出され、該部分内の通流路を通流される。該通流路内を通流し、スタックから排出された未反応水素を含む排気ガス(オフガス)は、水素循環路を通流して、スタックに戻される。
スタックに水素が供給され、負極に水素を含む燃料ガスが接触し、正極に空気等の酸素を含む酸化ガスが接触することにより両電極で電気化学反応が生じて、起電力が発生する。反応時に正極側で水が生成され、この水は水蒸気として負極側に電解質膜を介して逆拡散する。水蒸気、又は温度により結露した水はオフガスに含まれる。
One end of the hydrogen supply path is connected to a hydrogen cylinder through a regulator and an on-off valve. Hydrogen is flowed from the hydrogen cylinder through the hydrogen supply path, is sent to the negative electrode side portion in the stack through the portion near the negative electrode of the stack in the hydrogen circulation path, and is passed through the flow path in the portion. Exhaust gas (off-gas) containing unreacted hydrogen flowing through the flow path and discharged from the stack flows through the hydrogen circulation path and is returned to the stack.
Hydrogen is supplied to the stack, a fuel gas containing hydrogen is brought into contact with the negative electrode, and an oxidizing gas containing oxygen such as air is brought into contact with the positive electrode, whereby an electrochemical reaction occurs in both electrodes, and an electromotive force is generated. During the reaction, water is generated on the positive electrode side, and this water is back-diffused through the electrolyte membrane to the negative electrode side as water vapor. Water vapor or water condensed due to temperature is included in the off-gas.
上述したようにオフガス中に水分が含まれているので、水素循環路に気液分離器を設けてガスと水とを分離しており、ガスはスタックへ戻し、貯留した水は適時、排出するようにしている。 As described above, since moisture is contained in the off-gas, a gas-liquid separator is provided in the hydrogen circulation path to separate the gas and water, the gas is returned to the stack, and the stored water is discharged in a timely manner. I am doing so.
燃料電池の発電が停止した場合、気液分離器には水が溜まっているが、氷点下の環境においては水が凍結する。このため、次回の発電時に排水することができなくなる。これにより、燃料電池が、水が溢れて水素循環路を塞ぐフラッディング状態となり、機能が低下する。
従って、燃料電池の発電停止時に、気液分離器内に水が残存することを防止して、凍結を防止する必要がある。
When the power generation of the fuel cell is stopped, water is collected in the gas-liquid separator, but water freezes in an environment below freezing point. For this reason, it becomes impossible to drain at the next power generation. As a result, the fuel cell enters a flooding state where water overflows and blocks the hydrogen circulation path, and the function is reduced.
Therefore, it is necessary to prevent freezing by preventing water from remaining in the gas-liquid separator when power generation of the fuel cell is stopped.
特許文献1には、発電により生成された水を、水素循環路の下方に設けた貯留部に導いて貯留し、貯留部の水位を水位センサにより検出し、該水位が予め設定した上限水位を超えたとき、貯留部の生成水を下部から排出するように構成された燃料電池の発明が開示されている。
In
特許文献1に係る燃料電池のように水位センサにより水位を監視して排水する場合、水位が水位センサにより検出される位置にあるときには、排水することができるが、水位が水位センサにより検出されない位置にある場合、気液分離器内に貯留された全部の水を排出することはできない。気液分離器内に水が残留していた場合、上述したように氷点下の環境で凍結することになる。
When the water level is monitored by the water level sensor and drained as in the fuel cell according to
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、発電停止時に気液分離器内の水の残留を抑制して凍結を防止し、次回の発電時に排水を良好に行うことができ、燃料電池の機能低下が防止されている燃料電池、燃料電池の制御方法、及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, suppresses the residual water in the gas-liquid separator when power generation is stopped, prevents freezing, and can perform good drainage during the next power generation, It is an object of the present invention to provide a fuel cell, a fuel cell control method, and a computer program in which deterioration of the fuel cell function is prevented.
本発明に係る燃料電池は、水素及び酸素を反応させて発電する発電部と、該発電部に水素を供給する燃料部と、前記水素の供給のための開閉弁と、前記発電部から排気されるガスを前記発電部へ戻して循環させる水素循環路と、前記水素循環路に設けられ、前記ガスから水を分離する気液分離器と、該気液分離器から水を排出する排水弁と、前記開閉弁及び前記排水弁の開閉を制御する制御部とを備える燃料電池において、前記水素循環路内及び前記気液分離器内の気体の圧力を検出する圧力検出器と、該圧力検出器から取得した圧力が所定量変化するときの時間を計測する計測部とを備え、前記制御部は、前記計測部が計測した時間に基づいて、前記開閉弁及び前記排水弁の開閉を制御して排水処理を行うことを特徴とする。 A fuel cell according to the present invention includes a power generation unit that generates electricity by reacting hydrogen and oxygen, a fuel unit that supplies hydrogen to the power generation unit, an on-off valve for supplying the hydrogen, and an exhaust from the power generation unit. A hydrogen circulation path that circulates the generated gas back to the power generation unit, a gas-liquid separator that is provided in the hydrogen circulation path and separates water from the gas, and a drain valve that discharges water from the gas-liquid separator; A pressure detector for detecting a gas pressure in the hydrogen circulation path and in the gas-liquid separator, and a pressure detector for controlling the opening and closing of the on-off valve and the drain valve. A measuring unit that measures a time when the pressure obtained from a predetermined amount changes, and the control unit controls opening and closing of the on-off valve and the drain valve based on the time measured by the measuring unit. It is characterized by performing wastewater treatment.
本発明に係る燃料電池の制御方法は、開閉弁を開いて燃料部から発電部へ水素を供給し、該発電部から排気されるガスを水素循環路により前記発電部へ戻して循環させ、前記水素循環路に設けられた気液分離器により前記ガスから水を分離して排水弁により排水処理を行う燃料電池の制御方法において、1回目の排水処理において、前記水素循環路内及び前記気液分離器内の気体の第1圧力が第2圧力に低下するまでの時間を取得し、前記第1圧力、前記第2圧力、及び前記時間に基づいて、排水処理の回数を算出し、算出した回数分、前記開閉弁及び前記排水弁の開閉を制御して排水処理を行うことを特徴とする。 In the fuel cell control method according to the present invention, the on-off valve is opened to supply hydrogen from the fuel unit to the power generation unit, and the gas exhausted from the power generation unit is circulated back to the power generation unit through a hydrogen circulation path. In a control method of a fuel cell in which water is separated from the gas by a gas-liquid separator provided in a hydrogen circulation path and drainage treatment is performed by a drain valve, in the first drainage treatment, in the hydrogen circulation path and the gas-liquid The time until the first pressure of the gas in the separator is reduced to the second pressure is acquired, and the number of wastewater treatments is calculated based on the first pressure, the second pressure, and the time, and is calculated The waste water treatment is performed by controlling the opening and closing of the on-off valve and the drain valve for the number of times.
本発明に係るコンピュータプログラムは、発電部から排気されるガスを戻して循環させる水素循環路、及び前記ガスから水を分離して排水する気液分離器を備える燃料電池を制御するコンピュータに、1回目の排水処理において、前記水素循環路内及び前記気液分離器内の気体の第1圧力が第2圧力に低下するまでの時間を取得し、前記第1圧力、前記第2圧力、及び前記時間に基づいて、排水処理の回数を算出し、算出した回数に応じて、水素供給のための開閉弁に対する開閉信号、及び排水弁に対する開閉信号を出力する処理を実行させることを特徴とする。 A computer program according to the present invention is a computer that controls a fuel cell including a hydrogen circulation path that returns and circulates gas exhausted from a power generation unit, and a gas-liquid separator that separates and drains water from the gas. In the waste water treatment for the second time, the time until the first pressure of the gas in the hydrogen circulation path and the gas-liquid separator is reduced to the second pressure is acquired, and the first pressure, the second pressure, and the The number of times of waste water treatment is calculated based on the time, and processing for outputting an on / off signal for the on / off valve for supplying hydrogen and an on / off signal for the drain valve is executed according to the calculated number of times.
本発明によれば、開閉弁を開き、排水弁を閉じている状態から、開閉弁を閉じ、排水弁を開いて水素循環路を開放したときの圧力差に基づく水素循環路内の気体の増加により、気液分離器内に貯留された水を押し出して排水する場合に、水素循環路内及び気液分離器内の気体の圧力が所定量変化するときの時間を計測することで、次回の排水の時間を推定し、気液分離器内の水の残留を抑制するように排水を良好に行い、凍結を防止することができる。従って、次回の発電時に排水を良好に行うことができ、燃料電池の機能低下が防止される。
そして、前記排水処理では、開閉弁を閉じた状態で排水を行うので、万一、排水弁が故障した場合においても、規定量以上の水素の漏出が防止される。
According to the present invention, the gas in the hydrogen circulation path is increased based on the pressure difference when the on-off valve is opened and the drain valve is closed, and then the on-off valve is closed and the drain valve is opened to open the hydrogen circuit. By measuring the time when the gas pressure in the hydrogen circulation path and the gas-liquid separator changes by a predetermined amount when water stored in the gas-liquid separator is pushed out and drained, the next time The drainage time can be estimated, drainage can be performed well so as to suppress the remaining water in the gas-liquid separator, and freezing can be prevented. Therefore, drainage can be performed satisfactorily at the next power generation, and the deterioration of the fuel cell function is prevented.
In the drainage treatment, drainage is performed with the open / close valve closed, so that even if the drainage valve breaks down, leakage of more than a prescribed amount of hydrogen is prevented.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図1は、実施の形態に係る燃料電池300を示すブロック図である。
燃料電池300は、電池本体100と水素供給部200とを備える。電池本体100は例えば固体高分子形燃料電池(polymer electrolyte fuel cell)等の電池本体である。
電池本体100は、スタック1、空気流路3、エアポンプ30、スタック冷却路4、冷却ポンプ40、第1熱交換器41、第2熱交換器42、ラジエータ通流路5、放熱ポンプ50、ラジエータ51、ファン52、ボンベ加熱路6、加熱ポンプ60、水素通流路7、第1圧力センサ78、開閉弁79,80、水素循環ポンプ82、気液分離器83、排水弁84,85、排気弁86,87、第2圧力センサ88、及び制御部9を備える。第2熱交換器42はヒータ(不図示)を備える。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
FIG. 1 is a block diagram showing a
The
The
水素供給部200は、複数のMH(Metal Hydride)ボンベ20と、開閉弁21と、レギュレータ22とを備える。MHボンベ20は水素吸蔵合金を充填してなる。開閉弁21には全てのMHボンベ20が接続されており、開閉弁21はレギュレータ22に接続されている。レギュレータ22により水素の供給圧力が調整される。MHボンベ20内の水素吸蔵合金が水素を放出する際の反応は吸熱反応である。
The
スタック1は、固体高分子電解質膜を負極と正極とで両側から挟んで膜電極接合体を形成し、この膜電極接合体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位セルを構成し、この単位セルを複数積層してパッケージ化したものである。
負極に、水素供給部200から流入した水素を含む燃料ガスが接触し、正極に空気等の酸素を含む酸化ガスが空気流路3から流入して接触することにより両電極で電気化学反応が生じて起電力が発生し、水が生じる。
In the
A fuel gas containing hydrogen flowing in from the
水素通流路7は、水素供給路71、水素導入路72、水素回路73、第1排水路74、及び第1排気路75からなる。水素導入路72、水素回路73、及び第1排気路75により水素循環路が構成される。水素供給路71は、一端部がレギュレータ22に接続され、他端部に開閉弁79,80が直列に接続されている。水素導入路72は、一端部が開閉弁80に接続され、他端部はスタック1の負極寄りの部分に接続されている。水素導入路72には、第1圧力センサ78と、逆止弁81とが設けられている。
The
水素回路73には水素循環ポンプ82及び気液分離器83が設けられている。開閉弁21,79,80を開いたとき、水素は水素供給路71及び水素導入路72を通流し、水素循環ポンプ82により、水素回路73を通流して、スタック1の負極側部分へ送出され、該部分内の通流路を通流されるように構成されている。該通流路内を通流し、スタック1から排出された、水素、不純物(当初から水素に含有された不純物と反応により生じた不純物とを含む)及び水分は水素回路73を通流し、気液分離器83へ送られる。
気液分離器83において、水素及び不純物を含むガスと水とに分離される。
The
In the gas-
第1排水路74は気液分離器83の下側に接続されており、第1排水路74には電磁弁である排水弁84,85が直列に設けられている。排水弁85には第2排水路76が接続されている。
The first drainage channel 74 is connected to the lower side of the gas-
第1排気路75は、気液分離器83の上側で水素回路73から分岐して延びるように設けられており、第1排気路75には前記ガスを排出するための排気弁86,87が直列に設けられている。前記ガスは、所定のタイミングで排気弁86,87に通電して開放することにより第2排気路77を通流し、外部へ排出される。
The
気液分離器83において、分離された前記ガスは排気弁86,87を閉じているとき、気液分離器83から水素回路73を通流して水素循環ポンプ82へ送られ、スタック1へ戻される。
In the gas-
気液分離器83で分離された水は貯留され、後述する排水処理により排水弁84,85に通電して開放することで第1排水路74及び第2排水路76を通流され、外部へ排出される。
気液分離器83の下方には、前記第2圧力センサ88が設けられている。
The water separated by the gas-
The
排水弁84,85及び排気弁86,87、並びに第1排水路74及び第1排気路75は断熱材により覆うことにしてもよい。
The drain valves 84 and 85 and the
空気流路3にはエアポンプ30が設けられている。そして、空気流路3のスタック1への流入側部分には開閉弁31が、スタック1からの流出側部分には開閉弁32が設けられている。開閉弁31、開閉弁32を開いたとき、エアポンプ30から送出された空気は空気流路3を通流してスタック1の正極側部分へ導入され、該部分の通流路を通流されるように構成されている。該通流路内を通流した空気は、スタック1から排出され、開閉弁32を通って外部へ排出される。
An
スタック冷却路4には、冷却ポンプ40、イオン交換樹脂43、及び導電率計44が設けられている。冷却ポンプ40から送出され、スタック冷却路4を通流する冷却水はイオン交換樹脂43内を通流し、導電率計44により導電率を測定された後、スタック1へ導入され、スタック1内の通流路を通流した後、排出されて、第1熱交換器41及び第2熱交換器42を通流し、冷却ポンプ40へ戻るように構成されている。
In the
ラジエータ通流路5には、放熱ポンプ50が設けられている。放熱ポンプ50から送出された、例えば不凍液等の放熱液は、ラジエータ51を通流し、さらに第1熱交換器41を通流した後、放熱ポンプ50へ戻るように構成されている。ラジエータ51に近接してファン52が設けられている。
A
ボンベ加熱路6には、加熱ポンプ60が設けられている。加熱ポンプ60から送出された加熱液は、水素供給部200内の通流路を通流して各MHボンベ20を加熱した後、水素供給部200から排出され、第2熱交換器42を通流して、加熱ポンプ60へ戻るように構成されている。加熱により、MHボンベ20内の水素吸蔵合金から水素が放出される。加熱液として不凍液が挙げられる。
A
スタック冷却路4、ラジエータ通流路5、ボンベ加熱路6、第1熱交換器41、及び第2熱交換器42は断熱材により覆われている。該断熱材により覆われた部分は、図1において太線で表している。該断熱材により、外部との熱移動を制限でき、熱量を制御しやすい。
The
制御部9は、制御部9の各構成部の動作を制御するCPU(Central Processing Unit)90を備え、CPU90には、バスを介して、ROM91、RAM92、及びタイマ93が接続されている。
The control unit 9 includes a CPU (Central Processing Unit) 90 that controls the operation of each component of the control unit 9, and a
ROM91は、EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)等の不揮発性メモリであり、燃料電池300の運転プログラム91aと、本実施の形態に係る排水制御プログラム91bを記憶している。
また、排水制御プログラム91bは、コンピュータ読み取り可能に記録された可搬式メディアであるCD(Compact Disc)−ROM、DVD(Digital Versatile Disc)−ROM、BD(Blu-ray (登録商標)Disc)、ハードディスクドライブ又はソリッドステートドライブ等の記録媒体に記録されており、CPU91が記録媒体から、排水制御プログラム91bを読み出し、ROM91に記憶させてもよい。
さらに、通信網に接続されている図示しない外部コンピュータから本発明に係る排水制御プログラム91bを取得し、ROM91に記憶させることにしてもよい。
The
Also, the drainage control program 91b is a portable media recorded in a computer-readable manner such as a CD (Compact Disc) -ROM, a DVD (Digital Versatile Disc) -ROM, a BD (Blu-ray (registered trademark) Disc), a hard disk. It is recorded on a recording medium such as a drive or a solid state drive, and the
Furthermore, the drainage control program 91b according to the present invention may be acquired from an external computer (not shown) connected to the communication network and stored in the
RAM92は、DRAM(Dynamic RAM)、SRAM(Static RAM)等のメモリであり、CPU91の演算処理を実行する際にROM90から読み出された運転プログラム91a、排水制御プログラム91b、及びCPU90の演算処理によって生ずる各種データを一時記憶する。
制御部9は電池本体100の各構成部、及び水素供給部200の開閉弁21に接続されており、制御部9は各構成部及び開閉弁21の動作を制御する。また、制御部9には、前記第1圧力センサ78、第2圧力センサ88が接続されている。なお、図1において、制御部9と各構成部との接続は、本実施の形態の説明において必要な部分のみ示している。
The
The control unit 9 is connected to each component of the battery
スタック1で生じる反応は発熱反応であり、スタック1はスタック冷却路4内を通流する冷却水により冷却される。スタック1から排出された冷却水の熱は、第1熱交換器41において放熱液に伝導され、放熱液はラジエータ51において熱を放出し、熱はファン52により電池本体100の外部へ放出される。ラジエータ51において冷却された放熱液は第1熱交換器41へ送られる。
The reaction occurring in the
スタック冷却路4において、第1熱交換器41を通流し、第2熱交換器42へ導入された冷却水の熱は、第2熱交換器42において加熱液へ伝導され、加熱液は水素供給部200の各MHボンベ20を加熱し、水素吸蔵合金から水素を放出させる。
第2熱交換器42で冷却された冷却水は冷却ポンプ40へ戻り、スタック1へ送られる。
そして、発電を行っていない場合、スタック冷却路4の冷却水の温度は環境温度となるが、第2熱交換器42の前記ヒータにより加熱液を加温することにより、MHボンベ20を所定温度に保持することができる。
なお、ボンベ加熱路6を有さずに、スタック1で生じた熱を有する空気を水素供給部200へ送風して、MHボンベ20を加温することにしてもよい。また、MHボンベ20にヒータを設けておき、MHボンベ20を直接ヒータで加温することにしてもよい。
In the
The cooling water cooled by the
When power generation is not being performed, the temperature of the cooling water in the
Instead of having the cylinder heating path 6, the
本実施の形態においては、制御部9のCPU90は発電の終了後、ROM91から排水制御プログラム91bを読み出して、気液分離器83の排水処理を実行する。
以下、この排水処理について説明する。
In the present embodiment, the
Hereinafter, this waste water treatment will be described.
図2は、CPU90による排水処理の手順を示すメインルーチンのフローチャートである。
初期条件は電池本体100において発電を行っている場合であり、開閉弁21,79,80が通電オン(開)であり、排水弁84,85が通電オフ(閉)の状態である。
この状態からCPU90は発電を停止し、排水処理を開始する。
FIG. 2 is a flowchart of the main routine showing the procedure of the wastewater treatment by the
The initial condition is when the battery
From this state, the
まず、CPU90は、排水処理の回数jを「1」にセットする(S1)。
CPU90は、1回目の排水処理を行い、排水時間t1 を計測する(S2)。
First, the
CPU90 performs first waste water treatment, measuring the drainage time t 1 (S2).
以下、ステップS2における1回目の排水処理の手順を、図3に示すサブルーチンのフローチャートにより説明する。
CPU90は開閉弁21,79,80に対し、順に閉信号を出力してオフする(S11,S12,S13)。
CPU90は、第1圧力センサ78からPHを取得し(S14)、RAM92に記憶させる。次に、CPU90は、第2圧力センサ88からP0を取得し(S15)、RAM92に記憶させる。ここで、PHは水素循環路内及び気液分離器83内の気体の圧力であり、P0は外気圧である。
Hereinafter, the procedure of the first drainage process in step S2 will be described with reference to the subroutine flowchart shown in FIG.
The
The
CPU90は、排水弁84,85に対し、順に開信号を出力してオンし(S16,S17)、排水を開始する。次に、CPU90は、タイマ93により排水時間t1 の計測を開始する(S18)。
The
PHは、排水が進むにつれて徐々に低下する。CPU90は、第1圧力センサ78から取得するPHがP0より大きいか否かを判定する(S19)。CPU90はPHがP0より大きいと判定した場合(S19:YES)、上述の判定を繰り返す。
CPU90はPHがP0より大きくないと判定した場合(S19:NO)、即ち、PHがP0と同じ圧力になると、排水できなくなるので、排水は終了し、ステップS20に移行する。CPU90は、タイマ93による排水時間t1の計測を終了して(S20)、計測した排水時間t1 をRAM92に記憶させる(S21)。これにて、1回目の排水処理を終了し、図2に示すメインルーチンに戻る。
PH gradually decreases as drainage proceeds. CPU90 determines whether PH acquired from the
When the
CPU90は、ステップS2において1回目の排水処理を行った後、ステップS14,S15で取得しRAM92に記憶させたPH,P0、及び排水時間t1 に基づいて、排水処理の設定回数nを算出し、設定回数nをRAM92に記憶させる(S3)。設定回数nの算出方法は後述する。 The CPU90, after first waste water treatment in step S2, step S14, PH, which has been stored acquired in RAM92 in S15 P0, and on the basis of the drainage time t 1, calculating the set number n of the waste water treatment The set number n is stored in the RAM 92 (S3). A method of calculating the set number n will be described later.
CPU90は、排水の回数jが設定回数nであるか否かを判定する(S4)。
CPU90は、排水の回数jが設定回数nでないと判定した場合(S4:NO)、2回目以降の排水処理を行う(S5)。
CPU90 determines whether the frequency | count j of drainage is the setting frequency n (S4).
When the
以下、ステップS5における2回目以降の排水処理の手順を、図4に示すサブルーチンのフローチャートにより説明する。
CPU90は、排水弁85,84に対し、順に閉信号を出力してオフする(S31,S32)。次に、CPU90は、開閉弁80,79,21に対し、順に開信号を出力してオンする(S33,S34,S35)。これにより、水素供給部200から水素循環路内に水素が供給され、水素循環路内及び気液分離器83内の気体の圧力が上昇し、ステップS14で取得した圧力値と同じPHまで上昇する。ここで、水素循環路内及び気液分離器83内の気体の圧力がP0からPHまで上昇するのに要する時間T0は、水素供給部200から供給される水素の流量に基づいて予め算出されて設定されているとする。CPU90は、時間T0 が経過したか否かを判定する(S36)。CPU90は、時間T0 が経過していないと判定した場合(S36:NO)、上述の判定を繰り返す。
また、CPU90は、第1圧力センサ78により、気体の圧力がステップS14で取得しRAM92に記憶させたPHの値まで上昇したか否かを確認してもよい。
Hereinafter, the second and subsequent drainage processing procedures in step S5 will be described with reference to the flowchart of the subroutine shown in FIG.
The
Further, the
CPU90は、時間T0 が経過したと判定した場合(S36:YES)、開閉弁21,79,80に対し、順に閉信号を出力してオフする(S37,S38,S39)。
CPU90は排水弁84,85に対し、順に開信号を出力してオンし(S40,S41)、排水処理を開始する。
PHは、排水が進むにつれて徐々に低下する。CPU90は、第1圧力センサ78から取得するPHがP0より大きいか否かを判定する(S42)。CPU90はPHがP0より大きいと判定した場合(S42:YES)、上述の判定を繰り返す。
CPU90はPHがP0より大きくないと判定した場合(S42:NO)、即ち、PHがP0と同じ圧力になると、排水できなくなるので、排水は終了する。これにて、2回目の排水処理を終了し、図2に示すメインルーチンに戻る。
ここで、ステップS42として、詳しくは後述するが、j回目の排水処理の時間が経過したか否かを判定することにしてもよい。
When the
The
PH gradually decreases as drainage proceeds. CPU90 determines whether PH acquired from the
When the
Here, although step S42 will be described in detail later, it may be determined whether or not the time of the j-th drainage process has elapsed.
CPU90は、ステップS5において2回目の排水処理を行った後、ステップS6において、排水の回数jを「1」インクリメントした後、処理をステップS4へ戻す。
CPU90は、ステップS4において、排水の回数jが設定回数nでないと判定した場合(S4:NO)、再びステップS5に移行して、上述したように、ステップS31〜S42の排水処理を行う。CPU90は、ステップS4において、排水の回数jが設定回数nであると判定した場合(S4:YES)、排水弁85,84に対し、順に閉信号を出力してオフし(S7,S8)、排水処理のメインルーチンを終了する。このように、CPU90は、排水の回数jが設定回数nになるまで、ステップS31〜S42の排水処理を繰り返し実行する。
After performing the second drainage process in step S5, the
When the
以下、設定回数nの算出方法について説明する。
図5は、気液分離器83の模式的断面図である。気液分離器83の上部の所定の位置に液面センサ89が設けられている。液面センサ89は、気液分離器83内の水の水位を検出する。液面センサ89は、詳しく図示しないが、制御部9に接続されている。
図5Aに示すように、気液分離器83の全体内容積をVD、上面から液面センサ83までの部分の気液分離器83の内容積をVD1、液面センサ89から底面までの気液分離器83の内容積をVD2とし(即ち、VD=VD1+VD2)、水は液面センサ89まで満たされているとする。
Hereinafter, a method for calculating the set number n will be described.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the gas-
As shown in FIG. 5A, the entire internal volume of the gas-
水素循環路の内容積をVHとする。水素循環路の内容積VHと気液分離器83内の内容積VD1との和が、気体の体積であり、この気体の圧力がPHである。PHからP0への圧力変化による体積の増加分(即ち、1回目の排水処理による排水量)をVAとすると、
ボイルの法則より、
PH×(VH+VD1)=P0×(VH+VD1+VA)
上式を変形すると、1回目の排出量VAは以下の式により求められる。
VA={(PH−P0)/P0}×(VH+VD1)
ここで、P0を1気圧、PHをk気圧とすると、(PH−P0)/P0=k−1となり、(k−1)を一定とすることにより、単位時間当たりの排水量VAtも一定になる。
VH+VD1=vとすると、
VA=v×(k−1)
となる。
Let VH be the internal volume of the hydrogen circulation path. The sum of the internal volume VH of the hydrogen circulation path and the internal volume VD1 in the gas-
From Boyle's law,
PH × (VH + VD1) = P0 × (VH + VD1 + VA)
When the above equation is modified, the first discharge amount VA is obtained by the following equation.
VA = {(PH−P0) / P0} × (VH + VD1)
Here, when P0 is 1 atm and PH is k atm, (PH−P0) / P0 = k−1, and by keeping (k−1) constant, the amount of drainage VAt per unit time is also constant. .
If VH + VD1 = v,
VA = v × (k−1)
It becomes.
1回目の排水に要した時間をt1 とすると、1、2、3、…n回排水処理後の気液分離器83内の気体体積増加分、及び排水に要した時間は、下記の表1のようになる。
即ち、n回目の排水処理時の気体体積増加分は、下記式(1)で表される。
v×(k−1)×kn-1 …(1)
n回目の排水処理に要した時間は、下記式(2)で表される。
tn =t1 ×kn-1 …(2)
なお、上述のステップS42において、j回目の排水処理の時間が経過したか否かを判定する場合、j回目の排水処理の時間は、下記式(2)′により求められる。
tj =t1 ×kj-1 …(2)′
Assuming that the time required for the first drainage is t 1 , the increase in gas volume in the gas-
That is, the increase in gas volume during the n-th wastewater treatment is expressed by the following formula (1).
v × (k−1) × k n−1 (1)
The time required for the nth drainage treatment is represented by the following formula (2).
t n = t 1 × k n-1 (2)
In step S42 described above, when it is determined whether or not the j-th drainage treatment time has elapsed, the j-th drainage treatment time is obtained by the following equation (2) ′.
t j = t 1 × k j−1 (2) ′
気液分離器83内の水を全部排水するのに要した1回目からn回目までの排水の累積時間は、下記式(3)で表される。
t1 +t2 +t3 +…+tn
=t1 +(t1 ×k)+(t1 ×k2 )+(t1 ×k3 )+…+(t1 ×kn-1 )
=t1 (1+k+k2 +k3 +…+kn-1 )…(3)
気液分離器83内の水の体積は、VD2=VD−VD1であるので、これを全部排水するのに要する時間Tは、下記式(4)で表される。
T=VD2/VAt…(4)
従って、
(t1 +t2 +t3 +…+tn)>T…(5)
を満たす場合、気液分離器83内の水が全部排水されることになる。
ここで、式(3)を用いて式(5)を表すと、
t1 (1+k+k2 +k3 +…+kn-1 )>T…(6)
上記式(6)を満たす最小の整数nを排水処理の設定回数にする。
即ち、1回目の排水に要した時間t1 を用いて、排水回数nを算出することができる。
The accumulated time of drainage from the first time to the nth time required to drain all the water in the gas-
t 1 + t 2 + t 3 + ... + t n
= T 1 + (t 1 × k) + (t 1 × k 2 ) + (t 1 × k 3 ) +... + (T 1 × k n−1 )
= T 1 (1 + k + k 2 + k 3 + ... + kn -1 ) (3)
Since the volume of water in the gas-
T = VD2 / VAt (4)
Therefore,
(T 1 + t 2 + t 3 +... + T n )> T (5)
When satisfy | filling, all the water in the gas-
Here, when Expression (5) is expressed using Expression (3),
t 1 (1 + k + k 2 + k 3 +... + k n-1 )> T (6)
The minimum integer n satisfying the above equation (6) is set as the set number of times of wastewater treatment.
That is, the number of times of drainage n can be calculated using the time t 1 required for the first drainage.
上記式(6)について、以下、具体的な数値を用いた計算例について説明する。ここで、説明を簡単にするためにv=VD1として説明する。なお、以下の計算例における各数値は、設定回数nの算出方法を説明するために適宜用いた数値であって、これに限定されるものではない。
[計算例1]
具体的に、以下の数値を代入して設定回数nを求める。
1回目の排水時間:t1 =1
PH=k=2
気液分離器83内の全容積:VD=11
気液分離器83内の初めの気体容積:VD1=1
気液分離器83内の初めの水の体積:VD2=10
単位時間あたりの排水量:VAt=1
With respect to the above formula (6), a calculation example using specific numerical values will be described below. Here, in order to simplify the description, the description will be made assuming that v = VD1. In addition, each numerical value in the following calculation examples is a numerical value appropriately used for explaining a calculation method of the set number n, and is not limited to this.
[Calculation Example 1]
Specifically, the set number n is obtained by substituting the following numerical values.
First drain time: t 1 = 1
PH = k = 2
Total volume in the gas-liquid separator 83: VD = 11
Initial gas volume in the gas-liquid separator 83: VD1 = 1
Initial water volume in the gas-liquid separator 83: VD2 = 10
Drainage volume per unit time: VAt = 1
気液分離器83内の水を全部排出するのに要する時間Tは、上記式(4)より10/1=10である。
上記数値を代入すると、式(6)は、
(1+2+22 +…+2n-1 >10
これより、
(1+2+22 +23 )=15>10
以上より、式(6)を満たす最小の整数nは4となる。
この場合、排水処理を4回行えば、気液分離器83内の水が全部排出されることになる。
The time T required to discharge all the water in the gas-
Substituting the above numerical values, equation (6) becomes
(1 + 2 + 2 2 + ... + 2 n-1 > 10
Than this,
(1 + 2 + 2 2 +2 3 ) = 15> 10
From the above, the minimum integer n satisfying the equation (6) is 4.
In this case, if the waste water treatment is performed four times, all the water in the gas-
図6は、計算例1の排水処理を視覚化して説明するための模式図である。
図6の最も左側の図は気液分離器83の初期状態を示す模式図であり、気液分離器83の上面から液面センサ89(不図示)までの気体の体積VD1が1であり、気液分離器83の底面から液面センサ89までの水の体積VD2が10である。
1回目の排水処理において、排出した水量は上記式(1)より、1×(2−1)=1である。
排水時間は、上述のようにt1 =1である。
同様に、2回目〜4回目の排水処理時に排出した水量、排水時間を算出すると、図6のようになる。各回の排水処理後の気体の体積と水の体積との割合を模式図に示してある。
図6より、3回目の排水処理終了後の残存の水量が「3」であったところ、4回目で、水が「8」分、排出されるように排水処理を行うので、気液分離器83内の水が完全に排出されることが分かる。
FIG. 6 is a schematic diagram for visualizing and explaining the waste water treatment of Calculation Example 1.
The leftmost diagram of FIG. 6 is a schematic diagram showing an initial state of the gas-
In the first drainage treatment, the amount of discharged water is 1 × (2-1) = 1 from the above formula (1).
The drainage time is t 1 = 1 as described above.
Similarly, when the amount of water discharged during the second to fourth drainage treatment and the drainage time are calculated, FIG. 6 is obtained. The ratio between the volume of gas after each drainage treatment and the volume of water is shown in the schematic diagram.
As shown in FIG. 6, when the remaining amount of water after the third drainage treatment was “3”, the drainage treatment was performed so that water was discharged for “8” at the fourth time. It can be seen that the water in 83 is completely discharged.
[計算例2]
次に、上記kの値を変更した場合の計算例2について説明する。
k=1.5とする。
気液分離器内の全容積:VD=11
気液分離器内の初めの気体容積:VD1=1は、[計算例1]と同じであるとする。
しかし、k=1.5により、1回目の排水後の気体容積増加分と、単位時間あたりの排水量Vatが変わる。
1回目の排水後の気体増加分(=排水量)は、上記式(1)より、1×(1.5−1)=0.5である。
単位時間あたりの排水量VAtは、kの比率からVAt=1×1.5/2=0.75となる。
これより、1回目の排水に要した時間t1 は、t1 =0.5/0.75となる。
[Calculation Example 2]
Next, calculation example 2 when the value of k is changed will be described.
k = 1.5.
Total volume in gas-liquid separator: VD = 11
The initial gas volume VD1 = 1 in the gas-liquid separator is assumed to be the same as [Calculation Example 1].
However, the increase in gas volume after the first drainage and the drainage amount Vat per unit time change due to k = 1.5.
The amount of gas increase (= drainage amount) after the first drainage is 1 × (1.5−1) = 0.5 from the above formula (1).
The drainage amount VAt per unit time is VAt = 1 × 1.5 / 2 = 0.75 from the ratio of k.
Thus, the time t 1 required for the first drainage is t 1 = 0.5 / 0.75.
従って、式(6)は、
(0.5/0.75)×(1+1.5+1.52 +…+1.5n-1 )>(10/0.75)
この式を変形すると、
(1+1.5+1.52 +…+1.5n-1 )>20
(1+1.5+1.52 +1.53 +1.54 +1.55 )≒20.8>20
以上より、式(6)を満たす最小の整数nは6となる。
この場合、排水処理を6回行えば、気液分離器83内の水が全部排水されることになる。
Therefore, equation (6) becomes
(0.5 / 0.75) × (1 + 1.5 + 1.5 2 +... +1.5 n-1 )> (10 / 0.75)
If this equation is transformed,
(1 + 1.5 + 1.5 2 + ... + 1.5 n-1 )> 20
(1 + 1.5 + 1.5 2 +1.5 3 +1.5 4 +1.5 5 ) ≈20.8> 20
From the above, the minimum integer n that satisfies the equation (6) is 6.
In this case, if the waste water treatment is performed six times, all the water in the gas-
図7は、計算例2の排水処理を視覚化して説明するための模式図である。
図7の最も左側の図は気液分離器83の初期状態を示す模式図であり、気液分離器83の上面から液面センサ89(不図示)までの気体の体積VD1が1であり、気液分離器83の底面から液面センサ89までの水の体積VD2が10である。
1回目の排水処理において、排出した水量は上述したように0.5である。
排水時間t1 は、上述したように0.5/0.75=0.67である。
同様に、2回目〜6回目の排水処理時の排出した水量、排水時間を算出すると、図7のようになる。各回の排水処理後の気体の体積と水の体積との割合を、模式図に示してある。
図7より、5回目の排水処理終了後の残存の水量が「3.41」であったところ、6回目で、水が「3.80」分排出されるように排水処理を行うので、気液分離器83内の水が完全に排出されることが分かる。
FIG. 7 is a schematic diagram for visualizing and explaining the waste water treatment of Calculation Example 2.
The leftmost diagram of FIG. 7 is a schematic diagram showing an initial state of the gas-
In the first drainage treatment, the amount of discharged water is 0.5 as described above.
The drainage time t 1 is 0.5 / 0.75 = 0.67 as described above.
Similarly, when the discharged water amount and drainage time during the second to sixth drainage treatments are calculated, the result is as shown in FIG. The ratio between the volume of gas after each drainage treatment and the volume of water is shown in the schematic diagram.
From FIG. 7, when the remaining amount of water after the fifth drainage treatment was “3.41”, the drainage treatment was performed so that the water was drained by “3.80” at the sixth time. It can be seen that the water in the
以上のように、本実施の形態においては、1回目の排水処理で水素循環路及び気液分離器83内の気体の圧力がPHからP0まで変化するときの時間t1 を計測し、気液分離器83内の水が完全に排出されるまでの時間Tに基づいて設定回数nを算出するので、気液分離器83内の水の残留が良好に抑制され、凍結を防止することができる。
従って、次回の発電時に排水を良好に行うことができ、燃料電池の機能低下が防止される。そして、開閉弁を閉じた状態で排水を行うので、万一、排水弁が故障した場合においても、規定量以上の水素の漏出を防止することができる。
As described above, in the present embodiment, the time t 1 when the pressure of the gas in the hydrogen circulation path and the gas-
Therefore, drainage can be performed satisfactorily at the next power generation, and the deterioration of the fuel cell function is prevented. And since drainage is performed with the on-off valve closed, even if the drainage valve breaks down, leakage of more than a specified amount of hydrogen can be prevented.
以下、燃料電池300の変形例1及び2について説明する。
(変形例1)
変形例1の燃料電池の気液分離器83においては、液面センサ89を有さず、排水処理を行う前の気液分離器83内の気体の体積をVD1として、上述の式(1)、(2)、(4)、及び(6)を計算する。VD1は、例えば供給した水素の量、又は発電量等により、気液分離器83内に貯留した水の体積VD2を推定して算出することができる。
変形例1においては、液面センサ89を省略することで、部品コストを削減することができる。
Hereinafter,
(Modification 1)
In the gas-
In the first modification, the component cost can be reduced by omitting the
(変形例2)
変形例2の燃料電池においては、第1排水路74内の水の量も含めて、設定回数nを算出する。
第1排水路74の内容積をVCとすると、気液分離器83内の水と第1排水路74内の水とを全部排水するのに要する時間Tは、下記式(4)′で表される。
T=(VD2+VC)/VAt…(4)′
上記Tを用いて、上記式(6)を満たす最小の整数nを排水処理の設定回数にする。
変形例2においては、排水管の内容積も含めて設定回数nを算出するので、第1排水路74内に水が残留して凍結することを防止することができる。
(Modification 2)
In the fuel cell of
Assuming that the internal volume of the first drainage channel 74 is VC, the time T required to drain all of the water in the gas-
T = (VD2 + VC) / VAt (4) ′
Using the T, the minimum integer n satisfying the equation (6) is set as the set number of times of wastewater treatment.
In the modified example 2, since the set number n is calculated including the internal volume of the drain pipe, it is possible to prevent water from remaining in the first drain path 74 and freezing.
以上のように、本発明に係る燃料電池は、水素及び酸素を反応させて発電する発電部と、該発電部に水素を供給する燃料部と、前記水素の供給のための開閉弁と、前記発電部から排気されるガスを前記発電部へ戻して循環させる水素循環路と、前記水素循環路に設けられ、前記ガスから水を分離する気液分離器と、該気液分離器から水を排出する排水弁と、前記開閉弁及び前記排水弁の開閉を制御する制御部とを備える燃料電池において、前記水素循環路内及び前記気液分離器内の気体の圧力を検出する圧力検出器と、該圧力検出器から取得した圧力が所定量変化するときの時間を計測する計測部とを備え、前記制御部は、前記計測部が計測した時間に基づいて、前記開閉弁及び前記排水弁の開閉を制御して排水処理を行うことを特徴とする。 As described above, the fuel cell according to the present invention includes a power generation unit that generates electricity by reacting hydrogen and oxygen, a fuel unit that supplies hydrogen to the power generation unit, the on-off valve for supplying the hydrogen, A hydrogen circulation path that circulates the gas exhausted from the power generation section back to the power generation section, a gas-liquid separator that is provided in the hydrogen circulation path and separates water from the gas, and water from the gas-liquid separator A pressure detector for detecting a gas pressure in the hydrogen circulation path and the gas-liquid separator in a fuel cell comprising a drain valve for discharging, and a control unit for controlling the opening and closing valve and the opening and closing of the drain valve; A measuring unit that measures a time when the pressure acquired from the pressure detector changes by a predetermined amount, and the control unit is configured to control the on-off valve and the drain valve based on the time measured by the measuring unit. The wastewater treatment is performed by controlling the opening and closing.
本発明においては、前記開閉弁を開き、排水弁を閉じている状態から、開閉弁を閉じ、排水弁を開いて水素循環路を開放したときの圧力差に基づく水素循環路内の気体の増加により、気液分離器内に貯留された水を押し出して排水する場合に、圧力が所定量変化するときの時間を計測することで、次回の排水の時間を推定し、気液分離器内の水の残留を抑制するように排水を良好に行い、凍結を防止することができる。
従って、次回の発電時に排水を良好に行うことができ、燃料電池の機能低下が防止される。そして、開閉弁を閉じた状態で排水を行うので、万一、排水弁が故障した場合においても、規定量以上の水素の漏出を防止することができる。また、水位センサが不要になり、部品コストを低減することができる。
In the present invention, from the state where the on-off valve is opened and the drain valve is closed, the increase in gas in the hydrogen circulation path based on the pressure difference when the on-off valve is closed and the drain valve is opened to open the hydrogen circulation path Therefore, when the water stored in the gas-liquid separator is pushed out and drained, the time when the pressure changes by a predetermined amount is estimated to estimate the next drainage time. It is possible to drain well so as to prevent water from remaining and prevent freezing.
Therefore, drainage can be performed satisfactorily at the next power generation, and the deterioration of the fuel cell function is prevented. And since drainage is performed with the on-off valve closed, even if the drainage valve breaks down, leakage of more than a specified amount of hydrogen can be prevented. In addition, the water level sensor becomes unnecessary, and the component cost can be reduced.
本発明に係る燃料電池は、上述の燃料電池において、前記計測部は、1回目の排水処理において、前記圧力検出器により検出した第1圧力が第2圧力に低下するまでの時間を計測し、前記制御部は、前記第1圧力、前記第2圧力、及び前記時間に基づいて、排水処理を行う回数を算出することを特徴とする。 In the fuel cell according to the present invention, in the fuel cell described above, the measurement unit measures a time until the first pressure detected by the pressure detector decreases to the second pressure in the first drainage treatment, The said control part calculates the frequency | count of performing wastewater treatment based on the said 1st pressure, the said 2nd pressure, and the said time.
水素循環路及び気液分離器内の圧力が、第1圧力から第2圧力に低下するまでの時間が、気液分離器内の水の排水時間である。本発明においては、1回目の排水に要した時間を計測し、この排水時間に基づいて気液分離器内から水を全部排出するための排水処理の回数を算出し、その回数分の排水処理を行うので、気液分離器内の水の残存を良好に抑制することができる。 The time until the pressure in the hydrogen circulation path and the gas-liquid separator decreases from the first pressure to the second pressure is the drainage time of water in the gas-liquid separator. In the present invention, the time required for the first drainage is measured, and based on this drainage time, the number of times of drainage treatment for discharging all the water from the gas-liquid separator is calculated, and the wastewater treatment for that number of times is calculated. Therefore, it is possible to satisfactorily suppress water remaining in the gas-liquid separator.
本発明に係る燃料電池は、上述の燃料電池において、前記制御部は、前記第1圧力、前記第2圧力、前記時間、前記水素循環路の内容積、及び1回目の排水処理を行う前の前記気液分離器内の気体の体積に基づいて、1回目からn回目まで排水処理を行った場合の排水時間の累積量を算出し、前記累積量>(前記気液分離器内の水の体積)/(単位時間の排水量)を満たすnを算出し、nを排水処理の回数に設定することを特徴とする。 The fuel cell according to the present invention is the above-described fuel cell, wherein the control unit is configured to perform the first pressure, the second pressure, the time, the internal volume of the hydrogen circulation path, and the first drainage treatment. Based on the volume of the gas in the gas-liquid separator, the cumulative amount of drainage time when drainage treatment is performed from the first to the n-th time is calculated, and the cumulative amount> (water in the gas-liquid separator is N satisfying (volume) / (drainage amount per unit time) is calculated, and n is set to the number of times of wastewater treatment.
本発明においては、第1圧力、第2圧力、水素循環路の内容積、及び1回目の排水処理を行う前の気液分離器内の気体の体積に基づいて、圧力差による気液分離器内の気体の体積の増加分を算出し、1回目の排水時間に基づいて、1回目からn回目まで排水処理を行った場合の排水時間の累積量を算出する。そして、前記累積量>(気液分離器内の水の体積)/(単位時間の排水量)を満たすnを算出し、これを排水処理の回数に設定するので、気液分離器内の水の残存をより良好に抑制することができる。 In the present invention, the gas-liquid separator based on the pressure difference is based on the first pressure, the second pressure, the internal volume of the hydrogen circulation path, and the gas volume in the gas-liquid separator before the first drainage treatment. The increase in the volume of the gas inside is calculated, and the accumulated amount of drainage time when drainage treatment is performed from the first to the nth time is calculated based on the first drainage time. Then, n satisfying the cumulative amount> (volume of water in the gas-liquid separator) / (drainage amount per unit time) is calculated, and this is set as the number of times of wastewater treatment. Remaining can be suppressed more favorably.
本発明に係る燃料電池は、上述の燃料電池において、前記排水弁と前記気液分離器とを接続する排水管を備え、前記制御部は、前記排水管の内容積も含めて、前記排水処理の回数を算出することを特徴とする。 The fuel cell according to the present invention includes a drain pipe connecting the drain valve and the gas-liquid separator in the fuel cell described above, and the control unit includes the internal volume of the drain pipe and includes the drainage treatment. The number of times is calculated.
本発明においては、排水管の内容積も含めて、前記排水処理の回数を算出するので、排水管内に水が残留して凍結することを防止することができる。 In this invention, since the frequency | count of the said waste_water | drain process is calculated also including the internal volume of a drain pipe, it can prevent that water remains in a drain pipe and freezes.
本発明に係る燃料電池の制御方法は、開閉弁を開いて燃料部から発電部へ水素を供給し、該発電部から排気されるガスを水素循環路により前記発電部へ戻して循環させ、前記水素循環路に設けられた気液分離器により前記ガスから水を分離して排水弁により排水処理を行う燃料電池の制御方法において、1回目の排水処理において、前記水素循環路内及び前記気液分離器内の気体の第1圧力が第2圧力に低下するまでの時間を取得し、前記第1圧力、前記第2圧力、及び前記時間に基づいて、排水処理の回数を算出し、算出した回数分、前記開閉弁及び前記排水弁の開閉を制御して排水処理を行うことを特徴とする。 In the fuel cell control method according to the present invention, the on-off valve is opened to supply hydrogen from the fuel unit to the power generation unit, and the gas exhausted from the power generation unit is circulated back to the power generation unit through a hydrogen circulation path. In a control method of a fuel cell in which water is separated from the gas by a gas-liquid separator provided in a hydrogen circulation path and drainage treatment is performed by a drain valve, in the first drainage treatment, in the hydrogen circulation path and the gas-liquid The time until the first pressure of the gas in the separator is reduced to the second pressure is acquired, and the number of wastewater treatments is calculated based on the first pressure, the second pressure, and the time, and is calculated The waste water treatment is performed by controlling the opening and closing of the on-off valve and the drain valve for the number of times.
本発明においては、1回目の排水に要した時間を計測し、この排水時間に基づいて気液分離器内から水を全部排出するための回数を算出し、その回数分の排水処理を行うので、気液分離器内の水の残存を良好に抑制することができる。 In the present invention, the time required for the first drainage is measured, and based on this drainage time, the number of times for discharging all the water from the gas-liquid separator is calculated, and the wastewater treatment for that number of times is performed. The water remaining in the gas-liquid separator can be satisfactorily suppressed.
本発明に係るコンピュータプログラムは、発電部から排気されるガスを戻して循環させる水素循環路、及び前記ガスから水を分離して排水する気液分離器を備える燃料電池を制御するコンピュータに、1回目の排水処理において、前記水素循環路内及び前記気液分離器内の気体の第1圧力が第2圧力に低下するまでの時間を取得し、前記第1圧力、前記第2圧力、及び前記時間に基づいて、排水処理の回数を算出し、算出した回数に応じて、水素供給のための開閉弁に対する開閉信号、及び排水弁に対する開閉信号を出力する処理を実行させることを特徴とする。 A computer program according to the present invention is a computer that controls a fuel cell including a hydrogen circulation path that returns and circulates gas exhausted from a power generation unit, and a gas-liquid separator that separates and drains water from the gas. In the waste water treatment for the second time, the time until the first pressure of the gas in the hydrogen circulation path and the gas-liquid separator is reduced to the second pressure is acquired, and the first pressure, the second pressure, and the The number of times of waste water treatment is calculated based on the time, and processing for outputting an on / off signal for the on / off valve for supplying hydrogen and an on / off signal for the drain valve is executed according to the calculated number of times.
本発明においては、1回目の排水に要した時間を計測し、この排水時間に基づいて気液分離器内から水を全部排出するための回数を算出し、その回数分の排水処理を行うので、気液分離器内の水の残存を良好に抑制することができる。 In the present invention, the time required for the first drainage is measured, and based on this drainage time, the number of times for discharging all the water from the gas-liquid separator is calculated, and the wastewater treatment for that number of times is performed. The water remaining in the gas-liquid separator can be satisfactorily suppressed.
本発明は上述した実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the contents of the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately changed within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.
例えば気液分離器83に設ける水位センサは液面センサに限定されるものではなく、フロートセンサ等であってもよい。
また、燃料電池300を配置する場所の外気圧P0を1気圧としてよい場合は、第2圧力センサ88を設けなくてもよい。
そして、P0が1気圧でない場合は、上述の式
VA={(PH−P0)/P0}×(VH+VD1)
にP0の数値を代入して、設定回数nを求める。
For example, the water level sensor provided in the gas-
Further, when the external pressure P0 at the place where the
And when P0 is not 1 atm, the above-mentioned formula VA = {(PH−P0) / P0} × (VH + VD1)
Substituting the numerical value of P0 into, obtain the set number of times n.
1 スタック
3 空気流路
4 スタック冷却路
41 第1熱交換器
42 第2熱交換器
5 ラジエータ通流路
6 ボンベ加熱路
7 水素通流路
71 水素供給路
72 水素導入路
73 水素回路
74 第1排水路
75 第1排気路
78 第1圧力センサ
82 水素循環ポンプ
84、85 排水弁
86、87 排気弁
88 第2圧力センサ
89、90 液面センサ
9 制御部
91 ROM
92 RAM
93 タイマ
20 MHボンベ
30 エアポンプ
90 CPU
100 電池本体
200 水素供給部
300 燃料電池
DESCRIPTION OF
92 RAM
93
100
Claims (6)
前記水素循環路内及び前記気液分離器内の気体の圧力を検出する圧力検出器と、
該圧力検出器から取得した圧力が所定量変化するときの時間を計測する計測部と
を備え、
前記制御部は、
前記計測部が計測した時間に基づいて、前記開閉弁及び前記排水弁の開閉を制御して排水処理を行う
ことを特徴とする燃料電池。 A power generation unit that generates electricity by reacting hydrogen and oxygen, a fuel unit that supplies hydrogen to the power generation unit, an on-off valve for supplying the hydrogen, and a gas exhausted from the power generation unit is returned to the power generation unit. A hydrogen circulation path for circulation, a gas-liquid separator provided in the hydrogen circulation path for separating water from the gas, a drain valve for discharging water from the gas-liquid separator, the on-off valve and the drain valve A fuel cell comprising a control unit for controlling the opening and closing of
A pressure detector for detecting the pressure of the gas in the hydrogen circulation path and the gas-liquid separator;
A measuring unit that measures the time when the pressure acquired from the pressure detector changes by a predetermined amount, and
The controller is
Based on the time measured by the measurement unit, the drainage treatment is performed by controlling the opening and closing of the on-off valve and the drain valve.
1回目の排水処理において、前記圧力検出器により検出した第1圧力が第2圧力に低下するまでの時間を計測し、
前記制御部は、
前記第1圧力、前記第2圧力、及び前記時間に基づいて、排水処理を行う回数を算出することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。 The measuring unit is
In the first waste water treatment, the time until the first pressure detected by the pressure detector is reduced to the second pressure is measured,
The controller is
2. The fuel cell according to claim 1, wherein the number of times of wastewater treatment is calculated based on the first pressure, the second pressure, and the time.
前記累積量>(前記気液分離器内の水の体積)/(単位時間の排水量)を満たすnを算出し、
nを排水処理の回数に設定する
ことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池。 The control unit is based on the first pressure, the second pressure, the time, the internal volume of the hydrogen circulation path, and the volume of gas in the gas-liquid separator before the first drainage treatment, Calculate the cumulative amount of drainage time when drainage treatment is performed from the first to the nth,
N satisfying the cumulative amount> (volume of water in the gas-liquid separator) / (drainage amount per unit time) is calculated,
The fuel cell according to claim 2, wherein n is set to the number of times of waste water treatment.
前記制御部は、
前記排水管の内容積も含めて、前記排水処理の回数を算出する
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の燃料電池。 A drain pipe connecting the drain valve and the gas-liquid separator;
The controller is
4. The fuel cell according to claim 2, wherein the number of times of the wastewater treatment is calculated including the internal volume of the drainage pipe.
1回目の排水処理において、前記水素循環路内及び前記気液分離器内の気体の第1圧力が第2圧力に低下するまでの時間を取得し、
前記第1圧力、前記第2圧力、及び前記時間に基づいて、排水処理の回数を算出し、
算出した回数分、前記開閉弁及び前記排水弁の開閉を制御して排水処理を行う
ことを特徴とする燃料電池の制御方法。 A gas-liquid separator provided in the hydrogen circulation path by opening the on-off valve to supply hydrogen from the fuel section to the power generation section and circulating the gas exhausted from the power generation section back to the power generation section through the hydrogen circulation path In the control method of the fuel cell in which water is separated from the gas by the drainage treatment by the drainage valve,
In the first drainage treatment, the time until the first pressure of the gas in the hydrogen circulation path and the gas-liquid separator is reduced to the second pressure is obtained,
Based on the first pressure, the second pressure, and the time, calculate the number of wastewater treatment,
A control method for a fuel cell, wherein drainage treatment is performed by controlling opening and closing of the on-off valve and the drain valve for the calculated number of times.
1回目の排水処理において、前記水素循環路内及び前記気液分離器内の気体の第1圧力が第2圧力に低下するまでの時間を取得し、
前記第1圧力、前記第2圧力、及び前記時間に基づいて、排水処理の回数を算出し、
算出した回数に応じて、水素供給のための開閉弁に対する開閉信号、及び排水弁に対する開閉信号を出力する
処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。 A computer that controls a fuel cell including a hydrogen circulation path that circulates the gas exhausted from the power generation unit, and a gas-liquid separator that separates and drains water from the gas.
In the first drainage treatment, the time until the first pressure of the gas in the hydrogen circulation path and the gas-liquid separator is reduced to the second pressure is obtained,
Based on the first pressure, the second pressure, and the time, calculate the number of wastewater treatment,
A computer program for executing a process of outputting an on / off signal for an on / off valve for supplying hydrogen and an on / off signal for a drain valve according to the calculated number of times.
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