JP7783232B2 - Fuel cell system, control device, control method for fuel cell system, and program - Google Patents
Fuel cell system, control device, control method for fuel cell system, and programInfo
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Description
本発明は、燃料電池システム、制御装置、燃料電池システムの制御方法、およびプログラムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system, a control device, a control method for a fuel cell system, and a program.
近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能且つ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する燃料電池システムに関する研究開発が行われている。 In recent years, research and development has been conducted into fuel cell systems that contribute to energy efficiency, ensuring that more people have access to affordable, reliable, sustainable and advanced energy.
例えば、特許文献1には、水素供給経路に設けられた水素調圧弁を加熱する第1ヒータと、空気供給経路に設けられた空気調圧弁を加熱する第2ヒータとを備える燃料電池システムが開示されている。第1ヒータは、水素調圧弁が凍結によって動作していない状態である場合に水素調圧弁を加熱する。第2ヒータは、空気調圧弁が凍結によって動作していない状態である場合に酸素調圧弁を加熱する。 For example, Patent Document 1 discloses a fuel cell system equipped with a first heater that heats a hydrogen pressure regulating valve provided in a hydrogen supply path and a second heater that heats an air pressure regulating valve provided in an air supply path. The first heater heats the hydrogen pressure regulating valve when the hydrogen pressure regulating valve is in an inoperable state due to freezing. The second heater heats the oxygen pressure regulating valve when the air pressure regulating valve is in an inoperable state due to freezing.
より良好な燃料電池システム、制御装置、燃料電池システムの制御方法、およびプログラムが求められている。 There is a need for better fuel cell systems, control devices, fuel cell system control methods, and programs.
本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。 The present invention aims to solve the above-mentioned problems.
本発明の第1の態様は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に接続され、且つ前記燃料電池から排出される燃料排ガスまたは酸化剤排ガスである反応排ガスが流通する反応排ガス流路と、前記反応排ガス流路に設けられるとともに前記燃料電池の運転が停止した運転停止状態で液水が残留し得る第1デバイスと、前記反応排ガス流路に設けられるとともに前記燃料電池の前記運転停止状態で前記液水が残留しないと見込まれ、且つ燃料電池システムを始動させる際に水蒸気が流通する第2デバイスと、前記第1デバイスを加熱する第1ヒータと、前記第2デバイスを加熱する第2ヒータと、前記第1ヒータおよび前記第2ヒータを個別に制御し得るヒータ制御部と、を備え、前記ヒータ制御部は、前記燃料電池システムを始動させる際に前記第1ヒータと前記第2ヒータとを駆動させる場合、前記第1ヒータの駆動時間よりも短い駆動時間で前記第2ヒータを駆動させる、燃料電池システムである。 A first aspect of the present invention is a fuel cell system comprising: a fuel cell that generates electricity through an electrochemical reaction between fuel gas and oxidant gas; a reaction exhaust gas flow path connected to the fuel cell and through which reaction exhaust gas, which is fuel exhaust gas or oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell, flows; a first device provided in the reaction exhaust gas flow path and in which liquid water may remain when the fuel cell is stopped; a second device provided in the reaction exhaust gas flow path and in which liquid water is not expected to remain when the fuel cell is stopped and through which water vapor flows when the fuel cell system is started; a first heater that heats the first device; a second heater that heats the second device; and a heater control unit that can individually control the first heater and the second heater; wherein, when the heater control unit drives the first heater and the second heater when starting the fuel cell system, the heater control unit drives the second heater for a shorter drive time than the drive time of the first heater.
本発明の第2の態様は、上述した燃料電池システムにおける制御装置であって、前記制御装置は、前記ヒータ制御部を有する、制御装置である。 A second aspect of the present invention is a control device for the above-mentioned fuel cell system, the control device having the heater control unit.
本発明の第3の態様は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に接続され、且つ前記燃料電池から排出された燃料排ガスまたは酸化剤排ガスである反応排ガスが流通する反応排ガス流路と、前記反応排ガス流路に設けられるとともに前記燃料電池の運転が停止した運転停止状態で液水が残留し得る第1デバイスと、前記反応排ガス流路に設けられるとともに前記燃料電池の前記運転停止状態で前記液水が残留しないと見込まれ、且つ燃料電池システムを始動させる際に水蒸気が流通する第2デバイスと、前記第1デバイスを加熱する第1ヒータと、前記第2デバイスを加熱する第2ヒータと、前記第1ヒータおよび前記第2ヒータを個別に制御し得るヒータ制御部と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、前記ヒータ制御部は、前記燃料電池システムを始動させる際に前記第1ヒータと前記第2ヒータとを駆動させる場合、前記第1ヒータの駆動時間よりも短い駆動時間で前記第2ヒータを駆動させる、燃料電池システムの制御方法である。 A third aspect of the present invention is a control method for a fuel cell system including: a fuel cell that generates electricity through an electrochemical reaction between fuel gas and oxidant gas; a reaction exhaust gas flow path connected to the fuel cell and through which reaction exhaust gas, which is fuel exhaust gas or oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell, flows; a first device provided in the reaction exhaust gas flow path and in which liquid water may remain when the fuel cell is stopped; a second device provided in the reaction exhaust gas flow path and in which liquid water is not expected to remain when the fuel cell is stopped and through which water vapor flows when the fuel cell system is started; a first heater that heats the first device; a second heater that heats the second device; and a heater control unit that can individually control the first heater and the second heater, wherein when the heater control unit drives the first heater and the second heater when starting the fuel cell system, the heater control unit drives the second heater for a shorter drive time than the drive time of the first heater.
本発明の第4の態様は、上述した燃料電池システムの制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。 A fourth aspect of the present invention is a program for causing a computer to execute the above-described fuel cell system control method.
本発明によれば、より良好な燃料電池システム、制御装置、燃料電池システムの制御方法、およびプログラムを提供することができる。 The present invention provides a better fuel cell system, control device, fuel cell system control method, and program.
本発明の一実施形態に係る燃料電池システム10、制御装置18、燃料電池システム10の制御方法、およびプログラムについて図面を用いて以下に説明する。図1は、本実施形態による燃料電池システム10の構成を示す概略図である。燃料電池システム10は、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両(図示せず)に搭載される。なお、燃料電池システム10は、車両以外の機器等に搭載されてもよい。 A fuel cell system 10, a control device 18, a control method for the fuel cell system 10, and a program according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell system 10 according to this embodiment. The fuel cell system 10 is mounted, for example, on a fuel cell vehicle (not shown), such as a fuel cell electric vehicle. Note that the fuel cell system 10 may also be mounted on equipment other than a vehicle.
図1に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム10は、燃料電池スタック(燃料電池)12、カソード系装置14、アノード系装置16、および制御装置18を備える。 As shown in FIG. 1, the fuel cell system 10 according to this embodiment includes a fuel cell stack (fuel cell) 12, a cathode system device 14, an anode system device 16, and a control device 18.
燃料電池スタック12は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う。燃料ガスは、例えば、水素ガスである。燃料ガスは、水素を含む気体である限り、特に限定されない。酸化剤ガスは、例えば、空気である。酸化剤ガスは、酸素を含む気体である限り、空気に限定されない。燃料電池スタック12は、複数の発電セル20が積層されて形成される。各発電セル20は、膜電極構造体(MEA:Membrane Electrode Assembly)22と、当該膜電極構造体22を挟持する一対のセパレータ24a、24bとを有する。 The fuel cell stack 12 generates electricity through an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas. The fuel gas is, for example, hydrogen gas. The fuel gas is not particularly limited as long as it is a gas containing hydrogen. The oxidant gas is, for example, air. The oxidant gas is not limited to air as long as it is a gas containing oxygen. The fuel cell stack 12 is formed by stacking multiple power generation cells 20. Each power generation cell 20 has a membrane electrode assembly (MEA) 22 and a pair of separators 24a, 24b that sandwich the membrane electrode assembly 22.
膜電極構造体22は、電解質膜26と、カソード電極28と、アノード電極30とを備える。電解質膜26は、カソード電極28とアノード電極30とによって挟持される。電解質膜26は、例えば、固体高分子電解質膜である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である。なお、詳細な図示は省略するが、カソード電極28およびアノード電極30の各々は、電解質膜26に接合された電極触媒層と、電極触媒層に積層されたガス拡散層とを含む。 The membrane electrode assembly 22 includes an electrolyte membrane 26, a cathode electrode 28, and an anode electrode 30. The electrolyte membrane 26 is sandwiched between the cathode electrode 28 and the anode electrode 30. The electrolyte membrane 26 is, for example, a solid polymer electrolyte membrane. The solid polymer electrolyte membrane is, for example, a thin film of perfluorosulfonic acid containing water. Although not shown in detail, each of the cathode electrode 28 and the anode electrode 30 includes an electrode catalyst layer bonded to the electrolyte membrane 26 and a gas diffusion layer laminated on the electrode catalyst layer.
一方のセパレータ24aには、膜電極構造体22を向く面に、酸化剤ガス流路32が形成される。酸化剤ガス流路32は、燃料電池スタック12の酸化剤ガス入口部34および酸化剤ガス出口部36に連通する。他方のセパレータ24bには、膜電極構造体22を向く面に、燃料ガス流路38が形成される。燃料ガス流路38は、燃料電池スタック12の燃料ガス入口部40および燃料ガス出口部42に連通する。燃料電池スタック12には、上述した構成要素以外の構成要素も備えられ得るが、ここでは説明を省略する。 One separator, 24a, has an oxidant gas flow channel 32 formed on its surface facing the membrane electrode assembly 22. The oxidant gas flow channel 32 is connected to an oxidant gas inlet 34 and an oxidant gas outlet 36 of the fuel cell stack 12. The other separator, 24b, has a fuel gas flow channel 38 formed on its surface facing the membrane electrode assembly 22. The fuel gas flow channel 38 is connected to a fuel gas inlet 40 and a fuel gas outlet 42 of the fuel cell stack 12. The fuel cell stack 12 may also have components other than those described above, but a description of these components will not be provided here.
カソード系装置14は、酸化剤ガス供給ユニット44、酸化剤ガス供給流路46、供給封止弁48、酸化剤ガス排出流路50、排出封止弁52、加湿器54、第1気液分離器56、第1ドレン流路58、および第1ドレン弁60を有する。なお、カソード系装置14には、これらの構成要素以外の構成要素も備えられ得るが、ここでは説明を省略する。 The cathode system 14 includes an oxidant gas supply unit 44, an oxidant gas supply passage 46, a supply seal valve 48, an oxidant gas discharge passage 50, a discharge seal valve 52, a humidifier 54, a first gas-liquid separator 56, a first drain passage 58, and a first drain valve 60. The cathode system 14 may also include components other than these, but these will not be described here.
酸化剤ガス供給ユニット44は、酸化剤ガス供給流路46を介して燃料電池スタック12に酸化剤ガスを供給する。酸化剤ガス供給ユニット44としては、例えば、エアポンプまたはエアコンプレッサ等が挙げられる。酸化剤ガス供給流路46は、燃料電池スタック12の酸化剤ガス入口部34に接続されている。供給封止弁48は、酸化剤ガス供給流路46に設けられている。供給封止弁48は、酸化剤ガス供給流路46を開閉する。 The oxidant gas supply unit 44 supplies oxidant gas to the fuel cell stack 12 via an oxidant gas supply passage 46. Examples of the oxidant gas supply unit 44 include an air pump or an air compressor. The oxidant gas supply passage 46 is connected to the oxidant gas inlet 34 of the fuel cell stack 12. A supply stop valve 48 is provided in the oxidant gas supply passage 46. The supply stop valve 48 opens and closes the oxidant gas supply passage 46.
酸化剤ガス排出流路50は、燃料電池スタック12の酸化剤ガス出口部36に接続されている。酸化剤ガス排出流路50には、燃料電池スタック12から排出された酸化剤排ガスが流通する。酸化剤排ガスは、燃料電池スタック12の発電により発生した生成水を含む。酸化剤ガス排出流路50は、酸化剤排ガスを燃料電池システム10の外部に排出する。排出封止弁52は、酸化剤ガス排出流路50に設けられている。排出封止弁52は、酸化剤ガス排出流路50を開閉する。 The oxidant gas discharge flow path 50 is connected to the oxidant gas outlet 36 of the fuel cell stack 12. The oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell stack 12 flows through the oxidant gas discharge flow path 50. The oxidant exhaust gas contains water produced by the power generation of the fuel cell stack 12. The oxidant gas discharge flow path 50 discharges the oxidant exhaust gas to the outside of the fuel cell system 10. The discharge seal valve 52 is provided in the oxidant gas discharge flow path 50. The discharge seal valve 52 opens and closes the oxidant gas discharge flow path 50.
加湿器54は、酸化剤ガス排出流路50を流通する酸化剤排ガスにより酸化剤ガス供給流路46を流通する酸化剤ガスを加湿する。酸化剤ガス供給ユニット44から供給封止弁48を介して加湿器54に導かれた酸化剤ガスは、加湿器54によって加湿された後、第1気液分離器56に供給される。第1気液分離器56は、加湿器54によって加湿された酸化剤ガスを気液分離する。酸化剤ガス出口部36から導出された酸化剤排ガスは、加湿器54を介して排出封止弁52に導かれる。 The humidifier 54 humidifies the oxidant gas flowing through the oxidant gas supply passage 46 with the oxidant exhaust gas flowing through the oxidant gas discharge passage 50. The oxidant gas guided from the oxidant gas supply unit 44 to the humidifier 54 via the supply seal valve 48 is humidified by the humidifier 54 and then supplied to the first gas-liquid separator 56. The first gas-liquid separator 56 separates the oxidant gas humidified by the humidifier 54 into gas and liquid. The oxidant exhaust gas discharged from the oxidant gas outlet 36 is guided via the humidifier 54 to the discharge seal valve 52.
第1ドレン流路58は、燃料電池スタック12の酸化剤ガス流路32に連通している。第1ドレン流路58は、酸化剤ガス排出流路50のうちの排出封止弁52よりも下流側に位置する部位に接続されている。第1ドレン流路58は、燃料電池スタック12が傾斜状態にある場合に、燃料電池スタック12の酸化剤ガス流路32内の液水を酸化剤ガス排出流路50に導くための流路である。ここで、燃料電池スタック12が傾斜状態にある場合とは、例えば、燃料電池車両が坂道等で停車することにより、当該燃料電池車両に備えられた燃料電池スタック12が傾斜する場合をいう。 The first drain flow path 58 is connected to the oxidant gas flow path 32 of the fuel cell stack 12. The first drain flow path 58 is connected to a portion of the oxidant gas discharge flow path 50 that is located downstream of the discharge seal valve 52. The first drain flow path 58 is a flow path that guides liquid water in the oxidant gas flow path 32 of the fuel cell stack 12 to the oxidant gas discharge flow path 50 when the fuel cell stack 12 is in an inclined state. Here, when the fuel cell stack 12 is in an inclined state, this refers to, for example, when the fuel cell stack 12 installed in the fuel cell vehicle is stopped on a slope, causing the fuel cell vehicle to incline.
燃料電池スタック12が傾斜状態である場合には、燃料電池スタック12の酸化剤ガス流路32内の液水は、酸化剤ガス排出流路50に導出されないことがある。このような場合であっても、燃料電池スタック12の酸化剤ガス流路32内の液水を、第1ドレン流路58を介して酸化剤ガス排出流路50に円滑に排出させることができる。なお、燃料電池スタック12が水平状態にある場合には、燃料電池スタック12の酸化剤ガス流路32内の液水は第1ドレン流路58を流通せず、水蒸気を含んだ酸化剤排ガスのみが第1ドレン流路58を流通する。第1ドレン弁60は、第1ドレン流路58に設けられている。第1ドレン弁60は、第1ドレン流路58を開閉する開閉弁である。 When the fuel cell stack 12 is tilted, liquid water in the oxidant gas flow path 32 of the fuel cell stack 12 may not be discharged to the oxidant gas discharge flow path 50. Even in such a case, the liquid water in the oxidant gas flow path 32 of the fuel cell stack 12 can be smoothly discharged to the oxidant gas discharge flow path 50 via the first drain flow path 58. When the fuel cell stack 12 is horizontal, liquid water in the oxidant gas flow path 32 of the fuel cell stack 12 does not flow through the first drain flow path 58, and only the oxidant exhaust gas containing water vapor flows through the first drain flow path 58. A first drain valve 60 is provided in the first drain flow path 58. The first drain valve 60 is an on-off valve that opens and closes the first drain flow path 58.
アノード系装置16は、燃料ガス供給ユニット62、燃料ガス供給流路64、燃料ガス排出流路66、第2気液分離器68、循環流路70、第2ドレン流路72、第2ドレン弁74、第3ドレン流路76、第3ドレン弁78、ブリード流路80、およびブリード弁82を有する。なお、アノード系装置16には、これらの構成要素以外の構成要素も備えられ得るが、ここでは説明を省略する。 The anode system device 16 has a fuel gas supply unit 62, a fuel gas supply flow path 64, a fuel gas discharge flow path 66, a second gas-liquid separator 68, a circulation flow path 70, a second drain flow path 72, a second drain valve 74, a third drain flow path 76, a third drain valve 78, a bleed flow path 80, and a bleed valve 82. The anode system device 16 may also be equipped with components other than these, but these will not be described here.
燃料ガス供給ユニット62は、燃料ガス供給流路64を介して燃料電池スタック12に燃料ガスを供給する。燃料ガス供給ユニット62は、図示しないインジェクタおよびエジェクタ等を含む。燃料ガス供給流路64は、燃料電池スタック12の燃料ガス入口部40に接続されている。 The fuel gas supply unit 62 supplies fuel gas to the fuel cell stack 12 via a fuel gas supply passage 64. The fuel gas supply unit 62 includes an injector, an ejector, and other components (not shown). The fuel gas supply passage 64 is connected to the fuel gas inlet 40 of the fuel cell stack 12.
燃料ガス排出流路66には、燃料電池スタック12から排出された燃料排ガスが流通する。燃料排ガスは、燃料電池スタック12の発電により発生した生成水を含む。第2気液分離器68は、燃料ガス排出流路66に設けられている。第2気液分離器68は、燃料排ガスを気液分離する。第2気液分離器68は、燃料排ガスから分離された液水を貯留し得る。循環流路70は、第2気液分離器68を流通した燃料排ガスを燃料ガス供給ユニット62の不図示のエジェクタに導く。循環流路70を流通する燃料排ガスは、当該エジェクタを介して燃料ガス供給流路64に流入されることにより燃料ガスとして再利用される。 The fuel exhaust gas discharged from the fuel cell stack 12 flows through the fuel gas discharge flow path 66. The fuel exhaust gas contains water produced by the power generation of the fuel cell stack 12. A second gas-liquid separator 68 is provided in the fuel gas discharge flow path 66. The second gas-liquid separator 68 separates the fuel exhaust gas into gas and liquid. The second gas-liquid separator 68 can store liquid water separated from the fuel exhaust gas. The circulation flow path 70 guides the fuel exhaust gas that has flowed through the second gas-liquid separator 68 to an ejector (not shown) of the fuel gas supply unit 62. The fuel exhaust gas flowing through the circulation flow path 70 is recycled as fuel gas by flowing into the fuel gas supply flow path 64 via the ejector.
第2ドレン流路72は、第2気液分離器68と酸化剤ガス排出流路50とを接続する。第2ドレン流路72は、第2気液分離器68に貯留されている液水を燃料排ガスとともに酸化剤ガス排出流路50に導く。第2ドレン流路72を流通する燃料排ガスは、酸化剤ガス排出流路50を流通する酸化剤排ガスによって希釈された状態で燃料電池システム10の外部に排出される。第2ドレン弁74は、第2ドレン流路72に設けられている。第2ドレン弁74は、第2気液分離器68の真下に配置されている。第2ドレン弁74は、第2ドレン流路72を開閉する。 The second drain flow path 72 connects the second gas-liquid separator 68 and the oxidant gas discharge flow path 50. The second drain flow path 72 guides the liquid water stored in the second gas-liquid separator 68 to the oxidant gas discharge flow path 50 together with the fuel exhaust gas. The fuel exhaust gas flowing through the second drain flow path 72 is diluted by the oxidant exhaust gas flowing through the oxidant gas discharge flow path 50 and discharged to the outside of the fuel cell system 10. The second drain valve 74 is provided in the second drain flow path 72. The second drain valve 74 is positioned directly below the second gas-liquid separator 68. The second drain valve 74 opens and closes the second drain flow path 72.
第3ドレン流路76は、燃料電池スタック12の燃料ガス流路38に連通している。第3ドレン流路76は、第2ドレン流路72のうちの第2ドレン弁74よりも下流側に位置する部位に接続されている。第3ドレン流路76は、燃料電池スタック12が傾斜状態にある場合に、燃料電池スタック12の燃料ガス流路38内の液水を燃料ガス排出流路66に導くための流路である。 The third drain flow path 76 is connected to the fuel gas flow path 38 of the fuel cell stack 12. The third drain flow path 76 is connected to a portion of the second drain flow path 72 that is located downstream of the second drain valve 74. The third drain flow path 76 is a flow path that guides liquid water in the fuel gas flow path 38 of the fuel cell stack 12 to the fuel gas discharge flow path 66 when the fuel cell stack 12 is in an inclined state.
燃料電池スタック12が傾斜状態である場合には、燃料電池スタック12の燃料ガス流路38内の液水は、燃料ガス排出流路66に導出されないことがある。このような場合であっても、燃料電池スタック12の燃料ガス流路38内の液水を、第3ドレン流路76および第2ドレン流路72を介して酸化剤ガス排出流路50に円滑に導出させることができる。なお、燃料電池スタック12が水平状態にある場合には、燃料電池スタック12の燃料ガス流路38内の液水は第3ドレン流路76を流通せず、水蒸気を含んだ燃料排ガスのみが第3ドレン流路76を流通する。第3ドレン弁78は、第3ドレン流路76に設けられている。第3ドレン弁78は、第3ドレン流路76を開閉する開閉弁である。 When the fuel cell stack 12 is tilted, liquid water in the fuel gas flow path 38 of the fuel cell stack 12 may not be discharged to the fuel gas discharge flow path 66. Even in such a case, the liquid water in the fuel gas flow path 38 of the fuel cell stack 12 can be smoothly discharged to the oxidant gas discharge flow path 50 via the third drain flow path 76 and the second drain flow path 72. When the fuel cell stack 12 is horizontal, liquid water in the fuel gas flow path 38 of the fuel cell stack 12 does not flow through the third drain flow path 76, and only the fuel exhaust gas containing water vapor flows through the third drain flow path 76. A third drain valve 78 is provided in the third drain flow path 76. The third drain valve 78 is an on-off valve that opens and closes the third drain flow path 76.
ブリード流路80は、循環流路70と第1気液分離器56とを接続する。ブリード流路80は、第2気液分離器68を流通した燃料排ガスを第1気液分離器56に導く。ブリード流路80を流通する燃料排ガスは、第1気液分離器56で気液分離される。すなわち、第1気液分離器56は、酸化剤ガスと燃料排ガスとを気液分離する。第1気液分離器56は、酸化剤ガスと燃料排ガスとから分離された液水を貯留し得る。なお、第1気液分離器56に貯留された液水は、例えば、図示しない流路を介して酸化剤ガス排出流路50に排出され得る。 The bleed flow path 80 connects the circulation flow path 70 and the first gas-liquid separator 56. The bleed flow path 80 guides the fuel exhaust gas that has flowed through the second gas-liquid separator 68 to the first gas-liquid separator 56. The fuel exhaust gas flowing through the bleed flow path 80 is separated into gas and liquid in the first gas-liquid separator 56. That is, the first gas-liquid separator 56 separates the oxidant gas and the fuel exhaust gas into gas and liquid. The first gas-liquid separator 56 can store liquid water separated from the oxidant gas and the fuel exhaust gas. The liquid water stored in the first gas-liquid separator 56 can be discharged to the oxidant gas discharge flow path 50, for example, via a flow path not shown.
また、ブリード流路80から導かれた燃料排ガスと酸化剤ガスとは、第1気液分離器56で混合される。酸化剤ガスと燃料排ガスとが混合された混合ガスは、燃料電池スタック12の酸化剤ガス流路32に導かれる。燃料電池スタック12では、混合ガス中の燃料排ガスと酸化剤ガスとがカソード電極28の電極触媒層において発熱反応することにより水が生成される。これにより、例えば、燃料電池システム10を低温(例えば、氷点以下)の環境で始動させる場合に、燃料電池スタック12を効率よく暖機することができる。また、燃料排ガスを燃料電池スタック12で消費することができるため、燃料電池システム10から外部に排出される燃料排ガスの総量を少なくできる。ブリード弁82は、ブリード流路80に設けられている。ブリード弁82は、ブリード流路80を開閉する開閉弁である。 The fuel exhaust gas and oxidant gas introduced through the bleed flow path 80 are mixed in the first gas-liquid separator 56. The resulting mixture of oxidant gas and fuel exhaust gas is introduced into the oxidant gas flow path 32 of the fuel cell stack 12. In the fuel cell stack 12, the fuel exhaust gas and oxidant gas in the mixture react exothermically in the electrode catalyst layer of the cathode electrode 28 to produce water. This allows the fuel cell stack 12 to be efficiently warmed up, for example, when the fuel cell system 10 is started in a low-temperature environment (e.g., below freezing). Furthermore, because the fuel exhaust gas can be consumed in the fuel cell stack 12, the total amount of fuel exhaust gas discharged from the fuel cell system 10 to the outside can be reduced. A bleed valve 82 is provided in the bleed flow path 80. The bleed valve 82 is an on-off valve that opens and closes the bleed flow path 80.
燃料電池システム10は、図示しない冷却系装置を備える。冷却系装置は、燃料電池スタック12に冷却媒体を循環させる。冷却媒体としては、例えば、純水、エチレングリコール、オイル等が挙げられる。 The fuel cell system 10 is equipped with a cooling system (not shown). The cooling system circulates a cooling medium through the fuel cell stack 12. Examples of cooling mediums include pure water, ethylene glycol, and oil.
本実施形態では、燃料排ガスまたは酸化剤排ガスを反応排ガスと称呼することがある。また、燃料電池スタック12に接続され、且つ反応排ガスが流通する流路を反応排ガス流路84と称呼することがある。反応排ガス流路84は、酸化剤ガス排出流路50、第1ドレン流路58、燃料ガス排出流路66、循環流路70、第2ドレン流路72、第3ドレン流路76、およびブリード流路80を含む。 In this embodiment, the fuel exhaust gas or oxidant exhaust gas may be referred to as a reaction exhaust gas. Furthermore, the flow path connected to the fuel cell stack 12 and through which the reaction exhaust gas flows may be referred to as a reaction exhaust gas flow path 84. The reaction exhaust gas flow path 84 includes an oxidant gas discharge flow path 50, a first drain flow path 58, a fuel gas discharge flow path 66, a circulation flow path 70, a second drain flow path 72, a third drain flow path 76, and a bleed flow path 80.
反応排ガス流路84には、第1デバイス86と第2デバイス88とが設けられている。第1デバイス86および第2デバイス88は、例えば、燃料電池スタック12から比較的離れて配置されている。すなわち、第1デバイス86および第2デバイス88は、燃料電池システム10を始動する際に、燃料電池スタック12から発生した熱を受け難い。 A first device 86 and a second device 88 are provided in the reaction exhaust gas flow path 84. The first device 86 and the second device 88 are, for example, positioned relatively far from the fuel cell stack 12. In other words, the first device 86 and the second device 88 are less susceptible to heat generated by the fuel cell stack 12 when the fuel cell system 10 is started.
第1デバイス86は、燃料電池スタック12の運転が停止した運転停止状態で液水が残留し得るデバイスである。第1デバイス86は、例えば、第2気液分離器68と第2ドレン弁74とを含む。第2気液分離器68には、燃料排ガスから分離された液水が貯留され得るため、燃料電池スタック12の運転停止状態で液水が残留し易い。また、第2ドレン弁74は、第2気液分離器68の真下に位置するため、第2気液分離器68から下方に流れた液水が残留し易い。第1デバイス86に残留した液水は、低温環境(例えば、氷点以下の環境)で凍結することがある。 The first device 86 is a device in which liquid water may remain when the fuel cell stack 12 is in an operation-stopped state. The first device 86 includes, for example, a second gas-liquid separator 68 and a second drain valve 74. The second gas-liquid separator 68 can store liquid water separated from the fuel exhaust gas, making it easy for liquid water to remain when the fuel cell stack 12 is in an operation-stopped state. In addition, because the second drain valve 74 is located directly below the second gas-liquid separator 68, liquid water that has flowed downward from the second gas-liquid separator 68 is likely to remain. Liquid water remaining in the first device 86 may freeze in a low-temperature environment (e.g., an environment below the freezing point).
第2デバイス88は、燃料電池スタック12の運転停止状態で液水が残留しないと見込まれ、且つ燃料電池システム10を始動させる際に水蒸気が流通するデバイスである。第2デバイス88は、例えば、第1ドレン弁60、第3ドレン弁78、およびブリード弁82を含む。第1ドレン弁60には、水蒸気を含んだ酸化剤排ガスが流通する。第3ドレン弁78およびブリード弁82には、水蒸気を含んだ燃料排ガスが流通する。第2デバイス88を流通する水蒸気は、低温環境(例えば、氷点以下の環境)で凍結することがある。 The second device 88 is a device through which liquid water is not expected to remain when the fuel cell stack 12 is not operating, and through which water vapor flows when the fuel cell system 10 is started. The second device 88 includes, for example, a first drain valve 60, a third drain valve 78, and a bleed valve 82. Oxidant exhaust gas containing water vapor flows through the first drain valve 60. Fuel exhaust gas containing water vapor flows through the third drain valve 78 and the bleed valve 82. Water vapor flowing through the second device 88 may freeze in a low-temperature environment (e.g., an environment below the freezing point).
燃料電池スタック12が水平状態にある場合に、燃料電池スタック12の酸化剤ガス流路32内の液水は第1ドレン弁60を流通しない。また、燃料電池スタック12が水平状態にある場合に、燃料電池スタック12の燃料ガス流路38内の液水は第3ドレン弁78を流通しない。そのため、本実施形態では、第1ドレン弁60および第3ドレン弁78は、第2デバイス88に含まれている。 When the fuel cell stack 12 is in a horizontal position, liquid water in the oxidant gas flow path 32 of the fuel cell stack 12 does not flow through the first drain valve 60. Furthermore, when the fuel cell stack 12 is in a horizontal position, liquid water in the fuel gas flow path 38 of the fuel cell stack 12 does not flow through the third drain valve 78. Therefore, in this embodiment, the first drain valve 60 and the third drain valve 78 are included in the second device 88.
燃料電池システム10は、ヒータ装置90をさらに備える。ヒータ装置90は、第1デバイス86を加熱する第1ヒータ92と、第2デバイス88を加熱する第2ヒータ94とからなる。図1に示すように、第1ヒータ92は、第2気液分離器68と第2ドレン弁74とを加熱する。第2ヒータ94は、第1ドレン弁60、第3ドレン弁78、およびブリード弁82を加熱する。 The fuel cell system 10 further includes a heater device 90. The heater device 90 includes a first heater 92 that heats the first device 86 and a second heater 94 that heats the second device 88. As shown in FIG. 1, the first heater 92 heats the second gas-liquid separator 68 and the second drain valve 74. The second heater 94 heats the first drain valve 60, the third drain valve 78, and the bleed valve 82.
図2は、第1ヒータ92の電力系統と第2ヒータ94の電力系統とを説明するための模式図である。図2に示すように、第1ヒータ92と第2ヒータ94とには、1つのバッテリ96から電力が供給される。バッテリ96の電圧は、例えば、12Vである。複数の第1ヒータ92は、第1配線98を介してバッテリ96に電気的に接続されている。第1配線98には、第1配線98をオンオフするための第1スイッチ100が設けられている。複数の第2ヒータ94は、第2配線102を介してバッテリ96に電気的に接続されている。第2配線102には、第2配線102をオンオフするための第2スイッチ104が設けられている。 Figure 2 is a schematic diagram illustrating the power system of the first heater 92 and the power system of the second heater 94. As shown in Figure 2, power is supplied to the first heater 92 and the second heater 94 from a single battery 96. The voltage of the battery 96 is, for example, 12 V. The multiple first heaters 92 are electrically connected to the battery 96 via first wiring 98. The first wiring 98 is provided with a first switch 100 for turning the first wiring 98 on and off. The multiple second heaters 94 are electrically connected to the battery 96 via second wiring 102. The second wiring 102 is provided with a second switch 104 for turning the second wiring 102 on and off.
図1に示すように、制御装置18には、第1温度センサ106と第2温度センサ108とが接続されている。第1温度センサ106は、第1デバイス86の温度に対応した温度を逐次計測する。具体的には、第1温度センサ106は、例えば、燃料電池システム10の図示しない筐体の温度を逐次計測する。第2温度センサ108は、燃料電池スタック12の温度に対応した温度を逐次計測する。具体的には、第2温度センサ108は、例えば、燃料電池スタック12内を流通する冷却媒体の温度を逐次計測する。 As shown in FIG. 1, a first temperature sensor 106 and a second temperature sensor 108 are connected to the control device 18. The first temperature sensor 106 sequentially measures a temperature corresponding to the temperature of the first device 86. Specifically, the first temperature sensor 106 sequentially measures, for example, the temperature of a housing (not shown) of the fuel cell system 10. The second temperature sensor 108 sequentially measures a temperature corresponding to the temperature of the fuel cell stack 12. Specifically, the second temperature sensor 108 sequentially measures, for example, the temperature of the cooling medium circulating within the fuel cell stack 12.
制御装置18は、演算部110と、記憶部112とを有する。演算部110は、例えばCPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサ(processor)によって構成される。すなわち、演算部110は、処理回路(processing circuitry)によって構成される。 The control device 18 has a calculation unit 110 and a memory unit 112. The calculation unit 110 is composed of a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit). In other words, the calculation unit 110 is composed of processing circuitry.
演算部110は、制御部114、温度取得部116、ヒータ制御部118、凍結判定部120、および解凍判定部122を有する。制御部114、温度取得部116、ヒータ制御部118、凍結判定部120、および解凍判定部122は、記憶部112に記憶されているプログラムが演算部110によって実行されることによって実現され得る。 The calculation unit 110 has a control unit 114, a temperature acquisition unit 116, a heater control unit 118, a freeze determination unit 120, and a thaw determination unit 122. The control unit 114, the temperature acquisition unit 116, the heater control unit 118, the freeze determination unit 120, and the thaw determination unit 122 can be realized by the calculation unit 110 executing a program stored in the memory unit 112.
なお、制御部114、温度取得部116、ヒータ制御部118、凍結判定部120、および解凍判定部122の少なくとも一部が、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等の集積回路によって実現されるようにしてもよい。また、制御部114、温度取得部116、ヒータ制御部118、凍結判定部120、および解凍判定部122の少なくとも一部が、ディスクリートデバイスを含む電子回路によって構成されるようにしてもよい。 At least a portion of the control unit 114, temperature acquisition unit 116, heater control unit 118, freeze determination unit 120, and thaw determination unit 122 may be implemented using an integrated circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field-Programmable Gate Array). Also, at least a portion of the control unit 114, temperature acquisition unit 116, heater control unit 118, freeze determination unit 120, and thaw determination unit 122 may be implemented using electronic circuits including discrete devices.
記憶部112は、不図示の揮発性メモリと、不図示の不揮発性メモリとによって構成される。揮発性メモリとしては、例えばRAM(Random Access Memory)等が挙げられる。揮発性メモリは、プロセッサのワーキングメモリとして使用され、処理または演算に必要なデータ等を一時的に記憶する。不揮発性メモリとしては、例えばROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ等が挙げられる。不揮発性メモリは、保存用のメモリとして使用され、プログラム、テーブル、マップ等を記憶する。記憶部112の少なくとも一部が、上述したようなプロセッサ、集積回路等に備えられていてもよい。 The storage unit 112 is composed of volatile memory (not shown) and non-volatile memory (not shown). Examples of volatile memory include RAM (Random Access Memory). Volatile memory is used as working memory for the processor, and temporarily stores data necessary for processing or calculations. Examples of non-volatile memory include ROM (Read Only Memory) and flash memory. Non-volatile memory is used as storage memory, and stores programs, tables, maps, etc. At least a portion of the storage unit 112 may be provided in the processor, integrated circuit, etc. described above.
制御部114は、燃料電池システム10の全体の制御を司る。温度取得部116は、第1温度センサ106から供給される信号に基づいて第1デバイス86の温度を把握し得る。第1温度センサ106は、第1デバイス86の温度に応じた信号を制御装置18に逐次出力する。温度取得部116は、第2温度センサ108から供給される信号に基づいて燃料電池スタック12の温度を把握し得る。第2温度センサ108は、燃料電池スタック12の温度に応じた信号を制御装置18に逐次出力する。 The control unit 114 is responsible for overall control of the fuel cell system 10. The temperature acquisition unit 116 can determine the temperature of the first device 86 based on a signal supplied from the first temperature sensor 106. The first temperature sensor 106 sequentially outputs a signal corresponding to the temperature of the first device 86 to the control unit 18. The temperature acquisition unit 116 can determine the temperature of the fuel cell stack 12 based on a signal supplied from the second temperature sensor 108. The second temperature sensor 108 sequentially outputs a signal corresponding to the temperature of the fuel cell stack 12 to the control unit 18.
ヒータ制御部118は、第1ヒータ92および第2ヒータ94を個別に制御する。ヒータ制御部118は、第1スイッチ100を制御して、第1ヒータ92の駆動を開始および停止させる。ヒータ制御部118は、第2スイッチ104を制御して、第2ヒータ94の駆動を開始および停止させる。 The heater control unit 118 controls the first heater 92 and the second heater 94 individually. The heater control unit 118 controls the first switch 100 to start and stop driving the first heater 92. The heater control unit 118 controls the second switch 104 to start and stop driving the second heater 94.
凍結判定部120は、第1デバイス86に残留した液水が凍結しているか否かを判定する。凍結判定部120は、反応排ガス流路84を流通する水蒸気が第2デバイス88で凍結することが見込まれるか否かを判定する。解凍判定部122は、第1デバイス86の凍結物が解凍したか否かを判定する。 The freezing determination unit 120 determines whether the liquid water remaining in the first device 86 is frozen. The freezing determination unit 120 determines whether the water vapor flowing through the reaction exhaust gas flow path 84 is expected to freeze in the second device 88. The thawing determination unit 122 determines whether the frozen material in the first device 86 has thawed.
図3は、燃料電池システム10の制御方法を説明するためのフローチャートである。 Figure 3 is a flowchart illustrating a control method for the fuel cell system 10.
ステップS1において、制御部114は、燃料電池システム10の運転を停止させる。具体的には、例えば、ユーザが図示しないパワースイッチをオフにした場合に、制御部114は、燃料電池システム10の運転を停止させる。ステップS1と後述するステップS2との間には、ある程度の時間が経過することが一般的であるが、これに限定されない。 In step S1, the control unit 114 stops operation of the fuel cell system 10. Specifically, for example, when a user turns off a power switch (not shown), the control unit 114 stops operation of the fuel cell system 10. It is common for a certain amount of time to elapse between step S1 and step S2 (described below), but this is not limited to this.
ステップS2において、制御部114は、燃料電池システム10を始動させる。具体的には、例えば、ユーザがパワースイッチをオンにした場合に、制御部114は、燃料電池システム10を始動させる。燃料電池システム10が始動すると、燃料ガス供給ユニット62から燃料ガス供給流路64を介して燃料電池スタック12の燃料ガス流路38に燃料ガスが供給される。また、酸化剤ガス供給ユニット44から酸化剤ガス供給流路46を介して燃料電池スタック12の酸化剤ガス流路32に酸化剤ガスが供給される。燃料電池スタック12は、燃料ガスと酸化剤ガスとによる電気化学反応により発電する。ステップS2の後、ステップS3に遷移する。 In step S2, the control unit 114 starts the fuel cell system 10. Specifically, for example, when the user turns on the power switch, the control unit 114 starts the fuel cell system 10. When the fuel cell system 10 starts, fuel gas is supplied from the fuel gas supply unit 62 to the fuel gas flow path 38 of the fuel cell stack 12 via the fuel gas supply flow path 64. In addition, oxidant gas is supplied from the oxidant gas supply unit 44 to the oxidant gas flow path 32 of the fuel cell stack 12 via the oxidant gas supply flow path 46. The fuel cell stack 12 generates electricity through an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas. After step S2, the process proceeds to step S3.
ステップS3において、凍結判定部120は、第1デバイス86に残留している液水が凍結しているか否かを判定する。凍結判定部120は、第1デバイス86の温度が氷点以下である場合に第1デバイス86に残留している液水が凍結していると判定する。凍結判定部120は、第1デバイス86の温度が氷点よりも高い場合に第1デバイス86に残留している液水が凍結していないと判定する。第1デバイス86の温度は、温度取得部116によって取得される。 In step S3, the freezing determination unit 120 determines whether the liquid water remaining in the first device 86 is frozen. The freezing determination unit 120 determines that the liquid water remaining in the first device 86 is frozen if the temperature of the first device 86 is below the freezing point. The freezing determination unit 120 determines that the liquid water remaining in the first device 86 is not frozen if the temperature of the first device 86 is higher than the freezing point. The temperature of the first device 86 is acquired by the temperature acquisition unit 116.
第1デバイス86に残留している液水が凍結していないと凍結判定部120によって判定された場合(ステップS3においてNO)には、図3に示す処理が完了する。すなわち、第1ヒータ92および第2ヒータ94を駆動させることなく、燃料電池システム10を始動させる。第1デバイス86に残留している液水が凍結していると凍結判定部120によって判定された場合(ステップS3においてYES)には、ステップS4に遷移する。 If the freezing determination unit 120 determines that the liquid water remaining in the first device 86 is not frozen (NO in step S3), the process shown in FIG. 3 is completed. That is, the fuel cell system 10 is started without driving the first heater 92 and the second heater 94. If the freezing determination unit 120 determines that the liquid water remaining in the first device 86 is frozen (YES in step S3), the process proceeds to step S4.
ステップS4において、ヒータ制御部118は、第1ヒータ92の駆動を開始させる。これにより、第1デバイス86は、第1ヒータ92によって加熱される。その後、ステップS5に遷移する。 In step S4, the heater control unit 118 starts driving the first heater 92. As a result, the first device 86 is heated by the first heater 92. Then, the process proceeds to step S5.
ところで、燃料電池スタック12が発電すると、燃料電池スタック12の内部には生成水が発生する。発生した生成水は、水蒸気として反応排ガスとともに反応排ガス流路84に流れる。そうすると、反応排ガス流路84に流れた水蒸気は、第2デバイス88で凍結する可能性がある。 When the fuel cell stack 12 generates electricity, water is generated inside the fuel cell stack 12. The generated water flows as water vapor into the reaction exhaust gas flow path 84 together with the reaction exhaust gas. As a result, the water vapor that flows into the reaction exhaust gas flow path 84 may freeze in the second device 88.
そこで、本実施形態では、ステップS5において、凍結判定部120は、水蒸気が第2デバイス88で凍結することが見込まれるか否かについて判定する。具体的には、凍結判定部120は、燃料電池スタック12の温度が氷点よりも高い場合に、水蒸気が第2デバイス88で凍結することが見込まれないと判定する。凍結判定部120は、燃料電池スタック12の温度が氷点以下である場合に、水蒸気が第2デバイス88で凍結することが見込まれると判定する。 In this embodiment, therefore, in step S5, the freezing determination unit 120 determines whether water vapor is expected to freeze in the second device 88. Specifically, if the temperature of the fuel cell stack 12 is higher than the freezing point, the freezing determination unit 120 determines that water vapor is not expected to freeze in the second device 88. If the temperature of the fuel cell stack 12 is below the freezing point, the freezing determination unit 120 determines that water vapor is expected to freeze in the second device 88.
水蒸気が第2デバイス88で凍結することが見込まれないと凍結判定部120によって判定された場合(ステップS5においてNO)には、ステップS10に遷移する。水蒸気が第2デバイス88で凍結することが見込まれると凍結判定部120によって判定された場合(ステップS5においてYES)には、ステップS6に遷移する。 If the freezing determination unit 120 determines that water vapor is not expected to freeze in the second device 88 (NO in step S5), the process proceeds to step S10. If the freezing determination unit 120 determines that water vapor is expected to freeze in the second device 88 (YES in step S5), the process proceeds to step S6.
燃料電池スタック12が発電を開始すると、電解質膜26は、燃料電池スタック12で発生した生成水を吸収する。電解質膜26が生成水を吸収している間、反応排ガス中に含まれる水蒸気量は無視できる程度に少ない。そのため、第2デバイス88で反応排ガス中に含まれる水蒸気が凍結する可能性は低い。電解質膜26が吸収している生成水量が電解質膜26の吸収可能な生成水量の上限値に達すると、電解質膜26は生成水を吸収できなくなる。そのため、反応排ガス中に含まれる水蒸気量が多くなる。そのため、第2デバイス88で反応排ガス中の水蒸気が凍結する可能性が高くなる。 When the fuel cell stack 12 begins generating electricity, the electrolyte membrane 26 absorbs the water produced in the fuel cell stack 12. While the electrolyte membrane 26 is absorbing the water, the amount of water vapor contained in the reaction exhaust gas is negligibly small. Therefore, the water vapor contained in the reaction exhaust gas is unlikely to freeze in the second device 88. When the amount of water absorbed by the electrolyte membrane 26 reaches the upper limit of the amount of water that the electrolyte membrane 26 can absorb, the electrolyte membrane 26 can no longer absorb the water. As a result, the amount of water vapor contained in the reaction exhaust gas increases. Therefore, the water vapor in the reaction exhaust gas is likely to freeze in the second device 88.
ステップS6において、凍結判定部120は、水蒸気が第2デバイス88に流通し得る状態か否かを判定する。具体的には、凍結判定部120は、燃料電池スタック12の発電が開始されてからの経過時間が予め決定された水蒸気流通開始時間に達した場合に、水蒸気が第2デバイス88に流通し得る状態であると判定する。凍結判定部120は、燃料電池スタック12の発電が開始されてからの経過時間が予め決定された水蒸気流通開始時間に達していない場合に、水蒸気が第2デバイス88に流通し得る状態ではないと判定する。 In step S6, the freezing determination unit 120 determines whether water vapor is able to flow through the second device 88. Specifically, the freezing determination unit 120 determines that water vapor is able to flow through the second device 88 if the time elapsed since the start of power generation in the fuel cell stack 12 reaches a predetermined water vapor flow start time. The freezing determination unit 120 determines that water vapor is not able to flow through the second device 88 if the time elapsed since the start of power generation in the fuel cell stack 12 has not reached the predetermined water vapor flow start time.
水蒸気流通開始時間は、例えば、燃料電池スタック12の発電が開始されてから電解質膜26に吸収される生成水量が電解質膜26の吸収可能な生成水量の上限値に達するまでの時間に設定され得る。なお、凍結判定部120は、例えば、第2デバイス88に設けた水蒸気センサの出力信号に基づいて水蒸気が第2デバイス88に流通し得る状態か否かを判定してもよい。 The water vapor flow start time can be set, for example, to the time from when power generation by the fuel cell stack 12 begins until the amount of water produced and absorbed by the electrolyte membrane 26 reaches the upper limit of the amount of water that can be absorbed by the electrolyte membrane 26. The freeze determination unit 120 may also determine whether water vapor can flow through the second device 88 based on, for example, the output signal of a water vapor sensor provided in the second device 88.
水蒸気が第2デバイス88に流通し得る状態ではないと凍結判定部120によって判定された場合(ステップS6においてNO)には、ステップS6が繰り返される。水蒸気が第2デバイス88に流通し得る状態であると凍結判定部120によって判定された場合(ステップS6においてYES)には、ステップS7に遷移する。 If the freezing determination unit 120 determines that the state is not such that water vapor can circulate through the second device 88 (NO in step S6), step S6 is repeated. If the freezing determination unit 120 determines that the state is such that water vapor can circulate through the second device 88 (YES in step S6), the process proceeds to step S7.
ステップS7において、ヒータ制御部118は、第2ヒータ94の駆動を開始する。これにより、第2デバイス88は、第2ヒータ94によって加熱される。その後、ステップS8に遷移する。 In step S7, the heater control unit 118 starts driving the second heater 94. As a result, the second device 88 is heated by the second heater 94. Then, the process proceeds to step S8.
ステップS8において、凍結判定部120は、水蒸気が第2デバイス88で凍結することが見込まれなくなったか否かを判定する。具体的には、凍結判定部120は、燃料電池スタック12の温度が予め決定された所定温度よりも高くなった場合に、水蒸気が第2デバイス88で凍結することが見込まれなくなったと判定する。凍結判定部120は、燃料電池スタック12の温度が予め決定された所定温度以下である場合に、水蒸気が第2デバイス88で凍結することが見込まれると判定する。 In step S8, the freezing determination unit 120 determines whether water vapor is no longer expected to freeze in the second device 88. Specifically, the freezing determination unit 120 determines that water vapor is no longer expected to freeze in the second device 88 when the temperature of the fuel cell stack 12 is higher than a predetermined temperature. The freezing determination unit 120 determines that water vapor is no longer expected to freeze in the second device 88 when the temperature of the fuel cell stack 12 is equal to or lower than a predetermined temperature.
所定温度は、適宜設定可能であり、例えば、氷点(0℃)に設定される。なお、所定温度は、氷点よりも高い温度、例えば、20℃程度に設定してもよい。また、凍結判定部120は、燃料電池スタック12が始動を開始してからの経過時間に基づいて、水蒸気が第2デバイス88で凍結することが見込まれなくなったか否かを判定してもよい。 The predetermined temperature can be set as appropriate, for example, to the freezing point (0°C). The predetermined temperature may also be set to a temperature higher than the freezing point, for example, approximately 20°C. The freeze determination unit 120 may also determine whether water vapor is no longer expected to freeze in the second device 88 based on the elapsed time since the fuel cell stack 12 began startup.
水蒸気が第2デバイス88で凍結することが見込まれると凍結判定部120によって判定された場合(ステップS8においてNO)には、ステップS8が繰り返される。水蒸気が第2デバイス88で凍結することが見込まれなくなったと凍結判定部120によって判定された場合(ステップS8においてYES)には、ステップS9に遷移する。 If the freezing determination unit 120 determines that water vapor is expected to freeze in the second device 88 (NO in step S8), step S8 is repeated. If the freezing determination unit 120 determines that water vapor is no longer expected to freeze in the second device 88 (YES in step S8), the process proceeds to step S9.
ステップS9において、ヒータ制御部118は、第2ヒータ94の駆動を停止させる。その後、ステップS10に遷移する。 In step S9, the heater control unit 118 stops driving the second heater 94. Then, the process proceeds to step S10.
ステップS10において、解凍判定部122は、第1デバイス86の凍結物が解凍したか否かを判定する。具体的には、解凍判定部122は、第1デバイス86の温度が氷点よりも高くなった場合に、第1デバイス86の凍結物が解凍したと判定する。解凍判定部122は、第1デバイス86の温度が氷点以下である場合に、第1デバイス86の凍結物は解凍していないと判定する。 In step S10, the thawing determination unit 122 determines whether the frozen item in the first device 86 has thawed. Specifically, the thawing determination unit 122 determines that the frozen item in the first device 86 has thawed if the temperature of the first device 86 is higher than the freezing point. The thawing determination unit 122 determines that the frozen item in the first device 86 has not thawed if the temperature of the first device 86 is below the freezing point.
解凍判定部122は、第1ヒータ92の駆動を開始してからの経過時間が予め決定された解凍時間に到達した場合に第1デバイス86の凍結物が解凍したと判定してもよい。この場合、解凍判定部122は、第1ヒータ92の駆動を開始してからの経過時間が予め決定された解凍時間よりも短い場合に第1デバイス86の凍結物が解凍していないと判定する。解凍時間は、例えば、第1デバイス86に最大量の液水が残留して凍結した場合に、当該第1デバイス86の凍結物を解凍するのに必要な時間に設定し得る。 The thawing determination unit 122 may determine that the frozen item in the first device 86 has thawed if the time elapsed since the first heater 92 began to be driven reaches a predetermined thawing time. In this case, the thawing determination unit 122 determines that the frozen item in the first device 86 has not thawed if the time elapsed since the first heater 92 began to be driven is shorter than the predetermined thawing time. The thawing time may be set, for example, to the time required to thaw the frozen item in the first device 86 when the maximum amount of liquid water remains frozen in the first device 86.
第1デバイス86の凍結物が解凍していないと解凍判定部122によって判定された場合(ステップS10においてNO)には、ステップS10が繰り返される。第1デバイス86の凍結物が解凍したと解凍判定部122によって判定された場合(ステップS10においてYES)には、ステップS11に遷移する。 If the thawing determination unit 122 determines that the frozen item in the first device 86 has not thawed (NO in step S10), step S10 is repeated. If the thawing determination unit 122 determines that the frozen item in the first device 86 has thawed (YES in step S10), the process proceeds to step S11.
ステップS11において、ヒータ制御部118は、第1ヒータ92の駆動を停止させる。こうして、図3に示す処理が完了する。 In step S11, the heater control unit 118 stops driving the first heater 92. This completes the process shown in Figure 3.
図4は、氷点以下の環境における第1デバイス86および燃料電池システム10の各々の温度変化を示したグラフである。図4の線分L1は、第1デバイス86の温度変化を示し、線分L2は、燃料電池スタック12の温度変化を示す。 Figure 4 is a graph showing the temperature changes of the first device 86 and the fuel cell system 10 in a sub-freezing environment. Line L1 in Figure 4 shows the temperature change of the first device 86, and line L2 shows the temperature change of the fuel cell stack 12.
図4に示すように、例えば、時刻t1において、制御部114が燃料電池システム10の運転を停止させると、第1デバイス86の温度と燃料電池スタック12の温度は低下する。第1デバイス86の熱容量は、燃料電池スタック12の熱容量よりも小さい。そのため、第1デバイス86の温度は、燃料電池スタック12の温度の低下速度よりも大きな低下速度で低下する。第1デバイス86の温度は、時刻t2の時点で氷点(0℃)に達する。第1デバイス86の温度が氷点以下になると、第1デバイス86に残留している液水が凍結する。なお、時刻t2において、燃料電池スタック12の温度は氷点よりも高い。その後、燃料電池スタック12の温度は、時刻t3の時点で氷点に達する。 As shown in FIG. 4, for example, when the control unit 114 stops operation of the fuel cell system 10 at time t1, the temperature of the first device 86 and the temperature of the fuel cell stack 12 decrease. The heat capacity of the first device 86 is smaller than the heat capacity of the fuel cell stack 12. Therefore, the temperature of the first device 86 decreases at a faster rate than the rate at which the temperature of the fuel cell stack 12 decreases. The temperature of the first device 86 reaches the freezing point (0°C) at time t2. When the temperature of the first device 86 falls below the freezing point, the liquid water remaining in the first device 86 freezes. Note that at time t2, the temperature of the fuel cell stack 12 is higher than the freezing point. Thereafter, the temperature of the fuel cell stack 12 reaches the freezing point at time t3.
燃料電池システム10の始動を開始させるタイミングが時刻t2よりも前の場合には、第1デバイス86の温度が氷点よりも高いため、ヒータ制御部118は、第1ヒータ92および第2ヒータ94を駆動させない。 If the timing to start the fuel cell system 10 is before time t2, the temperature of the first device 86 will be higher than the freezing point, and the heater control unit 118 will not drive the first heater 92 and the second heater 94.
燃料電池システム10を始動させるタイミングが、時刻t2以降、時刻t3よりも前である場合には、第1デバイス86の温度が氷点以下になるため、第1デバイス86に残留している液水が凍結する。また、この場合、燃料電池スタック12の温度は氷点よりも高いため、燃料電池スタック12から排出される反応排ガスの温度も氷点よりも高い。そうすると、第2デバイス88の温度が氷点以下であったとしても、反応排ガスに含まれる水蒸気が第2デバイス88で凍結する可能性は低い。 If the fuel cell system 10 is started after time t2 but before time t3, the temperature of the first device 86 will be below freezing point, causing the liquid water remaining in the first device 86 to freeze. In this case, the temperature of the fuel cell stack 12 will be above freezing point, and the temperature of the reaction exhaust gas discharged from the fuel cell stack 12 will also be above freezing point. Therefore, even if the temperature of the second device 88 is below freezing point, the water vapor contained in the reaction exhaust gas is unlikely to freeze in the second device 88.
そのため、燃料電池システム10を始動させるタイミングが、時刻t2以降、時刻t3よりも前である場合には、ヒータ制御部118は、第1ヒータ92のみを駆動させて第2ヒータ94を駆動させない。これにより、第1ヒータ92と第2ヒータ94との両方を駆動させる場合と比較して、ヒータ装置90の消費電力を抑えることができる。従って、バッテリ96の電力を第1ヒータ92および第2ヒータ94以外の他のデバイスに供給することができる。 Therefore, if the timing to start the fuel cell system 10 is after time t2 and before time t3, the heater control unit 118 drives only the first heater 92 and does not drive the second heater 94. This reduces the power consumption of the heater device 90 compared to when both the first heater 92 and the second heater 94 are driven. Therefore, the power of the battery 96 can be supplied to devices other than the first heater 92 and the second heater 94.
燃料電池システム10を始動させるタイミングが時刻t3以降である場合には、燃料電池スタック12の温度と第1デバイス86の温度とが共に氷点以下になる。この場合の燃料電池システム10の制御について、図5および図6を参照して説明する。 If the fuel cell system 10 is started after time t3, the temperature of both the fuel cell stack 12 and the first device 86 will be below freezing. The control of the fuel cell system 10 in this case will be explained with reference to Figures 5 and 6.
図5は、燃料電池スタック12の温度変化と第1デバイス86の温度変化とを示すグラフである。図5の線分L3は、第1デバイス86の温度変化を示し、線分L4は、燃料電池スタック12の温度変化を示す。図6は、第1ヒータ92および第2ヒータ94の駆動時間と消費電力との関係を示すグラフである。なお、図6において、P1は、第1ヒータ92の単位時間当たりの消費電力であり、P2は、第2ヒータ94の単位時間当たりの消費電力であり、P3は、消費電力P1と消費電力P2とを足した値であり、P4は、バッテリ96の単位時間当たりの最大供給可能電力である。 Figure 5 is a graph showing the temperature change of the fuel cell stack 12 and the temperature change of the first device 86. Line segment L3 in Figure 5 shows the temperature change of the first device 86, and line segment L4 shows the temperature change of the fuel cell stack 12. Figure 6 is a graph showing the relationship between the drive time of the first heater 92 and the second heater 94 and the power consumption. In Figure 6, P1 is the power consumption per unit time of the first heater 92, P2 is the power consumption per unit time of the second heater 94, P3 is the sum of the power consumption P1 and the power consumption P2, and P4 is the maximum power that can be supplied per unit time by the battery 96.
図5および図6に示す例では、時刻t4において、燃料電池システム10が始動されるとともに第1ヒータ92の駆動が開始される。なお、時刻t4において、第2ヒータ94の駆動は開始されていない。 In the example shown in Figures 5 and 6, at time t4, the fuel cell system 10 is started and the first heater 92 begins operating. Note that the second heater 94 has not yet begun operating at time t4.
図5に示すように、燃料電池システム10の始動に伴い燃料電池スタック12が発電を開始すると、燃料電池スタック12は発熱する。そうすると、燃料電池スタック12の温度は、第1デバイス86の温度の上昇速度よりも大きな上昇速度で上昇する。 As shown in FIG. 5, when the fuel cell stack 12 begins generating electricity following startup of the fuel cell system 10, the fuel cell stack 12 generates heat. As a result, the temperature of the fuel cell stack 12 rises at a rate greater than the rate of increase in the temperature of the first device 86.
また、燃料電池スタック12が発電を開始すると、電解質膜26は、燃料電池スタック12で発生した生成水を吸収する。その後、時刻t5において、電解質膜26が吸収している生成水量は、電解質膜26の吸収可能な生成水量の上限値に達する。そのため、時刻t5において、反応排ガス中に含まれる水蒸気量が多くなる。換言すれば、時刻t5において、反応排ガス中に含まれる水蒸気が第2デバイス88で凍結する可能性が高くなる。なお、時刻t4から時刻t5までの間において、反応排ガス中に含まれる水蒸気量は無視できる程度に少ない。 Furthermore, when the fuel cell stack 12 begins generating power, the electrolyte membrane 26 absorbs the water produced in the fuel cell stack 12. Thereafter, at time t5, the amount of water absorbed by the electrolyte membrane 26 reaches the upper limit of the amount of water that the electrolyte membrane 26 can absorb. As a result, the amount of water vapor contained in the reaction exhaust gas increases at time t5. In other words, at time t5, the water vapor contained in the reaction exhaust gas is more likely to freeze in the second device 88. Note that between time t4 and time t5, the amount of water vapor contained in the reaction exhaust gas is negligibly small.
そのため、図5および図6に示すように、時刻t5において、第2ヒータ94の駆動が開始される。これにより、反応排ガス中に含まれる水蒸気が第2デバイス88で凍結することを抑制できる。 For this reason, as shown in Figures 5 and 6, at time t5, the second heater 94 begins to be driven. This prevents the water vapor contained in the reaction exhaust gas from freezing in the second device 88.
その後、図5に示すように、時刻t6において、燃料電池スタック12の温度は、氷点を超える。この時刻t6において、第2ヒータ94の駆動が停止される。この場合、図6に示すように、第2ヒータ94の駆動時間は、時刻t5から時刻t6の間の期間となる。換言すれば、ヒータ制御部118は、第1ヒータ92の駆動を開始させた後で、第2ヒータ94の駆動を開始させる。 Then, as shown in FIG. 5, at time t6, the temperature of the fuel cell stack 12 exceeds the freezing point. At this time t6, the operation of the second heater 94 is stopped. In this case, as shown in FIG. 6, the operation time of the second heater 94 is the period from time t5 to time t6. In other words, the heater control unit 118 starts operation of the first heater 92, and then starts operation of the second heater 94.
時刻t6において、燃料電池スタック12から排出される反応排ガスの温度は、比較的高くなる。そのため、反応排ガスに含まれる水蒸気が第2デバイス88で凍結する可能性は低くなる。なお、燃料電池スタック12の温度が氷点よりも高い所定温度(例えば、20℃)に到達した時に第2ヒータ94の駆動を停止させてもよい。この場合、反応排ガスの温度は十分に高くなっているため、反応排ガスに含まれる水蒸気が第2デバイス88で凍結することを一層抑制できる。 At time t6, the temperature of the reaction exhaust gas discharged from the fuel cell stack 12 becomes relatively high. This reduces the likelihood that the water vapor contained in the reaction exhaust gas will freeze in the second device 88. The second heater 94 may be stopped from operating when the temperature of the fuel cell stack 12 reaches a predetermined temperature (e.g., 20°C) that is higher than the freezing point. In this case, the temperature of the reaction exhaust gas is sufficiently high, further reducing the risk of the water vapor contained in the reaction exhaust gas freezing in the second device 88.
その後、図5に示すように、時刻t7において、第1デバイス86の温度が氷点を超える。この時刻t7において、第1ヒータ92の駆動が停止される。この場合、図6に示すように、第1ヒータ92の駆動時間は、時刻t4から時刻t7の期間となる。換言すれば、ヒータ制御部118は、第2ヒータ94の駆動を停止させた後で第1ヒータ92の駆動を停止させている。 Then, as shown in FIG. 5, at time t7, the temperature of the first device 86 exceeds the freezing point. At this time t7, the driving of the first heater 92 is stopped. In this case, as shown in FIG. 6, the driving time of the first heater 92 is the period from time t4 to time t7. In other words, the heater control unit 118 stops driving the first heater 92 after stopping driving the second heater 94.
このように時刻t4から時刻t5までのヒータ装置90の単位時間当たりの消費電力は、第1ヒータ92の消費電力P1になる。第1ヒータ92の消費電力P1は、バッテリ96の最大供給可能電力P4よりも小さい。時刻t5から時刻t6までのヒータ装置90の消費電力P3は、第1ヒータ92の消費電力P1と第2ヒータ94の消費電力P2を足した値になる。第2ヒータ94の消費電力P2は、第1ヒータ92の消費電力P1よりも小さい。ヒータ装置90の消費電力P3は、バッテリ96の最大供給可能電力P4よりも小さい。時刻t6から時刻t7までのヒータ装置90の単位時間当たりの消費電力は、第1ヒータ92の消費電力P1になる。第2ヒータ94の駆動時間は、第1ヒータ92の駆動時間よりも短い。 As such, the power consumption per unit time of the heater device 90 from time t4 to time t5 is the power consumption P1 of the first heater 92. The power consumption P1 of the first heater 92 is less than the maximum power supply P4 of the battery 96. The power consumption P3 of the heater device 90 from time t5 to time t6 is the sum of the power consumption P1 of the first heater 92 and the power consumption P2 of the second heater 94. The power consumption P2 of the second heater 94 is less than the power consumption P1 of the first heater 92. The power consumption P3 of the heater device 90 is less than the maximum power supply P4 of the battery 96. The power consumption per unit time of the heater device 90 from time t6 to time t7 is the power consumption P1 of the first heater 92. The drive time of the second heater 94 is shorter than the drive time of the first heater 92.
本実施形態では、時刻t4から時刻t5までの間と時刻t6から時刻t7までの間とにおいて、第2ヒータ94の駆動が停止されるため、ヒータ装置90の電力消費量を抑えることができる。換言すれば、本実施形態では、時刻t4から時刻t7まで第1ヒータ92および第2ヒータ94の両方を駆動させ続けた場合と比較してヒータ装置90の消費電力を抑えることができる。 In this embodiment, the driving of the second heater 94 is stopped between time t4 and time t5 and between time t6 and time t7, thereby reducing the power consumption of the heater device 90. In other words, in this embodiment, the power consumption of the heater device 90 can be reduced compared to when both the first heater 92 and the second heater 94 are continuously driven between time t4 and time t7.
本実施形態では、ヒータ制御部118は、燃料電池システム10を始動させる際に第1ヒータ92と第2ヒータ94とを駆動させる場合、第1ヒータ92の駆動時間よりも短い駆動時間で第2ヒータ94を駆動させている。これにより、ヒータ装置90の消費電力を抑えつつ燃料電池システム10を始動させることができる。よって、より良好な燃料電池システム10、制御装置18、燃料電池システム10の制御方法、およびプログラムを得ることができる。 In this embodiment, when the heater control unit 118 drives the first heater 92 and the second heater 94 when starting the fuel cell system 10, it drives the second heater 94 for a shorter drive time than the drive time of the first heater 92. This allows the fuel cell system 10 to be started while suppressing the power consumption of the heater device 90. This makes it possible to obtain a better fuel cell system 10, control device 18, control method and program for the fuel cell system 10.
上述した開示に関し、さらに以下の付記を開示する。 The following additional information is provided in relation to the above disclosure:
(付記1)
燃料電池システム(10)は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池(12)と、前記燃料電池に接続され、且つ前記燃料電池から排出される燃料排ガスまたは酸化剤排ガスである反応排ガスが流通する反応排ガス流路(84)と、前記反応排ガス流路に設けられるとともに前記燃料電池の運転が停止した運転停止状態で液水が残留し得る第1デバイス(86)と、前記反応排ガス流路に設けられるとともに前記燃料電池の前記運転停止状態で前記液水が残留しないと見込まれ、且つ燃料電池システムを始動させる際に水蒸気が流通する第2デバイス(88)と、前記第1デバイスを加熱する第1ヒータ(92)と、前記第2デバイスを加熱する第2ヒータ(94)と、前記第1ヒータおよび前記第2ヒータを個別に制御し得るヒータ制御部(118)と、を備え、前記ヒータ制御部は、前記燃料電池システムを始動させる際に前記第1ヒータと前記第2ヒータとを駆動させる場合、前記第1ヒータの駆動時間よりも短い駆動時間で前記第2ヒータを駆動させる。
(Appendix 1)
The fuel cell system (10) comprises a fuel cell (12) that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, a reaction exhaust gas flow path (84) connected to the fuel cell and through which a reaction exhaust gas, which is a fuel exhaust gas or an oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell, flows, a first device (86) provided in the reaction exhaust gas flow path and in which liquid water may remain when the operation of the fuel cell is stopped, a second device (88) provided in the reaction exhaust gas flow path and in which liquid water is not expected to remain when the operation of the fuel cell is stopped and through which water vapor flows when the fuel cell system is started, a first heater (92) that heats the first device, a second heater (94) that heats the second device, and a heater control unit (118) that can individually control the first heater and the second heater, and when the heater control unit drives the first heater and the second heater when starting the fuel cell system, the heater control unit drives the second heater for a driving time that is shorter than the driving time of the first heater.
このような構成によれば、第1ヒータおよび第2ヒータを備えるヒータ装置の消費電力を抑えつつ燃料電池システムを始動させることができる。これにより、より良好な燃料電池システムを得ることができる。 This configuration allows the fuel cell system to be started while reducing the power consumption of the heater device equipped with the first heater and second heater. This results in a better fuel cell system.
(付記2)
付記1に記載の燃料電池システムにおいて、前記ヒータ制御部は、前記第1ヒータの駆動を開始させた後で前記第2ヒータの駆動を開始させてもよい。
(Appendix 2)
In the fuel cell system described in Supplementary Note 1, the heater control unit may start driving the second heater after starting driving the first heater.
このような構成によれば、第2ヒータの駆動時間を簡単に短くできる。 This configuration makes it easy to shorten the drive time of the second heater.
(付記3)
付記1または2に記載の燃料電池システムにおいて、前記ヒータ制御部は、前記第2ヒータの駆動を停止させた後で前記第1ヒータの駆動を停止させてもよい。
(Appendix 3)
In the fuel cell system described in Supplementary Note 1 or 2, the heater control unit may stop driving the first heater after stopping driving the second heater.
このような構成によれば、第2ヒータの駆動時間を簡単に短くすることができる。 This configuration makes it easy to shorten the drive time of the second heater.
(付記4)
付記1~3のいずれか1つに記載の燃料電池システムにおいて、前記第1デバイスに残留した前記液水が凍結しているか否かを判定する凍結判定部(120)をさらに備え、前記ヒータ制御部は、前記第1デバイスに残留した前記液水が凍結していると前記凍結判定部によって判定された場合に、前記第1ヒータの駆動を開始させてもよい。
(Appendix 4)
In the fuel cell system described in any one of Appendices 1 to 3, the system may further include a freeze determination unit (120) that determines whether the liquid water remaining in the first device is frozen, and the heater control unit may start driving the first heater when the freeze determination unit determines that the liquid water remaining in the first device is frozen.
このような構成によれば、第1デバイスに残留した液水が凍結した場合に第1ヒータを駆動させることができるので、燃料電池システムを確実に始動させることができる。 With this configuration, the first heater can be driven when the liquid water remaining in the first device freezes, ensuring reliable start-up of the fuel cell system.
(付記5)
付記4に記載の燃料電池システムにおいて、前記第1デバイスの凍結物が解凍したか否かを判定する解凍判定部(122)をさらに備え、前記ヒータ制御部は、前記第1デバイスの前記凍結物が解凍したと前記解凍判定部によって判定された場合に、前記第1ヒータの駆動を停止させてもよい。
(Appendix 5)
In the fuel cell system described in Appendix 4, a thawing determination unit (122) may be further provided that determines whether the frozen material in the first device has thawed, and the heater control unit may stop driving the first heater when the thawing determination unit determines that the frozen material in the first device has thawed.
このような構成によれば、第1ヒータの駆動時間を短くすることができる。 This configuration allows the first heater's driving time to be shortened.
(付記6)
付記4または5に記載の燃料電池システムにおいて、前記凍結判定部は、前記第1デバイスの温度が氷点以下である場合に前記第1デバイスに残留する前記液水が凍結していると判定してもよい。
(Appendix 6)
In the fuel cell system described in Supplementary Note 4 or 5, the freeze determination unit may determine that the liquid water remaining in the first device is frozen when the temperature of the first device is below freezing.
このような構成によれば、第1デバイスが凍結しているか否かを簡単に判定することができる。 This configuration makes it easy to determine whether the first device is frozen.
(付記7)
付記1~6のいずれか1つに記載の燃料電池システムにおいて、前記反応排ガス流路を流通する前記水蒸気が前記第2デバイスで凍結することが見込まれるか否かを判定する凍結判定部をさらに備え、前記ヒータ制御部は、前記反応排ガス流路を流通する前記水蒸気が前記第2デバイスで凍結することが見込まれると前記凍結判定部によって判定された場合に、前記第2ヒータの駆動を開始させてもよい。
(Appendix 7)
In the fuel cell system described in any one of Appendices 1 to 6, the system may further include a freeze determination unit that determines whether the water vapor flowing through the reaction exhaust gas flow path is expected to freeze in the second device, and the heater control unit may start driving the second heater when the freeze determination unit determines that the water vapor flowing through the reaction exhaust gas flow path is expected to freeze in the second device.
このような構成によれば、第2デバイスで水蒸気が凍結することが見込まれる場合に第2ヒータの駆動が開始されるため、燃料電池システムを確実に始動させることができる。 With this configuration, the second heater begins operating when it is expected that water vapor will freeze in the second device, ensuring reliable start-up of the fuel cell system.
(付記8)
付記7に記載の燃料電池システムにおいて、前記凍結判定部は、前記水蒸気が前記第2デバイスに流通し得る状態か否かを判定し、前記ヒータ制御部は、前記水蒸気が前記第2デバイスに流通し得る状態であると前記凍結判定部によって判定された場合に、前記第2ヒータの駆動を開始させてもよい。
(Appendix 8)
In the fuel cell system described in Appendix 7, the freeze determination unit may determine whether the water vapor is in a state where it can flow to the second device, and the heater control unit may start driving the second heater when the freeze determination unit determines that the water vapor is in a state where it can flow to the second device.
このような構成によれば、水蒸気が第2デバイスに流通し得る状態になってから第2ヒータの駆動が開始されるため、第2ヒータの駆動時間を短くすることができる。 With this configuration, the second heater begins to operate only after water vapor is able to flow through the second device, thereby shortening the operating time of the second heater.
(付記9)
付記7または8に記載の燃料電池システムにおいて、前記ヒータ制御部は、前記第2ヒータの駆動を開始させた後で前記反応排ガス流路を流通する前記水蒸気が前記第2デバイスで凍結することが見込まれなくなったと前記凍結判定部によって判定された場合に、前記第2ヒータの駆動を停止させてもよい。
(Appendix 9)
In the fuel cell system described in Appendix 7 or 8, the heater control unit may stop driving the second heater when the freezing determination unit determines that the water vapor circulating through the reaction exhaust gas flow path is no longer expected to freeze in the second device after starting to drive the second heater.
このような構成によれば、第2ヒータの駆動時間を短くすることができる。 This configuration allows the second heater to be driven for a shorter time.
(付記10)
付記7~9のいずれか1つに記載の燃料電池システムにおいて、前記凍結判定部は、前記燃料電池の温度が氷点以下である場合に前記反応排ガス流路を流通する前記水蒸気が前記第2デバイスで凍結することが見込まれると判定してもよい。
(Appendix 10)
In the fuel cell system described in any one of Appendices 7 to 9, the freezing determination unit may determine that the water vapor circulating through the reaction exhaust gas flow path is expected to freeze in the second device when the temperature of the fuel cell is below freezing point.
燃料電池の温度が氷点以下である場合、燃料電池から排出される反応排ガスの温度は比較的低い温度になっているため、反応排ガスに含まれる水蒸気が第2デバイスで凍結する可能性がある。このような構成によれば、第2デバイスでの水蒸気の凍結を抑制できる。 When the temperature of the fuel cell is below freezing, the temperature of the reaction exhaust gas discharged from the fuel cell is relatively low, and there is a possibility that the water vapor contained in the reaction exhaust gas will freeze in the second device. This configuration can prevent the water vapor from freezing in the second device.
(付記11)
付記1~10のいずれか1つに記載の燃料電池システムにおいて、前記反応排ガス流路は、前記燃料排ガスが流通する燃料ガス排出流路(66)を含み、前記第1デバイスは、前記燃料ガス排出流路に設けられて前記燃料排ガスを気液分離するとともに分離された前記液水を貯留可能な気液分離器(68)を含んでもよい。
(Appendix 11)
In the fuel cell system described in any one of Appendices 1 to 10, the reaction exhaust gas flow path may include a fuel gas discharge flow path (66) through which the fuel exhaust gas flows, and the first device may include a gas-liquid separator (68) provided in the fuel gas discharge flow path, which separates the fuel exhaust gas into gas and liquid and is capable of storing the separated liquid water.
このような構成によれば、燃料電池システムの運転停止状態で燃料ガス排出流路に設けられた気液分離器に残留した液水が凍結した場合であっても、燃料電池システムを始動する際に第1ヒータによって気液分離器の凍結物を解凍させることができる。 With this configuration, even if the liquid water remaining in the gas-liquid separator installed in the fuel gas discharge flow path freezes while the fuel cell system is stopped, the first heater can thaw the frozen liquid in the gas-liquid separator when the fuel cell system is started.
(付記12)
付記11に記載の燃料電池システムにおいて、前記反応排ガス流路は、前記気液分離器に貯留されている前記液水を排出するためのドレン流路(72)を含み、前記第1デバイスは、前記ドレン流路を開閉するドレン弁(74)を含んでもよい。
(Appendix 12)
In the fuel cell system described in Appendix 11, the reaction exhaust gas flow path may include a drain flow path (72) for discharging the liquid water stored in the gas-liquid separator, and the first device may include a drain valve (74) for opening and closing the drain flow path.
このような構成によれば、燃料ガス排出流路に設けられた気液分離器からドレン弁に液水が流れて凍結した場合であっても、料電池システムを始動する際に第1ヒータによってドレン弁の凍結物を解凍させることができる。 With this configuration, even if liquid water flows from the gas-liquid separator installed in the fuel gas discharge flow path into the drain valve and freezes, the first heater can thaw the frozen material in the drain valve when the fuel cell system is started.
(付記13)
付記1~12のいずれか1つに記載の燃料電池システムにおいて、前記第2デバイスは、前記反応排ガス流路を開閉する開閉弁(60、78、82)を含んでもよい。
(Appendix 13)
In the fuel cell system according to any one of Supplementary Notes 1 to 12, the second device may include an on-off valve (60, 78, 82) that opens and closes the reaction exhaust gas flow path.
このような構成によれば、燃料電池システムを始動させる際に開閉弁において水蒸気が凍結することを抑えることができる。 This configuration prevents water vapor from freezing in the on-off valve when starting the fuel cell system.
(付記14)
制御装置(18)は、付記1~13のいずれか1つに記載の燃料電池システムにおける制御装置であって、前記制御装置は、前記ヒータ制御部を有する。
(Appendix 14)
A control device (18) is a control device in a fuel cell system according to any one of Supplementary Notes 1 to 13, and the control device has the heater control unit.
(付記15)
燃料電池システムの制御方法は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に接続され、且つ前記燃料電池から排出された燃料排ガスまたは酸化剤排ガスである反応排ガスが流通する反応排ガス流路と、前記反応排ガス流路に設けられるとともに前記燃料電池の運転が停止した運転停止状態で液水が残留し得る第1デバイスと、前記反応排ガス流路に設けられるとともに前記燃料電池の前記運転停止状態で前記液水が残留しないと見込まれ、且つ燃料電池システムを始動させる際に水蒸気が流通する第2デバイスと、前記第1デバイスを加熱する第1ヒータと、前記第2デバイスを加熱する第2ヒータと、前記第1ヒータおよび前記第2ヒータを個別に制御し得るヒータ制御部と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、前記ヒータ制御部は、前記燃料電池システムを始動させる際に前記第1ヒータと前記第2ヒータとを駆動させる場合、前記第1ヒータの駆動時間よりも短い駆動時間で前記第2ヒータを駆動させる。
(Appendix 15)
A control method for a fuel cell system includes: a fuel cell that generates electricity through an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas; a reaction exhaust gas flow path connected to the fuel cell and through which reaction exhaust gas, which is fuel exhaust gas or oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell, flows; a first device provided in the reaction exhaust gas flow path and in which liquid water may remain when the fuel cell is in an operation-stopped state; a second device provided in the reaction exhaust gas flow path and in which liquid water is not expected to remain when the fuel cell is in an operation-stopped state and through which water vapor flows when the fuel cell system is started; a first heater that heats the first device; a second heater that heats the second device; and a heater control unit that can individually control the first heater and the second heater, wherein when the heater control unit drives the first heater and the second heater when starting the fuel cell system, the heater control unit drives the second heater for a driving time that is shorter than the driving time of the first heater.
(付記16)
プログラムは、付記15に記載の燃料電池システムの制御方法をコンピュータに実行させる。
(Appendix 16)
The program causes a computer to execute the fuel cell system control method described in Supplementary Note 15.
なお、本発明は、上述した開示に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得る。 The present invention is not limited to the above disclosure, and various configurations may be adopted without departing from the spirit of the present invention.
10…燃料電池システム 12…燃料電池スタック(燃料電池)
18…制御装置 58…第1ドレン流路
60…第1ドレン弁(開閉弁) 66…燃料ガス排出流路
68…第2気液分離器(気液分離器) 72…第2ドレン流路(ドレン流路)
74…第2ドレン弁(ドレン弁) 76…第3ドレン流路
78…第3ドレン弁(開閉弁) 80…ブリード流路
82…ブリード弁(開閉弁) 84…反応排ガス流路
86…第1デバイス 88…第2デバイス
90…ヒータ装置 92…第1ヒータ
94…第2ヒータ 118…ヒータ制御部
120…凍結判定部 122…解凍判定部
10... fuel cell system 12... fuel cell stack (fuel cell)
18...Control device 58...First drain flow path 60...First drain valve (on/off valve) 66...Fuel gas discharge flow path 68...Second gas-liquid separator (gas-liquid separator) 72...Second drain flow path (drain flow path)
74... Second drain valve (drain valve) 76... Third drain flow path 78... Third drain valve (on/off valve) 80... Bleed flow path 82... Bleed valve (on/off valve) 84... Reaction exhaust gas flow path 86... First device 88... Second device 90... Heater device 92... First heater 94... Second heater 118... Heater control unit 120... Freezing determination unit 122... Thawing determination unit
Claims (18)
前記燃料電池に接続され、且つ前記燃料電池から排出される流体が流通する流体流路と、
前記流体流路に設けられた第1デバイスおよび第2デバイスと、
前記第1デバイスを加熱する第1ヒータと、
前記第2デバイスを加熱する第2ヒータと、
前記第1ヒータおよび前記第2ヒータを個別に制御し得るヒータ制御部と、
を備えた燃料電池システムであって、
前記流体流路は、
前記燃料電池から排出される燃料排ガスが流通する燃料ガス排出流路と、
前記燃料電池から排出される酸化剤排ガスが流通する酸化剤ガス排出流路と、
前記燃料電池の酸化剤ガス流路に連通し、前記燃料電池が傾斜状態である場合に前記酸化剤ガス流路内の液水を前記酸化剤ガス排出流路に導くためのドレン流路と、
を有し、
前記燃料ガス排出流路には、前記燃料排ガスを気液分離するとともに分離された前記液水を貯留可能な気液分離器が設けられ、
前記ドレン流路には、当該ドレン流路を開閉するドレン弁が設けられ、
前記燃料電池が水平状態にある場合に、前記ドレン流路には水蒸気を含む酸化剤排ガスが流通し、
前記第1デバイスは、前記気液分離器を含み、
前記第2デバイスは、前記ドレン弁を含み、
前記ヒータ制御部は、前記燃料電池システムを始動させる際に前記第1ヒータと前記第2ヒータとを駆動させる場合、前記第1ヒータの駆動時間よりも短い駆動時間で前記第2ヒータを駆動させる、燃料電池システム。 a fuel cell that generates electricity through an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
a fluid flow path connected to the fuel cell and through which a fluid discharged from the fuel cell flows;
a first device and a second device provided in the fluid flow path;
a first heater for heating the first device;
a second heater for heating the second device;
a heater control unit capable of individually controlling the first heater and the second heater;
A fuel cell system comprising :
The fluid flow path is
a fuel gas discharge flow path through which a fuel exhaust gas discharged from the fuel cell flows;
an oxidizing gas discharge flow path through which oxidizing exhaust gas discharged from the fuel cell flows;
a drain passage communicating with the oxidant gas passage of the fuel cell, for guiding liquid water in the oxidant gas passage to the oxidant gas discharge passage when the fuel cell is in an inclined state;
and
a gas-liquid separator that separates the fuel exhaust gas into gas and liquid and stores the separated liquid water is provided in the fuel gas discharge flow path;
The drain passage is provided with a drain valve that opens and closes the drain passage,
When the fuel cell is in a horizontal position, an oxidizing exhaust gas containing water vapor flows through the drain passage,
the first device includes the gas-liquid separator;
the second device includes the drain valve;
When the heater control unit drives the first heater and the second heater when starting the fuel cell system, the heater control unit drives the second heater for a driving time that is shorter than the driving time of the first heater.
前記ヒータ制御部は、前記第1ヒータの駆動を開始させた後で前記第2ヒータの駆動を開始させる、燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1,
The heater control unit starts driving the second heater after starting driving the first heater.
前記ヒータ制御部は、前記第2ヒータの駆動を停止させた後で前記第1ヒータの駆動を停止させる、燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1,
The heater control unit stops driving the first heater after stopping driving the second heater.
前記第1デバイスに残留した前記液水が凍結しているか否かを判定する凍結判定部をさらに備え、
前記ヒータ制御部は、前記第1デバイスに残留した前記液水が凍結していると前記凍結判定部によって判定された場合に、前記第1ヒータの駆動を開始させる、燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1,
a freezing determination unit that determines whether the liquid water remaining in the first device is frozen;
The heater control unit starts driving the first heater when the freeze determination unit determines that the liquid water remaining in the first device is frozen.
前記第1デバイスの凍結物が解凍したか否かを判定する解凍判定部をさらに備え、
前記ヒータ制御部は、前記第1デバイスの前記凍結物が解凍したと前記解凍判定部によって判定された場合に、前記第1ヒータの駆動を停止させる、燃料電池システム。 5. The fuel cell system according to claim 4,
a thawing determination unit that determines whether the frozen object in the first device has thawed;
The heater control unit stops driving the first heater when the thaw determination unit determines that the frozen object in the first device has thawed.
前記凍結判定部は、前記第1デバイスの温度が氷点以下である場合に前記第1デバイスに残留する前記液水が凍結していると判定する、燃料電池システム。 5. The fuel cell system according to claim 4,
The freeze determination unit determines that the liquid water remaining in the first device is frozen when the temperature of the first device is below freezing.
前記流体流路を流通する前記水蒸気が前記第2デバイスで凍結することが見込まれるか否かを判定する凍結判定部をさらに備え、
前記ヒータ制御部は、前記流体流路を流通する前記水蒸気が前記第2デバイスで凍結することが見込まれると前記凍結判定部によって判定された場合に、前記第2ヒータの駆動を開始させる、燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1,
a freeze determination unit that determines whether the water vapor flowing through the fluid flow path is expected to freeze in the second device;
The heater control unit starts driving the second heater when the freezing determination unit determines that the water vapor circulating through the fluid flow path is expected to freeze in the second device.
前記凍結判定部は、前記水蒸気が前記第2デバイスに流通し得る状態か否かを判定し、
前記ヒータ制御部は、前記水蒸気が前記第2デバイスに流通し得る状態であると前記凍結判定部によって判定された場合に、前記第2ヒータの駆動を開始させる、燃料電池システム。 8. The fuel cell system according to claim 7,
the freezing determination unit determines whether or not the water vapor is in a state in which it can circulate through the second device;
The heater control unit starts driving the second heater when the freeze determination unit determines that the water vapor is in a state where it can circulate through the second device.
前記ヒータ制御部は、前記第2ヒータの駆動を開始させた後で前記流体流路を流通する前記水蒸気が前記第2デバイスで凍結することが見込まれなくなったと前記凍結判定部によって判定された場合に、前記第2ヒータの駆動を停止させる、燃料電池システム。 8. The fuel cell system according to claim 7,
The heater control unit stops driving the second heater when the freeze determination unit determines that the water vapor circulating through the fluid flow path is no longer expected to freeze in the second device after starting to drive the second heater.
前記凍結判定部は、前記燃料電池の温度が氷点以下である場合に前記流体流路を流通する前記水蒸気が前記第2デバイスで凍結することが見込まれると判定する、燃料電池システム。 8. The fuel cell system according to claim 7,
The freeze determination unit determines that the water vapor flowing through the fluid flow path is likely to freeze in the second device when the temperature of the fuel cell is below freezing.
前記流体流路は、前記気液分離器と前記酸化剤ガス排出流路とを接続し、前記気液分離器に貯留されている前記液水を前記燃料排ガスとともに前記酸化剤ガス排出流路に導く流路を有し、
前記流路には、当該流路を開閉する開閉弁が設けられ、
前記第1デバイスは、前記開閉弁を含む、燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1,
the fluid flow path connects the gas-liquid separator and the oxidant gas discharge flow path, and includes a flow path that guides the liquid water stored in the gas-liquid separator together with the fuel exhaust gas to the oxidant gas discharge flow path,
an on-off valve for opening and closing the flow path is provided in the flow path;
The first device includes the on-off valve .
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給流路と、
前記酸化剤ガス供給流路に設けられて酸化剤ガスを気液分離する第1気液分離器と、
をさらに備え、
前記流体流路は、前記気液分離器である第2気液分離器を流通した前記燃料排ガスを前記第1気液分離器に導くブリード流路を有し、
前記ブリード流路を流通する前記燃料排ガスには、前記第2気液分離器で除去されなかった前記水蒸気が含まれ、
前記ブリード流路には、当該ブリード流路を開閉するブリード弁が設けられ、
前記第1デバイスは、前記ブリード弁を含む、燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1 ,
an oxidant gas supply channel for supplying an oxidant gas to the fuel cell;
a first gas-liquid separator provided in the oxidant gas supply channel for separating the oxidant gas into gas and liquid;
Furthermore,
the fluid flow path has a bleed flow path that guides the fuel exhaust gas that has flowed through a second gas-liquid separator that is the gas-liquid separator to the first gas-liquid separator,
the fuel exhaust gas flowing through the bleed flow path contains the water vapor that was not removed by the second gas-liquid separator,
a bleed valve that opens and closes the bleed flow path is provided in the bleed flow path,
The first device includes the bleed valve .
前記燃料電池に接続され、且つ前記燃料電池から排出される流体が流通する流体流路と、
前記流体流路に設けられた第1デバイスおよび第2デバイスと、
前記第1デバイスを加熱する第1ヒータと、
前記第2デバイスを加熱する第2ヒータと、
前記第1ヒータおよび前記第2ヒータを個別に制御し得るヒータ制御部と、
を備えた燃料電池システムであって、
前記流体流路は、
前記燃料電池から排出される燃料排ガスが流通する燃料ガス排出流路と、
前記燃料電池から排出される酸化剤排ガスが流通する酸化剤ガス排出流路と、
前記燃料電池の燃料ガス流路に連通し、前記燃料電池が傾斜状態である場合に前記燃料ガス流路内の液水を前記酸化剤ガス排出流路に導くためのドレン流路と、
を有し、
前記燃料ガス排出流路には、前記燃料排ガスを気液分離するとともに分離された前記液水を貯留可能な気液分離器が設けられ、
前記ドレン流路には、当該ドレン流路を開閉するドレン弁が設けられ、
前記燃料電池が水平状態にある場合に、前記ドレン流路には水蒸気を含む燃料ガスが流通し、
前記第1デバイスは、前記気液分離器を含み、
前記第2デバイスは、前記ドレン弁を含み、
前記ヒータ制御部は、前記燃料電池システムを始動させる際に前記第1ヒータと前記第2ヒータとを駆動させる場合、前記第1ヒータの駆動時間よりも短い駆動時間で前記第2ヒータを駆動させる、燃料電池システム。 a fuel cell that generates electricity through an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
a fluid flow path connected to the fuel cell and through which a fluid discharged from the fuel cell flows;
a first device and a second device provided in the fluid flow path;
a first heater for heating the first device;
a second heater for heating the second device;
a heater control unit capable of individually controlling the first heater and the second heater;
A fuel cell system comprising:
The fluid flow path is
a fuel gas discharge flow path through which a fuel exhaust gas discharged from the fuel cell flows;
an oxidizing gas discharge flow path through which oxidizing exhaust gas discharged from the fuel cell flows;
a drain passage communicating with a fuel gas passage of the fuel cell, for guiding liquid water in the fuel gas passage to the oxidant gas discharge passage when the fuel cell is in an inclined state;
and
a gas-liquid separator that separates the fuel exhaust gas into gas and liquid and stores the separated liquid water is provided in the fuel gas discharge flow path;
The drain passage is provided with a drain valve that opens and closes the drain passage,
When the fuel cell is in a horizontal position, fuel gas containing water vapor flows through the drain passage,
the first device includes the gas-liquid separator;
the second device includes the drain valve;
When the heater control unit drives the first heater and the second heater when starting the fuel cell system, the heater control unit drives the second heater for a driving time that is shorter than the driving time of the first heater .
前記制御装置は、前記ヒータ制御部を有する、制御装置。 A control device for a fuel cell system according to any one of claims 1 to 13,
The control device includes the heater control unit.
前記燃料電池に接続され、且つ前記燃料電池から排出される流体が流通する流体流路と、
前記流体流路に設けられた第1デバイスおよび第2デバイスと、
前記第1デバイスを加熱する第1ヒータと、
前記第2デバイスを加熱する第2ヒータと、
前記第1ヒータおよび前記第2ヒータを個別に制御し得るヒータ制御部と、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記流体流路は、
前記燃料電池から排出される燃料排ガスが流通する燃料ガス排出流路と、
前記燃料電池から排出される酸化剤排ガスが流通する酸化剤ガス排出流路と、
前記燃料電池の酸化剤ガス流路に連通し、前記燃料電池が傾斜状態である場合に前記酸化剤ガス流路内の液水を前記酸化剤ガス排出流路に導くためのドレン流路と、
を有し、
前記燃料ガス排出流路には、前記燃料排ガスを気液分離するとともに分離された前記液水を貯留可能な気液分離器が設けられ、
前記ドレン流路には、当該ドレン流路を開閉するドレン弁が設けられ、
前記燃料電池が水平状態にある場合に、前記ドレン流路には水蒸気を含む酸化剤排ガスが流通し、
前記第1デバイスは、前記気液分離器を含み、
前記第2デバイスは、前記ドレン弁を含み、
前記ヒータ制御部は、前記燃料電池システムを始動させる際に前記第1ヒータと前記第2ヒータとを駆動させる場合、前記第1ヒータの駆動時間よりも短い駆動時間で前記第2ヒータを駆動させる、燃料電池システムの制御方法。 a fuel cell that generates electricity through an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
a fluid flow path connected to the fuel cell and through which a fluid discharged from the fuel cell flows;
a first device and a second device provided in the fluid flow path;
a first heater for heating the first device;
a second heater for heating the second device;
a heater control unit capable of individually controlling the first heater and the second heater;
A control method for a fuel cell system comprising:
The fluid flow path is
a fuel gas discharge flow path through which a fuel exhaust gas discharged from the fuel cell flows;
an oxidizing gas discharge flow path through which oxidizing exhaust gas discharged from the fuel cell flows;
a drain passage communicating with the oxidant gas passage of the fuel cell, for guiding liquid water in the oxidant gas passage to the oxidant gas discharge passage when the fuel cell is in an inclined state;
and
a gas-liquid separator that separates the fuel exhaust gas into gas and liquid and stores the separated liquid water is provided in the fuel gas discharge flow path;
The drain passage is provided with a drain valve that opens and closes the drain passage,
When the fuel cell is in a horizontal position, an oxidizing exhaust gas containing water vapor flows through the drain passage,
the first device includes the gas-liquid separator;
the second device includes the drain valve;
A control method for a fuel cell system, wherein when the heater control unit drives the first heater and the second heater when starting the fuel cell system, the heater control unit drives the second heater for a driving time shorter than the driving time of the first heater.
前記燃料電池に接続され、且つ前記燃料電池から排出される流体が流通する流体流路と、a fluid flow path connected to the fuel cell and through which a fluid discharged from the fuel cell flows;
前記流体流路に設けられた第1デバイスおよび第2デバイスと、a first device and a second device provided in the fluid flow path;
前記第1デバイスを加熱する第1ヒータと、a first heater for heating the first device;
前記第2デバイスを加熱する第2ヒータと、a second heater for heating the second device;
前記第1ヒータおよび前記第2ヒータを個別に制御し得るヒータ制御部と、a heater control unit capable of individually controlling the first heater and the second heater;
を備える燃料電池システムの制御方法であって、A control method for a fuel cell system comprising:
前記流体流路は、The fluid flow path is
前記燃料電池から排出される燃料排ガスが流通する燃料ガス排出流路と、a fuel gas discharge flow path through which a fuel exhaust gas discharged from the fuel cell flows;
前記燃料電池から排出される酸化剤排ガスが流通する酸化剤ガス排出流路と、an oxidizing gas discharge flow path through which oxidizing exhaust gas discharged from the fuel cell flows;
前記燃料電池の燃料ガス流路に連通し、前記燃料電池が傾斜状態である場合に前記燃料ガス流路内の液水を前記酸化剤ガス排出流路に導くためのドレン流路と、a drain passage communicating with a fuel gas passage of the fuel cell, for guiding liquid water in the fuel gas passage to the oxidant gas discharge passage when the fuel cell is in an inclined state;
を有し、and
前記燃料ガス排出流路には、前記燃料排ガスを気液分離するとともに分離された前記液水を貯留可能な気液分離器が設けられ、a gas-liquid separator that separates the fuel exhaust gas into gas and liquid and stores the separated liquid water is provided in the fuel gas discharge flow path;
前記ドレン流路には、当該ドレン流路を開閉するドレン弁が設けられ、The drain passage is provided with a drain valve that opens and closes the drain passage,
前記燃料電池が水平状態にある場合に、前記ドレン流路には水蒸気を含む燃料ガスが流通し、When the fuel cell is in a horizontal position, fuel gas containing water vapor flows through the drain passage,
前記第1デバイスは、前記気液分離器を含み、the first device includes the gas-liquid separator;
前記第2デバイスは、前記ドレン弁を含み、the second device includes the drain valve;
前記ヒータ制御部は、前記燃料電池システムを始動させる際に前記第1ヒータと前記第2ヒータとを駆動させる場合、前記第1ヒータの駆動時間よりも短い駆動時間で前記第2ヒータを駆動させる、燃料電池システムの制御方法。A control method for a fuel cell system, wherein when the heater control unit drives the first heater and the second heater when starting the fuel cell system, the heater control unit drives the second heater for a driving time shorter than the driving time of the first heater.
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005149914A (en) | 2003-11-14 | 2005-06-09 | Equos Research Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2005268179A (en) | 2004-03-22 | 2005-09-29 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2007018780A (en) | 2005-07-05 | 2007-01-25 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2007073490A (en) | 2005-08-09 | 2007-03-22 | Equos Research Co Ltd | Fuel cell device |
| JP2007242531A (en) | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2009193781A (en) | 2008-02-13 | 2009-08-27 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2009301842A (en) | 2008-06-12 | 2009-12-24 | Toyota Boshoku Corp | Fuel cell system |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005149914A (en) | 2003-11-14 | 2005-06-09 | Equos Research Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2005268179A (en) | 2004-03-22 | 2005-09-29 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2007018780A (en) | 2005-07-05 | 2007-01-25 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2007073490A (en) | 2005-08-09 | 2007-03-22 | Equos Research Co Ltd | Fuel cell device |
| JP2007242531A (en) | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2009193781A (en) | 2008-02-13 | 2009-08-27 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2009301842A (en) | 2008-06-12 | 2009-12-24 | Toyota Boshoku Corp | Fuel cell system |
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