JP2005243291A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料電池に供給されるガス流れを反転するときのフラッディング発生を防止して安定した発電を行うこと。
【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池1にガスを導入する第1ポート11と、燃料電池1に導入されたガスを導出する第2ポート12と、上記ガス流れを反転するための分岐流路16,19、シャットオフバルブSV1〜SV4、並びに、三方弁TV1,TV2とを備える。このシステムは、ガス流れを反転することで、第2ポート12から燃料電池1にガスを導入し、第1ポート11からガスを導出する。このシステムは、燃料電池1からガスを導出するだけのための第3ポート13と、そのポート13を開閉する第5シャットオフバルブSV5とを備える。第5シャットオフバルブSV5はガス流れが反転するときだけ開く。
【選択図】 図2
To stably generate power by preventing flooding when reversing a gas flow supplied to a fuel cell.
A fuel cell system includes a first port 11 for introducing a gas into the fuel cell 1, a second port 12 for deriving the gas introduced into the fuel cell 1, and a branch flow for reversing the gas flow. Roads 16 and 19, shut-off valves SV1 to SV4, and three-way valves TV1 and TV2 are provided. This system introduces gas from the second port 12 to the fuel cell 1 and derives gas from the first port 11 by reversing the gas flow. This system includes a third port 13 for only deriving gas from the fuel cell 1 and a fifth shutoff valve SV5 for opening and closing the port 13. The fifth shutoff valve SV5 is opened only when the gas flow is reversed.
[Selection] Figure 2
Description
この発明は、所定のガスを供給して発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that supplies a predetermined gas to generate power.
一般に、燃料電池は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜と、その電解質膜の両面に設けられた一対の電極であるアノード及びカソードとを備える。そして、この燃料電池に、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスとを供給し、これらのガスを電気化学的に反応させることにより、発電と発熱を行うようになっている。燃料電池システムは、上記した燃料電池と、その燃料電池に所定のガスとしての燃料ガスと酸化剤ガスを供給する装置などを備えて構成される。 In general, a fuel cell includes a polymer electrolyte membrane that selectively transports hydrogen ions, and an anode and a cathode that are a pair of electrodes provided on both surfaces of the electrolyte membrane. Then, a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen are supplied to the fuel cell, and these gases are caused to react electrochemically to generate power and generate heat. . The fuel cell system includes the above-described fuel cell and a device for supplying fuel gas and oxidant gas as predetermined gases to the fuel cell.
ここで、燃料電池は、ある条件によっては、その内部で水の凝縮(フラッディング)が起きることが知られている。このフラッディングが起きると、凝縮した水が電極触媒へのガス供給を阻害し、燃料電池に発電不良が生じて電池性能を低下させることになる。そこで、フラッディング対策に関する技術が、例えば、下記の特許文献1及び2に記載されている。
Here, it is known that water is condensed (flooding) in the fuel cell depending on certain conditions. When this flooding occurs, the condensed water hinders the gas supply to the electrode catalyst, causing a power generation failure in the fuel cell and degrading the cell performance. Therefore, techniques relating to flooding countermeasures are described in, for example,
特許文献1及び2に記載の燃料電池システムは、燃料電池のガス流路におけるガスの流れを反転(逆転)させることで、ガス流路内に溜まっている水を一時的に排除してフラッディングを抑制している。ここで、ガス流れの反転は、配管と複数のバルブを組み合わせ、それらバルブを適宜に開閉、切り替えることにより行われる。特許文献1に記載の燃料電池システムは、ガス流れを反転させるバルブとして、燃料電池の入口及び出口のそれぞれ対応して設けられるシャットオフバルブを含み、それらが配管を介して入口、出口に接続されている。
In the fuel cell systems described in
ところが、上記した特許文献1及び2に記載の燃料電池システムは、ガス流れを反転した瞬間に燃料電池内のガス流れが止まるので、その瞬間に燃料電池でフラッディングが発生して電圧低下を生じさせるおそれがあった。
However, in the fuel cell systems described in
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料電池に供給されるガス流れを反転するときのフラッディング発生を防止して安定した発電を可能とする燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can prevent the occurrence of flooding when the gas flow supplied to the fuel cell is reversed and can stably generate power. There is to do.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明の燃料電池システムは、燃料電池に設けられた第1ポートと、燃料電池に設けられた第2ポートと、燃料電池内で第1ポートと第2ポートを接続するガス通路と、燃料電池に設けられガス通路に接続された第3ポートと、ガス源と第1ポートを連結する第1ガス供給流路と、第1ガス供給流路を開閉する第1開閉弁と、第1ポートと排出ガス口を連結する第1ガス排出流路と、第1ガス排出流路を開閉する第2開閉弁と、ガス源と第2ポートを連結する第2ガス供給流路と、第2ガス供給流路を開閉する第3開閉弁と、第2ポートと排出ガス口を連結する第2ガス排出流路と、第2ガス排出流路を開閉する第4開閉弁と、第3ポートと排出ガス口を連結する第3ガス排出流路と、第3ガス排出流路を開閉する第5開閉弁とを備えたことを趣旨とする。 In order to achieve the above object, a fuel cell system according to a first aspect of the present invention includes a first port provided in the fuel cell, a second port provided in the fuel cell, and a first port in the fuel cell. A gas passage connecting the first port and the second port, a third port provided in the fuel cell and connected to the gas passage, a first gas supply passage connecting the gas source and the first port, and a first gas supply passage A first open / close valve that opens and closes, a first gas discharge passage that connects the first port and the exhaust gas port, a second open / close valve that opens and closes the first gas discharge passage, and a gas source and the second port connected The second gas supply channel, the third on-off valve for opening and closing the second gas supply channel, the second gas discharge channel connecting the second port and the exhaust gas port, and opening and closing the second gas discharge channel A fourth on-off valve, a third gas exhaust passage connecting the third port and the exhaust gas port, and a third gas exhaust And purpose that a fifth on-off valve for opening and closing the flow path.
上記発明の構成によれば、第1開閉弁及び第4開閉弁を開いて第2開閉弁及び第3開閉弁を閉じることにより、ガス源からのガスが第1ガス供給流路を流れて第1ポートから燃料電池に導入される。導入されたガスは、燃料電池内のガス通路を通る間に発電に使用される。発電に使用された後のガスは、燃料電池から第2ポートを通じて導出され、第2ガス排出流路を流れて排出ガス口から排出される。ここで、燃料電池に供給されるガスの流れを反転するために第1開閉弁及び第4開閉弁を閉じて第2開閉弁及び第4開閉弁を開くことにより、ガス源からのガスが第2ガス供給流路を流れて第2ポートから燃料電池に導入される。導入されたガスは、燃料電池内のガス通路を通る間に発電に使用される。発電に使用された後のガスは、燃料電池から第1ポートを通じて導出され、第1ガス排出流路を流れて排出ガス口から排出される。そして、このガス流れが反転するときに、第5開閉弁を開閉することにより、第3ポートからも燃料電池内のガス通路を通るガスが導出され、第3ガス排出流路を流れて排出ガス口から排出されるので、ガス流れが反転した瞬間に、燃料電池内のガス通路でガス流れが止まることがない。 According to the configuration of the above invention, the first on-off valve and the fourth on-off valve are opened, and the second on-off valve and the third on-off valve are closed, so that the gas from the gas source flows through the first gas supply flow path. It is introduced into the fuel cell from one port. The introduced gas is used for power generation while passing through a gas passage in the fuel cell. The gas used for power generation is led out from the fuel cell through the second port, flows through the second gas discharge passage, and is discharged from the exhaust gas port. Here, in order to reverse the flow of the gas supplied to the fuel cell, the first on-off valve and the fourth on-off valve are closed and the second on-off valve and the fourth on-off valve are opened. The gas flows through the two gas supply channels and is introduced into the fuel cell from the second port. The introduced gas is used for power generation while passing through a gas passage in the fuel cell. The gas used for power generation is led out from the fuel cell through the first port, flows through the first gas discharge passage, and is discharged from the exhaust gas port. When this gas flow is reversed, the gas that passes through the gas passage in the fuel cell is also derived from the third port by opening and closing the fifth on-off valve, and flows through the third gas discharge passage to discharge the gas. Since the gas is discharged from the mouth, the gas flow does not stop in the gas passage in the fuel cell at the moment when the gas flow is reversed.
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明の燃料電池システムは、請求項1に記載の発明の燃料電池システムにおいて、第1ポートと第1ガス供給流路と第1ガス排出流路とに連結された第1開閉弁と第2開閉弁を兼ねる第1三方弁と、第2ポートと第2ガス供給流路と第2ガス排出流路とに連結された第3開閉弁と第4開閉弁を兼ねる第2三方弁とを備えたことを趣旨とする。 In order to achieve the above object, a fuel cell system according to a second aspect of the present invention is the fuel cell system according to the first aspect, wherein the first port, the first gas supply flow path, and the first gas discharge flow are provided. A first three-way valve serving as a first on-off valve and a second on-off valve connected to the passage; a third on-off valve connected to the second port, the second gas supply channel, and the second gas discharge channel; The purpose is to provide a second three-way valve that also serves as a fourth on-off valve.
上記発明の構成によれば、請求項1に記載の発明の燃料電池システムの作用に加え、第1三方弁が第1開閉弁と第2開閉弁を兼ねるので、構成部品数が減る。 According to the configuration of the above invention, in addition to the operation of the fuel cell system according to the first aspect, the first three-way valve serves as both the first on-off valve and the second on-off valve, so the number of components is reduced.
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明の燃料電池システムは、請求項1又は2に記載の発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池にガスを第1ポートから導入し第2ポートからのみ導出する第1ガス流状態と、燃料電池にガスを第2ポートから導入し第1ポートからのみ導出する第2ガス流状態と、燃料電池にガスを第1ポートから導入し第2ポートと第3ポートから導出する第3ガス流状態と、燃料電池にガスを第1ポートと第2ポートから導入し第3ポートから導出する第4ガス流状態と、燃料電池にガスを第2ポートから導入し第1ポートと第3ポートから導出する第5ガス流状態とを備え、第1ガス流状態から第3ガス流状態、第4ガス流状態及び第5ガス流状態を経て第2ガス流状態に切り替えることを趣旨とする。 In order to achieve the above object, a fuel cell system according to a third aspect of the present invention is the fuel cell system according to the first or second aspect, wherein a gas is introduced into the fuel cell from the first port and the second port. A first gas flow state derived only from the first port, a second gas flow state introduced into the fuel cell from the second port and derived only from the first port, and a gas introduced into the fuel cell from the first port and the second port And a third gas flow state derived from the third port, a fourth gas flow state introduced into the fuel cell through the first port and the second port and derived from the third port, and a gas into the fuel cell as the second port A first gas port and a fifth gas flow state led out from the third port, and the second gas passes through the third gas flow state, the fourth gas flow state, and the fifth gas flow state from the first gas flow state. The purpose is to switch to the flow state
上記発明の構成によれば、請求項1又は2に記載の発明の燃料電池システムの作用に加え、ガス流状態が切り替えられることにより、燃料電池に第1ポートからガスが導入し第2ポートからのみ導出し、次に燃料電池に第1ポートからガスが導入し第2ポートと第3ポートから導出し、次に燃料電池に第1ポートと第2ポートからガスが導入し第3ポートから導出し、次に燃料電池に第2ポートからガスが導入し第1ポートと第3ポートから導出し、最後に燃料電池に第2ポートからガスが導入し第1ポートからのみ導出する。このようにして燃料電池に対するガス流れの反転が行われ、その反転時に燃料電池内のガス通路から第3ポートを通じてガスの一部が排出される。 According to the configuration of the invention, in addition to the operation of the fuel cell system according to the first or second aspect of the invention, the gas flow state is switched to introduce gas from the first port into the fuel cell. Only, then gas is introduced into the fuel cell from the first port and led out from the second port and the third port, and then the gas is introduced into the fuel cell from the first port and the second port and led out from the third port Then, the gas is introduced into the fuel cell from the second port and led out from the first port and the third port, and finally the gas is introduced into the fuel cell from the second port and led out only from the first port. In this way, the gas flow is reversed with respect to the fuel cell, and at the time of the reversal, part of the gas is discharged from the gas passage in the fuel cell through the third port.
請求項1に記載の発明によれば、第1開閉弁、第2開閉弁、第3開閉弁、第4開閉弁及び第5開閉弁を適宜切り替えることにより、燃料電池に供給されるガスの流れを反転させることができ、その反転時のフラッディング発生を防止することができ、これにより安定した発電を行うことができる。 According to the first aspect of the invention, the flow of the gas supplied to the fuel cell by appropriately switching the first on-off valve, the second on-off valve, the third on-off valve, the fourth on-off valve, and the fifth on-off valve. Can be reversed, and the occurrence of flooding during the reversal can be prevented, whereby stable power generation can be performed.
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加え、燃料電池システムの構成を簡略化することができる。
According to the invention described in claim 2, in addition to the effect of the invention described in
請求項3に記載の発明によれば、燃料電池に供給されるガス流れを反転するときのフラッディング発生を防止することができ、これにより安定した発電を行うことができる。 According to the third aspect of the present invention, it is possible to prevent the occurrence of flooding when reversing the gas flow supplied to the fuel cell, thereby enabling stable power generation.
[第1実施形態]
以下、本発明の燃料電池システムを具体化した第1実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に燃料電池システムの概略構成図を示す。この燃料電池システムは、燃料電池1と、その燃料電池1に対し、燃料ガス源31から改質器2を介して水素を含有する燃料ガスを供給する第1配管3と、同じく燃料電池1に対し、酸化剤ガス源32から酸素を含有する酸化剤ガスを供給する第2配管4とを備える。燃料電池1は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜と、その電解質膜の両面に設けられた一対の電極であるアノード及びカソードとを備える。この燃料電池システムは、燃料電池1に燃料ガスと酸化剤ガスを供給してこれらのガスを電気化学的に反応させることにより、発電と発熱を行うようになっている。
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a fuel cell system. This fuel cell system includes a
図2に、燃料電池1と、その燃料電池1に所定のガスとしての酸化剤ガスを供給する第2配管4とに係る構成を概略図により示す。燃料電池1は、酸化剤ガスを導入し、燃料電池1で使用された後の酸化剤ガスを導出するために使用される第1ポート11と、同じく酸化剤ガスを導入し、燃料電池1で使用された後の酸化剤ガスを導出するために使用される第2ポート12と、燃料電池1に導入された後の酸化剤ガスを導出するだけのために使用される第3ポート13とを備える。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the
第2配管4は、その上流側流路14が分岐部15で二つに分かれ、その一方の第1分岐流路16が、燃料電池1の第1ポート11と、下流側流路17に通じる合流部18につながる。分岐部15で分かれた他方の第2分岐流路19は、燃料電池1の第2ポート12と合流部18につながる。合流部18には、燃料電池1の第3ポート13がつながる。下流側流路17には排出ガス口20が設けられる。
In the
ここで、第1分岐流路16の途中には、その上流側から順に第1シャットバルブSV1、第1三方弁TV1、第2シャットバルブSV2が設けられる。第1三方弁TV1は、その第1切替ポート21aが第1シャットバルブSV1の出力ポート22aに通じ、第2切替ポート21bが燃料電池1の第1ポート11に通じ、第3切替ポート21cが第2シャットバルブSV2の入力ポート23aに通じる。第1シャットバルブSV1の入力ポート22bは、分岐部15に通じ、第2シャットバルブSV2の出力ポート23bは、合流部18に通じる。
Here, in the middle of the first
また、第2分岐流路19の途中には、その上流側から順に第3シャットバルブSV3、第2三方弁TV2、第4シャットバルブSV4が設けられる。第2三方弁TV2は、その第1切替ポート24aが第3シャットバルブSV3の出力ポート25aに通じ、第2切替ポート24bが燃料電池1の第2ポート12に通じ、第3切替ポート24cが第4シャットバルブSV4の入力ポート26aに通じる。第3シャットバルブSV3の入力ポート25bは、分岐部15に通じ、第4シャットバルブSV4の出力ポート26bは、合流部18に通じる。燃料電池1の第3ポート13には、本発明の第5開閉弁としての第5シャットバルブSV5が設けられる。各シャットバルブSV1〜SV5及び各三方弁TV1,TV2は、電磁石により駆動されるものである。この実施形態では、上記した第1三方弁TV1により、本発明の第1開閉弁と第2開閉弁を兼ねた第1三方弁が構成される。また、上記した第2三方弁TV2により、本発明の第3開閉弁と第4開閉弁を兼ねた第2三方弁が構成される。
A third shut valve SV3, a second three-way valve TV2, and a fourth shut valve SV4 are provided in the middle of the second
この実施形態では、上記した上流側流路14と、分岐部15から第1ポート11までの第1分岐流路16とにより本発明の第1ガス供給流路が構成される。また、第1ポート11から合流部18までの第1分岐流路16と、下流側流路17とにより本発明の第1ガス排出流路が構成される。一方、上記した上流側流路14と、分岐部15から第2ポート12までの第2分岐流路19とにより本発明の第2ガス供給流路が構成される。また、第2ポート12から合流部18までの第2分岐流路19と、下流側流路17とにより本発明の第2ガス排出流路が構成される。更に、第3ポート13から排出ガス口20までの合流部18及び下流側流路17により本発明の第3ガス排出流路が構成される。そして、各シャットバルブSV1〜SV4、各三方弁TV1,TV2及び各分岐流路16,19により酸化剤ガスの流れを第1ポート11へ導くことにより、その第1ポート11から酸化剤ガスを燃料電池1に導入し、第2ポート12から酸化剤ガスを導出するようになっている。一方、各シャットバルブSV1〜SV4、各三方弁TV1,TV2及び各分岐流路16,19により酸化剤ガスの流れを上記と逆方向へ反転することにより、第2ポート12から酸化剤ガスを燃料電池1に導入し、第1ポート11から酸化剤ガスを導出するようになっている。加えて、各シャットバルブSV1〜SV4、各三方弁TV1,TV2及び各分岐流路16,19により酸化剤ガスの流れを更に反転することにより、第1ポート11から酸化剤ガスを燃料電池1に導入し、第2ポート12から酸化剤ガスを導出するようになっている。そして、第5シャットバルブSV5は、酸化剤ガスの流れが反転するときにだけ開くようになっている。
In this embodiment, the first gas supply flow path of the present invention is configured by the
図2に示すように、各シャットバルブSV1〜SV5と、第1及び第2の三方弁TV1,TV2は、コントローラ30に対して電気的に接続される。コントローラ30は、酸化剤ガスの流れを正方向から逆方向へ、逆方向から正方向へそれぞれ反転するために、所定の制御プログラムに基づいて各シャットバルブSV1〜SV5と各三方弁TV1,TV2をそれぞれ制御する。すなわち、コントローラ30は、図2に太線矢印で示す正方向へ酸化剤ガスを流すために、第1及び第4のシャットバルブSV1,SV4を開き、第2及び第3のシャットバルブSV2,SV3を閉じ、第1三方弁TV1の第1切替ポート21aと第2切替ポート21bとの間を開き、第2三方弁TV2の第2切替ポート24bと第3切替ポート24cとの間を開くようになっている。一方、コントローラ30は、図2に破線矢印で示す逆方向へ酸化剤ガスを流すために、第2及び第3のシャットバルブSV2,SV3を開き、第1及び第4のシャットバルブSV1,SV4を閉じ、第1三方弁TV1の第2切替ポート21bと第3切替ポート21cとの間を開き、第2三方弁TV2の第1切替ポート24aと第2切替ポート24bとの間を開くようになっている。また、コントローラ30は、酸化剤ガスの流れを逆転させる際に、第5シャットバルブSV5を開くようになっている。
As shown in FIG. 2, the shut valves SV <b> 1 to SV <b> 5 and the first and second three-way valves TV <b> 1 and TV <b> 2 are electrically connected to the
この実施形態の燃料電池システムは、燃料電池1に酸化剤ガスを第1ポート11から導入し第2ポート12からのみ導出する第1ガス流状態と、燃料電池1に酸化剤ガスを第2ポート12から導入し第1ポート11からのみ導出する第2ガス流状態と、燃料電池1に酸化剤ガスを第1ポート11から導入し第2ポート12と第3ポート13から導出する第3ガス流状態と、燃料電池1に酸化剤ガスを第1ポート11と第2ポート12から導入し第3ポート13から導出する第4ガス流状態と、燃料電池1に酸化剤ガスを第2ポート12から導入し第1ポート11と第3ポート13から導出する第5ガス流状態とが設定可能である。そして、コントローラ30は、上記した第1ガス流状態から第3ガス流状態、第4ガス流状態及び第5ガス流状態を経て第2ガス流状態に切り替えるために、各シャットバルブSV1〜SV5と各三方弁TV1,TV2をそれぞれ制御するようになっている。
The fuel cell system of this embodiment includes a first gas flow state in which an oxidant gas is introduced into the
図3に示すように、燃料電池1は、互いに積層されたセパレータ5、高分子電解質膜6及び電極7(アノード及びカソード)を備える。セパレータ5には、電極7の形状と大きさに合わせた電池内ガス通路8が設けられる。電池内ガス流路8には、前述した第1ポート11、第2ポート12及び第3ポート13が設けられる。
As shown in FIG. 3, the
以上説明したこの実施形態の燃料電池システムによれば、ガス流状態が、第1ガス流状態から第3ガス流状態、第4ガス流状態及び第5ガス流状態を経て第2ガス流状態に切り替えることにより、燃料電池1に第1ポート11から酸化剤ガスが導入し第2ポート12からのみ導出する。次に、燃料電池1に第1ポート11から酸化剤ガスが導入し、第2ポート12と第3ポート13から導出する。次に、燃料電池1に第1ポート11と第2ポート12から酸化剤ガスが導入し、第3ポート13から導出する。次に、燃料電池1に第2ポート12から酸化剤ガスが導入し、第1ポート11と第3ポート13から導出する。最後に、燃料電池1に第2ポート12から酸化剤ガスが導入し、第1ポート11からのみ導出する。このようにして燃料電池1に対する酸化剤ガス流れの反転が行われ、その反転時に電池内ガス通路8から第3ポート13を通じて酸化剤ガスの一部が排出される。
According to the fuel cell system of this embodiment described above, the gas flow state changes from the first gas flow state to the second gas flow state through the third gas flow state, the fourth gas flow state, and the fifth gas flow state. By switching, the oxidant gas is introduced into the
上記したガス流状態の切替えにより、酸化剤ガスが正方向へ流れるときは、そのガスが第1ポート11から燃料電池1に導入されて発電が行われる。発電に使用された後の酸化剤ガスは、燃料電池1から第2ポート12のみを通じて導出される。ここで、燃料電池1に供給される酸化剤ガスの流れを各シャットバルブSV1〜SV4、各三方弁TV1,TV2、及び各分岐流路16,19により反転することにより、そのガスが第2ポート12から燃料電池1に導入されて発電が行われる。発電に使用された後の酸化剤ガスは、燃料電池1から第1ポート11のみを通じて導出される。そして、この酸化剤ガスの流れが反転するときに、第5のシャットバルブSV5が開くことにより、燃料電池1から第3ポート13を通じてガスが排出される。このため、酸化剤ガスの流れが反転したときに、燃料電池1の中で酸化剤ガスの流れが止まることがない。この結果、燃料電池1に供給される酸化剤ガスの流れを反転するときのフラッディング発生を防止することができ、これにより燃料電池1で安定した発電を行うことができる。
When the oxidant gas flows in the positive direction by switching the gas flow state as described above, the gas is introduced into the
また、この実施形態では、コントローラ30が各シャットバルブSV1〜SV5及び各三方弁TV1,TV2を制御するので、燃料電池1に対する酸化剤ガスの供給と、その酸化剤ガスの流れの反転とが自動に行われる。このため、燃料電池1におけるフラッディングの発生防止と発電の安定化とを無人で達成することができる。
In this embodiment, since the
また、この実施形態では、第1ポート11に対する酸化剤ガスの導入及び導出に対応して第1三方弁TV1を、第2ポート12に対する酸化剤ガスの導入及び導出に対応して第2三方弁TV2をそれぞれ設けている。従って、第1ポート11に対応して、二つのシャットバルブが第1三方弁TV1を兼ね、第2ポート12に対応して、二つのシャットバルブが第2三方弁TV2を兼ねることになるので、燃料電池システムの構成部品数が減ることになる。この意味で、燃料電池システムの構成を簡略化することができる。
In this embodiment, the first three-way valve TV1 corresponds to the introduction and derivation of the oxidant gas to the
[第2実施形態]
次に、この発明の燃料電池システムを具体化した第2実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment embodying the fuel cell system of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
尚、以下に説明する第2〜第3の実施形態において、第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。 In the second to third embodiments described below, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Hereinafter, different points will be mainly described. .
図4に示すように、この実施形態では、燃料電池1における第3ポート13を省略し、第1、第4及び第5のシャットバルブSV1,SV4,SV5を省略した点で第1実施形態と構成が異なる。また、この実施形態では、第1三方弁TV1が第1ポート11に直結して設けられ、第2三方弁TV2が第2ポート12に直結して設けられる点で第1実施形態と構成が異なる。すなわち、第1三方弁TV1の第2切替ポート21bが第1ポート11に直接的に接続され、第2三方弁TV2の第2切替ポート24bが第2ポート12に直接的に接続される。図5に燃料電池1の構成と、その第1ポート11及び第2ポート12と各三方弁TV1,TV2との関係を示す。
As shown in FIG. 4, in this embodiment, the
図4に示すように、コントローラ30は、酸化剤ガスの流れを反転するために、所定の制御プログラムに基づいて第2及び第3のシャットバルブSV2,SV3と第1及び第2の三方弁TV1,TV2をそれぞれ制御する。コントローラ30は、図4に太線矢印で示す正方向へ酸化剤ガスを流すために、第2及び第3のシャットバルブSV2,SV3を閉じ、第1三方弁TV1の第1切替ポート21aと第2切替ポート21bとの間を開き、第2三方弁TV2の第2切替ポート24bと第3切替ポート24cとの間を開くようになっている。一方、コントローラ30は、図4に破線矢印で示す逆方向へ酸化剤ガス流れを反転するために、第2及び第3のシャットバルブSV2,SV3を開き、第1三方弁TV1の第2切替ポート21bと第3切替ポート21cとの間を開き、第2三方弁TV2の第1切替ポート24aと第2切替ポート24bとの間を開くようになっている。
As shown in FIG. 4, in order to reverse the flow of the oxidant gas, the
以上説明したこの実施形態の燃料電池システムによれば、酸化剤ガスが正方向へ流れるときは、そのガスが第1ポート11から燃料電池1に導入されて発電が行われる。発電に使用された後の酸化剤ガスは、燃料電池1から第2ポート12を通じて導出される。ここで、燃料電池1に供給される酸化剤ガスの流れを各シャットバルブSV2,SV3、各三方弁TV1,TV2及び各分岐流路16,19により反転することにより、そのガスが第2ポート12から燃料電池1に導入されて発電が行われる。発電に使用された後の酸化剤ガスは、燃料電池1から第1ポート11を通じて導出される。ここでは、第1三方弁TV1が第1ポート11に直結して設けられ、第2三方弁TV2が第2ポート12に直結して設けられるので、酸化剤ガスの流れが反転したときに、第1ポート11と第1三方弁TV1との間、第2ポート12と第2三方弁TV2との間に発電に使用されない酸化剤ガスが排出されることがない。図6には、各三方弁TV1,TV2を、各分岐流路16,19を介して第1ポート11、第2ポート12にそれぞれ接続した場合を対比例として示す。つまり、図6に示す燃料電池システムでは、酸化剤ガスの流れが反転したときに、第1ポート11と第1三方弁TV1との間の分岐流路16、第2ポート12と第2三方弁TV2との間の分岐流路19に発電に使用されない酸化剤ガスが排出される。これに対し、図4に示す燃料電池システムでは、この酸化剤ガスの排出がなくなる。このため、燃料電池1に供給される酸化剤ガスの流れを反転するときに、発電に使用されない酸化剤ガスの排出を防止することができ、これによって酸化剤ガスの利用効率を向上させることができる。
According to the fuel cell system of this embodiment described above, when the oxidant gas flows in the positive direction, the gas is introduced from the
また、この実施形態では、コントローラ30が各シャットバルブSV2,SV3及び各三方弁TV1,TV2を制御するので、燃料電池1に対する酸化剤ガスの供給と酸化剤ガス流れの反転が自動に行われる。このため、燃料電池1におけるフラッディングの発生防止と酸化剤ガスの利用効率向上とを無人で達成することができる。
In this embodiment, since the
[第3実施形態]
次に、この発明の燃料電池システムを具体化した第3実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment in which the fuel cell system of the present invention is embodied will be described in detail with reference to the drawings.
図7に示すように、この実施形態では、第1三方弁TV1が第1ポート11に直結して設けられ、第2三方弁TV2が第2ポート12に直結して設けられる点で第1実施形態と構成が異なる。すなわち、第1三方弁TV1の第2切替ポート21bが第1ポート11に直接的に接続され、第2三方弁TV2の第2切替ポート24bが第2ポート12に直接的に接続される。
As shown in FIG. 7, in this embodiment, the first three-way valve TV1 is provided directly connected to the
従って、この実施形態では、第1実施形態の作用効果に加え、第1及び第2の三方弁TV1,TV2がそれぞれ第1ポート11、第2ポート12に直結して設けられるので、ガス流れが反転したときに、第1ポート11と第1三方弁TV1との間、第2ポート12と第2三方弁TV2との間に発電に使用されない酸化剤ガスが排出されることがない。このため、燃料電池1に供給される酸化剤ガスの流れを反転するときに発電に使用されない酸化剤ガスの排出を防止することができ、これによって酸化剤ガスの利用効率を向上させることができる。
Therefore, in this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the first and second three-way valves TV1 and TV2 are provided directly connected to the
尚、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be carried out as follows without departing from the spirit of the invention.
(1)前記各実施形態では、酸化剤ガスの流れの反転について説明したが、燃料ガスの流れの反転についても、前記各実施形態と同様の構成を採用することができる。 (1) In each of the above embodiments, the reversal of the flow of the oxidant gas has been described. However, the same configuration as that of each of the above embodiments can be employed for the reversal of the flow of the fuel gas.
(2)前記各実施形態では、第1ポート11に対するガスの導入及び導出を制御するために第1三方弁TV1を設け、第2ポート12に対するガスの導入及び導出を制御するために第2三方弁TV2を設けた。これに対し、第1ポートに対するガス導入を制御するための開閉弁、第1ポートに対するガス導出を制御するための開閉弁をそれぞれ設け、第2ポートに対するガス導入を制御するための開閉弁、第2ポートに対するガス導出を制御するための開閉弁をそれぞれ設けてもよい。
(2) In each of the above embodiments, the first three-way valve TV1 is provided to control the introduction and derivation of the gas to the
1 燃料電池
3 第1配管(第1ガス供給流路)
4 第2配管
8 電池内ガス通路
11 第1ポート
12 第2ポート
13 第3ポート
16 第1分岐流路(第1ガス供給流路、第1ガス排出流路)
17 下流側流路(第3ガス排出流路)
19 第2分岐流路(第2ガス供給流路、第2ガス排出流路)
20 排出ガス口
31 燃料ガス源
32 酸化剤ガス源
TV1 第1三方弁(第1開閉弁、第2開閉弁)
TV2 第2三方弁(第3開閉弁、第4開閉弁)
SV5 第5シャットバルブ(第5開閉弁)
1
4
17 Downstream channel (third gas discharge channel)
19 Second branch channel (second gas supply channel, second gas discharge channel)
20
SV5 5th shut-off valve (5th on-off valve)
Claims (3)
前記燃料電池に設けられた第2ポートと、
前記燃料電池内で前記第1ポートと前記第2ポートを接続するガス通路と、
前記燃料電池に設けられ前記ガス通路に接続された第3ポートと、
ガス源と前記第1ポートを連結する第1ガス供給流路と、
前記第1ガス供給流路を開閉する第1開閉弁と、
前記第1ポートと排出ガス口を連結する第1ガス排出流路と、
前記第1ガス排出流路を開閉する第2開閉弁と、
前記ガス源と前記第2ポートを連結する第2ガス供給流路と、
前記第2ガス供給流路を開閉する第3開閉弁と、
前記第2ポートと前記排出ガス口を連結する第2ガス排出流路と、
前記第2ガス排出流路を開閉する第4開閉弁と、
前記第3ポートと前記排出ガス口を連結する第3ガス排出流路と、
前記第3ガス排出流路を開閉する第5開閉弁と
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 A first port provided in the fuel cell;
A second port provided in the fuel cell;
A gas passage connecting the first port and the second port in the fuel cell;
A third port provided in the fuel cell and connected to the gas passage;
A first gas supply channel connecting the gas source and the first port;
A first on-off valve for opening and closing the first gas supply channel;
A first gas discharge passage connecting the first port and an exhaust gas port;
A second on-off valve for opening and closing the first gas discharge channel;
A second gas supply flow path connecting the gas source and the second port;
A third on-off valve for opening and closing the second gas supply channel;
A second gas exhaust passage connecting the second port and the exhaust gas port;
A fourth on-off valve for opening and closing the second gas discharge channel;
A third gas exhaust passage connecting the third port and the exhaust gas port;
A fuel cell system comprising a fifth on-off valve for opening and closing the third gas discharge channel.
前記第2ポートと前記第2ガス供給流路と前記第2ガス排出流路とに連結された前記第3開閉弁と前記第4開閉弁を兼ねる第2三方弁と
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 A first three-way valve that doubles as the first on-off valve and the second on-off valve connected to the first port, the first gas supply passage, and the first gas discharge passage;
The third on-off valve connected to the second port, the second gas supply passage, and the second gas discharge passage, and a second three-way valve that also serves as the fourth on-off valve. The fuel cell system according to claim 1.
前記燃料電池に前記ガスを前記第2ポートから導入し前記第1ポートからのみ導出する第2ガス流状態と、
前記燃料電池にガスを前記第1ポートから導入し前記第2ポートと前記第3ポートから導出する第3ガス流状態と、
前記燃料電池にガスを前記第1ポートと前記第2ポートから導入し前記第3ポートから導出する第4ガス流状態と、
前記燃料電池にガスを前記第2ポートから導入し前記第1ポートと前記第3ポートから導出する第5ガス流状態と
を備え、前記第1ガス流状態から前記第3ガス流状態、前記第4ガス流状態及び前記第5ガス流状態を経て前記第2ガス流状態に切り替えることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池システム。 A first gas flow state in which gas is introduced into the fuel cell from the first port and led out only from the second port;
A second gas flow state in which the gas is introduced into the fuel cell from the second port and led out only from the first port;
A third gas flow state in which gas is introduced into the fuel cell from the first port and led out from the second port and the third port;
A fourth gas flow state in which gas is introduced into the fuel cell from the first port and the second port and led out from the third port;
A fifth gas flow state in which gas is introduced into the fuel cell from the second port and is led out from the first port and the third port; from the first gas flow state to the third gas flow state; 3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is switched to the second gas flow state through the four gas flow state and the fifth gas flow state.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2004048277A JP2005243291A (en) | 2004-02-24 | 2004-02-24 | Fuel cell system |
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| JP2004048277A JP2005243291A (en) | 2004-02-24 | 2004-02-24 | Fuel cell system |
Publications (1)
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|---|---|
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| JP2004048277A Pending JP2005243291A (en) | 2004-02-24 | 2004-02-24 | Fuel cell system |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005243291A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010005294B4 (en) | 2009-01-26 | 2018-12-06 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) | A fuel cell system and method for purging water from a fuel cell stack at system shutdown |
-
2004
- 2004-02-24 JP JP2004048277A patent/JP2005243291A/en active Pending
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