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JP2003178782A - Hydrogen pump and fuel cell system using hydrogen pump - Google Patents

Hydrogen pump and fuel cell system using hydrogen pump

Info

Publication number
JP2003178782A
JP2003178782A JP2001378801A JP2001378801A JP2003178782A JP 2003178782 A JP2003178782 A JP 2003178782A JP 2001378801 A JP2001378801 A JP 2001378801A JP 2001378801 A JP2001378801 A JP 2001378801A JP 2003178782 A JP2003178782 A JP 2003178782A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrogen
gas
fuel cell
pump
cell system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2001378801A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuya Sugawara
竜也 菅原
Hiroshi Shimanuki
寛士 島貫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2001378801A priority Critical patent/JP2003178782A/en
Publication of JP2003178782A publication Critical patent/JP2003178782A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/50Hydropower in dwellings
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Compressor (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水素ポンプの凍結を防止し、始動性を確保す
る。 【解決手段】 燃料電池システムは、水素ガスと空気と
を供給されて発電を行う燃料電池1と、燃料電池1に水
素ガスを供給する水素ガス供給流路10と、燃料電池1
から排出される水素オフガスを水素ガス供給流路10に
戻す水素オフガス循環流路20と、水素オフガス循環流
路20に配置された水素ポンプ6と、水素ガス供給流路
10から水素ポンプ6に水素ガスを導入する掃気ガス導
入流路30とを備える。水素ポンプ6の吸込部64と吐
出部65に液体貯留部を設ける。燃料電池システム停止
時に掃気ガス導入弁31と排気弁22を開いて、掃気ガ
ス導入流路30を介して、燃料電池1を流通していない
水分含有量の低い水素ガスを水素ポンプ6のポンプ室に
導入し、ポンプ室を掃気する。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To prevent freezing of a hydrogen pump and secure startability. SOLUTION: The fuel cell system includes a fuel cell 1 that is supplied with hydrogen gas and air to generate power, a hydrogen gas supply channel 10 that supplies hydrogen gas to the fuel cell 1, a fuel cell 1
A hydrogen off-gas circulation channel 20 for returning the hydrogen off-gas discharged from the hydrogen gas to the hydrogen gas supply channel 10, a hydrogen pump 6 disposed in the hydrogen off-gas circulation channel 20, and hydrogen from the hydrogen gas supply channel 10 to the hydrogen pump 6. A scavenging gas introduction flow path 30 for introducing gas is provided. A liquid storage part is provided in the suction part 64 and the discharge part 65 of the hydrogen pump 6. When the fuel cell system is stopped, the scavenging gas introduction valve 31 and the exhaust valve 22 are opened, and hydrogen gas having a low water content and not flowing through the fuel cell 1 is supplied to the pump chamber of the hydrogen pump 6 through the scavenging gas introduction passage 30. And purge the pump chamber.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、水素を搬送する
ための水素ポンプと、この水素ポンプを用いた燃料電池
システムに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen pump for conveying hydrogen and a fuel cell system using this hydrogen pump.

【0002】[0002]

【従来の技術】水素ガスと酸化剤ガスを反応ガスとして
発電する燃料電池では発電に伴い水が生成されるので、
この生成水を燃料電池内から排出するために、水素ガス
および酸化剤ガスを発電に必要な消費量よりも多く供給
するようにしている。したがって、燃料電池から排出さ
れる水素ガス、すなわち水素オフガスには未反応の水素
ガスが含まれており、これをそのまま放出したのでは燃
費が悪化してしまう。そこで、燃費向上のため、この水
素オフガスを燃料ガスとして水素ポンプを用いて積極的
に循環させ、新鮮な水素ガスと混合して再度燃料電池に
供給する燃料電池システムが考案されている。
2. Description of the Related Art In a fuel cell that uses hydrogen gas and an oxidant gas as reaction gases to generate electricity, water is generated as electricity is generated.
In order to discharge this generated water from the inside of the fuel cell, hydrogen gas and oxidant gas are supplied in an amount larger than the consumption amount required for power generation. Therefore, unreacted hydrogen gas is contained in the hydrogen gas discharged from the fuel cell, that is, the hydrogen off-gas, and if this gas is released as it is, the fuel efficiency deteriorates. Therefore, in order to improve fuel economy, a fuel cell system has been devised in which this hydrogen off-gas is positively circulated as a fuel gas by using a hydrogen pump, mixed with fresh hydrogen gas and supplied again to the fuel cell.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
如く前記燃料電池では発電に伴い水が生成され、この生
成水が水素オフガスとともに排出されるため、前述した
水素オフガス循環型の燃料電池システムにおいては、水
素オフガスとともに生成水も水素ポンプに導入されるこ
ととなる。このため、燃料電池の運転停止後に燃料電池
システムを低温雰囲気中に放置すると、水素ポンプ内に
残留した水が凍結してしまい、この凍結した状態で燃料
電池を再始動すると、水素ポンプのインペラが破損した
り、水素ポンプを駆動するモータに異常電流が流れるな
どの問題が生じる。
However, as described above, in the fuel cell, water is generated with power generation as described above, and the generated water is discharged together with the hydrogen off gas. Therefore, in the fuel cell system of the hydrogen off gas circulation type described above, The produced water is also introduced into the hydrogen pump together with the hydrogen off gas. Therefore, if the fuel cell system is left in a low temperature atmosphere after the operation of the fuel cell is stopped, the water remaining in the hydrogen pump freezes, and if the fuel cell is restarted in this frozen state, the impeller of the hydrogen pump will Problems such as damage and abnormal current flowing to the motor that drives the hydrogen pump occur.

【0004】また、前記生成水が水素ポンプに直接導入
されない場合であっても、水素オフガスは湿度が高く、
前述した水素オフガス循環型の燃料電池システムにおい
ては高湿度の水素オフガスが水素ポンプに導入されるこ
ととなり、燃料電池の運転停止後に燃料電池システムを
低温雰囲気中に放置すると、水素ポンプ内に残留した水
素オフガス中の水分が凝縮して凍結し、前記同様の問題
が生じる虞もある。そこで、この発明は、水素ポンプ内
における凍結を防止して水素ポンプの始動性を確保する
とともに、これを可能にする水素オフガス循環型の燃料
電池システムを提供するものである。
Even when the produced water is not directly introduced into the hydrogen pump, the hydrogen off gas has high humidity,
In the above-mentioned hydrogen off-gas circulation type fuel cell system, high-humidity hydrogen off-gas is introduced into the hydrogen pump, and if the fuel cell system is left in a low temperature atmosphere after the operation of the fuel cell is stopped, it remains in the hydrogen pump. Moisture in the hydrogen off-gas may condense and freeze, causing the same problem as described above. Therefore, the present invention provides a hydrogen off-gas circulation type fuel cell system that prevents freezing in the hydrogen pump to ensure the startability of the hydrogen pump and makes this possible.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に記載した発明は、水素ガスを吸い込んで
吐出する水素ポンプ(例えば、後述する実施の形態にお
ける水素ポンプ6)であって、その吸込部(例えば、後
述する実施の形態における吸込部64)と吐出部(例え
ば、後述する実施の形態における吐出部65)の少なく
ともいずれか一方に液体貯留部(例えば、後述する実施
の形態における液体貯留部64a,65a)を設けると
ともに、運転時に流れる水素ガスよりも水分含有量の低
い水素ガスを運転停止時に可動部(例えば、後述する実
施の形態におけるポンプ室62)に流すことが可能な水
素ポンプである。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in claim 1 is a hydrogen pump for sucking in and discharging hydrogen gas (for example, a hydrogen pump 6 in an embodiment described later). Then, at least one of the suction portion (for example, the suction portion 64 in the embodiment described later) and the discharge portion (for example, the discharge portion 65 in the embodiment described later) has a liquid storage portion (for example, the suction portion 64 in the embodiment described later). Liquid storage parts 64a, 65a) in the embodiment are provided, and hydrogen gas having a lower water content than hydrogen gas flowing during operation can be flowed to the movable part (for example, pump chamber 62 in the embodiment described later) when operation is stopped. It is a possible hydrogen pump.

【0006】このように構成することにより、吸込部か
ら水素ガスとともに液水が流入しても、この液水を吸込
部の液体貯留部もしくは吐出部の液体貯留部で除去する
ことが可能になる。したがって、水素ポンプの可動部内
に液水が溜まらなくすることが可能になる。特に、吐出
部に液体貯留部を設けた場合には、水素ポンプの運転中
に前記可動部においてガスが圧縮される際に生じる凝縮
水をも除去することが可能となる。また、水素ポンプの
停止時に、可動部に水分含有量の低い水素ガスを流して
可動部を掃気し、可動部を湿度の低い雰囲気にすること
が可能になる。なお、液体貯留部は、吸込部だけに設け
てもよいし、吐出部だけに設けてもよいし、吸込部と吐
出部の両方に設けてもよい。
With this configuration, even if liquid water flows from the suction part together with hydrogen gas, the liquid water can be removed by the liquid storage part of the suction part or the liquid storage part of the discharge part. . Therefore, it becomes possible to prevent liquid water from accumulating in the movable part of the hydrogen pump. In particular, when the liquid storage part is provided in the discharge part, it becomes possible to remove the condensed water generated when the gas is compressed in the movable part during the operation of the hydrogen pump. Further, when the hydrogen pump is stopped, hydrogen gas having a low water content is caused to flow through the movable part to scavenge the movable part, thereby making the movable part an atmosphere with low humidity. The liquid storage part may be provided only in the suction part, only in the discharge part, or in both the suction part and the discharge part.

【0007】請求項2に記載した発明は、請求項1に記
載の発明において、燃料電池システムに用いられ、前記
水分含有量の低い水素ガスは、燃料電池を流通していな
い水素ガスであることを特徴とする水素ポンプ。このよ
うに構成することにより、燃料電池を流通していない水
素ガスは湿度が低いので、燃料電池システムにおける水
素ポンプの凍結を防止し、始動性を確保することが可能
になる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the hydrogen gas having a low water content used in the fuel cell system is a hydrogen gas that does not flow through the fuel cell. A hydrogen pump characterized by. With this configuration, the hydrogen gas that does not flow through the fuel cell has a low humidity, so that it is possible to prevent the hydrogen pump in the fuel cell system from freezing and ensure startability.

【0008】請求項3に記載した発明は、水素ガスと酸
化剤ガスとを供給されて発電を行う燃料電池(例えば、
後述する実施の形態における燃料電池1)と、前記燃料
電池に水素ガスを供給する水素ガス供給流路(例えば、
後述する実施の形態における水素ガス供給流路10)
と、前記燃料電池から排出される水素オフガスを前記水
素ガス供給流路に戻す水素オフガス循環流路(例えば、
後述する実施の形態における水素オフガス循環流路2
0)と、前記水素ガス供給流路と前記水素オフガス循環
流路のいずれかに配置されて水素ガスを吸い込んで吐出
する水素ポンプであり、運転時に流れる水素ガスよりも
水分含有量の低い水素ガスを運転停止時に可動部に流す
ことが可能な水素ポンプ(例えば、後述する実施の形態
における水素ポンプ6)と、を備えたことを特徴とする
燃料電池システムである。このように構成することによ
り、燃料燃料電池システムの運転停止時に水素ポンプの
可動部に水分含有量の少ない水素ガスを導入して、水素
ポンプの可動部を低湿度の雰囲気にすることが可能にな
る。
According to the third aspect of the present invention, a fuel cell (for example, a fuel cell) which is supplied with hydrogen gas and oxidant gas to generate electric power (for example,
A fuel cell 1) according to an embodiment described later, and a hydrogen gas supply channel (for example, a hydrogen gas supply channel for supplying hydrogen gas to the fuel cell)
Hydrogen gas supply channel 10 in an embodiment described later)
And a hydrogen off-gas circulation channel that returns hydrogen off-gas discharged from the fuel cell to the hydrogen gas supply channel (for example,
Hydrogen off-gas circulation channel 2 in an embodiment described later
0), a hydrogen pump which is arranged in any of the hydrogen gas supply flow path and the hydrogen off-gas circulation flow path to suck in and discharge the hydrogen gas, the hydrogen gas having a lower water content than the hydrogen gas flowing during operation. A fuel cell system comprising: a hydrogen pump (for example, a hydrogen pump 6 in an embodiment described later) that can flow to a movable part when the operation is stopped. With this configuration, it is possible to introduce hydrogen gas having a low water content into the moving part of the hydrogen pump when the fuel-fuel cell system is stopped, and to make the moving part of the hydrogen pump have a low-humidity atmosphere. Become.

【0009】請求項4に記載した発明は、水素ガスと酸
化剤ガスとを供給されて発電を行う燃料電池(例えば、
後述する実施の形態における燃料電池1)と、前記燃料
電池に水素ガスを供給する水素ガス供給流路(例えば、
後述する実施の形態における水素ガス供給流路10)
と、前記燃料電池から排出される水素オフガスを前記水
素ガス供給流路に戻す水素オフガス循環流路(例えば、
後述する実施の形態における水素オフガス循環流路2
0)と、前記水素ガス供給流路と前記水素オフガス循環
流路のいずれかに配置された請求項2記載の水素ポンプ
(例えば、後述する実施の形態における水素ポンプ6)
と、を備えたことを特徴とする燃料電池システムであ
る。このように構成することにより、燃料電池システム
の運転中、水素ポンプの可動部に液水が溜まらなくする
ことが可能になるとともに、燃料燃料電池システムの運
転停止時に水素ポンプの可動部に水分含有量の少ない水
素ガスを導入して、水素ポンプの可動部を低湿度の雰囲
気にすることが可能になる。
According to a fourth aspect of the invention, a fuel cell (for example, a hydrogen gas and an oxidant gas are supplied to generate power) (for example,
A fuel cell 1) according to an embodiment described later, and a hydrogen gas supply channel (for example, a hydrogen gas supply channel for supplying hydrogen gas to the fuel cell)
Hydrogen gas supply channel 10 in an embodiment described later)
And a hydrogen off-gas circulation channel that returns hydrogen off-gas discharged from the fuel cell to the hydrogen gas supply channel (for example,
Hydrogen off-gas circulation channel 2 in an embodiment described later
0), and the hydrogen pump according to claim 2 disposed in any one of the hydrogen gas supply passage and the hydrogen off-gas circulation passage (for example, the hydrogen pump 6 in the embodiment described later).
And a fuel cell system. With this configuration, it is possible to prevent liquid water from accumulating in the moving part of the hydrogen pump during operation of the fuel cell system, and to prevent water content in the moving part of the hydrogen pump when the fuel fuel cell system is stopped. By introducing a small amount of hydrogen gas, it becomes possible to make the moving part of the hydrogen pump an atmosphere of low humidity.

【0010】請求項5に記載した発明は、請求項3また
は請求項4に記載の発明において、前記水素オフガス循
環流路を流れるガスを排出可能にする排気手段(例え
ば、後述する実施の形態における排気弁22、排気流路
23)と、前記水素ガス供給流路を流れる水素ガスを前
記水素ポンプの可動部に導入可能にする掃気ガス導入手
段(例えば、後述する実施の形態における掃気ガス導入
流路30、掃気ガス導入弁31)と、前記燃料電池を停
止させる際に、前記排気手段と前記掃気ガス導入手段を
制御して前記水素ポンプ内を掃気する掃気制御手段と、
を備えることを特徴とする。このように構成することに
より、水素ポンプの停止後に前記排気手段と前記掃気ガ
ス導入手段を制御して、燃料電池に流通していない湿度
の低い水素ガスを水素ガス供給流路から水素ポンプの可
動部に導入し、水素ポンプの可動部を掃気して可動部内
を湿度の低い水素ガスで封止することが可能になる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to the third or fourth aspect, an exhaust means for discharging the gas flowing through the hydrogen off gas circulation passage (for example, in an embodiment described later). Exhaust valve 22, exhaust flow path 23) and scavenging gas introduction means (for example, scavenging gas introduction flow in an embodiment described later) that can introduce hydrogen gas flowing through the hydrogen gas supply flow path into a movable part of the hydrogen pump. A passage 30, a scavenging gas introduction valve 31), and scavenging control means for scavenging the inside of the hydrogen pump by controlling the exhaust means and the scavenging gas introduction means when stopping the fuel cell.
It is characterized by including. With this configuration, after the hydrogen pump is stopped, the exhaust unit and the scavenging gas introduction unit are controlled so that the hydrogen gas with low humidity that does not flow to the fuel cell can be moved from the hydrogen gas supply channel to the hydrogen pump. It is possible to introduce the gas into the section and scavenging the movable section of the hydrogen pump to seal the inside of the movable section with hydrogen gas having low humidity.

【0011】請求項6に記載した発明は、請求項5に記
載の発明において、前記水素ポンプの上流および下流に
配置され該水素ポンプへのガスの出入りを遮断可能な遮
断弁(例えば、後述する実施の形態における入口遮断弁
25,出口遮断弁26)と、前記水素ポンプの掃気完了
後に前記遮断弁を閉ざす密閉制御手段と、を備えること
を特徴とする。このように構成することにより、水素ポ
ンプの掃気完了後に前記遮断弁を閉じて水素ポンプへの
ガスの出入りを遮断することが可能になり、燃料電池シ
ステムの停止中に燃料電池の保有水等が水素ポンプの可
動部に侵入するのを阻止することが可能になる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to the fifth aspect, a shutoff valve is provided upstream and downstream of the hydrogen pump and capable of shutting off gas flow in and out of the hydrogen pump (for example, described later. The present invention is characterized by including an inlet shutoff valve 25 and an outlet shutoff valve 26) in the embodiment, and a sealing control means for closing the shutoff valve after completion of scavenging of the hydrogen pump. With this configuration, it is possible to close the shutoff valve after the completion of the scavenging of the hydrogen pump to shut off the flow of gas into and out of the hydrogen pump, and the water held by the fuel cell, etc., while the fuel cell system is stopped. It is possible to prevent the hydrogen pump from entering the moving part.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る水素ポンプ
および水素ポンプを用いた燃料電池システムの実施の形
態を図1から図15の図面を参照して説明する。 〔第1の実施の形態〕初めに、この発明の第1の実施の
形態を図1から図4の図面を参照して説明する。図1
は、第1の実施の形態における燃料電池システムの概略
構成図である。燃料電池1は、例えば固体ポリマーイオ
ン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカ
ソードとで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積
層して構成されたスタックからなり、アノードに燃料ガ
スとして水素ガスを供給し、カソードに酸化剤ガスとし
て酸素を含む空気を供給すると、アノードで触媒反応に
より発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過
してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学
反応を起こして発電し、水が生成される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a hydrogen pump and a fuel cell system using the hydrogen pump according to the present invention will be described below with reference to the drawings of FIGS. 1 to 15. [First Embodiment] First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS. Figure 1
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment. The fuel cell 1 comprises a stack composed of a plurality of cells formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane, such as a solid polymer ion exchange membrane, between an anode and a cathode from both sides. When hydrogen gas is supplied and air containing oxygen as an oxidant gas is supplied to the cathode, hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode move to the cathode through the solid polymer electrolyte membrane and become oxygen at the cathode. Electrochemical reaction causes electricity to generate water.

【0013】空気はコンプレッサ2により所定圧力に昇
圧され、燃料電池1のカソードに供給される。この空気
は発電に供された後、燃料電池1から空気オフガスとし
て排出され、圧力制御弁3を介して排出される。一方、
高圧水素タンク4から供給される水素ガスは、水素ガス
供給流路10の途中に設けられた圧力制御弁5によって
所定圧力に減圧されて燃料電池1のアノードに供給され
る。燃料電池1に供給された水素ガスは発電に供された
後、燃料電池1から水素オフガスとして水素オフガス循
環流路20に排出される。水素オフガス循環流路20
は、圧力制御弁5よりも下流の水素ガス供給流路10に
接続されており、水素オフガス循環流路20の途中には
水素ポンプ6と逆止弁21が設けられている。燃料電池
1から排出された水素オフガスは、水素ポンプ6で昇圧
され、逆止弁21を通って水素ガス供給流路10に合流
するようになっており、これにより、水素オフガスは、
高圧水素タンク4から供給される新鮮な水素ガスと混合
されて、再び燃料電池1のアノードに供給されるように
なっている。
Air is pressurized to a predetermined pressure by the compressor 2 and supplied to the cathode of the fuel cell 1. After this air is used for power generation, it is discharged from the fuel cell 1 as air off gas and discharged via the pressure control valve 3. on the other hand,
The hydrogen gas supplied from the high-pressure hydrogen tank 4 is depressurized to a predetermined pressure by a pressure control valve 5 provided in the hydrogen gas supply passage 10 and supplied to the anode of the fuel cell 1. The hydrogen gas supplied to the fuel cell 1 is used for power generation, and then discharged from the fuel cell 1 to the hydrogen off gas circulation flow path 20 as hydrogen off gas. Hydrogen off-gas circulation channel 20
Is connected to a hydrogen gas supply passage 10 downstream of the pressure control valve 5, and a hydrogen pump 6 and a check valve 21 are provided in the middle of the hydrogen off-gas circulation passage 20. The hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 1 is pressurized by the hydrogen pump 6 and merges with the hydrogen gas supply passage 10 through the check valve 21. As a result, the hydrogen off-gas is
It is mixed with fresh hydrogen gas supplied from the high-pressure hydrogen tank 4 and supplied again to the anode of the fuel cell 1.

【0014】水素ポンプ6について、図2および図3を
参照して説明する。図2は、水素ポンプ6を正面側から
見た縦断面図、図3は図2のIII−III矢視断面図であ
る。水素ポンプ6は例えばいわゆるウエスコ型ポンプで
あり、ポンプケーシング61のポンプ室(可動部)62
の内部で、モータによって駆動されるインペラ63が回
転し、水素オフガスを昇圧し送出する。ポンプケーシン
グ61の下端部には、水素オフガスをポンプ室62内に
導入する吸込部64と、ポンプ室62内で昇圧された水
素オフガスを送り出す吐出部65が設けられており、吸
込部64および吐出部65はそれぞれ液体貯留部64
a、65aを備えている。この吸込部64および吐出部
65に水素オフガス循環流路20が接続されている。
The hydrogen pump 6 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. 2 is a vertical sectional view of the hydrogen pump 6 as seen from the front side, and FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III of FIG. The hydrogen pump 6 is, for example, a so-called Wesco type pump, and includes a pump chamber (movable part) 62 of the pump casing 61.
Inside, the impeller 63 driven by the motor rotates to increase the pressure of the hydrogen off gas and deliver it. At the lower end of the pump casing 61, there are provided a suction part 64 for introducing hydrogen off-gas into the pump chamber 62 and a discharge part 65 for discharging the hydrogen off-gas pressurized in the pump chamber 62. The parts 65 are the liquid storage parts 64, respectively.
a and 65a. The hydrogen off-gas circulation channel 20 is connected to the suction section 64 and the discharge section 65.

【0015】また、ポンプケーシング61の上端部に
は、後述するポンプ掃気時に水素ガスをポンプ室62内
に導入する掃気ガス導入部66が設けられている。図1
に示すように、掃気ガス導入部66は、途中に掃気ガス
導入弁31を備えた掃気ガス導入流路30を介して、水
素ガス供給流路10に接続されている。水素ガス供給流
路10において、掃気ガス導入流路30への分岐部A
は、圧力制御弁5よりも下流に位置し、且つ、水素オフ
ガス循環流路20との合流部Bよりも上流に位置してい
る。また、水素ポンプ6よりも上流側の水素オフガス循
環流路20には、排気弁22を備えた排気流路23が接
続されている。掃気ガス導入弁31と排気弁22は制御
装置(以下、ECUと略す)50によってそれぞれ開閉
制御されるようになっている。なお、第1の実施の形態
において、排気弁22と排気流路23は排気手段を構成
し、掃気ガス導入流路30と掃気ガス導入弁31は掃気
ガス導入手段を構成する。
A scavenging gas introducing portion 66 for introducing hydrogen gas into the pump chamber 62 at the time of pump scavenging, which will be described later, is provided at the upper end of the pump casing 61. Figure 1
As shown in, the scavenging gas introduction unit 66 is connected to the hydrogen gas supply passage 10 via a scavenging gas introduction passage 30 provided with a scavenging gas introduction valve 31 on the way. In the hydrogen gas supply passage 10, a branch portion A to the scavenging gas introduction passage 30
Is located downstream of the pressure control valve 5 and upstream of the junction B with the hydrogen off-gas circulation flow path 20. Further, an exhaust flow path 23 including an exhaust valve 22 is connected to the hydrogen off-gas circulation flow path 20 on the upstream side of the hydrogen pump 6. The scavenging gas introduction valve 31 and the exhaust valve 22 are controlled to be opened and closed by a control device (hereinafter abbreviated as ECU) 50. In the first embodiment, the exhaust valve 22 and the exhaust flow path 23 form an exhaust means, and the scavenging gas introduction flow path 30 and the scavenging gas introduction valve 31 form a scavenging gas introduction means.

【0016】この燃料電池システムにおいて、燃料電池
1で発電を行っている時に燃料電池1から排出される水
素オフガスは湿度が極めて高く、発電に伴って燃料電池
1内で生じた生成水が混在する場合もある。しかしなが
ら、この燃料電池システムにおいては、水素ポンプ6の
吸込部64に液体貯留部64aが設けられているので、
水素オフガス中に含まれる液水の殆どが吸込部64を通
過する時に液体貯留部64aに落水し、除去されるの
で、水素ポンプ6のポンプ室62内には殆ど液水の存在
しない水素オフガスが導入されることとなる。
In this fuel cell system, the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 1 during the power generation by the fuel cell 1 has extremely high humidity, and the water produced in the fuel cell 1 due to the power generation is mixed. In some cases. However, in this fuel cell system, since the suction part 64 of the hydrogen pump 6 is provided with the liquid storage part 64a,
Most of the liquid water contained in the hydrogen off-gas falls into the liquid storage part 64a and is removed when passing through the suction part 64, so that the hydrogen off-gas containing almost no liquid water in the pump chamber 62 of the hydrogen pump 6. Will be introduced.

【0017】また、吸込部64の液体貯留部64aに落
水することなくポンプ室62内導入された僅かな液水
や、ポンプ室62内において吐出部65へ送られる間に
水素オフガスが圧縮されて生じた凝縮水は、水素ポンプ
6の吐出部65を通過する際に、吐出部65に設けられ
た液体貯留部65aに落水し、除去される。したがっ
て、燃料電池システムの運転中においてはポンプ室62
内に液水が殆ど存在せず、この後、燃料電池システムの
停止により水素ポンプ6を停止させた時にも、ポンプ室
62内に液水が存在しない状態にすることができるの
で、燃料電池システムの停止後にこのシステムを低温雰
囲気中に放置しても、水素ポンプ6の凍結を防止するこ
とができる。その結果、燃料電池システムの運転再開時
における水素ポンプ6の始動性を確保することができる
とともに、水素ポンプ6の耐久性を向上させることがで
きる。
In addition, a slight amount of liquid water introduced into the pump chamber 62 without falling into the liquid storage portion 64a of the suction portion 64 or hydrogen off gas is compressed while being sent to the discharge portion 65 in the pump chamber 62. When the condensed water thus generated passes through the discharge part 65 of the hydrogen pump 6, the condensed water falls into the liquid storage part 65 a provided in the discharge part 65 and is removed. Therefore, during operation of the fuel cell system, the pump chamber 62
Since there is almost no liquid water in the fuel cell system, even if the hydrogen pump 6 is stopped by stopping the fuel cell system thereafter, it is possible to make the liquid chamber not exist in the pump chamber 62. Even if the system is left in a low-temperature atmosphere after the stop of step 1, the hydrogen pump 6 can be prevented from freezing. As a result, it is possible to secure the startability of the hydrogen pump 6 when the operation of the fuel cell system is restarted, and it is possible to improve the durability of the hydrogen pump 6.

【0018】このように、この燃料電池システムでは、
吸込部64および吐出部65に液体貯留部64a,65
aを備えた水素ポンプ6を用いているので、水素ポンプ
6の凍結を防止することができるのであるが、燃料電池
システムの停止時に水素ポンプ6内に湿度の高い水素オ
フガスを残留させたままにしておくと、ポンプ室62内
に残留した水素オフガス中の水分が低温雰囲気下におい
て凝縮し、その凝縮水が凍結して水素ポンプ6を凍結さ
せる虞がある。
Thus, in this fuel cell system,
The liquid storage parts 64a, 65 are provided in the suction part 64 and the discharge part 65
Since the hydrogen pump 6 provided with a is used, it is possible to prevent the hydrogen pump 6 from freezing. However, when the fuel cell system is stopped, the high-humidity hydrogen off-gas remains in the hydrogen pump 6. If so, the water in the hydrogen off-gas remaining in the pump chamber 62 may be condensed in a low temperature atmosphere, and the condensed water may be frozen to freeze the hydrogen pump 6.

【0019】そこで、この燃料電池システムにおいて
は、システムのシャットダウン時に、水素ポンプ6を停
止させた状態で、掃気ガス導入弁31と排気弁22を開
くことによって、燃料電池1に流通させる前の水素ガス
供給流路10を流れる乾いた(低湿度の)水素ガスを水
素ポンプ6のポンプ室62内に導入し、ポンプ室62内
に残留する湿度の高い水素オフガスを乾いた水素ガスで
押し出して掃気し、ポンプ室62内を乾いた水素ガスで
置換するようにしている。このようにすると、停止後に
燃料電池システムを低温雰囲気中に放置した場合にも、
水素ポンプ6の凍結をより確実に防止することができ、
燃料電池システムの運転再開時における水素ポンプ6の
始動性を確実に確保することができるとともに、水素ポ
ンプ6の耐久性をさらに向上させることができる。
Therefore, in this fuel cell system, when the hydrogen pump 6 is stopped when the system is shut down, the scavenging gas introduction valve 31 and the exhaust valve 22 are opened so that the hydrogen before flowing into the fuel cell 1 can be obtained. The dry (low humidity) hydrogen gas flowing through the gas supply flow path 10 is introduced into the pump chamber 62 of the hydrogen pump 6, and the high-humidity hydrogen off-gas remaining in the pump chamber 62 is pushed out by the dry hydrogen gas and scavenged. However, the inside of the pump chamber 62 is replaced with dry hydrogen gas. In this way, even if the fuel cell system is left in a low temperature atmosphere after stopping,
The freezing of the hydrogen pump 6 can be prevented more reliably,
The startability of the hydrogen pump 6 when the operation of the fuel cell system is restarted can be reliably ensured, and the durability of the hydrogen pump 6 can be further improved.

【0020】次に、第1の実施の形態における燃料電池
システムの掃気処理制御を図4のフローチャートに従っ
て説明する。燃料電池システムのシステムシャットダウ
ン開始により水素ポンプ6が停止し(ステップS10
1)、システム水素パージ開始指令が出る(ステップS
102)。このシステム水素パージ開始指令により、掃
気ガス導入弁31と排気弁22を開く(ステップS10
3)。これにより、高圧水素タンク1から供給される乾
いた水素ガスの一部が、圧力制御弁5の下流の分岐部A
から、掃気ガス導入流路30および掃気ガス導入弁31
を通り、水素ポンプ6の掃気ガス導入部66を介してポ
ンプ室62内に導入される。ポンプ室62内に導入され
た乾いた水素ガスは、ポンプ室62の内面と停止中のイ
ンペラ61の間を通って吸込部64へと流れていき、ポ
ンプ室62内に残留している水素オフガスを押し出し、
吸込部64から水素オフガス循環流路20に排出され、
さらに、排気流路23および排気弁22を通って系外に
排出される。
Next, the scavenging process control of the fuel cell system according to the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The hydrogen pump 6 is stopped when the system shutdown of the fuel cell system is started (step S10).
1), a system hydrogen purge start command is issued (step S
102). By this system hydrogen purge start command, the scavenging gas introduction valve 31 and the exhaust valve 22 are opened (step S10).
3). As a result, a part of the dry hydrogen gas supplied from the high-pressure hydrogen tank 1 is partially separated from the branch portion A downstream of the pressure control valve 5.
From the scavenging gas introduction passage 30 and the scavenging gas introduction valve 31.
And is introduced into the pump chamber 62 through the scavenging gas introduction part 66 of the hydrogen pump 6. The dry hydrogen gas introduced into the pump chamber 62 flows through the space between the inner surface of the pump chamber 62 and the stopped impeller 61 to the suction portion 64, and the hydrogen off-gas remaining in the pump chamber 62. Extrude,
Is discharged from the suction section 64 to the hydrogen off-gas circulation flow path 20,
Further, it is discharged to the outside of the system through the exhaust passage 23 and the exhaust valve 22.

【0021】また、これと同時に、高圧水素タンク1か
ら供給される乾いた水素ガスの残りが、燃料電池システ
ム運転時と同じ流路を通って燃料電池1のアノードに供
給され、燃料電池1のアノードに残留する水素オフガス
を押し出して、燃料電池1から排出され、水素オフガス
循環流路20を通り、さらに、排気流路23および排気
弁22を通って系外に排出される。なお、図1におい
て、太い実線の矢印は燃料電池1の運転時における水素
ガスの流れ方向を示したものであり、掃気処理の際のガ
スの流れ方向を示したものではない。
At the same time, the rest of the dry hydrogen gas supplied from the high-pressure hydrogen tank 1 is supplied to the anode of the fuel cell 1 through the same flow path as when the fuel cell system is operating, and The hydrogen off-gas remaining in the anode is pushed out, discharged from the fuel cell 1, passed through the hydrogen off-gas circulation flow path 20, further discharged through the exhaust flow path 23 and the exhaust valve 22 to the outside of the system. In addition, in FIG. 1, thick solid arrows indicate the flow direction of hydrogen gas during the operation of the fuel cell 1, and do not indicate the flow direction of gas during the scavenging process.

【0022】次に、ステップS104に進み、システム
パージ開始指令が出てから所定時間が経過したか否か判
定し、判定結果が「NO」(未経過)である場合は、掃
気ガス導入弁31と排気弁22を開状態に保持して、ス
テップS104に戻る。ステップS104における判定
結果が「YES」(所定時間経過)である場合は、ステ
ップS105に進み、掃気ガス導入弁31と排気弁22
を閉じて、本ルーチンの実行を終了する。
Next, in step S104, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the system purge start command was issued. If the result of the determination is "NO" (not elapsed), the scavenging gas introduction valve 31 Then, the exhaust valve 22 is held open, and the process returns to step S104. If the determination result in step S104 is “YES” (elapse of a predetermined time), the process proceeds to step S105, and the scavenging gas introduction valve 31 and the exhaust valve 22 are performed.
To close the execution of this routine.

【0023】このように、第1の実施の形態において、
ステップS101からステップS105のステップは、
掃気制御手段を実現する。なお、この第1の実施の形態
において、水素ガス供給流路10と水素オフガス循環流
路20との合流部Bに、水素ポンプ6で昇圧した水素オ
フガスを吸い込んで水素ガスと混合させるエゼクタを配
置することも可能である。
As described above, in the first embodiment,
The steps from step S101 to step S105 are
Realize scavenging control means. In the first embodiment, an ejector that sucks the hydrogen off gas boosted by the hydrogen pump 6 and mixes it with the hydrogen gas is provided at the confluence B of the hydrogen gas supply channel 10 and the hydrogen off gas circulation channel 20. It is also possible to do so.

【0024】〔第2の実施の形態〕次に、この発明に係
る水素ポンプと燃料電池システムの第2の実施の形態を
図5および図6の図面を参照して説明する。図5は、第
2の実施の形態における燃料電池システムの概略構成図
である。第2の実施の形態における燃料電池システムが
第1の実施の形態(図1態様)のものと相違する点は、
水素ポンプ6よりも上流側の水素オフガス循環流路20
に、水素オフガス循環流路20を流れるガスの露点を検
出する露点計24が配置されている点だけであり、その
他の構成については水素ポンプ6を含めて第1の実施の
形態のものと同じであるので、同一態様部分に同一符号
を付して説明を省略する。なお、露点計24は、検出し
たガスの露点の大きさに応じた出力信号をECU50に
出力する。
Second Embodiment Next, a second embodiment of the hydrogen pump and the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS. 5 and 6. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the fuel cell system according to the second embodiment. The fuel cell system according to the second embodiment differs from that of the first embodiment (FIG. 1) in that
Hydrogen off-gas circulation flow path 20 upstream of the hydrogen pump 6
In addition, a dew point meter 24 for detecting the dew point of the gas flowing through the hydrogen off-gas circulation flow path 20 is provided, and other configurations are the same as those of the first embodiment including the hydrogen pump 6. Therefore, the same reference numerals are given to the same aspect parts and the description thereof will be omitted. The dew point meter 24 outputs an output signal to the ECU 50 according to the detected dew point of the gas.

【0025】この第2の実施の形態では、掃気処理の実
行中に、水素ポンプ6の吸込部64から排出されるガス
の露点(換言すれば、ガスの乾き度)を検出し、検出さ
れたガスの露点が所定値以下になったら掃気処理を終了
するようにしている。図6は、第2の実施の形態におけ
る燃料電池システムにおける掃気処理制御のフローチャ
ートであり、第1の実施の形態における掃気処理と相違
する点は、ステップS104だけである。このステップ
S104において、水素ポンプ6の吸込部64から排出
されるガスの露点が所定値以下か否か判定する。
In the second embodiment, the dew point of the gas discharged from the suction section 64 of the hydrogen pump 6 (in other words, the dryness of the gas) is detected and detected during execution of the scavenging process. The scavenging process is terminated when the dew point of the gas becomes equal to or lower than a predetermined value. FIG. 6 is a flowchart of scavenging process control in the fuel cell system according to the second embodiment, and the only difference from the scavenging process according to the first embodiment is step S104. In this step S104, it is determined whether or not the dew point of the gas discharged from the suction section 64 of the hydrogen pump 6 is below a predetermined value.

【0026】ステップS104における判定結果が「N
O」(所定値を越えている)である場合は、掃気ガス導
入弁31と排気弁22を開状態に保持して、ステップS
104に戻る。ステップS104における判定結果が
「YES」(所定値以下)である場合は、ステップS1
05に進み、掃気ガス導入弁31と排気弁22を閉じ
て、本ルーチンの実行を終了する。この第2の実施の形
態の燃料電池システムによれば、水素ポンプ6のポンプ
室62内の雰囲気を確実に所定の乾き度以下にすること
ができる。したがって、水素ポンプ6の凍結をさらに確
実に防ぐことができ、燃料電池システムを確実に運転再
開することができる。
The determination result in step S104 is "N.
If it is "O" (exceeds a predetermined value), the scavenging gas introduction valve 31 and the exhaust valve 22 are held open, and step S
Return to 104. If the determination result in step S104 is "YES" (less than or equal to a predetermined value), step S1
In step 05, the scavenging gas introduction valve 31 and the exhaust valve 22 are closed, and the execution of this routine ends. According to the fuel cell system of the second embodiment, the atmosphere inside the pump chamber 62 of the hydrogen pump 6 can be surely made to be equal to or lower than the predetermined dryness. Therefore, the hydrogen pump 6 can be more reliably prevented from freezing, and the fuel cell system can be reliably restarted.

【0027】〔第3の実施の形態〕次に、この発明に係
る水素ポンプと燃料電池システムの第3の実施の形態を
図7の図面を参照して説明する。図7は、第3の実施の
形態における燃料電池システムの概略構成図である。第
3の実施の形態の燃料電池システムが第1の実施の形態
(図1態様)のものと相違する点は以下の通りである。
第3の実施の形態における水素ポンプ6には、掃気ガス
導入部66が設けられておらず、第3の実施の形態にお
ける燃料電池システムでは、掃気ガス導入流路30が設
けられていない。そして、水素オフガス循環流路20
に、逆止弁21の代わりとして、ECU50で開閉制御
される掃気ガス導入弁31が設けられている。この第3
の実施の形態の場合、掃気ガス導入手段は掃気ガス導入
弁31によって構成されている。
[Third Embodiment] Next, a third embodiment of the hydrogen pump and the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the drawing of FIG. FIG. 7 is a schematic configuration diagram of the fuel cell system according to the third embodiment. The fuel cell system of the third embodiment is different from that of the first embodiment (aspect of FIG. 1) in the following points.
The hydrogen pump 6 in the third embodiment is not provided with the scavenging gas introducing section 66, and the fuel cell system in the third embodiment is not provided with the scavenging gas introducing passage 30. Then, the hydrogen off-gas circulation channel 20
In place of the check valve 21, a scavenging gas introduction valve 31 whose opening / closing is controlled by the ECU 50 is provided. This third
In the case of the above embodiment, the scavenging gas introducing means is constituted by the scavenging gas introducing valve 31.

【0028】この掃気ガス導入弁31は、ECU50に
より、燃料電池1の運転中であって水素オフガスを循環
させる時に開弁制御されて、水素オフガスを水素オフガ
ス循環流路20から水素ガス供給流路10に循環させ
る。また、掃気ガス導入弁31は、燃料電池システムの
シャットダウン後の掃気処理時にも開弁制御されて、高
圧水素タンク4から供給される乾いた水素ガスを、水素
ポンプ6の吐出部65からポンプ室62に逆流させ、ポ
ンプ室62内に残留する湿度の高い水素オフガスを吸込
部64から水素オフガス循環流路20に排出して掃気
し、排気弁22および排気流路23を介して系外に排出
する。そして、ポンプ室62内を乾いた水素ガスに置換
する。その他の構成については第1の実施の形態のもの
と同じであるので、同一態様部分に同一符号を付して説
明を省略する。この第3の実施の形態の燃料電池システ
ムにおいても、第1の実施の形態と同様、燃料電池シス
テムの停止後にこのシステムを低温雰囲気中に放置して
も、水素ポンプ6の凍結を防止することができ、その結
果、燃料電池システムの運転再開時における水素ポンプ
6の始動性を確保することができるとともに、水素ポン
プ6の耐久性を向上させることができる。しかも、第1
の実施の形態の場合よりも、システム構成を簡略化する
ことが可能になる。
The scavenging gas introduction valve 31 is controlled to be opened by the ECU 50 when the hydrogen off gas is circulated during the operation of the fuel cell 1 so that the hydrogen off gas is supplied from the hydrogen off gas circulation flow path 20 to the hydrogen gas supply flow path. Circulate to 10. Further, the scavenging gas introduction valve 31 is controlled to be opened even during the scavenging process after the fuel cell system is shut down, so that the dry hydrogen gas supplied from the high-pressure hydrogen tank 4 is discharged from the discharge part 65 of the hydrogen pump 6 to the pump chamber. 62, the hydrogen off-gas having a high humidity remaining in the pump chamber 62 is discharged from the suction part 64 to the hydrogen off-gas circulation flow path 20 for scavenging, and discharged to the outside of the system through the exhaust valve 22 and the exhaust flow path 23. To do. Then, the inside of the pump chamber 62 is replaced with dry hydrogen gas. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the same reference numerals are given to the same aspect parts and the description thereof will be omitted. Also in the fuel cell system of the third embodiment, like the first embodiment, even if the system is left in a low temperature atmosphere after the fuel cell system is stopped, the hydrogen pump 6 is prevented from freezing. As a result, the startability of the hydrogen pump 6 when the operation of the fuel cell system is restarted can be ensured, and the durability of the hydrogen pump 6 can be improved. Moreover, the first
The system configuration can be simplified as compared with the case of the embodiment.

【0029】〔第4の実施の形態〕次に、この発明に係
る水素ポンプと燃料電池システムの第4の実施の形態を
図8および図9の図面を参照して説明する。図8は、第
4の実施の形態における燃料電池システムの概略構成図
である。第4の実施の形態における燃料電池システムが
第3の実施の形態(図7態様)のものと相違する点は以
下の通りである。水素ガス供給流路10と水素オフガス
循環流路20との合流部にはエゼクタ7Aが配置され、
エゼクタ7Aよりも下流の水素ガス供給流路10にエゼ
クタ遮断弁8が配置されている。また、水素ガス供給流
路10には、エゼクタ7Aとエゼクタ遮断弁8をバイパ
スするバイパス流路11Aが接続されており、バイパス
流路11Aにはバイパス圧力制御弁12Aが配置されて
いる。
[Fourth Embodiment] Next, a hydrogen pump and a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS. 8 and 9. FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the fuel cell system according to the fourth embodiment. The fuel cell system of the fourth embodiment is different from that of the third embodiment (aspect of FIG. 7) in the following points. An ejector 7A is arranged at the confluence of the hydrogen gas supply channel 10 and the hydrogen off-gas circulation channel 20,
An ejector cutoff valve 8 is arranged in the hydrogen gas supply passage 10 downstream of the ejector 7A. Further, the hydrogen gas supply passage 10 is connected with a bypass passage 11A that bypasses the ejector 7A and the ejector cutoff valve 8, and a bypass pressure control valve 12A is arranged in the bypass passage 11A.

【0030】エゼクタ7Aは、水素ガス供給流路10か
らエゼクタ7Aに供給された燃料ガスの噴流により発生
する負圧で、水素ポンプ6で昇圧された水素オフガスを
吸引し、両者を混合して送出するものである。エゼクタ
遮断弁8は、燃料電池システムの運転時には開き、シス
テムのシャットダウン時には閉じるように、ECU50
により開閉制御される。その他の構成については水素ポ
ンプ6を含めて第3の実施の形態のものと同じであるの
で、同一態様部分に同一符号を付して説明を省略する。
The ejector 7A sucks the hydrogen off-gas boosted by the hydrogen pump 6 by the negative pressure generated by the jet flow of the fuel gas supplied to the ejector 7A from the hydrogen gas supply passage 10, mixes the two and sends them out. To do. The ejector cutoff valve 8 is opened when the fuel cell system is in operation and closed when the system is shut down.
The opening and closing is controlled by. The rest of the configuration including the hydrogen pump 6 is the same as that of the third embodiment, and therefore, the same symbols are given to the same mode parts and the description is omitted.

【0031】次に、第4の実施の形態における燃料電池
システムにおける掃気処理制御を図9のフローチャート
に従って説明する。燃料電池システムのシステムシャッ
トダウン開始により水素ポンプ6が停止し(ステップS
201)、システム水素パージ開始指令が出る(ステッ
プS202)。このシステム水素パージ開始指令によ
り、掃気ガス導入弁31と排気弁22を開くとともに、
エゼクタ遮断弁8を閉じる(ステップS203)。これ
により、高圧水素タンク1から供給される乾いた水素ガ
スの一部が、エゼクタ7Aから水素オフガス循環流路2
0および掃気ガス導入弁31を通り、水素ポンプ6の吐
出部65からポンプ室62に逆流し、ポンプ室62内に
残留する湿度の高い水素オフガスを吸込部64から水素
オフガス循環流路20に排出して掃気し、排気弁22お
よび排気流路23を介して系外に排出される。そして、
ポンプ室62内を乾いた水素ガスに置換する。
Next, scavenging process control in the fuel cell system according to the fourth embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The hydrogen pump 6 is stopped by starting the system shutdown of the fuel cell system (step S
201), and a system hydrogen purge start command is issued (step S202). With this system hydrogen purge start command, the scavenging gas introduction valve 31 and the exhaust valve 22 are opened, and
The ejector cutoff valve 8 is closed (step S203). As a result, a part of the dry hydrogen gas supplied from the high-pressure hydrogen tank 1 is partially discharged from the ejector 7A into the hydrogen off gas circulation flow path 2
0 and the scavenging gas introduction valve 31 and backflow from the discharge portion 65 of the hydrogen pump 6 to the pump chamber 62, and the high-humidity hydrogen offgas remaining in the pump chamber 62 is discharged from the suction portion 64 to the hydrogen offgas circulation flow passage 20. Then, the gas is scavenged and discharged to the outside of the system through the exhaust valve 22 and the exhaust flow path 23. And
The inside of the pump chamber 62 is replaced with dry hydrogen gas.

【0032】また、これと同時に、高圧水素タンク1か
ら供給される乾いた水素ガスの残りが、バイパス流路1
1Aおよびバイパス弁12Aを通って燃料電池1のアノ
ードに供給され、燃料電池1のアノードに残留する水素
オフガスを押し出して、燃料電池1から排出され、水素
オフガス循環流路20を通り、さらに、排気流路23お
よび排気弁22を通って系外に排出される。なお、図8
において、太い実線の矢印は燃料電池1の運転時におけ
る水素ガスの流れ方向を示したものであり、掃気処理の
際のガスの流れ方向を示したものではない。
At the same time, the remaining dry hydrogen gas supplied from the high-pressure hydrogen tank 1 remains in the bypass passage 1.
1A and a bypass valve 12A are supplied to the anode of the fuel cell 1, the hydrogen off-gas remaining in the anode of the fuel cell 1 is pushed out, discharged from the fuel cell 1, passed through the hydrogen off-gas circulation flow path 20, and further exhausted. It is discharged to the outside of the system through the flow path 23 and the exhaust valve 22. Note that FIG.
In, the thick solid line arrow indicates the flow direction of hydrogen gas during the operation of the fuel cell 1, and does not indicate the flow direction of gas during the scavenging process.

【0033】次に、ステップS204に進み、システム
パージ開始指令が出てから所定時間が経過したか否か判
定し、判定結果が「NO」(未経過)である場合は、掃
気ガス導入弁31と排気弁22の開状態およびエゼクタ
遮断弁8の閉状態を保持して、ステップS204に戻
る。ステップS204における判定結果が「YES」
(所定時間経過)である場合は、ステップS205に進
み、掃気ガス導入弁31と排気弁22を閉じて、本ルー
チンの実行を終了する。
Next, in step S204, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the system purge start command was issued. If the determination result is "NO" (not elapsed), the scavenging gas introduction valve 31 Then, the exhaust valve 22 and the ejector cutoff valve 8 are kept open and the routine returns to step S204. The determination result in step S204 is “YES”
In the case of (elapse of a predetermined time), the process proceeds to step S205, the scavenging gas introduction valve 31 and the exhaust valve 22 are closed, and the execution of this routine ends.

【0034】第4の実施の形態において、ステップS2
01からステップS205のステップは、掃気制御手段
を実現する。なお、この第4の実施の形態においても、
水素オフガス循環流路20に露点計を配置して、掃気処
理時にガスの露点を検出し、ガスの露点が所定値以下に
なった時に、掃気処理を完了するようにしてもよい。こ
の第4の実施の形態の燃料電池システムにおいても、第
1の実施の形態と同様、燃料電池システムの停止後にこ
のシステムを低温雰囲気中に放置しても、水素ポンプ6
の凍結を防止することができ、その結果、燃料電池シス
テムの運転再開時における水素ポンプ6の始動性を確保
することができるとともに、水素ポンプ6の耐久性を向
上させることができる。
In the fourth embodiment, step S2
The steps from 01 to S205 implement the scavenging control means. Note that, also in the fourth embodiment,
A dew point meter may be arranged in the hydrogen off-gas circulation flow path 20 to detect the dew point of the gas during the scavenging process, and complete the scavenging process when the dew point of the gas falls below a predetermined value. In the fuel cell system according to the fourth embodiment, as in the first embodiment, even if the system is left in a low temperature atmosphere after the fuel cell system is stopped, the hydrogen pump 6
Can be prevented, and as a result, the startability of the hydrogen pump 6 when the operation of the fuel cell system is restarted can be ensured, and the durability of the hydrogen pump 6 can be improved.

【0035】〔第5の実施の形態〕次に、この発明に係
る水素ポンプと燃料電池システムの第5の実施の形態を
図10および図11の図面を参照して説明する。図10
は、第5の実施の形態における燃料電池システムの概略
構成図である。第5の実施の形態における燃料電池シス
テムが第2の実施の形態(図5態様)のものと相違する
点は以下の通りである。水素ガス供給流路10には、水
素オフガス循環流路20との合流部にエゼクタ7Bが配
置されるとともに、エゼクタ7Bをバイパスするバイパ
ス流路11Bが接続されており、バイパス流路11Bに
はバイパス圧力制御弁12Bが配置されている。さら
に、エゼクタ7Bよりも下流側の水素ガス供給流路10
であって、バイパス流路11Bとの合流部よりも下流側
には、燃料電池1のアノードに供給される水素ガスを加
湿するアノード加湿器13が配置されている。
[Fifth Embodiment] Next, a fifth embodiment of the hydrogen pump and the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS. 10 and 11. Figure 10
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a fifth embodiment. The fuel cell system according to the fifth embodiment differs from that of the second embodiment (aspect of FIG. 5) in the following points. The hydrogen gas supply flow passage 10 is provided with an ejector 7B at a confluence with the hydrogen off-gas circulation flow passage 20 and is connected with a bypass flow passage 11B that bypasses the ejector 7B. A pressure control valve 12B is arranged. Further, the hydrogen gas supply passage 10 on the downstream side of the ejector 7B
In addition, the anode humidifier 13 that humidifies the hydrogen gas supplied to the anode of the fuel cell 1 is disposed on the downstream side of the confluence portion with the bypass flow passage 11B.

【0036】また、この第5の実施の形態における燃料
電池システムにおいては、水素オフガス循環流路20に
逆止弁21が配置されていない。そして、水素オフガス
循環流路20において、露点計24の上流と水素ポンプ
6の下流には、ECU50によって開閉制御される入口
遮断弁25と出口遮断弁26が配置されている。その他
の構成については水素ポンプ6を含めて第2の実施の形
態のものと同じであるので、同一態様部分に同一符号を
付して説明を省略する。
Further, in the fuel cell system according to the fifth embodiment, the check valve 21 is not arranged in the hydrogen off gas circulation flow passage 20. Further, in the hydrogen off-gas circulation flow path 20, an inlet cutoff valve 25 and an outlet cutoff valve 26, which are controlled to open / close by the ECU 50, are arranged upstream of the dew point meter 24 and downstream of the hydrogen pump 6. The rest of the configuration including the hydrogen pump 6 is the same as that of the second embodiment, and therefore, the same symbols are given to the same mode parts and the description is omitted.

【0037】この第5の実施の形態における燃料電池シ
ステムにおいては、燃料電池システムのシャットダウン
後、燃料電池1内および水素ポンプ6内を掃気した後
に、入口遮断弁25と出口遮断弁26を閉ざすことによ
り、水素ポンプ6へのガスの出入りを遮断するようにし
ている。このようにする理由は次の通りである。燃料電
池システムのシャットダウン後にシステム内を掃気して
も、燃料電池1やアノード加湿器13は残留水分を保有
しており、水素ポンプ6が密閉されていないと、燃料電
池1やアノード加湿器13に残留する前記残留水分等が
拡散して水素ポンプ6内に侵入し、これが凍結して水素
ポンプ6の凍結を引き起こす虞がある。しかしながら、
第5の実施の形態の場合には、入口遮断弁25と出口遮
断弁26を閉ざすことにより水素ポンプ6へのガスの出
入りを遮断することができるので、水素ポンプ6内に導
入された乾いた水素ガスを水素ポンプ6内に封止するこ
とができ、外部からの水分の侵入を防止することがで
き、その結果、水素ポンプ6の凍結を完全に防止するこ
とができる。したがって、燃料電池システムの運転再開
時における水素ポンプ6の始動性を確実に確保すること
ができるとともに、水素ポンプ6の耐久性をさらに向上
させることができる。なお、入口遮断弁25と出口遮断
弁26は燃料電池システムの運転時には開いている。
In the fuel cell system according to the fifth embodiment, after shutting down the fuel cell system, after scavenging the inside of the fuel cell 1 and the inside of the hydrogen pump 6, the inlet shutoff valve 25 and the outlet shutoff valve 26 are closed. This prevents the gas from entering and leaving the hydrogen pump 6. The reason for doing this is as follows. Even if the inside of the system is scavenged after the fuel cell system is shut down, the fuel cell 1 and the anode humidifier 13 retain the residual moisture, and if the hydrogen pump 6 is not sealed, the fuel cell 1 and the anode humidifier 13 are The remaining residual water and the like may diffuse and enter the hydrogen pump 6, which may freeze and cause the hydrogen pump 6 to freeze. However,
In the case of the fifth embodiment, by closing the inlet shutoff valve 25 and the outlet shutoff valve 26, it is possible to shut off the flow of gas into and out of the hydrogen pump 6, so that the dry gas introduced into the hydrogen pump 6 is introduced. The hydrogen gas can be sealed in the hydrogen pump 6 to prevent moisture from entering from the outside, and as a result, the freezing of the hydrogen pump 6 can be completely prevented. Therefore, the startability of the hydrogen pump 6 when the operation of the fuel cell system is restarted can be reliably ensured, and the durability of the hydrogen pump 6 can be further improved. The inlet shutoff valve 25 and the outlet shutoff valve 26 are open during the operation of the fuel cell system.

【0038】次に、第5の実施の形態における燃料電池
システムにおける掃気処理制御を図11のフローチャー
トに従って説明する。燃料電池システムのシステムシャ
ットダウン開始により水素ポンプ6が停止し(ステップ
S301)、システム水素パージ開始指令が出る(ステ
ップS302)。このシステム水素パージ開始指令によ
り、掃気ガス導入弁31と排気弁22を開く(ステップ
S303)。これにより、高圧水素タンク1から供給さ
れる乾いた水素ガスの一部が、圧力制御弁5の下流の分
岐部Aから、掃気ガス導入流路30および掃気ガス導入
弁31を通り、水素ポンプ6の掃気ガス導入部66を介
してポンプ室62内に導入される。ポンプ室62内に導
入された乾いた水素ガスは、ポンプ室62の内面と停止
中のインペラ61の間を通って吸込部64へと流れてい
き、ポンプ室62内に残留している水素オフガスを押し
出し、吸込部64から水素オフガス循環流路20に排出
され、さらに、入口遮断弁25を通り、排気流路23お
よび排気弁22を通って系外に排出される。
Next, scavenging process control in the fuel cell system according to the fifth embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. When the system shutdown of the fuel cell system is started, the hydrogen pump 6 is stopped (step S301), and a system hydrogen purge start command is issued (step S302). By the system hydrogen purge start command, the scavenging gas introduction valve 31 and the exhaust valve 22 are opened (step S303). As a result, a part of the dry hydrogen gas supplied from the high-pressure hydrogen tank 1 passes through the scavenging gas introduction flow passage 30 and the scavenging gas introduction valve 31 from the branch portion A downstream of the pressure control valve 5, and passes through the hydrogen pump 6 It is introduced into the pump chamber 62 via the scavenging gas introduction part 66. The dry hydrogen gas introduced into the pump chamber 62 flows through the space between the inner surface of the pump chamber 62 and the stopped impeller 61 to the suction portion 64, and the hydrogen off-gas remaining in the pump chamber 62. Is discharged to the outside of the system through the inlet cutoff valve 25, the exhaust flow path 23, and the exhaust valve 22.

【0039】また、これと同時に、高圧水素タンク1か
ら供給される乾いた水素ガスの残りが、バイパス流路1
1Bおよびバイパス弁12Bを通り、さらにアノード加
湿器13を通って燃料電池1のアノードに供給され、ア
ノード加湿器13および燃料電池1のアノードに残留す
る水素オフガスを押し出して、燃料電池1から排出さ
れ、水素オフガス循環流路20を通り、さらに、排気流
路23および排気弁22を通って系外に排出される。な
お、図10において、太い実線の矢印は燃料電池1の運
転時における水素ガスの流れ方向を示したものであり、
掃気処理の際のガスの流れ方向を示したものではない。
At the same time, the remaining dry hydrogen gas supplied from the high-pressure hydrogen tank 1 remains in the bypass passage 1.
1B and the bypass valve 12B, and further through the anode humidifier 13, is supplied to the anode of the fuel cell 1, and the hydrogen off-gas remaining in the anode humidifier 13 and the anode of the fuel cell 1 is pushed out and discharged from the fuel cell 1. After passing through the hydrogen off-gas circulation flow path 20, the exhaust flow path 23 and the exhaust valve 22 are discharged to the outside of the system. In addition, in FIG. 10, thick solid arrows indicate the flow direction of hydrogen gas during the operation of the fuel cell 1,
It does not show the gas flow direction during the scavenging process.

【0040】次に、ステップS304に進み、水素ポン
プ6の吸込部64から排出されるガスの露点が所定値以
下か否か判定する。ステップS304における判定結果
が「NO」(所定値を越えている)である場合は、掃気
ガス導入弁31と排気弁22を開状態に保持して、ステ
ップS304に戻る。ステップS304における判定結
果が「YES」(所定値以下)である場合は、ステップ
S305に進み、掃気ガス導入弁31と排気弁22と入
口遮断弁25と出口遮断弁26を閉じて、本ルーチンの
実行を終了する。これにより、水素ポンプ6を、入口遮
断弁25と出口遮断弁26の間に形成される閉鎖流路に
閉じ込めることができ、システム停止の間、水素ポンプ
6のポンプ室62内に乾いた水素ガスを封止することが
できる。なお、第5の実施の形態において、ステップS
301からステップS305のステップは、掃気制御手
段と密閉制御手段を実現する。
Next, in step S304, it is determined whether or not the dew point of the gas discharged from the suction section 64 of the hydrogen pump 6 is below a predetermined value. If the determination result in step S304 is "NO" (exceeds the predetermined value), the scavenging gas introduction valve 31 and the exhaust valve 22 are held in the open state, and the process returns to step S304. If the determination result in step S304 is “YES” (equal to or less than the predetermined value), the flow advances to step S305 to close the scavenging gas introduction valve 31, the exhaust valve 22, the inlet cutoff valve 25, and the outlet cutoff valve 26, and then the routine of this routine is executed. Finish execution. As a result, the hydrogen pump 6 can be confined in the closed flow path formed between the inlet shutoff valve 25 and the outlet shutoff valve 26, and the dry hydrogen gas in the pump chamber 62 of the hydrogen pump 6 can be shut down during the system shutdown. Can be sealed. In the fifth embodiment, step S
The steps 301 to S305 realize the scavenging control means and the sealing control means.

【0041】なお、前述した第1〜第5の実施の形態の
燃料電池システムでは、吸込部64および吐出部65に
それぞれ液体貯留部64a,65aを備えた水素ポンプ
6を用いた例で説明したが、液体貯留部64a,65a
を備えない水素ポンプを用いた場合にも本発明の燃料電
池システムは成立する。その場合には、燃料電池システ
ムの運転中における水素ポンプ内への液水の導入は避け
られなくなるが、運転中に水素ポンプ内に導入された液
水が若干溜まることがあったとしても、運転停止後に、
湿度の低い水素ガスによって水素ポンプのポンプ室(可
動部)の掃気処理を実行することより、ポンプ室内の液
水を系外に排出することができ、且つ、ポンプ室内を低
湿度の雰囲気にすることができる。したがって、燃料電
池システムの停止後にシステムを低温雰囲気中に放置し
ても、水素ポンプ6の凍結を防止することができ、その
結果、燃料電池システムの運転再開時における水素ポン
プ6の始動性を確保することができるとともに、水素ポ
ンプ6の耐久性を向上させることができる。
In the fuel cell systems of the above-described first to fifth embodiments, the hydrogen pump 6 having the liquid storage parts 64a and 65a in the suction part 64 and the discharge part 65 is used as an example. However, the liquid storage parts 64a and 65a
The fuel cell system of the present invention is established even when a hydrogen pump that does not include the above is used. In that case, it is unavoidable to introduce liquid water into the hydrogen pump during operation of the fuel cell system, but even if the liquid water introduced into the hydrogen pump during operation may slightly accumulate, After stopping
By performing the scavenging process of the pump chamber (movable part) of the hydrogen pump with hydrogen gas having low humidity, liquid water in the pump chamber can be discharged to the outside of the system, and the inside of the pump chamber can be made into a low humidity atmosphere. be able to. Therefore, even if the system is left in a low temperature atmosphere after the fuel cell system is stopped, the hydrogen pump 6 can be prevented from freezing, and as a result, the startability of the hydrogen pump 6 can be secured when the operation of the fuel cell system is restarted. In addition, the durability of the hydrogen pump 6 can be improved.

【0042】〔第6の実施の形態〕次に、この発明に係
る水素ポンプと燃料電池システムの第6の実施の形態を
図12および図13の図面を参照して説明する。図12
は、第6の実施の形態における燃料電池システムの概略
構成図である。第6の実施の形態における燃料電池シス
テムが第1の実施の形態(図1態様)のものと相違する
点は以下の通りである。
[Sixth Embodiment] Next, a sixth embodiment of the hydrogen pump and the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS. 12 and 13. 12
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a sixth embodiment. The fuel cell system of the sixth embodiment is different from that of the first embodiment (aspect of FIG. 1) in the following points.

【0043】第6の実施の形態における水素ポンプ6に
は、掃気ガス導入部66が設けられておらず、第6の実
施の形態における燃料電池システムでは、掃気ガス導入
流路30と掃気ガス導入弁31が設けられていない。そ
して、水素ポンプ6の吸込部64および吐出部65の液
体貯留部64a,65aの底部には、ECU50によっ
て開閉制御される排出弁27を備えた排水流路28が接
続されており、排水流路28は排気弁22よりも下流側
の排気流路23に接続されている。その他の構成につい
ては第1の実施の形態のものと同じであるので、同一態
様部分に同一符号を付して説明を省略する。
The hydrogen pump 6 according to the sixth embodiment is not provided with the scavenging gas introducing portion 66, and the fuel cell system according to the sixth embodiment has the scavenging gas introducing passage 30 and the scavenging gas introducing portion. The valve 31 is not provided. A drainage flow path 28 having a discharge valve 27 that is controlled to be opened and closed by the ECU 50 is connected to the bottoms of the liquid storage sections 64a and 65a of the suction section 64 and the discharge section 65 of the hydrogen pump 6. Reference numeral 28 is connected to the exhaust flow path 23 on the downstream side of the exhaust valve 22. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the same reference numerals are given to the same aspect parts and the description thereof will be omitted.

【0044】この第6の実施の形態における燃料電池シ
ステムにおいては、燃料電池システムのシャットダウン
後、燃料電池1内および水素ポンプ6内を掃気すると同
時に、排出弁27を開いて液体貯留部64a,65aに
貯まっている水を排水するようにしている。このように
完全に貯留水を抜き取った状態とすることで、次回の燃
料電池システムの運転時に水素オフガスからの除去すべ
き液体の受け入れ準備を完了させ、液体を貯留可能にす
ることができる。なお、排出弁27は燃料電池システム
の運転時には閉じている。
In the fuel cell system according to the sixth embodiment, after the fuel cell system is shut down, the inside of the fuel cell 1 and the hydrogen pump 6 are scavenged, and at the same time, the discharge valve 27 is opened to open the liquid storage parts 64a, 65a. The water stored in is drained. By completely draining the stored water in this way, it is possible to complete the preparation for receiving the liquid to be removed from the hydrogen off-gas at the time of the next operation of the fuel cell system and store the liquid. The discharge valve 27 is closed when the fuel cell system is operating.

【0045】次に、第6の実施の形態における燃料電池
システムにおける掃気処理制御を図13のフローチャー
トに従って説明する。燃料電池システムのシステムシャ
ットダウン開始により水素ポンプ6が停止し(ステップ
S401)、システム水素パージ開始指令が出る(ステ
ップS402)。このシステム水素パージ開始指令によ
り、排出弁27と排気弁22を開く(ステップS40
3)。これにより、高圧水素タンク1から供給される乾
いた水素ガスが、水素ガス供給流路10を通って燃料電
池1のアノードに供給され、燃料電池1のアノードに残
留する水素オフガスを押し出して、燃料電池1から排出
され、水素オフガス循環流路20、排気流路23および
排気弁22を通って系外に排出される。この時に、吸込
部64および吐出部65の液体貯留部64a,65aに
貯まっている液体が、排出流路28に吸い込まれ、排出
弁27を通って排気流路23から系外に排出される。
Next, scavenging process control in the fuel cell system according to the sixth embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. When the system shutdown of the fuel cell system is started, the hydrogen pump 6 is stopped (step S401), and a system hydrogen purge start command is issued (step S402). By this system hydrogen purge start command, the exhaust valve 27 and the exhaust valve 22 are opened (step S40).
3). As a result, the dry hydrogen gas supplied from the high-pressure hydrogen tank 1 is supplied to the anode of the fuel cell 1 through the hydrogen gas supply passage 10, and the hydrogen off-gas remaining in the anode of the fuel cell 1 is pushed out to remove the fuel. It is discharged from the battery 1 and is discharged to the outside of the system through the hydrogen off-gas circulation flow path 20, the exhaust flow path 23, and the exhaust valve 22. At this time, the liquid stored in the liquid storage parts 64a and 65a of the suction part 64 and the discharge part 65 is sucked into the discharge flow path 28 and discharged from the exhaust flow path 23 to the outside of the system through the discharge valve 27.

【0046】また、燃料電池1から水素オフガス循環流
路20に排出された乾いた水素ガスの一部は、水素ポン
プ6の吸込部64からポンプ室62内に導入され、ポン
プ室62の内面と停止中のインペラ61の間を通って吐
出部65へと流れていき、水素ポンプ6内に残留してい
る水素オフガスを押し出して掃気し、排気流路28およ
び排出弁27を通って系外に排出される。なお、図8に
おいて、太い実線の矢印は燃料電池1の運転時における
水素ガスの流れ方向を示したものであり、掃気処理の際
のガスの流れ方向を示したものではない。
A part of the dry hydrogen gas discharged from the fuel cell 1 to the hydrogen off-gas circulation passage 20 is introduced into the pump chamber 62 from the suction portion 64 of the hydrogen pump 6, and the inner surface of the pump chamber 62 The hydrogen off-gas remaining in the hydrogen pump 6 is pushed out and scavenged by flowing through the gap between the impellers 61 being stopped to the discharge portion 65, and is discharged to the outside of the system through the exhaust passage 28 and the discharge valve 27. Is discharged. In FIG. 8, thick solid arrows indicate the flow direction of hydrogen gas during the operation of the fuel cell 1, not the flow direction of gas during the scavenging process.

【0047】次に、ステップS404に進み、システム
パージ開始指令が出てから所定時間が経過したか否か判
定し、判定結果が「NO」(未経過)である場合は、排
出弁27と排気弁22を開状態に保持して、ステップS
404に戻る。ステップS404における判定結果が
「YES」(所定時間経過)である場合は、ステップS
405に進み、排出弁27と排気弁22を閉じて、本ル
ーチンの実行を終了する。
Next, in step S404, it is determined whether or not a predetermined time has passed since the system purge start command was issued. If the determination result is "NO" (not passed), the exhaust valve 27 and the exhaust gas are exhausted. Hold the valve 22 in the open state and perform step S
Return to 404. If the determination result in step S404 is "YES" (elapse of a predetermined time), step S404
Proceeding to 405, the exhaust valve 27 and the exhaust valve 22 are closed, and the execution of this routine ends.

【0048】この第6の実施の形態の燃料電池システム
においても、第1の実施の形態と同様、水素ポンプ6の
ポンプ室62内を低湿度の雰囲気にすることができるの
で、燃料電池システムの停止後にこのシステムを低温雰
囲気中に放置しても、水素ポンプ6の凍結を防止するこ
とができ、その結果、燃料電池システムの運転再開時に
おける水素ポンプ6の始動性を確保することができると
ともに、水素ポンプ6の耐久性を向上させることができ
る。
Also in the fuel cell system of the sixth embodiment, as in the first embodiment, the inside of the pump chamber 62 of the hydrogen pump 6 can be made to have a low humidity atmosphere, so that the fuel cell system Even if the system is left in a low temperature atmosphere after the stop, the hydrogen pump 6 can be prevented from freezing, and as a result, the startability of the hydrogen pump 6 can be secured when the operation of the fuel cell system is restarted. The durability of the hydrogen pump 6 can be improved.

【0049】なお、この第6の実施の形態において、水
素ガス供給流路10と水素オフガス循環流路20との合
流点Bに、水素ポンプ6で昇圧した水素オフガスを吸い
込んで水素ガスと混合させるエゼクタを配置することも
可能である。
In the sixth embodiment, the hydrogen off-gas boosted by the hydrogen pump 6 is sucked into the confluence B of the hydrogen gas supply passage 10 and the hydrogen off-gas circulation passage 20 and mixed with the hydrogen gas. It is also possible to arrange an ejector.

【0050】〔第7の実施の形態〕次に、この発明に係
る水素ポンプと燃料電池システムの第7の実施の形態を
図14および図15の図面を参照して説明する。図14
は、第7の実施の形態における燃料電池システムの概略
構成図である。第7の実施の形態における燃料電池シス
テムが第6の実施の形態(図12態様)のものと相違す
る点は次の通りである。
[Seventh Embodiment] Next, a seventh embodiment of the hydrogen pump and the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS. 14 and 15. 14
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a seventh embodiment. The fuel cell system of the seventh embodiment is different from that of the sixth embodiment (aspect of FIG. 12) in the following points.

【0051】水素ポンプ6の吸込部64および吐出部6
5の液体貯留部64a,65aに、液体貯留部64a,
65aの液位を検出する液位センサ67がそれぞれ設け
られている。その他の構成については水素ポンプ6を含
めて第6の実施の形態のものと同じであるので、同一態
様部分に同一符号を付して説明を省略する。前述した第
6の実施の形態では、液体貯留部64a,64bの排水
処理を水素ポンプ6の掃気処理に同期して実行していた
が、第7の実施の形態では、排水処理を掃気処理から独
立させて、液位センサ67で検出される液位に基づいて
液体貯留部64a,64bの排水処理を開始するととも
に完了するようにした。これにより、液体貯留部64
a,64bは常に液体の貯留が可能となる。なお、液位
センサ67は、検出した液位に応じた出力信号をECU
50に出力する。
Suction portion 64 and discharge portion 6 of hydrogen pump 6
5 to the liquid storage parts 64a and 65a,
A liquid level sensor 67 for detecting the liquid level of 65a is provided. The rest of the configuration is the same as that of the sixth embodiment including the hydrogen pump 6, so the same reference numerals are given to the same aspects and the description thereof is omitted. In the sixth embodiment described above, the drainage treatment of the liquid storage parts 64a and 64b was executed in synchronization with the scavenging treatment of the hydrogen pump 6, but in the seventh embodiment, the drainage treatment is changed from the scavenging treatment. Independently, based on the liquid level detected by the liquid level sensor 67, the drainage process of the liquid reservoirs 64a and 64b is started and completed. Thereby, the liquid reservoir 64
Liquids a and 64b can always be stored. The liquid level sensor 67 outputs an output signal according to the detected liquid level to the ECU.
Output to 50.

【0052】第7の実施の形態における燃料電池システ
ムにおける排水処理制御を図15のフローチャートに従
って説明する。ステップS501において、液位センサ
67で検出した液位は上限値以上か否か判定し、判定結
果が「NO」(上限値未満)である場合は、リターンす
る。ステップS501における判定結果が「YES」
(上限値以上)である場合は、ステップS502に進
み、排出弁27を開く。次に、ステップS503に進
み、液位センサ67で検出した液位は下限値以下か否か
判定し、判定結果が「NO」(下限値を越えている)で
ある場合は、排出弁27の開状態を保持してステップS
503に戻る。ステップS503における判定結果が
「YES」(下限値以下)である場合は、ステップS5
04に進み、排出弁27を閉じて、リターンする。この
ように排出弁27を制御することにより、液体貯留部6
4a,64bの液位を上限値から下限値の間に制御する
ことができ、常に液体を貯留可能な状態に保持すること
ができる。
Wastewater treatment control in the fuel cell system according to the seventh embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. In step S501, it is determined whether the liquid level detected by the liquid level sensor 67 is equal to or higher than the upper limit value. If the determination result is "NO" (less than the upper limit value), the process returns. The determination result in step S501 is "YES".
If it is (equal to or more than the upper limit value), the process proceeds to step S502, and the discharge valve 27 is opened. Next, in step S503, it is determined whether or not the liquid level detected by the liquid level sensor 67 is less than or equal to the lower limit value. If the determination result is "NO" (exceeds the lower limit value), the discharge valve 27 Hold the open state and step S
Return to 503. If the determination result in step S503 is "YES" (lower limit value or less), step S5
The routine proceeds to 04, closes the discharge valve 27, and returns. By controlling the discharge valve 27 in this manner, the liquid storage unit 6
The liquid levels of 4a and 64b can be controlled between the upper limit value and the lower limit value, and the liquid can always be held in a storable state.

【0053】なお、前述した第6の実施の形態および第
7の実施の形態の燃料電池システムにおいては、第1の
実施の形態のように掃気ガス導入流路30と掃気ガス導
入弁31を追加して、掃気処理時のガスの流れを第1の
実施の形態と同様にすることも可能である。
In the fuel cell system of the sixth and seventh embodiments described above, a scavenging gas introduction flow path 30 and a scavenging gas introduction valve 31 are added as in the first embodiment. Then, the gas flow during the scavenging process may be the same as in the first embodiment.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明するように、請求項1に記載し
た発明によれば、水素ポンプの可動部に液水が溜まらな
くすることが可能になるとともに、水素ポンプの停止時
に可動部を掃気し、可動部を湿度の低い雰囲気にするこ
とが可能になるので、燃料電池システムの停止後に水素
ポンプを低温雰囲気中に放置しても、水素ポンプの凍結
を防止することができ、水素ポンプの始動性を確保する
ことができるという優れた効果が奏される。
As described above, according to the invention described in claim 1, it is possible to prevent liquid water from accumulating in the moving part of the hydrogen pump, and to scavenge the moving part when the hydrogen pump is stopped. However, since it is possible to make the moving part have a low humidity atmosphere, even if the hydrogen pump is left in a low temperature atmosphere after the fuel cell system is stopped, it is possible to prevent the hydrogen pump from freezing. The excellent effect that the startability can be ensured is exhibited.

【0055】請求項2に記載した発明によれば、燃料電
池システムにおける水素ポンプの凍結を防止し、始動性
を確保することが可能になるので、燃料電池システムの
始動性が向上するという優れた効果が奏される。請求項
3または請求項4に記載した発明によれば、燃料電池シ
ステムに使用される水素ポンプの凍結を防止することが
可能になるので、水素ポンプの始動性、ひいては燃料電
池システムの始動性を確保することができるという優れ
た効果が奏される。
According to the second aspect of the invention, it is possible to prevent the hydrogen pump in the fuel cell system from freezing and ensure the startability, so that the startability of the fuel cell system is improved. The effect is played. According to the invention described in claim 3 or 4, it is possible to prevent the hydrogen pump used in the fuel cell system from freezing, so that the startability of the hydrogen pump, and hence the startability of the fuel cell system, can be improved. The excellent effect that it can be ensured is exhibited.

【0056】請求項5に記載した発明によれば、燃料電
池に流通していない湿度の低い水素ガスを水素ガス供給
流路から水素ポンプに導入し、水素ポンプの可動部を掃
気して可動部内を湿度の低い水素ガスに置換することが
可能になるので、水素ポンプの凍結を防止することがで
き、その結果、水素ポンプの始動性、ひいては燃料電池
システムの始動性を確実に確保することができるという
優れた効果が奏される。
According to the invention described in claim 5, hydrogen gas having a low humidity which does not flow through the fuel cell is introduced into the hydrogen pump from the hydrogen gas supply passage, and the moving part of the hydrogen pump is scavenged to move the inside of the moving part. It is possible to replace hydrogen with low-humidity hydrogen gas, so it is possible to prevent the hydrogen pump from freezing, and as a result, it is possible to reliably ensure the startability of the hydrogen pump and, in turn, the startability of the fuel cell system. It has an excellent effect that it can be done.

【0057】請求項6に記載した発明によれば、燃料電
池システムの停止中に燃料電池の保有水等が水素ポンプ
の可動部に侵入するのを阻止することが可能になるの
で、水素ポンプの始動性、ひいては燃料電池システムの
始動性を確保することができるという優れた効果が奏さ
れる。
According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to prevent the water held by the fuel cell and the like from entering the movable part of the hydrogen pump while the fuel cell system is stopped. The excellent effect that the startability, and eventually the startability of the fuel cell system, can be ensured is exhibited.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明に係る燃料電池システムの第1の実
施の形態におけるシステム構成図である。
FIG. 1 is a system configuration diagram in a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention.

【図2】 前記第1の実施の形態に用いられる水素ポン
プの縦断面図である。
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the hydrogen pump used in the first embodiment.

【図3】 図2のIII−III矢視断面図である。3 is a sectional view taken along the line III-III of FIG.

【図4】 前記第1の実施の形態における掃気処理制御
のフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart of scavenging process control in the first embodiment.

【図5】 この発明に係る燃料電池システムの第2の実
施の形態におけるシステム構成図である。
FIG. 5 is a system configuration diagram in a second embodiment of a fuel cell system according to the present invention.

【図6】 前記第2の実施の形態における掃気処理制御
のフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart of scavenging process control in the second embodiment.

【図7】 この発明に係る燃料電池システムの第3の実
施の形態におけるシステム構成図である。
FIG. 7 is a system configuration diagram in a third embodiment of a fuel cell system according to the present invention.

【図8】 この発明に係る燃料電池システムの第4の実
施の形態におけるシステム構成図である。
FIG. 8 is a system configuration diagram in a fourth embodiment of a fuel cell system according to the present invention.

【図9】 前記第4の実施の形態における掃気処理制御
のフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart of scavenging process control in the fourth embodiment.

【図10】 この発明に係る燃料電池システムの第5の
実施の形態におけるシステム構成図である。
FIG. 10 is a system configuration diagram in a fifth embodiment of a fuel cell system according to the present invention.

【図11】 前記第5の実施の形態における掃気処理制
御のフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart of scavenging process control in the fifth embodiment.

【図12】 この発明に係る燃料電池システムの第6の
実施の形態におけるシステム構成図である。
FIG. 12 is a system configuration diagram in a sixth embodiment of a fuel cell system according to the present invention.

【図13】 前記第6の実施の形態における掃気処理制
御のフローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart of scavenging process control in the sixth embodiment.

【図14】 この発明に係る燃料電池システムの第7の
実施の形態におけるシステム構成図である。
FIG. 14 is a system configuration diagram of a fuel cell system according to a seventh embodiment of the present invention.

【図15】 前記第7の実施の形態における排水処理制
御のフローチャートである。
FIG. 15 is a flowchart of wastewater treatment control in the seventh embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電池 6 水素ポンプ 10 水素ガス供給流路 20 水素オフガス循環流路 22 排気弁(排気手段) 23 排気流路(排気手段) 30 掃気ガス導入流路(掃気ガス導入手段) 31 掃気ガス導入弁31(掃気ガス導入手段) 25 入口遮断弁(遮断弁) 26 出口遮断弁(遮断弁) 62 ポンプ室(可動部) 64 吸込部 64a 液体貯留部 65 吐出部 65a 液体貯留部 1 fuel cell 6 hydrogen pump 10 Hydrogen gas supply channel 20 Hydrogen off gas circulation channel 22 Exhaust valve (exhaust means) 23 Exhaust flow path (exhaust means) 30 Scavenging gas introduction flow path (scavenging gas introduction means) 31 scavenging gas introduction valve 31 (scavenging gas introduction means) 25 Inlet shutoff valve (shutoff valve) 26 Outlet shutoff valve (shutoff valve) 62 Pump room (movable part) 64 Suction part 64a Liquid storage section 65 Discharge part 65a Liquid storage section

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F04B 39/12 101 F04B 39/12 101A 41/00 41/00 B Fターム(参考) 3H003 AA06 AC01 BF00 CD01 CD05 3H076 BB03 CC92 CC93 CC94 CC95 5H027 AA06 BA13 BA19 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) F04B 39/12 101 F04B 39/12 101A 41/00 41/00 BF term (reference) 3H003 AA06 AC01 BF00 CD01 CD05 3H076 BB03 CC92 CC93 CC94 CC95 5H027 AA06 BA13 BA19

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水素ガスを吸い込んで吐出する水素ポン
プであって、その吸込部と吐出部の少なくともいずれか
一方に液体貯留部を設けるとともに、運転時に流れる水
素ガスよりも水分含有量の低い水素ガスを運転停止時に
可動部に流すことが可能な水素ポンプ。
1. A hydrogen pump for sucking and discharging hydrogen gas, wherein a liquid storage part is provided in at least one of the suction part and the discharge part, and the hydrogen content is lower than that of hydrogen gas flowing during operation. A hydrogen pump that allows gas to flow to moving parts when operation is stopped.
【請求項2】 燃料電池システムに用いられ、前記水分
含有量の低い水素ガスは、燃料電池を流通していない水
素ガスであることを特徴とする請求項1に記載の水素ポ
ンプ。
2. The hydrogen pump according to claim 1, wherein the hydrogen gas having a low water content used in a fuel cell system is a hydrogen gas that does not flow through the fuel cell.
【請求項3】 水素ガスと酸化剤ガスとを供給されて発
電を行う燃料電池と、 前記燃料電池に水素ガスを供給する水素ガス供給流路
と、 前記燃料電池から排出される水素オフガスを前記水素ガ
ス供給流路に戻す水素オフガス循環流路と、 前記水素ガス供給流路と前記水素オフガス循環流路のい
ずれかに配置されて水素ガスを吸い込んで吐出する水素
ポンプであり、運転時に流れる水素ガスよりも水分含有
量の低い水素ガスを運転停止時に可動部に流すことが可
能な水素ポンプと、 を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
3. A fuel cell that is supplied with hydrogen gas and an oxidant gas to generate electricity, a hydrogen gas supply channel that supplies hydrogen gas to the fuel cell, and a hydrogen off gas discharged from the fuel cell. A hydrogen off-gas circulation channel that returns to the hydrogen gas supply channel, and a hydrogen pump that is arranged in any of the hydrogen gas supply channel and the hydrogen off-gas circulation channel and that sucks in and discharges hydrogen gas. A fuel cell system comprising: a hydrogen pump capable of flowing a hydrogen gas having a lower water content than that of the gas to a movable part when the operation is stopped.
【請求項4】 水素ガスと酸化剤ガスとを供給されて発
電を行う燃料電池と、 前記燃料電池に水素ガスを供給する水素ガス供給流路
と、 前記燃料電池から排出される水素オフガスを前記水素ガ
ス供給流路に戻す水素オフガス循環流路と、 前記水素ガス供給流路と前記水素オフガス循環流路のい
ずれかに配置された請求項2記載の水素ポンプと、 を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
4. A fuel cell that is supplied with hydrogen gas and an oxidant gas to generate electricity, a hydrogen gas supply channel that supplies hydrogen gas to the fuel cell, and a hydrogen off gas discharged from the fuel cell. 3. A hydrogen off-gas circulation channel that returns to the hydrogen gas supply channel, and the hydrogen pump according to claim 2, which is arranged in any one of the hydrogen gas supply channel and the hydrogen off-gas circulation channel. Fuel cell system.
【請求項5】 前記水素オフガス循環流路を流れるガス
を排出可能にする排気手段と、 前記水素ガス供給流路を流れる水素ガスを前記水素ポン
プの可動部に導入可能にする掃気ガス導入手段と、 前記燃料電池を停止させる際に、前記排気手段と前記掃
気ガス導入手段を制御して前記水素ポンプ内を掃気する
掃気制御手段と、 を備えることを特徴とする請求項3または請求項4に記
載の燃料電池システム。
5. Exhaust means capable of discharging the gas flowing through the hydrogen off-gas circulation channel, and scavenging gas introducing means capable of introducing the hydrogen gas flowing through the hydrogen gas supply channel into a movable part of the hydrogen pump. And a scavenging control means for controlling the exhaust means and the scavenging gas introducing means to scavenging the inside of the hydrogen pump when the fuel cell is stopped. The fuel cell system described.
【請求項6】 前記水素ポンプの上流および下流に配置
され該水素ポンプへのガスの出入りを遮断可能な遮断弁
と、 前記水素ポンプの掃気完了後に前記遮断弁を閉ざす密閉
制御手段と、 を備えることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池シ
ステム。
6. A shutoff valve disposed upstream and downstream of the hydrogen pump capable of shutting off gas flow into and out of the hydrogen pump; and a sealing control means for closing the shutoff valve after completion of scavenging of the hydrogen pump. The fuel cell system according to claim 5, wherein:
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