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JP2004207133A - Fuel cell system and fuel cell operation method - Google Patents

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JP2004207133A
JP2004207133A JP2002377133A JP2002377133A JP2004207133A JP 2004207133 A JP2004207133 A JP 2004207133A JP 2002377133 A JP2002377133 A JP 2002377133A JP 2002377133 A JP2002377133 A JP 2002377133A JP 2004207133 A JP2004207133 A JP 2004207133A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
gas
outside air
air temperature
air
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.)
Pending
Application number
JP2002377133A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masatoshi Ueda
雅敏 上田
Katsuya Oda
勝也 小田
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.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric 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 Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP2002377133A priority Critical patent/JP2004207133A/en
Publication of JP2004207133A publication Critical patent/JP2004207133A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

【課題】燃料または酸化剤となるガスの供給量を正確に制御し、外気温度によらずに安定した電力供給を実現する。
【解決手段】ポンプ出力演算部5は、燃料電池の負荷電流Iの計測値Kに対応するポンプ出力制御量の基準値Sを、空気ポンプ6の取り入れ口付近等の外気温度の測定値(外気温T)に基づき、空気の体積変化による影響を考慮して補正することにより空気ポンプ6を制御するための出力制御量Pを得て、空気ポンプ6に送出する。空気ポンプ6では、この出力制御量Pに基づいてポンプ出力を制御して空気極11に空気A(酸化剤)を供給する。これにより、負荷が必要とする電力は、空気ポンプ6の取り入れ口付近等の外気温度に影響されずに安定して供給される。
【選択図】 図1
An object of the present invention is to accurately control a supply amount of a gas serving as a fuel or an oxidant, and realize a stable power supply regardless of an outside air temperature.
A pump output calculation unit (5) converts a reference value (S) of a pump output control amount corresponding to a measured value (K) of a load current (I) of a fuel cell into a measured value of an outside air temperature near an intake of an air pump (6). Based on the temperature T), an output control amount P for controlling the air pump 6 is obtained by performing correction in consideration of the influence of a change in the volume of air, and is sent to the air pump 6. The air pump 6 controls the pump output based on the output control amount P to supply air A (oxidant) to the air electrode 11. Thus, the electric power required by the load is supplied stably without being affected by the outside air temperature near the intake of the air pump 6 or the like.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は燃料電池システムおよび燃料電池運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、エネルギー変換効率が高く、かつ発電反応により有害物質を発生しない電源として、燃料電池が注目を浴びている。こうした燃料電池の一つとして、100℃以下の低温で作動する固体高分子型燃料電池が知られている。
【0003】
図3は、従来の一般的な固体高分子型燃料電池の原理を説明するための説明図である。
【0004】
固体高分子型燃料電池は、図3に示すように、電解質膜である固体高分子膜を燃料極と空気極との間に配した基本構造を有し、燃料極に水素、空気極に酸素を供給し、以下の電気化学反応により発電する装置である。
【0005】
燃料極:H2→2H++2e- (1)
空気極:1/2O2+2H++2e-→H2O (2)
燃料極および空気極は、触媒層とガス拡散層が積層した構造からなる。各電極の触媒層が固体高分子膜を挟んで対向配置され、燃料電池を構成する。触媒層は、触媒を担持した炭素粒子がイオン交換樹脂により結着されてなる層である。ガス拡散層は酸素や水素の通過経路となる。発電反応は、触媒層における触媒、イオン交換樹脂および水素のいわゆる三相界面において進行する。
【0006】
燃料極においては、供給された燃料中に含まれる水素が上記式(1)に示されるように水素イオンと電子に分解される。このうち水素イオンは固体高分子電解質膜の内部を酸素極に向かって移動し、電子は外部回路を通って酸化剤極(空気極)に移動する。一方、酸化剤極においては、酸素極(空気極)に供給された酸化剤(空気)に含まれる酸素が燃料極から移動してきた水素イオンおよび電子と反応し、上記式(2)に示されるように水が生成する。このように、外部回路では燃料極から空気極に向かって電子が移動するため、電力が取り出される。
【0007】
近年、このような固体高分子電解質型燃料電池を家庭用電源として用いたコジェネシステムの開発が進んでいる。特許文献1には、こうした家庭用燃料電池のコジェネシステムの例が記載されている。同文献には、固体高分子電解質型燃料電池を含む燃料電池電源装置が屋外に設置され、都市ガス等の原燃料ガスを供給して発電し、インバータBで直流を交流に変換して屋内の電気機器に電力が供給されるシステムが記載されている。
【0008】
こうした家庭用燃料電池のコジェネシステムにおいて、改質器から供給される燃料は、通常、質量換算の流量が測定できる流量計測手段によりその供給量が制御されていた。供給される燃料の質量換算の流量を計測して供給量を制御しているので、その供給量を的確にコントロールすることが可能であり、周囲温度等の影響は受けないことになる。一方、空気極に供給する酸化剤(すなわち空気)の供給量の制御方法については、従来は、外気温度を考慮せず、燃料電池の負荷電流に対応した空気供給量の制御を行うことだけで済ませていた。
【0009】
図4は、従来の燃料電池システムを模式的に示したブロック図である。図4に示す従来の燃料電池システムは、燃料電池本体1と、燃料電池本体1から出力される負荷電流Iの電流値を測定するための負荷電流測定部2と、負荷電流Iの計測値(負荷電流計測値K)に対応する基準のポンプ出力制御量(基準値S)を設定する基準値設定部3と、基準値設定部3が設定する基準値Sに基づいて出力制御される空気ポンプ6とを具備して構成されている。
【0010】
燃料電池本体1の内部には、空気極11と、燃料極12とが形成されている。この両電極間の負荷電流の経路は、正しくは図3に示す負荷電流の経路と同じ経路をとるが、図4では模式的に示している。
【0011】
負荷電流測定部2は、空気極11と燃料極12との間を流れる負荷電流Iの電流値(負荷電流計測値K)を計測し、この負荷電流計測値Kを基準値設定部3に送出する。
【0012】
基準値設定部3は、上記負荷電流計測値Kに対応するポンプ出力制御量の基準値Sを設定する。この負荷電流計測値Kと基準値Sとの対応は、例えば、負荷電流計測値Kの適当な区間別に基準値Sの値を記録したテーブルを予め設定しておき、必要に応じてこのテーブルを参照することにより達成している。
【0013】
空気ポンプ6は、この基準値Sをポンプ出力制御量として参照し、空気極11に空気A(酸化剤)を供給すると共に、この基準値Sに基づいてその供給量を調整する。
【0014】
【特許文献1】
特開2002−216810号公報
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の燃料電池にあっては、前述のとおり、図4に示す空気極11に供給する空気Aの供給量については、燃料電池の負荷電流Iに対応した空気量の制御を行うことで済ませているので、その空気供給量は、空気取り入れ口等の外気温度の影響を受けて質量換算の必要供給量に誤差が生じるという問題点があった。すなわち、空気取り入れ口等の外気温度により、供給される空気の体積が変化し、例えば、季節の夏と冬とで、30℃と0℃の温度差があれば、体積に1割程度の変化が生じる(夏期には体積膨張が生じる)。従って、単位体積当たりの酸素量も1割程度の変化を受けることになる。前述の燃料電池の空気ポンプ6の出力、すなわち、負荷電流Iの測定値Kに対応して空気極11に供給される空気量は、従来、この単位体積当たりの酸素量の変化が補正されていない空気量であった。
【0016】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、燃料または酸化剤となるガスの供給量を正確に制御し、外気温度によらずに安定した電力供給を実現することを目的とする。
【0017】
また本発明の他の目的は、上記ガスの供給量を外気温によらず一定にし、燃料電池を最適な条件で安定的に運転することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、燃料電池と、該燃料電池へ燃料または酸化剤となるガスを供給するガス供給手段と、外気温度を測定する外気温度測定手段と、前記燃料電池の出力電流を測定する電流測定手段とを備え、前記ガス供給手段は、前記外気温度測定手段により測定された外気温度および前記電流測定手段により測定された出力電流に基づいて前記ガスの供給量を調整するように構成されたことを特徴とする燃料電池システムが提供される。
【0019】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記ガス供給手段は、出力電流および該出力電流に対応して必要となる前記ガスの供給量の関係に関するデータと、前記電流測定手段により測定された出力電流とに基づいて、前記出力電流に対応して必要となるガス量を算定する算定部と、前記ガス量を、前記外気温度測定手段により測定された外気温度による体積変化を考慮して補正する補正部と、を含む構成とすることができる。
【0020】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記ガスは、酸化剤となる空気であり、前記ガス供給手段は、前記燃料電池の酸化剤極に前記空気を供給する構成とすることができる。
【0021】
また本発明によれば、燃料または酸化剤となるガスを供給する量を制御しながら燃料電池を運転する方法であって、外気温度を測定するステップと、前記燃料電池の出力電流を測定するステップと、前記外気温度および前記出力電流に基づいて供給量を調整しつつ前記燃料電池へ前記ガスを供給するステップと、を含むことを特徴とする燃料電池の運転方法が提供される。
【0022】
本発明の燃料電池の運転方法において、前記ガスを供給するステップは、出力電流および該出力電流に対応して必要となる前記ガスの供給量の関係に関するデータと、前記電流測定手段により測定された出力電流とに基づいて、前記出力電流に対応して必要となるガス量を算定するステップと、前記ガス量を、前記外気温度による体積変化を考慮して補正するステップと、補正された前記ガス量を前記燃料電池に供給するステップと、を含む構成とすることができる。
【0023】
本発明の燃料電池の運転方法において、前記ガスは、酸化剤となる空気であり、該空気を前記燃料電池の酸化剤極に供給する構成とすることができる。
【0024】
本発明によれば、外気温度の変動に対応して燃料または酸化剤となるガスの供給量を補正するようにしているので、外気温度によらずに安定した電力供給を得ることができる。また、外気温度によらず燃料電池を最適な条件で安定的に運転することができる。
【0025】
また、本発明を空気極への空気の供給に適用した場合、空気極の酸化剤利用率を一定に維持することが可能となるため燃料電池本体の耐久性を向上させることができる。
【0026】
この発明は、特に、家庭用燃料電池コジェネシステムとして使用される燃料電池システムおよび燃料電池の運転方法に適用した場合、効果的である。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の燃料電池システムの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0028】
図1は、本発明に係る実施形態の燃料電池システムの構成を模式的に示したブロック図である。同図において、図4(従来例)と重複する部分には同一の符号を付す。
【0029】
同図において、本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池本体1と、燃料電池本体1から出力される負荷電流Iの電流値を測定するための負荷電流測定部2と、負荷電流Iの計測値(負荷電流計測値K)に対応する基準のポンプ出力制御量(基準値S)を設定する基準値設定部3と、空気取り入れ口等の外気温度を測定するための外気温測定部4と、基準値設定部3が設定する基準値Sを外気温測定部4で測定された外気温度Tに基づいて補正するポンプ出力演算部5と、外気温度Tによる変位が補正された出力制御量Pに基づいて出力制御される空気ポンプ6とを具備して構成されている。
【0030】
燃料電池本体1の内部には、空気極11と、燃料極12とを配して成る膜電極接合体が、一般に複数個集積されている(図1では模式的に1つとしている)。この両電極間の負荷電流の経路は、正しくは図3に示す負荷電流の経路と同じ経路をとるが、図1では模式的に示している。
【0031】
負荷電流測定部2は、空気極11と燃料極12との間を流れる負荷電流Iの電流値(負荷電流計測値K)を計測し、この負荷電流計測値Kを基準値設定部3に送出する。
【0032】
基準値設定部3は、上記負荷電流計測値Kに対応するポンプ出力制御量の基準値Sを設定する。この負荷電流計測値Kと基準値Sとの対応付けは、例えば、負荷電流計測値Kの適当な区間別に基準値Sの値を記録したテーブルを予め設定しておき、必要に応じてこのテーブルを参照することにより達成することができる。基準値設定部3内に記憶部を設けておき、この記憶部に上記テーブルを格納しておいてもよい。
【0033】
外気温測定部4は、空気ポンプの空気取り入れ口付近等の外気温度を測定し、その計測値(外気温度T)をポンプ出力演算部5に送出する。
【0034】
ポンプ出力演算部5は、基準値設定部3が設定する基準値Sを外気温測定部4で測定された外気温度Tに基づいて補正する。以下、この補正の手順について説明する。
【0035】
図2は、燃料電池の負荷電流と、該負荷電流に対応するポンプ出力との関係を示すグラフである。図2(a)は、燃料電池の負荷電流と該負荷電流に対応して必要となる質量換算所定空気量を供給するために必要なポンプ出力との関係を示し、図2(b)は、燃料電池の負荷電流と上記質量換算所定空気量に相当する空気量を得るために必要となる季節毎のポンプ出力との関係を概念的に示し、図2(c)は、図2(b)のグラフ及び該グラフから求めた電流値aに対応して必要となる季節(冬、春、夏)毎のポンプ出力の値(p,p,p)を示す。図示したように、ある負荷電流を得るために必要となる空気の量は、季節により変動する。これは、外気温度により供給される空気の体積が変化することによる。
【0036】
こうした体積変化を考慮し、ポンプ出力演算部5では、気体の状態方程式に基づいて基準値Sを補正する。すなわち、基準値Sを算定した際の外気温度をTとし、燃料電池運転時の外気温度をTとして、
S’=S×(T/T
の式により補正を行う。ここで、TおよびTは絶対温度である。
【0037】
補正の方法として、他の方法を採用することもできる。例えば、ポンプ出力演算部5には、予め、外気温度Tの具体的な値または値域毎に、図2に示すような負荷電流と必要ポンプ出力との関係を記録しておき、ポンプ出力演算部5では、この記録を参照して出力制御量Pを得ることができる。
【0038】
空気ポンプ6は、この出力制御量Pをポンプ出力制御量として参照して出力を調整し、空気極11に空気A(酸化剤)を供給する。
【0039】
この実施の形態によれば、ポンプ出力演算部5は、燃料電池の負荷電流Iの計測値Kに対応するポンプ出力制御量の基準値Sを、空気ポンプ6の取り入れ口付近等の外気温度の測定値である外気温Tに基づいて補正することにより、空気ポンプ6を制御するための出力制御量Pが空気ポンプ6に送出される。空気ポンプ6では、この出力制御量Pに基づいてポンプ出力を調整して空気極11に空気A(酸化剤)を供給する。これにより、負荷が必要とする電力を発電することができる空気量(酸素量)を、空気ポンプ6の取り入れ口付近等の外気温度に影響されずに安定して空気極11に供給することができる。
【0040】
このようにポンプ出力値に対し外気温度により補正を行うため、外気温度の変化による供給空気量の変動を抑制することができる。この結果、年間を通し、安定した燃料電池システムの運転を行うことが可能となる。また、空気極の酸化剤利用率を一定に維持することが可能となるため燃料電池本体の耐久性を向上させることができる。
【0041】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。たとえば、上記実施形態では空気極側に上記システムを適用したが、燃料極側に適用してもよい。また、基準値Sの補正の方法は上記以外の様々な方法を採用することができる。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外気温度の変動に対応して燃料または酸化剤となるガスの供給量を補正するようにしているので、外気温度によらずに安定した電力供給を得ることができる。また、外気温度によらず燃料電池を最適な条件で安定的に運転することができる。具体的には、年間を通し、安定した燃料電池システムの運転を行うことが可能となる。また、本発明を空気極への空気の供給に適用した場合、空気極の酸化剤利用率を一定に維持することが可能となるため燃料電池本体の耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施形態の燃料電池システムの構成を模式的に示したブロック図である。
【図2】燃料電池の負荷電流と、該負荷電流に対応するポンプ出力との関係を示すグラフである。
【図3】従来の一般的な固体高分子型燃料電池の原理を説明するための説明図である。
【図4】従来の燃料電池システムを模式的に示したブロック図である。
【符号の説明】
1 燃料電池本体、 2 負荷電流測定部、 3 基準値設定部、 4 外気温測定部、 5 ポンプ出力演算部、 6 空気ポンプ、 11 空気極、 12燃料極、 A 空気、 I 負荷電流、 K 負荷電流計測値、 P 出力制御量、 S 基準値、 T 外気温度T。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell system and a fuel cell operation method.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells have attracted attention as a power source that has high energy conversion efficiency and does not generate harmful substances due to power generation reactions. As one of such fuel cells, a polymer electrolyte fuel cell that operates at a low temperature of 100 ° C. or less is known.
[0003]
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the principle of a conventional general polymer electrolyte fuel cell.
[0004]
As shown in FIG. 3, the polymer electrolyte fuel cell has a basic structure in which a polymer electrolyte membrane, which is an electrolyte membrane, is disposed between a fuel electrode and an air electrode. Is a device that generates electricity by the following electrochemical reaction.
[0005]
Fuel electrode: H 2 → 2H + + 2e - (1)
Air electrode: 1 / 2O 2 + 2H + + 2e → H 2 O (2)
The fuel electrode and the air electrode have a structure in which a catalyst layer and a gas diffusion layer are stacked. The catalyst layers of the respective electrodes are opposed to each other with the solid polymer film interposed therebetween, and constitute a fuel cell. The catalyst layer is a layer formed by binding carbon particles carrying a catalyst with an ion exchange resin. The gas diffusion layer serves as a passage for oxygen and hydrogen. The power generation reaction proceeds at a so-called three-phase interface between the catalyst, the ion exchange resin, and hydrogen in the catalyst layer.
[0006]
At the fuel electrode, hydrogen contained in the supplied fuel is decomposed into hydrogen ions and electrons as shown in the above formula (1). Among them, hydrogen ions move inside the solid polymer electrolyte membrane toward the oxygen electrode, and electrons move to the oxidant electrode (air electrode) through an external circuit. On the other hand, in the oxidant electrode, oxygen contained in the oxidant (air) supplied to the oxygen electrode (air electrode) reacts with the hydrogen ions and electrons moved from the fuel electrode, and is expressed by the above equation (2). Water is produced. As described above, in the external circuit, the electrons move from the fuel electrode toward the air electrode, so that electric power is extracted.
[0007]
In recent years, cogeneration systems using such a solid polymer electrolyte fuel cell as a household power supply have been developed. Patent Literature 1 describes an example of such a home fuel cell cogeneration system. According to the document, a fuel cell power supply including a solid polymer electrolyte fuel cell is installed outdoors, supplies raw fuel gas such as city gas and generates electric power, and converts DC into AC by an inverter B to convert indoor power to indoor power. A system for supplying power to electrical equipment is described.
[0008]
In such a home fuel cell cogeneration system, the amount of fuel supplied from the reformer is usually controlled by flow rate measuring means capable of measuring the flow rate in terms of mass. Since the supply amount is controlled by measuring the mass-converted flow rate of the supplied fuel, the supply amount can be controlled accurately, and is not affected by the ambient temperature or the like. On the other hand, regarding the control method of the supply amount of the oxidant (that is, air) supplied to the air electrode, conventionally, it is only necessary to control the air supply amount corresponding to the load current of the fuel cell without considering the outside air temperature. I was done.
[0009]
FIG. 4 is a block diagram schematically showing a conventional fuel cell system. The conventional fuel cell system shown in FIG. 4 includes a fuel cell main body 1, a load current measuring section 2 for measuring a current value of a load current I output from the fuel cell main body 1, and a measured value of the load current I ( A reference value setting unit 3 for setting a reference pump output control amount (reference value S) corresponding to the load current measurement value K), and an air pump whose output is controlled based on the reference value S set by the reference value setting unit 3 6 is provided.
[0010]
Inside the fuel cell body 1, an air electrode 11 and a fuel electrode 12 are formed. The path of the load current between the two electrodes correctly takes the same path as the path of the load current shown in FIG. 3, but is schematically shown in FIG.
[0011]
The load current measuring unit 2 measures the current value of the load current I flowing between the air electrode 11 and the fuel electrode 12 (measured load current value K), and sends the measured load current value K to the reference value setting unit 3. I do.
[0012]
The reference value setting unit 3 sets a reference value S of the pump output control amount corresponding to the load current measurement value K. The correspondence between the load current measurement value K and the reference value S can be determined, for example, by setting a table in which the value of the reference value S is recorded in an appropriate section of the load current measurement value K in advance, and as needed. Achieved by reference.
[0013]
The air pump 6 refers to the reference value S as a pump output control amount, supplies the air A (oxidizing agent) to the air electrode 11, and adjusts the supply amount based on the reference value S.
[0014]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-216810
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional fuel cell, as described above, the supply amount of the air A supplied to the air electrode 11 shown in FIG. 4 is controlled by controlling the air amount corresponding to the load current I of the fuel cell. Therefore, there is a problem that an error occurs in the required supply amount in terms of mass due to the influence of the outside air temperature such as the air intake port. That is, the volume of supplied air changes depending on the outside air temperature of the air intake port. For example, if there is a temperature difference between 30 ° C. and 0 ° C. in the summer and winter seasons, the volume changes by about 10%. (Volume expansion occurs in summer). Therefore, the amount of oxygen per unit volume is also changed by about 10%. The output of the air pump 6 of the fuel cell, that is, the amount of air supplied to the air electrode 11 corresponding to the measured value K of the load current I is conventionally corrected for the change in the amount of oxygen per unit volume. There was no air volume.
[0016]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and has an object to accurately control a supply amount of a gas serving as a fuel or an oxidizing agent and to realize a stable power supply regardless of an outside air temperature. Aim.
[0017]
Another object of the present invention is to make the supply amount of the gas constant irrespective of the outside air temperature and to operate the fuel cell stably under optimum conditions.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a fuel cell, gas supply means for supplying a fuel or oxidant gas to the fuel cell, outside air temperature measurement means for measuring an outside air temperature, and current for measuring an output current of the fuel cell Measuring means, and the gas supply means is configured to adjust the supply amount of the gas based on an outside air temperature measured by the outside air temperature measuring means and an output current measured by the current measuring means. A fuel cell system is provided.
[0019]
In the fuel cell system according to the aspect of the invention, the gas supply unit may include an output current and data on a relationship between a supply amount of the gas required in accordance with the output current and an output current measured by the current measurement unit. A calculating unit for calculating a gas amount required in accordance with the output current, and a correcting unit for correcting the gas amount in consideration of a volume change due to the outside air temperature measured by the outside air temperature measuring means. , May be included.
[0020]
In the fuel cell system of the present invention, the gas may be air serving as an oxidant, and the gas supply unit may supply the air to an oxidant electrode of the fuel cell.
[0021]
Further, according to the present invention, there is provided a method of operating a fuel cell while controlling an amount of supplying a gas serving as a fuel or an oxidizing agent, the method comprising: measuring an outside air temperature; and measuring an output current of the fuel cell. And a step of supplying the gas to the fuel cell while adjusting a supply amount based on the outside air temperature and the output current.
[0022]
In the method for operating a fuel cell according to the present invention, the step of supplying the gas is performed by measuring the output current and data relating to a relationship between the supply amount of the gas required in accordance with the output current and the current measurement unit. Calculating a gas amount necessary for the output current based on the output current; correcting the gas amount in consideration of a volume change due to the outside air temperature; and Supplying an amount to the fuel cell.
[0023]
In the fuel cell operating method of the present invention, the gas may be air serving as an oxidant, and the air may be supplied to an oxidant electrode of the fuel cell.
[0024]
According to the present invention, since the supply amount of the fuel or the gas serving as the oxidant is corrected in accordance with the fluctuation of the outside air temperature, a stable power supply can be obtained regardless of the outside air temperature. Further, the fuel cell can be stably operated under optimal conditions regardless of the outside air temperature.
[0025]
Further, when the present invention is applied to the supply of air to the air electrode, the oxidant utilization rate of the air electrode can be kept constant, so that the durability of the fuel cell body can be improved.
[0026]
The present invention is particularly effective when applied to a fuel cell system used as a household fuel cell cogeneration system and a method of operating a fuel cell.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the fuel cell system of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0028]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to portions overlapping with FIG. 4 (conventional example).
[0029]
In FIG. 1, the fuel cell system according to the present embodiment includes a fuel cell main body 1, a load current measuring unit 2 for measuring a current value of a load current I output from the fuel cell main body 1, and a measurement of the load current I. A reference value setting unit 3 for setting a reference pump output control amount (reference value S) corresponding to the value (load current measurement value K), and an outside air temperature measurement unit 4 for measuring the outside air temperature of the air intake port and the like. A pump output calculation unit 5 for correcting the reference value S set by the reference value setting unit 3 based on the outside air temperature T measured by the outside air temperature measurement unit 4, and an output control amount P corrected for displacement caused by the outside air temperature T. And an air pump 6 whose output is controlled based on the
[0030]
In the fuel cell body 1, a plurality of membrane electrode assemblies each including an air electrode 11 and a fuel electrode 12 are generally integrated (in FIG. 1, one is schematically shown). The path of the load current between the two electrodes correctly takes the same path as the path of the load current shown in FIG. 3, but is schematically shown in FIG.
[0031]
The load current measuring unit 2 measures the current value of the load current I flowing between the air electrode 11 and the fuel electrode 12 (measured load current value K), and sends the measured load current value K to the reference value setting unit 3. I do.
[0032]
The reference value setting unit 3 sets a reference value S of the pump output control amount corresponding to the load current measurement value K. The correspondence between the measured load current value K and the reference value S is set, for example, in advance by setting a table in which the value of the reference value S is recorded in an appropriate section of the measured load current value K, and as needed. Can be achieved. A storage unit may be provided in the reference value setting unit 3, and the table may be stored in this storage unit.
[0033]
The outside air temperature measuring unit 4 measures the outside air temperature near the air intake port of the air pump and sends the measured value (outside air temperature T) to the pump output calculation unit 5.
[0034]
The pump output calculation unit 5 corrects the reference value S set by the reference value setting unit 3 based on the outside air temperature T measured by the outside air temperature measurement unit 4. Hereinafter, the procedure of this correction will be described.
[0035]
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a load current of the fuel cell and a pump output corresponding to the load current. FIG. 2A shows a relationship between a load current of the fuel cell and a pump output required to supply a predetermined mass-converted air amount required corresponding to the load current, and FIG. FIG. 2 (c) conceptually shows the relationship between the load current of the fuel cell and the pump output for each season required to obtain an air amount corresponding to the above-mentioned mass-converted predetermined air amount. And the pump output values (p 1 , p 2 , p 3 ) for each required season (winter, spring, summer) corresponding to the current value a obtained from the graph. As shown, the amount of air required to obtain a certain load current varies with the season. This is because the volume of the supplied air changes depending on the outside air temperature.
[0036]
In consideration of such a volume change, the pump output calculation unit 5 corrects the reference value S based on the gas state equation. That is, the outside air temperature when the reference value S is calculated is T 0, and the outside air temperature during fuel cell operation is T 1 ,
S ′ = S × (T 1 / T 0 )
The correction is performed by the following equation. Here, T 0 and T 1 are absolute temperatures.
[0037]
As a correction method, another method can be adopted. For example, the relationship between the load current and the required pump output as shown in FIG. 2 is recorded in advance in the pump output calculator 5 for each specific value or range of the outside air temperature T, and the pump output calculator 5 In 5, the output control amount P can be obtained by referring to this record.
[0038]
The air pump 6 refers to the output control amount P as a pump output control amount, adjusts the output, and supplies air A (oxidizing agent) to the air electrode 11.
[0039]
According to this embodiment, the pump output calculation unit 5 determines the reference value S of the pump output control amount corresponding to the measured value K of the load current I of the fuel cell as the outside air temperature near the intake of the air pump 6. The output control amount P for controlling the air pump 6 is sent to the air pump 6 by performing correction based on the measured outside air temperature T. The air pump 6 adjusts the pump output based on the output control amount P to supply air A (oxidant) to the air electrode 11. Thus, the air amount (oxygen amount) capable of generating the electric power required by the load can be stably supplied to the air electrode 11 without being affected by the outside air temperature near the intake of the air pump 6 or the like. it can.
[0040]
As described above, since the pump output value is corrected based on the outside air temperature, a change in the supply air amount due to a change in outside air temperature can be suppressed. As a result, stable operation of the fuel cell system can be performed throughout the year. Further, since the oxidant utilization rate of the air electrode can be kept constant, the durability of the fuel cell body can be improved.
[0041]
The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it is understood by those skilled in the art that various modifications can be made to the combination of each component and each processing process, and that such modifications are also within the scope of the present invention. is there. For example, in the above embodiment, the system is applied to the air electrode side, but may be applied to the fuel electrode side. Further, as a method of correcting the reference value S, various methods other than the above can be adopted.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the supply amount of the gas serving as the fuel or the oxidant is corrected in accordance with the fluctuation of the outside air temperature, so that a stable power supply can be performed regardless of the outside air temperature. Obtainable. Further, the fuel cell can be stably operated under optimal conditions regardless of the outside air temperature. Specifically, stable operation of the fuel cell system can be performed throughout the year. Further, when the present invention is applied to the supply of air to the air electrode, the oxidant utilization rate of the air electrode can be kept constant, so that the durability of the fuel cell body can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a load current of a fuel cell and a pump output corresponding to the load current.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the principle of a conventional general polymer electrolyte fuel cell.
FIG. 4 is a block diagram schematically showing a conventional fuel cell system.
[Explanation of symbols]
1 fuel cell main unit, 2 load current measuring unit, 3 reference value setting unit, 4 outside air temperature measuring unit, 5 pump output calculation unit, 6 air pump, 11 air electrode, 12 fuel electrode, A air, I load current, K load Current measurement value, P output control amount, S reference value, T Outside air temperature T.

Claims (6)

燃料電池と、該燃料電池へ燃料または酸化剤となるガスを供給するガス供給手段と、外気温度を測定する外気温度測定手段と、前記燃料電池の出力電流を測定する電流測定手段とを備え、
前記ガス供給手段は、前記外気温度測定手段により測定された外気温度および前記電流測定手段により測定された出力電流に基づいて前記ガスの供給量を調整するように構成されたことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell, gas supply means for supplying gas to be a fuel or an oxidant to the fuel cell, outside air temperature measurement means for measuring outside air temperature, and current measurement means for measuring an output current of the fuel cell,
The fuel, wherein the gas supply unit is configured to adjust a supply amount of the gas based on an outside air temperature measured by the outside air temperature measurement unit and an output current measured by the current measurement unit. Battery system.
請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガス供給手段は;
出力電流および該出力電流に対応して必要となる前記ガスの供給量の関係に関するデータと、前記電流測定手段により測定された出力電流とに基づいて、前記出力電流に対応して必要となるガス量を算定する算定部と、
前記ガス量を、前記外気温度測定手段により測定された外気温度による体積変化を考慮して補正する補正部と、
を含むことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
Said gas supply means;
Based on the output current and the data on the relationship between the supply amount of the gas required corresponding to the output current and the output current measured by the current measuring means, the gas required corresponding to the output current is determined. A calculation unit for calculating the amount;
A correction unit that corrects the gas amount in consideration of a volume change due to the outside air temperature measured by the outside air temperature measurement unit,
A fuel cell system comprising:
請求項1または2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガスは、酸化剤となる空気であり、
前記ガス供給手段は、前記燃料電池の酸化剤極に前記空気を供給することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1, wherein
The gas is air serving as an oxidizing agent,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the gas supply unit supplies the air to an oxidant electrode of the fuel cell.
燃料または酸化剤となるガスを供給する量を制御しながら燃料電池を運転する方法であって、
外気温度を測定するステップと、
前記燃料電池の出力電流を測定するステップと、
前記外気温度および前記出力電流に基づいて供給量を調整しつつ前記燃料電池へ前記ガスを供給するステップと、
を含むことを特徴とする燃料電池の運転方法。
A method of operating a fuel cell while controlling an amount of gas supplied as a fuel or an oxidant,
Measuring the outside air temperature;
Measuring the output current of the fuel cell;
Supplying the gas to the fuel cell while adjusting a supply amount based on the outside air temperature and the output current;
A method for operating a fuel cell, comprising:
請求項4に記載の燃料電池の運転方法において、
前記ガスを供給するステップは、
出力電流および該出力電流に対応して必要となる前記ガスの供給量の関係に関するデータと、前記電流測定手段により測定された出力電流とに基づいて、前記出力電流に対応して必要となるガス量を算定するステップと、
前記ガス量を、前記外気温度による体積変化を考慮して補正するステップと、
補正された前記ガス量を前記燃料電池に供給するステップと、
を含むことを特徴とする燃料電池の運転方法。
The method for operating a fuel cell according to claim 4,
Supplying the gas,
Based on the output current and the data on the relationship between the supply amount of the gas required corresponding to the output current and the output current measured by the current measuring means, the gas required corresponding to the output current is determined. Calculating the quantity;
Correcting the gas amount in consideration of a volume change due to the outside air temperature;
Supplying the corrected gas amount to the fuel cell;
A method for operating a fuel cell, comprising:
請求項4または5に記載の燃料電池の運転方法において、
前記ガスは、酸化剤となる空気であり、該空気を前記燃料電池の酸化剤極に供給することを特徴とする燃料電池の運転方法。
The method for operating a fuel cell according to claim 4 or 5,
The method of operating a fuel cell, wherein the gas is air serving as an oxidant, and the air is supplied to an oxidant electrode of the fuel cell.
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