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KR101811107B1 - 연료 전지 시스템 및 해당 시스템 내의 유체의 배출 방법 - Google Patents

연료 전지 시스템 및 해당 시스템 내의 유체의 배출 방법 Download PDF

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KR101811107B1
KR101811107B1 KR1020150158113A KR20150158113A KR101811107B1 KR 101811107 B1 KR101811107 B1 KR 101811107B1 KR 1020150158113 A KR1020150158113 A KR 1020150158113A KR 20150158113 A KR20150158113 A KR 20150158113A KR 101811107 B1 KR101811107 B1 KR 101811107B1
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요시아키 나가누마
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

유체 배출 처리 시에 있어서의 배출 처리를 보다 충분한 것으로 하여 시스템 내에 물이 남지 않도록 한다.
제어부는, 연료 전지의 애노드의 출구에 있어서의 애노드측 유로 내의 유체의 유량을 제1 유량으로 하고, 그 후에 애노드의 출구에 있어서의 애노드측 유로 내의 유체의 유량을 제1 유량보다 적은 제2 유량으로 하고, 제2 유량이 흐르고 있을 때에 배기 배수 밸브를 개방함으로써 수소 배출 유로 내의 물을 배출한다. 제1 유량으로 흐르게 한 후에, 애노드의 출구에 있어서의 애노드측 유로 내의 유체의 유량을 제1 유량보다 적고, 제2 유량보다 많은 제3 유량으로 흐르게 하는 것으로 해도 된다.

Description

연료 전지 시스템 및 해당 시스템 내의 유체의 배출 방법 {FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR DISCHARGING FLUID IN THE SYSTEM}
본 발명은, 연료 전지 시스템 및 해당 시스템 내의 유체의 배출 방법에 관한 것이다.
연료 전지 시스템의 내부나 연료 오프 가스의 순환 유로에는, 발전에 수반하여 질소나 일산화탄소 등의 불순물이나 물이 축적된다. 이와 같은 불순물이나 물을 외부로 배출하기 위해, 순환 유로에 접속된 배출 유로에 배기 배수 밸브를 설치하고, 이 배기 배수 밸브의 개폐 제어를 행함으로써, 순환 유로 내의 가스나 물을 일정 시간마다 배출하는 기술(퍼지 기술)이 이용되고 있다.
또한, 연료 전지 시스템의 영점 하에서의 시동 성능을 확보하기 위해, 연료 전지 시스템을 구성하는 부품(예를 들어, 상술한 배기 배수 밸브 등)이 0℃로 되기 직전, 애노드측 유로에 고인 물 등을, 압력차를 이용하여 배기 배수 밸브로부터 배출한다는 대책이 행해지고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 출원 공개 제2007-305563호 공보
그러나, 상술한 바와 같이 압력차를 이용하여 배기 배수 밸브 주위의 물을 배출해도, 연료 전지 스택측에 물이 남아 있으므로, 배기 시에 연료 전지 스택으로부터 물이 흘러 나와, 배기 배수 밸브 주위의 배수가 불충분해지는 경우가 있다. 이와 같이 배수 처리가 불충분하면, 남은 물이 영점 환경 하에서 동결하여 시동 특성이 확보될 수 없는 등의 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 유체 배출 처리 시에 있어서의 배출 처리를 보다 충분한 것으로 하여 시스템 내에 물이 남지 않도록 한 연료 전지 시스템 및 해당 시스템 내의 유체의 배출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 연료 전지와, 해당 연료 전지에 수소 가스를 공급하는 수소 공급부와, 수소 공급부로부터 연료 전지로 공급되는 수소 가스가 흐르는 수소 공급 유로와, 상기 연료 전지로부터 배출된 수소 오프 가스가 흐르는 수소 배출 유로와, 상기 수소 배출 유로에 배치된 배기 배수 밸브와, 상기 수소 공급부로부터의 수소 가스의 공급량을 제어하는 제어부를 갖는 연료 전지 시스템에 있어서,
상기 제어부는,
상기 연료 전지의 애노드의 출구에 있어서의 애노드측 유로 내의 유체의 유량을 제1 유량으로 하고,
그 후에 상기 애노드의 출구에 있어서의 상기 애노드측 유로 내의 유체의 유량을 상기 제1 유량보다 적은 제2 유량으로 하고,
상기 제2 유량이 흐르고 있을 때에 상기 배기 배수 밸브를 개방함으로써 상기 수소 배출 유로 내의 물을 배출하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에서는, 유체 배출 시, 우선은 제1 유량으로 애노드측 유로 내에 존재하는 유체를 흐르게 함으로써, 연료 전지 스택의 애노드측 유로의 물을 배출한다. 그 후, 제1 유량보다 적은 제2 유량으로, 연료 전지 스택의 애노드 출구 등의 물을 흐르게 하고, 유로 내의 물을 배기 배수 밸브로부터 배출한다. 이와 같이, 순환 유로의 수소 펌프 등을 사용하여, 배수 처리 시에 있어서의 퍼지 유량에 차를 설정함으로써, 시스템 상류로부터 시스템 하류로 물이 이동해 오지 않도록 처리를 하여, 당해 시스템 하류에 물이 남지 않도록 할 수 있다.
상기 수소 공급부는, 수소 가스가 저류되는 연료 탱크와, 수소 공급 유로에 설치된 인젝터와, 상기 연료 전지로부터 배출된 수소 오프 가스를 상기 수소 배출 유로로부터 상기 수소 공급 유로로 복귀시키는 순환 유로와, 상기 수소 배출 유로 내의 수소 오프 가스를 상기 순환 유로를 통해 상기 수소 공급 유로로 압송하는 수소 펌프를 구비하는 것이어도 된다.
상술한 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제1 유량으로 흐르게 한 후에, 상기 애노드의 출구에 있어서의 애노드측 유로 내의 유체의 유량을 제1 유량보다 적고, 제2 유량보다 많은 제3 유량으로 흐르게 하는 것으로 해도 된다. 이러한 경우, 제3 유량으로 유체를 흐르게 함으로써, 연료 전지 스택에 있어서의 애노드 출구 부근에 저류되어 있는 물을 미리 배수할 수 있으므로, 또한 배기 배수 밸브 주위의 남은 물을 억제할 수 있다.
상기 제어부는, 연료 전지의 구성 부품의 온도가 0℃로 된다고 판단한 경우에, 애노드측 유로의 배기를 행하는 것이어도 된다. 이러한 경우에는, 동결하기 전에 애노드측 유로 등의 물을 배수해 둠으로써, 연료 전지 시스템의 영점 하에서의 시동 성능을 확보할 수 있다. 구성 부품은, 예를 들어 상술한 배기 배수 밸브이다.
또한, 본 발명은 연료 전지와, 해당 연료 전지에 공급되는 수소 가스가 저류되는 연료 탱크와, 해당 연료 탱크로부터 연료 전지로 공급되는 수소 가스가 흐르는 수소 공급 유로와, 상기 연료 전지로부터 배출된 수소 오프 가스를 상기 수소 공급 유로로 복귀시키는 순환 유로와, 해당 순환 유로 내의 수소 오프 가스를 상기 수소 공급 유로로 압송하는 수소 펌프와, 상기 순환 유로에 배치된 기액 분리기와, 해당 기액 분리기에 설치된 배기 배수 밸브와, 상기 수소 펌프를 제어하는 제어부를 갖는 연료 전지 시스템 내의 유체를 시스템 외부로 배출하는 방법이며,
상기 연료 전지 내의 애노드측 유로 내에 존재하는 유체를 상기 수소 펌프에 의해 제1 유량으로 흐르게 하고,
그 후에, 상기 수소 펌프에 의해 제1 유량보다 적은 제2 유량으로 흐르게 하고,
상기 제2 유량이 흐르고 있을 때에 상기 배기 배수 밸브를 개방함으로써 상기 순환 유로 내의 물을 배출하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따르면, 유체 배출 처리 시에 있어서의 배출 처리를 보다 충분한 것으로 하여 시스템 내에 물이 남지 않도록 할 수 있다.
도 1은 연료 전지 시스템의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 2는 연료 전지 시스템에 있어서의 수소 오프 가스의 순환 유로의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 3은 파킹 퍼지 시에 있어서의 경시 변화를 나타내는 그래프이고, (A) 수소 펌프의 회전수, (B) 애노드 배수량, (C) 배기 배수 밸브로부터의 배기 배수량, (D) 인젝터의 수소 가스 압력, 및 (E) 애노드 출구에 있어서의 유체의 유량.
본 발명의 구성을 도면에 도시하는 실시 형태의 일례에 기초하여 상세하게 설명한다. 이하에 있어서는, 먼저 연료 전지 시스템(1)의 전체 구성에 대해 설명하고, 그 후, 연료 전지 시스템(1)에 있어서의 유체 배출 처리에 대해 설명한다.
도 1에 연료 전지 차량에 탑재되어 있는 연료 전지 시스템(1)의 개략 구성을 도시하고, 도 2에 수소 오프 가스의 순환 유로 개략 구성을 나타낸다. 또한, 여기서는 연료 전지 차량(Fuel Cell Hybrid Vehicle)의 차량 탑재 발전 시스템으로서 적용 가능한 시스템의 일례를 도시하지만, 이러한 연료 전지 시스템(1)은 각종 이동체(예를 들어, 선박이나 비행기 등)나 로봇 등의 자주 가능한 것에 탑재되는 발전 시스템, 또한 정치의 발전 시스템으로서도 이용하는 것이 가능하다.
본 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템(1)은, 반응 가스(산화 가스 및 연료 가스)의 공급을 받아 전기 화학 반응에 의해 전력을 발생하는 연료 전지(2)와, 산화 가스로서의 공기를 연료 전지(2)에 공급하는 산화 가스 배관계(3)와, 연료 가스로서의 수소 가스를 연료 전지(2)에 공급하는 연료 가스 배관계(4)와, 연료 전지(2)에 냉매를 공급하여 당해 연료 전지(2)를 냉각하는 냉매 배관계(5)와, 시스템의 전력을 충방전하는 전력계(6)와, 시스템 전체를 통괄 제어하는 제어부(7)를 구비하고 있다.
연료 전지(2)는, 예를 들어 고체 고분자 전해질형 연료 전지이고, 다수의 단셀을 적층한 스택 구조로 되어 있다(도 2에 있어서 연료 전지 스택을 부호 2S로 나타냄). 단셀은, 이온 교환막으로 이루어지는 전해질의 한쪽 면에 공기극을 갖고, 다른 쪽의 면에 연료극을 갖고, 또한 공기극 및 연료극을 양측으로부터 끼워 넣도록 한 쌍의 세퍼레이터를 가진 구조로 되어 있다. 한쪽의 세퍼레이터의 연료 가스 유로에 연료 가스가 공급되고, 다른 쪽의 세퍼레이터의 산화 가스 유로에 산화 가스가 공급되고, 또한 이들 각 반응 가스가 화학 반응을 발생함으로써 전력이 발생한다. 이 연료 전지(2)에는, 발전 중인 전류를 검출하는 전류 센서(2a)가 설치되어 있다.
산화 가스 배관계(3)는, 연료 전지(2)에 공급되는 산화 가스가 흐르는 공기 공급 유로(11)와, 연료 전지(2)로부터 배출된 산화 오프 가스가 흐르는 배기 유로(12)를 갖고 있다. 공기 공급 유로(11)에는, 필터(13)를 통해 산화 가스를 도입하는 압축기(14)와, 압축기(14)에 의해 압송되는 산화 가스를 가습하는 가습기(15)가 설치되어 있다. 압축기(14)는, 도시되어 있지 않은 모터의 구동에 의해 대기 중의 산화 가스를 도입한다. 또한, 배기 유로(12)를 흐르는 산화 오프 가스는, 배압 조정 밸브(16)를 통해 가습기(15)로 수분 교환에 제공된 후, 최종적으로 배기 가스로서 시스템 밖의 대기 중에 배기된다.
연료 가스 배관계(4)는, 수소 공급원으로서의 연료 탱크(21)와, 연료 탱크(21)로부터 연료 전지(2)로 공급되는 수소 가스가 흐르는 수소 공급 유로(22)와, 연료 전지(2)에 수소 가스를 공급하는 수소 공급부(20)와, 연료 전지(2)로부터 배출된 수소 오프 가스(연료 오프 가스)가 흐르는 수소 배출 유로(33)와, 수소 오프 가스를 수소 공급 유로(22)의 합류부(A1)로 복귀시키기 위한 순환 유로(23)와, 수소 배출 유로(33)를 흐른 수소 오프 가스를 수소 공급 유로(22)로 압송하는 수소 펌프(24)와, 순환 유로(23)에 분기 접속된 배기 배수 유로(25)를 갖고 있다.
수소 공급부(20)는, 수소 가스가 저류되는 연료 탱크(21)와, 수소 공급 유로(22)에 설치된 인젝터(28)와, 연료 전지(2)로부터 배출된 수소 오프 가스를 수소 배출 유로(33)로부터 수소 공급 유로(22)로 복귀시키는 순환 유로(23)와, 수소 배출 유로(33) 내의 수소 오프 가스를 순환 유로(23)를 통해 수소 공급 유로(22)로 압송하는 수소 펌프(24)를 구비한다(도 2 참조).
연료 탱크(21)는, 예를 들어 고압 탱크나 수소 흡장 합금 등으로 구성되어 본 실시 형태에 있어서의 연료 전지 차량에 복수 탑재되어 있는 것이고, 예를 들어 35㎫ 또는 70㎫의 수소 가스를 저류 가능하게 구성되어 있다. 후술하는 차단 밸브(26)를 개방하면, 연료 탱크(21)로부터 수소 공급 유로(22)로 수소 가스가 유출된다. 수소 가스는, 후술하는 레귤레이터(27)나 인젝터(28)에 의해 최종적으로 예를 들어 200㎪ 정도까지 감압되어, 연료 전지(2)에 공급된다. 또한, 본 실시 형태에서는 이와 같은 연료 탱크(21)를 수소 공급원으로 하고 있지만, 이 밖에, 탄화 수소계의 연료로부터 수소 풍부한 개질 가스를 생성하는 개질기와, 이 개질기로 생성한 개질 가스를 고압 상태로 하여 축압하는 고압 가스 탱크에 의해 수소 공급원을 구성하는 것도 가능하다.
수소 공급 유로(22)에는, 연료 탱크(21)로부터의 수소 가스의 공급을 차단 또는 허용하는 차단 밸브(26)와, 수소 가스의 압력을 조정하는 레귤레이터(27)와, 인젝터(28)가 설치되어 있다. 또한, 인젝터(28)의 하류측이며 수소 공급 유로(22)와 순환 유로(23)의 합류부(A1)의 상류측에는, 수소 공급 유로(22) 내의 수소 가스의 압력을 검출하는 압력 센서(29)가 설치되어 있다. 또한, 인젝터(28)의 상류측에는, 수소 공급 유로(22) 내의 수소 가스의 압력 및 온도를 검출하는 압력 센서 및 온도 센서(도시 생략)가 설치되어 있다. 압력 센서(29) 등으로 검출된 수소 가스의 가스 상태(압력, 온도)에 관한 정보는, 후술하는 인젝터(28)의 피드백 제어나 퍼지 제어에 사용된다.
레귤레이터(27)는, 그 상류측 압력(1차압)을, 미리 설정한 2차압으로 압력 조절하는 장치이다. 본 실시 형태에 있어서는, 1차압을 감압하는 기계식의 감압 밸브를 레귤레이터(27)로서 채용하고 있다. 기계식의 감압 밸브의 구성으로서는, 배압실과 압력 조절실이 다이어프램을 이격하여 형성된 하우징을 갖고, 배압실 내의 배압에 의해 압력 조절실 내에서 1차압을 소정의 압력으로 감압하여 2차압으로 하는 공지의 구성을 채용할 수 있다.
인젝터(28)는, 밸브체를 전자 구동력으로 직접적으로 소정의 구동 주기로 구동하여 밸브 시트로부터 이격시킴으로써 가스 유량이나 가스압을 조정하는 것이 가능한 전자 구동식의 개폐 밸브이다. 인젝터(28)는, 수소 가스 등의 기체 연료를 분사하는 분사 구멍을 갖는 밸브 시트를 구비함과 함께, 그 기체 연료를 분사 구멍까지 공급 안내하는 노즐 바디와, 이 노즐 바디에 대해 축선 방향(기체 흐름 방향)으로 이동 가능하게 수용 유지되어 분사 구멍을 개폐하는 밸브체를 구비하고 있다. 예를 들어, 본 실시 형태에 있어서는, 인젝터(28)의 밸브체는 전자 구동 장치인 솔레노이드에 의해 구동되고, 이 솔레노이드에 급전되는 펄스상 여자 전류의 온ㆍ오프에 의해, 분사 구멍의 개구 면적을 2단계, 다단계, 또는 무단계로 전환할 수 있도록 되어 있다. 또한, 제어부(7)로부터 출력되는 제어 신호에 의해, 인젝터(28)의 가스 분사 시간 및 가스 분사 시기가 제어됨으로써, 수소 가스의 유량 및 압력이 고정밀도로 제어된다. 이와 같이, 인젝터(28)는, 밸브(밸브체 및 밸브 시트)를 전자 구동력으로 직접 개폐 구동하는 것이고, 그 구동 주기가 고응답의 영역까지 제어 가능하므로, 높은 응답성을 갖는다.
또한, 인젝터(28)의 밸브체 개폐에 의해 가스 유량이 조정됨과 함께, 인젝터(28)의 하류에 공급되는 가스 압력이 인젝터(28) 상류의 가스 압력보다 감압되므로, 인젝터(28)를 압력 조절 밸브(감압 밸브, 레귤레이터)로 해석할 수도 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 가스 요구에 따라 소정의 압력 범위 중에서 요구 압력에 일치하도록 인젝터(28)의 상류 가스압의 압력 조절량(감압량)을 변화시키는 것이 가능한 가변 압력 조절 밸브라고 해석할 수도 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 이와 같은 인젝터(28)를, 수소 공급 유로(22)와 순환 유로(23)의 합류부(A1)보다 상류측에 배치하고 있다(도 1 참조). 또한, 도 1에 파선으로 나타낸 바와 같이, 연료 공급원으로서 복수의 연료 탱크(21)가 사용되어 있는 경우에는, 이들 연료 탱크(21)로부터 공급되는 수소 가스가 합류되는 부분[수소 가스 합류부(A2)]보다도 하류측에 당해 인젝터(28)를 배치하도록 한다.
순환 유로(23)에는, 기액 분리기(30) 및 배기 배수 밸브(31)를 통해, 배기 배수 유로(25)가 접속되어 있다. 기액 분리기(30)는, 수소 오프 가스로부터 수분을 회수하는 것이다. 배기 배수 밸브(31)는, 제어부(7)의 지령을 받아 작동함으로써, 기액 분리기(30)로 회수한 수분과, 순환 유로(23) 내의 불순물을 포함하는 수소 오프 가스(연료 오프 가스)를 외부로 배출(퍼지)하는 것이다. 이 배기 배수 밸브(31)를 개방하면, 순환 유로(23) 내의 수소 오프 가스 중의 불순물의 농도가 내려가고, 순환 공급되는 수소 오프 가스 중의 수소 농도가 올라간다.
또한, 특별히 상세하게 도시하고 있지 않지만, 배기 배수 밸브(31) 및 배기 배수 유로(25)를 통해 배출되는 수소 오프 가스는, 희석기(도시 생략)에 의해 희석되어 배기 유로(12) 내의 산화 오프 가스와 합류하도록 되어 있다. 수소 펌프(24)는, 모터(도시 생략)의 구동에 의해, 순환계 내의 수소 가스를 연료 전지(2)로 순환 공급한다. 수소 가스의 순환계는, 수소 공급 유로(22)의 합류부(A1)의 하류측 유로와, 연료 전지(2)의 세퍼레이터에 형성되는 연료 가스 유로와, 순환 유로(23)에 의해 구성되게 된다.
냉매 배관계(5)는, 연료 전지(2) 내의 냉각 유로에 연통하는 냉매 유로(41)와, 냉매 유로(41)에 설치된 냉각 펌프(42)와, 연료 전지(2)로부터 배출되는 냉매를 냉각하는 라디에이터(43)와, 연료 전지(2)로부터 배출되는 냉매의 온도를 검출하는 온도 센서(44)를 갖고 있다. 냉각 펌프(42)는, 모터(도시 생략)의 구동에 의해, 냉매 유로(41) 내의 냉매를 연료 전지(2)에 순환 공급한다. 온도 센서(44)로 검출된 냉매의 온도[＝연료 전지(2)로부터 배출되는 수소 오프 가스의 온도]는, 후술하는 퍼지 제어에 사용된다.
전력계(6)는, 고압 DC/DC 컨버터(61), 배터리(62), 트랙션 인버터(63), 트랙션 모터(64), 도시되어 있지 않은 각종 보조 기기 인버터 등을 구비하고 있다. 고압 DC/DC 컨버터(61)는, 직류의 전압 변환기이고, 배터리(62)로부터 입력된 직류 전압을 조정하여 트랙션 인버터(63)측으로 출력하는 기능과, 연료 전지(2) 또는 트랙션 모터(64)로부터 입력된 직류 전압을 조정하여 배터리(62)로 출력하는 기능을 갖는다. 이와 같은 고압 DC/DC 컨버터(61)의 기능에 의해, 배터리(62)의 충방전이 실현된다. 또한, 고압 DC/DC 컨버터(61)에 의해, 연료 전지(2)의 출력 전압이 제어된다.
배터리(62)는, 배터리 셀이 적층되어 일정한 고전압을 단자 전압으로 하고, 도시하지 않은 배터리 컴퓨터의 제어에 의해 잉여 전력을 충전하거나 보조적으로 전력을 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 트랙션 인버터(63)는, 직류 전류를 삼상 교류로 변환하여, 트랙션 모터(64)에 공급한다. 트랙션 모터(64)는, 예를 들어 삼상 교류 모터이고, 연료 전지 시스템(1)이 탑재되는 연료 전지 차량의 주동력원을 구성한다.
보조 기기 인버터는, 각 모터의 구동을 제어하는 전동기 제어부이고, 직류 전류를 삼상 교류로 변환하여 각 모터에 공급한다. 보조 기기 인버터는, 예를 들어 펄스 폭 변조 방식의 PWM 인버터이고, 제어부(7)로부터의 제어 지령에 따라 연료 전지(2) 또는 배터리(62)로부터 출력되는 직류 전압을 삼상 교류 전압으로 변환하고, 각 모터에서 발생하는 회전 토크를 제어한다.
제어부(7)는, 차량에 설치된 가속용의 조작 부재(액셀러레이터 등)의 조작량을 검출하고, 가속 요구값[예를 들어, 트랙션 모터(64) 등의 부하 장치로부터의 요구 발전량] 등의 제어 정보를 받아, 시스템 내의 각종 기기의 동작을 제어한다. 또한, 부하 장치에는, 트랙션 모터(64) 외에, 연료 전지(2)를 작동시키기 위해 필요한 보조 기기 장치[예를 들어 압축기(14), 수소 펌프(24), 냉각 펌프(42)의 각 모터 등], 차량의 주행에 관여하는 각종 장치(변속기, 차륜 제어부, 조타 장치, 현가 장치 등)에서 사용되는 액추에이터, 탑승원 공간의 공조 장치(에어컨), 조명, 오디오 등을 포함하는 전력 소비 장치가 포함될 수 있다.
이와 같은 제어부(7)는, 도시하고 있지 않은 컴퓨터 시스템에 의해 구성되어 있다. 이러한 컴퓨터 시스템은, CPU, ROM, RAM, HDD, 입출력 인터페이스 및 디스플레이 등을 구비하는 것이고, ROM에 기록된 각종 제어 프로그램을 CPU가 판독하여 원하는 연산을 실행함으로써 피드백 제어나 퍼지 제어 등 다양한 처리나 제어를 행한다.
계속해서, 상술한 연료 전지 시스템(1)에 있어서의 유체 배출 처리에 대해 설명한다. 이하에서는, 파킹 퍼지(연료 전지 차에 있어서 정차하여 운전의 정지 후, 시스템이 0℃ 이하로 되기 직전에 실시되는 퍼지 처리)에 있어서의 유체 배출 처리에 대해 설명한다. 또한, 파킹 퍼지를 실시할 때는, 연료 전지(1)의 운전을 정지시켜 물의 이동이나 결로가 수용된 후에 배출 처리를 개시함으로써, 배출의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3에, 파킹 퍼지 시에 있어서의, (A) 수소 펌프(24)의 회전수, (B) 애노드 배수량, (C) 배기 배수 밸브(31)로부터의 배기 배수량, (D) 인젝터(28)의 수소 가스 압력, 및 (E) 애노드 출구에 있어서의 유체의 유량의 각각의 경시 변화를 나타내는 그래프를 도시한다.
<스택 배수 단계>
파킹 퍼지 개시 시, 먼저, 연료 전지 스택(2S)의 애노드측 유로 내에 존재하는 유체를 제1 유량으로 흐르게 하기 위해, 제어부(7)에 의해, 수소 공급부(20)를 구성하는 기기, 예를 들어 수소 펌프(24)를 제1 회전수까지 구동하면서 소정 시간(t1) 동작시킨다. 이때, 본 실시 형태에서는, 수소 펌프(24)를 순시적으로 제1 회전수로 동작시키는 것은 아니고, 어느 정도의 시간을 사용하여 서서히 회전수를 올리도록 하고 있다[도 3의 (A) 참조]. 이러한 경우, 애노드측 유로의 물을 서서히 배수함으로써, 하류의 기액 분리기(30)의 오버 플로우 방지에 효과가 있다. 또한, 서서히 회전수를 올리면 노이즈 저감에도 효과가 있다.
제1 유량으로 유체를 흐르게 하기 시작하면 애노드 배수량[연료 전지(2)의 애노드측 유로(2B)로부터의 배수량]이 서서히 증가하고, 피크값에 도달한 후, 서서히 줄어든다[도 2, 도 3의 (B) 참조]. 여기서, 「제1 유량」이라 함은, 연료 전지 시스템(1)으로부터 물을 배출하는데 필요한 「제2 유량」(후술)보다도 큰 유량이고[도 3의 (A) 참조], 이와 같이 통상보다도 큰 유량을 처음에 흐르게 함으로써, 배기 배수 밸브(31)를 개방했을 때에 연료 전지(2) 내의 물이 배기 배수 밸브(31)에 흐르지 않도록 할 수 있다. 이로 인해, 배기 배수 밸브(31)의 주위의 잔수를 억제할 수 있다.
이 스택 배수 단계 중, 적시, 배기 배수 밸브(31)의 개폐를 행한다[도 3의 (C) 참조]. 이와 같이 함으로써, 배출된 기액이 오버 플로우하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 파킹 퍼지 처리의 동안, 인젝터(28)의 수소 가스 압력은 높은 상태로 유지된다[도 3의 (D) 참조]. 이에 의해, 파킹 퍼지 처리 중에 기액 분리기(30)의 배수를 실시하여, 오버 플로우를 방지할 수 있다.
이 스택 배수 단계 중, 애노드 출구[애노드측 유로(2B)를 흐른 유체가 연료 전지 스택(2S)의 매니폴드를 통해 배출되는 부분](2C)에 있어서의 유체의 유량은, 수소 펌프(24)의 회전수가 올라감에 따라 상승하고, 일정한 유량(A)을 유지한 후, 수소 펌프(24)의 회전수가 내려감에 따라 하강한다[도 3의 (E) 참조].
<애노드 출구 배수ㆍ수소 펌프 건조 단계>
상술한 스택 배수 단계[소정 시간(t1)] 후, 애노드 출구 배수ㆍ수소 펌프 건조 단계로 이행한다. 여기서는, 상술한 제1 유량보다 적고, 또한 제2 유량보다 많은 제3 유량으로 유체를 흐르게 하기 위해, 제어부(7)에 의해, 수소 펌프(24)의 회전수를 제3 회전수까지 떨어뜨리고, 소정 시간(t3) 동작시킨다[도 3의 (A) 참조].
이와 같이 파킹 퍼지 처리 시의 유량을 제3 유량으로 하면, 애노드 배수량은 일시적으로 급감하고, 그 후, 완만하게 감소한다[도 3의 (B) 참조]. 이러한 경우, 유로의 보틀넥이 되기 쉬운 애노드 출구(2C)의 부근에 저류되어 있는 물은, 종래보다도 긴 시간을 들여 조금씩 배수된다. 이와 같이 하여 배수(드레인)해 두면, 배기 배수 밸브(31) 주위의 남은 물을 더욱 억제할 수 있다.
배수(드레인)가 진행되는 데 수반하여, 애노드 출구(2C)의 유체의 유량이 감소된다[도 3의 (E) 참조]. 이 후, 제3 유량으로 유체를 계속해서 흐르게 하면, 수소 펌프(24)의 내부가 서서히 건조된다.
또한, 애노드 출구 배수ㆍ수소 펌프 건조 단계 중, 적시, 배기 배수 밸브(31)의 개폐를 행함으로써, 배출된 기액이 오버 플로우하는 것을 방지한다[도 3의 (C) 참조].
<배기 배수 밸브 건조 단계>
상술한 애노드 출구 배수ㆍ수소 펌프 건조 단계[소정 시간(t3)] 후, 배기 배수 밸브(31)의 건조 단계로 이행한다. 여기서는, 상술한 제3 유량보다 적은 제2 유량으로 유체를 흐르게 하기 위해, 제어부(7)에 의해, 수소 펌프(24)의 회전수를 제2 회전수까지 떨어뜨린다[도 3의 (A) 참조].
그 후, 배기 배수 밸브(31)를 개방한 상태에서, 인젝터(28)를 단시간에 개폐 동작시키고, 수소 가스 압력을 펄스상으로 증가시키는 소기 처리를 한다. 본 실시 형태에서는, 이것을 수회 반복해서 행한다[도 3의 (D) 참조]. 이 움직임에 수반하여, 배기 배수 밸브(31)로부터의 배기 배수량이 순시적으로 증감하고, 배기 배수 밸브(31)의 건조가 촉구된다[도 3의 (C) 참조].
또한, 이와 같은 소기 처리에 수반하여, 애노드 출구(2C)에 있어서의 유체의 유량도 펄스상으로 변화된다[도 3의 (E) 참조]. 또한, 이때의 최대의 유량값인 유량(B)은, 상술한 스택 배수 단계에서의 유량(A)과 비교하면 매우 작다(A》B). 그로 인해, 애노드측 유로(2B)로부터의 배수가 없어, 애노드 출구(2C)로 새롭게 물이 이동하는 일이 없다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태와 같이 유체 배출 처리에 의하면, 유체 배출 시, 우선은 제1 유량으로 애노드측 유로(2B) 내에 존재하는 유체를 흐르게 함으로써, 연료 전지 스택(2S)의 애노드측 유로(2B)의 물을 배출하고, 그 후, 제1 유량보다 적은 제2 유량으로, 연료 전지 스택(2S)의 애노드 출구(2C) 등의 물을 흐르게 하고, 유로 내의 물을 배기 배수 밸브(31)로부터 배출한다. 이와 같이, 순환 유로(23)의 수소 펌프(24)를 사용하여, 배수 처리 시에 있어서의 퍼지 유량에 차를 형성함으로써, 연료 전지 시스템(1)의 상류로부터 하류로 물이 이동해 오지 않도록 처리를 하여, 당해 시스템 하류에 물이 남지 않도록 할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태는 본 발명의 적합한 실시의 일례이지만 이에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 변형 실시가 가능하다. 예를 들어, 상술한 실시 형태에서는 파킹 퍼지마다 실시되는 유체 배출 처리(퍼지 처리)에 대해 설명하였지만 이는 일례에 지나지 않고, 이 외의 타이밍으로 처리를 실시하는 것은 당연히 가능하다. 일례를 나타내면, 애노드측 유로에 저류된 생성수를 단순히 배수하는 경우에도 사용할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 수소 펌프(24)의 회전수를 바꿈으로써 유체의 유량을 변경하는 경우에 대해 설명하였지만, 마찬가지로 유체 유량을 바꿀 수 있으면, 수소 펌프(24)로 한정되지 않고, 수소 공급부(20)를 구성하는 그 밖의 기기, 예를 들어 인젝터(28)를 사용하여 유체의 유량을 바꾸는 것으로 해도 된다.
본 발명은, 영점 하에서 시동되는 경우가 있는 연료 전지 시스템에 적용하기에 적합한 것이다.
1 : 연료 전지 시스템
2 : 연료 전지
2B : 애노드측 유로
2C : 애노드 출구
7 : 제어부
20 : 수소 공급부
21 : 연료 탱크
22 : 수소 공급 유로
24 : 수소 펌프
28 : 인젝터
30 : 기액 분리기
31 : 배기 배수 밸브
33 : 수소 배출 유로

Claims (8)

  1. 연료 전지와,
    해당 연료 전지에 수소 가스를 공급하는 수소 공급부와,
    수소 공급부로부터 연료 전지로 공급되는 수소 가스가 흐르는 수소 공급 유로와,
    상기 연료 전지로부터 배출된 수소 오프 가스가 흐르는 수소 배출 유로와,
    상기 수소 배출 유로에 배치된 배기 배수 밸브와,
    상기 연료 전지로부터 배출된 수소 오프 가스를 상기 수소 배출 유로로부터 상기 수소 공급 유로로 복귀시키는 순환 유로와,
    상기 수소 배출 유로 내의 수소 오프 가스를 상기 순환 유로를 통해 상기 수소 공급 유로로 압송하는 수소 펌프와,
    상기 수소 공급부로부터의 수소 가스의 공급량을 제어하는 제어부를 갖는 연료 전지 시스템에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 연료 전지의 애노드의 출구에 있어서의 애노드측 유로 내의 유체의 유량을 제1 유량으로 하고,
    상기 제1 유량으로 흐르게 한 후에, 상기 애노드의 출구에 있어서의 애노드측 유로 내의 유체의 유량을 제1 유량보다 적은 제3 유량으로 하고,
    제3 유량으로 배수되지 않을 정도로 될 때까지, 상기 펌프를 구동하여, 상기 애노드의 출구에 있어서의 애노드측 유로 내의 유체의 유량을 제3 유량으로 흐르게 하고,
    그 후에 상기 애노드의 출구에 있어서의 상기 애노드측 유로 내의 유체의 유량을 상기 제1 유량보다 적고, 또한 제3 유량보다 적은 제2 유량으로 하고,
    상기 제2 유량이 흐르고 있을 때에 상기 배기 배수 밸브를 개방함으로써 상기 수소 배출 유로 내의 물을 배출하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템.
  2. 연료 전지와,
    해당 연료 전지에 수소 가스를 공급하는 수소 공급부와,
    수소 공급부로부터 연료 전지로 공급되는 수소 가스가 흐르는 수소 공급 유로와,
    상기 연료 전지로부터 배출된 수소 오프 가스가 흐르는 수소 배출 유로와,
    상기 수소 배출 유로에 배치된 배기 배수 밸브와,
    상기 수소 공급부로부터의 수소 가스의 공급량을 제어하는 제어부를 갖는 연료 전지 시스템에 있어서,
    상기 수소 공급부는,
    수소 가스가 저류되는 연료 탱크와, 수소 공급 유로에 설치된 인젝터와, 상기 연료 전지로부터 배출된 수소 오프 가스를 상기 수소 배출 유로로부터 상기 수소 공급 유로로 복귀시키는 순환 유로를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 연료 전지의 애노드의 출구에 있어서의 애노드측 유로 내의 유체의 유량을 제1 유량으로 하고,
    그 후에 상기 애노드의 출구에 있어서의 상기 애노드측 유로 내의 유체의 유량을 상기 제1 유량보다 적은 제2 유량으로 하고,
    상기 제2 유량이 흐르고 있을 때에 상기 배기 배수 밸브를 개방함으로써 상기 수소 배출 유로 내의 물을 배출하고,
    상기 배기 배수 밸브를 개방한 상태에서 상기 인젝터를 개폐 동작시켜, 가스 압력을 펄스상으로 증가시켜 배수하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 유량으로 흐르게 한 후에, 상기 애노드의 출구에 있어서의 애노드측 유로 내의 유체의 유량을 제1 유량보다 적고, 제2 유량보다 많은 제3 유량으로 흐르게 하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 인젝터를 개폐 동작시켜 펄스상으로 증가시켰을 때의 최대 유량은 상기 제1 유량보다도 적은 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 연료 전지 시스템의 구성 부품 온도가 저하되어 섭씨 0도가 된다고 판단한 경우에, 상기 애노드측 유로의 애노드 출구로부터 배기를 행하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 구성 부품은 상기 배기 배수 밸브인, 연료 전지 시스템.
  7. 연료 전지와, 해당 연료 전지에 공급되는 수소 가스가 저류되는 연료 탱크와, 해당 연료 탱크로부터 연료 전지로 공급되는 수소 가스가 흐르는 수소 공급 유로와, 상기 연료 전지로부터 배출된 수소 오프 가스를 상기 수소 공급 유로로 복귀시키는 순환 유로와, 해당 순환 유로 내의 수소 오프 가스를 상기 수소 공급 유로로 압송하는 수소 펌프와, 상기 순환 유로에 배치된 기액 분리기와, 해당 기액 분리기에 설치된 배기 배수 밸브와, 상기 수소 펌프를 제어하는 제어부를 갖는 연료 전지 시스템 내의 유체를 시스템 외부로 배출하는 방법이며,
    상기 연료 전지 내의 애노드측 유로 내에 존재하는 유체를 상기 수소 펌프에 의해 제1 유량으로 흐르게 하고,
    상기 제1 유량으로 흐르게 한 후에, 상기 애노드의 출구에 있어서의 애노드측 유로 내의 유체의 유량을 제1 유량보다 적은 제3 유량으로 흐르게 하고,
    제3 유량으로 배수되지 않을 정도로 될 때까지, 상기 펌프를 구동하여, 상기 애노드의 출구에 있어서의 애노드측 유로 내의 유체의 유량을 제3 유량으로 흐르게 하고,
    그 후에, 상기 수소 펌프에 의해 제1 유량보다 적고, 또한 제3 유량보다 적은 제2 유량으로 흐르게 하고,
    상기 제2 유량이 흐르고 있을 때에 상기 배기 배수 밸브를 개방함으로써 상기 순환 유로 내의 물을 배출하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템 내의 유체의 배출 방법.
  8. 연료 전지와, 해당 연료 전지에 공급되는 수소 가스가 저류되는 연료 탱크와, 해당 연료 탱크로부터 연료 전지로 공급되는 수소 가스가 흐르는 수소 공급 유로와, 수소 공급 유로에 설치된 인젝터와, 상기 연료 전지로부터 배출된 수소 오프 가스를 상기 수소 공급 유로로 복귀시키는 순환 유로와, 상기 순환 유로에 배치된 기액 분리기와, 해당 기액 분리기에 설치된 배기 배수 밸브와, 상기 수소 펌프를 제어하는 제어부를 갖는 연료 전지 시스템 내의 유체를 시스템 외부로 배출하는 방법이며,
    상기 연료 전지 내의 애노드측 유로 내에 존재하는 유체를 제1 유량으로 흐르게 하고,
    그 후에, 제1 유량보다 적은 제2 유량으로 흐르게 하고,
    상기 제2 유량이 흐르고 있을 때에 상기 배기 배수 밸브를 개방함으로써 상기 순환 유로 내의 물을 배출하고,
    상기 배기 배수 밸브를 개방한 상태에서 상기 인젝터를 개폐 동작시켜, 가스 압력을 펄스상으로 증가시켜 배수하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템 내의 유체의 배출 방법.
KR1020150158113A 2014-11-14 2015-11-11 연료 전지 시스템 및 해당 시스템 내의 유체의 배출 방법 Active KR101811107B1 (ko)

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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6414158B2 (ja) * 2016-07-25 2018-10-31 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP6834718B2 (ja) * 2017-04-06 2021-02-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
JP6822293B2 (ja) * 2017-04-18 2021-01-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP6809401B2 (ja) * 2017-07-12 2021-01-06 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US10464547B2 (en) * 2017-07-13 2019-11-05 GM Global Technology Operations LLC Vehicle with model-based route energy prediction, correction, and optimization
TWI626783B (zh) 2017-11-10 2018-06-11 財團法人工業技術研究院 燃料電池用氫氣循環系統
JP6596057B2 (ja) * 2017-11-27 2019-10-23 本田技研工業株式会社 流量調整構造体及び流量調整方法
JP6996336B2 (ja) * 2018-02-21 2022-02-04 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及びその制御方法
EP3570356B1 (en) * 2018-05-17 2021-01-20 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Fuel cell system
CN108695531B (zh) * 2018-07-03 2023-09-22 武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司 一种高效燃料电池残余氢回收利用的氢喷射器
CN109524688B (zh) * 2018-11-27 2021-11-02 常州易控汽车电子股份有限公司 质子交换膜燃料电池堆用氢气喷射阀驱动控制系统及方法
JP7267880B2 (ja) * 2019-09-06 2023-05-02 株式会社Soken 燃料電池システム
DE102019215211A1 (de) * 2019-10-02 2021-04-08 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Ansteuerung eines Dosierventils
JP7200953B2 (ja) * 2020-01-08 2023-01-10 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
CN113193212B (zh) * 2021-04-09 2022-06-03 电子科技大学 一种燃料电池阳极排水排杂一体装置及其控制方法
CN113764703B (zh) * 2021-11-09 2022-02-01 北京新研创能科技有限公司 燃料电池阳极脉冲排放控制方法、装置及可读存储介质
EP4417520A1 (en) * 2023-02-15 2024-08-21 Airbus Operations, S.L.U. Fuel conditioning system for an aircraft

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006331674A (ja) * 2005-05-23 2006-12-07 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
KR101035319B1 (ko) * 2005-12-05 2011-05-20 도요타 지도샤（주） 연료전지시스템 및 그 정지방법

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10062965B4 (de) * 2000-12-16 2009-06-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und Verfahren zu dessen Betrieb
US7053150B2 (en) * 2000-12-18 2006-05-30 Nektar Therapeutics Al, Corporation Segmented polymers and their conjugates
CA2413591A1 (en) * 2001-11-28 2003-05-28 Ballard Power Systems Inc. Fuel cell system for operation at pressures below the pressure of the surrounding environment and method of operation thereof
JP3415140B1 (ja) * 2002-07-04 2003-06-09 住友電装株式会社 コネクタ
JP3835357B2 (ja) * 2002-06-12 2006-10-18 株式会社デンソー 燃料電池システム
JP4417068B2 (ja) * 2003-10-06 2010-02-17 本田技研工業株式会社 燃料電池の停止方法
JP2005158426A (ja) * 2003-11-25 2005-06-16 Toyota Industries Corp 凍結防止装置
JP4829494B2 (ja) * 2004-11-24 2011-12-07 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP4877711B2 (ja) * 2005-08-04 2012-02-15 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP5082220B2 (ja) * 2005-10-05 2012-11-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2007305563A (ja) 2006-04-11 2007-11-22 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及び排気量推定方法
JP2008084603A (ja) * 2006-09-26 2008-04-10 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及びそのパージ方法
JP5224082B2 (ja) * 2006-10-19 2013-07-03 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及びその排水制御方法
JP4883360B2 (ja) * 2007-02-14 2012-02-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4687679B2 (ja) * 2007-03-28 2011-05-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2009004180A (ja) * 2007-06-20 2009-01-08 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP5459223B2 (ja) * 2008-12-26 2014-04-02 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US8464482B2 (en) * 2009-08-04 2013-06-18 Brice C. Raynor Sectioned precast deck footings/ piers
US20120171590A1 (en) * 2009-09-16 2012-07-05 Nissan Motor Co., Ltd. Control device and control method for fuel cell system
US8402808B2 (en) * 2010-06-09 2013-03-26 GM Global Technology Operations LLC Function test of fuel cell exhaust gas stream hydrogen sensor by generating defined hydrogen pulses while driving and at regular service with fuel cell system immanent devices
JP2013001376A (ja) * 2011-06-15 2013-01-07 Tadashi Suzuki ２つに分割できるサーフボード又はパドルボード。
US9105888B2 (en) * 2011-10-07 2015-08-11 GM Global Technology Operations LLC Anode purge and drain valve strategy for fuel cell system
US9368814B2 (en) * 2012-05-04 2016-06-14 Hydrogenics Corporation System and method for controlling fuel cell module
JP6015525B2 (ja) * 2013-03-29 2016-10-26 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006331674A (ja) * 2005-05-23 2006-12-07 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
KR101035319B1 (ko) * 2005-12-05 2011-05-20 도요타 지도샤（주） 연료전지시스템 및 그 정지방법

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