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公開番号2024059337
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-01
出願番号2022166956
出願日2022-10-18
発明の名称水素循環システム
出願人株式会社豊田自動織機
代理人個人,個人
主分類H01M 8/04 20160101AFI20240423BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】水素循環システムを小規模化すること。
【解決手段】水素循環システム51において、水素循環路72には、逆止弁55と、分岐路53とが設けられている。逆止弁55は、ルーツポンプ10と第1の気液分離器64との間に設けられている。逆止弁55は、水素の流れる方向を規制する。分岐路53は、ルーツポンプ10と逆止弁55との間から分岐する第1分岐部531と、第1分岐部531からルーツポンプ10を跨いで水素循環路72に接続される第2分岐部532とを有する。ルーツポンプ10と分岐路53とを含む閉ループQには、水素と水分とを分離させる第2の気液分離器39が設けられている。第2分岐部532には、水素の流れを閉ループQに切り替える切替弁52が設けられている。切替弁52は、制御部54によって制御されている。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池に水素を供給する水素供給路と、
前記燃料電池から排出された水素を前記水素供給路に戻す水素循環路と、
前記水素循環路に設けられ、前記燃料電池から排出された水素と水分とを分離させる第１の気液分離器と、
前記水素循環路に設けられ、前記第１の気液分離器から排出された水素を吸入し、前記水素供給路に向けて水素を吐出するポンプと、
前記ポンプを制御する制御部と、を有する水素循環システムにおいて、
前記水素循環路には、
前記ポンプと前記第１の気液分離器との間に設けられ、水素の流れる方向を規制する逆止弁と、
前記ポンプと前記逆止弁との間から分岐するように前記水素循環路に接続される第１分岐部と、前記第１分岐部から前記ポンプを跨いで前記水素循環路に接続される第２分岐部とを繋ぐ分岐路と、が設けられ、
前記ポンプと前記分岐路とを含む閉ループには、水素と水分とを分離させる第２の気液分離器が設けられ、
前記第２分岐部には、水素の流れを前記閉ループに切り替える切替弁が設けられ、
前記切替弁は、前記制御部によって制御されている水素循環システム。
続きを表示（約 440 文字）【請求項２】
前記制御部は、
前記燃料電池から前記水素供給路に水素を戻す場合、前記ポンプの駆動によって前記燃料電池から排出された水素を前記水素供給路に戻すように前記切替弁を制御し、
前記燃料電池から前記水素供給路に水素を戻さない場合、所定の時間だけ前記ポンプの駆動によって前記閉ループに水素が流れるように前記切替弁を制御し、前記所定の時間経過後に前記ポンプを停止する請求項１に記載の水素循環システム。
【請求項３】
前記第２の気液分離器は、前記水素循環路における前記ポンプの吸入側、又は前記分岐路に設けられている請求項２に記載の水素循環システム。
【請求項４】
前記第２の気液分離器は、前記ポンプと一体的に設けられている請求項３に記載の水素循環システム。
【請求項５】
前記第２の気液分離器には排水路が接続されるとともに、前記排水路には、当該排水路を開閉する開閉弁が設けられている請求項３に記載の水素循環システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素循環システムに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１の燃料電池システムは、燃料電池システムの運転停止時に、ルーツ式水素循環ポンプの凍結を抑制するための制御を実行する。
特許文献１に開示の燃料電池システムは、燃料電池と、気液分離器と、ルーツ式水素循環ポンプと、制御部と、を有する。ルーツ式水素循環ポンプの凍結を抑制するため、燃料電池システムの停止時、制御部は、ルーツ式水素循環ポンプを第１回転数で駆動させる。さらに、制御部は、予め定められた時間経過後に、第１回転数よりも低い第２回転数でルーツ式水素循環ポンプを駆動させる。
【０００３】
第１回転数でルーツ式水素循環ポンプが駆動すると、ルーツ式水素循環ポンプの吸入側の残留水が低減する。これにより、気液分離器が低温時に凍結する可能性を減らすことができる。また、予め定められた時間経過後、第１回転数より低い第２回転数でルーツ式水素循環ポンプが駆動することで、吸入側の残留水を巻き上げることが抑制されるとともに、ルーツ式水素循環ポンプに残留する水を規定量以下に低減できる。これにより、低温時のルーツ式水素循環ポンプの凍結を抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０－６８１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池システムの停止時、ルーツ式水素循環ポンプが第１回転数又は第２回転数で駆動するため、燃料電池システム全体を水素が流れる。このため、特許文献１では、ルーツ式水素循環ポンプの凍結を抑制するために、燃料電池システム全体に水素を流す必要がある。よって、特許文献１は、ルーツ式水素循環ポンプの凍結を抑制するためのシステムが大規模化している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するための水素循環システムは、燃料電池と、前記燃料電池に水素を供給する水素供給路と、前記燃料電池から排出された水素を前記水素供給路に戻す水素循環路と、前記水素循環路に設けられ、前記燃料電池から排出された水素と水分とを分離させる第１の気液分離器と、前記水素循環路に設けられ、前記第１の気液分離器から排出された水素を吸入し、前記水素供給路に向けて水素を吐出するポンプと、前記ポンプを制御する制御部と、を有する水素循環システムにおいて、前記水素循環路には、前記ポンプと前記第１の気液分離器との間に設けられ、水素の流れる方向を規制する逆止弁と、前記ポンプと前記逆止弁との間から分岐するように前記水素循環路に接続される第１分岐部と、前記第１分岐部から前記ポンプを跨いで前記水素循環路に接続される第２分岐部とを繋ぐ分岐路と、が設けられ、前記ポンプと前記分岐路とを含む閉ループには、水素と水分とを分離させる第２の気液分離器が設けられ、前記第２分岐部には、水素の流れを前記閉ループに切り替える切替弁が設けられ、前記切替弁は、前記制御部によって制御されている。
【０００７】
これによれば、制御部による切替弁の制御により、水素の流れを閉ループに切り替えることができる。すると、閉ループに残留する水素は、閉ループを流れて第２の気液分離器に流入する。第２の気液分離器により、水素から水分が分離される。水分の分離された水素は、乾燥ガスとして、閉ループを流れる。逆止弁により、乾燥ガスの水素循環路での逆流が抑制されるため、乾燥ガスは閉ループを流れる。その結果、閉ループを流れる乾燥ガスにより、ポンプが乾燥される。例えば、ポンプを乾燥させるため、水素を、水素循環路から水素供給路及び燃料電池にまで戻して燃料電池システム全体に流す場合と比べると、水素循環システムを小規模化できる。
【０００８】
水素循環システムについて、前記制御部は、前記燃料電池から前記水素供給路に水素を戻す場合、前記ポンプの駆動によって前記燃料電池から排出された水素を前記水素供給路に戻すように前記切替弁を制御し、前記燃料電池から前記水素供給路に水素を戻さない場合、所定の時間だけ前記ポンプの駆動によって前記閉ループに水素が流れるように前記切替弁を制御し、前記所定の時間経過後に前記ポンプを停止してもよい。
【０００９】
これによれば、制御部によって切替弁を制御することにより、水素を水素供給路に戻すときは、閉ループに水素を流さないようにできる。このため、水素供給路に戻す水素の量が減ることを抑制できる。一方、水素を水素供給路に戻さないときは、閉ループに水素を流すことができる。このため、ポンプの駆動によって流れる水素の全てを閉ループに流すことができる。よって、水分の分離された水素により、ポンプを効率良く乾燥できる。さらに、制御部は、所定の時間経過後にポンプを停止させる。このため、ポンプを無駄に駆動させることを無くして、無駄な電力消費を抑制できる。
【００１０】
水素循環システムについて、前記第２の気液分離器は、前記水素循環路における前記ポンプの吸入側、又は前記分岐路に設けられていてもよい。
これによれば、ポンプには、第２の気液分離器によって水分の分離された水素が流入する。このため、ポンプを乾燥させやすい。
（【００１１】以降は省略されています）

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