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公開番号2024071000
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-24
出願番号2022181683
出願日2022-11-14
発明の名称燃料電池システム
出願人本田技研工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 8/0444 20160101AFI20240517BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】運転中に正確に不純物濃度を求めることができ、不要なパージを減らすことで、燃料ガス又は酸化剤ガスの損失を抑制できる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システム10は、燃料電池16から排出されたガスを再び燃料電池16に戻すガス循環経路12、14と、ガス循環経路12、14のガスの容積を増減させる容積調整部23、25と、燃料電池16の電圧を検出する電圧センサ17と、容積調整部23、25を制御してガスの容積を増加させる容積制御部28bと、ガスの容積の増加による燃料電池16の電圧変化から、ガスの不純物量を推定する推定部28aと、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池から排出されたガスを再び前記燃料電池に供給するガス循環経路と、
前記ガス循環経路の前記ガスの容積を増減させる容積調整部と、
前記燃料電池の電圧を検出する電圧センサと、
前記容積調整部を制御して前記ガスの容積を増加させる容積制御部と、
前記ガスの容積の増加による前記燃料電池の電圧変化から、前記ガスの不純物量を推定する推定部と、
を備える、燃料電池システム。
続きを表示（約 960 文字）【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記ガス循環経路は、排出された前記ガスから水を除去する気液分離器を有し、
前記容積調整部は、前記気液分離器の内部の前記ガスの容積を調整する、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池システムであって、
前記容積調整部は、前記気液分離器の水を排水する排水弁を有し、
前記容積制御部は、前記排水弁を制御して、前記ガスの容積を増加させる、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項２記載の燃料電池システムであって、
前記容積調整部は、前記気液分離器の容積を変動させるピストンと前記ピストンを駆動するアクチュエータとを有し、
前記容積制御部は、前記アクチュエータを制御して、前記ガスの容積を増加させる、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記ガス循環経路の前記ガスを外部に排出するパージ弁と、
前記ガスの前記不純物量が所定値を越えた場合に前記パージ弁を制御して前記ガス循環経路の前記ガスを外部に排出させるパージ制御部と、を有する、燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５記載の燃料電池システムであって、
前記パージ制御部は、前記ガスの前記不純物量に基づいて前記ガスのパージ量を調整する、燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１記載の燃料電池システムであって、前記ガスは水素ガスである、燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１記載の燃料電池システムであって、前記ガスは酸素ガスである、燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記ガス循環経路は、前記燃料電池のカソード及びアノードにそれぞれ設けられ、
前記容積制御部は、前記カソードの前記ガス循環経路及び前記アノードの前記ガス循環経路の容積を異なる時間に増加させ、
前記推定部は、前記アノードの前記ガス循環経路に含まれる不純物量と前記カソードの前記ガス循環経路に含まれる不純物量とをそれぞれ推定する、燃料電池システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおいて、燃料電池に供給するガスを循環させる場合がある。このような燃料電池システムで長期間の発電を行うと、循環するガスに徐々に不純物（ガス）が蓄積され、燃料電池の発電性能に悪影響を及ぼすことが知られている。このため、不純物がある程度蓄積された状態で不純物を外部に排出するパージ処理が行われる。
【０００３】
特許文献１には、パージ処理を適切に行うために、燃料電池の電流密度と不純物が蓄積する速度との関係を予め求めておき、所定時間毎に燃料電池の電流密度を検出して、不純物の蓄積量を推定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００８－１４６８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法では、パージ間隔が長くなると誤差が大きくなるという問題があり、さらなる改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下の開示の一観点は、燃料電池から排出されたガスを再び前記燃料電池に供給するガス循環経路と、前記ガス循環経路の前記ガスの容積を増減させる容積調整部と、前記燃料電池の電圧を検出する電圧センサと、前記容積調整部を制御して前記ガスの容積を増加させる容積制御部と、前記ガスの容積の増加による前記燃料電池の電圧変化から、前記ガスの不純物量を推定する推定部と、を備える、燃料電池システムにある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の燃料電池システムによれば、運転中に正確に不純物濃度を求めることができ、不要なパージを減らすことで、燃料ガス又は酸化剤ガスの損失を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
図２Ａは、水素循環経路の水素ガスの容積を増加させる前の気液分離器の水位を示す図であり、図２Ｂは、水素循環経路の水素ガスの容積を増加させた後の気液分離器の水位を示す図である。
図３は、燃料電池のセル電圧と、燃料ガスの不純物濃度と、の関係を示すグラフである。
図４は、図１の制御部の動作を示すフローチャートである。
図５Ａは、実験例に係るセル電圧の測定結果を示すグラフであり、図５Ｂは実験例で求めた不純物濃度と電圧変化（ｄｖ）との関係を示すグラフである。
図６は、実施形態の変形例３に係る気液分離器の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施形態）
図１に示される実施形態に係る燃料電池システム１０は、燃料ガスを循環させて発電に利用するシステムである。ここでは、燃料ガスとして水素を使用し、酸化剤ガスとして酸素（純酸素）を使用する例について説明する。燃料電池システム１０は、図示の構成例において、水素は水素循環経路１２から供給され、酸素は酸素循環経路１４から供給される構成となっている。このような燃料電池システム１０は、酸化剤ガスとして空気が供給されない環境でも動作できる。なお、燃料電池システム１０は、酸化剤ガスとして空気を取り込み、水素のみを水素循環経路１２で循環させる構成としてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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