JP2019008896A - Fuel cell system - Google Patents

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佳紀 水下
Yoshinori Mizushita
佳紀 水下
渡邊 哲也
Tetsuya Watanabe
哲也 渡邊
田代 圭介
Keisuke Tashiro
圭介 田代
一芳 中根
Kazuyoshi Nakane
一芳 中根
雄介 平光
Yusuke Hiramitsu
雄介 平光
彰仁 宮本
Akihito Miyamoto
彰仁 宮本
力 竹井
Riki Takei
力 竹井
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Abstract

To improve stability of a power generation state of a fuel cell in a fuel cell system.SOLUTION: A reformer 2 is interposed in an exhaust passage 14 of an engine 1. Hydrocarbon contained in exhaust gas is reformed by the reformer 2 so as to generate hydrogen gas. A fuel cell 3 is provided to generate power by using, as fuel, the hydrogen gas thus generated by the reformer 2. A mixture recirculation passage 5 is provided to recirculate, into an intake system of the engine 1, mixture of reformed gas discharged from the reformer 2 and off-gas from the fuel cell 3. A catalyst passage 17 is provided which is branched from the exhaust passage 14 between the engine 1 and the reformer 2, and is connected to the outside of a vehicle. An exhaust flow dividing valve 46 is provided to control an amount of the exhaust gas introduced from the exhaust passage 14 into the catalyst passage 17. The amount of the exhaust gas is adjusted by a control device 29 in accordance with a temperature in the reformer 2.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、エンジンの排気ガスを利用した燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system using engine exhaust gas.

従来、燃料電池のオフガスをエンジンの吸入空気に混合させることで、エンジンの排気ガス性能や燃焼安定性を改善する技術が知られている。例えば、固体酸化物型燃料電池(SOFC;Solid Oxide Fuel Cell)のアノードから排出される高温のオフガスには二酸化炭素(CO2)が多く含まれ、酸素(O2)がほとんど含まれていない。また、溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC;Molten Carbonate Fuel Cell)のオフガス成分も同様である。これらのオフガスをエンジンの吸気系に導入することで、エンジン筒内の燃焼温度を低下させることができ、ノッキングを発生しにくくすることができる(特許文献1,2参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for improving engine exhaust gas performance and combustion stability by mixing fuel cell off-gas with engine intake air is known. For example, a high-temperature off-gas discharged from the anode of a solid oxide fuel cell (SOFC) contains a large amount of carbon dioxide (CO 2 ) and hardly contains oxygen (O 2 ). The same applies to the off-gas component of a molten carbonate fuel cell (MCFC). By introducing these off-gases into the intake system of the engine, the combustion temperature in the engine cylinder can be lowered and knocking can be made difficult to occur (see Patent Documents 1 and 2).

一方、エンジンの排気ガスを燃料電池に供給して発電させる技術も提案されている。エンジンの排気ガスには未燃炭化水素成分(HC)が含まれていることから、水蒸気改質や部分酸化改質などの処理を施すことで水素ガスを生成することができる。この水素ガスを燃料電池の燃料として利用することで、エンジンの排気ガスを浄化しつつ発電することができる(特許文献3参照)。   On the other hand, a technique for generating power by supplying engine exhaust gas to a fuel cell has also been proposed. Since the engine exhaust gas contains an unburned hydrocarbon component (HC), hydrogen gas can be generated by performing a process such as steam reforming or partial oxidation reforming. By using this hydrogen gas as fuel for the fuel cell, it is possible to generate power while purifying the exhaust gas of the engine (see Patent Document 3).

特開2013-189880号公報JP 2013-189880 JP 特開2011-171217号公報JP 2011-171217 A 特開2016-178054号公報JP 2016-178054 A

燃料電池のオフガスをエンジンの吸気系に導入する既存の再循環システムでは、エンジンの運転状態に応じてオフガスの導入量が制御されている。上記の特許文献1では、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて要求排気量を設定し、実排気量と要求排気量との比較によりオフガスの導入量を決定している。一方、エンジンから排出される排気ガスの温度は、オフガスの導入量に応じて変動しうる。したがって、この排気ガスを利用して燃料電池で発電した場合には、エンジンの運転状態によって燃料電池や改質器の温度が所望の動作温度範囲から逸脱しやすくなってしまう。このように、燃料電池のオフガスとエンジンの排気ガスとの相互利用が実施される発電システムにおいては、発電状態を安定させるうえで改善の余地がある。   In an existing recirculation system that introduces fuel cell off-gas into the engine intake system, the amount of off-gas introduced is controlled in accordance with the operating state of the engine. In the above-mentioned Patent Document 1, the required exhaust amount is set according to the engine speed and the engine load, and the introduction amount of the off gas is determined by comparing the actual exhaust amount and the required exhaust amount. On the other hand, the temperature of the exhaust gas discharged from the engine can vary depending on the amount of off-gas introduced. Therefore, when power is generated by a fuel cell using this exhaust gas, the temperature of the fuel cell or reformer tends to deviate from the desired operating temperature range depending on the operating state of the engine. As described above, in the power generation system in which the fuel cell off-gas and the engine exhaust gas are mutually used, there is room for improvement in stabilizing the power generation state.

本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、燃料電池における発電状態の安定性を向上させた燃料電池システムを提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。   One of the objects of the present case was invented in view of the above problems, and is to provide a fuel cell system that improves the stability of the power generation state in the fuel cell. It should be noted that the present invention is not limited to this purpose, and is an operational effect that is derived from each configuration shown in “Mode for Carrying Out the Invention” to be described later. Can be positioned as a purpose.

(1)開示の燃料電池システムは、エンジンの排気通路に介装され、排気ガスに含まれる炭化水素を改質して水素ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成された前記水素ガスを燃料として発電する燃料電池とを備える。また、前記改質器から排出される改質ガスと前記燃料電池のオフガスとの混合気を前記エンジンの吸気系に再循環させる混合気再循環通路と、前記エンジンと前記改質器との間で前記排気通路から分岐し、前記改質器を迂回して車外に繋がる触媒通路とを備える。さらに、前記排気通路から前記触媒通路へと導入される排気ガス量を制御する排気分流弁と、前記改質器の温度に応じて前記排気分流弁の開度を調節する制御装置とを備える。   (1) A disclosed fuel cell system is provided in an exhaust passage of an engine, reforms a hydrocarbon contained in exhaust gas to generate hydrogen gas, and the above-described fuel cell system generated by the reformer And a fuel cell that generates power using hydrogen gas as a fuel. Also, an air-fuel mixture recirculation passage for recirculating an air-fuel mixture of the reformed gas discharged from the reformer and the off-gas of the fuel cell to the intake system of the engine, and between the engine and the reformer And a catalyst passage that branches off from the exhaust passage and bypasses the reformer and is connected to the outside of the vehicle. Further, an exhaust shunt valve that controls the amount of exhaust gas introduced from the exhaust passage into the catalyst passage, and a control device that adjusts the opening of the exhaust shunt valve according to the temperature of the reformer are provided.

(2)前記制御装置が、前記改質器の温度が高いほど前記排気通路から前記触媒通路へと導入される排気ガス量が増加するように、前記排気分流弁の開度を制御することが好ましい。
(3)前記排気分流弁と前記改質器との間の前記排気通路に対して外気を導入する外気通路と、前記外気通路から導入される外気量を制御する外気混合弁とを備えることが好ましい。
(2) The control device may control the opening degree of the exhaust shunt valve so that the amount of exhaust gas introduced from the exhaust passage into the catalyst passage increases as the temperature of the reformer increases. preferable.
(3) An outside air passage for introducing outside air into the exhaust passage between the exhaust shunt valve and the reformer, and an outside air mixing valve for controlling the amount of outside air introduced from the outside air passage. preferable.

(4)前記制御装置が、前記改質器の温度が高いほど前記外気量が増加するように、前記外気混合弁の開度を制御することが好ましい。
(5)前記混合気における前記改質ガス及び前記オフガスの混合率を制御する混合率制御弁を備えることが好ましい。
(6)前記制御装置が、前記改質器の温度が高いほど前記オフガスの割合が増加するように、前記混合率制御弁の開度を制御することが好ましい。
(4) It is preferable that the control device controls the opening degree of the outside air mixing valve so that the outside air amount increases as the temperature of the reformer increases.
(5) It is preferable to provide a mixing rate control valve that controls the mixing rate of the reformed gas and the off gas in the mixture.
(6) It is preferable that the control device controls the opening degree of the mixing rate control valve so that the proportion of the off gas increases as the temperature of the reformer increases.

(7)前記混合気再循環通路に介装され、前記混合気を冷却する熱交換器と、前記熱交換器で冷却された前記混合気の水分を回収する水タンクと、前記水タンクで回収された前記水分を前記改質器の内部に供給する水噴射弁とを備えることが好ましい。
(8)前記制御装置が、前記水タンクに回収された前記水分の残量が少ないほど前記オフガスの割合が増加するように、前記混合率制御弁の前記混合率を制御することが好ましい。
(9)前記制御装置が、前記水タンクに回収された前記水分の残量が少ないほど前記排気通路から前記触媒通路へと導入される排気ガス量が減少するように、前記排気分流弁の開度を制御することが好ましい。
(7) A heat exchanger that is interposed in the air-fuel mixture recirculation passage and cools the air-fuel mixture, a water tank that recovers moisture of the air-fuel mixture cooled by the heat exchanger, and a water tank that collects the water It is preferable that the water injection valve which supplies the said water | moisture content performed inside the said reformer is provided.
(8) It is preferable that the control device controls the mixing rate of the mixing rate control valve so that the proportion of the off-gas increases as the remaining amount of water collected in the water tank decreases.
(9) The control device opens the exhaust gas diversion valve so that the amount of exhaust gas introduced from the exhaust passage into the catalyst passage decreases as the remaining amount of water collected in the water tank decreases. It is preferable to control the degree.

改質器の温度に応じて排気制御弁の開度を制御することで、改質器の暖機中には高温の排気ガスで改質器,燃料電池を昇温させることができる。一方、改質器の暖機後には排気ガスの流路を迂回させて改質器,燃料電池の過昇温を抑制することができる。このように、改質器,燃料電池の作動温度を適切な温度範囲内に維持しやすくすることができ、燃料電池における発電状態の安定性を向上させることができる。   By controlling the opening of the exhaust control valve in accordance with the temperature of the reformer, the reformer and the fuel cell can be heated with high-temperature exhaust gas while the reformer is warmed up. On the other hand, after the reformer is warmed up, the exhaust gas flow path can be bypassed to suppress overheating of the reformer and the fuel cell. As described above, the operating temperatures of the reformer and the fuel cell can be easily maintained within an appropriate temperature range, and the stability of the power generation state in the fuel cell can be improved.

燃料電池システムが適用された車両の側面図である。1 is a side view of a vehicle to which a fuel cell system is applied. 燃料電池システムの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of a fuel cell system. (A)〜(F)は弁の開度特性を説明するためのグラフである。(A)-(F) are the graphs for demonstrating the opening degree characteristic of a valve. 燃料電池システムの制御手順を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the control procedure of a fuel cell system.

以下、図面を参照して実施形態としての燃料電池システムについて説明する。以下の実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。   Hereinafter, a fuel cell system as an embodiment will be described with reference to the drawings. The following embodiments are merely examples, and there is no intention of excluding various modifications and technical applications that are not explicitly described in the following embodiments. Each configuration of the present embodiment can be implemented with various modifications without departing from the spirit thereof. Further, they can be selected as necessary, or can be appropriately combined.

[1.装置構成]
図1に、本実施形態の燃料電池システムが適用された車両10を示す。この車両10は、駆動源としてのエンジン1と電動機26(走行用モータージェネレーター)とを搭載したシリーズ・パラレル併用方式のハイブリッド自動車である。エンジン1は、例えばディーゼルエンジンやガソリン直噴エンジンなどの内燃機関であり、燃料(ガソリン,軽油など)を含む混合気をシリンダー内で燃焼させることで回転軸を駆動する。電動機26は、モーターとしての機能(車両駆動機能)とジェネレーターとしての機能(回生発電機能)とを併せ持つ交流電動発電機である。これらのエンジン1及び電動機26は、駆動輪に対して並列に接続され、各々が独立して駆動力を伝達可能に設けられる。
[1. Device configuration]
FIG. 1 shows a vehicle 10 to which the fuel cell system of this embodiment is applied. This vehicle 10 is a series / parallel hybrid vehicle equipped with an engine 1 as a drive source and an electric motor 26 (traveling motor generator). The engine 1 is an internal combustion engine such as a diesel engine or a gasoline direct injection engine, and drives a rotating shaft by burning an air-fuel mixture containing fuel (gasoline, light oil, etc.) in a cylinder. The electric motor 26 is an AC motor generator that has both a function as a motor (vehicle drive function) and a function as a generator (regenerative power generation function). The engine 1 and the electric motor 26 are connected in parallel to the drive wheels, and are provided so that each can independently transmit a driving force.

エンジン1には、発電機27(発電用モータージェネレーター)が接続される。発電機27は、エンジン1の駆動力を利用して発電するジェネレーターとしての機能と、エンジン1を始動させるスターターとしての機能とを兼ね備えた交流電動発電機である。電動機26,発電機27のそれぞれは、駆動用バッテリー25に接続される。駆動用バッテリー25は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの二次電池である。駆動用バッテリー25は、電動機26の回生電力や発電機27の発電電力で充電可能であり、かつ、外部充電設備を利用した外部充電も可能である。   The engine 1 is connected with a generator 27 (a motor generator for power generation). The generator 27 is an AC motor generator that has both a function as a generator that generates electric power using the driving force of the engine 1 and a function as a starter that starts the engine 1. Each of the electric motor 26 and the generator 27 is connected to the driving battery 25. The driving battery 25 is a secondary battery such as a lithium ion secondary battery or a nickel hydride battery. The driving battery 25 can be charged with regenerative electric power from the electric motor 26 or generated electric power from the generator 27, and can be externally charged using an external charging facility.

車両10には、燃料電池3とその燃料ガスを生成するための改質器2とが搭載される。本実施形態の燃料電池システムでは、エンジン1の排気ガスと燃料電池3のオフガス(燃料電池3のアノード側から排出されるガス)との相互利用が実施される。すなわち、エンジン1の排気ガスが燃料電池3のアノードに導入され、燃料電池3のアノード側のオフガスがエンジン1の吸気系に導入されるようになっている。燃料電池3で発電された電力は駆動用バッテリー25に充電される。   The vehicle 10 is equipped with a fuel cell 3 and a reformer 2 for generating the fuel gas. In the fuel cell system of this embodiment, mutual use of the exhaust gas of the engine 1 and the off gas of the fuel cell 3 (gas discharged from the anode side of the fuel cell 3) is performed. That is, the exhaust gas of the engine 1 is introduced into the anode of the fuel cell 3, and the off-gas on the anode side of the fuel cell 3 is introduced into the intake system of the engine 1. The electric power generated by the fuel cell 3 is charged in the driving battery 25.

図2は、本実施形態の燃料電池システムの構成例である。ここでは、エンジン1に設けられる複数のシリンダーの一つを例示する。各シリンダーには、燃料タンク28に接続された筒内インジェクター20が設けられる。また、エンジン1には、排気ガスを排気通路14から吸気通路12へと再循環させる排気再循環システム〔EGR(Exhaust Gas Recirculation)システム〕が搭載される。排気再循環通路22(EGR通路)は、例えばエキゾーストマニホールド(エキマニ)とインテークマニホールド(インマニ)とを連通するように形成される。排気再循環通路22の経路上には、排気冷却装置23(EGRクーラー)と排気再循環弁24(EGR弁)とが設けられる。図中の黒矢印は排気ガスの流れを示し、白矢印は外気の流れを示す。   FIG. 2 is a configuration example of the fuel cell system of the present embodiment. Here, one of a plurality of cylinders provided in the engine 1 is illustrated. Each cylinder is provided with an in-cylinder injector 20 connected to the fuel tank 28. The engine 1 is also equipped with an exhaust gas recirculation system (EGR (Exhaust Gas Recirculation) system) that recirculates exhaust gas from the exhaust passage 14 to the intake passage 12. The exhaust gas recirculation passage 22 (EGR passage) is formed so as to communicate, for example, an exhaust manifold (exhaust manifold) and an intake manifold (intake manifold). On the path of the exhaust gas recirculation passage 22, an exhaust gas cooling device 23 (EGR cooler) and an exhaust gas recirculation valve 24 (EGR valve) are provided. The black arrow in the figure indicates the flow of exhaust gas, and the white arrow indicates the flow of outside air.

排気再循環通路22を流通する排気ガスは、排気冷却装置23で冷却された後に排気再循環弁24を通って吸気通路12へと還流する。このように、排気通路14から吸気通路12へと再循環する排気ガスのことをEGRガスと呼ぶ。EGRガスの導入位置は、吸気通路12に介装されるスロットルバルブ13よりも下流側(シリンダーに近い側)に設定される。また、EGRガスの導入量は、排気再循環弁24の開度や圧力(排気再循環弁24の上流側と下流側との圧力差や圧力比)に応じた量となる。排気再循環弁24の開度は、エンジン1の運転状態(エンジン回転数やエンジン負荷)に応じて調節される。   The exhaust gas flowing through the exhaust gas recirculation passage 22 is cooled by the exhaust gas cooling device 23 and then flows back to the intake air passage 12 through the exhaust gas recirculation valve 24. Thus, the exhaust gas recirculated from the exhaust passage 14 to the intake passage 12 is referred to as EGR gas. The introduction position of the EGR gas is set on the downstream side (side closer to the cylinder) than the throttle valve 13 interposed in the intake passage 12. The amount of EGR gas introduced is an amount corresponding to the opening degree and pressure of the exhaust gas recirculation valve 24 (pressure difference and pressure ratio between the upstream side and the downstream side of the exhaust gas recirculation valve 24). The opening degree of the exhaust gas recirculation valve 24 is adjusted according to the operating state (engine speed or engine load) of the engine 1.

排気通路14における排気再循環通路22への分岐位置よりも下流側には、改質器2と燃料電池3とが介装される。改質器2は、排気ガス中の未燃炭化水素成分(HC)を水素(H2)に改質する触媒装置である。改質触媒としては、例えばニッケル(Ni)系やルテニウム(Ru)系の触媒金属が使用される。排気ガス中の未燃炭化水素成分が十分に多い運転状況では、その未燃炭化水素成分を改質して得られる水素のみを用いて燃料電池3で発電を行う。一方、排気ガス中の未燃炭化水素成分が不十分な運転状況では、排気ガス中に燃料を噴射して未燃炭化水素成分を補充し、水素の生成量を増加させる。 The reformer 2 and the fuel cell 3 are interposed downstream of the branch position to the exhaust gas recirculation passage 22 in the exhaust passage 14. The reformer 2 is a catalyst device that reforms unburned hydrocarbon components (HC) in the exhaust gas into hydrogen (H 2 ). As the reforming catalyst, for example, a nickel (Ni) -based or ruthenium (Ru) -based catalytic metal is used. In an operating situation where the exhaust gas has a sufficiently large amount of unburned hydrocarbon components, the fuel cell 3 generates power using only hydrogen obtained by reforming the unburned hydrocarbon components. On the other hand, in an operating situation where the unburned hydrocarbon component in the exhaust gas is insufficient, fuel is injected into the exhaust gas to replenish the unburned hydrocarbon component, thereby increasing the amount of hydrogen produced.

改質器2には、燃料を改質触媒に噴射する改質器インジェクター21と改質器温度センサー7と水インジェクター45とが設けられる。改質器インジェクター21は、筒内インジェクター20と同様の配管経路で燃料タンク28に接続され、任意の噴射量で燃料を改質器2の内部に噴射する噴射弁である。水インジェクター45は、改質反応で消費される水分を改質器2の内部に噴射する噴射弁である。また、改質器温度センサー7は、改質器2の温度を検出する温度センサーであり、例えば改質触媒の温度やケーシング内の温度(雰囲気温度)などを検出する。ここで検出された温度情報は、後述する制御装置29に伝達される。   The reformer 2 is provided with a reformer injector 21, a reformer temperature sensor 7, and a water injector 45 that inject fuel to the reforming catalyst. The reformer injector 21 is an injection valve that is connected to the fuel tank 28 through the same piping path as the in-cylinder injector 20 and injects fuel into the reformer 2 at an arbitrary injection amount. The water injector 45 is an injection valve that injects water consumed in the reforming reaction into the reformer 2. The reformer temperature sensor 7 is a temperature sensor that detects the temperature of the reformer 2, and detects, for example, the temperature of the reforming catalyst and the temperature (atmosphere temperature) in the casing. The temperature information detected here is transmitted to the control device 29 described later.

石油系液体燃料を原料とした水素の製造手法としては、おもに水蒸気改質,部分酸化改質,自己熱改質の三手法が挙げられる。水蒸気改質反応が吸熱反応であるのに対し、部分酸化改質反応は発熱反応である。したがって、部分酸化改質では外部から熱を加える必要がないが、水素の生成量でいえば水蒸気改質反応に軍配が上がる。また、自己熱改質反応は、酸素量に応じて吸発熱のバランスを制御可能である。これらの改質手法における反応式を以下に例示する。本実施形態の改質器2はこれらの手法を併用することで、水素だけでなく一酸化炭素(CO)も併せて生成し、燃料電池3のアノード側に供給する。   There are three main methods for producing hydrogen from petroleum liquid fuels: steam reforming, partial oxidation reforming, and autothermal reforming. While the steam reforming reaction is an endothermic reaction, the partial oxidation reforming reaction is an exothermic reaction. Therefore, in the partial oxidation reforming, it is not necessary to apply heat from the outside, but in terms of the amount of hydrogen generated, the steam reforming reaction is improved. Further, the autothermal reforming reaction can control the balance of endothermic heat according to the amount of oxygen. The reaction formulas in these reforming techniques are exemplified below. The reformer 2 of the present embodiment uses these techniques in combination to generate not only hydrogen but also carbon monoxide (CO) and supply it to the anode side of the fuel cell 3.

Figure 2019008896
Figure 2019008896

燃料電池3は、水素の酸化反応に伴う自由エネルギーの変化を電気エネルギーに変換する気体電池である。燃料電池3の具体例としては、固体酸化物型燃料電池(SOFC),溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC),固体高分子型燃料電池(PEFC;Polymer Electrolyte Fuel Cell),リン酸型燃料電池(PAFC;Phosphoric Acid Fuel Cell),アルカリ電解質型燃料電池(AFC;Alkaline Fuel Cell)などが挙げられる。本実施形態の燃料電池3は固体酸化物型燃料電池(SOFC)であり、水素や一酸化炭素の酸化反応を利用して発電を実施する。燃料電池3の電極反応式を以下に例示する。   The fuel cell 3 is a gas cell that converts a change in free energy associated with an oxidation reaction of hydrogen into electric energy. Specific examples of the fuel cell 3 include a solid oxide fuel cell (SOFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), a phosphoric acid fuel cell ( Examples include PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell) and alkaline electrolyte fuel cell (AFC). The fuel cell 3 of the present embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC), and generates power using an oxidation reaction of hydrogen or carbon monoxide. The electrode reaction formula of the fuel cell 3 is illustrated below.

Figure 2019008896
Figure 2019008896

燃料電池3のアノード側と改質器2との間は燃料ガス通路8で接続され、改質器2から供給された改質ガスがアノード側に導入される。この改質ガスには水素や一酸化炭素が含まれている。一方、燃料電池3のカソード側には酸素ガス通路9が接続され、酸素(O2)を含む空気(すなわち通常の外気)がカソード側に導入される。燃料電池3で発電された電力は駆動用バッテリー25に充電され、電動機26や車載電装品の駆動電力として使用される。本実施形態の燃料電池3で発電が実施されるのは、エンジン1の作動時(すなわち、排気ガスが流れているとき)のみとする。ただし、エンジン1の非作動時であっても、改質器2で生成された水素ガスを燃料電池3に送給することで発電を実施することが可能である。 The anode side of the fuel cell 3 and the reformer 2 are connected by a fuel gas passage 8 and the reformed gas supplied from the reformer 2 is introduced to the anode side. This reformed gas contains hydrogen and carbon monoxide. On the other hand, an oxygen gas passage 9 is connected to the cathode side of the fuel cell 3, and air containing oxygen (O 2 ) (that is, normal outside air) is introduced to the cathode side. The electric power generated by the fuel cell 3 is charged in the driving battery 25 and used as driving electric power for the electric motor 26 and on-vehicle electrical components. The fuel cell 3 of the present embodiment generates power only when the engine 1 is operating (that is, when exhaust gas is flowing). However, even when the engine 1 is not operating, it is possible to generate power by supplying the hydrogen gas generated by the reformer 2 to the fuel cell 3.

排気通路14における排気再循環通路22への分岐位置よりも下流側には、改質器2を迂回する経路となる触媒通路17が設けられる。触媒通路17は、エンジン1と改質器2との間の排気通路14から分岐した通路であり、改質器2及び燃料電池3よりも下流側で再び排気通路14に合流する形状に形成される。触媒通路17の経路上には、排気触媒装置18が介装される。排気触媒装置18は、排気ガス成分を浄化するための触媒や粒子状物質を捕集するためのフィルターを含む浄化装置である。排気触媒装置18の内部には、触媒温度を素早く活性化温度まで昇温させるための電気ヒーター19が内蔵される。   A catalyst passage 17 serving as a path that bypasses the reformer 2 is provided downstream of the branch position to the exhaust gas recirculation path 22 in the exhaust path 14. The catalyst passage 17 is a passage branched from the exhaust passage 14 between the engine 1 and the reformer 2 and is formed in a shape that joins the exhaust passage 14 again downstream of the reformer 2 and the fuel cell 3. The An exhaust catalyst device 18 is interposed on the catalyst passage 17. The exhaust catalyst device 18 is a purification device including a catalyst for purifying exhaust gas components and a filter for collecting particulate matter. An electric heater 19 for quickly raising the catalyst temperature to the activation temperature is built in the exhaust catalyst device 18.

改質器2の下流側に設けられる燃料ガス通路8は、燃料電池3のアノード側へと続く経路と改質ガス通路41とに分岐した形状とされる。改質ガス通路41は、改質器2から排出される改質ガスをエンジン1の吸気通路12へと再循環させるための通路である。改質器2から排出された改質ガスの一部は、混合ガス再循環通路5からエンジン1の吸気系へと導入される。同様に、燃料電池3のアノード下流に設けられるマフラー側通路6は、車外へと続く経路とオフガス通路42とに分岐した形状とされる。オフガス通路42は、燃料電池3のオフガス〔主成分は二酸化炭素(CO2)〕をエンジン1の吸気通路12へと再循環させるための通路である。燃料電池3のオフガスの一部は、混合ガス再循環通路5からエンジン1の吸気系へと導入される。また、その他のオフガスは、マフラー側通路6を通って車両10の外部へ排出される。 The fuel gas passage 8 provided on the downstream side of the reformer 2 has a shape branched into a passage continuing to the anode side of the fuel cell 3 and a reformed gas passage 41. The reformed gas passage 41 is a passage for recirculating the reformed gas discharged from the reformer 2 to the intake passage 12 of the engine 1. A part of the reformed gas discharged from the reformer 2 is introduced into the intake system of the engine 1 from the mixed gas recirculation passage 5. Similarly, the muffler-side passage 6 provided downstream of the anode of the fuel cell 3 has a shape branched into a passage continuing to the outside of the vehicle and an off-gas passage 42. The off-gas passage 42 is a passage for recirculating off-gas (main component is carbon dioxide (CO 2 )) of the fuel cell 3 to the intake passage 12 of the engine 1. A part of the off gas of the fuel cell 3 is introduced from the mixed gas recirculation passage 5 into the intake system of the engine 1. Further, other off-gas is discharged to the outside of the vehicle 10 through the muffler side passage 6.

これらの改質ガス通路41及びオフガス通路42は混合率制御弁43で合流し、混合ガス再循環通路5に接続される。これにより、改質ガスとオフガスとが混ざったガス(混合ガス)が混合ガス再循環通路5を流通し、吸気通路12に導入される。混合率制御弁43は、改質ガスとオフガスとの混合率を制御するとともに、これらの混合ガスを混合ガス再循環通路5へと流通させる三方弁である。改質ガスとオフガスとの混合割合(混合率)は、改質器2の温度に応じて制御装置29で制御される。   The reformed gas passage 41 and the off-gas passage 42 are joined by a mixing ratio control valve 43 and connected to the mixed gas recirculation passage 5. As a result, a gas (mixed gas) in which the reformed gas and the off gas are mixed flows through the mixed gas recirculation passage 5 and is introduced into the intake passage 12. The mixing rate control valve 43 is a three-way valve that controls the mixing rate of the reformed gas and the off gas and distributes the mixed gas to the mixed gas recirculation passage 5. The mixing ratio (mixing ratio) of the reformed gas and the off gas is controlled by the control device 29 according to the temperature of the reformer 2.

混合ガス再循環通路5には、混合ガス制御弁4と混合ガスを冷却するための混合ガスクーラー11とが介装される。混合ガス制御弁4は、吸気通路12に流入する混合ガス量を制御するための弁である。混合ガス再循環通路5と吸気通路12との合流位置は、スロットルバルブ13よりも下流側に設定される。混合ガス制御弁4の開度は、エンジン1の運転状態(エンジン回転数やエンジン負荷)に応じて制御装置29で制御される。   A mixed gas control valve 4 and a mixed gas cooler 11 for cooling the mixed gas are interposed in the mixed gas recirculation passage 5. The mixed gas control valve 4 is a valve for controlling the amount of mixed gas flowing into the intake passage 12. The joining position of the mixed gas recirculation passage 5 and the intake passage 12 is set downstream of the throttle valve 13. The opening degree of the mixed gas control valve 4 is controlled by the control device 29 according to the operating state of the engine 1 (engine speed and engine load).

混合ガスクーラー11は、混合ガスを冷却するための熱交換器である。混合ガス再循環通路5を流通する混合ガスは、排気冷却装置23で冷却された後に混合ガス制御弁4を通って吸気通路12へと還流する。また、混合ガスクーラー11の下方には、混合ガスクーラー11で冷却された混合ガスの水分(凝結水)を回収する水タンク44が設けられる。水タンク44には、その内部に存在する水の残量を検出する水タンクセンサー49が設けられる。ここで回収された水分は、水インジェクター45による噴射用の水として利用される。   The mixed gas cooler 11 is a heat exchanger for cooling the mixed gas. The mixed gas flowing through the mixed gas recirculation passage 5 is cooled by the exhaust cooling device 23 and then flows back to the intake passage 12 through the mixed gas control valve 4. A water tank 44 that collects moisture (condensed water) of the mixed gas cooled by the mixed gas cooler 11 is provided below the mixed gas cooler 11. The water tank 44 is provided with a water tank sensor 49 that detects the remaining amount of water present therein. The water collected here is used as water for jetting by the water injector 45.

改質器2よりも上流側の排気通路14の構造に関して、排気通路14と触媒通路17との分岐箇所には、排気通路14から触媒通路17へと導入される排気ガス量を制御するたえの排気分流弁46が介装される。排気分流弁46は、排気分流弁46は、エンジン1側から流入する排気ガスの流れを二つの経路(改質器2側の経路と触媒通路17側の経路)に分けて流通させる三方弁である。排気触媒装置18へと流れ込む排気ガスの割合(あるいは、排気ガスを二つの経路に分けるときの分割率)は、改質器2の温度に応じて制御装置29で制御される。なお、燃料電池3よりも下流側のマフラー側通路6と触媒通路17との合流箇所よりも下流側にはマフラー50が介装され、その下流側で排気通路14が車外に開放される。   Regarding the structure of the exhaust passage 14 upstream of the reformer 2, the amount of exhaust gas introduced from the exhaust passage 14 to the catalyst passage 17 is controlled at a branch point between the exhaust passage 14 and the catalyst passage 17. Exhaust gas diversion valve 46 is interposed. The exhaust gas diversion valve 46 is a three-way valve that distributes the flow of exhaust gas flowing in from the engine 1 side into two paths (the path on the reformer 2 side and the path on the catalyst path 17 side). is there. The ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust catalyst device 18 (or the division ratio when the exhaust gas is divided into two paths) is controlled by the control device 29 according to the temperature of the reformer 2. In addition, a muffler 50 is interposed downstream of the joining point of the muffler side passage 6 and the catalyst passage 17 on the downstream side of the fuel cell 3, and the exhaust passage 14 is opened outside the vehicle on the downstream side.

排気通路14及び触媒通路17の合流位置と改質器2との間には、外気混合弁47が介装される。外気混合弁47は、排気ガスに外気を混入させるための三方弁である。外気は、車両10の外部に対して開放された外気通路48を通じて外気混合弁47に導入される。外気通路48には、外気を排気通路14の内部へ押し込むための圧送ポンプが介装される。外気混合弁47で混合される外気と排気ガスとの混合率(外気混合率)は、エンジン1の作動状態と改質器2の温度とに応じて制御装置29で制御される。   An outside air mixing valve 47 is interposed between the joining position of the exhaust passage 14 and the catalyst passage 17 and the reformer 2. The outside air mixing valve 47 is a three-way valve for mixing outside air into the exhaust gas. The outside air is introduced into the outside air mixing valve 47 through the outside air passage 48 opened to the outside of the vehicle 10. The outside air passage 48 is provided with a pressure feed pump for pushing outside air into the exhaust passage 14. The mixing ratio of the outside air and the exhaust gas mixed by the outside air mixing valve 47 (outside air mixing ratio) is controlled by the control device 29 according to the operating state of the engine 1 and the temperature of the reformer 2.

[2.制御構成]
制御装置29は、上記の混合ガス制御弁4,混合率制御弁43,排気分流弁46,外気混合弁47の開度を制御する電子制御装置〔ECU(Electronic Control Unit)〕である。制御装置29の内部には、内部バスを介して互いに接続されたプロセッサ,メモリ,インタフェイス装置などが内蔵される。プロセッサは、例えば制御ユニット(制御回路)や演算ユニット(演算回路),キャッシュメモリ(レジスタ)などを内蔵する処理装置である。また、メモリは、プログラムや作業中のデータが格納される記憶装置であり、ROM(Read Only Memory),RAM(Random Access Memory),不揮発メモリなどを含む。制御装置29で実施される制御の内容は、ファームウェアやアプリケーションプログラムとしてメモリに記録,保存されている。プログラムの内容は、プログラムの実行時にメモリ空間内に展開され、プロセッサで実行される。
[2. Control configuration]
The control device 29 is an electronic control device (ECU (Electronic Control Unit)) that controls the opening degree of the mixed gas control valve 4, the mixing rate control valve 43, the exhaust gas diversion valve 46, and the outside air mixing valve 47. The control device 29 incorporates a processor, a memory, an interface device, and the like that are connected to each other via an internal bus. The processor is a processing device including, for example, a control unit (control circuit), an arithmetic unit (arithmetic circuit), a cache memory (register), and the like. The memory is a storage device that stores a program and working data, and includes a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a nonvolatile memory, and the like. The contents of the control performed by the control device 29 are recorded and stored in the memory as firmware or an application program. The contents of the program are expanded in the memory space when the program is executed and executed by the processor.

制御装置29には、改質器温度センサー7,エンジン回転数センサー30,インマニ圧センサー31,エアフローセンサー32,アクセル開度センサー33,車速センサー34,シフトポジションセンサー35,水タンクセンサー49などが接続され、これらの各種センサーで検出された情報が入力される。制御装置29は、これらの情報に基づいてエンジン1の作動状態を把握し、燃料電池3での発電状態を制御するとともに、混合ガス制御弁4,混合率制御弁43,排気分流弁46,外気混合弁47の開度を制御する。   Connected to the controller 29 are a reformer temperature sensor 7, an engine speed sensor 30, an intake manifold pressure sensor 31, an air flow sensor 32, an accelerator opening sensor 33, a vehicle speed sensor 34, a shift position sensor 35, a water tank sensor 49, and the like. The information detected by these various sensors is input. The control device 29 grasps the operating state of the engine 1 based on these pieces of information and controls the power generation state in the fuel cell 3, as well as the mixed gas control valve 4, the mixing rate control valve 43, the exhaust shunt valve 46, the outside air The opening degree of the mixing valve 47 is controlled.

制御装置29は、燃料電池3の発電条件が成立しているか否かを判断し、その条件が成立している場合に燃料電池3による発電を実施する。発電条件は、例えばエンジン1が安定的に作動している状態であって、燃料タンク28の燃料残量が所定量以上であることや、エンジン1の作動状態を問わず、駆動用バッテリー25の充電率が所定値以下になっていることなどである。エンジン1の作動状態は、エンジン回転数,インマニ圧,吸気流量,アクセル開度,車速,シフトポジション(セレクター操作位置)などに基づいて把握される。また、燃料電池3の発電中には、改質器温度センサー7で検出された改質器2の温度に基づいて、混合ガス制御弁4,混合率制御弁43,排気分流弁46,外気混合弁47のそれぞれについての開度が制御される。   The control device 29 determines whether or not the power generation condition of the fuel cell 3 is satisfied, and executes the power generation by the fuel cell 3 when the condition is satisfied. The power generation condition is, for example, a state in which the engine 1 is operating stably, and the remaining amount of fuel in the fuel tank 28 is equal to or greater than a predetermined amount, and regardless of the operating state of the engine 1, For example, the charging rate is below a predetermined value. The operating state of the engine 1 is grasped based on the engine speed, intake manifold pressure, intake air flow rate, accelerator opening, vehicle speed, shift position (selector operation position), and the like. During power generation of the fuel cell 3, based on the temperature of the reformer 2 detected by the reformer temperature sensor 7, the mixed gas control valve 4, the mixing rate control valve 43, the exhaust gas diversion valve 46, the outside air mixing The opening degree of each of the valves 47 is controlled.

混合ガス制御弁4は、燃料電池3の発電条件が成立する条件下で少なくともエンジン1の作動中に開弁され、好ましくはエンジン1が安定的に動作している状況下で開弁される。例えば、エンジン1の動作環境が酷暑環境や極寒環境ではなく、かつ、エンジン1の暖機運転が完了した後の運転中に燃料電池3が発電をしているときに、混合ガス制御弁4が開放される。一方、これらの条件が満たされなければ閉弁状態に制御され、燃料電池3のオフガスや改質ガスの再循環が阻止される。なお、エンジン1の作動中であっても燃料電池3が発電をしていなければ、混合ガス制御弁4が閉鎖されるものとする。   The mixed gas control valve 4 is opened at least during the operation of the engine 1 under the condition that the power generation condition of the fuel cell 3 is satisfied, and is preferably opened under the situation where the engine 1 is stably operating. For example, when the operating environment of the engine 1 is not an extremely hot environment or an extremely cold environment, and the fuel cell 3 is generating power during the operation after the warm-up operation of the engine 1 is completed, the mixed gas control valve 4 is Opened. On the other hand, if these conditions are not satisfied, the valve is controlled to be closed, and recirculation of the off-gas and reformed gas of the fuel cell 3 is prevented. Note that the mixed gas control valve 4 is closed if the fuel cell 3 is not generating power even when the engine 1 is in operation.

混合ガス制御弁4の開度は、改質器2の温度が高いほど大きくなるように制御される。例えば、図3(A)に示すように、改質器2の温度が第一温度T1未満のときには混合ガス制御弁4の開度が所定開度R0に制御され、第二温度T2以上のときには100%(全開)に制御される。また、第一温度T1以上、かつ、第二温度T2未満の場合には、改質器2の温度が上昇するにつれて吸気通路12への混合ガスの導入量が増加するように開度が制御される。なお、第一温度T1及び第二温度T2は、改質器2で水素ガスを生成するのに適した温度範囲(作動温度範囲)の下限値及び上限値に相当する温度としてあらかじめ設定される。本実施形態では、第一温度T1を600〜650℃程度とし、第二温度T2を700〜900℃程度とする。 The opening degree of the mixed gas control valve 4 is controlled so as to increase as the temperature of the reformer 2 increases. For example, as shown in FIG. 3A, when the temperature of the reformer 2 is lower than the first temperature T 1 , the opening degree of the mixed gas control valve 4 is controlled to a predetermined opening degree R 0 and the second temperature T 2. In the above case, it is controlled to 100% (fully open). Further, when the temperature is equal to or higher than the first temperature T 1 and lower than the second temperature T 2 , the opening degree is set so that the amount of the mixed gas introduced into the intake passage 12 increases as the temperature of the reformer 2 increases. Be controlled. The first temperature T 1 and the second temperature T 2 are set in advance as temperatures corresponding to a lower limit value and an upper limit value of a temperature range (operation temperature range) suitable for generating hydrogen gas in the reformer 2. The In the present embodiment, the first temperature T 1 is set to about 600 to 650 ° C., and the second temperature T 2 is set to about 700 to 900 ° C.

混合率制御弁43の開度は、改質器2の温度が高いほどオフガスの割合が増加するように(すなわち、改質器2の温度が低いほど改質ガスの割合が増加するように)制御される。例えば、図3(B)に示すように、改質器2の温度が第一温度T1未満のときにはオフガスがR1%(R1は50%未満の所定値)含まれ、残りの100-R1%が改質ガスになるように開度が制御される。第二温度T2以上のときには、オフガスがR2%(R1は50%以上の所定値)含まれ、残りの100-R2%が改質ガスになるように開度が制御される。また、第一温度T1以上、かつ、第二温度T2未満の場合には、改質器2の温度が上昇するにつれてオフガスの割合が増加するように開度が制御される。 The degree of opening of the mixing rate control valve 43 is such that the proportion of off-gas increases as the temperature of the reformer 2 increases (that is, the proportion of reformed gas increases as the temperature of the reformer 2 decreases). Be controlled. For example, as shown in FIG. 3B, when the temperature of the reformer 2 is lower than the first temperature T 1, off-gas is contained in R 1 % (R 1 is a predetermined value less than 50%), and the remaining 100− The opening degree is controlled so that R 1 % becomes reformed gas. When the second temperature T 2 above, the off-gas is R 2% (R 1 is a predetermined value of 50% or more) included, the remaining 100-R 2% opening degree is controlled so that the reformed gas. When the temperature is equal to or higher than the first temperature T 1 and lower than the second temperature T 2 , the opening degree is controlled so that the off-gas ratio increases as the temperature of the reformer 2 increases.

ただし、水タンク44内の水の残量が所定残量以下である場合には、オフガスからの水分の回収量を増加させるべく、混合ガスの全体に占めるオフガスの割合を増加させてもよい。例えば、図3(E)に示すように、水の残量が少ないほどオフガスの割合を増加させるとともに、改質ガスの割合を減少させる。オフガスの割合を増加させることで、混合ガスに含まれる水分量が増加し、水タンク44に回収される水分を増加させることが可能となる。   However, when the remaining amount of water in the water tank 44 is less than or equal to a predetermined remaining amount, the proportion of off gas in the entire mixed gas may be increased in order to increase the amount of water recovered from the off gas. For example, as shown in FIG. 3E, as the remaining amount of water is smaller, the proportion of off-gas is increased and the proportion of reformed gas is decreased. By increasing the proportion of off gas, the amount of water contained in the mixed gas increases, and the water recovered in the water tank 44 can be increased.

排気分流弁46の開度は、改質器2の温度が高いほど触媒通路17へと導入される排気ガスが増加するように(すなわち、改質器2の温度が低いほど改質器2に直送される排気ガス量が増加するように)制御される。例えば、図3(C)に示すように、改質器2の温度が第一温度T1未満のときには、触媒通路17側の開度が0%(全閉)に制御され、改質器2側が全開状態(100%)とされる。一方、第二温度T2以上のときには触媒通路17側の開度が100%(全開)に制御され、改質器2側の通路が全閉状態(0%)とされる。また、第一温度T1以上、かつ、第二温度T2未満の場合には、改質器2の温度が上昇するにつれて、改質器2を迂回する排気ガス(排気触媒装置18に流入する排気ガス)が増加するように、排気分流弁46の開度が制御される。 The degree of opening of the exhaust shunt valve 46 is such that the exhaust gas introduced into the catalyst passage 17 increases as the temperature of the reformer 2 is higher (that is, the lower the temperature of the reformer 2 is, the higher the temperature of the reformer 2 is. It is controlled so that the amount of exhaust gas sent directly increases. For example, as shown in FIG. 3 (C), the temperature of the reformer 2 is at the first less than a temperature T 1 of is controlled in the catalyst passages 17 side of the opening is 0% (fully closed), the reformer 2 The side is fully open (100%). On the other hand, the opening degree of the catalyst passage 17 side when the second temperature T 2 above is controlled to 100% (fully open), the passage of the reformer 2 side is fully closed (0%). When the temperature is equal to or higher than the first temperature T 1 and lower than the second temperature T 2 , the exhaust gas that flows around the reformer 2 (flows into the exhaust catalyst device 18) as the temperature of the reformer 2 rises. The opening degree of the exhaust shunt valve 46 is controlled so that (exhaust gas) increases.

ただし、水タンク44内の水の残量が所定残量以下である場合には、エンジン1の排気ガスに含まれる水分の回収量を増加させるべく、改質器2側に流れる排気ガス量を増加させてもよい。例えば、図3(F)に示すように、水の残量が少ないほど改質器2側に流れる排気ガス量を増加させる。これにより、改質器2での水蒸気改質反応で消費される水分が確保されやすくなるとともに、混合ガスクーラー11で回収される凝結水が増加し、水タンク44に回収される水分を増加させることが可能となる。   However, when the remaining amount of water in the water tank 44 is equal to or less than the predetermined remaining amount, the amount of exhaust gas flowing to the reformer 2 side is increased in order to increase the amount of recovered water contained in the exhaust gas of the engine 1. It may be increased. For example, as shown in FIG. 3F, the amount of exhaust gas flowing to the reformer 2 side is increased as the remaining amount of water is smaller. As a result, it becomes easy to secure water consumed by the steam reforming reaction in the reformer 2, and the condensed water recovered by the mixed gas cooler 11 increases, increasing the water recovered in the water tank 44. It becomes possible.

外気混合弁47の開度は、エンジン1の作動状態や燃料電池3の発電状態,改質器2の温度に応じて制御される。まず、エンジン1の非作動時に燃料電池3で発電を実施するときには、外気混合弁47の外気通路48側が全開(100%開放)に制御され、排気通路14側が全閉(0%)とされる。一方、エンジン1の作動時に燃料電池3で発電を実施するときには、改質器2の温度が上昇するにつれて外気導入量が増加するように、外気混合弁47の開度が制御される。   The opening degree of the outside air mixing valve 47 is controlled according to the operating state of the engine 1, the power generation state of the fuel cell 3, and the temperature of the reformer 2. First, when power generation is performed by the fuel cell 3 when the engine 1 is not operating, the outside air passage 48 side of the outside air mixing valve 47 is controlled to be fully open (100% open), and the exhaust passage 14 side is fully closed (0%). . On the other hand, when the fuel cell 3 performs power generation when the engine 1 is operating, the opening degree of the outside air mixing valve 47 is controlled so that the outside air introduction amount increases as the temperature of the reformer 2 rises.

例えば、図3(D)に示すように、改質器2の温度が第一温度T1未満のときには、外気通路48側の開度が0%(全閉)に制御され、排気通路14側が全開状態とされる。一方、第二温度T2以上のときには外気通路48側の開度が所定開度R3%に制御され、排気通路14側の開度が100-R3%に制御される。また、第一温度T1以上、かつ、第二温度T2未満の場合には、改質器2の温度が上昇するにつれて、外気通路48側の開度が増量される。これにより、改質器2が外気によって冷却されやすくなり、高温の排気ガスによる改質器2の過昇温が抑制される。 For example, as shown in FIG. 3 (D), the temperature of the reformer 2 is at the first less than a temperature T 1 of is controlled to the opening degree of the outside air passage 48 side of 0% (fully closed), the exhaust passage 14 side is Fully open. On the other hand, when the temperature is equal to or higher than the second temperature T 2, the opening degree on the outside air passage 48 side is controlled to a predetermined opening degree R 3 %, and the opening degree on the exhaust passage 14 side is controlled to 100-R 3 %. When the temperature is equal to or higher than the first temperature T 1 and lower than the second temperature T 2 , the opening degree on the outside air passage 48 side is increased as the temperature of the reformer 2 increases. Thereby, the reformer 2 is easily cooled by the outside air, and the excessive temperature rise of the reformer 2 due to the high-temperature exhaust gas is suppressed.

[3.作用]
燃料電池3での発電に伴う開度制御の流れを図4に例示する。各種センサーで検出された情報が制御装置29に読み込まれ(ステップA1)、燃料電池3の発電条件が成立するか否かが判定される(ステップA2)。発電条件が成立しない場合、本フローは終了する。一方、発電条件が成立する場合には、エンジン1が作動しているか否かが判定される(ステップA3)。エンジン1が作動していれば、エンジン1の排気ガスを改質した改質ガスが燃料電池3での発電に利用されるとともに、燃料電池3のオフガスと改質器2の改質ガスとをエンジン1の吸気通路12へと再循環させる制御が実施される。すなわち、改質器2の温度に応じて混合ガス制御弁4,混合率制御弁43,排気分流弁46,外気混合弁47の開度が設定,制御され(ステップA4)、燃料電池3での発電が実施される(ステップA5)。
[3. Action]
FIG. 4 illustrates a flow of opening degree control accompanying power generation in the fuel cell 3. Information detected by the various sensors is read into the control device 29 (step A1), and it is determined whether or not the power generation condition of the fuel cell 3 is satisfied (step A2). If the power generation condition is not satisfied, this flow ends. On the other hand, when the power generation condition is satisfied, it is determined whether or not the engine 1 is operating (step A3). If the engine 1 is operating, the reformed gas obtained by reforming the exhaust gas of the engine 1 is used for power generation in the fuel cell 3, and the off gas of the fuel cell 3 and the reformed gas of the reformer 2 are combined. Control for recirculation to the intake passage 12 of the engine 1 is performed. That is, the opening degree of the mixed gas control valve 4, the mixing rate control valve 43, the exhaust gas diversion valve 46, and the outside air mixing valve 47 is set and controlled according to the temperature of the reformer 2 (step A4). Power generation is performed (step A5).

一方、エンジン1が非作動であれば混合ガス制御弁4が閉弁され、混合ガスの再循環が遮断される。また、排気通路14に排気ガスが流れないため、外気混合弁47の外気通路48側が開放される(ステップA6)。
混合ガス制御弁4の動作に関して、改質器2の温度が第二温度T2以上であれば、図3(A)に示すように混合ガス再循環通路5が大きく開放され、混合ガスがエンジン1の吸気系に導入される。このとき、図3(B)に示すように混合ガスには燃料電池3のオフガスが多量に含まれており、オフガスはエンジン1の燃焼抑制剤として機能する。したがって、改質器2に流入する排気ガスの温度がやや低下し、改質器2の温度が作動温度範囲に維持されやすくなる。
On the other hand, if the engine 1 is not operated, the mixed gas control valve 4 is closed, and the recirculation of the mixed gas is shut off. Further, since exhaust gas does not flow into the exhaust passage 14, the outside air passage 48 side of the outside air mixing valve 47 is opened (step A6).
Regarding the operation of the mixed gas control valve 4, if the temperature of the reformer 2 is equal to or higher than the second temperature T2, the mixed gas recirculation passage 5 is largely opened as shown in FIG. 1 is introduced into the intake system. At this time, as shown in FIG. 3B, the mixed gas contains a large amount of off-gas of the fuel cell 3, and the off-gas functions as a combustion inhibitor for the engine 1. Therefore, the temperature of the exhaust gas flowing into the reformer 2 is slightly lowered, and the temperature of the reformer 2 is easily maintained in the operating temperature range.

一方、改質器2の温度が第一温度T1未満ならば、混合ガス再循環通路5が絞られる。これにより、排気ガスの温度がオフガスの影響を受けて低下しにくくなり、改質器2の温度が作動温度範囲に維持されやすくなる。このとき、混合ガスに含まれるオフガスの割合も低いことから、改質器2の温度が安定的に維持される。また、改質器2の温度が第一温度T1以上、かつ、第二温度T2未満の状態では、改質器2の温度が上昇するにつれて吸気通路12への混合ガスの導入量が増加する。つまり、改質器2の状態に応じて、混合ガスによる昇温抑制効果の大きさが自動的に調節されることになる。この昇温抑制効果は、混合率制御弁43の開度制御によってさらに促進される。したがって、改質器2の温度の急変が効率的に防止され、燃料電池3の発電状態が安定化するとともに、エンジン1の燃焼安定性も向上する。 On the other hand, the temperature of the reformer 2 is if the first temperature T 1, less than a mixed gas recirculation passage 5 is narrowed. As a result, the temperature of the exhaust gas is less likely to decrease due to the effect of off-gas, and the temperature of the reformer 2 is easily maintained in the operating temperature range. At this time, since the ratio of the off gas contained in the mixed gas is also low, the temperature of the reformer 2 is stably maintained. When the temperature of the reformer 2 is equal to or higher than the first temperature T 1 and lower than the second temperature T 2 , the amount of the mixed gas introduced into the intake passage 12 increases as the temperature of the reformer 2 increases. To do. That is, the magnitude of the temperature rise suppression effect by the mixed gas is automatically adjusted according to the state of the reformer 2. This temperature rise suppression effect is further promoted by the opening degree control of the mixing rate control valve 43. Therefore, a sudden change in the temperature of the reformer 2 is efficiently prevented, the power generation state of the fuel cell 3 is stabilized, and the combustion stability of the engine 1 is also improved.

排気分流弁46の動作に関して、改質器2の温度が第二温度T2以上であれば、図3(C)に示すように、排気ガスが触媒通路17に供給される。これにより、高温の排気ガスが改質器2をさらに昇温させるような事態が回避され、改質器2の過昇温が阻止される。したがって、改質器2の温度が作動温度範囲に維持されやすくなる。また、排気ガス中の未燃炭化水素成分は排気触媒装置18で燃焼,除去されるため、車両10の排気環境性能が向上する。 Regarding the operation of the exhaust gas diversion valve 46, if the temperature of the reformer 2 is equal to or higher than the second temperature T2, the exhaust gas is supplied to the catalyst passage 17 as shown in FIG. As a result, a situation in which the high-temperature exhaust gas further raises the temperature of the reformer 2 is avoided, and overheating of the reformer 2 is prevented. Therefore, the temperature of the reformer 2 is easily maintained in the operating temperature range. Further, since the unburned hydrocarbon component in the exhaust gas is burned and removed by the exhaust catalyst device 18, the exhaust environmental performance of the vehicle 10 is improved.

一方、改質器2の温度が第一温度T1未満ならば、排気ガスが改質器2に供給される。これにより、高温の排気ガスで改質器2が迅速に暖機される。したがって、改質器2の温度が作動温度範囲に維持されやすくなり、燃料電池3の発電状態が安定化する。また、改質器2の温度が第一温度T1以上、かつ、第二温度T2未満の状態では、改質器2の温度が上昇するにつれて触媒通路17へと流入する排気ガス量が増加し、反対に改質器2側への流入量が減少する。つまり、改質器2の状態に応じて、改質器2に流入する排気ガスの温度が自動的に調節されることになる。したがって、したがって、改質器2の温度の急変が効率的に防止され、燃料電池3の発電状態が安定化する。 On the other hand, if the temperature of the reformer 2 is lower than the first temperature T 1 , exhaust gas is supplied to the reformer 2. Thereby, the reformer 2 is quickly warmed up by the high-temperature exhaust gas. Therefore, the temperature of the reformer 2 is easily maintained in the operating temperature range, and the power generation state of the fuel cell 3 is stabilized. When the temperature of the reformer 2 is equal to or higher than the first temperature T 1 and lower than the second temperature T 2 , the amount of exhaust gas flowing into the catalyst passage 17 increases as the temperature of the reformer 2 increases. On the contrary, the amount of inflow to the reformer 2 is reduced. That is, the temperature of the exhaust gas flowing into the reformer 2 is automatically adjusted according to the state of the reformer 2. Therefore, a sudden change in the temperature of the reformer 2 is efficiently prevented, and the power generation state of the fuel cell 3 is stabilized.

外気混合弁47の動作に関して、改質器2の温度が第二温度T2以上であれば、図3(D)に示すように、排気ガス中に外気が導入される。これにより、排気ガスが外気によって冷却され、適温の排気ガスが改質器2と燃料電池3とに導入される。したがって、改質器2及び燃料電池3の温度が適切な作動温度範囲に維持されやすくなる。一方、改質器2の温度が第一温度T1未満ならば外気の導入が停止するため、改質器2と燃料電池3とが迅速に暖められ、燃料電池3の発電状態が安定化する。 Regarding the operation of the outside air mixing valve 47, if the temperature of the reformer 2 is equal to or higher than the second temperature T2, the outside air is introduced into the exhaust gas as shown in FIG. As a result, the exhaust gas is cooled by the outside air, and the exhaust gas having an appropriate temperature is introduced into the reformer 2 and the fuel cell 3. Therefore, the temperatures of the reformer 2 and the fuel cell 3 are easily maintained in an appropriate operating temperature range. Meanwhile, since the temperature of the reformer 2 is introduced in the outside air, if the first temperature T less than 1 is stopped, the reformer 2 and the fuel cell 3 is quickly warmed, the power generation state of the fuel cell 3 is stabilized .

[4.効果]
(1)上記の燃料電池システムでは、改質器2の温度に応じて混合率制御弁43の開度が制御され、改質器2側へ流れる排気ガス量と改質器2を迂回する排気ガス量とが調節される。これにより、例えば改質器2の暖機中には排気ガスの熱を利用して改質器2,燃料電池3を迅速に昇温させることができる。一方、改質器2の暖機後には排気ガスを迂回させることによって改質器2,燃料電池3の過昇温を抑制することができる。このように、改質器2,燃料電池3の温度を適切な作動温度範囲内に維持しやすくすることができ、燃料電池3における発電状態の安定性を向上させることができる。
[4. effect]
(1) In the fuel cell system described above, the opening degree of the mixing rate control valve 43 is controlled according to the temperature of the reformer 2, and the amount of exhaust gas flowing to the reformer 2 side and the exhaust that bypasses the reformer 2 The amount of gas is adjusted. Thereby, for example, during the warm-up of the reformer 2, the temperature of the reformer 2 and the fuel cell 3 can be quickly raised using the heat of the exhaust gas. On the other hand, after the reformer 2 is warmed up, the overheating of the reformer 2 and the fuel cell 3 can be suppressed by bypassing the exhaust gas. Thus, the temperature of the reformer 2 and the fuel cell 3 can be easily maintained within an appropriate operating temperature range, and the stability of the power generation state in the fuel cell 3 can be improved.

(2)図3(C)に示すように、改質器2の温度が高いほど排気通路14から触媒通路17へと導入される排気ガス量を増加させることで、高温の排気ガスによって改質器2が過剰に昇温するような事態を回避することができる。一方、改質器2の温度が低下しつつあるような場合には、改質器2側へと導入される高温の排気ガスが増加するため、改質器2の温度低下が防止される。したがって、燃料電池3での発電状態を安定化することができる。   (2) As shown in FIG. 3 (C), the higher the temperature of the reformer 2, the higher the amount of exhaust gas introduced from the exhaust passage 14 into the catalyst passage 17, thereby reforming with higher temperature exhaust gas. It is possible to avoid a situation in which the vessel 2 is excessively heated. On the other hand, when the temperature of the reformer 2 is decreasing, the temperature of the reformer 2 is prevented from decreasing because the high-temperature exhaust gas introduced into the reformer 2 increases. Therefore, the power generation state in the fuel cell 3 can be stabilized.

(3)上記の燃料電池システムでは、改質器2の上流側に外気を導入するための外気混合弁47が配置される。これにより、高温の排気ガスだけでなく低温の外気を併用した改質器2の温度制御が可能となる。例えば、排気ガスの温度が過剰に高温であるような場合には、外気を利用してその温度を適度に低下させたうえで改質器2へと導入することができる。したがって、改質器2,燃料電池3の温度を適切な作動温度範囲内に維持しやすくすることができ、燃料電池3における発電状態の安定性を向上させることができる。   (3) In the above fuel cell system, the outside air mixing valve 47 for introducing outside air to the upstream side of the reformer 2 is disposed. Thereby, it is possible to control the temperature of the reformer 2 using not only high-temperature exhaust gas but also low-temperature outside air. For example, when the temperature of the exhaust gas is excessively high, it can be introduced into the reformer 2 after the temperature is appropriately reduced using outside air. Therefore, the temperature of the reformer 2 and the fuel cell 3 can be easily maintained within an appropriate operating temperature range, and the stability of the power generation state in the fuel cell 3 can be improved.

(4)図3(D)に示すように、改質器2の温度が高温であるほど外気量を増加させることで、改質器2を外気で冷却することができ、改質器2の過昇温を抑制することができる。また、排気分流弁46から改質器2側へと導入される排気ガスの流量が不足したとしても、その不足分を外気で賄うことができ、一定の流量を確保することができる。したがって、排気ガスや改質ガス,オフガスなどの循環性を維持することができる。   (4) As shown in FIG. 3D, the reformer 2 can be cooled with outside air by increasing the amount of outside air as the temperature of the reformer 2 is higher. An excessive temperature rise can be suppressed. Moreover, even if the flow rate of the exhaust gas introduced from the exhaust gas diversion valve 46 to the reformer 2 is insufficient, the shortage can be covered with outside air, and a constant flow rate can be secured. Therefore, the circulation of exhaust gas, reformed gas, off gas, etc. can be maintained.

(5)燃料電池3のオフガスに含まれる二酸化炭素は、エンジン1の燃焼抑制剤として機能し、エンジン1の排気ガス温度を低下させるように作用する。一方、改質ガスに含まれる水素ガスは、エンジン1の燃焼促進剤として機能し、エンジン1の排気ガス温度を上昇させるように作用する。したがって、オフガスと改質ガスとの混合率を調節することで、エンジン1に対する燃焼促進作用と燃焼抑制作用とのバランスを調節することができ、エンジン1から排出される排気ガス(すなわち、改質器2に導入される排気ガス)の温度を制御することができる。例えば、改質器2の温度を能動的に600℃に近づけることができ、改質に要する温度環境を維持することが容易となる。これにより、燃料電池3での発電状態を安定化することができる。   (5) Carbon dioxide contained in the off-gas of the fuel cell 3 functions as a combustion inhibitor for the engine 1 and acts to lower the exhaust gas temperature of the engine 1. On the other hand, the hydrogen gas contained in the reformed gas functions as a combustion accelerator for the engine 1 and acts to increase the exhaust gas temperature of the engine 1. Therefore, by adjusting the mixing ratio of the off gas and the reformed gas, the balance between the combustion promoting action and the combustion suppressing action for the engine 1 can be adjusted, and the exhaust gas discharged from the engine 1 (that is, the reformed gas) The temperature of the exhaust gas introduced into the vessel 2 can be controlled. For example, the temperature of the reformer 2 can be actively brought close to 600 ° C., and the temperature environment required for reforming can be easily maintained. Thereby, the power generation state in the fuel cell 3 can be stabilized.

(6)上記の燃料電池システムでは、図3(B)に示すように、改質器2の温度が高温であるほど、オフガスの割合が増加するように混合率制御弁43が制御される。このような制御により、エンジン1から排出される排気ガスの温度が高すぎる場合には、その温度を効率的に低下させることができ、改質器2の温度を所定の作動温度範囲に維持しやすくすることができる。一方、排気ガスの温度が低すぎる場合には、改質ガスの割合が増加するため、排気ガス温度を効率的に上昇させることができる。したがって、改質器2,燃料電池3の温度を適切な作動温度範囲内に維持しやすくすることができ、燃料電池3における発電状態の安定性を向上させることができる。   (6) In the fuel cell system described above, as shown in FIG. 3B, the mixing rate control valve 43 is controlled such that the higher the temperature of the reformer 2, the higher the off-gas ratio. By such control, when the temperature of the exhaust gas discharged from the engine 1 is too high, the temperature can be lowered efficiently, and the temperature of the reformer 2 is maintained within a predetermined operating temperature range. It can be made easier. On the other hand, when the temperature of the exhaust gas is too low, the ratio of the reformed gas increases, so that the exhaust gas temperature can be increased efficiently. Therefore, the temperature of the reformer 2 and the fuel cell 3 can be easily maintained within an appropriate operating temperature range, and the stability of the power generation state in the fuel cell 3 can be improved.

(7)上記の燃料電池システムでは、混合ガス再循環通路5に混合ガスクーラー11が介装されるとともに、混合ガスを冷却することで生成される凝縮水が水タンク44で回収され、改質器2での改質処理に利用される。このように、エンジン1に再循環する混合ガスの温度を低下させることで筒内温度を低下させることができ、エンジン出力や耐ノック性能を向上させることができる。また、オフガスや改質ガスに含まれる水分を水蒸気改質用の水として利用することで、改質器2を作動させるための水分を別途用意する必要がなく、シンプルな装置構成かつ低コストで実際的な燃料電池システムを実現することができる。   (7) In the fuel cell system described above, the mixed gas cooler 11 is interposed in the mixed gas recirculation passage 5, and the condensed water generated by cooling the mixed gas is recovered by the water tank 44 and reformed. It is used for the reforming process in the vessel 2. In this way, by reducing the temperature of the mixed gas that is recirculated to the engine 1, the in-cylinder temperature can be reduced, and the engine output and knock resistance can be improved. In addition, by using the moisture contained in the off-gas and reformed gas as water for steam reforming, it is not necessary to separately prepare moisture for operating the reformer 2, and the simple apparatus configuration and low cost can be achieved. A practical fuel cell system can be realized.

(8)上記の燃料電池システムでは、図3(E)に示すように、水タンク44内の水の残量が少ないほどオフガスの割合が増加するように混合率制御弁43の開度が制御される。このような制御により、オフガスに含まれる水分(すなわち、燃料電池3のアノード側で生成される水蒸気)の回収量を増量することができ、改質器2を長時間にわたって安定的に作動させ続けることが可能となる。   (8) In the fuel cell system described above, as shown in FIG. 3E, the degree of opening of the mixing rate control valve 43 is controlled so that the proportion of off-gas increases as the remaining amount of water in the water tank 44 decreases. Is done. By such control, it is possible to increase the recovered amount of moisture contained in the off gas (that is, water vapor generated on the anode side of the fuel cell 3), and keep the reformer 2 operating stably for a long time. It becomes possible.

(9)上記の燃料電池システムでは、図3(F)に示すように、水タンク44内の水の算量が少ないほど排気通路14から触媒通路17へと導入される排気ガス量が減少するように排気分流弁46の開度が制御される。このような制御により、排気ガスに含まれる水分を利用した改質器2での水蒸気改質反応を促進することができ、改質ガスの生成効率を高めることができる。また、水分を含む排気ガスが改質器2や燃料電池3へと導入されることから、改質ガスやオフガスからの水分の回収量を増加させることができ、水タンク44内の水の残量を増加させることができる。   (9) In the fuel cell system described above, as shown in FIG. 3F, the amount of exhaust gas introduced from the exhaust passage 14 to the catalyst passage 17 decreases as the amount of water in the water tank 44 decreases. Thus, the opening degree of the exhaust gas diversion valve 46 is controlled. By such control, the steam reforming reaction in the reformer 2 using moisture contained in the exhaust gas can be promoted, and the generation efficiency of the reformed gas can be increased. Further, since the exhaust gas containing moisture is introduced into the reformer 2 and the fuel cell 3, the amount of moisture recovered from the reformed gas and off-gas can be increased, and the remaining water in the water tank 44 can be increased. The amount can be increased.

[5.変形例]
上述の実施形態では、本実施形態の燃料電池システムが適用された車両10を例示したが、燃料電池システムの適用対象はこれに限定されない。例えば、家庭用電気製品,鉄道,船舶,航空機,工場,非常用電源設備などにも適用してもよい。少なくとも燃料電池のオフガスとエンジンの排気ガスとの相互利用が実施可能な装置であれば、上述の実施形態と同様の構成を適用することで、上述の実施形態と同様の作用効果を奏するものとなる。
[5. Modified example]
In the above-described embodiment, the vehicle 10 to which the fuel cell system of the present embodiment is applied is illustrated, but the application target of the fuel cell system is not limited to this. For example, the present invention may be applied to household electrical appliances, railways, ships, aircraft, factories, emergency power supply facilities, and the like. As long as the apparatus can at least use the fuel cell off-gas and the engine exhaust gas, the same configuration as in the above-described embodiment can be applied to achieve the same effects as the above-described embodiment. Become.

また、上述の実施形態では、排気再循環システムが搭載されたエンジン1を例示したが、燃料電池のオフガスとエンジンの排気ガスとの相互利用を実現するうえで、排気再循環システムは必須の要素ではない。したがって、既存のEGRシステムを有するエンジン1のEGR構造(低圧EGR通路や高圧EGR通路など)を利用して、混合ガス再循環通路5を形成してもよい。   In the above-described embodiment, the engine 1 equipped with the exhaust gas recirculation system is illustrated. However, the exhaust gas recirculation system is an essential element for realizing the mutual use of the fuel cell off-gas and the engine exhaust gas. is not. Therefore, the mixed gas recirculation passage 5 may be formed by using an EGR structure (such as a low pressure EGR passage or a high pressure EGR passage) of the engine 1 having an existing EGR system.

1 エンジン
2 改質器
3 燃料電池
4 混合ガス制御弁
5 混合ガス再循環通路
7 改質器温度センサー
10 車両
11 混合ガスクーラー
14 排気通路
17 触媒通路
18 排気触媒装置
29 制御装置
41 改質ガス通路
42 オフガス通路
43 混合率制御弁
44 水タンク
46 排気分流弁
47 外気混合弁
49 水タンクセンサー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Reformer 3 Fuel cell 4 Mixed gas control valve 5 Mixed gas recirculation passage 7 Reformer temperature sensor 10 Vehicle 11 Mixed gas cooler 14 Exhaust passage 17 Catalyst passage 18 Exhaust catalyst device 29 Control device 41 Reformed gas passage 42 Off-gas passage 43 Mixing rate control valve 44 Water tank 46 Exhaust gas diversion valve 47 Outside air mixing valve 49 Water tank sensor

Claims (9)

エンジンの排気通路に介装され、排気ガスに含まれる炭化水素を改質して水素ガスを生成する改質器と、
前記改質器で生成された前記水素ガスを燃料として発電する燃料電池と、
前記改質器から排出される改質ガスと前記燃料電池のオフガスとの混合気を前記エンジンの吸気系に再循環させる混合気再循環通路と、
前記エンジンと前記改質器との間で前記排気通路から分岐し、前記改質器を迂回して車外に繋がる触媒通路と、
前記排気通路から前記触媒通路へと導入される排気ガス量を制御する排気分流弁と、
前記改質器の温度に応じて前記排気分流弁の開度を調節する制御装置と
を備えたことを特徴とする、燃料電池システム。
A reformer interposed in the exhaust passage of the engine and reforming hydrocarbons contained in the exhaust gas to generate hydrogen gas;
A fuel cell that generates electricity using the hydrogen gas generated in the reformer as a fuel;
An air-fuel mixture recirculation passage for recirculating the air-fuel mixture of the reformed gas discharged from the reformer and the off-gas of the fuel cell to the intake system of the engine;
A catalyst passage branched from the exhaust passage between the engine and the reformer, bypassing the reformer and connected to the outside of the vehicle;
An exhaust gas diversion valve for controlling the amount of exhaust gas introduced from the exhaust passage into the catalyst passage;
A fuel cell system comprising: a control device that adjusts an opening of the exhaust gas diversion valve according to a temperature of the reformer.
前記制御装置が、前記改質器の温度が高いほど前記排気通路から前記触媒通路へと導入される排気ガス量が増加するように、前記排気分流弁の開度を制御する
ことを特徴とする、請求項1記載の燃料電池システム。
The control device controls the opening of the exhaust shunt valve so that the amount of exhaust gas introduced from the exhaust passage into the catalyst passage increases as the temperature of the reformer increases. The fuel cell system according to claim 1.
前記排気分流弁と前記改質器との間の前記排気通路に対して外気を導入する外気通路と、
前記外気通路から導入される外気量を制御する外気混合弁とを備える
ことを特徴とする、請求項1または2記載の燃料電池システム。
An outside air passage for introducing outside air into the exhaust passage between the exhaust diversion valve and the reformer;
The fuel cell system according to claim 1, further comprising an outside air mixing valve that controls an amount of outside air introduced from the outside air passage.
前記制御装置が、前記改質器の温度が高いほど前記外気量が増加するように、前記外気混合弁の開度を制御する
ことを特徴とする、請求項3記載の燃料電池システム。
4. The fuel cell system according to claim 3, wherein the control device controls the opening degree of the outside air mixing valve so that the outside air amount increases as the temperature of the reformer increases. 5.
前記混合気における前記改質ガス及び前記オフガスの混合率を制御する混合率制御弁を備える
ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, further comprising a mixing rate control valve that controls a mixing rate of the reformed gas and the off-gas in the air-fuel mixture.
前記制御装置が、前記改質器の温度が高いほど前記オフガスの割合が増加するように、前記混合率制御弁の開度を制御する
ことを特徴とする、請求項5記載の燃料電池システム。
6. The fuel cell system according to claim 5, wherein the control device controls the opening degree of the mixing rate control valve so that the proportion of the off gas increases as the temperature of the reformer increases.
前記混合気再循環通路に介装され、前記混合気を冷却する熱交換器と、
前記熱交換器で冷却された前記混合気の水分を回収する水タンクと、
前記水タンクで回収された前記水分を前記改質器の内部に供給する水噴射弁とを備える
ことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
A heat exchanger interposed in the mixture recirculation passage for cooling the mixture;
A water tank for recovering the moisture of the air-fuel mixture cooled by the heat exchanger;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, further comprising a water injection valve that supplies the moisture recovered in the water tank to the inside of the reformer.
前記制御装置が、前記水タンクに回収された前記水分の残量が少ないほど前記オフガスの割合が増加するように、前記混合率制御弁の前記混合率を制御する
ことを特徴とする、請求項7記載の燃料電池システム。
The said control apparatus controls the said mixing rate of the said mixing rate control valve so that the ratio of the said off-gas may increase, so that the residual amount of the said water | moisture content collect | recovered by the said water tank is small. 8. The fuel cell system according to 7.
前記制御装置が、前記水タンクに回収された前記水分の残量が少ないほど前記排気通路から前記触媒通路へと導入される排気ガス量が減少するように、前記排気分流弁の開度を制御する
ことを特徴とする、請求項7または8記載の燃料電池システム。
The control device controls the opening of the exhaust gas diversion valve so that the amount of exhaust gas introduced from the exhaust passage into the catalyst passage decreases as the remaining amount of water collected in the water tank decreases. The fuel cell system according to claim 7 or 8, wherein
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