JP2000188119A - 燃料電池システムおよびその制御方法 - Google Patents
燃料電池システムおよびその制御方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸化剤ガスに供給する水の流量を精確に制御
でき、空気流量センサを必要としない小型、低コストの
システムにする。 【解決手段】 酸化剤ガス供給手段１と燃料電池１０の
酸化剤ガス供給口を連結する酸化剤ガス管路７に、酸化
剤ガスに水を供給する加湿手段５を設け、該加湿手段５
と水貯蔵手段２とを連結する水管路９に水圧送手段３を
設け、該水圧送手段３と前記加湿手段５の間の水管路に
水流量検出手段４を設け、該水流量検出手段４からの信
号に基づいてフィードバックをかけて水流量を制御する
制御手段２０を設けたことを特徴とする燃料電池システ
ムおよびその制御方法。
でき、空気流量センサを必要としない小型、低コストの
システムにする。 【解決手段】 酸化剤ガス供給手段１と燃料電池１０の
酸化剤ガス供給口を連結する酸化剤ガス管路７に、酸化
剤ガスに水を供給する加湿手段５を設け、該加湿手段５
と水貯蔵手段２とを連結する水管路９に水圧送手段３を
設け、該水圧送手段３と前記加湿手段５の間の水管路に
水流量検出手段４を設け、該水流量検出手段４からの信
号に基づいてフィードバックをかけて水流量を制御する
制御手段２０を設けたことを特徴とする燃料電池システ
ムおよびその制御方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池システムお
よびその制御方法に関する。
よびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】大気の汚染をできる限り減らすために自
動車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つ
として電気自動車が使用されているが、充電設備や走行
距離などの問題で普及に至っていない。
動車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つ
として電気自動車が使用されているが、充電設備や走行
距離などの問題で普及に至っていない。
【０００３】燃料電池は、水素と酸素を使用して電気化
学反応で発電し、水以外の排出物がなくクリーンな発電
装置として注目されており、前記燃料電池を使用した自
動車が最も将来性のあるクリーンな自動車であると見ら
れている。前記燃料電池の中でも固体高分子電解質型燃
料電池が低温で作動するため自動車用として最も有望で
ある。
学反応で発電し、水以外の排出物がなくクリーンな発電
装置として注目されており、前記燃料電池を使用した自
動車が最も将来性のあるクリーンな自動車であると見ら
れている。前記燃料電池の中でも固体高分子電解質型燃
料電池が低温で作動するため自動車用として最も有望で
ある。
【０００４】固体高分子電解質型燃料電池システムは、
一般的に二つの電極（燃料極と酸化剤極）で固体高分子
電解質膜を挟んだ電解質と電極の接合体をセパレータで
挟持した多数の単セルが積層されている燃料電池、前記
燃料極側に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段、前記
酸化剤極側に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段
および各種ガス配管と、それらを制御する制御装置から
構成されている。
一般的に二つの電極（燃料極と酸化剤極）で固体高分子
電解質膜を挟んだ電解質と電極の接合体をセパレータで
挟持した多数の単セルが積層されている燃料電池、前記
燃料極側に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段、前記
酸化剤極側に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段
および各種ガス配管と、それらを制御する制御装置から
構成されている。
【０００５】前記燃料極では燃料ガス中の水素が燃料極
触媒に接触することにより下記の反応が生ずる。
触媒に接触することにより下記の反応が生ずる。
【０００６】２Ｈ２ → ４Ｈ＋ ＋４ｅ− Ｈ＋は、電解質中を移動し酸化剤極触媒に達し空気中の
酸素と反応して水となる。
酸素と反応して水となる。
【０００７】 ４Ｈ＋ ＋４ｅ− ＋Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ 燃料極からのＨ＋の移動に伴い水も移動するため燃料極
に供給する燃料ガスに水分を含ませて供給している。電
解質が固体高分子電解質膜の場合は、電解質の性能を維
持するためにも、燃料ガスには上記の反応に必要な量以
上の水分を含ませて供給し、酸化剤ガスにも水分を含ま
せて供給する必要がある。
に供給する燃料ガスに水分を含ませて供給している。電
解質が固体高分子電解質膜の場合は、電解質の性能を維
持するためにも、燃料ガスには上記の反応に必要な量以
上の水分を含ませて供給し、酸化剤ガスにも水分を含ま
せて供給する必要がある。
【０００８】従来技術として、特許第２６８４１５９号
には、計量弁が設けられた水供給導管を用いて、噴射ノ
ズルで霧化された水を空気に供給する方法が開示されて
いる。この従来技術では、供給する水量は空気供給導管
に設けられた空気流量センサにより測定される空気流量
により決められている。
には、計量弁が設けられた水供給導管を用いて、噴射ノ
ズルで霧化された水を空気に供給する方法が開示されて
いる。この従来技術では、供給する水量は空気供給導管
に設けられた空気流量センサにより測定される空気流量
により決められている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術は、計量弁の開閉により水流量を制御しているが、実
際の流量を検出する手段が設けられていないので供給す
る水流量が精確でない問題がある。燃料電池に供給する
空気に必要な水の量は約１００ｃｃ／ｍｉｎと多く、十
分微小な水滴に霧化するためには供給する水に圧力をか
ける必要がある。計量弁の開閉により水供給導管内の圧
力が変動するので、水流量が安定しなくなる。
術は、計量弁の開閉により水流量を制御しているが、実
際の流量を検出する手段が設けられていないので供給す
る水流量が精確でない問題がある。燃料電池に供給する
空気に必要な水の量は約１００ｃｃ／ｍｉｎと多く、十
分微小な水滴に霧化するためには供給する水に圧力をか
ける必要がある。計量弁の開閉により水供給導管内の圧
力が変動するので、水流量が安定しなくなる。
【００１０】また、自動車用等発電出力の大きい燃料電
池に必要な空気流量は２０００ＮＬ／ｍｉｎ以上と大き
く、空気流量をセンサで検出するシステムでは該センサ
が大型化し高コスト化する問題もある。
池に必要な空気流量は２０００ＮＬ／ｍｉｎ以上と大き
く、空気流量をセンサで検出するシステムでは該センサ
が大型化し高コスト化する問題もある。
【００１１】本発明は上記課題を解決したもので、酸化
剤ガスに供給する水の流量を精確に制御でき、空気流量
センサを必要としない小型、低コストの燃料電池システ
ムおよびその制御方法を提供する。
剤ガスに供給する水の流量を精確に制御でき、空気流量
センサを必要としない小型、低コストの燃料電池システ
ムおよびその制御方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、酸化剤ガス
供給手段と燃料電池の酸化剤ガス供給口を連結する酸化
剤ガス管路に、酸化剤ガスに水を供給する加湿手段を設
け、該加湿手段と水貯蔵手段とを連結する水管路に水圧
送手段を設け、該水圧送手段と前記加湿手段の間の水管
路に水流量検出手段を設け、該水流量検出手段からの信
号に基づいてフィードバックをかけて水流量を制御する
制御手段を設けたことを特徴とする燃料電池システムで
ある。
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、酸化剤ガス
供給手段と燃料電池の酸化剤ガス供給口を連結する酸化
剤ガス管路に、酸化剤ガスに水を供給する加湿手段を設
け、該加湿手段と水貯蔵手段とを連結する水管路に水圧
送手段を設け、該水圧送手段と前記加湿手段の間の水管
路に水流量検出手段を設け、該水流量検出手段からの信
号に基づいてフィードバックをかけて水流量を制御する
制御手段を設けたことを特徴とする燃料電池システムで
ある。
【００１３】上記第１の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００１４】すなわち、水流量検出手段からの信号に基
づいてフィードバックをかけているので、酸化剤ガスに
供給する水の流量を精確に制御できる効果を有する。
づいてフィードバックをかけているので、酸化剤ガスに
供給する水の流量を精確に制御できる効果を有する。
【００１５】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記水圧送手段がウォータポ
ンプであり、該ウォータポンプの回転数を前記制御手段
の信号に基づいて制御して水流量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である。
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記水圧送手段がウォータポ
ンプであり、該ウォータポンプの回転数を前記制御手段
の信号に基づいて制御して水流量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である。
【００１６】上記第２の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００１７】すなわち、水流量を制御する手段を別に設
ける必要がなく、簡単に水流量を制御することができ
る。
ける必要がなく、簡単に水流量を制御することができ
る。
【００１８】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記水圧送手段と前記水流量
検出手段を連結する水管路から分岐して前記水タンクと
連結するリターン管路を設け、該リターン管路に流量制
御手段を設け、該流量制御手段により前記リターン管路
を介して水タンクに還流する水流量を制御して、前記加
湿手段に供給する水流量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である。
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記水圧送手段と前記水流量
検出手段を連結する水管路から分岐して前記水タンクと
連結するリターン管路を設け、該リターン管路に流量制
御手段を設け、該流量制御手段により前記リターン管路
を介して水タンクに還流する水流量を制御して、前記加
湿手段に供給する水流量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である。
【００１９】上記第３の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２０】すなわち、流量制御手段を制御する方がウ
ォータポンプの回転数を制御するより早く変化させるこ
とができるので、水流量を敏速に変化させることができ
る。
ォータポンプの回転数を制御するより早く変化させるこ
とができるので、水流量を敏速に変化させることができ
る。
【００２１】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、酸化剤ガス供給手段がコンプ
レッサであり、該コンプレッサの回転数を検出する回転
数検出手段と、該コンプレッサの吸気口と吐出口の圧力
比を検出する圧力比検出手段を設け、前記回転数検出手
段と前記圧力比検出手段からの信号に基づいて酸化剤ガ
ス流量を算出し、該酸化剤ガス流量に基づいて前記加湿
手段に供給する水流量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である。
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、酸化剤ガス供給手段がコンプ
レッサであり、該コンプレッサの回転数を検出する回転
数検出手段と、該コンプレッサの吸気口と吐出口の圧力
比を検出する圧力比検出手段を設け、前記回転数検出手
段と前記圧力比検出手段からの信号に基づいて酸化剤ガ
ス流量を算出し、該酸化剤ガス流量に基づいて前記加湿
手段に供給する水流量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である。
【００２２】上記第４の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２３】すなわち、回転数検出手段と圧力比検出手
段で酸化剤ガス流量を算出しているので、大型で高コス
トの空気流量センサを必要としない小型かつ低コストの
燃料電池システムができる。
段で酸化剤ガス流量を算出しているので、大型で高コス
トの空気流量センサを必要としない小型かつ低コストの
燃料電池システムができる。
【００２４】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、前記加湿手段内の温度を検出
する加湿器温度検出手段と、前記燃料電池の酸化剤ガス
供給口の温度を検出する酸化剤ガス供給口温度検出手段
と、前記加湿手段と前記水圧送手段の間の水管路に開閉
手段を設け、前記加湿器温度検出手段、前記酸化剤ガス
供給口温度検出手段の信号に基づいて前記開閉手段を制
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
ムである。
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、前記加湿手段内の温度を検出
する加湿器温度検出手段と、前記燃料電池の酸化剤ガス
供給口の温度を検出する酸化剤ガス供給口温度検出手段
と、前記加湿手段と前記水圧送手段の間の水管路に開閉
手段を設け、前記加湿器温度検出手段、前記酸化剤ガス
供給口温度検出手段の信号に基づいて前記開閉手段を制
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
ムである。
【００２５】上記第５の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２６】すなわち、加湿器温度検出手段、酸化剤ガ
ス供給口温度検出手段の信号に基づいての酸化剤ガスに
水を供給できるので、凝縮水が燃料電池に供給されるこ
とを防ぐことができる。
ス供給口温度検出手段の信号に基づいての酸化剤ガスに
水を供給できるので、凝縮水が燃料電池に供給されるこ
とを防ぐことができる。
【００２７】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技
術的手段と称する。）は、前記加湿手段が水噴射手段を
備えていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池シ
ステムである。
の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技
術的手段と称する。）は、前記加湿手段が水噴射手段を
備えていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池シ
ステムである。
【００２８】上記第６の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２９】すなわち、大量の水を霧化状態で酸化剤ガ
スに供給することができるので、加湿水を確実に気化で
きる。
スに供給することができるので、加湿水を確実に気化で
きる。
【００３０】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項７において講じた技術的手段（以下、第７の技
術的手段と称する。）は、請求項５記載の料電池システ
ムにおいて、加湿器温度検出手段で加湿手段内の温度を
検出し、酸化剤ガス供給口温度検出手段で酸化剤ガス供
給口温度を検出し、前記加湿手段内の温度と前記酸化剤
ガス供給口温度が水蒸気を液化しない温度以上の温度に
なった時に、前記加湿手段内に水を供給することを特徴
とする燃料電池システムの制御方法である。
の請求項７において講じた技術的手段（以下、第７の技
術的手段と称する。）は、請求項５記載の料電池システ
ムにおいて、加湿器温度検出手段で加湿手段内の温度を
検出し、酸化剤ガス供給口温度検出手段で酸化剤ガス供
給口温度を検出し、前記加湿手段内の温度と前記酸化剤
ガス供給口温度が水蒸気を液化しない温度以上の温度に
なった時に、前記加湿手段内に水を供給することを特徴
とする燃料電池システムの制御方法である。
【００３１】上記第７の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００３２】すなわち、加湿手段内の温度と酸化剤ガス
供給口温度が水蒸気を液化しない温度以上になってから
水を供給することができるので、凝縮水が燃料電池に供
給されることを防ぐことができる。
供給口温度が水蒸気を液化しない温度以上になってから
水を供給することができるので、凝縮水が燃料電池に供
給されることを防ぐことができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。
図面に基づいて説明する。
【００３４】図１は本発明の第１実施例の自動車等車載
用燃料電池システムの酸化剤ガス供給部部分図である。
本第１実施例では、酸化剤ガスとして空気を使用してい
る。本システムは、エアコンプレッサ１、水タンク２、
ウォータポンプ３、水流量計４、加湿器５、燃料電池１
０および制御装置２０から構成されている。
用燃料電池システムの酸化剤ガス供給部部分図である。
本第１実施例では、酸化剤ガスとして空気を使用してい
る。本システムは、エアコンプレッサ１、水タンク２、
ウォータポンプ３、水流量計４、加湿器５、燃料電池１
０および制御装置２０から構成されている。
【００３５】前記エアコンプレッサ１は、酸化剤ガスで
ある空気を圧縮して燃料電池１０に供給する酸化剤ガス
供給手段で、空気管路６を介して前記加湿器５と連結し
ている。該空気管路６の前記エアコンプレッサ１の出口
付近に圧力計Ｐ１が設けられている。前記エアコンプレ
ッサ１にはその回転数を検出する回転数検出手段である
回転数計Ｒ１が設けられている。
ある空気を圧縮して燃料電池１０に供給する酸化剤ガス
供給手段で、空気管路６を介して前記加湿器５と連結し
ている。該空気管路６の前記エアコンプレッサ１の出口
付近に圧力計Ｐ１が設けられている。前記エアコンプレ
ッサ１にはその回転数を検出する回転数検出手段である
回転数計Ｒ１が設けられている。
【００３６】前記圧力計Ｐ１は前記エアコンプレッサ１
の吸気口と吐出口の圧力比を検出する圧力比検出手段で
ある。本第１実施例では、前記エアコンプレッサ１の吸
気口の圧力は大気圧であるので、前記圧力計Ｐ１で計測
された圧力が前記圧力比となっている。
の吸気口と吐出口の圧力比を検出する圧力比検出手段で
ある。本第１実施例では、前記エアコンプレッサ１の吸
気口の圧力は大気圧であるので、前記圧力計Ｐ１で計測
された圧力が前記圧力比となっている。
【００３７】前記加湿器５は酸化剤ガスに水を供給する
加湿手段で、空気管路７を介して前記燃料電池１０と連
結している。前記空気管路７の燃料電池１０に近い部分
に酸化剤ガス供給口の温度を検出する酸化剤ガス供給口
温度検出手段である温度計Ｔ１が設けられている。前記
加湿器５は前記空気管路６および７と連結している加湿
室５１と該加湿器５１内に水を噴射する水噴射手段であ
る水噴射ポンプ５２から構成されている。前記加湿室５
１には内部の温度を検出する加湿室温度検出手段である
温度計Ｔ２が設けられている。
加湿手段で、空気管路７を介して前記燃料電池１０と連
結している。前記空気管路７の燃料電池１０に近い部分
に酸化剤ガス供給口の温度を検出する酸化剤ガス供給口
温度検出手段である温度計Ｔ１が設けられている。前記
加湿器５は前記空気管路６および７と連結している加湿
室５１と該加湿器５１内に水を噴射する水噴射手段であ
る水噴射ポンプ５２から構成されている。前記加湿室５
１には内部の温度を検出する加湿室温度検出手段である
温度計Ｔ２が設けられている。
【００３８】前記水噴射ポンプ５２は水管路８を介して
水流量検出手段である水流量計４と連結している。該水
管路８には開閉手段である開閉バルブＶ１が設けられて
いる。前記水流量計４は水管路９を介して水圧送手段で
あるウォータポンプ３と連結している。該ウォータポン
プ３は水タンク２に付属して設けられ、水を加圧して前
記加湿器５に供給するものである。
水流量検出手段である水流量計４と連結している。該水
管路８には開閉手段である開閉バルブＶ１が設けられて
いる。前記水流量計４は水管路９を介して水圧送手段で
あるウォータポンプ３と連結している。該ウォータポン
プ３は水タンク２に付属して設けられ、水を加圧して前
記加湿器５に供給するものである。
【００３９】制御装置２０は、前記エアコンプレッサ１
の回転数、前記ウォータポンプ３の回転数および前記開
閉バルブＶ１の開閉を制御する装置である。該制御装置
２０は信号線１１を介して前記開閉バルブＶ１と連結
し、信号線１２ａを介して回転数計Ｒ１と連結し、信号
線１２ｂを介してエアコンプレッサ１と連結している。
の回転数、前記ウォータポンプ３の回転数および前記開
閉バルブＶ１の開閉を制御する装置である。該制御装置
２０は信号線１１を介して前記開閉バルブＶ１と連結
し、信号線１２ａを介して回転数計Ｒ１と連結し、信号
線１２ｂを介してエアコンプレッサ１と連結している。
【００４０】また、前記制御装置２０は信号線１３を介
して圧力計Ｐ１と連結し、信号線１４を介して温度計Ｔ
２と連結し、信号線１５を介して温度計Ｔ１と連結して
いる。さらに前記制御装置２０は信号線１６を介して流
量計４と連結し、信号線１７を介してウォータポンプ３
と連結している。
して圧力計Ｐ１と連結し、信号線１４を介して温度計Ｔ
２と連結し、信号線１５を介して温度計Ｔ１と連結して
いる。さらに前記制御装置２０は信号線１６を介して流
量計４と連結し、信号線１７を介してウォータポンプ３
と連結している。
【００４１】前記信号線１２ａ、１３〜１６はそれぞれ
回転数計Ｒ１の計測回転数、圧力計Ｐ１の計測圧力、温
度計Ｔ２、Ｔ１の計測温度、流量計４の計測流量の信号
を前記制御装置２０に伝える信号線である。前記信号線
１１、１２ｂ、１７は前記制御装置２０の命令信号をそ
れぞれ開閉バルブＶ１、エアコンプレッサ１、ウォータ
ポンプ３に伝える信号線である。
回転数計Ｒ１の計測回転数、圧力計Ｐ１の計測圧力、温
度計Ｔ２、Ｔ１の計測温度、流量計４の計測流量の信号
を前記制御装置２０に伝える信号線である。前記信号線
１１、１２ｂ、１７は前記制御装置２０の命令信号をそ
れぞれ開閉バルブＶ１、エアコンプレッサ１、ウォータ
ポンプ３に伝える信号線である。
【００４２】本第１実施例では、燃料電池システムの運
転条件から燃料電池１０に必要な空気流量を決定し前記
制御装置２０に伝達される。該制御装置２０では信号線
１２ａから入力された前記回転数計Ｒ１の計測回転数と
信号線１３から入力された前記圧力計Ｐ１の計測圧力か
ら演算しエアコンプレッサ１の吐出空気流量すなわち燃
料電池に供給されている空気流量を算出する。
転条件から燃料電池１０に必要な空気流量を決定し前記
制御装置２０に伝達される。該制御装置２０では信号線
１２ａから入力された前記回転数計Ｒ１の計測回転数と
信号線１３から入力された前記圧力計Ｐ１の計測圧力か
ら演算しエアコンプレッサ１の吐出空気流量すなわち燃
料電池に供給されている空気流量を算出する。
【００４３】すなわち、前記エアコンプレッサ１の回転
数と前記圧力計Ｐ１の計測圧力に対する前記エアコンプ
レッサ１の吐出空気流量の相関をあらわすマップを作成
して、該マップに基づいて演算する。こうして求めた吐
出空気流量が必要空気流量になるように信号線１２ｂを
介して前記エアコンプレッサ１に制御命令を伝達し、そ
の回転数を制御する。
数と前記圧力計Ｐ１の計測圧力に対する前記エアコンプ
レッサ１の吐出空気流量の相関をあらわすマップを作成
して、該マップに基づいて演算する。こうして求めた吐
出空気流量が必要空気流量になるように信号線１２ｂを
介して前記エアコンプレッサ１に制御命令を伝達し、そ
の回転数を制御する。
【００４４】一方、上記で演算されたエアコンプレッサ
１の吐出空気流量とあらかじめ設定された水／空気比か
ら必要加湿水量が決まる。前記制御装置２０は信号線１
７を介して必要加湿水量を水噴射ポンプ５２に送るよう
にウォータポンプ３の駆動電圧を制御し該ウォータポン
プ３の回転数を制御する。実際に送られている水流量は
水流量計４により計測され信号線１６を介して前記制御
装置２０に伝達される。
１の吐出空気流量とあらかじめ設定された水／空気比か
ら必要加湿水量が決まる。前記制御装置２０は信号線１
７を介して必要加湿水量を水噴射ポンプ５２に送るよう
にウォータポンプ３の駆動電圧を制御し該ウォータポン
プ３の回転数を制御する。実際に送られている水流量は
水流量計４により計測され信号線１６を介して前記制御
装置２０に伝達される。
【００４５】前記制御装置２０は、実際に計測された水
流量が必要加湿水量になるように信号線１７を介してフ
ィードバックをかけ前記ウォータポンプ３の回転数を制
御する。これにより加湿器５に供給される加湿水量は精
確になる。
流量が必要加湿水量になるように信号線１７を介してフ
ィードバックをかけ前記ウォータポンプ３の回転数を制
御する。これにより加湿器５に供給される加湿水量は精
確になる。
【００４６】加湿水は前記水噴射ポンプ５２により加湿
室５１に噴射され蒸発して水蒸気として空気管路７を介
して燃料電池１０に供給される。この時、噴射された加
湿水の一部が水のままであったり、水蒸気が凝縮して水
になったりして燃料電池１０に供給されると、燃料電池
１０内の空気通流路がふさがれ発電性能が低下する問題
がある。
室５１に噴射され蒸発して水蒸気として空気管路７を介
して燃料電池１０に供給される。この時、噴射された加
湿水の一部が水のままであったり、水蒸気が凝縮して水
になったりして燃料電池１０に供給されると、燃料電池
１０内の空気通流路がふさがれ発電性能が低下する問題
がある。
【００４７】温度計Ｔ２により加湿室５１内の温度、温
度計Ｔ１により燃料電池１０の酸化剤ガス供給口の温度
が計測されている。これらの温度はそれぞれ信号線１
４、１５を介して制御装置２０に伝達される。もし、こ
れらの温度のどちらかがそれぞれにあらかじめ設定され
た設定温度より低い場合、前記制御装置２０は信号線１
１を介して制御命令を開閉バルブＶ１に送り該開閉バル
ブＶ１を閉にする。これらの温度が両方ともそれぞれの
設定温度以上になったら前記開閉バルブＶ１を開にす
る。これにより、燃料電池１０に液体の水が供給される
ことがなくなる。
度計Ｔ１により燃料電池１０の酸化剤ガス供給口の温度
が計測されている。これらの温度はそれぞれ信号線１
４、１５を介して制御装置２０に伝達される。もし、こ
れらの温度のどちらかがそれぞれにあらかじめ設定され
た設定温度より低い場合、前記制御装置２０は信号線１
１を介して制御命令を開閉バルブＶ１に送り該開閉バル
ブＶ１を閉にする。これらの温度が両方ともそれぞれの
設定温度以上になったら前記開閉バルブＶ１を開にす
る。これにより、燃料電池１０に液体の水が供給される
ことがなくなる。
【００４８】図２は本発明の第２実施例の自動車等車載
用燃料電池システムの酸化剤ガス供給部部分図である。
本第２実施例は第１実施例の加湿水の流量制御部を変え
ただけで、他の部分は第１実施例と同じである。第１実
施例と同じ部分には同じ記号を使用し、説明は省略す
る。本第２実施例でも酸化剤ガスとして空気を使用して
いる。
用燃料電池システムの酸化剤ガス供給部部分図である。
本第２実施例は第１実施例の加湿水の流量制御部を変え
ただけで、他の部分は第１実施例と同じである。第１実
施例と同じ部分には同じ記号を使用し、説明は省略す
る。本第２実施例でも酸化剤ガスとして空気を使用して
いる。
【００４９】本第２実施例では、第１実施例にリターン
管路２１および流量制御バルブＶ２が追加されている。
前記リターン管路２１は水管路９から分岐して水タンク
２と連結している。前記流量制御バルブＶ２は前記前記
リターン管路２１に設けられた流量制御手段である。本
第２実施例では、制御装置２０の制御命令を前記流量制
御バルブＶ２に伝達する信号線１８が設けられている。
管路２１および流量制御バルブＶ２が追加されている。
前記リターン管路２１は水管路９から分岐して水タンク
２と連結している。前記流量制御バルブＶ２は前記前記
リターン管路２１に設けられた流量制御手段である。本
第２実施例では、制御装置２０の制御命令を前記流量制
御バルブＶ２に伝達する信号線１８が設けられている。
【００５０】第１実施例と同様に回転数計Ｒ１の計測回
転数と圧力計Ｐ１の計測圧力から該エアコンプレッサ１
の吐出空気流量が演算される。該吐出空気流量とあらか
じめ設定された水／空気比から必要加湿水量が決まる。
本第２実施例では、ウォータポンプ３から圧送される水
流量は一定である。水噴射ポンプ５２に送る水流量は、
前記流量制御バルブＶ２の開度を調整して前記リターン
管路２１を介して前記水タンク２に還流する水流量を制
御することによって行う。
転数と圧力計Ｐ１の計測圧力から該エアコンプレッサ１
の吐出空気流量が演算される。該吐出空気流量とあらか
じめ設定された水／空気比から必要加湿水量が決まる。
本第２実施例では、ウォータポンプ３から圧送される水
流量は一定である。水噴射ポンプ５２に送る水流量は、
前記流量制御バルブＶ２の開度を調整して前記リターン
管路２１を介して前記水タンク２に還流する水流量を制
御することによって行う。
【００５１】前記制御装置２０は信号線１８を介して必
要加湿水量を水噴射ポンプ５２に送るように前記流量制
御バルブＶ２の開度を調整する。実際に送られている水
流量は水流量計４により計測され信号線１６を介して前
記制御装置２０に伝達される。前記制御装置２０は、実
際に計測された水流量が必要加湿水量になるように信号
線１８を介してフィードバックをかけ前記流量制御バル
ブＶ２の開度を調整する。これにより加湿器５に供給さ
れる加湿水量は精確になる。このリターン管路２１によ
る水流量の制御は、流量制御バルブＶ２の開度調整によ
り行っているので、ウォータポンプ３の回転数にする制
御より水流量を敏速に変化させることができる。
要加湿水量を水噴射ポンプ５２に送るように前記流量制
御バルブＶ２の開度を調整する。実際に送られている水
流量は水流量計４により計測され信号線１６を介して前
記制御装置２０に伝達される。前記制御装置２０は、実
際に計測された水流量が必要加湿水量になるように信号
線１８を介してフィードバックをかけ前記流量制御バル
ブＶ２の開度を調整する。これにより加湿器５に供給さ
れる加湿水量は精確になる。このリターン管路２１によ
る水流量の制御は、流量制御バルブＶ２の開度調整によ
り行っているので、ウォータポンプ３の回転数にする制
御より水流量を敏速に変化させることができる。
【００５２】
【発明の効果】以上のように、本発明は、酸化剤ガス供
給手段と燃料電池の酸化剤ガス供給口を連結する酸化剤
ガス管路に、酸化剤ガスに水を供給する加湿手段を設
け、該加湿手段と水貯蔵手段とを連結する水管路に水圧
送手段を設け、該水圧送手段と前記加湿手段の間の水管
路に水流量検出手段を設け、該水流量検出手段からの信
号に基づいてフィードバックをかけて水流量を制御する
制御手段を設けたことを特徴とする燃料電池システムお
よび前記加湿手段内の温度を検出する加湿器温度検出手
段と、前記燃料電池の酸化剤ガス供給口の温度を検出す
る酸化剤ガス供給口温度検出手段と、前記加湿手段と前
記水圧送手段の間の水管路に開閉手段を設け、加湿器温
度検出手段で加湿手段内の温度を検出し、酸化剤ガス供
給口温度検出手段で酸化剤ガス供給口温度を検出し、前
記加湿手段内の温度と前記酸化剤ガス供給口温度が水蒸
気を液化しない温度以上の温度になった時に、前記加湿
手段内に水を供給することを特徴とする燃料電池システ
ムの制御方法であるので、酸化剤ガスに供給する水の流
量を精確に制御でき、空気流量センサを必要としない小
型、低コストの燃料電池システムおよびその制御方法が
提供できる。
給手段と燃料電池の酸化剤ガス供給口を連結する酸化剤
ガス管路に、酸化剤ガスに水を供給する加湿手段を設
け、該加湿手段と水貯蔵手段とを連結する水管路に水圧
送手段を設け、該水圧送手段と前記加湿手段の間の水管
路に水流量検出手段を設け、該水流量検出手段からの信
号に基づいてフィードバックをかけて水流量を制御する
制御手段を設けたことを特徴とする燃料電池システムお
よび前記加湿手段内の温度を検出する加湿器温度検出手
段と、前記燃料電池の酸化剤ガス供給口の温度を検出す
る酸化剤ガス供給口温度検出手段と、前記加湿手段と前
記水圧送手段の間の水管路に開閉手段を設け、加湿器温
度検出手段で加湿手段内の温度を検出し、酸化剤ガス供
給口温度検出手段で酸化剤ガス供給口温度を検出し、前
記加湿手段内の温度と前記酸化剤ガス供給口温度が水蒸
気を液化しない温度以上の温度になった時に、前記加湿
手段内に水を供給することを特徴とする燃料電池システ
ムの制御方法であるので、酸化剤ガスに供給する水の流
量を精確に制御でき、空気流量センサを必要としない小
型、低コストの燃料電池システムおよびその制御方法が
提供できる。
【図１】本発明の第１実施例の自動車等車載用燃料電池
システムの酸化剤ガス供給部部分図
システムの酸化剤ガス供給部部分図
【図２】本発明の第２実施例の自動車等車載用燃料電池
システムの酸化剤ガス供給部部分図
システムの酸化剤ガス供給部部分図
１…エアコンプレッサ（酸化剤ガス供給手段） ２…水タンク（水貯蔵手段） ３…ウォータポンプ（水圧送手段） ４…水流量計（水流量検出手段） ５…加湿器（加湿手段） ６、７…空気管路（酸化剤ガス管路） ８、９…水管路 １０…燃料電池 １１、１２ａ、１２ｂ、１３〜１８…信号線 ２０…制御装置（制御手段） ２１…リターン管路 ５１…加湿室 ５２…水噴射ポンプ（水噴射手段） Ｐ１…圧力計（圧力比検出手段） Ｔ１、 Ｔ２…温度計（温度検出手段） Ｒ１…回転数計（回転数検出手段） Ｖ１…開閉バルブ（開閉手段） Ｖ２…流量制御バルブ（流量制御手段）
Claims (7)
- 【請求項１】 酸化剤ガス供給手段と燃料電池の酸化剤
ガス供給口を連結する酸化剤ガス管路に、酸化剤ガスに
水を供給する加湿手段を設け、該加湿手段と水貯蔵手段
とを連結する水管路に水圧送手段を設け、該水圧送手段
と前記加湿手段の間の水管路に水流量検出手段を設け、
該水流量検出手段からの信号に基づいてフィードバック
をかけて水流量を制御する制御手段を設けたことを特徴
とする燃料電池システム。 - 【請求項２】 前記水圧送手段がウォータポンプであ
り、該ウォータポンプの回転数を前記制御手段の信号に
基づいて制御して水流量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。 - 【請求項３】 前記水圧送手段と前記水流量検出手段を
連結する水管路から分岐して前記水タンクと連結するリ
ターン管路を設け、該リターン管路に流量制御手段を設
け、該流量制御手段により前記リターン管路を介して水
タンクに還流する水流量を制御して、前記加湿手段に供
給する水流量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。 - 【請求項４】 酸化剤ガス供給手段がコンプレッサであ
り、該コンプレッサの回転数を検出する回転数検出手段
と、該コンプレッサの吸気口と吐出口の圧力比を検出す
る圧力比検出手段を設け、前記回転数検出手段と前記圧
力比検出手段からの信号に基づいて酸化剤ガス流量を算
出し、該酸化剤ガス流量に基づいて前記加湿手段に供給
する水流量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。 - 【請求項５】 前記加湿手段内の温度を検出する加湿器
温度検出手段と、前記燃料電池の酸化剤ガス供給口の温
度を検出する酸化剤ガス供給口温度検出手段と、前記加
湿手段と前記水圧送手段の間の水管路に開閉手段を設
け、前記加湿器温度検出手段、前記酸化剤ガス供給口温
度検出手段の信号に基づいて前記開閉手段を制御するこ
とを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 - 【請求項６】 前記加湿手段が水噴射手段を備えている
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 - 【請求項７】 請求項５記載の料電池システムにおい
て、加湿器温度検出手段で加湿手段内の温度を検出し、
酸化剤ガス供給口温度検出手段で酸化剤ガス供給口温度
を検出し、前記加湿手段内の温度と前記酸化剤ガス供給
口温度が水蒸気を液化しない温度以上の温度になった時
に、前記加湿手段内に水を供給することを特徴とする燃
料電池システムの制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10363246A JP2000188119A (ja) | 1998-12-21 | 1998-12-21 | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10363246A JP2000188119A (ja) | 1998-12-21 | 1998-12-21 | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000188119A true JP2000188119A (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=18478859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10363246A Withdrawn JP2000188119A (ja) | 1998-12-21 | 1998-12-21 | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000188119A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006121898A (ja) * | 2001-11-08 | 2006-05-11 | Daikin Ind Ltd | モータ駆動方法およびその装置 |
| US7297427B2 (en) | 2000-07-25 | 2007-11-20 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and process for controlling the same |
| JP2010147029A (ja) * | 2002-04-15 | 2010-07-01 | Panasonic Corp | 燃料電池システム |
| US8748048B2 (en) | 2010-03-31 | 2014-06-10 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system including water injection device and return passage bypassing compressor |
| JP2018181688A (ja) * | 2017-04-18 | 2018-11-15 | 株式会社デンソー | 燃料電池システム |
| CN111948553A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-11-17 | 华霆（合肥）动力技术有限公司 | 电池爆喷检测系统及方法 |
-
1998
- 1998-12-21 JP JP10363246A patent/JP2000188119A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7297427B2 (en) | 2000-07-25 | 2007-11-20 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and process for controlling the same |
| US7998634B2 (en) | 2000-07-25 | 2011-08-16 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell with control process for reactant pressure and flow |
| JP2006121898A (ja) * | 2001-11-08 | 2006-05-11 | Daikin Ind Ltd | モータ駆動方法およびその装置 |
| JP2010147029A (ja) * | 2002-04-15 | 2010-07-01 | Panasonic Corp | 燃料電池システム |
| US8748048B2 (en) | 2010-03-31 | 2014-06-10 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system including water injection device and return passage bypassing compressor |
| JP2018181688A (ja) * | 2017-04-18 | 2018-11-15 | 株式会社デンソー | 燃料電池システム |
| CN111948553A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-11-17 | 华霆（合肥）动力技术有限公司 | 电池爆喷检测系统及方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051125 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20070313 |