JP2002231277A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2002231277A
JP2002231277A JP2001021636A JP2001021636A JP2002231277A JP 2002231277 A JP2002231277 A JP 2002231277A JP 2001021636 A JP2001021636 A JP 2001021636A JP 2001021636 A JP2001021636 A JP 2001021636A JP 2002231277 A JP2002231277 A JP 2002231277A
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JP
Japan
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fuel cell
pressure regulating
regulating valve
small
flow rate
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Application number
JP2001021636A
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Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Arai
孝之 荒井
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To control the output of a fuel cell stack in a wide range without controlling it in a complicated way. SOLUTION: This fuel cell system is realized by providing a fuel cell stack 1, an air supply passage L3 to supply a prescribed flow of an oxidizer gas to the fuel cell stack 1 in accordance with the power generating condition of the fuel cell stack 1, a hydrogen supply passage L1 to supply a prescribed flow of a fuel gas to the fuel cell stack 1 in accordance with the power generating condition of the fuel cell stack 1, at least two first hydrogen pressure adjusting valves 3, 4 disposed parallel to the hydrogen supply passage L1 to adjust the pressure of the fuel gas to supply to the fuel cell stack 1, a hydrogen circulating passage L2 to circulate the fuel gas to the fuel cell stack 1, a water reservoir 12 to collect moisture contained in the exhaust of the oxidizer electrode and the fuel electrode of the fuel cell stack 1, a water circulating passage L4 to supply water collected by the water reservoir 12 to the fuel cell stack 1, and a control unit 20 to control the opening and closing of the hydrogen pressure adjusting valves 3, 4 in accordance with a requirement for acceleration.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車等の
駆動源として使用され、燃料ガスとして水素ガス、酸化
剤ガスとして空気が供給されて発電をする燃料電池スタ
ックを作動するに際して、燃料ガスの調圧を行う燃料電
池システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell stack which is used, for example, as a driving source of an automobile or the like and is operated by supplying hydrogen gas as a fuel gas and air as an oxidizing gas to generate power. The present invention relates to a fuel cell system that performs pressure regulation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の燃料電池によって発電をする燃料
電池システムとして、例えば特開平7−192743号
公報、特開平9−213353号公報に開示されたもの
が知られている。
2. Description of the Related Art As a conventional fuel cell system for generating electric power by a fuel cell, those disclosed in, for example, JP-A-7-192743 and JP-A-9-213353 are known.

【0003】特開平7−192743号公報で開示され
ている燃料電池システムの要部構成を図17に示す。
FIG. 17 shows a main configuration of a fuel cell system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-192743.

【0004】この燃料電池システムでは、燃料電池スタ
ック101を作動するに際して、水素を貯蔵した燃料タ
ンク102、開閉弁103、圧力調整弁104、ポンプ
105、脱イオンフィルタ106を介して燃料ガスをポ
ート101aから供給し、ポート101bから気液分離
器107を介して再度ポンプ105に燃料ガスを供給す
る燃料ガス系を有している。この燃料電池システムで
は、燃料電池スタック101で使用されずに排気された
余剰燃料ガスを循環している。
In this fuel cell system, when operating the fuel cell stack 101, fuel gas is supplied to a port 101a through a fuel tank 102 storing hydrogen, an on-off valve 103, a pressure regulating valve 104, a pump 105, and a deionizing filter 106. And a fuel gas system for supplying the fuel gas to the pump 105 again from the port 101b via the gas-liquid separator 107. In this fuel cell system, surplus fuel gas exhausted without being used in the fuel cell stack 101 is circulated.

【0005】続いて、特開平9−213353号公報で
開示されている燃料電池システムの要部構成を図18に
示す。
Next, FIG. 18 shows a main configuration of a fuel cell system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-213353.

【0006】この燃料電池システムでは、エゼクタポン
プ111で水素循環を行っている。燃料極112aの排
出ガス出口と、エゼクタポンプ111との間に設けられ
た再循環ガス流路113に再循環ガス圧力計114を備
え、再循環ガス圧力計114で測定された値に応じてエ
ゼクタポンプ111の原燃料供給弁に制御信号を送って
開度を調整し、原燃料の供給量を制御することにより圧
力制御を行っている。また、再循環ガス流量調整弁11
5と、再循環ガス流量調整弁115を制御する再循環ガ
ス流量計116とを備え、燃料電池112の負荷に対応
した再循環ガスの流量調整を行っている。
In this fuel cell system, the ejector pump 111 circulates hydrogen. A recirculation gas pressure gauge 114 is provided in a recirculation gas flow path 113 provided between the exhaust gas outlet of the fuel electrode 112a and the ejector pump 111, and the ejector is controlled in accordance with a value measured by the recirculation gas pressure gauge 114. The pressure control is performed by sending a control signal to the raw fuel supply valve of the pump 111 to adjust the opening degree and control the raw fuel supply amount. Also, the recirculation gas flow control valve 11
5 and a recirculation gas flow meter 116 for controlling the recirculation gas flow control valve 115 to adjust the flow rate of the recirculation gas corresponding to the load of the fuel cell 112.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例では、以下に挙げる問題点がある。
However, the above conventional example has the following problems.

【0008】特開平7−192743号公報に開示され
た燃料電池システムでは、燃料電池スタック101の全
負荷範囲、すなわち、燃料ガス流量が、小流量から大流
量の範囲において、燃料電池スタック101の水素入り
口の圧力調整を一つの圧力調整弁104で行っている。
したがって、小流量側の圧力制御を可能とする圧力調整
弁104を使用すると大流量側の圧力制御ができなくな
り、大流量側の圧力制御を可能とする圧力調整弁104
を使用すると小流量側の圧力制御ができなくなり、燃料
電池システムが十分に機能しないといった問題がある。
In the fuel cell system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-192743, when the fuel cell stack 101 has a full load range, that is, when the fuel gas flow rate is in a range from a small flow rate to a large flow rate, the hydrogen in the fuel cell stack 101 is reduced. The pressure at the entrance is controlled by one pressure control valve 104.
Therefore, if the pressure control valve 104 that enables the pressure control on the small flow rate side is used, the pressure control on the large flow rate side becomes impossible, and the pressure control valve 104 that enables the pressure control on the large flow rate side is used.
However, when the fuel cell system is used, pressure control on the small flow rate side cannot be performed, and there is a problem that the fuel cell system does not function sufficiently.

【0009】また、特開平7−192743号公報の燃
料電池システムでは、ポンプ105も、小流量から大流
量まで循環量を可変させる必要があるため、必然的にポ
ンプ105も大型化してしまうといった問題がある。さ
らに燃料ガス中の水分によって、ポンプ摺動部に摩擦及
び腐食などが生じ、ポンプ105が性能低下してしまう
といった問題がある。
In the fuel cell system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-192743, the pump 105 also needs to vary the circulation amount from a small flow rate to a large flow rate, so that the pump 105 is inevitably increased in size. There is. Further, there is a problem that the water in the fuel gas causes friction and corrosion in the sliding portion of the pump, and the performance of the pump 105 is deteriorated.

【0010】特開平9−213353号公報に開示され
た燃料電池システムでは、水素循環装置として、エゼク
タポンプ111を使用しているため、水詰まりによる機
能低下を生じる可能性はあるが、上述したポンプの性能
低下までには至らない。
In the fuel cell system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-213353, the ejector pump 111 is used as a hydrogen circulating device. Performance does not drop.

【0011】しかし、水素の循環量の制御をエゼクタポ
ンプ111の出口圧力により循環部流量制御弁を用いて
行い、且つ、水素流量の制御を循環部圧力によりエゼク
タポンプ111の入口調量機構により行っているため、
これらのバランスを燃料電池スタック112の要求水素
圧力・供給水素流量・水素循環量を満足するように制御
する必要があり、制御が非常に複雑になるといった問題
がある。
However, the amount of hydrogen circulated is controlled by the outlet pressure of the ejector pump 111 using the circulating part flow control valve, and the amount of hydrogen is controlled by the circulating part pressure by the inlet metering mechanism of the ejector pump 111. Because
It is necessary to control these balances so as to satisfy the required hydrogen pressure, supply hydrogen flow rate, and hydrogen circulation amount of the fuel cell stack 112, and there is a problem that the control becomes very complicated.

【0012】そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて
提案されたものであり、複雑な制御をすることなしに、
燃料電池スタックの広範囲での出力制御を可能にするこ
とができる燃料電池システムを提供するものである。
Accordingly, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and without performing complicated control,
An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of controlling output of a fuel cell stack over a wide range.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、請求項1の燃料電池システムでは、電解質膜を挟
んで燃料極と酸化剤極とが対設された燃料電池と、上記
燃料電池の発電状態に応じて所定流量の酸化剤ガスを上
記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給手段と、上記燃料
電池の発電状態に応じて所定流量の燃料ガスを上記燃料
電池に供給する燃料ガス供給手段と、上記燃料ガス供給
手段の後段に並列に配され、上記燃料電池に供給する燃
料ガスの圧力を調整する複数の同特性の調圧弁と、上記
燃料ガスを上記燃料電池に循環させる循環手段と、上記
燃料電池の上記酸化剤極と、上記燃料極との排気中に含
まれる水分を回収する水分回収手段と、上記水分回収手
段によって回収した水分を上記燃料電池に供給する水供
給手段と、外部からの燃料電池出力要求に応じて上記各
調圧弁の開度を制御することにより、複数の調圧弁の開
度の組み合わせで、燃料電池出力要求で要求される燃料
ガス圧力の全範囲を満たす制御手段とを備える。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system comprising: a fuel cell in which a fuel electrode and an oxidizer electrode are sandwiched with an electrolyte membrane interposed therebetween; Oxidant gas supply means for supplying a predetermined flow rate of oxidant gas to the fuel cell according to the power generation state of the battery; and fuel gas for supplying a predetermined flow rate of fuel gas to the fuel cell according to the power generation state of the fuel cell Supply means, a plurality of pressure regulating valves which are arranged in parallel at the subsequent stage of the fuel gas supply means and adjust the pressure of the fuel gas supplied to the fuel cell, and circulate the fuel gas through the fuel cell; Means, the oxidizer electrode of the fuel cell, a water recovery means for recovering water contained in exhaust gas from the fuel electrode, and a water supply means for supplying the fuel cell with the water recovered by the water recovery means. And the outside Control means for controlling the opening degree of each pressure regulating valve according to the fuel cell output request, thereby satisfying the entire range of the fuel gas pressure required by the fuel cell output request by a combination of the opening degrees of the plurality of pressure regulating valves. And

【0014】請求項2に係る燃料電池システムでは、電
解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極とが対設された燃料電
池と、上記燃料電池の発電状態に応じて所定流量の酸化
剤ガスを上記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給手段
と、上記燃料電池の発電状態に応じて所定流量の燃料ガ
スを上記燃料電池に供給する燃料ガス供給手段と、上記
燃料ガスの上記燃料電池への供給流量が小流量である場
合の燃料ガスの圧力を調整する小型調圧弁と、上記小型
調圧弁と並列して設けられ、上記燃料ガスの上記燃料電
池への供給流量が上記小型調圧弁よりも大流量である場
合の燃料ガスの圧力を調整する大型調圧弁と、上記燃料
ガスを上記燃料電池に循環させる循環手段と、上記燃料
電池の上記酸化剤極と、上記燃料極との排気中に含まれ
る水分を回収する水分回収手段と、上記水分回収手段に
よって回収した水分を上記燃料電池に供給する水供給手
段と、外部からの燃料電池出力要求に応じて上記小型調
圧弁及び大型調圧弁の開度を制御することにより、上記
小型調圧弁の開度と上記大型調圧弁の開度との組み合わ
せで、燃料電池出力要求で要求される燃料ガス圧力の全
範囲を満たす制御手段とを備える。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system in which a fuel electrode and an oxidant electrode are opposed to each other with an electrolyte membrane interposed therebetween, and a oxidant gas having a predetermined flow rate according to the power generation state of the fuel cell. Oxidant gas supply means for supplying the fuel cell, fuel gas supply means for supplying a predetermined flow rate of fuel gas to the fuel cell according to the power generation state of the fuel cell, supply of the fuel gas to the fuel cell A small pressure regulating valve for adjusting the pressure of the fuel gas when the flow rate is a small flow rate; and a small pressure regulating valve provided in parallel with the small pressure regulating valve, and a supply flow rate of the fuel gas to the fuel cell is larger than that of the small pressure regulating valve. A large pressure regulating valve for adjusting the pressure of the fuel gas when the flow rate is a flow rate, a circulating means for circulating the fuel gas to the fuel cell, the oxidizer electrode of the fuel cell, and the exhaust gas from the fuel electrode. Water that collects moisture A collection unit, a water supply unit that supplies the water collected by the water collection unit to the fuel cell, and an opening degree of the small pressure regulating valve and the large pressure regulating valve according to an external fuel cell output request. A control means that satisfies the entire range of the fuel gas pressure required by the fuel cell output request by a combination of the opening degree of the small pressure regulating valve and the opening degree of the large pressure regulating valve.

【0015】請求項3に係る燃料電池システムでは、上
記制御手段は、上記小型調圧弁で調圧可能な燃料ガス流
量範囲内では、上記大型調圧弁を全閉して上記小型調圧
弁で調圧し、上記大型調圧弁で調圧可能な燃料ガス流量
範囲内では、上記小型調圧弁を全開して上記大型調圧弁
で調圧するよう制御する。
In the fuel cell system according to claim 3, the control means fully closes the large pressure regulating valve and regulates the pressure with the small pressure regulating valve within a fuel gas flow rate range which can be regulated by the small pressure regulating valve. In the fuel gas flow rate range that can be regulated by the large pressure regulating valve, the small pressure regulating valve is fully opened and the pressure is regulated by the large pressure regulating valve.

【0016】請求項4に係る燃料電池システムでは、上
記制御手段は、上記小型調圧弁で調圧可能な燃料ガス流
量範囲内では、上記大型調圧弁を全閉して上記小型調圧
弁で調圧し、上記大型調圧弁で調圧可能な燃料ガス流量
範囲内では、上記小型調圧弁を全閉して上記大型調圧弁
で調圧するよう制御する。
In the fuel cell system according to a fourth aspect, the control means fully closes the large pressure regulating valve and regulates the pressure with the small pressure regulating valve within a fuel gas flow rate range which can be regulated by the small pressure regulating valve. In the fuel gas flow rate range that can be regulated by the large pressure regulating valve, the small pressure regulating valve is fully closed and the pressure is regulated by the large pressure regulating valve.

【0017】請求項5に係る燃料電池システムでは、上
記大型調圧弁の後段にシャット弁を備え、上記制御手段
は、上記大型調圧弁が作動していない場合に上記シャッ
ト弁を閉じ、上記大型調圧弁が作動している場合には上
記シャット弁を開くように制御する。
In a fuel cell system according to a fifth aspect of the present invention, a shutoff valve is provided at a stage subsequent to the large pressure regulating valve, and the control means closes the shutoff valve when the large pressure regulating valve is not operating, and controls the large pressure regulating valve. When the pressure valve is operating, control is performed to open the shut valve.

【0018】請求項6に係る燃料電池システムでは、電
解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極とが対設された燃料電
池と、上記燃料電池の発電状態に応じて所定流量の酸化
剤ガスを上記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給手段
と、上記燃料電池の発電状態に応じて所定流量の燃料ガ
スを上記燃料電池に供給する燃料ガス供給手段と、上記
燃料ガス供給手段の後段に並列に配され、上記燃料電池
に供給する燃料ガスの圧力を調整する複数の調圧弁と、
上記各調圧弁の後段に配され、上記燃料電池からの余剰
燃料ガスが供給されて上記燃料電池に循環する複数の同
特性のエゼクタポンプと、上記燃料電池の上記酸化剤極
と、上記燃料極との排気中に含まれる水分を回収する水
分回収手段と、上記各エゼクタポンプと燃料電池との間
に設けられ、各エゼクタポンプの余剰燃料ガスの供給を
開閉する複数のシャット弁と、上記水分回収手段によっ
て回収した水分を上記燃料電池に供給する水供給手段
と、外部からの燃料電池出力要求に応じて上記各調圧弁
の開度を制御することにより、複数の調圧弁の開度の組
み合わせで、燃料電池出力要求に要求される燃料ガス圧
力の全範囲を満たす制御手段とを備え、上記複数のエゼ
クタポンプの循環流量の組み合わせで、燃料電池出力要
求で要求される全範囲での燃料ガス循環流量を満たす。
In the fuel cell system according to the present invention, a fuel cell in which a fuel electrode and an oxidant electrode are opposed to each other with an electrolyte membrane interposed therebetween, and a oxidant gas having a predetermined flow rate in accordance with a power generation state of the fuel cell. Oxidizing gas supply means for supplying the fuel cell, fuel gas supply means for supplying a predetermined flow rate of fuel gas to the fuel cell according to the power generation state of the fuel cell, A plurality of pressure regulating valves arranged to adjust the pressure of the fuel gas supplied to the fuel cell;
A plurality of ejector pumps having the same characteristics, which are disposed at the subsequent stage of each pressure regulating valve and are supplied with surplus fuel gas from the fuel cell and circulate through the fuel cell, the oxidizer electrode of the fuel cell, and the fuel electrode A plurality of shutoff valves provided between each of the ejector pumps and the fuel cell for opening and closing the supply of excess fuel gas from each of the ejector pumps; A combination of a plurality of pressure control valves by controlling the opening of each pressure control valve in response to a fuel cell output request from the outside, and a water supply means for supplying the water recovered by the recovery means to the fuel cell. A control means that satisfies the entire range of the fuel gas pressure required for the fuel cell output request. Meet fuel gas circulation flow in.

【0019】請求項7に係る燃料電池システムでは、電
解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極とが対設された燃料電
池と、上記燃料電池の発電状態に応じて所定流量の酸化
剤ガスを上記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給手段
と、上記燃料電池の発電状態に応じて所定流量の燃料ガ
スを上記燃料電池に供給する燃料ガス供給手段と、上記
燃料ガス供給手段の後段に並列に配され、上記燃料電池
に供給する燃料ガスの圧力を調整する複数の調圧弁と、
上記燃料ガスが小流量で供給されている場合に上記燃料
電池からの余剰燃料ガスを循環させる小型エゼクタポン
プと、上記燃料ガスが大流量で供給されている場合に上
記燃料電池からの余剰燃料ガスを循環させる大型エゼク
タポンプと、上記燃料電池の上記酸化剤極と、上記燃料
極との排気中に含まれる水分を回収する水分回収手段
と、上記各エゼクタポンプと燃料電池との間に設けら
れ、各エゼクタポンプの余剰燃料ガスの供給を開閉する
複数のシャット弁と、上記水分回収手段によって回収し
た水分を上記燃料電池に供給する水供給手段と、外部か
らの燃料電池出力要求に応じて上記各調圧弁の開度を制
御することにより、複数の調圧弁の開度の組み合わせ
で、燃料電池出力要求に要求される燃料ガス圧力の全範
囲を満たす制御手段と、上記小型エゼクタポンプの循環
流量と上記大型エゼクタポンプの循環流量との組み合わ
せで、燃料電池出力要求で要求される全範囲での燃料ガ
ス循環流量を満たす。
In the fuel cell system according to the present invention, a fuel cell in which a fuel electrode and an oxidant electrode are opposed to each other with an electrolyte membrane interposed therebetween, and a oxidant gas having a predetermined flow rate depending on the power generation state of the fuel cell. Oxidizing gas supply means for supplying the fuel cell, fuel gas supply means for supplying a predetermined flow rate of fuel gas to the fuel cell according to the power generation state of the fuel cell, A plurality of pressure regulating valves arranged to adjust the pressure of the fuel gas supplied to the fuel cell;
A small ejector pump for circulating surplus fuel gas from the fuel cell when the fuel gas is supplied at a small flow rate, and a surplus fuel gas from the fuel cell when the fuel gas is supplied at a high flow rate A large ejector pump for circulating water, the oxidizer electrode of the fuel cell, water recovery means for recovering water contained in exhaust gas from the fuel electrode, and a water recovery means provided between each of the ejector pumps and the fuel cell. A plurality of shut-off valves for opening and closing the supply of excess fuel gas from each ejector pump, water supply means for supplying the water recovered by the water recovery means to the fuel cell, and a fuel cell output request in response to an external fuel cell output request. Control means for controlling the opening degree of each pressure regulating valve to satisfy the entire range of the fuel gas pressure required for the fuel cell output request with a combination of the opening degrees of the plurality of pressure regulating valves; Serial in combination with the circulation flow rate and circulation rate of the large ejector pump miniature ejector pump, satisfy the fuel gas circulation flow rate of the entire range required by the fuel cell output demand.

【0020】請求項8に係る燃料電池システムでは、上
記複数の調圧弁は、上記燃料ガスの上記燃料電池への供
給が小流量である場合の燃料ガスの圧力を調整する小型
調圧弁、上記燃料ガスの上記燃料電池への供給が大流量
である場合の燃料ガスの圧力を大型調圧弁であり、上記
制御手段は、外部からの燃料電池出力要求に応じて上記
小型調圧弁及び大型調圧弁の開度を制御することによ
り、上記小型調圧弁の開度と上記大型調圧弁の開度との
組み合わせで、燃料電池出力要求に要求される燃料ガス
圧力の全範囲を満たす。
[0020] In the fuel cell system according to claim 8, the plurality of pressure regulating valves are a small pressure regulating valve for regulating the pressure of the fuel gas when the fuel gas is supplied to the fuel cell at a small flow rate. The pressure of the fuel gas when the gas is supplied to the fuel cell at a large flow rate is a large pressure regulating valve, and the control means controls the small pressure regulating valve and the large pressure regulating valve in response to an external fuel cell output request. By controlling the opening degree, the combination of the opening degree of the small pressure regulating valve and the opening degree of the large pressure regulating valve satisfies the entire range of the fuel gas pressure required for the fuel cell output request.

【0021】請求項9に係る燃料電池システムでは、上
記小型調圧弁の後段に上記小型エゼクタポンプを設け、
上記小型調圧弁の調圧可能範囲と、上記小型エゼクタポ
ンプの循環可能範囲となる燃料ガス流量範囲はほぼ同等
であり、上記大型調圧弁の調圧可能範囲と、上記大型エ
ゼクタポンプの循環可能範囲となる燃料ガス流量範囲は
ほぼ同等である。
In the fuel cell system according to a ninth aspect, the small ejector pump is provided at a stage subsequent to the small pressure regulating valve.
The pressure controllable range of the small pressure regulating valve and the fuel gas flow rate range that is the circulatable range of the small ejector pump are substantially equivalent, and the pressure controllable range of the large pressure regulating valve and the circulatable range of the large ejector pump are Are almost the same.

【0022】請求項10に係る燃料電池システムでは、
上記制御手段は、上記小型調圧弁、上記小型エゼクタポ
ンプで調圧及び循環量の調整可能な燃料ガス流量範囲内
では、上記大型調圧弁を全閉し、上記大型エゼクタポン
プの循環口に備えられたシャット弁を全閉し、上記小型
エゼクタポンプの循環口に備えられたシャット弁を全開
し、上記小型調圧弁及び小型エゼクタポンプで調圧及び
循環量を調整するよう制御し、上記大型調圧弁、上記大
型エゼクタポンプで調圧及び循環量の調整可能な燃料ガ
ス流量範囲内では、上記小型調圧弁を全開し、上記大型
エゼクタポンプの循環口に備えられたシャット弁を全開
し、上記小型エゼクタポンプの循環口に備えられたシャ
ット弁を全閉し、上記大型調圧弁及び大型エゼクタポン
プで調圧及び循環量を調整するよう制御する。
In the fuel cell system according to the tenth aspect,
The control means completely closes the large pressure regulating valve within a fuel gas flow rate range in which the pressure regulation and circulation amount can be adjusted by the small pressure regulating valve and the small ejector pump, and is provided at a circulation port of the large ejector pump. The shut valve provided at the circulation port of the small ejector pump is fully opened, and the small pressure regulating valve and the small ejector pump are controlled to regulate the pressure and the amount of circulation. In the fuel gas flow rate range where the pressure regulation and the circulation amount can be adjusted by the large ejector pump, the small pressure regulating valve is fully opened, and the shut valve provided at the circulation port of the large ejector pump is fully opened, and the small ejector is opened. The shutoff valve provided at the circulation port of the pump is fully closed, and control is performed to adjust the pressure regulation and circulation amount by the large pressure regulating valve and the large ejector pump.

【0023】請求項11に係る燃料電池システムでは、
上記制御手段は、上記小型調圧弁、上記小型エゼクタポ
ンプで調圧及び循環量の調整可能な燃料ガス流量範囲内
では、上記大型調圧弁を全閉し、上記大型エゼクタポン
プの循環口に備えられたシャット弁を全閉し、上記小型
エゼクタポンプの循環口に備えられたシャット弁を全開
し、上記小型調圧弁及び小型エゼクタポンプで調圧及び
循環量を調整するよう制御し、上記大型調圧弁、上記大
型エゼクタポンプで調圧及び循環量の調整可能な燃料ガ
ス流量範囲内では、上記小型調圧弁を全閉し、上記大型
エゼクタポンプの循環口に備えられたシャット弁を全開
し、上記小型エゼクタポンプの循環口に備えられたシャ
ット弁を全閉し、上記大型調圧弁及び大型エゼクタポン
プで調圧及び循環量を調整するよう制御する。
In the fuel cell system according to claim 11,
The control means completely closes the large pressure regulating valve within a fuel gas flow rate range in which the pressure regulation and circulation amount can be adjusted by the small pressure regulating valve and the small ejector pump, and is provided at a circulation port of the large ejector pump. The shut valve provided at the circulation port of the small ejector pump is fully opened, and the small pressure regulating valve and the small ejector pump are controlled to regulate the pressure and the amount of circulation. Within the fuel gas flow rate range where the pressure regulation and circulation amount can be adjusted by the large ejector pump, the small pressure regulating valve is fully closed, and the shut valve provided at the circulation port of the large ejector pump is fully opened, and the small The shut valve provided at the circulation port of the ejector pump is fully closed, and control is performed to adjust the pressure regulation and circulation amount by the large pressure regulating valve and the large ejector pump.

【0024】請求項12に係る燃料電池システムでは、
上記大型調圧弁と、上記大型エゼクタポンプとの間にシ
ャット弁を備える。
In the fuel cell system according to the twelfth aspect,
A shut valve is provided between the large pressure regulating valve and the large ejector pump.

【0025】請求項13に係る燃料電池システムでは、
上記制御手段は、上記小型調圧弁、上記小型エゼクタポ
ンプで調圧及び循環量の調整可能な燃料ガス流量範囲内
では、上記大型調圧弁を全閉し、上記大型エゼクタポン
プの循環口に備えられたシャット弁を全閉し、上記小型
エゼクタポンプの循環口に備えられたシャット弁を全開
し、上記大型調圧部弁と上記大型エゼクタポンプとの間
のシャット弁を全閉し、上記小型調圧弁及び小型エゼク
タポンプで調圧及び循環量を調整するよう制御し、上記
大型調圧弁、上記大型エゼクタポンプで調圧及び循環量
の調整可能な燃料ガス流量範囲内では、上記小型調圧弁
を全開し、上記大型エゼクタポンプの循環口に備えられ
たシャット弁を全開し、上記小型エゼクタポンプの循環
口に備えられたシャット弁を全閉し、上記大型調圧部弁
と上記大型エゼクタポンプとの間のシャット弁を全開
し、上記大型調圧弁及び大型エゼクタポンプで調圧及び
循環量を調整するよう制御する。
In the fuel cell system according to claim 13,
The control means completely closes the large pressure regulating valve within a fuel gas flow rate range in which the pressure regulation and circulation amount can be adjusted by the small pressure regulating valve and the small ejector pump, and is provided at a circulation port of the large ejector pump. The shut valve provided at the circulation port of the small ejector pump is fully opened, and the shut valve between the large pressure regulating section valve and the large ejector pump is completely closed, whereby the small regulating valve is closed. The pressure regulator and the small ejector pump are controlled to adjust the pressure regulation and the circulation amount, and the small pressure regulator valve is fully opened within the range of the fuel gas flow rate where the pressure regulation and the circulation amount can be adjusted by the large pressure regulation valve and the large ejector pump. The shut valve provided in the circulation port of the large ejector pump is fully opened, the shut valve provided in the circulation port of the small ejector pump is fully closed, and the large pressure regulating section valve and the large ejector are closed. Fully open shutoff valve between the pump and controls to adjust the pressure regulating and circulation quantity with the large pressure regulating valve and large ejector pump.

【0026】請求項14に係る燃料電池システムでは、
上記制御手段は、上記小型調圧弁、上記小型エゼクタポ
ンプで調圧及び循環量の調整可能な燃料ガス流量範囲内
では、上記大型調圧弁を全閉し、上記大型エゼクタポン
プの循環口に備えられたシャット弁を全閉し、上記小型
エゼクタポンプの循環口に備えられたシャット弁を全開
し、上記大型調圧部弁と上記大型エゼクタポンプとの間
のシャット弁を全閉し、上記小型調圧弁及び小型エゼク
タポンプで調圧及び循環量を調整するよう制御し、上記
大型調圧弁、上記大型エゼクタポンプで調圧及び循環量
の調整可能な燃料ガス流量範囲内では、上記小型調圧弁
を全閉し、上記大型エゼクタポンプの循環口に備えられ
たシャット弁を全開し、上記小型エゼクタポンプの循環
口に備えられたシャット弁を全閉し、上記大型調圧部弁
と上記大型エゼクタポンプとの間のシャット弁を全開
し、上記大型調圧弁及び大型エゼクタポンプで調圧及び
循環量を調整するよう制御する。
In the fuel cell system according to claim 14,
The control means completely closes the large pressure regulating valve within a fuel gas flow rate range in which the pressure regulation and circulation amount can be adjusted by the small pressure regulating valve and the small ejector pump, and is provided at a circulation port of the large ejector pump. The shut valve provided at the circulation port of the small ejector pump is fully opened, and the shut valve between the large pressure regulating section valve and the large ejector pump is completely closed, whereby the small regulating valve is closed. The pressure regulating valve and the small ejector pump are controlled so as to adjust the pressure regulation and the circulation amount. Within the fuel gas flow rate range in which the pressure regulation and the circulation amount can be regulated by the large pressure regulating valve and the large ejector pump, the small pressure regulating valve is fully controlled. The shut valve provided at the circulation port of the large ejector pump is fully opened, the shut valve provided at the circulation port of the small ejector pump is fully closed, and the large pressure regulating section valve and the large ejector are closed. Fully open shutoff valve between the pump and controls to adjust the pressure regulating and circulation quantity with the large pressure regulating valve and large ejector pump.

【0027】請求項15に係る燃料電池システムでは、
電解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極とが対設された燃料
電池と、上記燃料電池の発電状態に応じて所定流量の酸
化剤ガスを上記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給手段
と、上記燃料電池の発電状態に応じて所定流量の燃料ガ
スを上記燃料電池に供給する燃料ガス供給手段と、上記
燃料ガス供給手段の後段に並列に配され、上記燃料電池
に供給する燃料ガスの圧力を調整する複数の調圧弁と、
上記各調圧弁と上記燃料電池との間に配され、上記燃料
ガスを循環させる複数のエゼクタポンプと、上記各エゼ
クタポンプの後段に配された複数のシャット弁と、上記
燃料電池の上記酸化剤極と、上記燃料極との排気中に含
まれる水分を回収する水分回収手段と、上記水分回収手
段によって回収した水分を上記燃料電池に供給する水供
給手段と、外部からの燃料電池出力要求に応じて上記各
調圧弁の開度を制御することにより、複数の調圧弁の開
度の組み合わせで、燃料電池出力要求に要求される燃料
ガス圧力の全範囲を満たす制御手段とを備え、複数のエ
ゼクタポンプの循環流量の組み合わせで、燃料電池出力
要求で要求される全範囲での燃料ガス循環流量を満た
す。
In the fuel cell system according to claim 15,
A fuel cell in which a fuel electrode and an oxidant electrode are opposed to each other with an electrolyte membrane interposed therebetween, and oxidant gas supply means for supplying a predetermined flow rate of oxidant gas to the fuel cell according to the power generation state of the fuel cell; Fuel gas supply means for supplying a predetermined flow rate of fuel gas to the fuel cell according to the power generation state of the fuel cell; and a pressure of the fuel gas supplied to the fuel cell which is arranged in parallel at a stage subsequent to the fuel gas supply means. A plurality of pressure regulating valves to adjust the
A plurality of ejector pumps disposed between the pressure regulating valves and the fuel cell to circulate the fuel gas; a plurality of shut valves disposed at a stage subsequent to each of the ejector pumps; and an oxidizing agent for the fuel cell. An electrode, a water collecting means for collecting water contained in the exhaust gas from the fuel electrode, a water supply means for supplying the water collected by the water collecting means to the fuel cell, and a fuel cell output request from the outside. Controlling the opening degree of each pressure regulating valve in response to the control means to satisfy the entire range of the fuel gas pressure required for the fuel cell output request by a combination of the opening degrees of the plurality of pressure regulating valves; The combination of the circulating flow rates of the ejector pumps satisfies the fuel gas circulating flow rate in the entire range required by the fuel cell output demand.

【0028】請求項16に係る燃料電池システムでは、
上記複数の調圧弁は、上記燃料ガスの上記燃料電池への
供給が小流量である場合の燃料ガスの圧力を調整する小
型調圧弁、上記燃料ガスの上記燃料電池への供給が大流
量である場合の燃料ガスの圧力を調整する大型調圧弁で
ある。
In the fuel cell system according to claim 16,
The plurality of pressure regulating valves are a small pressure regulating valve that adjusts the pressure of the fuel gas when the supply of the fuel gas to the fuel cell is a small flow rate, and the supply rate of the fuel gas to the fuel cell is a large flow rate. It is a large pressure regulating valve that regulates the pressure of the fuel gas in the case.

【0029】請求項17に係る燃料電池システムでは、
上記複数のエゼクタポンプは、上記燃料ガスが小流量で
供給されている場合に上記燃料電池からの余剰燃料ガス
を循環させる小型エゼクタポンプと、上記燃料ガスが大
流量で供給されている場合に上記燃料電池からの余剰燃
料ガスを循環させる大型エゼクタポンプとである。
[0029] In the fuel cell system according to claim 17,
The plurality of ejector pumps include a small ejector pump that circulates excess fuel gas from the fuel cell when the fuel gas is supplied at a small flow rate, and a small ejector pump that circulates the excess fuel gas when the fuel gas is supplied at a large flow rate. A large ejector pump that circulates excess fuel gas from the fuel cell.

【0030】請求項18に係る燃料電池システムでは、
上記小型調圧弁の調圧可能範囲と、上記小型エゼクタポ
ンプの循環可能範囲となる燃料ガス流量範囲はほぼ同等
であり、上記大型調圧弁の調圧可能範囲と、上記大型エ
ゼクタポンプの循環可能範囲となる燃料ガス流量範囲は
ほぼ同等である。
In the fuel cell system according to the eighteenth aspect,
The pressure controllable range of the small pressure regulating valve and the fuel gas flow rate range that is the circulatable range of the small ejector pump are substantially equal, and the pressure controllable range of the large pressure regulating valve and the circulable range of the large ejector pump are almost the same. Are almost the same.

【0031】請求項19に係る燃料電池システムでは、
上記制御手段は、上記小型調圧弁、上記小型エゼクタポ
ンプで調圧及び循環量の調整可能な燃料ガス流量範囲内
では、上記大型エゼクタポンプの後段に備えられたシャ
ット弁を全閉し、上記小型エゼクタポンプの後段に備え
られたシャット弁を全開し、上記小型調圧弁及び小型エ
ゼクタポンプで調圧及び循環量を調整するよう制御し、
上記大型調圧弁、上記大型エゼクタポンプで調圧及び循
環量の調整可能な燃料ガス流量範囲内では、上記大型エ
ゼクタポンプの後段に備えられたシャット弁を全開し、
上記小型エゼクタポンプの後段に備えられたシャット弁
を全閉し、上記大型調圧弁及び大型エゼクタポンプで調
圧及び循環量を調整するよう制御する。
[0031] In the fuel cell system according to claim 19,
The control means fully closes a shut valve provided at a subsequent stage of the large ejector pump within a fuel gas flow rate range in which the pressure regulation and the circulation amount can be adjusted by the small pressure regulating valve and the small ejector pump. Fully open the shut valve provided at the subsequent stage of the ejector pump, and control the pressure regulation and the circulation amount with the small pressure regulating valve and the small ejector pump,
In the large gas pressure regulating valve, the fuel gas flow rate range in which the pressure regulation and the circulation amount can be adjusted by the large ejector pump, the shut valve provided in the subsequent stage of the large ejector pump is fully opened,
The shut valve provided at the subsequent stage of the small ejector pump is fully closed, and the large pressure regulating valve and the large ejector pump are controlled to regulate the pressure and the circulation amount.

【0032】請求項20に係る燃料電池システムでは、
上記制御手段は、上記小型調圧弁、上記小型エゼクタポ
ンプで調圧及び循環量の調整可能な燃料ガス流量範囲内
では、上記大型エゼクタポンプの後段に備えられたシャ
ット弁を全閉し、上記小型エゼクタポンプの後段に備え
られたシャット弁を全開し、上記小型調圧弁及び小型エ
ゼクタポンプで調圧及び循環量を調整するよう制御し、
上記大型調圧弁、上記大型エゼクタポンプで調圧及び循
環量の調整可能な燃料ガス流量範囲内では、上記大型エ
ゼクタポンプの後段に備えられたシャット弁を全開し、
上記小型エゼクタポンプの後段に備えられたシャット弁
を全閉し、上記大型調圧弁及び大型エゼクタポンプで調
圧及び循環量を調整するよう制御する。
In the fuel cell system according to claim 20,
The control means fully closes a shut valve provided at a subsequent stage of the large ejector pump within a fuel gas flow rate range in which the pressure regulation and the circulation amount can be adjusted by the small pressure regulating valve and the small ejector pump. Fully open the shut valve provided at the subsequent stage of the ejector pump, and control the pressure regulation and the circulation amount with the small pressure regulating valve and the small ejector pump,
In the large gas pressure regulating valve, the fuel gas flow rate range in which the pressure regulation and the circulation amount can be adjusted by the large ejector pump, the shut valve provided in the subsequent stage of the large ejector pump is fully opened,
The shut valve provided at the subsequent stage of the small ejector pump is fully closed, and the large pressure regulating valve and the large ejector pump are controlled to regulate the pressure and the circulation amount.

【0033】[0033]

【発明の効果】請求項1に係る燃料電池システムによれ
ば、外部からの燃料電池出力要求に応じて各調圧弁の開
度を制御することにより、複数の調圧弁の開度の組み合
わせで、燃料電池出力要求で要求される燃料ガス圧力の
全範囲を満たすので、必要な燃料ガス流量が非常に大き
い場合でも、大流量化に対応することができ、達成でき
るシステム性能の自由度を向上させることができる。ま
た、この燃料電池システムによれば、同特性の調圧弁を
並列に複数有しているので、要求される燃料電池の出力
範囲が広くても、幅広く燃料ガス流量、圧力の調整を安
定して行うことができ、燃料電池の性能を十分に発揮す
ることができる。
According to the fuel cell system of the first aspect, by controlling the opening of each pressure regulating valve in response to a fuel cell output request from the outside, the opening of a plurality of pressure regulating valves can be combined. Since the entire range of the fuel gas pressure required by the fuel cell output requirement is satisfied, even if the required fuel gas flow rate is extremely large, it is possible to cope with a large flow rate and improve the degree of freedom of the system performance that can be achieved. be able to. Further, according to this fuel cell system, since a plurality of pressure regulating valves having the same characteristics are provided in parallel, even if the required output range of the fuel cell is wide, it is possible to stably adjust the fuel gas flow rate and pressure widely. And the performance of the fuel cell can be fully exhibited.

【0034】請求項2に係る燃料電池システムによれ
ば、外部からの燃料電池出力要求に応じて小型調圧弁及
び大型調圧弁の開度を制御することにより、小型調圧弁
の開度と大型調圧弁の開度との組み合わせで、燃料電池
出力要求で要求される燃料ガス圧力の全範囲を満たすの
で、燃料電池に要求される出力が更に幅広くなっても、
更に幅広く燃料ガス流量、圧力の調整を安定して行うこ
とができ、更に燃料電池の性能を十分に発揮することが
できる。
According to the fuel cell system of the second aspect, the opening degree of the small pressure regulating valve and the large regulating valve is controlled by controlling the opening of the small pressure regulating valve and the large pressure regulating valve in response to an external fuel cell output request. In combination with the opening degree of the pressure valve, the fuel gas pressure required in the fuel cell output request is satisfied in the entire range, so even if the output required for the fuel cell becomes wider,
The fuel gas flow rate and pressure can be adjusted more stably in a wider range, and the performance of the fuel cell can be sufficiently exhibited.

【0035】請求項3に係る燃料電池システムによれ
ば、小型調圧弁で調圧可能な燃料ガス流量範囲内では、
大型調圧弁を全閉して小型調圧弁で調圧し、大型調圧弁
で調圧可能な燃料ガス流量範囲内では、小型調圧弁を全
開して大型調圧弁で調圧するので、大型調圧弁の小型
化、低圧損化が可能となると共に、小型調圧弁から大型
調圧弁に調圧を切り替えるときに圧力の急激な変化が発
生することなく、安定した燃料電池システムを提供する
ことができる。
According to the fuel cell system of the third aspect, within the fuel gas flow rate range that can be regulated by the small pressure regulating valve,
The large pressure regulator is fully closed and the pressure is regulated by the small pressure regulator. Within the fuel gas flow rate range that can be regulated by the large pressure regulator, the small pressure regulator is fully opened and the pressure is regulated by the large pressure regulator. It is possible to provide a stable fuel cell system without causing an abrupt change in pressure when switching pressure regulation from a small pressure regulating valve to a large pressure regulating valve.

【0036】請求項4に係る燃料電池システムによれ
ば、小型調圧弁で調圧可能な燃料ガス流量範囲内では、
大型調圧弁を全閉して小型調圧弁で調圧し、大型調圧弁
で調圧可能な燃料ガス流量範囲内では、小型調圧弁を全
閉して大型調圧弁で調圧し、各調整弁を可能運転範囲で
1個づつ制御するので、制御ロジックを単純とすること
ができる。また、この燃料電池システムによれば、各調
整弁を閉としているときには消費電力を低減でき、更に
一方の調圧弁が使用不可能となったときでも使用可能な
調圧弁で調圧する事ができ、フェイルセーフ機構として
利用することもできる。
According to the fuel cell system of the fourth aspect, within the fuel gas flow rate range that can be regulated by the small pressure regulating valve,
The large pressure regulating valve is fully closed and the pressure is regulated by the small pressure regulating valve. Within the fuel gas flow rate range that can be regulated by the large pressure regulating valve, the small pressure regulating valve is fully closed and the pressure is regulated by the large pressure regulating valve to enable each regulating valve. Since control is performed one by one in the operation range, the control logic can be simplified. Further, according to this fuel cell system, power consumption can be reduced when each regulating valve is closed, and pressure can be regulated by a usable regulating valve even when one of the regulating valves becomes unusable. It can also be used as a fail-safe mechanism.

【0037】請求項5に係る燃料電池システムによれ
ば、大型調圧弁が作動していない場合にシャット弁を閉
じ、大型調圧弁が作動している場合にはシャット弁を開
くので、大型調圧弁全閉時の漏れ量分が例えば小型調圧
弁で制御する小流量時よりも大きいことにより、小型調
圧弁での制御が不可能になることを回避することができ
る。
According to the fuel cell system of the fifth aspect, the shut-off valve is closed when the large pressure regulating valve is not operating, and the shut valve is opened when the large pressure regulating valve is operating. Since the leakage amount at the time of fully closing is larger than, for example, at the time of the small flow rate controlled by the small pressure regulating valve, it is possible to prevent the control by the small pressure regulating valve from becoming impossible.

【0038】請求項6に係る燃料電池システムによれ
ば、複数のエゼクタポンプの循環流量の組み合わせで、
燃料電池出力要求で要求される全範囲での燃料ガス循環
流量を満たす構成となっているので、必要な燃料ガス流
量が非常に大きいために循環量が非常に大きくなって
も、それに対応することができ、システム性能の自由度
を向上させることができる。また、この燃料電池システ
ムによれば、同特性の調圧弁を並列して設けることによ
り、幅広い燃料ガス流量を実現することができ、燃料電
池の性能を十分に発揮することができる。更に、この燃
料電池システムによれば、同特性のエゼクタポンプを使
用することにより、燃料電池に要求される出力が幅広く
なっても、十分に燃料電池の性能を発揮することができ
る。
According to the fuel cell system of the sixth aspect, the combination of the circulating flow rates of the plurality of ejector pumps provides
The configuration satisfies the fuel gas circulation flow rate in the entire range required by the fuel cell output requirements. And the degree of freedom in system performance can be improved. Further, according to this fuel cell system, by providing pressure regulating valves having the same characteristics in parallel, a wide fuel gas flow rate can be realized, and the performance of the fuel cell can be sufficiently exhibited. Further, according to this fuel cell system, even if the output required for the fuel cell is widened, the performance of the fuel cell can be sufficiently exhibited by using the ejector pump having the same characteristics.

【0039】請求項7に係る燃料電池システムによれ
ば、外部からの燃料電池出力要求に応じて各調圧弁の開
度を制御することにより、複数の調圧弁の開度の組み合
わせで、燃料電池出力要求に要求される燃料ガス圧力の
全範囲を満たし、小型エゼクタポンプの循環流量と大型
エゼクタポンプの循環流量との組み合わせで、燃料電池
出力要求で要求される全範囲での燃料ガス循環流量を満
たすので、燃料電池に要求される出力が更に幅広くて
も、それに対応することができ、燃料電池の性能を十分
に発揮することができる。
According to the fuel cell system of the present invention, by controlling the opening of each pressure regulating valve in response to a fuel cell output request from the outside, the fuel cell system can be combined with the opening of a plurality of pressure regulating valves. It satisfies the entire range of the fuel gas pressure required for the output request, and the combination of the circulating flow rate of the small ejector pump and the circulating flow rate of the large ejector pump provides the fuel gas circulating flow rate in the entire range required for the fuel cell output request. As a result, even if the output required of the fuel cell is wider, the output can be dealt with, and the performance of the fuel cell can be sufficiently exhibited.

【0040】請求項8に係る燃料電池システムによれ
ば、外部からの燃料電池出力要求に応じて小型調圧弁及
び大型調圧弁の開度を制御することにより、小型調圧弁
の開度と大型調圧弁の開度との組み合わせで、燃料電池
出力要求に要求される燃料ガス圧力の全範囲を満たすの
で、燃料電池に要求される出力が更に幅広くても、それ
に対応することができ、燃料電池の性能を十分に発揮す
ることができる。
According to the fuel cell system of the present invention, the opening degree of the small pressure regulating valve and the large regulating valve are controlled by controlling the opening of the small pressure regulating valve and the large pressure regulating valve in response to an external fuel cell output request. In combination with the opening degree of the pressure valve, the entire range of the fuel gas pressure required for the fuel cell output request is satisfied. Therefore, even if the output required for the fuel cell is wider, it can be dealt with. Performance can be fully exhibited.

【0041】請求項9に係る燃料電池システムによれ
ば、小型調圧弁の後段に小型エゼクタポンプを設け、小
型調圧弁の調圧可能範囲と、小型エゼクタポンプの循環
可能範囲となる燃料ガス流量範囲はほぼ同等であり、大
型調圧弁の調圧可能範囲と、大型エゼクタポンプの循環
可能範囲となる燃料ガス流量範囲はほぼ同等であるの
で、燃料電池に要求される出力が更に幅広くても、それ
に対応した燃料ガス流量、圧力、循環量を実現すること
ができ、燃料電池の性能を十分に発揮することができ
る。
According to the fuel cell system of the ninth aspect, the small ejector pump is provided at the subsequent stage of the small pressure regulating valve, and the pressure adjustable range of the small pressure regulating valve and the fuel gas flow rate range which can be circulated by the small ejector pump. Are almost the same, and the pressure controllable range of the large pressure regulating valve and the fuel gas flow rate range that is the circulatable range of the large ejector pump are almost the same, so even if the output required for the fuel cell is wider, Corresponding fuel gas flow rate, pressure, and circulation amount can be realized, and the performance of the fuel cell can be sufficiently exhibited.

【0042】請求項10に係る燃料電池システムによれ
ば、流量範囲において使用するエゼクタポンプにより確
実に安定した燃料ガスの循環をすることができ、大流量
時であっても、小型調圧弁を通過する燃料ガス分を大型
調圧弁を流れる流量から減らせるため、大型調圧弁の小
型化、低圧損化が可能となると共に、小型調圧弁から大
型調圧弁に切り替えるときの圧力差をなくすことができ
る。
According to the fuel cell system according to the tenth aspect, the fuel gas can be reliably circulated by the ejector pump used in the flow rate range, and even when the flow rate is large, the fuel gas passes through the small pressure regulating valve. Since the amount of fuel gas to be reduced can be reduced from the flow rate flowing through the large pressure regulator, the large pressure regulator can be reduced in size and pressure loss, and the pressure difference when switching from the small pressure regulator to the large pressure regulator can be eliminated. .

【0043】請求項11に係る燃料電池システムによれ
ば、流量範囲において使用するエゼクタポンプにより確
実に安定した燃料ガスの循環をすることができると共
に、制御ロジックの単純化、消費電力の低減、一方の調
圧弁が使用不可能となったときのフェイルセーフ機構を
有することができる。
According to the fuel cell system of the eleventh aspect, it is possible to reliably and stably circulate the fuel gas by the ejector pump used in the flow rate range, simplify the control logic, and reduce the power consumption. Can be provided with a fail-safe mechanism when the pressure regulating valve becomes unusable.

【0044】請求項12に係る燃料電池システムによれ
ば、大型調圧弁と、大型エゼクタポンプとの間にシャッ
ト弁を備えるので、大型調圧弁を全閉としているとき
に、大型調圧弁からの燃料ガス漏れのばらつきに起因す
る小型調圧弁の調圧精度悪化を抑制することができる。
According to the fuel cell system of the twelfth aspect, since the shut-off valve is provided between the large pressure regulating valve and the large ejector pump, when the large pressure regulating valve is fully closed, the fuel from the large pressure regulating valve is provided. Deterioration of pressure regulation accuracy of the small pressure regulator due to variation in gas leakage can be suppressed.

【0045】請求項13に係る燃料電池システムによれ
ば、大型調圧弁が作動していない場合にシャット弁を閉
じるので、大型調圧弁全閉時の漏れ量分が例えば小型調
圧弁で制御する小流量時よりも大きいことにより、小型
調圧弁での制御が不可能になることを回避することがで
きる。
According to the fuel cell system of the thirteenth aspect, the shut-off valve is closed when the large pressure regulating valve is not operating, so that the amount of leakage when the large pressure regulating valve is fully closed is controlled by, for example, a small pressure regulating valve. When the flow rate is larger than the flow rate, it is possible to prevent the control with the small pressure regulating valve from becoming impossible.

【0046】請求項14に係る燃料電池システムによれ
ば、大型調圧弁が作動していない場合にシャット弁を閉
じ、大型調圧弁が作動している場合にはシャット弁を開
くので、大型調圧弁全閉時の漏れ量分が例えば小型調圧
弁で制御する小流量時よりも大きいことにより、小型調
圧弁での制御が不可能になることを回避することができ
る。
According to the fuel cell system of the present invention, the shut-off valve is closed when the large pressure regulating valve is not operating, and the shut valve is opened when the large pressure regulating valve is operating. Since the leakage amount at the time of fully closing is larger than, for example, at the time of the small flow rate controlled by the small pressure regulating valve, it is possible to prevent the control by the small pressure regulating valve from becoming impossible.

【0047】請求項15に係る燃料電池システムによれ
ば、各エゼクタポンプの後段に配された複数のシャット
弁を備えるので、燃料ガス流量に応じて、使用する調圧
弁及びエゼクタポンプを決定することができ、制御ロジ
ックを単純にすることができ、更に、フェイルセーフ機
能を有することとできる。
According to the fuel cell system of the fifteenth aspect, since a plurality of shut-off valves are provided downstream of each ejector pump, the pressure regulating valve and the ejector pump to be used are determined according to the fuel gas flow rate. , The control logic can be simplified, and a fail-safe function can be provided.

【0048】請求項16に係る燃料電池システムによれ
ば、複数の調圧弁を燃料ガスの燃料電池への供給が小流
量である場合の燃料ガスの圧力を調整する小型調圧弁、
燃料ガスの燃料電池への供給が大流量である場合の燃料
ガスの圧力を調整する大型調圧弁としたので、燃料電池
出力要求で要求される燃料ガス圧力の全範囲を満たすの
で、燃料電池に要求される出力が幅広くなっても、幅広
く燃料ガス流量、圧力の調整を安定して行うことがで
き、燃料電池の性能を十分に発揮することができる。
According to the fuel cell system of the sixteenth aspect, the plurality of pressure regulating valves adjust the pressure of the fuel gas when the fuel gas is supplied to the fuel cell at a small flow rate.
The large pressure regulating valve regulates the fuel gas pressure when the fuel gas is supplied to the fuel cell at a large flow rate.This satisfies the entire range of the fuel gas pressure required by the fuel cell output requirement, Even if the required output is wide, the fuel gas flow rate and pressure can be widely and stably adjusted, and the performance of the fuel cell can be sufficiently exhibited.

【0049】請求項17に係る燃料電池システムによれ
ば、複数のエゼクタポンプを、燃料ガスが小流量で供給
されている場合に燃料電池からの余剰燃料ガスを循環さ
せる小型エゼクタポンプと、燃料ガスが大流量で供給さ
れている場合に燃料電池からの余剰燃料ガスを循環させ
る大型エゼクタポンプとであるので、燃料ガス流量が大
きくなっても、それに対応することができ、燃料電池の
性能を十分に発揮することができる。
According to the fuel cell system of the seventeenth aspect, the plurality of ejector pumps are a small ejector pump for circulating surplus fuel gas from the fuel cell when the fuel gas is supplied at a small flow rate, and Is a large ejector pump that circulates excess fuel gas from the fuel cell when the fuel gas is supplied at a large flow rate. Can be demonstrated.

【0050】請求項18に係る燃料電池システムによれ
ば、小型調圧弁の調圧可能範囲と、小型エゼクタポンプ
の循環可能範囲となる燃料ガス流量範囲はほぼ同等であ
り、大型調圧弁の調圧可能範囲と、大型エゼクタポンプ
の循環可能範囲となる燃料ガス流量範囲はほぼ同等であ
るので、燃料電池に要求される出力が更に幅広くても、
それに対応した燃料ガス流量、圧力、循環量を実現する
ことができ、燃料電池の性能を十分に発揮することがで
きる。
According to the fuel cell system of the eighteenth aspect, the pressure controllable range of the small pressure regulating valve is substantially equal to the fuel gas flow rate range of the small ejector pump circulating range. Since the possible range and the fuel gas flow rate range which is the circulatable range of the large ejector pump are almost equal, even if the output required for the fuel cell is wider,
Corresponding fuel gas flow rate, pressure, and circulation amount can be realized, and the performance of the fuel cell can be sufficiently exhibited.

【0051】請求項19に係る燃料電池システムによれ
ば、大型調圧弁が作動していない場合にシャット弁を閉
じるので、大型調圧弁全閉時の漏れ量分が例えば小型調
圧弁で制御する小流量時よりも大きいことにより、小型
調圧弁での制御が不可能になることを回避することがで
きる。
According to the fuel cell system of the present invention, since the shut-off valve is closed when the large pressure regulating valve is not operating, the amount of leakage when the large pressure regulating valve is fully closed is controlled by, for example, a small pressure regulating valve. When the flow rate is larger than the flow rate, it is possible to prevent the control with the small pressure regulating valve from becoming impossible.

【0052】請求項20に係る燃料電池システムによれ
ば、大型調圧弁が作動していない場合にシャット弁を閉
じ、大型調圧弁が作動している場合にはシャット弁を開
くので、大型調圧弁全閉時の漏れ量分が例えば小型調圧
弁で制御する小流量時よりも大きいことにより、小型調
圧弁での制御が不可能になることを回避することができ
る。
According to the fuel cell system of the present invention, the shut-off valve is closed when the large pressure regulating valve is not operating, and the shut-off valve is opened when the large pressure regulating valve is operating. Since the leakage amount at the time of fully closing is larger than, for example, at the time of the small flow rate controlled by the small pressure regulating valve, it is possible to prevent the control by the small pressure regulating valve from becoming impossible.

【0053】[0053]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0054】[燃料電池システムの第1実施形態]図1
に、本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムの構
成を示す。
[First Embodiment of Fuel Cell System] FIG.
1 shows a configuration of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention.

【0055】燃料電池スタック1は、固体高分子電解質
膜を、酸化剤極と燃料極とを対にして設置した燃料電池
構造体をセパレータで挟持し、さらに複数積層した構造
である。燃料電池スタック1は、その酸化剤極に酸化剤
ガスが供給されると共に、燃料極側に燃料ガスが供給さ
れて発電をする。本発明を適用した燃料電池システムの
燃料電池スタック1では、燃料ガスとして水素ガスを、
酸化剤ガスとして酸素を含む空気を用いる。
The fuel cell stack 1 has a structure in which a plurality of solid polymer electrolyte membranes are stacked with a fuel cell structure in which an oxidizer electrode and a fuel electrode are installed in pairs sandwiched between separators. In the fuel cell stack 1, the oxidizing gas is supplied to the oxidizing electrode, and the fuel gas is supplied to the fuel electrode side to generate power. In the fuel cell stack 1 of the fuel cell system to which the present invention is applied, hydrogen gas is used as a fuel gas,
Air containing oxygen is used as the oxidant gas.

【0056】この燃料電池システムでは、水素ボンベ
2、第1水素調圧弁3及び第2水素調圧弁4、水素循環
装置5、加湿器6、燃料電池スタック1が水素流路管で
挿通されて水素供給流路L1を構成し、燃料電池スタッ
ク1、水素ガス系水回収装置7、水素循環装置5が水素
流路管で挿通されて水素循環流路L2を構成している。
In this fuel cell system, the hydrogen cylinder 2, the first hydrogen pressure regulating valve 3 and the second hydrogen pressure regulating valve 4, the hydrogen circulating device 5, the humidifier 6, and the fuel cell stack 1 are inserted through the hydrogen flow pipe and the hydrogen The supply channel L1 is configured, and the fuel cell stack 1, the hydrogen gas-based water recovery device 7, and the hydrogen circulation device 5 are inserted through a hydrogen channel tube to configure the hydrogen circulation channel L2.

【0057】このような燃料電池システムでは、燃料電
池スタック1を作動させるに際して、水素ボンベ2から
第1水素調圧弁3又は第2水素調圧弁4により水素ガス
圧力の調圧をし、水素循環装置5及び加湿器6を介して
燃料電池スタック1に水素ガスを供給する。燃料電池ス
タック1で使用されずに排気された余剰水素ガスを水素
ガス系水回収装置7を介して再度水素循環装置5に循環
する。加湿器6は、半透膜を備えており、水素ガス及び
空気が通過する際に、水分子が半透膜を通過してそれぞ
れのガスに対して加湿を行う。
In such a fuel cell system, when operating the fuel cell stack 1, the hydrogen gas pressure is regulated from the hydrogen cylinder 2 by the first hydrogen regulating valve 3 or the second hydrogen regulating valve 4, and the hydrogen circulating device is operated. A hydrogen gas is supplied to the fuel cell stack 1 via the humidifier 5 and the humidifier 6. Excess hydrogen gas exhausted without being used in the fuel cell stack 1 is circulated again to the hydrogen circulation device 5 via the hydrogen gas water recovery device 7. The humidifier 6 includes a semipermeable membrane, and when hydrogen gas and air pass, water molecules pass through the semipermeable membrane and humidify each gas.

【0058】また、この燃料電池システムでは、外部か
ら空気を取り込むコンプレッサ8を備える。コンプレッ
サ8では、取り込んだ空気を空気供給流路L3を介して
加湿器6に供給し、加湿器6では、空気を加湿して燃料
電池スタック1に供給する。燃料電池スタック1で使用
されない排空気は空気流路水回収装置9、空気調圧弁1
0を介して外部に排気される。
The fuel cell system further includes a compressor 8 for taking in air from outside. In the compressor 8, the taken-in air is supplied to the humidifier 6 through the air supply flow path L3. In the humidifier 6, the air is humidified and supplied to the fuel cell stack 1. Exhaust air not used in the fuel cell stack 1 is supplied to the air flow path water recovery device 9 and the air pressure regulating valve 1.
The gas is exhausted to the outside through the zero.

【0059】余剰水素ガスには水素ガスの他に水蒸気及
び液水が含まれているため、水素ガス系水回収装置7に
よって回収され、排水弁11を介して水貯蔵器12に放
出される。また、排空気には水蒸気及び液水が含まれて
いるため、空気流路水回収装置9により回収され、排水
弁13を介して水貯蔵器12に放出される。
Since the surplus hydrogen gas contains water vapor and liquid water in addition to the hydrogen gas, the surplus hydrogen gas is collected by the hydrogen gas water recovery device 7 and discharged to the water storage 12 through the drain valve 11. Further, since the discharged air contains water vapor and liquid water, it is collected by the air flow path water recovery device 9 and discharged to the water storage 12 via the drain valve 13.

【0060】更にまた、燃料電池システムは、水貯蔵器
12に貯蔵されている水を、水ポンプ14により燃料電
池スタック1に供給し、燃料電池スタック1を冷却した
後、加湿器6で一部を消費し、消費分以外は水貯蔵器1
2に戻して循環させる水循環流路L4を有する。また、
水貯蔵器12から水ポンプ14で汲み上げられた水は、
燃料電池スタック1の冷却によって加熱されているた
め、ラジエータ15及び冷却ファン16によって冷却さ
れる。
Further, in the fuel cell system, the water stored in the water storage unit 12 is supplied to the fuel cell stack 1 by the water pump 14, and after cooling the fuel cell stack 1, the humidifier 6 partially cools the fuel cell stack 1. Consumption, and water storage 1 except for consumption
2 and a water circulation channel L4 for circulating the water. Also,
The water pumped from the water reservoir 12 by the water pump 14 is
Since the fuel cell stack 1 is heated by cooling, it is cooled by the radiator 15 and the cooling fan 16.

【0061】更にまた、燃料電池システムでは、加湿器
6から燃料電池スタック1に供給される水素ガス圧力を
測定する水素圧力センサ17と、加湿器6から燃料電池
スタック1に供給される空気圧力を測定する空気圧力セ
ンサ18と、コンプレッサ8により取り込まれる空気流
量を測定する空気流量センサ19とを備える。
Further, in the fuel cell system, a hydrogen pressure sensor 17 for measuring a hydrogen gas pressure supplied from the humidifier 6 to the fuel cell stack 1 and an air pressure supplied from the humidifier 6 to the fuel cell stack 1 are measured. It has an air pressure sensor 18 for measuring and an air flow sensor 19 for measuring the air flow taken in by the compressor 8.

【0062】更にまた、燃料電池システムでは、上述の
各部を制御するコントロールユニット20を備える。コ
ントロールユニット20は、水素圧力センサ17、空気
圧力センサ18及び空気流量センサ19、図示しない燃
料電池スタック1の発電状態を検知するセンサからのセ
ンサ信号、外部からのアクセル開度情報を入力して、第
1水素調圧弁3及び第2水素調圧弁4、空気調圧弁10
の動作を制御して、燃料電池スタック1の発電状態に応
じて、燃料電池スタック1の出力要求値を満たすように
水素圧力、空気圧力の圧力調整を行う。また、コントロ
ールユニット20は、コンプレッサ8の回転数を制御し
て燃料電池スタック1の発電状態に応じて空気流量を調
整する。
Further, the fuel cell system includes a control unit 20 for controlling the above-mentioned components. The control unit 20 receives a sensor signal from a hydrogen pressure sensor 17, an air pressure sensor 18, an air flow rate sensor 19, a sensor for detecting a power generation state of the fuel cell stack 1 (not shown), and accelerator opening information from the outside. First hydrogen pressure regulating valve 3, second hydrogen pressure regulating valve 4, air pressure regulating valve 10
Is controlled to adjust the hydrogen pressure and the air pressure so as to satisfy the required output value of the fuel cell stack 1 in accordance with the power generation state of the fuel cell stack 1. Further, the control unit 20 controls the number of revolutions of the compressor 8 to adjust the air flow rate according to the power generation state of the fuel cell stack 1.

【0063】このように構成された燃料電池システムで
は、第1水素調圧弁3と、第2水素調圧弁4とを2個並
列に設置し、コントロールユニット20により第1水素
調圧弁3及び第2水素調圧弁4の動作を制御すること
で、第1水素調圧弁3、第2水素調圧弁4の1個あたり
の流量ダイナミックレンジが狭くても、燃料電池スタッ
ク1の出力要求値が大きく燃料電池スタック1の水素ガ
ス要求流量が非常に大きい場合に対応する。
In the fuel cell system thus configured, two first hydrogen pressure regulating valves 3 and two second hydrogen pressure regulating valves 4 are installed in parallel, and the first hydrogen pressure regulating valve 3 and the second hydrogen pressure regulating valve 3 are controlled by the control unit 20. By controlling the operation of the hydrogen pressure regulating valve 4, the output required value of the fuel cell stack 1 is large even if the flow rate dynamic range per one of the first hydrogen pressure regulating valve 3 and the second hydrogen pressure regulating valve 4 is narrow. This corresponds to a case where the required flow rate of hydrogen gas in the stack 1 is very large.

【0064】また、流量ダイナミックレンジが広い調圧
弁より、狭い調圧弁の方が応答性が早いため、2個並列
に設置した第1水素調圧弁3、第2水素調圧弁4を上述
のように流量ダイナミックの狭いものとすることで、応
答性の良さはそのままに大流量化に対応できる燃料電池
システムとする。
Since the response of a narrow pressure regulating valve is faster than that of a pressure regulating valve having a wide flow rate dynamic range, the first hydrogen pressure regulating valve 3 and the second hydrogen pressure regulating valve 4 installed in parallel are connected as described above. By making the flow rate dynamic narrow, a fuel cell system capable of coping with a large flow rate while maintaining good responsiveness is provided.

【0065】ここで、第1水素調圧弁3を図2(a)に
示した流量−圧力制御特性を有する低流量タイプの小型
調圧弁とし、第2水素調圧弁4を図2(b)に示した流
量−圧力制御特性を有する高流量タイプの大型調圧弁と
すると、第1水素調圧弁3及び第2水素調圧弁4を制御
することで、図2(c)に示す流量−圧力制御特性を有
することになる。このようにした場合、運転可能領域
(X+Y)の範囲内が要求水素ガス流量の幅であれば、
燃料電池スタック1の出力を広範囲で制御することがで
きる。なお、圧力制御のスムーズさを考慮し、運転可能
範囲Xと、運転可能範囲Yとは重複する方が好ましい。
Here, the first hydrogen pressure regulating valve 3 is a small pressure regulating valve of a low flow rate type having the flow-pressure control characteristic shown in FIG. 2A, and the second hydrogen pressure regulating valve 4 is shown in FIG. 2B. Assuming that a large flow regulating valve of a high flow rate type having the above-described flow-pressure control characteristic is used, by controlling the first hydrogen pressure regulating valve 3 and the second hydrogen pressure regulating valve 4, the flow rate-pressure control characteristic shown in FIG. Will have. In this case, if the range of the operable region (X + Y) is the width of the required hydrogen gas flow rate,
The output of the fuel cell stack 1 can be controlled in a wide range. In consideration of smoothness of the pressure control, it is preferable that the operable range X and the operable range Y overlap each other.

【0066】「コントロールユニット20の制御例」図
3に、上述したように第1水素調圧弁3を低流量タイプ
の小型調圧弁、第2水素調圧弁4を高流量タイプの大型
調圧弁とした場合のコントロールユニット20の制御例
のフローチャートを示す。
[Control Example of Control Unit 20] As shown in FIG. 3, the first hydrogen pressure regulating valve 3 is a small pressure regulating valve of a low flow rate type and the second hydrogen pressure regulating valve 4 is a large pressure regulating valve of a high flow rate type. 4 shows a flowchart of a control example of the control unit 20 in the case.

【0067】まず、コントロールユニット20は、ステ
ップS0においてアクセル開度情報等を得ることで燃料
電池出力要求値を入力し、次に、要求される燃料電池ス
タック1の出力及び目標水素流量(圧力)を計算する
(ステップS1)。コントロールユニット20は、目標
水素流量が範囲X内である場合には、第1水素調圧弁3
で調圧し、第2水素調圧弁4は全閉状態にする制御信号
を送出し、第1水素調圧弁3及び第2水素調圧弁4を制
御する(ステップS2、ステップS3)。
First, the control unit 20 inputs a required fuel cell output value by obtaining accelerator opening information and the like in step S0, and then outputs a required output of the fuel cell stack 1 and a target hydrogen flow rate (pressure). Is calculated (step S1). When the target hydrogen flow rate is within the range X, the control unit 20 controls the first hydrogen pressure regulating valve 3
The second hydrogen pressure regulating valve 4 sends out a control signal to bring it into a fully closed state, and controls the first hydrogen pressure regulating valve 3 and the second hydrogen pressure regulating valve 4 (step S2, step S3).

【0068】また、コントロールユニット20は、目標
水素流量が範囲X内でなく、範囲Y内である場合には、
第2水素調圧弁4で調圧し、第1水素調圧弁3を全開状
態にする制御信号を送出し、第1水素調圧弁3及び第2
水素調圧弁4を制御する(ステップS2、ステップS
4)。
When the target hydrogen flow rate is not in the range X but in the range Y, the control unit 20
A control signal for controlling the pressure by the second hydrogen pressure control valve 4 and bringing the first hydrogen pressure control valve 3 to the fully open state is sent out, and the first hydrogen pressure control valve 3 and the second
Control the hydrogen pressure regulating valve 4 (Step S2, Step S2)
4).

【0069】このように第1水素調圧弁3及び第2水素
調圧弁4を制御することで、水素ガス流量が範囲Yのと
き第1水素調圧弁3を全開とするので、流量を大流量と
する時でも大型調圧弁である第2水素調圧弁4を流れる
水素ガス流量を減少させることができ、第2水素調圧弁
4の小型化、低圧損化を実現することが可能となる。
By controlling the first hydrogen pressure regulating valve 3 and the second hydrogen pressure regulating valve 4 as described above, when the hydrogen gas flow rate is in the range Y, the first hydrogen pressure regulating valve 3 is fully opened. In this case, the flow rate of the hydrogen gas flowing through the second hydrogen pressure regulating valve 4, which is a large pressure regulating valve, can be reduced, and the second hydrogen pressure regulating valve 4 can be reduced in size and reduced in pressure loss.

【0070】また、第1水素調圧弁3から第2水素調圧
弁4に切り替える時に、第1水素調圧弁3の状態は開放
となっているため圧力の切り替え段差がなく、圧力のつ
ながりをよくすることができる。
Further, when switching from the first hydrogen pressure regulating valve 3 to the second hydrogen pressure regulating valve 4, the state of the first hydrogen pressure regulating valve 3 is open, so that there is no pressure switching step and the connection of pressure is improved. be able to.

【0071】「コントロールユニット20の他の制御
例」図4に、第1水素調圧弁3を低流量タイプの小型調
圧弁、第2水素調圧弁4を高流量タイプの大型調圧弁と
した場合のコントロールユニット20の他の制御例のフ
ローチャートを示す。
[Other Control Examples of Control Unit 20] FIG. 4 shows a case where the first hydrogen pressure regulating valve 3 is a small pressure regulating valve of a low flow rate type and the second hydrogen pressure regulating valve 4 is a large pressure regulating valve of a high flow rate type. 5 shows a flowchart of another control example of the control unit 20.

【0072】この制御例では、目標水素流量が範囲Yで
あると判定されたステップS14において、コントロー
ルユニット20は、第2水素調圧弁4で調圧をし、第1
水素調圧弁3が全閉となるような制御信号を送出し、第
1水素調圧弁3及び第2水素調圧弁4を制御する。ステ
ップS14における動作以外は図3のフローチャートで
示した動作と同じである。
In this control example, in step S14 where it is determined that the target hydrogen flow rate is within the range Y, the control unit 20 regulates the pressure with the second hydrogen pressure regulating valve 4 and performs the first hydrogen regulation.
A control signal is sent so that the hydrogen pressure regulating valve 3 is fully closed, and the first hydrogen pressure regulating valve 3 and the second hydrogen pressure regulating valve 4 are controlled. Except for the operation in step S14, the operation is the same as the operation shown in the flowchart of FIG.

【0073】このように第1水素調圧弁3及び第2水素
調圧弁4を制御することで、第1水素調圧弁3及び第2
水素調圧弁4は、それぞれの可能運転範囲内で独立で制
御されるため、制御方法が単純化される。また、各弁が
ノーマルクローズの場合は消費電力も低減できる。さら
にまた、一方の調圧弁が破損した場合でも、燃料電池ス
タック1の電池出力の制限は発生するものの破損してい
ない弁の調圧可能範囲内で圧力制御ができるため、フェ
イルセーフ機構として用いることができる。
By controlling the first hydrogen pressure regulating valve 3 and the second hydrogen pressure regulating valve 4 in this manner, the first hydrogen pressure regulating valve 3 and the second hydrogen pressure regulating valve 3 are controlled.
The control method of the hydrogen pressure regulating valve 4 is simplified because it is independently controlled within each of the possible operating ranges. When each valve is normally closed, power consumption can be reduced. Further, even if one of the pressure regulating valves is damaged, the pressure can be controlled within the range in which the pressure of the undamaged valve can be regulated although the battery output of the fuel cell stack 1 is limited. Can be.

【0074】[燃料電池システムの第2実施形態]図5
に、本発明の第2実施形態に係る燃料電池システムの構
成を示す。
[Second Embodiment of Fuel Cell System] FIG.
Next, a configuration of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention is shown.

【0075】第2実施形態では、第1実施形態で示した
燃料電池システムの第2水素調圧弁4の後段にシャット
弁31が備えられている以外、第1実施形態と同様の構
成である。シャット弁31は、コントロールユニット2
0から送出される制御信号によってその動作が制御され
る。
The second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that a shut-off valve 31 is provided after the second hydrogen pressure regulating valve 4 of the fuel cell system shown in the first embodiment. The shut-off valve 31 is connected to the control unit 2
The operation is controlled by a control signal transmitted from 0.

【0076】「コントロールユニット20の制御例」図
6に、第2実施形態に係る燃料電池システムにおいて第
1水素調圧弁3を低流量タイプの小型調圧弁、第2水素
調圧弁4を高流量タイプの大型調圧弁とした場合の制御
例のフローチャートを示す。
[Control Example of Control Unit 20] FIG. 6 shows that in the fuel cell system according to the second embodiment, the first hydrogen pressure regulating valve 3 is a low flow rate small pressure regulating valve, and the second hydrogen pressure regulating valve 4 is a high flow rate type. 4 shows a flowchart of a control example in the case of a large pressure regulating valve.

【0077】まず、コントロールユニット20は、ステ
ップS20においてアクセル開度情報等を得ることで燃
料電池出力要求値を入力し、次に、要求される燃料電池
スタック1の出力及び目標水素流量を計算する(ステッ
プS21)。コントロールユニット20は、目標水素流
量が範囲Xであれば第1水素調圧弁3で調圧し、第2水
素調圧弁4及びシャット弁31は全閉状態にする制御信
号を送出し、第1水素調圧弁3、第2水素調圧弁4及び
シャット弁31を制御する(ステップS22、ステップ
S23)。
First, the control unit 20 inputs a required fuel cell output value by obtaining accelerator opening information and the like in step S20, and then calculates a required output of the fuel cell stack 1 and a target hydrogen flow rate. (Step S21). If the target hydrogen flow rate is in the range X, the control unit 20 regulates the pressure with the first hydrogen pressure regulating valve 3, and sends a control signal for setting the second hydrogen pressure regulating valve 4 and the shutoff valve 31 to the fully closed state, so that the first hydrogen pressure regulation is performed. The pressure control valve 3, the second hydrogen pressure control valve 4, and the shutoff valve 31 are controlled (Step S22, Step S23).

【0078】また、コントロールユニット20は、目標
水素流量が範囲Yであれば第2水素調圧弁4で調圧し、
第1水素調圧弁3及びシャット弁31を全開状態にする
制御信号を送出し、第1水素調圧弁3、第2水素調圧弁
4及びシャット弁31を制御する(ステップS22、ス
テップS24)。
When the target hydrogen flow rate is in the range Y, the control unit 20 regulates the pressure with the second hydrogen pressure regulating valve 4,
A control signal for causing the first hydrogen pressure regulating valve 3 and the shutoff valve 31 to be fully opened is sent out to control the first hydrogen pressure regulating valve 3, the second hydrogen pressure regulating valve 4 and the shutoff valve 31 (step S22, step S24).

【0079】このように第1水素調圧弁3、第2水素調
圧弁4及びシャット弁31を制御することで、目標水素
流量が範囲Yのとき第1水素調圧弁3を全開とするた
め、大流量時でも大型調圧弁である第2水素調圧弁4を
流れる水素流量を減少させることができるため、第2水
素調圧弁4の小型化、低圧損化が可能となる。
By controlling the first hydrogen pressure regulating valve 3, the second hydrogen pressure regulating valve 4 and the shutoff valve 31 as described above, the first hydrogen pressure regulating valve 3 is fully opened when the target hydrogen flow rate is in the range Y. Since the flow rate of hydrogen flowing through the second hydrogen pressure regulating valve 4, which is a large pressure regulating valve, can be reduced even at the time of flow rate, the second hydrogen pressure regulating valve 4 can be reduced in size and reduced in pressure loss.

【0080】また、第1水素調圧弁3から第2水素調圧
弁4に切り替える時に、第1水素調圧弁3の状態は開放
となっているため圧力の切り替え段差がなく、圧力のつ
ながりをよくすることができるとともに、シャット弁3
1が閉じていることから第2水素調圧弁4の全閉時の漏
れ量分が、例えば、第1水素調圧弁3で制御したい小流
量よりも大きいと第1水素調圧弁3での制御ができなく
なるが、それを抑制することができるため、燃料電池ス
タック1の極低負荷運転を実現することができる。
Further, when switching from the first hydrogen pressure regulating valve 3 to the second hydrogen pressure regulating valve 4, the state of the first hydrogen pressure regulating valve 3 is open, so that there is no pressure switching step and the connection of pressure is improved. And shut valve 3
Since the valve 1 is closed, if the amount of leakage when the second hydrogen pressure regulating valve 4 is fully closed is larger than, for example, a small flow rate to be controlled by the first hydrogen pressure regulating valve 3, the control by the first hydrogen pressure regulating valve 3 is not performed. Although it is no longer possible, it can be suppressed, so that extremely low load operation of the fuel cell stack 1 can be realized.

【0081】「コントロールユニット20の他の制御
例」図7に、第2実施形態に係る燃料電池システムにお
いて、第1水素調圧弁3を低流量タイプの小型調圧弁、
第2水素調圧弁4を高流量タイプの大型調圧弁とした場
合のコントロールユニット20の制御例のフローチャー
トを示す。
[Another Control Example of Control Unit 20] FIG. 7 shows a fuel cell system according to the second embodiment in which the first hydrogen pressure regulating valve 3 is a small pressure regulating valve of a low flow rate type.
4 shows a flowchart of a control example of the control unit 20 when the second hydrogen pressure regulating valve 4 is a high-pressure type large pressure regulating valve.

【0082】この制御例では、ステップS34におい
て、コントロールユニット20は、第2水素調圧弁4で
調圧をし、第1水素調圧弁3が全閉、シャット弁31が
全開となるような制御信号を送出し、第1水素調圧弁
3、第2水素調圧弁4及びシャット弁31を制御する。
ステップS34における動作以外は図6のフローチャー
トで示した動作と同じである。
In this control example, in step S34, the control unit 20 regulates the pressure by the second hydrogen pressure regulating valve 4, and causes the first hydrogen pressure regulating valve 3 to be fully closed and the shutoff valve 31 to be fully open. To control the first hydrogen pressure regulating valve 3, the second hydrogen pressure regulating valve 4, and the shutoff valve 31.
Except for the operation in step S34, the operation is the same as the operation shown in the flowchart of FIG.

【0083】このように第1水素調圧弁3、第2水素調
圧弁4及びシャット弁31を制御することで、それぞれ
の可能運転範囲内で独立して第1水素調圧弁3及び第2
水素調圧弁4を制御するため、制御ロジックを単純化す
ることができる。また、各弁がノーマルクローズの場合
は消費電力も低減できる。さらにまた、一方の調圧弁が
破損した場合でも、燃料電池スタック1の電池出力の制
限は発生するものの破損していない弁の調圧可能範囲内
で圧力制御ができるため、フェイルセーフ機構として用
いることができる。
By controlling the first hydrogen pressure regulating valve 3, the second hydrogen pressure regulating valve 4 and the shutoff valve 31 in this manner, independently of the first hydrogen pressure regulating valve 3 and the second hydrogen pressure regulating valve 3 within the respective possible operating ranges.
Since the hydrogen pressure regulating valve 4 is controlled, the control logic can be simplified. When each valve is normally closed, power consumption can be reduced. Further, even if one of the pressure regulating valves is damaged, the pressure can be controlled within the range in which the pressure of the undamaged valve can be regulated although the battery output of the fuel cell stack 1 is limited. Can be.

【0084】ここで、上記の説明は、第1水素調圧弁
3、第2水素調圧弁4の特性が異なる場合で説明してあ
るが、同特性の複数の調圧弁の組み合わせでも同等の効
果が得られることはいうまでもない。
Although the above description has been made on the case where the characteristics of the first hydrogen pressure regulating valve 3 and the second hydrogen pressure regulating valve 4 are different, the same effect can be obtained by combining a plurality of pressure regulating valves having the same characteristics. It goes without saying that it can be obtained.

【0085】[燃料電池システムの第3実施形態]図8
に、本発明の第3実施形態に係る燃料電池システムの構
成を示す。
[Third Embodiment of Fuel Cell System] FIG. 8
Next, a configuration of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention is shown.

【0086】第3実施形態では、第1実施形態に係る燃
料電池システムの第1水素調圧弁3、第2水素調圧弁4
の後段にそれぞれエゼクタポンプ41、エゼクタポンプ
42を設置し、更に水素循環流路L2を分岐させてエゼ
クタポンプ41、エゼクタポンプ42の水素循環流路L
2と挿通する循環口に第1シャット弁43、第2シャッ
ト弁44が備えられている点で、第1実施形態と異なる
構成である。
In the third embodiment, the first hydrogen regulator 3 and the second hydrogen regulator 4 of the fuel cell system according to the first embodiment are used.
The ejector pump 41 and the ejector pump 42 are respectively installed at the subsequent stage, and the hydrogen circulation passage L2 is further branched to form a hydrogen circulation passage L of the ejector pump 41 and the ejector pump 42.
The second embodiment is different from the first embodiment in that a first shutoff valve 43 and a second shutoff valve 44 are provided in a circulation port passing through the second shutoff valve 2.

【0087】第1シャット弁43,44は、コントロー
ルユニット20から送出される制御信号8cによってそ
の動作が制御される。
The operation of the first shut-off valves 43 and 44 is controlled by a control signal 8c sent from the control unit 20.

【0088】第3実施形態では、第1水素調圧弁3、第
2水素調圧弁4、エゼクタポンプ41及びエゼクタポン
プ42、それぞれの1個あたりの調圧可能な流量ダイナ
ミックレンジ・循環流量ダイナミックレンジが狭くて
も、燃料電池スタック1の必要な水素最大流量・最大循
環量が非常に大きい場合に対応することができる。
In the third embodiment, each of the first hydrogen pressure regulating valve 3, the second hydrogen pressure regulating valve 4, the ejector pump 41 and the ejector pump 42, and the flow rate dynamic range and the circulation flow rate dynamic range in which the pressure can be regulated are set. Even if it is narrow, it can cope with a case where the required maximum flow rate and maximum circulation amount of hydrogen of the fuel cell stack 1 are very large.

【0089】また、流量ダイナミックレンジが広い調圧
弁より、狭い調圧弁の方が応答性が早いため、2個並列
に設置した第1水素調圧弁3、第2水素調圧弁4を上述
のように流量ダイナミックの狭いものとすることで、応
答性の良さはそのままに大流量化に対応できる燃料電池
システムとすることができる。
Further, since the response of a narrow pressure regulating valve is faster than that of a pressure regulating valve having a wide flow rate dynamic range, the first hydrogen pressure regulating valve 3 and the second hydrogen pressure regulating valve 4 installed in parallel are connected as described above. By setting the flow rate dynamic to be narrow, a fuel cell system capable of coping with a large flow rate while maintaining good responsiveness can be provided.

【0090】図9に、各エゼクタポンプ41,42を使
用したときの特性及びエゼクタポンプ41,42を組み
合わせて使用したときの特性を示す。ここで、エゼクタ
ポンプ41,42は、図9(f)に示す供給流量Q1の
水素ガスが供給されたときの、循環流量Q2で燃料電池
スタック1からの余剰水素ガスが循環され、出力流量Q
3の水素ガスを燃料電池スタック1に供給するものと
し、供給流量Q1、循環流量Q2、出力流量Q3に対し
て圧損P1、P2、P3が印加されるものとする。図9
(a)、(c)、(e)は供給水素流量Q1に対する循
環水素流量Q2の関係を示し、図9(b)、(d)は圧
損P1〜P3に対する供給流量Q1の関係を示す。
FIG. 9 shows the characteristics when the ejector pumps 41 and 42 are used and the characteristics when the ejector pumps 41 and 42 are used in combination. Here, the ejector pumps 41 and 42 circulate the excess hydrogen gas from the fuel cell stack 1 at the circulation flow rate Q2 when the supply flow rate Q1 shown in FIG.
3 is supplied to the fuel cell stack 1, and pressure losses P1, P2, and P3 are applied to the supply flow rate Q1, the circulation flow rate Q2, and the output flow rate Q3. FIG.
(A), (c), and (e) show the relationship between the circulating hydrogen flow rate Q2 and the supply hydrogen flow rate Q1, and FIGS. 9B and 9D show the relationship between the supply flow rate Q1 and the pressure losses P1 to P3.

【0091】エゼクタポンプ41を図9(a)及び図9
(b)に示したエゼクタ特性を有する低流量タイプと
し、エゼクタポンプ42を図9(c)及び図9(d)に
示したエゼクタ特性を有する高流量タイプとすると、エ
ゼクタポンプ41,42は図9(e)に示すエゼクタ特
性を有することになる。このようにした場合、運転可能
領域(G+H)の範囲内が要求水素ガス流量の幅であれ
ば、燃料電池スタック1の出力を広範囲で制御すること
ができる。なお、運転性のスムーズさを考慮し、運転可
能範囲Gと、運転可能範囲Hとはラップする方が好まし
い。
FIG. 9 (a) and FIG.
If the ejector pump 42 is a low flow type having ejector characteristics shown in FIG. 9B and the ejector pump 42 is a high flow type having ejector characteristics shown in FIGS. 9C and 9D, the ejector pumps 41 and 42 are 9 (e). In this case, the output of the fuel cell stack 1 can be controlled over a wide range if the required hydrogen gas flow rate is within the operable range (G + H). It is preferable that the drivable range G and the drivable range H overlap each other in consideration of smooth drivability.

【0092】エゼクタポンプ41,42の運転可能範囲
は、次のようにして決定される。例えば、図9(a)に
示した供給流量Q1に対して目標とする循環流量Q2の
関係から、そのエゼクタポンプが満足できる点、すなわ
ち流量下限値Aが決定される。これ以下だと目標とする
循環流量Q2に対してオフラインとなる。
The operable range of the ejector pumps 41 and 42 is determined as follows. For example, from the relationship between the supply flow rate Q1 and the target circulation flow rate Q2 shown in FIG. 9A, the point at which the ejector pump can be satisfied, that is, the flow rate lower limit value A is determined. If it is less than this, it will be offline with respect to the target circulation flow rate Q2.

【0093】また、図9(b)に示した供給流量Q1と
エゼクタ圧損P3−P1の関係から、システム設計上、
許容できる差圧Eが決まる。その結果、流量上限値Bが
決まり、エゼクタポンプの運転可能範囲Gが決定され
る。
Further, from the relationship between the supply flow rate Q1 and the ejector pressure loss P3-P1 shown in FIG.
An allowable differential pressure E is determined. As a result, the flow rate upper limit B is determined, and the operable range G of the ejector pump is determined.

【0094】ここで図2(a)に示した第1水素調圧弁
3の運転可能範囲Xとエゼクタポンプ41の運転可能範
囲Gはほぼ同等であり、且つ、図2(b)に示した第2
水素調圧弁4の宇運転可能範囲Yとエゼクタポンプ42
の運転可能範囲Hはほぼ同等と設定することが、調圧・
循環量制御の観点から必要である。
Here, the operable range X of the first hydrogen pressure regulating valve 3 shown in FIG. 2A is substantially equal to the operable range G of the ejector pump 41, and the first range shown in FIG. 2
Operating range Y of the hydrogen pressure regulating valve 4 and the ejector pump 42
It is possible to set the operable range H of
It is necessary from the viewpoint of circulation amount control.

【0095】「第3実施形態における制御例」図10
に、第3実施形態として示す燃料電池システムの第1水
素調圧弁3を低流量タイプの小型調圧弁、第2水素調圧
弁4を高流量タイプの大型調圧弁とし、エゼクタポンプ
41を低流量タイプ、エゼクタポンプ42を高流量タイ
プとした場合の制御例のフローチャートを示す。
[Control Example in Third Embodiment] FIG. 10
In the fuel cell system shown as the third embodiment, the first hydrogen pressure regulating valve 3 is a low flow rate type small pressure regulating valve, the second hydrogen pressure regulating valve 4 is a high flow rate type large pressure regulating valve, and the ejector pump 41 is a low flow rate type. 4 shows a flowchart of a control example when the ejector pump 42 is of a high flow rate type.

【0096】まず、コントロールユニット20は、ステ
ップS40においてアクセル開度情報等を得ることで燃
料電池出力要求値を入力し、次に、要求される燃料電池
スタック出力及び目標水素流量を計算する(ステップS
41)。コントロールユニット20は、目標水素流量が
範囲Xであれば第1水素調圧弁3で調圧し、第2水素調
圧弁4を全閉状態、第1シャット弁43を全開状態、第
2シャット弁44を全閉状態にする制御信号を送出し、
第1水素調圧弁3、第2水素調圧弁4、第1シャット弁
43及び第2シャット弁44を制御する(ステップS4
2、ステップS43)。
First, the control unit 20 inputs the required fuel cell output value by obtaining the accelerator opening information and the like in step S40, and then calculates the required fuel cell stack output and target hydrogen flow rate (step S40). S
41). When the target hydrogen flow rate is in the range X, the control unit 20 regulates the pressure with the first hydrogen pressure regulating valve 3, fully closes the second hydrogen pressure regulating valve 4, fully opens the first shutoff valve 43, and activates the second shutoff valve 44. Sends a control signal to fully close,
The first hydrogen pressure regulating valve 3, the second hydrogen pressure regulating valve 4, the first shutoff valve 43 and the second shutoff valve 44 are controlled (step S4).
2. Step S43).

【0097】また、コントロールユニット20は、目標
水素流量が範囲Yであれば第2水素調圧弁4で調圧し、
第1水素調圧弁3は全開状態、第1シャット弁43は全
閉状態、第2シャット弁44は全開状態にする制御信号
を送出し、第1水素調圧弁3、第2水素調圧弁4、第1
シャット弁43及び第2シャット弁44を制御する(ス
テップS42、ステップS44)。
When the target hydrogen flow rate is in the range Y, the control unit 20 regulates the pressure with the second hydrogen pressure regulating valve 4,
The first hydrogen pressure regulating valve 3 sends a control signal to make it fully open, the first shutoff valve 43 makes a fully closed state, the second shutoff valve 44 sends out a control signal to make it fully open, and the first hydrogen pressure regulating valve 3, the second hydrogen pressure regulating valve 4, First
The shut valve 43 and the second shut valve 44 are controlled (Step S42, Step S44).

【0098】ここで、使用するエクゼクタポンプに応じ
てシャット弁は切り替えられる。例えば、エクゼクタポ
ンプ41で循環する場合は、エクゼクタポンプ42に循
環しないように第2シャット弁44を閉じるといったよ
うに、確実にエクゼクタポンプで循環させるようにして
おり、循環量制御の不安定化による燃料電池スタック1
の性能の悪化を抑制している。
Here, the shut-off valve is switched according to the ejector pump to be used. For example, when circulating with the ejector pump 41, the second shut valve 44 is closed so as not to circulate with the ejector pump 42, so that the circulation is reliably performed with the ejector pump. Stabilized fuel cell stack 1
The deterioration of performance is suppressed.

【0099】このように第1水素調圧弁3及び第2水素
調圧弁4を制御することで、水素ガス流量が範囲Yのと
き第1水素調圧弁3が全開であるため第2シャット弁4
4を閉じていても、大流量時でも大型調圧弁である第2
水素調圧弁4を流れる水素ガス量を減少させることがで
きるため、第2水素調圧弁4の小型化、低圧損化が可能
となる。
By controlling the first hydrogen pressure regulating valve 3 and the second hydrogen pressure regulating valve 4 in this manner, when the hydrogen gas flow rate is in the range Y, since the first hydrogen pressure regulating valve 3 is fully opened, the second shutoff valve 4
4 is a large pressure regulating valve even when the flow is
Since the amount of hydrogen gas flowing through the hydrogen pressure regulating valve 4 can be reduced, the size and pressure loss of the second hydrogen pressure regulating valve 4 can be reduced.

【0100】また、第1水素調圧弁3から第2水素調圧
弁4に切り替える時に、第1水素調圧弁3の状態は開放
となっているため圧力の切り替え段差がなく、圧力のつ
ながりがをよくすることができる。
Further, when switching from the first hydrogen pressure regulating valve 3 to the second hydrogen pressure regulating valve 4, the state of the first hydrogen pressure regulating valve 3 is open, so that there is no pressure switching step and the connection of pressure is good. can do.

【0101】「第3実施形態における制御例」図11
に、第3の実施の形態と示す燃料電池システムの第1水
素調圧弁3を低流量タイプの小型調圧弁、第2水素調圧
弁4を高流量タイプの大型調圧弁とし、エゼクタポンプ
43を低流量タイプ、エゼクタポンプ44を高流量タイ
プとした場合の制御例のフローチャートを示す。
"Control Example in Third Embodiment" FIG. 11
In the fuel cell system shown in the third embodiment, the first hydrogen pressure regulating valve 3 is a small pressure regulating valve of a low flow rate type, the second hydrogen pressure regulating valve 4 is a large pressure regulating valve of a high flow rate type, and the ejector pump 43 is low. A flow chart of a control example when the flow rate type and the ejector pump 44 are a high flow rate type is shown.

【0102】この制御例では、ステップS54におい
て、コントロールユニット20は、第2水素調圧弁4で
調圧をし、第1水素調圧弁3が全閉となるような制御信
号を送出し、第1水素調圧弁3、第2水素調圧弁4を制
御する。ステップS54における動作以外は図10のフ
ローチャートで示した動作と同じである。
In this control example, in step S54, the control unit 20 regulates the pressure with the second hydrogen pressure regulating valve 4 and sends out a control signal so that the first hydrogen pressure regulating valve 3 is fully closed. The hydrogen pressure regulating valve 3 and the second hydrogen pressure regulating valve 4 are controlled. Except for the operation in step S54, the operation is the same as the operation shown in the flowchart of FIG.

【0103】このように第1水素調圧弁3及び第2水素
調圧弁4を制御することで、第1水素調圧弁3及び第2
水素調圧弁4は、それぞれの可能運転範囲内で独立で制
御されるため、制御方法が単純化される。また、各弁が
ノーマルクローズの場合は消費電力も低減できる。さら
にまた、一方の調圧弁が破損した場合でも、燃料電池ス
タック1の電池出力の制限は発生するものの破損してい
ない弁の調圧可能範囲内で圧力制御ができるため、フェ
イルセーフ機構として用いることができる。
By controlling the first hydrogen pressure regulating valve 3 and the second hydrogen pressure regulating valve 4 in this manner, the first hydrogen pressure regulating valve 3 and the second hydrogen pressure regulating valve 3 are controlled.
The control method of the hydrogen pressure regulating valve 4 is simplified because it is independently controlled within each of the possible operating ranges. When each valve is normally closed, power consumption can be reduced. Furthermore, even when one of the pressure regulating valves is damaged, the pressure can be controlled within the pressure regulating range of the undamaged valve, although the battery output of the fuel cell stack 1 is limited, so that it is used as a fail-safe mechanism. Can be.

【0104】[燃料電池システムの第4実施形態]図1
2に、本発明の第4実施形態に係る燃料電池システムの
構成を示す。第4実施形態では、図8に示す第3実施形
態で示した燃料電池システムの第2水素調圧弁4の後段
に第3シャット弁45を設置した以外、第3の実施の形
態と同様の構成である。
[Fourth Embodiment of Fuel Cell System] FIG.
FIG. 2 shows a configuration of a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, the configuration is the same as that of the third embodiment except that a third shutoff valve 45 is provided after the second hydrogen pressure regulating valve 4 of the fuel cell system shown in the third embodiment shown in FIG. It is.

【0105】「第4実施形態における第7制御例」図1
3に、第4実施形態として示す燃料電池システムの第1
水素調圧弁3を低流量タイプの小型調圧弁、第2水素調
圧弁4を高流量タイプの大型調圧弁とし、エゼクタポン
プ41を低流量タイプ、エゼクタポンプ42を高流量タ
イプとした場合の制御例のフローチャートを示す。
"Seventh Control Example in Fourth Embodiment" FIG. 1
3 shows the first embodiment of the fuel cell system shown as the fourth embodiment.
Control example in which the hydrogen pressure regulating valve 3 is a small pressure regulating valve of a low flow rate type, the second hydrogen pressure regulating valve 4 is a large pressure regulating valve of a high flow rate type, the ejector pump 41 is a low flow rate type, and the ejector pump 42 is a high flow rate type. The flowchart of FIG.

【0106】コントロールユニット20は、ステップS
60においてアクセル開度情報等を得ることで燃料電池
出力要求値を入力し、次に、要求される燃料電池スタッ
ク出力及び目標水素流量を計算する(ステップS6
1)。コントロールユニット20は、目標水素流量が範
囲Xであれば第1水素調圧弁3で調圧し、第2水素調圧
弁4は全閉状態、第1シャット弁43は全開状態、第2
シャット弁44は全閉状態、第3シャット弁45は全閉
状態にする制御信号を送出し、第1水素調圧弁3、第2
水素調圧弁4、第1シャット弁43、第2シャット弁4
4及び第3シャット弁45を制御する(ステップS6
2、ステップS63)。
The control unit 20 determines in step S
In step 60, the required fuel cell output value is input by obtaining accelerator opening information and the like, and then the required fuel cell stack output and target hydrogen flow rate are calculated (step S6).
1). If the target hydrogen flow rate is in the range X, the control unit 20 regulates the pressure with the first hydrogen pressure regulating valve 3, the second hydrogen pressure regulating valve 4 is fully closed, the first shutoff valve 43 is fully open, and the second
The shut-off valve 44 sends out a control signal to make it fully closed, and the third shut-off valve 45 sends out a control signal to make it fully closed.
Hydrogen pressure regulating valve 4, first shut-off valve 43, second shut-off valve 4
The fourth and third shut valves 45 are controlled (step S6).
2. Step S63).

【0107】また、コントロールユニット20は、目標
水素流量が範囲Yであれば第2水素調圧弁4で調圧し、
第1水素調圧弁3は全開状態、第1シャット弁43は全
閉状態、第2シャット弁44は全開状態、第3シャット
弁45は全開状態にする制御信号を送出し、第1水素調
圧弁3、第2水素調圧弁4、第1シャット弁43、第2
シャット弁44及び第3シャット弁45を制御する(ス
テップS62、ステップS64)。
If the target hydrogen flow rate is in the range Y, the control unit 20 regulates the pressure with the second hydrogen pressure regulating valve 4,
The first hydrogen pressure regulating valve 3 sends a control signal to fully open the state, the first shutoff valve 43 to the fully closed state, the second shutoff valve 44 to the fully open state, and the third shutoff valve 45 to the fully open state. 3, the second hydrogen pressure regulating valve 4, the first shut valve 43, the second
The shut valve 44 and the third shut valve 45 are controlled (Step S62, Step S64).

【0108】図14に、第3の実施の形態と示す燃料電
池システムの第1水素調圧弁3を低流量タイプの小型調
圧弁、第2水素調圧弁4を高流量タイプの大型調圧弁と
し、エゼクタポンプ41を低流量タイプ、エゼクタポン
プ42を高流量タイプとした場合の制御例のフローチャ
ートを示す。
In FIG. 14, the first hydrogen pressure regulating valve 3 of the fuel cell system shown in the third embodiment is a small pressure regulating valve of a low flow rate type, and the second hydrogen pressure regulating valve 4 is a large pressure regulating valve of a high flow rate type. A flow chart of a control example when the ejector pump 41 is a low flow type and the ejector pump 42 is a high flow type is shown.

【0109】この実施形態では、ステップS74におい
て、コントロールユニット20は、第2水素調圧弁4で
調圧をし、第1水素調圧弁3が全閉となるような制御信
号を送出し、第1水素調圧弁3、第2水素調圧弁4を制
御する。ステップS74における動作以外は図13のフ
ローチャートで示した動作と同じである。
In this embodiment, in step S74, the control unit 20 regulates the pressure with the second hydrogen pressure regulating valve 4 and sends out a control signal so that the first hydrogen pressure regulating valve 3 is fully closed. The hydrogen pressure regulating valve 3 and the second hydrogen pressure regulating valve 4 are controlled. Except for the operation in step S74, the operation is the same as the operation shown in the flowchart of FIG.

【0110】図13及び図14のフローチャートに示す
ように第2水素調圧弁4が作動していない場合は、第2
水素調圧弁4の全閉時の漏れ量分が、例えば、第1水素
調圧弁3で制御したい小流量よりも大きいと第1水素調
圧弁3での制御ができなくなるが、第3シャット弁45
が閉じているため、抑制することができる。
As shown in the flow charts of FIGS. 13 and 14, when the second hydrogen pressure regulating valve 4 is not operated, the second
If the amount of leakage when the hydrogen pressure regulating valve 4 is fully closed is larger than, for example, a small flow rate to be controlled by the first hydrogen pressure regulating valve 3, the control by the first hydrogen pressure regulating valve 3 cannot be performed.
Is closed, so that it can be suppressed.

【0111】[燃料電池システムの第5実施形態]図1
5に、本発明の第5実施形態に係る燃料電池システムの
構成を示す。
[Fifth Embodiment of Fuel Cell System] FIG.
FIG. 5 shows a configuration of a fuel cell system according to a fifth embodiment of the present invention.

【0112】第5実施形態では、エゼクタポンプ41の
後段に第4シャット弁46を設置すると共に、エゼクタ
ポンプ42の後段に第5シャット弁47を設置した点
で、図8に示した第3実施形態と異なる。
The fifth embodiment is different from the third embodiment shown in FIG. 8 in that a fourth shut-off valve 46 is provided downstream of the ejector pump 41 and a fifth shut-off valve 47 is installed downstream of the ejector pump 42. Different from form.

【0113】このような第5実施形態に係る燃料電池シ
ステムでは、目標水素流量に応じて使用する調圧弁、エ
ゼクタポンプが決定できるため制御ロジックが単純とな
る。また一方の調圧弁及びエゼクタポンプが破損等をし
て使用不可能な場合でも燃料電池スタック1の出力制限
が発生するが、使用可能な調圧弁及びエゼクタポンプの
可能範囲内での調圧及び循環量制御が可能である。した
がって、この燃料電池システムでは、フェイルセーフ機
構を有することになる。
In the fuel cell system according to the fifth embodiment, the pressure regulating valve and the ejector pump to be used can be determined according to the target hydrogen flow rate, so that the control logic becomes simple. Further, even when one of the pressure regulating valve and the ejector pump is damaged and cannot be used, the output of the fuel cell stack 1 is limited. However, the pressure regulation and circulation within the possible range of the usable pressure regulating valve and the ejector pump are possible. Volume control is possible. Therefore, this fuel cell system has a fail-safe mechanism.

【0114】ここで、上記説明は、第1水素調圧弁3、
第2水素調圧弁4、エゼクタポンプ41、エゼクタポン
プ42の特性が異なる場合で説明してあるが、図16に
示したような同特性の複数の調圧弁3,4、エゼクタポ
ンプ41,42の組み合わせでも同等の効果が得られる
ことはいうまでもない。
Here, the above description is based on the first hydrogen pressure regulating valve 3,
Although the case where the characteristics of the second hydrogen pressure regulating valve 4, the ejector pump 41, and the ejector pump 42 are different is described, a plurality of pressure regulating valves 3, 4 and the ejector pumps 41, 42 having the same characteristics as shown in FIG. It goes without saying that the same effect can be obtained by the combination.

【0115】なお、上述の実施の形態は本発明の一例で
ある。このため、本発明は、上述の実施形態に限定され
ることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明
に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に
応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
The above embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other than the present embodiment, various modifications may be made according to the design and the like within a range not departing from the technical idea according to the present invention. Can be changed.

【0116】例えば、同特性、異特性に拘わらず3個以
上のエゼクタポンプや調圧弁の組み合わせも考えられる
のである。
For example, a combination of three or more ejector pumps and pressure regulating valves is conceivable irrespective of the same characteristics or different characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施の形態として示す燃料電池シ
ステムの要部構成を説明するためのブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram for explaining a main configuration of a fuel cell system shown as a first embodiment of the present invention.

【図2】同燃料電池システムにおいて、(a)は低流量
タイプの調圧弁の流量−圧力制御特性を示した図であ
り、(b)は高流量タイプの調圧弁の流量−圧力制御特
性を示した図であり、(c)は低流量タイプの調圧弁と
高流量タイプの調圧弁とを組み合わせて使用した際の流
量−圧力制御特性を示した図である。
2A is a diagram showing a flow rate-pressure control characteristic of a low flow rate type pressure regulating valve, and FIG. 2B is a view showing a flow rate-pressure control characteristic of a high flow rate type pressure regulating valve. It is the figure which showed, and (c) is the figure which showed the flow-pressure control characteristic at the time of combining and using the low flow type pressure regulating valve and the high flow type pressure regulating valve.

【図3】同燃料電池システムにおいて、コントロールユ
ニットによる制御例を説明するためのフローチャートで
ある。
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of control by a control unit in the fuel cell system.

【図4】同燃料電池システムにおいて、コントロールユ
ニットによる他の制御例を説明するためのフローチャー
トである。
FIG. 4 is a flowchart for explaining another control example by the control unit in the fuel cell system.

【図5】本発明において、第2実施形態に係る燃料電池
システムの構成を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a second embodiment in the present invention.

【図6】同燃料電池システムにおいて、コントロールユ
ニットによる制御例を説明するためのフローチャートで
ある。
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of control by a control unit in the fuel cell system.

【図7】同燃料電池システムにおいて、コントロールユ
ニットによる他の制御例を説明するためのフローチャー
トである。
FIG. 7 is a flowchart for explaining another control example by the control unit in the fuel cell system.

【図8】本発明において、第3実施形態に係る燃料電池
システムの構成を示すブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a third embodiment in the present invention.

【図9】同燃料電池システムにおいて、(a),(b)
は、低流量タイプのエゼクタポンプのエゼクタ特性を示
した図であり、(c),(d)は、高流量タイプのエゼ
クタポンプのエゼクタ特性を示した図であり、(e)
は、低流量タイプのエゼクタポンプと、高流量タイプの
エゼクタポンプとを組み合わせて使用した際のエゼクタ
特性を示した図である。
FIG. 9 shows (a) and (b) in the fuel cell system.
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing ejector characteristics of a low flow type ejector pump, and FIGS. 4C and 4D are diagrams showing ejector characteristics of a high flow type ejector pump; FIGS.
FIG. 4 is a diagram showing ejector characteristics when a low flow type ejector pump and a high flow type ejector pump are used in combination.

【図10】同燃料電池システムにおいて、コントロール
ユニットによる制御例を説明するためのフローチャート
である。
FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of control by a control unit in the fuel cell system.

【図11】同燃料電池システムにおいて、コントロール
ユニットによる他の制御例を説明するためのフローチャ
ートである。
FIG. 11 is a flowchart for explaining another control example by the control unit in the fuel cell system.

【図12】本発明において、第4実施形態に係る燃料電
池システムの構成を示すブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention.

【図13】同燃料電池システムにおいて、コントロール
ユニットによる制御例を説明するためのフローチャート
である。
FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of control by a control unit in the fuel cell system.

【図14】同燃料電池システムにおいて、コントロール
ユニットによる他の制御例を示すフローチャートであ
る。
FIG. 14 is a flowchart showing another control example by the control unit in the fuel cell system.

【図15】本発明において、第5実施形態に係る燃料電
池システムの構成を示すブロック図である。
FIG. 15 is a block diagram illustrating a configuration of a fuel cell system according to a fifth embodiment in the present invention.

【図16】同燃料電池システムにおいて、同特性の調圧
弁、エゼクタポンプを使用した場合の要部構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 16 is a block diagram showing a main configuration of the fuel cell system when a pressure regulating valve and an ejector pump having the same characteristics are used.

【図17】従来の技術として示す第1の燃料電池システ
ムの要部構成について説明するためのブロック図であ
る。
FIG. 17 is a block diagram for explaining a main configuration of a first fuel cell system shown as a conventional technique.

【図18】従来の技術として示す第2の燃料電池システ
ムの要部構成について説明するためのブロック図であ
る。
FIG. 18 is a block diagram for explaining a main configuration of a second fuel cell system shown as a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電池スタック 2 水素ボンベ 3 第1水素調圧弁 4 第2水素調圧弁 5 水素循環装置 6 加湿器 7 水素ガス系水回収装置 8 コンプレッサ 9 空気流路水回収装置 10 空気調圧弁 11 排水弁 12 水貯蔵器 13 排水弁 14 水ポンプ 15 ラジエータ 16 冷却ファン 17 水素圧力センサ 18 空気圧力センサ 19 空気流量センサ 20 コントロールユニット 31 シャット弁 41 エゼクタポンプ 42 エゼクタポンプ 43 第1シャット弁 44 第2シャット弁 45 第3シャット弁 46 第4シャット弁 47 第5シャット弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 2 Hydrogen cylinder 3 First hydrogen pressure regulating valve 4 Second hydrogen pressure regulating valve 5 Hydrogen circulation device 6 Humidifier 7 Hydrogen gas type water recovery device 8 Compressor 9 Air flow channel water recovery device 10 Air pressure control valve 11 Drain valve 12 Water reservoir 13 Drain valve 14 Water pump 15 Radiator 16 Cooling fan 17 Hydrogen pressure sensor 18 Air pressure sensor 19 Air flow sensor 20 Control unit 31 Shut valve 41 Ejector pump 42 Ejector pump 43 First shut valve 44 Second shut valve 45th 3 shut valve 46 4th shut valve 47 5th shut valve

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極とが
対設された燃料電池と、 上記燃料電池の発電状態に応じて所定流量の酸化剤ガス
を上記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給手段と、 上記燃料電池の発電状態に応じて所定流量の燃料ガスを
上記燃料電池に供給する燃料ガス供給手段と、 上記燃料ガス供給手段の後段に並列に配され、上記燃料
電池に供給する燃料ガスの圧力を調整する複数の同特性
の調圧弁と、 上記燃料ガスを上記燃料電池に循環させる循環手段と、 上記燃料電池の上記酸化剤極と、上記燃料極との排気中
に含まれる水分を回収する水分回収手段と、 上記水分回収手段によって回収した水分を上記燃料電池
に供給する水供給手段と、 外部からの燃料電池出力要求に応じて上記各調圧弁の開
度を制御することにより、複数の調圧弁の開度の組み合
わせで、燃料電池出力要求で要求される燃料ガス圧力の
全範囲を満たす制御手段とを備えることを特徴とする燃
料電池システム。
1. A fuel cell in which a fuel electrode and an oxidant electrode are opposed to each other with an electrolyte membrane interposed therebetween, and an oxidant for supplying a predetermined flow rate of an oxidant gas to the fuel cell according to a power generation state of the fuel cell. Gas supply means, fuel gas supply means for supplying a predetermined flow rate of fuel gas to the fuel cell according to the power generation state of the fuel cell, and fuel gas supply means A plurality of pressure regulating valves having the same characteristics for adjusting the pressure of the fuel gas to be circulated; circulating means for circulating the fuel gas to the fuel cell; and the oxidizer electrode of the fuel cell and the exhaust gas from the fuel electrode. A water collecting means for collecting the water collected by the water collecting means; a water supply means for supplying the water collected by the water collecting means to the fuel cell; and an opening of each pressure regulating valve in response to a fuel cell output request from the outside. By doing so, The fuel cell system characterized by comprising a combination of opening of the pressure regulating valve, and control means to meet the full range of the fuel gas pressure required by the fuel cell output request.
【請求項2】 電解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極とが
対設された燃料電池と、 上記燃料電池の発電状態に応じて所定流量の酸化剤ガス
を上記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給手段と、 上記燃料電池の発電状態に応じて所定流量の燃料ガスを
上記燃料電池に供給する燃料ガス供給手段と、 上記燃料ガスの上記燃料電池への供給流量が小流量であ
る場合の燃料ガスの圧力を調整する小型調圧弁と、 上記小型調圧弁と並列して設けられ、上記燃料ガスの上
記燃料電池への供給流量が上記小型調圧弁よりも大流量
である場合の燃料ガスの圧力を調整する大型調圧弁と、 上記燃料ガスを上記燃料電池に循環させる循環手段と、 上記燃料電池の上記酸化剤極と、上記燃料極との排気中
に含まれる水分を回収する水分回収手段と、 上記水分回収手段によって回収した水分を上記燃料電池
に供給する水供給手段と、 外部からの燃料電池出力要求に応じて上記小型調圧弁及
び大型調圧弁の開度を制御することにより、上記小型調
圧弁の開度と上記大型調圧弁の開度との組み合わせで、
燃料電池出力要求で要求される燃料ガス圧力の全範囲を
満たす制御手段とを備えることを特徴とする燃料電池シ
ステム。
2. A fuel cell in which a fuel electrode and an oxidant electrode are opposed to each other with an electrolyte membrane interposed therebetween, and an oxidant for supplying a predetermined flow rate of an oxidant gas to the fuel cell according to a power generation state of the fuel cell. Gas supply means, fuel gas supply means for supplying a predetermined flow rate of fuel gas to the fuel cell in accordance with the power generation state of the fuel cell, and supply flow rate of the fuel gas to the fuel cell is small. A small pressure regulating valve for adjusting the pressure of the fuel gas; and a fuel gas when the supply flow rate of the fuel gas to the fuel cell is larger than that of the small pressure regulating valve, provided in parallel with the small pressure regulating valve. A large pressure regulating valve for adjusting pressure; a circulating means for circulating the fuel gas to the fuel cell; a oxidizing electrode of the fuel cell; and a water collecting means for collecting water contained in exhaust gas from the fuel electrode. And the water recovery means Therefore, by controlling the opening degree of the small pressure regulating valve and the large pressure regulating valve in response to a fuel cell output request from the outside, the opening degree of the small pressure regulating valve And the opening of the large pressure regulator,
Control means for satisfying the entire range of the fuel gas pressure required by the fuel cell output request.
【請求項3】 上記制御手段は、上記小型調圧弁で調圧
可能な燃料ガス流量範囲内では、上記大型調圧弁を全閉
して上記小型調圧弁で調圧し、 上記大型調圧弁で調圧可能な燃料ガス流量範囲内では、
上記小型調圧弁を全開して上記大型調圧弁で調圧するよ
う制御することを特徴とする請求項2記載の燃料電池シ
ステム。
3. The control means, when the fuel gas flow rate is adjustable by the small pressure regulating valve, fully closes the large pressure regulating valve, regulates the pressure by the small pressure regulating valve, and regulates the pressure by the large pressure regulating valve. Within the range of possible fuel gas flows,
3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the control is performed such that the small pressure regulating valve is fully opened and the pressure is regulated by the large pressure regulating valve.
【請求項4】 上記制御手段は、上記小型調圧弁で調圧
可能な燃料ガス流量範囲内では、上記大型調圧弁を全閉
して上記小型調圧弁で調圧し、 上記大型調圧弁で調圧可能な燃料ガス流量範囲内では、
上記小型調圧弁を全閉して上記大型調圧弁で調圧するよ
う制御することを特徴とする請求項2記載の燃料電池シ
ステム。
4. The control means, when the fuel gas flow rate is adjustable by the small pressure regulating valve, fully closes the large pressure regulating valve, regulates the pressure by the small pressure regulating valve, and regulates the pressure by the large pressure regulating valve. Within the range of possible fuel gas flows,
3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the control is performed such that the small pressure regulating valve is fully closed and the pressure is regulated by the large pressure regulating valve.
【請求項5】 上記大型調圧弁の後段にシャット弁を備
え、 上記制御手段は、上記大型調圧弁が作動していない場合
に上記シャット弁を閉じ、 上記大型調圧弁が作動している場合には上記シャット弁
を開くように制御することを特徴とする請求項2〜4の
何れか一に記載の燃料電池システム。
5. A shut-off valve provided at a stage subsequent to the large-sized pressure regulating valve, wherein the control means closes the shut-off valve when the large-sized pressure regulating valve is not operating, and closes the shut-off valve when the large-sized pressure regulating valve is activated. The fuel cell system according to any one of claims 2 to 4, wherein the control is performed to open the shut valve.
【請求項6】 電解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極とが
対設された燃料電池と、 上記燃料電池の発電状態に応じて所定流量の酸化剤ガス
を上記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給手段と、 上記燃料電池の発電状態に応じて所定流量の燃料ガスを
上記燃料電池に供給する燃料ガス供給手段と、 上記燃料ガス供給手段の後段に並列に配され、上記燃料
電池に供給する燃料ガスの圧力を調整する複数の調圧弁
と、 上記各調圧弁の後段に配され、上記燃料電池からの余剰
燃料ガスが供給されて上記燃料電池に循環する複数の同
特性のエゼクタポンプと、 上記燃料電池の上記酸化剤極と、上記燃料極との排気中
に含まれる水分を回収する水分回収手段と、 上記各エゼクタポンプと燃料電池との間に設けられ、各
エゼクタポンプの余剰燃料ガスの供給を開閉する複数の
シャット弁と、 上記水分回収手段によって回収した水分を上記燃料電池
に供給する水供給手段と、 外部からの燃料電池出力要求に応じて上記各調圧弁の開
度を制御することにより、複数の調圧弁の開度の組み合
わせで、燃料電池出力要求に要求される燃料ガス圧力の
全範囲を満たす制御手段とを備え、 上記複数のエゼクタポンプの循環流量の組み合わせで、
燃料電池出力要求で要求される全範囲での燃料ガス循環
流量を満たすことを特徴とする燃料電池システム。
6. A fuel cell in which a fuel electrode and an oxidant electrode are opposed to each other with an electrolyte membrane interposed therebetween, and an oxidant for supplying a predetermined flow rate of an oxidant gas to the fuel cell according to a power generation state of the fuel cell. Gas supply means, fuel gas supply means for supplying a predetermined flow rate of fuel gas to the fuel cell according to the power generation state of the fuel cell, and fuel gas supply means A plurality of pressure regulating valves for adjusting the pressure of the fuel gas to be supplied; and An oxidizer electrode of the fuel cell; a water collecting means for collecting water contained in exhaust gas from the fuel electrode; and a surplus fuel of each ejector pump provided between each of the ejector pumps and the fuel cell. Gas supply A plurality of shut-off valves that open and close, a water supply unit that supplies the water collected by the water recovery unit to the fuel cell, and an opening degree of each of the pressure regulating valves in response to an external fuel cell output request. A control means that satisfies the entire range of the fuel gas pressure required for the fuel cell output request by a combination of the opening degrees of the plurality of pressure regulating valves, and a combination of the circulating flow rates of the plurality of ejector pumps,
A fuel cell system which satisfies a fuel gas circulation flow rate in a whole range required by a fuel cell output request.
【請求項7】 電解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極とが
対設された燃料電池と、 上記燃料電池の発電状態に応じて所定流量の酸化剤ガス
を上記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給手段と、 上記燃料電池の発電状態に応じて所定流量の燃料ガスを
上記燃料電池に供給する燃料ガス供給手段と、 上記燃料ガス供給手段の後段に並列に配され、上記燃料
電池に供給する燃料ガスの圧力を調整する複数の調圧弁
と、 上記燃料ガスが小流量で供給されている場合に上記燃料
電池からの余剰燃料ガスを循環させる小型エゼクタポン
プと、 上記燃料ガスが大流量で供給されている場合に上記燃料
電池からの余剰燃料ガスを循環させる大型エゼクタポン
プと、 上記燃料電池の上記酸化剤極と、上記燃料極との排気中
に含まれる水分を回収する水分回収手段と、 上記各エゼクタポンプと燃料電池との間に設けられ、各
エゼクタポンプの余剰燃料ガスの供給を開閉する複数の
シャット弁と、 上記水分回収手段によって回収した水分を上記燃料電池
に供給する水供給手段と、 外部からの燃料電池出力要求に応じて上記各調圧弁の開
度を制御することにより、複数の調圧弁の開度の組み合
わせで、燃料電池出力要求に要求される燃料ガス圧力の
全範囲を満たす制御手段と、 上記小型エゼクタポンプの循環流量と上記大型エゼクタ
ポンプの循環流量との組み合わせで、燃料電池出力要求
で要求される全範囲での燃料ガス循環流量を満たすこと
を特徴とする燃料電池システム。
7. A fuel cell in which a fuel electrode and an oxidant electrode are opposed to each other with an electrolyte membrane interposed therebetween, and an oxidant for supplying an oxidant gas at a predetermined flow rate to the fuel cell according to a power generation state of the fuel cell. Gas supply means, fuel gas supply means for supplying a predetermined flow rate of fuel gas to the fuel cell according to the power generation state of the fuel cell, and fuel gas supply means A plurality of pressure regulating valves for adjusting the pressure of the fuel gas to be supplied; a small ejector pump for circulating surplus fuel gas from the fuel cell when the fuel gas is supplied at a small flow rate; A large ejector pump that circulates excess fuel gas from the fuel cell when supplied, the oxidizer electrode of the fuel cell, and a water recovery unit that recovers water contained in exhaust gas from the fuel electrode. A plurality of shut valves provided between each of the ejector pumps and the fuel cell for opening and closing the supply of excess fuel gas from each of the ejector pumps; and a water supply for supplying the water collected by the water collecting means to the fuel cell. Means for controlling the opening degree of each pressure regulating valve in response to a fuel cell output request from the outside, so that the total of the fuel gas pressure required for the fuel cell output request can be obtained by combining the opening degrees of the plurality of pressure regulating valves. Control means that satisfies the range, and the combination of the circulating flow rate of the small ejector pump and the circulating flow rate of the large ejector pump satisfies the fuel gas circulating flow rate in the entire range required by the fuel cell output request. Fuel cell system.
【請求項8】 上記複数の調圧弁は、上記燃料ガスの上
記燃料電池への供給が小流量である場合の燃料ガスの圧
力を調整する小型調圧弁、上記燃料ガスの上記燃料電池
への供給が大流量である場合の燃料ガスの圧力を大型調
圧弁であり、 上記制御手段は、外部からの燃料電池出力要求に応じて
上記小型調圧弁及び大型調圧弁の開度を制御することに
より、上記小型調圧弁の開度と上記大型調圧弁の開度と
の組み合わせで、燃料電池出力要求に要求される燃料ガ
ス圧力の全範囲を満たすことを特徴とする請求項7記載
の燃料電池システム。
8. The small pressure regulating valve for regulating the pressure of the fuel gas when the supply of the fuel gas to the fuel cell is a small flow rate, and the supply of the fuel gas to the fuel cell. Is a large pressure regulating valve the pressure of the fuel gas when is a large flow rate, by controlling the opening degree of the small pressure regulating valve and the large pressure regulating valve according to the fuel cell output request from the outside, The fuel cell system according to claim 7, wherein the combination of the opening degree of the small pressure regulating valve and the opening degree of the large pressure regulating valve satisfies the entire range of the fuel gas pressure required for the fuel cell output request.
【請求項9】 上記小型調圧弁の後段に上記小型エゼク
タポンプを設け、 上記小型調圧弁の調圧可能範囲と、上記小型エゼクタポ
ンプの循環可能範囲となる燃料ガス流量範囲はほぼ同等
であり、 上記大型調圧弁の調圧可能範囲と、上記大型エゼクタポ
ンプの循環可能範囲となる燃料ガス流量範囲はほぼ同等
であることを特徴とする請求項8記載の燃料電池システ
ム。
9. The small ejector pump is provided at a stage subsequent to the small pressure regulating valve, and a pressure regulating range of the small pressure regulating valve is substantially equal to a fuel gas flow rate range which is a circulating range of the small ejector pump. 9. The fuel cell system according to claim 8, wherein a pressure adjustable range of the large pressure regulating valve is substantially equal to a fuel gas flow rate range which is a circulatable range of the large ejector pump.
【請求項10】 上記制御手段は、上記小型調圧弁、上
記小型エゼクタポンプで調圧及び循環量の調整可能な燃
料ガス流量範囲内では、上記大型調圧弁を全閉し、上記
大型エゼクタポンプの循環口に備えられたシャット弁を
全閉し、上記小型エゼクタポンプの循環口に備えられた
シャット弁を全開し、上記小型調圧弁及び小型エゼクタ
ポンプで調圧及び循環量を調整するよう制御し、 上記大型調圧弁、上記大型エゼクタポンプで調圧及び循
環量の調整可能な燃料ガス流量範囲内では、上記小型調
圧弁を全開し、上記大型エゼクタポンプの循環口に備え
られたシャット弁を全開し、上記小型エゼクタポンプの
循環口に備えられたシャット弁を全閉し、上記大型調圧
弁及び大型エゼクタポンプで調圧及び循環量を調整する
よう制御することを特徴とする請求項8記載の燃料電池
システム。
10. The control means closes the large pressure regulating valve fully within a fuel gas flow rate range in which the pressure regulation and the circulation amount can be adjusted by the small pressure regulating valve and the small ejector pump. The shut valve provided at the circulation port is fully closed, the shut valve provided at the circulation port of the small ejector pump is fully opened, and the pressure regulation and the circulation amount are controlled by the small pressure regulating valve and the small ejector pump. Within the fuel gas flow rate range where the pressure regulation and circulation amount can be adjusted by the large pressure regulating valve and the large ejector pump, the small pressure regulating valve is fully opened, and the shut valve provided at the circulation port of the large ejector pump is fully opened. The shut-off valve provided in the circulation port of the small ejector pump is fully closed, and the large pressure regulating valve and the large ejector pump are controlled to adjust the pressure regulation and the circulation amount. The fuel cell system of claim 8 wherein.
【請求項11】 上記制御手段は、上記小型調圧弁、上
記小型エゼクタポンプで調圧及び循環量の調整可能な燃
料ガス流量範囲内では、上記大型調圧弁を全閉し、上記
大型エゼクタポンプの循環口に備えられたシャット弁を
全閉し、上記小型エゼクタポンプの循環口に備えられた
シャット弁を全開し、上記小型調圧弁及び小型エゼクタ
ポンプで調圧及び循環量を調整するよう制御し、 上記大型調圧弁、上記大型エゼクタポンプで調圧及び循
環量の調整可能な燃料ガス流量範囲内では、上記小型調
圧弁を全閉し、上記大型エゼクタポンプの循環口に備え
られたシャット弁を全開し、上記小型エゼクタポンプの
循環口に備えられたシャット弁を全閉し、上記大型調圧
弁及び大型エゼクタポンプで調圧及び循環量を調整する
よう制御することを特徴とする請求項8記載の燃料電池
システム。
11. The control means closes the large pressure regulating valve fully within a fuel gas flow rate range in which the pressure regulation and the circulation amount can be adjusted by the small pressure regulating valve and the small ejector pump. The shut valve provided at the circulation port is fully closed, the shut valve provided at the circulation port of the small ejector pump is fully opened, and the pressure regulation and the circulation amount are controlled by the small pressure regulating valve and the small ejector pump. In the fuel gas flow rate range in which the pressure regulation and the circulation amount can be adjusted by the large pressure regulating valve and the large ejector pump, the small pressure regulating valve is fully closed, and a shut valve provided at a circulation port of the large ejector pump is provided. The valve is fully opened, the shut valve provided at the circulation port of the small ejector pump is fully closed, and the large pressure regulating valve and the large ejector pump are controlled to adjust the pressure regulation and the circulation amount. The fuel cell system of claim 8 wherein.
【請求項12】 上記大型調圧弁と、上記大型エゼク
タポンプとの間にシャット弁を備えることを特徴とする
請求項7〜10の何れか一に記載の燃料電池システム。
12. The fuel cell system according to claim 7, further comprising a shutoff valve between the large pressure regulating valve and the large ejector pump.
【請求項13】 上記制御手段は、上記小型調圧弁、上
記小型エゼクタポンプで調圧及び循環量の調整可能な燃
料ガス流量範囲内では、上記大型調圧弁を全閉し、上記
大型エゼクタポンプの循環口に備えられたシャット弁を
全閉し、上記小型エゼクタポンプの循環口に備えられた
シャット弁を全開し、上記大型調圧部弁と上記大型エゼ
クタポンプとの間のシャット弁を全閉し、上記小型調圧
弁及び小型エゼクタポンプで調圧及び循環量を調整する
よう制御し、 上記大型調圧弁、上記大型エゼクタポンプで調圧及び循
環量の調整可能な燃料ガス流量範囲内では、上記小型調
圧弁を全開し、上記大型エゼクタポンプの循環口に備え
られたシャット弁を全開し、上記小型エゼクタポンプの
循環口に備えられたシャット弁を全閉し、上記大型調圧
部弁と上記大型エゼクタポンプとの間のシャット弁を全
開し、上記大型調圧弁及び大型エゼクタポンプで調圧及
び循環量を調整するよう制御することを特徴とする請求
項12記載の燃料電池システム。
13. The large pressure regulating valve is fully closed within a fuel gas flow rate range in which the pressure regulation and the circulation amount can be adjusted by the small pressure regulating valve and the small ejector pump. The shut valve provided at the circulation port is fully closed, the shut valve provided at the circulation port of the small ejector pump is fully opened, and the shut valve between the large pressure regulating section valve and the large ejector pump is fully closed. Then, the small pressure regulating valve and the small ejector pump are controlled so as to regulate the pressure regulation and the circulation amount, and the large pressure regulating valve and the large ejector pump can regulate the pressure regulation and the circulation amount within the range of the fuel gas flow rate which can be regulated. The small pressure regulating valve is fully opened, the shut valve provided in the circulation port of the large ejector pump is fully opened, the shut valve provided in the circulation port of the small ejector pump is fully closed, and the large pressure regulating valve is opened. The fully open shutoff valve between the large ejector pump, the fuel cell system of claim 12, wherein the controller controls so as to adjust the pressure regulating and circulation quantity with the large pressure regulating valve and large ejector pump.
【請求項14】 上記制御手段は、上記小型調圧弁、上
記小型エゼクタポンプで調圧及び循環量の調整可能な燃
料ガス流量範囲内では、上記大型調圧弁を全閉し、上記
大型エゼクタポンプの循環口に備えられたシャット弁を
全閉し、上記小型エゼクタポンプの循環口に備えられた
シャット弁を全開し、上記大型調圧部弁と上記大型エゼ
クタポンプとの間のシャット弁を全閉し、上記小型調圧
弁及び小型エゼクタポンプで調圧及び循環量を調整する
よう制御し、 上記大型調圧弁、上記大型エゼクタポンプで調圧及び循
環量の調整可能な燃料ガス流量範囲内では、上記小型調
圧弁を全閉し、上記大型エゼクタポンプの循環口に備え
られたシャット弁を全開し、上記小型エゼクタポンプの
循環口に備えられたシャット弁を全閉し、上記大型調圧
部弁と上記大型エゼクタポンプとの間のシャット弁を全
開し、上記大型調圧弁及び大型エゼクタポンプで調圧及
び循環量を調整するよう制御することを特徴とする請求
項12記載の燃料電池システム。
14. The control means closes the large pressure regulating valve fully within a fuel gas flow rate range in which the pressure regulation and the circulation amount can be adjusted by the small pressure regulating valve and the small ejector pump. The shut valve provided at the circulation port is fully closed, the shut valve provided at the circulation port of the small ejector pump is fully opened, and the shut valve between the large pressure regulating section valve and the large ejector pump is fully closed. Then, the small pressure regulating valve and the small ejector pump are controlled so as to regulate the pressure regulation and the circulation amount, and the large pressure regulating valve and the large ejector pump can regulate the pressure regulation and the circulation amount within the range of the fuel gas flow rate which can be regulated. The small pressure regulating valve is fully closed, the shut valve provided in the circulation port of the large ejector pump is fully opened, the shut valve provided in the circulation port of the small ejector pump is fully closed, and the large pressure regulating valve is opened. The fully open shutoff valve between the large ejector pump, the fuel cell system of claim 12, wherein the controller controls so as to adjust the pressure regulating and circulation quantity with the large pressure regulating valve and large ejector pump.
【請求項15】 電解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極と
が対設された燃料電池と、 上記燃料電池の発電状態に応じて所定流量の酸化剤ガス
を上記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給手段と、 上記燃料電池の発電状態に応じて所定流量の燃料ガスを
上記燃料電池に供給する燃料ガス供給手段と、 上記燃料ガス供給手段の後段に並列に配され、上記燃料
電池に供給する燃料ガスの圧力を調整する複数の調圧弁
と、 上記各調圧弁と上記燃料電池との間に配され、上記燃料
ガスを循環させる複数のエゼクタポンプと、 上記各エゼクタポンプの後段に配された複数のシャット
弁と、 上記燃料電池の上記酸化剤極と、上記燃料極との排気中
に含まれる水分を回収する水分回収手段と、 上記水分回収手段によって回収した水分を上記燃料電池
に供給する水供給手段と、 外部からの燃料電池出力要求に応じて上記各調圧弁の開
度を制御することにより、複数の調圧弁の開度の組み合
わせで、燃料電池出力要求に要求される燃料ガス圧力の
全範囲を満たす制御手段とを備え、 複数のエゼクタポンプの循環流量の組み合わせで、燃料
電池出力要求で要求される全範囲での燃料ガス循環流量
を満たすことを特徴とする燃料電池システム。
15. A fuel cell in which a fuel electrode and an oxidant electrode are opposed to each other with an electrolyte membrane interposed therebetween, and an oxidant for supplying a predetermined flow rate of an oxidant gas to the fuel cell according to a power generation state of the fuel cell. Gas supply means, fuel gas supply means for supplying a predetermined flow rate of fuel gas to the fuel cell according to the power generation state of the fuel cell, and fuel gas supply means A plurality of pressure regulating valves for adjusting the pressure of the fuel gas to be supplied; a plurality of ejector pumps disposed between the respective pressure regulating valves and the fuel cell to circulate the fuel gas; and a plurality of ejector pumps disposed after the respective ejector pumps. A plurality of shut-off valves, the oxidizer electrode of the fuel cell, a water collecting means for collecting water contained in exhaust gas from the fuel electrode, and supplying the water collected by the water collecting means to the fuel cell. Do By controlling the opening degree of each pressure regulating valve in response to a supply means and a fuel cell output request from the outside, the combination of the opening degrees of the plurality of pressure regulating valves allows the fuel gas pressure required for the fuel cell output request to be adjusted. A fuel cell system comprising: control means that satisfies the entire range, and satisfies a fuel gas circulating flow rate in an entire range required by a fuel cell output request by a combination of circulating flow rates of a plurality of ejector pumps.
【請求項16】 上記複数の調圧弁は、上記燃料ガスの
上記燃料電池への供給が小流量である場合の燃料ガスの
圧力を調整する小型調圧弁、上記燃料ガスの上記燃料電
池への供給が大流量である場合の燃料ガスの圧力を調整
する大型調圧弁であることを特徴とする請求項15記載
の燃料電池システム。
16. The small pressure regulating valve for regulating the pressure of the fuel gas when the supply of the fuel gas to the fuel cell is a small flow rate, and the supply of the fuel gas to the fuel cell. 16. The fuel cell system according to claim 15, wherein the fuel cell system is a large pressure regulating valve for adjusting the pressure of the fuel gas when the flow rate is large.
【請求項17】 上記複数のエゼクタポンプは、上記燃
料ガスが小流量で供給されている場合に上記燃料電池か
らの余剰燃料ガスを循環させる小型エゼクタポンプと、
上記燃料ガスが大流量で供給されている場合に上記燃料
電池からの余剰燃料ガスを循環させる大型エゼクタポン
プとであることを特徴とする請求項16記載の燃料電池
システム。
17. A small ejector pump for circulating surplus fuel gas from the fuel cell when the fuel gas is supplied at a small flow rate, the plurality of ejector pumps;
17. The fuel cell system according to claim 16, wherein the fuel cell system is a large-sized ejector pump for circulating surplus fuel gas from the fuel cell when the fuel gas is supplied at a large flow rate.
【請求項18】 上記小型調圧弁の調圧可能範囲と、上
記小型エゼクタポンプの循環可能範囲となる燃料ガス流
量範囲はほぼ同等であり、 上記大型調圧弁の調圧可能範囲と、上記大型エゼクタポ
ンプの循環可能範囲となる燃料ガス流量範囲はほぼ同等
であることを特徴とする請求項17記載の燃料電池シス
テム。
18. The pressure controllable range of the small pressure regulating valve is substantially equal to the fuel gas flow rate range which is the circulatable range of the small ejector pump. The pressure controllable range of the large pressure regulating valve and the large ejector 18. The fuel cell system according to claim 17, wherein the fuel gas flow rate ranges that can be circulated by the pump are substantially equal.
【請求項19】 上記制御手段は、上記小型調圧弁、上
記小型エゼクタポンプで調圧及び循環量の調整可能な燃
料ガス流量範囲内では、上記大型エゼクタポンプの後段
に備えられたシャット弁を全閉し、上記小型エゼクタポ
ンプの後段に備えられたシャット弁を全開し、上記小型
調圧弁及び小型エゼクタポンプで調圧及び循環量を調整
するよう制御し、 上記大型調圧弁、上記大型エゼクタポンプで調圧及び循
環量の調整可能な燃料ガス流量範囲内では、上記大型エ
ゼクタポンプの後段に備えられたシャット弁を全開し、
上記小型エゼクタポンプの後段に備えられたシャット弁
を全閉し、上記大型調圧弁及び大型エゼクタポンプで調
圧及び循環量を調整するよう制御することを特徴とする
請求項18記載の燃料電池システム。
19. The control means includes means for shutting off a shut-off valve provided at a stage subsequent to the large-sized ejector pump within a range of a fuel gas flow rate in which the pressure regulation and the circulation amount can be adjusted by the small-sized pressure regulating valve and the small-sized ejector pump. Close and fully open the shut valve provided at the subsequent stage of the small ejector pump, control the pressure regulation and the circulation amount with the small pressure regulating valve and the small ejector pump, and adjust the large pressure regulating valve and the large ejector pump with the large pressure regulating valve and the large ejector pump. Within the fuel gas flow rate range where the pressure regulation and the circulation amount can be adjusted, the shut valve provided at the subsequent stage of the large ejector pump is fully opened,
19. The fuel cell system according to claim 18, wherein a shut-off valve provided at a stage subsequent to the small ejector pump is fully closed, and the large pressure regulating valve and the large ejector pump are controlled so as to regulate the pressure and the circulation amount. .
【請求項20】 上記制御手段は、上記小型調圧弁、上
記小型エゼクタポンプで調圧及び循環量の調整可能な燃
料ガス流量範囲内では、上記大型エゼクタポンプの後段
に備えられたシャット弁を全閉し、上記小型エゼクタポ
ンプの後段に備えられたシャット弁を全開し、上記小型
調圧弁及び小型エゼクタポンプで調圧及び循環量を調整
するよう制御し、 上記大型調圧弁、上記大型エゼクタポンプで調圧及び循
環量の調整可能な燃料ガス流量範囲内では、上記大型エ
ゼクタポンプの後段に備えられたシャット弁を全開し、
上記小型エゼクタポンプの後段に備えられたシャット弁
を全閉し、上記大型調圧弁及び大型エゼクタポンプで調
圧及び循環量を調整するよう制御することを特徴とする
請求項18記載の燃料電池システム。
20. The control means according to claim 1, wherein said small pressure regulating valve and said small ejector pump are provided with a shutoff valve provided at a subsequent stage of said large ejector pump in a fuel gas flow rate range in which the pressure regulation and circulation amount can be adjusted. Close and fully open the shut valve provided at the subsequent stage of the small ejector pump, control the pressure regulation and the circulation amount with the small pressure regulating valve and the small ejector pump, and adjust the large pressure regulating valve and the large ejector pump with the large pressure regulating valve and the large ejector pump. Within the fuel gas flow rate range where the pressure regulation and the circulation amount can be adjusted, the shut valve provided at the subsequent stage of the large ejector pump is fully opened,
19. The fuel cell system according to claim 18, wherein a shut-off valve provided at a stage subsequent to the small ejector pump is fully closed, and the large pressure regulating valve and the large ejector pump are controlled so as to regulate the pressure and the circulation amount. .
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