JP2003021071A - ガス昇圧装置 - Google Patents
ガス昇圧装置Info
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- JP2003021071A JP2003021071A JP2001209309A JP2001209309A JP2003021071A JP 2003021071 A JP2003021071 A JP 2003021071A JP 2001209309 A JP2001209309 A JP 2001209309A JP 2001209309 A JP2001209309 A JP 2001209309A JP 2003021071 A JP2003021071 A JP 2003021071A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低コスト及びエネルギ効率の向上を図るガス
昇圧装置の提供。 【解決手段】モータ110の回転を往復運動に変換してガ
ス圧縮するダイアフラム111を有するポンプ手段11と、
モータ110の回転数又はダイアフラム111の往復動数を計
測する計測手段12と、ポンプ手段11の吸入側ガス圧力を
測定する吸入圧力測定手段13と、ポンプ手段11の吐出側
ガス圧力を測定する吐出圧力測定手段14と、ポンプ手段
11の吸入側ガスの温度を測定する温度測定手段15と、回
転数又は往復動数、吸入側ガス圧力、吐出側ガス圧力及
び吸入側ガス温度を基に、所定の理論式からポンプ手段
11の吐出流量を演算し、この演算結果に基づいてモータ
110の回転数を制御する制御手段16と、を備え、流量セ
ンサ及び流量調整弁を用いることなく、圧力や吸入側の
ガス温度により吐出量を求める。
昇圧装置の提供。 【解決手段】モータ110の回転を往復運動に変換してガ
ス圧縮するダイアフラム111を有するポンプ手段11と、
モータ110の回転数又はダイアフラム111の往復動数を計
測する計測手段12と、ポンプ手段11の吸入側ガス圧力を
測定する吸入圧力測定手段13と、ポンプ手段11の吐出側
ガス圧力を測定する吐出圧力測定手段14と、ポンプ手段
11の吸入側ガスの温度を測定する温度測定手段15と、回
転数又は往復動数、吸入側ガス圧力、吐出側ガス圧力及
び吸入側ガス温度を基に、所定の理論式からポンプ手段
11の吐出流量を演算し、この演算結果に基づいてモータ
110の回転数を制御する制御手段16と、を備え、流量セ
ンサ及び流量調整弁を用いることなく、圧力や吸入側の
ガス温度により吐出量を求める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、燃料電池
システムに燃料ガスを供給するためのガス昇圧装置に関
する。
システムに燃料ガスを供給するためのガス昇圧装置に関
する。
【０００２】
【背景技術】従来、家庭や小規模事業所の発電や給湯、
暖房等の熱を効率良く供給システムとして、都市ガスを
燃料とする燃料電池システムが知られている。この燃料
電池システムは、都市ガスから生成（改質）した水素を
燃料電池セルに供給し、この燃料電池セルで水素と酸素
とを化学反応させることによって発電しながら、同時に
発生する熱エネルギを給湯や暖房に利用するものであ
る。
暖房等の熱を効率良く供給システムとして、都市ガスを
燃料とする燃料電池システムが知られている。この燃料
電池システムは、都市ガスから生成（改質）した水素を
燃料電池セルに供給し、この燃料電池セルで水素と酸素
とを化学反応させることによって発電しながら、同時に
発生する熱エネルギを給湯や暖房に利用するものであ
る。
【０００３】ところで、我が国の一般家庭への都市ガス
の供給圧力は低圧であるため、都市ガス管を直接に燃料
電池システムに繋いでも、燃料電池システムに十分な都
市ガス流量を供給することができないので、燃料電池シ
ステムにはガス昇圧装置が設けられている。従来のガス
昇圧装置が特開2000-299120に示されている。この特開2
000-299120の概略構成が図６に示されている。
の供給圧力は低圧であるため、都市ガス管を直接に燃料
電池システムに繋いでも、燃料電池システムに十分な都
市ガス流量を供給することができないので、燃料電池シ
ステムにはガス昇圧装置が設けられている。従来のガス
昇圧装置が特開2000-299120に示されている。この特開2
000-299120の概略構成が図６に示されている。
【０００４】図６において、燃料電池システムは、ガス
供給管５１から供給される都市ガスと水蒸気発生器５２
から供給される水蒸気とを改質器５３に供給し、この改
質器５３で都市ガスを改質し、この改質ガスを一酸化炭
素変成器５４及び一酸化炭素除去器５５を通過させ、一
酸化炭素を除去した後の水素と空気中の酸素とを燃料電
池本体５６に供給する基本構成であり、ガス供給管５１
に加圧ポンプ５７及び流量調整弁５８が設けられてい
る。図６で示される加圧ポンプ５７と流量調整弁５８と
はガス昇圧装置を構成するものであって、流量調整弁５
８は差圧流量計、熱線式流量計等の流量センサを用いて
流量を検出し、その値が所定の流量となるように調整す
るものである。
供給管５１から供給される都市ガスと水蒸気発生器５２
から供給される水蒸気とを改質器５３に供給し、この改
質器５３で都市ガスを改質し、この改質ガスを一酸化炭
素変成器５４及び一酸化炭素除去器５５を通過させ、一
酸化炭素を除去した後の水素と空気中の酸素とを燃料電
池本体５６に供給する基本構成であり、ガス供給管５１
に加圧ポンプ５７及び流量調整弁５８が設けられてい
る。図６で示される加圧ポンプ５７と流量調整弁５８と
はガス昇圧装置を構成するものであって、流量調整弁５
８は差圧流量計、熱線式流量計等の流量センサを用いて
流量を検出し、その値が所定の流量となるように調整す
るものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】小型の都市ガス用燃料
電池システムにおいては、燃料ガス及び空気流量を流量
センサを用いて制御しているが、流量が２０リットル／
min以下程度の小型ポンプを用いた昇圧装置では、流量
センサ及び流量調整弁５８自体の価格が高く、装置全体
としての低コスト化に限界がある。また、流量調整弁５
８で流量制御を行う場合、ポンプ自体の供給電力を制御
しないので、流量を少なくしてもポンプの消費電力は減
らず、エネルギ効率が悪いものになっている。
電池システムにおいては、燃料ガス及び空気流量を流量
センサを用いて制御しているが、流量が２０リットル／
min以下程度の小型ポンプを用いた昇圧装置では、流量
センサ及び流量調整弁５８自体の価格が高く、装置全体
としての低コスト化に限界がある。また、流量調整弁５
８で流量制御を行う場合、ポンプ自体の供給電力を制御
しないので、流量を少なくしてもポンプの消費電力は減
らず、エネルギ効率が悪いものになっている。
【０００６】本発明の目的は、低コスト及びエネルギ効
率の向上を図ることができるガス昇圧装置を提供するこ
とにある。
率の向上を図ることができるガス昇圧装置を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そのため、本件のガス昇
圧装置にかかる第１発明は、燃料ガスから生成された水
素ガスを酸素と反応させて発電する燃料電池システムに
設けられるガス昇圧装置であって、モータ及びこのモー
タの回転を往復運動に変換して前記ガスを圧縮する圧縮
機構を有するポンプ手段と、前記モータの回転数又は前
記圧縮機構の往復動数を計測する計測手段と、前記ポン
プ手段の吸入側ガスの圧力を測定する吸入圧力測定手段
と、前記ポンプ手段の吐出側ガスの圧力を測定する吐出
圧力測定手段と、前記ポンプ手段の吸入側ガスの温度を
測定する温度測定手段と、前記計測手段で計測された回
転数又は往復動数、前記吸入圧力測定手段で測定された
吸入側ガスの圧力、前記吐出圧力測定手段で測定された
吐出側ガスの圧力及び温度測定手段で測定された吸入側
ガスの温度を基に、前記ポンプ手段の吐出流量を演算
し、この演算結果に基づいて前記モータの回転数又は前
記圧縮機構の往復動数を制御する制御手段と、を備えた
ことを特徴とする。
圧装置にかかる第１発明は、燃料ガスから生成された水
素ガスを酸素と反応させて発電する燃料電池システムに
設けられるガス昇圧装置であって、モータ及びこのモー
タの回転を往復運動に変換して前記ガスを圧縮する圧縮
機構を有するポンプ手段と、前記モータの回転数又は前
記圧縮機構の往復動数を計測する計測手段と、前記ポン
プ手段の吸入側ガスの圧力を測定する吸入圧力測定手段
と、前記ポンプ手段の吐出側ガスの圧力を測定する吐出
圧力測定手段と、前記ポンプ手段の吸入側ガスの温度を
測定する温度測定手段と、前記計測手段で計測された回
転数又は往復動数、前記吸入圧力測定手段で測定された
吸入側ガスの圧力、前記吐出圧力測定手段で測定された
吐出側ガスの圧力及び温度測定手段で測定された吸入側
ガスの温度を基に、前記ポンプ手段の吐出流量を演算
し、この演算結果に基づいて前記モータの回転数又は前
記圧縮機構の往復動数を制御する制御手段と、を備えた
ことを特徴とする。
【０００８】また、本件のガス昇圧装置にかかる第２発
明は、燃料ガスから生成された水素ガスを酸素と反応さ
せて発電する燃料電池システムに設けられるガス昇圧装
置であって、モータ及びこのモータの回転を往復運動に
変換して前記ガスを圧縮する圧縮機構を有するポンプ手
段と、前記モータの回転数又は前記圧縮機構の往復動数
を計測する計測手段と、前記ポンプ手段の吸入側ガスの
温度を測定する温度測定手段と、前記ポンプ手段の吐出
側ガスの圧力を大気圧力を基準として測定する吐出圧力
測定手段と、前記計測手段で計測された回転数又は往復
動数、前記吐出圧力測定手段で測定された吐出側ガスの
圧力及び前記温度測定手段で測定された吸入側ガスの温
度を基に、前記ポンプ手段の吐出流量を演算し、この演
算結果に基づいて前記モータの回転数又は前記圧縮機構
の往復動数を制御する制御手段と、を備えたことを特徴
とする。
明は、燃料ガスから生成された水素ガスを酸素と反応さ
せて発電する燃料電池システムに設けられるガス昇圧装
置であって、モータ及びこのモータの回転を往復運動に
変換して前記ガスを圧縮する圧縮機構を有するポンプ手
段と、前記モータの回転数又は前記圧縮機構の往復動数
を計測する計測手段と、前記ポンプ手段の吸入側ガスの
温度を測定する温度測定手段と、前記ポンプ手段の吐出
側ガスの圧力を大気圧力を基準として測定する吐出圧力
測定手段と、前記計測手段で計測された回転数又は往復
動数、前記吐出圧力測定手段で測定された吐出側ガスの
圧力及び前記温度測定手段で測定された吸入側ガスの温
度を基に、前記ポンプ手段の吐出流量を演算し、この演
算結果に基づいて前記モータの回転数又は前記圧縮機構
の往復動数を制御する制御手段と、を備えたことを特徴
とする。
【０００９】このような本発明では、ガスの吐出流量を
次の理論式で求める。
次の理論式で求める。
【００１０】
【数１】
【００１１】この数１を変形すると、次の理論式とな
る。
る。
【００１２】
【数２】
【００１３】ここで、Ｑth＝Ｖs・Ｎ、ε＝（Ｖc／Ｖ
ｓ）である。Ｑは標準状態に換算した吐出量、Ｐdは吐
出圧力、Ｐsは吸入圧力、ｎは圧縮係数、Ｑthはピスト
ン又はダイアフラムからなる圧縮機構のディスプレース
メント（排気量）、Ｔoは273Ｋ、Ｔsは吸入温度、Ｐoは
標準状態の圧力（101.3ＫPa）、Ｖsはピストン又はダイ
アフラムからなる有効吸入容積、Ｖcはすきま容積、Ｎ
はポンプ手段の往復動数、εは隙間比である。有効吸入
容積Ｖs及び隙間比εは定数項であり、この定数項は、
ポンプ手段のポンプ室形状が複雑である場合、寸法測定
から正確に求めることができない。そのため、これらの
定数項の値Ｖs及びεを、予め実験を行い、この実験値
から求めておく。
ｓ）である。Ｑは標準状態に換算した吐出量、Ｐdは吐
出圧力、Ｐsは吸入圧力、ｎは圧縮係数、Ｑthはピスト
ン又はダイアフラムからなる圧縮機構のディスプレース
メント（排気量）、Ｔoは273Ｋ、Ｔsは吸入温度、Ｐoは
標準状態の圧力（101.3ＫPa）、Ｖsはピストン又はダイ
アフラムからなる有効吸入容積、Ｖcはすきま容積、Ｎ
はポンプ手段の往復動数、εは隙間比である。有効吸入
容積Ｖs及び隙間比εは定数項であり、この定数項は、
ポンプ手段のポンプ室形状が複雑である場合、寸法測定
から正確に求めることができない。そのため、これらの
定数項の値Ｖs及びεを、予め実験を行い、この実験値
から求めておく。
【００１４】第１発明では、計測手段で回転数又は往復
動数を計測し、吸入圧力測定手段で吸入側ガスの絶対圧
力を測定し、前記吐出圧力測定手段で吐出側ガスの絶対
圧力を測定し、温度測定手段で吸入側ガスの温度を測定
し、これらの測定データと予め実験で求められた前記定
数項とから前述の理論式に基づいてポンプ手段の吐出流
量を演算し、この演算結果に基づいてモータの回転数又
は圧縮機構の往復動数を制御する。従って、第１発明で
は、圧力や吸入側のガス温度により吐出量が求められる
ため、実際に燃料電池システムに設置されるガス昇圧装
置には高価な流量センサ及び流量調整弁が不要とされ、
装置全体のコストダウンを図ることができる。しかも、
モータの回転数を直接制御することで、無駄なくガスの
吐出量を制御でき、エネルギ効率を良いものにできる。
動数を計測し、吸入圧力測定手段で吸入側ガスの絶対圧
力を測定し、前記吐出圧力測定手段で吐出側ガスの絶対
圧力を測定し、温度測定手段で吸入側ガスの温度を測定
し、これらの測定データと予め実験で求められた前記定
数項とから前述の理論式に基づいてポンプ手段の吐出流
量を演算し、この演算結果に基づいてモータの回転数又
は圧縮機構の往復動数を制御する。従って、第１発明で
は、圧力や吸入側のガス温度により吐出量が求められる
ため、実際に燃料電池システムに設置されるガス昇圧装
置には高価な流量センサ及び流量調整弁が不要とされ、
装置全体のコストダウンを図ることができる。しかも、
モータの回転数を直接制御することで、無駄なくガスの
吐出量を制御でき、エネルギ効率を良いものにできる。
【００１５】また、第２発明では、吸入圧力を大気圧力
とし、吐出圧力のみゲージ圧力で測定する。つまり、第
２発明では、モータの回転数又は圧縮機構の往復動数を
計測手段で計測し、ポンプ手段の吸入側ガスの温度を温
度測定手段で測定し、前記ポンプ手段の吐出側ガスの圧
力を大気圧力を基準として吐出圧力測定手段で測定し、
これらの測定値と前記定数項とから前述の理論式に基づ
いてポンプ手段の吐出流量を演算し、この演算結果に基
づいてモータの回転数又は前記圧縮機構の往復動数を制
御する。従って、第２発明では、吐出圧力測定手段とし
て絶対圧力センサより安価なゲージ圧センサを利用する
ことができるため、第１発明の効果に加えて、装置全体
のコストをより低下させることができる。
とし、吐出圧力のみゲージ圧力で測定する。つまり、第
２発明では、モータの回転数又は圧縮機構の往復動数を
計測手段で計測し、ポンプ手段の吸入側ガスの温度を温
度測定手段で測定し、前記ポンプ手段の吐出側ガスの圧
力を大気圧力を基準として吐出圧力測定手段で測定し、
これらの測定値と前記定数項とから前述の理論式に基づ
いてポンプ手段の吐出流量を演算し、この演算結果に基
づいてモータの回転数又は前記圧縮機構の往復動数を制
御する。従って、第２発明では、吐出圧力測定手段とし
て絶対圧力センサより安価なゲージ圧センサを利用する
ことができるため、第１発明の効果に加えて、装置全体
のコストをより低下させることができる。
【００１６】ここで、前述の構成の第１及び第２発明で
は、前記制御手段で演算される式の定数項の値を、実験
値から最小二乗法によって予め求める構成が好ましい。
この構成の発明では、前述の理論式に基づいて、最小二
乗法で求める基本式から吐出量を求める。この基本式は
次式となる。
は、前記制御手段で演算される式の定数項の値を、実験
値から最小二乗法によって予め求める構成が好ましい。
この構成の発明では、前述の理論式に基づいて、最小二
乗法で求める基本式から吐出量を求める。この基本式は
次式となる。
【００１７】
【数３】
【００１８】ここで、ｂ0はゼロ点補正係数、ｂ1はディ
スプレースメント係数（＝Ｖs・（１＋ε））、ｂ2は隙
間比係数（＝ε・Ｖs）である。本発明では、ｂ0、
ｂ1、ｂ 2をポンプ手段を作動させて種々の条件でＱ、
Ｎ、Ｐs、Ｐd、Ｔsを測定し、この測定結果に基づいて
ｂ0、ｂ1、ｂ2を最小二乗法により求める。ｂ0、ｂ1、
ｂ2が求まったなら、数３で示す式にＮ、Ｐs（絶対圧
力）、Ｐd（絶対圧力）、Ｔsの測定値並びにＴoを入力
して吐出流量を制御手段で演算し、これを基にモータの
回転数を制御し、流量制御をする。また、Ｎ、Ｐd（ゲ
ージ圧）、Ｔsを測定して吐出流量を制御するものでも
よい。従って、この構成の発明では、演算式の定数項を
求めるにあたり、最小二乗法という汎用されている方式
を用いるので、この方式をコンピュータの演算プログラ
ムに組み込むことで、容易に定数項を求めることができ
る。
スプレースメント係数（＝Ｖs・（１＋ε））、ｂ2は隙
間比係数（＝ε・Ｖs）である。本発明では、ｂ0、
ｂ1、ｂ 2をポンプ手段を作動させて種々の条件でＱ、
Ｎ、Ｐs、Ｐd、Ｔsを測定し、この測定結果に基づいて
ｂ0、ｂ1、ｂ2を最小二乗法により求める。ｂ0、ｂ1、
ｂ2が求まったなら、数３で示す式にＮ、Ｐs（絶対圧
力）、Ｐd（絶対圧力）、Ｔsの測定値並びにＴoを入力
して吐出流量を制御手段で演算し、これを基にモータの
回転数を制御し、流量制御をする。また、Ｎ、Ｐd（ゲ
ージ圧）、Ｔsを測定して吐出流量を制御するものでも
よい。従って、この構成の発明では、演算式の定数項を
求めるにあたり、最小二乗法という汎用されている方式
を用いるので、この方式をコンピュータの演算プログラ
ムに組み込むことで、容易に定数項を求めることができ
る。
【００１９】また、本発明では、前記モータは直流ブラ
シレスモータであり、かつ、前記計測手段は前記直流ブ
ラシレスモータの極性切り換え信号を検出して前記モー
タの回転数を測定する構成としてもよい。この構成の発
明では、直流ブラシレスモータの極性の切り換え信号に
より、モータの正確な回転数を電気的に把握することが
できるので、制御手段における演算処理を正確に実行す
ることができる。
シレスモータであり、かつ、前記計測手段は前記直流ブ
ラシレスモータの極性切り換え信号を検出して前記モー
タの回転数を測定する構成としてもよい。この構成の発
明では、直流ブラシレスモータの極性の切り換え信号に
より、モータの正確な回転数を電気的に把握することが
できるので、制御手段における演算処理を正確に実行す
ることができる。
【００２０】さらに、本発明では、前記計測手段は前記
圧縮機構の往復動数を吐出圧力の変動から測定する構成
としてもよい。この構成の発明では、圧縮機構の往復動
に伴って吐出圧力が正確に変動するため、この吐出圧力
を測定することで、往復動数の測定を正確に行える。そ
のため、制御手段における演算処理を正確に実行するこ
とができる。
圧縮機構の往復動数を吐出圧力の変動から測定する構成
としてもよい。この構成の発明では、圧縮機構の往復動
に伴って吐出圧力が正確に変動するため、この吐出圧力
を測定することで、往復動数の測定を正確に行える。そ
のため、制御手段における演算処理を正確に実行するこ
とができる。
【００２１】また、本発明では、前記制御手段は、吐出
流量値を演算する演算部と、この演算部で演算された吐
出流量における吐出圧力と前記演算された吐出流量にお
いて予め設定された吐出圧力との差が所定値以上となっ
た場合に警報信号を出力する警報部とを備えた構成とし
てもよい。この構成の発明では、吐出圧力が予め設定さ
れた吐出圧力より所定値以上の差が生じた場合には警報
信号が発せられることで、装置の故障を未然に防止する
ことができる。
流量値を演算する演算部と、この演算部で演算された吐
出流量における吐出圧力と前記演算された吐出流量にお
いて予め設定された吐出圧力との差が所定値以上となっ
た場合に警報信号を出力する警報部とを備えた構成とし
てもよい。この構成の発明では、吐出圧力が予め設定さ
れた吐出圧力より所定値以上の差が生じた場合には警報
信号が発せられることで、装置の故障を未然に防止する
ことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１には第１実施形態のガス昇圧装
置１０が組み込まれた燃料発電装置１のブロック図が示
されている。図１において、燃料発電装置１は、住宅内
に設けられ、住宅の敷地外にあるガス本管とガス管２を
介して接続されたガス昇圧装置１０と、このガス昇圧装
置１０とガス管２を介して接続された燃料電池システム
２０とを備えている。
基づいて説明する。図１には第１実施形態のガス昇圧装
置１０が組み込まれた燃料発電装置１のブロック図が示
されている。図１において、燃料発電装置１は、住宅内
に設けられ、住宅の敷地外にあるガス本管とガス管２を
介して接続されたガス昇圧装置１０と、このガス昇圧装
置１０とガス管２を介して接続された燃料電池システム
２０とを備えている。
【００２３】燃料電池システム２０は、ガス昇圧装置１
０で昇圧された都市ガスと水蒸気発生器２１から供給さ
れた水蒸気とから水素リッチなガスを生成する改質器２
２と、この改質器２２に接続された一酸化炭素変成器２
３と、この一酸化炭素変成器２３に接続された一酸化炭
素除去器２４と、この一酸化炭素除去器２４に接続され
た燃料電池本体２５と、この燃料電池本体２５に空気を
供給するファン２６とを備えている。
０で昇圧された都市ガスと水蒸気発生器２１から供給さ
れた水蒸気とから水素リッチなガスを生成する改質器２
２と、この改質器２２に接続された一酸化炭素変成器２
３と、この一酸化炭素変成器２３に接続された一酸化炭
素除去器２４と、この一酸化炭素除去器２４に接続され
た燃料電池本体２５と、この燃料電池本体２５に空気を
供給するファン２６とを備えている。
【００２４】一酸化炭素変成器２３は、改質器２２で生
成された水素リッチなガスの成分のうち一酸化炭素成分
を二酸化炭素成分に変成させるものである。一酸化炭素
除去器２４は、ＣＯ変成器２３で変成された水素リッチ
なガスから一酸化炭素成分を除去して水素ガスを取り出
すものである。燃料電池本体２５は一酸化炭素除去器２
４を通過した水素と、ファン２６から供給される空気中
の酸素とから化学反応により電気エネルギを発生させ
る。
成された水素リッチなガスの成分のうち一酸化炭素成分
を二酸化炭素成分に変成させるものである。一酸化炭素
除去器２４は、ＣＯ変成器２３で変成された水素リッチ
なガスから一酸化炭素成分を除去して水素ガスを取り出
すものである。燃料電池本体２５は一酸化炭素除去器２
４を通過した水素と、ファン２６から供給される空気中
の酸素とから化学反応により電気エネルギを発生させ
る。
【００２５】ガス昇圧装置１０は、ガス管２を通して供
給された燃料ガスとしての都市ガスを昇圧し、ガス管２
を通して燃料電池システム２０に供給するものであり、
その構成は、モータ１１０及びダイアフラム１１１を有
するポンプ手段１１と、モータ１１０の回転数を計測す
る計測手段１２と、ポンプ手段１１のガス圧力を測定す
る吸入圧力測定手段１３及び吐出圧力測定手段１４と、
ポンプ手段１１の内部温度を測定する温度測定手段１５
と、モータ１１０の回転数を制御してポンプ手段１１の
吐出量を制御する制御手段１６とを備えたものである。
給された燃料ガスとしての都市ガスを昇圧し、ガス管２
を通して燃料電池システム２０に供給するものであり、
その構成は、モータ１１０及びダイアフラム１１１を有
するポンプ手段１１と、モータ１１０の回転数を計測す
る計測手段１２と、ポンプ手段１１のガス圧力を測定す
る吸入圧力測定手段１３及び吐出圧力測定手段１４と、
ポンプ手段１１の内部温度を測定する温度測定手段１５
と、モータ１１０の回転数を制御してポンプ手段１１の
吐出量を制御する制御手段１６とを備えたものである。
【００２６】ポンプ手段１１は有効吸入容積Ｖs及び隙
間比εのポンプ室を有するダイアフラム式ポンプであ
る。モータ１１０は直流ブラシレスモータである。ダイ
アフラム１１１はモータ１１０の回転を往復運動に変換
して都市ガスを圧縮する圧縮機構を構成するものであ
り、本実施形態では、ダイアフラム１１１に代えてピス
トンを圧縮機構として用いてもよい。計測手段１２は、
モータ１１０の極性切り換え信号を検出してモータ１１
０の回転数を測定する構成である。
間比εのポンプ室を有するダイアフラム式ポンプであ
る。モータ１１０は直流ブラシレスモータである。ダイ
アフラム１１１はモータ１１０の回転を往復運動に変換
して都市ガスを圧縮する圧縮機構を構成するものであ
り、本実施形態では、ダイアフラム１１１に代えてピス
トンを圧縮機構として用いてもよい。計測手段１２は、
モータ１１０の極性切り換え信号を検出してモータ１１
０の回転数を測定する構成である。
【００２７】本実施形態では、この構成に代えて計測手
段１２を、ダイアフラム１１１又はピストンの往復動数
を吐出圧力の変動から測定する構成としてもよい。この
場合、ダイアフラム１１１又はピストンの往復動数は、
吐出圧力測定手段１４の出力から直流成分を差し引い
て、その脈動成分の周波数を測定することで求められ
る。つまり、図２のグラフに示される通り、所定圧力
（10ＫPa）を中心として、圧力が周期的に変化してい
る。これは、ポンプの吐出工程で吐出圧力が上がる一
方、吸入工程で吐出圧力が下がっていることを示すもの
である。このように、吐出圧力の変動周波数の交流成分
からポンプ往復動数を算定できる。
段１２を、ダイアフラム１１１又はピストンの往復動数
を吐出圧力の変動から測定する構成としてもよい。この
場合、ダイアフラム１１１又はピストンの往復動数は、
吐出圧力測定手段１４の出力から直流成分を差し引い
て、その脈動成分の周波数を測定することで求められ
る。つまり、図２のグラフに示される通り、所定圧力
（10ＫPa）を中心として、圧力が周期的に変化してい
る。これは、ポンプの吐出工程で吐出圧力が上がる一
方、吸入工程で吐出圧力が下がっていることを示すもの
である。このように、吐出圧力の変動周波数の交流成分
からポンプ往復動数を算定できる。
【００２８】吸入圧力測定手段１３は、ポンプ手段１１
の上流側、つまり、吸入側ガスの絶対圧力を測定するも
のであり、半導体式圧力センサ、その他の公知の圧力計
が使用される。吐出圧力測定手段１４は、ポンプ手段１
１の下流側、つまり、吐出側ガスの絶対圧力を測定する
ものであり、半導体式圧力センサ、その他の公知の圧力
計が使用される。温度測定手段１５は、ポンプ手段１１
の上流側、つまり、吸入側のガス温度を測定するもので
あり、電気抵抗の変化を利用した抵抗温度計、熱起電力
の変化を利用した熱電温度計、その他の公知の温度計が
使用される。
の上流側、つまり、吸入側ガスの絶対圧力を測定するも
のであり、半導体式圧力センサ、その他の公知の圧力計
が使用される。吐出圧力測定手段１４は、ポンプ手段１
１の下流側、つまり、吐出側ガスの絶対圧力を測定する
ものであり、半導体式圧力センサ、その他の公知の圧力
計が使用される。温度測定手段１５は、ポンプ手段１１
の上流側、つまり、吸入側のガス温度を測定するもので
あり、電気抵抗の変化を利用した抵抗温度計、熱起電力
の変化を利用した熱電温度計、その他の公知の温度計が
使用される。
【００２９】制御手段１６は、吐出流量値を演算する演
算部１６１と、この演算部１６１で演算された吐出流量
となるようにポンプ手段１１のモータ１１０の回転駆動
を制御する駆動部１６２と、演算された吐出流量値にお
ける吐出圧力と演算された吐出流量値において予め設定
された吐出圧力との差が所定値以上となった場合に警報
信号を出力する警報部１６３とを有する。駆動部１６２
は、モータ１１０の回転数を制御するために、モータ１
１０の印加電圧又はモータ電流を変化させてモータ消費
電力を制御する。例えば、ガス流量を少なくする場合に
は、モータ消費電力を少なくしてモータ回転数を少なく
する。なお、モータ１１０に交流モータを使用する場合
には、モータ１１０への印加電圧の周波数を制御回路で
調整する。
算部１６１と、この演算部１６１で演算された吐出流量
となるようにポンプ手段１１のモータ１１０の回転駆動
を制御する駆動部１６２と、演算された吐出流量値にお
ける吐出圧力と演算された吐出流量値において予め設定
された吐出圧力との差が所定値以上となった場合に警報
信号を出力する警報部１６３とを有する。駆動部１６２
は、モータ１１０の回転数を制御するために、モータ１
１０の印加電圧又はモータ電流を変化させてモータ消費
電力を制御する。例えば、ガス流量を少なくする場合に
は、モータ消費電力を少なくしてモータ回転数を少なく
する。なお、モータ１１０に交流モータを使用する場合
には、モータ１１０への印加電圧の周波数を制御回路で
調整する。
【００３０】警報部１６３は、警報音の発生や警報灯の
点滅、その他の適宜な信号を発する手段から構成され
る。演算部１６１は、計測手段１２で計測された回転数
又は往復動数、吸入圧力測定手段１３で測定された吸入
側ガスの圧力、吐出圧力測定手段１４で測定された吐出
側ガスの圧力及び温度測定手段１５で測定された吸入側
ガスの温度を基に、ポンプ手段１１の吐出流量値を演算
するものである。演算部１６１で演算するために用いら
れる理論式は次の通りである。
点滅、その他の適宜な信号を発する手段から構成され
る。演算部１６１は、計測手段１２で計測された回転数
又は往復動数、吸入圧力測定手段１３で測定された吸入
側ガスの圧力、吐出圧力測定手段１４で測定された吐出
側ガスの圧力及び温度測定手段１５で測定された吸入側
ガスの温度を基に、ポンプ手段１１の吐出流量値を演算
するものである。演算部１６１で演算するために用いら
れる理論式は次の通りである。
【００３１】
【数４】
【００３２】ここで、Ｑth＝Ｖs・Ｎ、ε＝（Ｖc／Ｖ
ｓ）である。この数４を変形すると、次式となる。
ｓ）である。この数４を変形すると、次式となる。
【００３３】
【数５】
【００３４】以上の式において、Ｑは標準状態に換算し
た吐出量、Ｐdは吐出圧力、Ｐsは吸入圧力、ｎは圧縮係
数、Ｑthはピストン又はダイアフラムからなる圧縮機構
のディスプレースメント（排気量）、Ｔoは273Ｋ、Ｔs
は吸入温度、Ｐoは標準状態の圧力（101.3ＫPa）、Ｖs
はピストン又はダイアフラムからなる圧縮機構の有効吸
入容積、Ｖcはすきま容積、Ｎはポンプ手段の往復動
数、εは隙間比である。有効吸入容積Ｖs及び隙間比ε
は定数項であり、この定数項は本実施形態のポンプ手段
１１では、そのポンプ室形状が複雑であるため、寸法測
定から正確に求めることができない。そのため、これら
の定数項の値Ｖs及びεを、予め行う実験から求めてお
く。本実施形態では、数５で展開された理論式に基づい
て、最小二乗法で求める基本式から吐出量を求める。こ
の基本式は次式である。
た吐出量、Ｐdは吐出圧力、Ｐsは吸入圧力、ｎは圧縮係
数、Ｑthはピストン又はダイアフラムからなる圧縮機構
のディスプレースメント（排気量）、Ｔoは273Ｋ、Ｔs
は吸入温度、Ｐoは標準状態の圧力（101.3ＫPa）、Ｖs
はピストン又はダイアフラムからなる圧縮機構の有効吸
入容積、Ｖcはすきま容積、Ｎはポンプ手段の往復動
数、εは隙間比である。有効吸入容積Ｖs及び隙間比ε
は定数項であり、この定数項は本実施形態のポンプ手段
１１では、そのポンプ室形状が複雑であるため、寸法測
定から正確に求めることができない。そのため、これら
の定数項の値Ｖs及びεを、予め行う実験から求めてお
く。本実施形態では、数５で展開された理論式に基づい
て、最小二乗法で求める基本式から吐出量を求める。こ
の基本式は次式である。
【００３５】
【数６】
【００３６】ここで、ｂ0はゼロ点補正係数、ｂ1はディ
スプレースメント係数（＝Ｖs・（１＋ε））、ｂ2は隙
間比係数（＝ε・Ｖs）であり、ともに定数項である。
本実施形態では、ｂ0、ｂ1、ｂ2の定数項を実験装置を
用いて予め求めておく。定数項を求めるための実験装置
を図３に基づいて説明する。図３において、実験装置
は、ポンプ手段３１と、このポンプ手段３１のガス圧力
を測定する吸入圧力測定手段３３及び吐出圧力測定手段
３４と、ポンプ手段３１の内部温度を測定する温度測定
手段３５とを備えている。
スプレースメント係数（＝Ｖs・（１＋ε））、ｂ2は隙
間比係数（＝ε・Ｖs）であり、ともに定数項である。
本実施形態では、ｂ0、ｂ1、ｂ2の定数項を実験装置を
用いて予め求めておく。定数項を求めるための実験装置
を図３に基づいて説明する。図３において、実験装置
は、ポンプ手段３１と、このポンプ手段３１のガス圧力
を測定する吸入圧力測定手段３３及び吐出圧力測定手段
３４と、ポンプ手段３１の内部温度を測定する温度測定
手段３５とを備えている。
【００３７】ポンプ手段３１は、モータ３１０及びダイ
アフラム３１１を有するものであり、ポンプ手段１１と
同様の構造である。モータ３１０の回転数は、計測手段
１２と同様構造の計測手段３２で計測される。吸入圧力
測定手段３３、吐出圧力測定手段３４及び温度測定手段
３５は、それぞれ、吸入圧力測定手段１３、吐出圧力測
定手段１４及び温度測定手段１５と同様の構造である。
ポンプ手段３１の上流側、つまり、吸入側には減圧弁４
１が設けられ、ポンプ手段３１の下流側、つまり、吐出
側には可変絞り４２及び流量センサ４３が設けられてい
る。
アフラム３１１を有するものであり、ポンプ手段１１と
同様の構造である。モータ３１０の回転数は、計測手段
１２と同様構造の計測手段３２で計測される。吸入圧力
測定手段３３、吐出圧力測定手段３４及び温度測定手段
３５は、それぞれ、吸入圧力測定手段１３、吐出圧力測
定手段１４及び温度測定手段１５と同様の構造である。
ポンプ手段３１の上流側、つまり、吸入側には減圧弁４
１が設けられ、ポンプ手段３１の下流側、つまり、吐出
側には可変絞り４２及び流量センサ４３が設けられてい
る。
【００３８】実験にあたり、ポンプ手段３１を種々の条
件で作動し、その際の吸入圧力、吐出圧力、吸入温度及
びモータ３１０の回転数と、流量センサ４３で求められ
る吐出流量とから定数項ｂ0、ｂ1、ｂ2を最小二乗法で
求める。最小二乗法を用いて定数項ｂ0、ｂ1、ｂ2を求
めるにあたり、図示しないコンピュータを用いても良
く、この場合、コンピュータの演算プログラムに最小二
乗法の数式を組み込むものとしてもよい。なお、吸入圧
力は減圧弁４１で変化させ、吐出圧力は可変絞り４２で
変化させる。
件で作動し、その際の吸入圧力、吐出圧力、吸入温度及
びモータ３１０の回転数と、流量センサ４３で求められ
る吐出流量とから定数項ｂ0、ｂ1、ｂ2を最小二乗法で
求める。最小二乗法を用いて定数項ｂ0、ｂ1、ｂ2を求
めるにあたり、図示しないコンピュータを用いても良
く、この場合、コンピュータの演算プログラムに最小二
乗法の数式を組み込むものとしてもよい。なお、吸入圧
力は減圧弁４１で変化させ、吐出圧力は可変絞り４２で
変化させる。
【００３９】定数項が求まったなら、数６で示す数式を
基に、実際に燃料電池システム２０に設けるポンプ手段
１１の吐出流量を演算部１６１で求める。つまり、実験
で求められた定数項ｂ0、ｂ1、ｂ2を演算部１６１の演
算プログラムに入力しておき、この演算部１６１では、
計測手段１２で計測された回転数又は往復動数、吸入圧
力測定手段１３で測定された吸入側ガスの圧力、吐出圧
力測定手段１４で測定された吐出側ガスの圧力及び温度
測定手段１５で測定された吸入側ガスの温度の各測定値
が入力されると、これらの測定値と、予め入力されてい
る定数項ｂ0、ｂ1、ｂ2とから数６で示される数式を基
に、ポンプ手段１１の吐出流量値Ｑを演算する。
基に、実際に燃料電池システム２０に設けるポンプ手段
１１の吐出流量を演算部１６１で求める。つまり、実験
で求められた定数項ｂ0、ｂ1、ｂ2を演算部１６１の演
算プログラムに入力しておき、この演算部１６１では、
計測手段１２で計測された回転数又は往復動数、吸入圧
力測定手段１３で測定された吸入側ガスの圧力、吐出圧
力測定手段１４で測定された吐出側ガスの圧力及び温度
測定手段１５で測定された吸入側ガスの温度の各測定値
が入力されると、これらの測定値と、予め入力されてい
る定数項ｂ0、ｂ1、ｂ2とから数６で示される数式を基
に、ポンプ手段１１の吐出流量値Ｑを演算する。
【００４０】従って、第１実施形態では、次の作用効果
を奏することができる。 １）モータ１１０及びこのモータ１１０の回転を往復運
動に変換してガスを圧縮するダイアフラム１１１を有す
るポンプ手段１１と、モータ１１０の回転数又はダイア
フラム１１１の往復動数を計測する計測手段１２と、ポ
ンプ手段１１の吸入側ガスの圧力を測定する吸入圧力測
定手段１３と、ポンプ手段１１の吐出側ガスの圧力を測
定する吐出圧力測定手段１４と、ポンプ手段１１の吸入
側ガスの温度を測定する温度測定手段１５と、計測手段
１２で計測された回転数又は往復動数、吸入圧力測定手
段１３で測定された吸入側ガスの圧力、吐出圧力測定手
段１４で測定された吐出側ガスの圧力及び温度測定手段
１５で測定された吸入側ガスの温度を基に、所定の理論
式からポンプ手段１１の吐出流量を演算し、この演算結
果に基づいてモータ１１０の回転数を制御する制御手段
１６と、を備えてガス昇圧装置１０を構成したから、流
量センサ及び流量調整弁を用いることなく、圧力や吸入
側のガス温度により吐出量が求められるため、ガスの流
量制御を精度良く行うことができる。そのため、実際に
燃料電池システム２０に設置されるガス昇圧装置１０に
は高価な流量センサ及び流量調整弁が不要とされるの
で、装置全体のコストダウンを図ることができる。しか
も、モータ１１０の回転数を直接制御することで、無駄
なくガスの吐出量を制御でき、エネルギ効率を良いもの
にできる。
を奏することができる。 １）モータ１１０及びこのモータ１１０の回転を往復運
動に変換してガスを圧縮するダイアフラム１１１を有す
るポンプ手段１１と、モータ１１０の回転数又はダイア
フラム１１１の往復動数を計測する計測手段１２と、ポ
ンプ手段１１の吸入側ガスの圧力を測定する吸入圧力測
定手段１３と、ポンプ手段１１の吐出側ガスの圧力を測
定する吐出圧力測定手段１４と、ポンプ手段１１の吸入
側ガスの温度を測定する温度測定手段１５と、計測手段
１２で計測された回転数又は往復動数、吸入圧力測定手
段１３で測定された吸入側ガスの圧力、吐出圧力測定手
段１４で測定された吐出側ガスの圧力及び温度測定手段
１５で測定された吸入側ガスの温度を基に、所定の理論
式からポンプ手段１１の吐出流量を演算し、この演算結
果に基づいてモータ１１０の回転数を制御する制御手段
１６と、を備えてガス昇圧装置１０を構成したから、流
量センサ及び流量調整弁を用いることなく、圧力や吸入
側のガス温度により吐出量が求められるため、ガスの流
量制御を精度良く行うことができる。そのため、実際に
燃料電池システム２０に設置されるガス昇圧装置１０に
は高価な流量センサ及び流量調整弁が不要とされるの
で、装置全体のコストダウンを図ることができる。しか
も、モータ１１０の回転数を直接制御することで、無駄
なくガスの吐出量を制御でき、エネルギ効率を良いもの
にできる。
【００４１】２）制御手段１６で演算される式の定数項
の値を、実験値から最小二乗法によって予め求める構成
であるため、最小二乗法という汎用されている方式をコ
ンピュータの演算プログラムに組み込むことで、容易か
つ正確に定数項を求めることができる。そのため、この
点からも、ガスの流量制御を精度良く行うことができ
る。
の値を、実験値から最小二乗法によって予め求める構成
であるため、最小二乗法という汎用されている方式をコ
ンピュータの演算プログラムに組み込むことで、容易か
つ正確に定数項を求めることができる。そのため、この
点からも、ガスの流量制御を精度良く行うことができ
る。
【００４２】３）モータ１１０は直流ブラシレスモータ
であり、かつ、計測手段１２は直流ブラシレスモータの
極性切り換え信号を検出してモータ１１０の回転数を測
定するので、直流ブラシレスモータの極性の切り換え信
号により、モータ１１０の正確な回転数を電気的に把握
し、制御手段１６における演算処理を正確に実行するこ
とができる。
であり、かつ、計測手段１２は直流ブラシレスモータの
極性切り換え信号を検出してモータ１１０の回転数を測
定するので、直流ブラシレスモータの極性の切り換え信
号により、モータ１１０の正確な回転数を電気的に把握
し、制御手段１６における演算処理を正確に実行するこ
とができる。
【００４３】４）計測手段１２はダイアフラム１１１の
往復動数を吐出圧力の変動から測定する構成であるた
め、ダイアフラム１１１等の往復動に伴って吐出圧力が
正確に変動するため、この吐出圧力を測定することで、
往復動数の測定を正確に行える。そのため、制御手段に
おける演算処理を正確に実行することができる。
往復動数を吐出圧力の変動から測定する構成であるた
め、ダイアフラム１１１等の往復動に伴って吐出圧力が
正確に変動するため、この吐出圧力を測定することで、
往復動数の測定を正確に行える。そのため、制御手段に
おける演算処理を正確に実行することができる。
【００４４】５）制御手段１６は、吐出流量を演算する
演算部１６１と、この演算部１６１で演算された吐出流
量における吐出圧力と演算された吐出流量において予め
設定された吐出圧力との差が所定値以上となった場合に
警報信号を出力する警報部１６３とを備えた構成である
ため、吐出圧力が予め設定された吐出圧力より所定値以
上の差が生じた場合には警報信号が発せられることで、
装置の故障を未然に防止することができる。つまり、ポ
ンプ手段１１自体、並びにポンプ手段１１から吐出圧力
測定手段１４の間でガス漏れが生じている場合、モータ
１１０の回転数に対して吐出圧力が上昇しないので、演
算される流量値が多くなる。換言すれば、モータ１１０
の回転数が同じ場合に、初期状態において演算される流
量に対してガス漏れが発生している場合には演算される
流量が多くなる。また、燃料電池システム２０の圧力損
失は、改質器２２等の劣化により徐々に増加する。その
ため、モータ１１０の回転数が同じ場合に、初期状態に
おいて演算されるガス流量に対して流路の圧力損失が多
くなった場合に演算される流量は少なくなる。ここで、
モータ１１０の回転数と吐出圧力と吐出流量を初期状態
から監視することで、ガス流路の異常を判別し、異常が
あった場合には、警報部１６３で警報信号を発信し、装
置の故障を防止できる。
演算部１６１と、この演算部１６１で演算された吐出流
量における吐出圧力と演算された吐出流量において予め
設定された吐出圧力との差が所定値以上となった場合に
警報信号を出力する警報部１６３とを備えた構成である
ため、吐出圧力が予め設定された吐出圧力より所定値以
上の差が生じた場合には警報信号が発せられることで、
装置の故障を未然に防止することができる。つまり、ポ
ンプ手段１１自体、並びにポンプ手段１１から吐出圧力
測定手段１４の間でガス漏れが生じている場合、モータ
１１０の回転数に対して吐出圧力が上昇しないので、演
算される流量値が多くなる。換言すれば、モータ１１０
の回転数が同じ場合に、初期状態において演算される流
量に対してガス漏れが発生している場合には演算される
流量が多くなる。また、燃料電池システム２０の圧力損
失は、改質器２２等の劣化により徐々に増加する。その
ため、モータ１１０の回転数が同じ場合に、初期状態に
おいて演算されるガス流量に対して流路の圧力損失が多
くなった場合に演算される流量は少なくなる。ここで、
モータ１１０の回転数と吐出圧力と吐出流量を初期状態
から監視することで、ガス流路の異常を判別し、異常が
あった場合には、警報部１６３で警報信号を発信し、装
置の故障を防止できる。
【００４５】次に、本発明の第２実施形態を説明する。
第１実施形態では、吐出圧力及び吸入圧力を絶対圧力で
測定していたが、第２実施形態では、吐出圧力のみゲー
ジ圧力で測定し、吸入圧力測定手段を用いない点で第１
実施形態と異なる。第２実施形態は第１実施形態とは吸
入圧力測定手段１３を用いない点で相違するが、他の構
成は同じであるため、図１を参照して説明する。
第１実施形態では、吐出圧力及び吸入圧力を絶対圧力で
測定していたが、第２実施形態では、吐出圧力のみゲー
ジ圧力で測定し、吸入圧力測定手段を用いない点で第１
実施形態と異なる。第２実施形態は第１実施形態とは吸
入圧力測定手段１３を用いない点で相違するが、他の構
成は同じであるため、図１を参照して説明する。
【００４６】第２実施形態は、計測手段１２で計測され
た回転数又は往復動数と、吐出圧力測定手段１４で測定
された大気圧力を基準として測定された吐出側ガスの圧
力と、温度測定手段１５で測定された吸入側ガスの温度
とを基に、演算部１６１でポンプ手段１１の吐出流量を
演算する構成である。吸入圧力は一般的に大気圧力を基
準とした圧力（ゲージ圧）で１〜２ＫPaの範囲で安定し
ている。ゲージ圧で測定してガスの流量を求める場合、
数６で示す式では、吸入圧力Ｐsを１気圧（101.3ＫPa）
とする。吐出圧力Ｐdは１気圧＋吐出圧力（ゲージ圧）
である。定数項は絶対圧で算出した値と異なるが、最小
二乗法で定数項を求めることで、大気圧が950〜1100ｈP
aの範囲では算出誤差に対して影響がない。
た回転数又は往復動数と、吐出圧力測定手段１４で測定
された大気圧力を基準として測定された吐出側ガスの圧
力と、温度測定手段１５で測定された吸入側ガスの温度
とを基に、演算部１６１でポンプ手段１１の吐出流量を
演算する構成である。吸入圧力は一般的に大気圧力を基
準とした圧力（ゲージ圧）で１〜２ＫPaの範囲で安定し
ている。ゲージ圧で測定してガスの流量を求める場合、
数６で示す式では、吸入圧力Ｐsを１気圧（101.3ＫPa）
とする。吐出圧力Ｐdは１気圧＋吐出圧力（ゲージ圧）
である。定数項は絶対圧で算出した値と異なるが、最小
二乗法で定数項を求めることで、大気圧が950〜1100ｈP
aの範囲では算出誤差に対して影響がない。
【００４７】図４には、吸入圧力を950〜1100ｈPaの範
囲で変化させた場合に、吐出圧力、吸入圧力を絶対圧力
で計算した算出流量の誤差が示されている。図５には、
図４と同じ測定データを使用し、吐出圧力をゲージ圧
で、吸入圧力を１気圧で計算した場合の算出流量の誤差
が示されている。図４及び図５では、ともに、算出誤差
が＋４％から−４％に位置しており、両者の算出誤差に
変わりがないことがわかる。
囲で変化させた場合に、吐出圧力、吸入圧力を絶対圧力
で計算した算出流量の誤差が示されている。図５には、
図４と同じ測定データを使用し、吐出圧力をゲージ圧
で、吸入圧力を１気圧で計算した場合の算出流量の誤差
が示されている。図４及び図５では、ともに、算出誤差
が＋４％から−４％に位置しており、両者の算出誤差に
変わりがないことがわかる。
【００４８】第２実施形態では、第１実施形態と同様
に、図３で示される実験装置であって吸入圧力測定手段
を省略したものを利用して数６の理論式の定数項を求
め、この定数項を予め制御手段１６の演算部１６１に記
憶させるとともに、数６の理論式に基づいてガスの吐出
流量を制御する。従って、第２実施形態では、第１実施
形態の１）から５）の作用効果に加えて次の作用効果を
奏することができる。 ６）モータ１１０及びこのモータ１１０の回転を往復運
動に変換してガスを圧縮するダイアフラム１１１を有す
るポンプ手段１１と、モータ１１０の回転数又はダイア
フラム１１１の往復動数を計測する計測手段１２と、ポ
ンプ手段１１の吐出側ガスの圧力を大気圧力を基準とし
て測定する吐出圧力測定手段１４と、ポンプ手段１１の
吸入側ガスの温度を測定する温度測定手段１５と、計測
手段１２で計測された回転数又は往復動数、吐出圧力測
定手段１４で測定された吐出側ガスの圧力及び温度測定
手段１５で測定された吸入側ガスの温度を基に、所定の
理論式からポンプ手段１１の吐出流量を演算し、この演
算結果に基づいてモータ１１０の回転数を制御する制御
手段１６と、を備えてガス昇圧装置１０を構成したか
ら、吐出圧力測定手段１４として絶対圧力センサより安
価なゲージ圧センサを利用することができるため、装置
全体のコストをより低下させることができる。
に、図３で示される実験装置であって吸入圧力測定手段
を省略したものを利用して数６の理論式の定数項を求
め、この定数項を予め制御手段１６の演算部１６１に記
憶させるとともに、数６の理論式に基づいてガスの吐出
流量を制御する。従って、第２実施形態では、第１実施
形態の１）から５）の作用効果に加えて次の作用効果を
奏することができる。 ６）モータ１１０及びこのモータ１１０の回転を往復運
動に変換してガスを圧縮するダイアフラム１１１を有す
るポンプ手段１１と、モータ１１０の回転数又はダイア
フラム１１１の往復動数を計測する計測手段１２と、ポ
ンプ手段１１の吐出側ガスの圧力を大気圧力を基準とし
て測定する吐出圧力測定手段１４と、ポンプ手段１１の
吸入側ガスの温度を測定する温度測定手段１５と、計測
手段１２で計測された回転数又は往復動数、吐出圧力測
定手段１４で測定された吐出側ガスの圧力及び温度測定
手段１５で測定された吸入側ガスの温度を基に、所定の
理論式からポンプ手段１１の吐出流量を演算し、この演
算結果に基づいてモータ１１０の回転数を制御する制御
手段１６と、を備えてガス昇圧装置１０を構成したか
ら、吐出圧力測定手段１４として絶対圧力センサより安
価なゲージ圧センサを利用することができるため、装置
全体のコストをより低下させることができる。
【００４９】即ち、ゲージ圧力センサは絶対圧力センサ
よりもコストが低く、測定範囲が狭くても十分な精度を
得ることができるため、装置全体のコストを低いものに
できる。しかも、第２実施形態では、第１実施形態に比
べて使用される圧力測定手段の種類が少ないので、この
点からも、装置全体のコストを低いものにできる。
よりもコストが低く、測定範囲が狭くても十分な精度を
得ることができるため、装置全体のコストを低いものに
できる。しかも、第２実施形態では、第１実施形態に比
べて使用される圧力測定手段の種類が少ないので、この
点からも、装置全体のコストを低いものにできる。
【００５０】なお、本発明は、前記実施形態に限定され
るものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等
を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、数３から図６で示される数
式に基づいてガスの吐出量を演算したが、本発明では、
他の数式を用いてガス吐出量を演算するものでもよい。
仮に、数３から数６の数式を用いるとしても、本発明で
は、数６で示される式において、補正項を設けてもよ
い。また、制御手段１６に必ずしも警報部１６３を設け
ることを要しない。さらに、制御手段１６で演算される
式の定数項の値を実験値から求めるにあたり、必ずしも
最小二乗法を用いることを要しない。
るものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等
を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、数３から図６で示される数
式に基づいてガスの吐出量を演算したが、本発明では、
他の数式を用いてガス吐出量を演算するものでもよい。
仮に、数３から数６の数式を用いるとしても、本発明で
は、数６で示される式において、補正項を設けてもよ
い。また、制御手段１６に必ずしも警報部１６３を設け
ることを要しない。さらに、制御手段１６で演算される
式の定数項の値を実験値から求めるにあたり、必ずしも
最小二乗法を用いることを要しない。
【００５１】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
燃料ガスから生成された水素ガスを酸素と反応させて発
電する燃料電池システムに設けられるガス昇圧装置であ
って、モータ及びこのモータの回転を往復運動に変換し
て前記ガスを圧縮する圧縮機構を有するポンプ手段と、
前記モータの回転数又は前記圧縮機構の往復動数を計測
する計測手段と、前記ポンプ手段の吸入側ガスの圧力を
測定する吸入圧力測定手段と、前記ポンプ手段の吐出側
ガスの圧力を測定する吐出圧力測定手段と、前記ポンプ
手段の吸入側ガスの温度を測定する温度測定手段と、前
記計測手段で計測された回転数又は往復動数、前記吸入
圧力測定手段で測定された吸入側ガスの圧力、前記吐出
圧力測定手段で測定された吐出側ガスの圧力及び温度測
定手段で測定された吸入側ガスの温度を基に、前記ポン
プ手段の吐出流量を演算し、この演算結果に基づいて前
記モータの回転数又は前記圧縮機構の往復動数を制御す
る制御手段と、を備えたから、圧力や吸入側のガス温度
により吐出量が求められるため、実際に燃料電池システ
ムに設置されるガス昇圧装置には高価な流量センサ及び
流量調整弁が不要とされ、装置全体のコストダウンを図
ることができる。しかも、モータの回転数を直接制御す
ることで、無駄なくガスの吐出量を制御でき、エネルギ
効率を良いものにできる。
燃料ガスから生成された水素ガスを酸素と反応させて発
電する燃料電池システムに設けられるガス昇圧装置であ
って、モータ及びこのモータの回転を往復運動に変換し
て前記ガスを圧縮する圧縮機構を有するポンプ手段と、
前記モータの回転数又は前記圧縮機構の往復動数を計測
する計測手段と、前記ポンプ手段の吸入側ガスの圧力を
測定する吸入圧力測定手段と、前記ポンプ手段の吐出側
ガスの圧力を測定する吐出圧力測定手段と、前記ポンプ
手段の吸入側ガスの温度を測定する温度測定手段と、前
記計測手段で計測された回転数又は往復動数、前記吸入
圧力測定手段で測定された吸入側ガスの圧力、前記吐出
圧力測定手段で測定された吐出側ガスの圧力及び温度測
定手段で測定された吸入側ガスの温度を基に、前記ポン
プ手段の吐出流量を演算し、この演算結果に基づいて前
記モータの回転数又は前記圧縮機構の往復動数を制御す
る制御手段と、を備えたから、圧力や吸入側のガス温度
により吐出量が求められるため、実際に燃料電池システ
ムに設置されるガス昇圧装置には高価な流量センサ及び
流量調整弁が不要とされ、装置全体のコストダウンを図
ることができる。しかも、モータの回転数を直接制御す
ることで、無駄なくガスの吐出量を制御でき、エネルギ
効率を良いものにできる。
【図１】本発明の実施形態にかかるガス昇圧装置が組み
込まれた燃料発電装置のブロック図である。
込まれた燃料発電装置のブロック図である。
【図２】時間と吐出圧力との関係を示すグラフである。
【図３】定数項を求める実験装置のブロック図である。
【図４】絶対圧で計算した算出誤差を示すグラフであ
る。
る。
【図５】ゲージ圧で計算した算出誤差を示すグラフであ
る。
る。
【図６】従来例のガス昇圧装置が組み込まれた燃料発電
装置のブロック図である。
装置のブロック図である。
１ 燃料発電装置
１０ ガス昇圧装置
１１ ポンプ手段
１２ 計測手段
１３ 吸入圧力測定手段
１４ 吐出圧力測定手段
１５ 温度測定手段
１６ 制御手段
２０ 燃料電池システム
１１０ モータ
１１１ ダイアフラム（圧縮機構）
１６１ 演算部
１６２ 駆動部
１６３ 警報部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 3H045 AA02 AA09 AA12 AA25 BA00
BA32 CA02 CA03 CA09 CA19
DA05 EA38
5H027 AA02 BA17 KK01 KK31 MM09
Claims (6)
- 【請求項１】 燃料ガスから生成された水素ガスを酸素
と反応させて発電する燃料電池システムに設けられるガ
ス昇圧装置であって、 モータ及びこのモータの回転を往復運動に変換して前記
ガスを圧縮する圧縮機構を有するポンプ手段と、前記モ
ータの回転数又は前記圧縮機構の往復動数を計測する計
測手段と、前記ポンプ手段の吸入側ガスの圧力を測定す
る吸入圧力測定手段と、前記ポンプ手段の吐出側ガスの
圧力を測定する吐出圧力測定手段と、前記ポンプ手段の
吸入側ガスの温度を測定する温度測定手段と、前記計測
手段で計測された回転数又は往復動数、前記吸入圧力測
定手段で測定された吸入側ガスの圧力、前記吐出圧力測
定手段で測定された吐出側ガスの圧力及び温度測定手段
で測定された吸入側ガスの温度を基に、前記ポンプ手段
の吐出流量を演算し、この演算結果に基づいて前記モー
タの回転数又は前記圧縮機構の往復動数を制御する制御
手段と、を備えたことを特徴とするガス昇圧装置。 - 【請求項２】 燃料ガスから生成された水素ガスを酸素
と反応させて発電する燃料電池システムに設けられるガ
ス昇圧装置であって、 モータ及びこのモータの回転を往復運動に変換して前記
ガスを圧縮する圧縮機構を有するポンプ手段と、前記モ
ータの回転数又は前記圧縮機構の往復動数を計測する計
測手段と、前記ポンプ手段の吸入側ガスの温度を測定す
る温度測定手段と、前記ポンプ手段の吐出側ガスの圧力
を大気圧力を基準として測定する吐出圧力測定手段と、
前記計測手段で計測された回転数又は往復動数、前記吐
出圧力測定手段で測定された吐出側ガスの圧力及び前記
温度測定手段で測定された吸入側ガスの温度を基に、前
記ポンプ手段の吐出流量を演算し、この演算結果に基づ
いて前記モータの回転数又は前記圧縮機構の往復動数を
制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするガス昇
圧装置。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載のガス昇圧装置にお
いて、 前記制御手段で演算される式の定数項の値を、実験値か
ら最小二乗法によって予め求めることを特徴とするガス
昇圧装置。 - 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載のガス
昇圧装置において、前記モータは直流ブラシレスモータ
であり、前記計測手段は前記直流ブラシレスモータの極
性切り換え信号を検出して前記モータの回転数を測定す
ることを特徴とするガス昇圧装置。 - 【請求項５】 請求項１から３のいずれかに記載のガス
昇圧装置において、前記計測手段は前記圧縮機構の往復
動数を吐出圧力の変動から測定することを特徴とするガ
ス昇圧測定装置。 - 【請求項６】 請求項１から５のいずれかに記載のガス
昇圧装置において、前記制御手段は、吐出流量値を演算
する演算部と、この演算部で演算された吐出流量におけ
る吐出圧力と前記演算された吐出流量において予め設定
された吐出圧力との差が所定値以上となった場合に警報
信号を出力する警報部とを備えたことを特徴とするガス
昇圧装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001209309A JP2003021071A (ja) | 2001-07-10 | 2001-07-10 | ガス昇圧装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001209309A JP2003021071A (ja) | 2001-07-10 | 2001-07-10 | ガス昇圧装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003021071A true JP2003021071A (ja) | 2003-01-24 |
Family
ID=19044983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001209309A Withdrawn JP2003021071A (ja) | 2001-07-10 | 2001-07-10 | ガス昇圧装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003021071A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004093230A1 (ja) * | 2003-04-17 | 2004-10-28 | Nissan Motor Co. Ltd. | 燃料電池システム及びその制御方法 |
| JP2009076328A (ja) * | 2007-09-20 | 2009-04-09 | Toshiba Corp | 燃料電池発電システム及びその制御方法 |
| JP2012117435A (ja) * | 2010-11-30 | 2012-06-21 | Ulvac Kiko Inc | ポンプ装置及びその制御方法 |
| JPWO2013121462A1 (ja) * | 2012-02-16 | 2015-05-11 | アルバック機工株式会社 | ポンプ装置及びその制御方法 |
| JP2019125156A (ja) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | 株式会社日立産機システム | 空圧システムのリアルタイム制御装置および方法 |
-
2001
- 2001-07-10 JP JP2001209309A patent/JP2003021071A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004093230A1 (ja) * | 2003-04-17 | 2004-10-28 | Nissan Motor Co. Ltd. | 燃料電池システム及びその制御方法 |
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| JP2012117435A (ja) * | 2010-11-30 | 2012-06-21 | Ulvac Kiko Inc | ポンプ装置及びその制御方法 |
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| JP2019125156A (ja) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | 株式会社日立産機システム | 空圧システムのリアルタイム制御装置および方法 |
| WO2019142840A1 (ja) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | 株式会社日立産機システム | 空圧システム |
| CN111448391A (zh) * | 2018-01-17 | 2020-07-24 | 株式会社日立产机系统 | 空气压缩系统 |
| US11536263B2 (en) | 2018-01-17 | 2022-12-27 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. | Air pressure system |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20070815 |
|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20081007 |