JP2003168456A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2003168456A
JP2003168456A JP2001369908A JP2001369908A JP2003168456A JP 2003168456 A JP2003168456 A JP 2003168456A JP 2001369908 A JP2001369908 A JP 2001369908A JP 2001369908 A JP2001369908 A JP 2001369908A JP 2003168456 A JP2003168456 A JP 2003168456A
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ejector
gas
fuel gas
fuel
fuel cell
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Motoharu Nishio
元治 西尾
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system, which can maintain a high circulation rate within the wide range amount of the fuel gas supplying flow. <P>SOLUTION: It has a small ejector 104, which shows the high circulation rate when fuel gas has low flow amount by making off-gas from the fuel cell 108 circulate by making fuel gas as a driving flow, and a large ejector 105, which shows the high circulation rate when the fuel gas has except low flow amount by making the gas discharged from the small ejector 104 circulate by making the fuel gas as the driving flow. The introduction of the fuel gas to the small ejector 104 and the large ejector 105 is controlled according to the demand fuel gas flow amount of the fuel cell, so that an ejector circulation rate may become to a predetermined high circulation rate. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池システム、特
に燃料極のオフガスの再利用を行うための燃料循環シス
テムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel circulation system for reusing off gas of a fuel electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池の燃料極から排出された余剰燃
料を再利用する従来のシステムとして、特開平9−22
714号公報のようなものが知られている。これは、燃
料電池システムに新たに供給された燃料ガスと余剰燃料
(オフガス)が混合するエゼクタを設け、また、このエ
ゼクタと燃料極の排出部との間に、燃料極からのオフガ
スを選択的に外部へ排出することができるパージライン
を設置している。
2. Description of the Related Art As a conventional system for reusing excess fuel discharged from the fuel electrode of a fuel cell, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-22
The one disclosed in Japanese Patent No. 714 is known. This is to provide an ejector in which the fuel gas newly supplied to the fuel cell system and the surplus fuel (off gas) are mixed, and the off gas from the fuel electrode is selectively provided between the ejector and the discharge part of the fuel electrode. There is a purge line that can be discharged to the outside.

【0003】エゼクタにより余剰のオフガスを循環供給
して燃料の無駄を省き、また燃料電池の水詰まり時等の
パージ時には、パージラインとシステム外部を流通させ
て大気中にガスを捨てることにより水詰まりを解消して
いる。
Excessive off-gas is circulated by an ejector to reduce waste of fuel, and at the time of purging when the fuel cell is clogged with water, the purge line and the outside of the system are circulated to discharge gas into the atmosphere to clog the water. Has been resolved.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとしている問題点】しかしながら、
この燃料循環システムでは、全運転領域においてエゼク
タによる高循環率を確保することが難しかった。これ
は、低出力時に十分な循環率を得ようとしてエゼクタの
ノズルを小径化すると、この小型のノズルでは高出力時
に抵抗が大きくなって大流量を流しにくくなり、一方、
高出力時に充分な循環率を得ようとして、エゼクタのノ
ズルを大径化すると、この大型のノズルでは低出力時に
は循環率が低下してしまうためである。
[Problems to be solved by the invention] However,
In this fuel circulation system, it was difficult to secure a high circulation rate by the ejector in the entire operation area. This is because if the ejector nozzle is made smaller in diameter in order to obtain a sufficient circulation rate at low output, this small nozzle has a large resistance at high output, making it difficult to flow a large flow rate.
This is because if the diameter of the ejector nozzle is increased in order to obtain a sufficient circulation rate at the time of high output, the circulation rate of this large nozzle will decrease at the time of low output.

【0005】また、燃料電池スタックのセルの水詰まり
が発生してパージが必要になった時、常に余剰の燃料ガ
スを外部に捨てなければならず、燃費を悪化してしまう
という問題があった。
Further, when the cells of the fuel cell stack become clogged with water and need to be purged, surplus fuel gas must always be discharged to the outside, which causes a problem that fuel efficiency is deteriorated. .

【0006】そこで本発明は、低出力時でも高出力時で
も高循環率を得ることができる燃料電池システムを提供
することを目的とする。
[0006] Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of obtaining a high circulation rate at both low output and high output.

【0007】[0007]

【問題点を解決するための手段】第1の発明は、燃料電
池へと燃料ガスを送り込む通路に介装され、駆動流とな
る燃料ガスが高流量のときに高循環率となる大エゼクタ
と、燃料電池からのオフガスを前記大エゼクタの吸込側
へと循環させる通路に介装され、駆動流となる燃料ガス
が低流量のときに高循環率となる小エゼクタと、エゼク
タ循環率が所定の高循環率となるように燃料電池の要求
燃料ガス流量に応じて小エゼクタと大エゼクタへの燃料
ガスの導入を制御する手段と、を備える。
A first aspect of the present invention is directed to a large ejector which is interposed in a passage for feeding a fuel gas to a fuel cell and has a high circulation rate when the fuel gas serving as a driving flow has a high flow rate. , A small ejector which is interposed in a passage for circulating the off gas from the fuel cell to the suction side of the large ejector and has a high circulation rate when the fuel gas serving as a driving flow has a low flow rate, and an ejector circulation rate of a predetermined value. A means for controlling the introduction of the fuel gas into the small ejector and the large ejector according to the required fuel gas flow rate of the fuel cell so as to obtain a high circulation rate.

【0008】第2の発明は、第1の発明において、前記
大エゼクタの燃料ガス供給部の上流側と前記小エゼクタ
の燃料ガス供給部の上流側にそれぞれ可変絞り弁を備
え、前記要求燃料ガス流量に応じて前記大エゼクタと前
記小エゼクタに供給する燃料ガスの流量を制御する。
In a second aspect based on the first aspect, a variable throttle valve is provided upstream of a fuel gas supply section of the large ejector and upstream of a fuel gas supply section of the small ejector, and the required fuel gas is provided. The flow rate of the fuel gas supplied to the large ejector and the small ejector is controlled according to the flow rate.

【0009】第3の発明は、第1の発明において、前記
大エゼクタの燃料ガス供給部の上流側と前記小エゼクタ
の燃料ガス供給部の上流側に切替弁を設け、前記要求燃
料ガス流量に応じて前記大エゼクタと前記小エゼクタに
供給する燃料ガスを切り替える。
In a third aspect based on the first aspect, a switching valve is provided upstream of the fuel gas supply section of the large ejector and upstream of the fuel gas supply section of the small ejector to adjust the required fuel gas flow rate. The fuel gas supplied to the large ejector and the small ejector is switched accordingly.

【0010】第4の発明は、第2または第3の発明にお
いて、前記要求燃料ガス流量が、前記大エゼクタと前記
小エゼクタの循環率が共に所定の高循環率を維持できる
領域では、前記大エゼクタに燃料ガスを供給するように
制御する。
A fourth aspect of the present invention is the fuel cell system according to the second or third aspect, wherein the required fuel gas flow rate is within a range in which the circulation rates of the large ejector and the small ejector can both maintain a predetermined high circulation rate. Control to supply fuel gas to the ejector.

【0011】第5の発明は、第2の発明において、燃料
電池からのオフガスを外部に排出するパージ弁と、燃料
電池のパージ制御を行う必要があるかどうか判断する手
段と、を備え、前記制御手段は、パージ制御を行う必要
があると判断されたとき、前記パージ弁を開くと共に、
そのときの要求燃料ガス流量に応じて開いている可変絞
り弁に加えてもう一方の可変絞り弁も開き、燃料電池へ
流入する燃料ガスとオフガスの混合ガス流量を増大させ
る。
A fifth invention is the fuel cell system according to the second invention, further comprising a purge valve for discharging off-gas from the fuel cell to the outside, and means for judging whether or not the purge control of the fuel cell is necessary. When it is determined that the purge control needs to be performed, the control means opens the purge valve and
In addition to the variable throttle valve that is opened according to the required fuel gas flow rate at that time, the other variable throttle valve is also opened to increase the mixed gas flow rate of the fuel gas and the off gas flowing into the fuel cell.

【0012】第6の発明は、第2または第3の発明にお
いて、燃料電池からのオフガスを外部に排出するパージ
弁と、燃料電池のパージ制御を行う必要があるかどうか
を判断する手段と、を備え、前記制御手段は、パージ制
御を行う必要があると判断されたとき、前記パージ弁を
閉じたまま、燃料電池へ流入する燃料ガスとオフガスの
混合ガスの循環率が大きくなる方のエゼクタに燃料ガス
を供給するように制御する。
According to a sixth aspect of the present invention, in the second or third aspect, a purge valve for discharging the off gas from the fuel cell to the outside and a means for determining whether or not the purge control of the fuel cell needs to be performed, When it is determined that the purge control needs to be performed, the control means keeps the purge valve closed, and the ejector for which the circulation rate of the mixed gas of the fuel gas and the off gas flowing into the fuel cell becomes large. The fuel gas is controlled to be supplied to.

【0013】第7の発明は第2または第3の発明におい
て、燃料電池からのオフガスを外部に排出するパージ弁
と、起動直後の燃料電池のパージ制御を行う必要がある
かどうか判断する手段と、を備え、前記制御手段は、パ
ージ制御を行う必要があると判断されたとき、前記パー
ジ弁を開くと共に、燃料電池へ流入する燃料ガスとオフ
ガスの混合ガスの循環率が大きくなる方のエゼクタに燃
料ガスを供給するように制御する。
According to a seventh aspect of the invention, in the second or third aspect, a purge valve for discharging the off gas from the fuel cell to the outside and a means for determining whether or not it is necessary to perform purge control of the fuel cell immediately after startup. And the control means opens the purge valve when it is determined that the purge control needs to be performed, and the ejector for which the circulation rate of the mixed gas of the fuel gas and the off-gas flowing into the fuel cell increases. The fuel gas is controlled to be supplied to.

【0014】[0014]

【作用及び効果】第1の発明によれば、要求燃料ガス流
量によってそのときエゼクタ循環率の高い方のエゼクタ
が選択されるので、広範囲の流量に対して常に良好な循
環率を維持することができる。なお、選択されなかった
方のエゼクタには、オフガスもしくは燃料ガスとオフガ
スの混合ガスが流れるが、これらのガスはエゼクタ駆動
流の流れる部分を通過しないので、流路抵抗が増加する
ことがなく、燃料ガス供給系のエネルギ損失を少なくで
きる。
According to the first aspect of the invention, the ejector having the higher ejector circulation rate is selected depending on the required fuel gas flow rate, so that a good circulation rate can be maintained over a wide range of flow rates. it can. The ejector that is not selected flows an off gas or a mixed gas of the fuel gas and the off gas, but since these gases do not pass through the portion where the ejector driving flow flows, the flow path resistance does not increase, Energy loss in the fuel gas supply system can be reduced.

【0015】第2の発明によれば、常に要求される高循
環率となるように大エゼクタと小エゼクタのそれぞれに
供給する燃料ガスの流量を調整することで、より広範囲
の流量に対して高循環率を維持することができる。
According to the second aspect of the present invention, by adjusting the flow rate of the fuel gas supplied to each of the large ejector and the small ejector so that the high circulation rate is always required, the flow rate can be increased over a wider range. The circulation rate can be maintained.

【0016】第3の発明によれば、大エゼクタを介して
燃料ガスを供給する場合と、小エゼクタを介して燃料ガ
スを供給する場合とを切り替えることで、小エゼクタと
大エゼクタを使い分け、広範囲の流量について高循環率
を維持することができる。
According to the third invention, by switching between the case of supplying the fuel gas through the large ejector and the case of supplying the fuel gas through the small ejector, the small ejector and the large ejector can be selectively used and wide range. A high circulation rate can be maintained for the flow rate of.

【0017】第4の発明によれば、どちらのエゼクタで
あっても高循環率が可能な領域では、燃料ガスを大エゼ
クタに供給することで、高循環率を維持しつつ燃料ガス
供給系の圧力損失を低減できる。
According to the fourth aspect of the invention, the fuel gas is supplied to the large ejector in a region where a high circulation rate can be obtained by either ejector, so that the fuel gas supply system can maintain a high circulation rate. Pressure loss can be reduced.

【0018】第5の発明によれば、パージ制御を行う必
要があると判断されたとき、両方の可変絞り弁を開くこ
とにより、外部へオフガスを排出するにもかかわらず、
一時的に燃料電池に供給される流量を増加することで、
パージ時間を短縮することができる。
According to the fifth aspect of the invention, when it is determined that the purge control is required, both variable throttle valves are opened to discharge the off gas to the outside.
By temporarily increasing the flow rate supplied to the fuel cell,
The purge time can be shortened.

【0019】第6の発明によれば、パージ制御を行う必
要があると判断されたとき、燃料電池に流入する混合ガ
スの循環率が大きくなるような方のエゼクタへ燃料ガス
を供給することで、外部にオフガスを排出することな
く、短時間で効率よくパージすることができる。
According to the sixth aspect of the present invention, when it is determined that the purge control is required, the fuel gas is supplied to the ejector having the higher circulation rate of the mixed gas flowing into the fuel cell. In addition, it is possible to efficiently perform the purging in a short time without discharging the off gas to the outside.

【0020】第7の発明によれば、燃料電池の起動直後
のパージ制御を、混合ガスの循環率が大きくなるように
エゼクタに燃料ガスを供給することで、短時間でパージ
を完了することができる。
According to the seventh aspect of the invention, the purge control immediately after the fuel cell is started can be completed in a short time by supplying the fuel gas to the ejector so that the circulation rate of the mixed gas becomes large. it can.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】第1の実施形態の燃料電池システ
ムに備えた燃料循環システムの構成を図1に示す。
FIG. 1 shows the configuration of a fuel circulation system provided in the fuel cell system according to the first embodiment.

【0022】燃料改質システムで生成された水素リッチ
な燃料ガス、または水素ボンベ等からの燃料ガスは供給
部101から燃料循環システムに供給される。供給部1
01から供給された燃料ガスは、分岐した二つの管路1
01a,101bにより分流し、一方は可変絞り弁10
2に、他方は可変絞り弁103にそれぞれ供給される。
そして、可変絞り弁102の下流には小エゼクタ104
が配置され、可変絞り弁103の下流には大エゼクタ1
05が配置される。
Hydrogen-rich fuel gas produced in the fuel reforming system or fuel gas from a hydrogen cylinder or the like is supplied from the supply unit 101 to the fuel circulation system. Supply unit 1
The fuel gas supplied from 01 is divided into two pipe lines 1
The flow is divided by 01a and 101b, one of which is the variable throttle valve 10
2 and the other is supplied to the variable throttle valve 103.
A small ejector 104 is provided downstream of the variable throttle valve 102.
Is arranged, and the large ejector 1 is provided downstream of the variable throttle valve 103.
05 is arranged.

【0023】可変絞り弁102からの燃料ガスを駆動流
として作動する小エゼクタ104の吸込側である還流ガ
ス入口104cには、燃料電池108の燃料極の排出側
から分岐する循環路115が接続し、燃料電池108か
ら排出される余剰のオフガスである還流ガスを吸引し、
燃料ガスと混合する。
A circulation path 115, which branches from the discharge side of the fuel electrode of the fuel cell 108, is connected to the recirculation gas inlet 104c, which is the suction side of the small ejector 104 which operates by using the fuel gas from the variable throttle valve 102 as a driving flow. Sucking in the excess off-gas, which is the reflux gas, discharged from the fuel cell 108,
Mix with fuel gas.

【0024】燃料電池108の燃料供給通路114に介
装される大エゼクタ105は可変絞り弁103からの燃
料ガスを駆動流として作動し、その吸込側である還流ガ
ス入口105cには小エゼクタ104から排出される燃
料ガスと還流ガスの混合ガスが導入される。
The large ejector 105 installed in the fuel supply passage 114 of the fuel cell 108 operates by using the fuel gas from the variable throttle valve 103 as a driving flow, and the recirculation gas inlet 105c on the suction side of the large ejector 105 from the small ejector 104. A mixed gas of the discharged fuel gas and reflux gas is introduced.

【0025】そして、小エゼクタ104は供給される燃
料ガスが低流量のときに高循環率を発揮し、これに対し
て大エゼクタ105は小エゼクタ104よりも高流量の
ときに高循環率を発揮するように、燃料ガス供給口10
4a、105aと混合ガス排出口104b、105bと
の間にあるノズル径がそれぞれ設定される。具体的に
は、大エゼクタ105のノズル径は、小エゼクタ104
のノズル径よりも大きく設定される。
The small ejector 104 exhibits a high circulation rate when the supplied fuel gas has a low flow rate, while the large ejector 105 exhibits a high circulation rate when the flow rate is higher than that of the small ejector 104. So that the fuel gas supply port 10
The nozzle diameters between 4a and 105a and the mixed gas discharge ports 104b and 105b are set. Specifically, the nozzle diameter of the large ejector 105 is smaller than that of the small ejector 104.
It is set larger than the nozzle diameter of.

【0026】前記可変絞り弁102、103を開閉する
ことにより、小または大エゼクタ104または105の
機能が制御される。すなわち、可変絞り弁102が開い
ている場合には、燃料ガスを駆動流として小エゼクタ1
04が循環路115の還流ガスを吸引して循環に必要な
エネルギを付与し、可変絞り弁102が開いていなけれ
ば循環ガスは小エゼクタ104によって吸引されずに小
エゼクタ104の還流ガス入口104cから混合ガス排
出口104bへ通過し、また可変絞り弁103が開いて
いれば大エゼクタ105により小エゼクタ104からの
混合ガスが吸引され、循環に必要なエネルギが付与さ
れ、可変絞り弁103が開いていない場合には、循環ガ
スは大エゼクタ105によって吸引されずに大エゼクタ
105の還流ガス入口105cから混合ガス排出口10
5bへ通過する。
By opening and closing the variable throttle valves 102 and 103, the function of the small or large ejector 104 or 105 is controlled. That is, when the variable throttle valve 102 is opened, the small ejector 1 uses the fuel gas as a driving flow.
When the variable throttle valve 102 is not opened, the circulation gas is not sucked by the small ejector 104 and is supplied from the recirculation gas inlet 104c of the small ejector 104. If the variable throttle valve 103 has passed to the mixed gas discharge port 104b and the variable throttle valve 103 is open, the large ejector 105 sucks the mixed gas from the small ejector 104, imparts the energy required for circulation, and opens the variable throttle valve 103. If not, the circulating gas is not sucked by the large ejector 105, and the mixed gas exhaust port 10 is supplied from the reflux gas inlet 105c of the large ejector 105.
Pass 5b.

【0027】なお、可変絞り弁102と103の開閉に
ついては運転条件に応じてエゼクタ循環率が所定の高循
環率となるように、後述するコントロールユニット11
2により制御される。
Regarding the opening and closing of the variable throttle valves 102 and 103, the control unit 11 which will be described later is set so that the ejector circulation rate becomes a predetermined high circulation rate according to the operating conditions.
Controlled by 2.

【0028】前記燃料供給通路114には大エゼクタ1
05からの燃料ガスと還流ガスとの混合燃料ガスが導か
れ、この混合ガスは加湿器106において電気化学反応
に必要な水分を十分に含ませてから燃料電池108の燃
料極に供給される。燃料電池108は燃料ガス中の水素
と図示されていない空気極に供給された空気中の酸素を
用いた電気化学反応により発電を行う。
A large ejector 1 is installed in the fuel supply passage 114.
A mixed fuel gas of the fuel gas and the reflux gas from 05 is introduced, and this mixed gas is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 108 after sufficiently containing moisture necessary for the electrochemical reaction in the humidifier 106. The fuel cell 108 generates electricity by an electrochemical reaction using hydrogen in the fuel gas and oxygen in the air supplied to an air electrode (not shown).

【0029】燃料電池108の燃料極の下流側には、前
記循環路115が分岐するパージライン116が接続さ
れ、パージライン116にはパージ弁109を介装し、
燃料電池108に水が溜まったりしたときに、これを開
くことでシステム外部へオフガスを排出可能とする。
A purge line 116 branching from the circulation path 115 is connected to the downstream side of the fuel electrode of the fuel cell 108, and a purge valve 109 is provided in the purge line 116.
When water is accumulated in the fuel cell 108, it can be opened to discharge the off gas to the outside of the system.

【0030】一方、循環路115には還流ガス中の水分
を除去する凝縮器111を設置し、これにより除去され
た水分は、図示しない水タンクに貯蓄されて再び燃料電
池システムで利用される。
On the other hand, the circulation path 115 is provided with a condenser 111 for removing water in the reflux gas, and the water removed by the condenser 111 is stored in a water tank (not shown) and used again in the fuel cell system.

【0031】次に、燃料循環システムに用いる小エゼク
タ104と大エゼクタ105への燃料ガスの供給量と吸
引される還流ガスの流量の比で表される循環率と、燃料
ガス供給量との関係を図2に示す。
Next, the relationship between the fuel gas supply amount and the circulation rate represented by the ratio of the supply amount of the fuel gas to the small ejector 104 and the large ejector 105 used in the fuel circulation system and the flow rate of the sucked recirculation gas. Is shown in FIG.

【0032】小エゼクタ104には、燃料ガス供給量が
少ない領域で高循環率を示すもの、一方、大エゼクタ1
05には、燃料ガス供給量が中流量から高流量までの領
域、すなわち、小エゼクタ104よりも高流量領域で高
循環率を示すものであり、ここでは、大エゼクタ105
が所定の高循環率に入る燃料ガス流量Qaが低流量領域
と中流量領域との境界、大エゼクタ105の循環率が小
エゼクタ104の循環率より高くなる燃料ガス流量Qb
を中流量領域と高流量領域との境界とする。
The small ejector 104 exhibits a high circulation rate in the region where the fuel gas supply amount is small, while the large ejector 1
Reference numeral 05 shows a high circulation rate in a region where the fuel gas supply amount is from a medium flow rate to a high flow rate, that is, a high flow rate region than the small ejector 104. Here, the large ejector 105 is shown.
Is a predetermined high circulation rate, the fuel gas flow rate Qa is a boundary between the low flow rate region and the medium flow rate region, and the fuel gas flow rate Qb is such that the circulation rate of the large ejector 105 is higher than that of the small ejector 104.
Is the boundary between the medium flow rate region and the high flow rate region.

【0033】コントロールユニット112で行われる燃
料電池システムにおける通常運転時の可変絞り制御は、
まず燃料ガスの供給量が少ないとき、つまり図2におけ
る燃料ガス流量がQa以下の低流量領域のときには、高
循環率を維持するために可変絞り弁102を開いて小エ
ゼクタ104に燃料ガスを供給する。
The variable throttle control during normal operation in the fuel cell system performed by the control unit 112 is as follows.
First, when the fuel gas supply amount is small, that is, when the fuel gas flow rate in FIG. 2 is in the low flow rate region of Qa or less, the variable throttle valve 102 is opened to supply the fuel gas to the small ejector 104 in order to maintain the high circulation rate. To do.

【0034】これに対して、燃料ガス流量がQa〜Qb
で表される中流量のときと、Qb以上の高流量領域のと
きには大エゼクタ105を用いるように、可変絞り弁1
02を閉じて可変絞り弁103を開く。中流量領域や高
流量領域の一部では小エゼクタ104でも高循環率を維
持できるが、大エゼクタ105に燃料を供給した方が、
例えばエゼクタ内の燃料ガスの供給路であるノズルによ
る圧力損失が小さいために、燃料ガスを燃料電池108
に供給するためのエネルギを小さくすることができる。
そのため、大エゼクタ105で必要循環率が確保できる
状態では、燃料ガスの供給先を直ちに大エゼクタ105
に切り替えることでエネルギ消費を低減する。
On the other hand, the fuel gas flow rate is Qa to Qb.
The variable throttle valve 1 is used so that the large ejector 105 is used at the medium flow rate represented by
02 is closed and the variable throttle valve 103 is opened. In a part of the medium flow rate region and the high flow rate region, the small ejector 104 can maintain a high circulation rate, but it is better to supply fuel to the large ejector 105.
For example, since the pressure loss due to the nozzle, which is the fuel gas supply path in the ejector, is small, the fuel gas is supplied to the fuel cell 108.
It is possible to reduce the energy to be supplied to the.
Therefore, in a state in which the large ejector 105 can secure the required circulation rate, the fuel gas supply destination is immediately changed to the large ejector 105.
Energy consumption is reduced by switching to.

【0035】また、低流量領域においては、加湿器10
6と燃料電池108の間に圧力センサ107を設置し、
測定した圧力が燃料ガスを燃料電池108に供給するの
に必要な圧力となるように可変絞り弁102を調整して
小エゼクタ104から燃料ガスを供給することもでき
る。可変絞り弁102の開度は、指令圧力と圧力センサ
107の測定圧力との差に応じてフィードバック制御を
かけてもよい。このとき、循環圧力を得るために必要な
小エゼクタ104に供給する流量以上に燃料ガスの供給
量がある場合には可変絞り弁103を開いて、例えば全
開にして、大エゼクタ105から供給することで、圧力
損失を抑制することができ、エネルギ効率を向上するこ
とができる。
Further, in the low flow rate region, the humidifier 10
6 is installed between the fuel cell 108 and the fuel cell 108,
It is also possible to adjust the variable throttle valve 102 so that the measured pressure becomes the pressure required to supply the fuel gas to the fuel cell 108, and to supply the fuel gas from the small ejector 104. The opening of the variable throttle valve 102 may be feedback-controlled according to the difference between the command pressure and the pressure measured by the pressure sensor 107. At this time, when the fuel gas is supplied in an amount larger than the flow rate to be supplied to the small ejector 104 for obtaining the circulation pressure, the variable throttle valve 103 is opened, for example, fully opened to supply from the large ejector 105. Thus, pressure loss can be suppressed and energy efficiency can be improved.

【0036】このように通常運転時には、小エゼクタ1
04と大エゼクタ105を組み合わせることにより燃料
ガスの供給量が低流量から高流量までの広範囲な領域で
高いエゼクタ循環率を実現することが可能となる。
Thus, during normal operation, the small ejector 1
By combining 04 and the large ejector 105, it becomes possible to realize a high ejector circulation rate in a wide range of the fuel gas supply amount from a low flow rate to a high flow rate.

【0037】ところで、大エゼクタ105の作動時に
は、小エゼクタ104の還流ガス排出口104cと大エ
ゼクタ105の還流ガス入口105cが連通し、小エゼ
クタ104のノズルを還流ガスが通過するわけではない
ので、圧力損失は発生せず、循環流量が低下するのを抑
制することができる。一方、小エゼクタ104を使用し
ているときには、大エゼクタ105の還流ガス入口10
5cおよび、混合ガス排出口105bは小エゼクタ10
4の燃料ガス流量に対しては十分大きくすることができ
るため、小エゼクタ104からの燃料ガスと還流ガスの
混合ガスの通過の妨げにはならないので、十分に大きな
循環流量を維持できる。
By the way, when the large ejector 105 is operated, the reflux gas outlet 104c of the small ejector 104 and the reflux gas inlet 105c of the large ejector 105 communicate with each other, and the reflux gas does not pass through the nozzle of the small ejector 104. No pressure loss occurs and it is possible to suppress a decrease in the circulation flow rate. On the other hand, when the small ejector 104 is used, the recirculation gas inlet 10 of the large ejector 105 is
5c and the mixed gas outlet 105b are small ejectors 10.
Since the fuel gas flow rate of No. 4 can be made sufficiently large, it does not hinder the passage of the mixed gas of the fuel gas and the reflux gas from the small ejector 104, so that a sufficiently large circulation flow rate can be maintained.

【0038】一方、このような燃料電池システムにおい
て、例えば燃料電池108に充填した触媒に水詰まりが
生じたとき等に、コントロールユニット112は、これ
を解消するために燃料電池108を流通する燃料ガスの
循環率を増加させて水分のパージを行う。
On the other hand, in such a fuel cell system, for example, when the catalyst filled in the fuel cell 108 is clogged with water, the control unit 112 controls the fuel gas flowing through the fuel cell 108 in order to eliminate it. The water is purged by increasing the circulation rate.

【0039】本実施形態では、燃料ガスをシステム外部
に排出せずに、燃料電池108に供給される混合燃料ガ
ス循環率を増加させて水分のパージを行う内部パージ
と、燃料ガスをシステム外部に排出する外部パージの2
種類のパージを区別して行うことで、システム外部に排
出する燃料ガス量を低減する。
In this embodiment, without discharging the fuel gas to the outside of the system, the internal purge for increasing the circulation rate of the mixed fuel gas supplied to the fuel cell 108 to purge the water content and the fuel gas to the outside of the system. 2 of external purge to discharge
By performing different types of purging separately, the amount of fuel gas discharged to the outside of the system is reduced.

【0040】まず、燃料供給量が中流量領域のとき、つ
まり図2においてはQaからQbの供給量のときには、
内部パージを行う。この流量領域では通常運転では、可
変絞り弁102を閉じ、可変絞り弁103を開いている
ので、大エゼクタ105にのみ燃料ガスが供給される。
触媒の水詰まりにより燃料電池108の出力が低下して
コントロールユニット112から水分のパージ指令がで
ると、可変絞り弁102を開いて可変絞り弁103を絞
る、もしくは閉じることにより小エゼクタ104に燃料
ガスを供給する。このように、大エゼクタ105の替わ
りに小エゼクタ104を利用することで、燃料供給系の
エネルギ損失は大きくなるものの、循環率が良くなるの
で、燃料電池108に供給する混合燃料ガス流速を増加
でき、燃料電池108の水分をパージして目詰まりを解
消できる。このときパージ弁109は閉じたままに保持
される。
First, when the fuel supply amount is in the medium flow rate region, that is, when the supply amount is from Qa to Qb in FIG.
Perform internal purging. In normal operation in this flow rate region, the variable throttle valve 102 is closed and the variable throttle valve 103 is opened, so that the fuel gas is supplied only to the large ejector 105.
When the output of the fuel cell 108 decreases due to the water clogging of the catalyst and a water purging command is issued from the control unit 112, the variable throttle valve 102 is opened and the variable throttle valve 103 is throttled or closed. To supply. As described above, by using the small ejector 104 instead of the large ejector 105, the energy loss of the fuel supply system increases, but the circulation rate improves, so that the flow rate of the mixed fuel gas supplied to the fuel cell 108 can be increased. The water in the fuel cell 108 can be purged to eliminate clogging. At this time, the purge valve 109 is kept closed.

【0041】このような内部パージにおけるタイミング
チャートを図3に示す。パージが必要だと判断される
と、小エゼクタ104に燃料ガスを供給することで還流
ガス量が増加される。ここで、燃料電池108から取り
出す電力が一定のときには、パージ時に小エゼクタ10
4と大エゼクタ105に供給される燃料ガス供給量の総
和を、パージ以前に大エゼクタ105に供給していた燃
料ガス供給量に等しくすることで、安定した運転が実現
できる。
A timing chart for such internal purging is shown in FIG. When it is determined that purging is necessary, the amount of recirculation gas is increased by supplying the fuel gas to the small ejector 104. Here, when the electric power taken out from the fuel cell 108 is constant, the small ejector 10 is used at the time of purging.
4 and the amount of fuel gas supplied to the large ejector 105 are made equal to the amount of fuel gas supplied to the large ejector 105 before purging, whereby stable operation can be realized.

【0042】次に、低流量領域および高流量領域のと
き、つまり燃料ガス供給量が図2におけるQa以下とQ
b以上のときの外部パージを説明する。
Next, in the low flow rate region and the high flow rate region, that is, when the fuel gas supply amount is Qa or less in FIG.
The external purging in the case of b or more will be described.

【0043】この外部パージの領域では、上記した内部
パージの領域のように、単に大エゼクタ105から小エ
ゼクタ104に切り替えることで燃料電池108への燃
料ガスの供給量を増やすことはできない。
In this external purging region, unlike the internal purging region described above, it is not possible to increase the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 108 by simply switching from the large ejector 105 to the small ejector 104.

【0044】そこで、パージ弁109を開く一方で、そ
のときの燃料ガス供給量を基準にして、そのときに開い
ている可変絞り弁に加えて他の可変絞り弁も開き、一時
的にシステムに供給する燃料ガス流量を増加する。な
お、この増加量は開かれたパージ弁109から外部へ排
出されるオフガス量に対応させることで、燃料電池10
8の出力の低下を防止できる。
Therefore, while the purge valve 109 is opened, based on the fuel gas supply amount at that time, other variable throttle valves are opened in addition to the variable throttle valve opened at that time, and the system is temporarily operated. Increase the fuel gas flow rate to be supplied. Note that this increase amount corresponds to the amount of off-gas discharged from the opened purge valve 109 to the outside, so that the fuel cell 10
It is possible to prevent the output of No. 8 from decreasing.

【0045】例えば、燃料ガス供給量がQb以上の領域
では、このとき必要流量を供給するように予め開いてい
る可変絞り弁103と共に、もう一方の可変絞り弁10
2を所定開度だけ開き、小エゼクタ104、大エゼクタ
105の両方を使用することにより、燃料電池へ流入す
る燃料ガス流量を増加すると共に高循環率を維持する。
これにより、燃料電池108に供給する燃料ガス流量が
増大するので、燃料電池108に充填した触媒に生じた
水詰まりを解消することができる。
For example, in the region where the fuel gas supply amount is Qb or more, at this time, the variable throttle valve 103 opened in advance so as to supply the required flow rate and the other variable throttle valve 10 are provided.
2 is opened by a predetermined opening and both the small ejector 104 and the large ejector 105 are used to increase the flow rate of the fuel gas flowing into the fuel cell and maintain a high circulation rate.
As a result, the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell 108 is increased, so that the water clogging of the catalyst filled in the fuel cell 108 can be eliminated.

【0046】ここでは、低・高流量領域のパージ時に可
変絞り弁102、103の両方の開度を増大して供給す
る流量を増加させたが、燃料ガスの供給流量と還流ガス
の循環流量の総和がもっとも多くなるように可変絞り弁
102、103の開度を制御してもよい。
Here, while the variable throttle valves 102 and 103 are both opened to increase the flow rate to be supplied at the time of purging in the low / high flow rate range, the supply flow rate of the fuel gas and the circulation flow rate of the recirculation gas are increased. The openings of the variable throttle valves 102 and 103 may be controlled so that the total sum becomes maximum.

【0047】このような燃料電池システムのコントロー
ルユニット112で行われる制御を図4のフローチャー
トに示す。
The control performed by the control unit 112 of such a fuel cell system is shown in the flow chart of FIG.

【0048】まず、ステップS401において、燃料電
池108に配置した電圧センサよりセル電圧を測定し
て、セル電圧低下により燃料電池108の水詰まりを検
出する。ステップS402において、セル電圧の低下レ
ベルによりパージする必要があるかどうか判断する。ど
のくらい低下すればパージするかは、要求される取り出
し出力の安定性と容認できるパージの頻度とを考慮して
適宜決定すればよい。
First, in step S401, the cell voltage is measured by the voltage sensor arranged in the fuel cell 108, and water clogging of the fuel cell 108 is detected by the cell voltage drop. In step S402, it is determined whether or not purging is required depending on the cell voltage drop level. How much the purge is to be performed may be appropriately determined in consideration of the required stability of the extraction output and the acceptable frequency of the purge.

【0049】パージすると判断された場合にはステップ
S403に進む。ステップS403において、燃料ガス
供給量が中流量領域か、低・高流量領域かを判断する。
中流量領域であるならばステップS404に進み、内部
パージを行う。このステップS404では可変絞り弁1
02を開いて小エゼクタ104に燃料ガスを供給し、ま
たパージ弁109は閉じたままにしておく。このとき、
可変絞り弁103は全閉とするか、もしくは小エゼクタ
104によりパージに必要な循環圧力が得られる程度に
開いてもよい。このような内部パージにより、パージに
よる燃料ガスの消費を抑制できるので、燃料の利用効率
を向上させることができる。
If it is determined to purge, the process proceeds to step S403. In step S403, it is determined whether the fuel gas supply amount is in the medium flow rate region or in the low / high flow rate region.
If it is in the medium flow rate region, the process proceeds to step S404, and internal purging is performed. In this step S404, the variable throttle valve 1
02 is opened to supply the fuel gas to the small ejector 104, and the purge valve 109 is kept closed. At this time,
The variable throttle valve 103 may be fully closed or may be opened by the small ejector 104 to such an extent that the circulation pressure required for purging is obtained. By such internal purging, the consumption of fuel gas due to purging can be suppressed, so that the fuel utilization efficiency can be improved.

【0050】一方ステップS403において、低・高流
量領域であると判断されたら、ステップS405に進
み、いままで開いているものと共にもう一方の可変絞り
弁102、103を開き一時的に循環率と燃料電池10
8に供給される燃料供給量を増大させ、これと同時にパ
ージ弁109を開いて外部パージを行う。このとき供給
燃料ガス流量を一時的に増加させることにより燃料電池
108に供給される混合燃料ガスを増加すると短時間で
水分のパージを行うことができる。
On the other hand, if it is determined in step S403 that the flow rate is in the low / high flow rate region, the flow proceeds to step S405, in which the other variable throttle valves 102 and 103 are opened together with the valve that has been opened so far, and the circulation rate and the fuel are temporarily increased. Battery 10
The fuel supply amount to be supplied to No. 8 is increased, and at the same time, the purge valve 109 is opened to perform external purging. At this time, if the mixed fuel gas supplied to the fuel cell 108 is increased by temporarily increasing the flow rate of the supplied fuel gas, the moisture can be purged in a short time.

【0051】また、ステップS402において、パージ
をする必要がないと判断されたら、ステップS406に
進み、通常の可変絞り制御を行う。この可変絞り制御を
図5に示すフローチャートを用いて説明する。
If it is determined in step S402 that it is not necessary to perform purging, the process proceeds to step S406 and normal variable throttle control is performed. This variable aperture control will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

【0052】ステップS501において、要求される出
力から燃料電池108に供給する燃料ガス流量Qsを算
出する。次にステップS502に進み、ステップS50
1で算出した燃料ガス流量Qsと大エゼクタが高循環率
を発揮する限界燃料ガス流量Qaを比較する。その結
果、Qs≧QaならばステップS503に進み、可変絞
り弁102を閉じて、大エゼクタ105に燃料ガスを供
給することで、圧力損失を低減する。一方Qs<Qaの
ときには、十分な循環率を得るために、ステップS50
4に進み小エゼクタ104にのみ燃料ガスを供給するた
め可変絞り弁102を開く。
In step S501, the flow rate Qs of the fuel gas supplied to the fuel cell 108 is calculated from the required output. Next, the process proceeds to step S502 and step S50.
The fuel gas flow rate Qs calculated in 1 is compared with the limit fuel gas flow rate Qa at which the large ejector exhibits a high circulation rate. As a result, if Qs ≧ Qa, the process proceeds to step S503, the variable throttle valve 102 is closed, and the fuel gas is supplied to the large ejector 105 to reduce the pressure loss. On the other hand, when Qs <Qa, in order to obtain a sufficient circulation rate, step S50
4, the variable throttle valve 102 is opened to supply the fuel gas only to the small ejector 104.

【0053】このように制御することで、通常の運転時
には常に高循環率を維持することができるとともに、圧
力損失を抑制することができる。一方パージ時には、内
部パージでは、大エゼクタ105と小エゼクタ104の
うち、現在のシステム運転状態で最も燃料ガス循環率が
大きくなる方に切り替えることにより、燃料電池108
に供給される混合燃料ガスの循環率を増加して目詰まり
を解消し、排出するオフガスを無くし、燃料電池システ
ムの燃費を向上させ、また、外部パージでは、大エゼク
タ105と小エゼクタ104の両方を開くことにより、
短時間のうちに効率よくパージを行うことができる。
By controlling in this way, it is possible to maintain a high circulation rate at all times during normal operation and to suppress pressure loss. On the other hand, at the time of purging, in the internal purging, the fuel cell 108 is switched by switching the large ejector 105 and the small ejector 104 to the one having the highest fuel gas circulation rate in the current system operating state.
To improve the fuel efficiency of the fuel cell system by eliminating the clogging by eliminating the clogging by increasing the circulation rate of the mixed fuel gas that is supplied to the large ejector 105 and the small ejector 104. By opening
Purging can be performed efficiently in a short time.

【0054】次に第2の実施形態における燃料電池シス
テムの、特に燃料循環システムの構成を図6に示す。
FIG. 6 shows the structure of the fuel cell system according to the second embodiment, particularly the fuel circulation system.

【0055】第1の実施形態と同様に供給部201から
供給される燃料ガスの圧力を調整するために圧力調整弁
202が設けられる。この圧力調整弁202の下流に
は、小エゼクタ104と大エゼクタ105に選択的に燃
料ガスの供給を切り替える切替弁203が設置される。
なお、このように切替弁203の上流に圧力調整弁20
2を設置することで、燃料電池供給系の基準圧を変化さ
せずに制御できるため、より安定した制御が可能とな
る。
As in the first embodiment, a pressure adjusting valve 202 is provided to adjust the pressure of the fuel gas supplied from the supply section 201. A switching valve 203 that selectively switches the supply of the fuel gas to the small ejector 104 and the large ejector 105 is installed downstream of the pressure adjusting valve 202.
In addition, in this way, the pressure regulating valve 20 is provided upstream of the switching valve 203.
By installing No. 2, the control can be performed without changing the reference pressure of the fuel cell supply system, so that more stable control is possible.

【0056】第2の実施形態に用いるエゼクタの燃料供
給量と循環率の関係を図7に示す。大エゼクタ105が
所定の高循環率を発揮する限界流量を燃料ガス供給量Q
cとすると、供給流量Qc以下の領域では切替弁203
がONにされて、燃料ガスが小エゼクタ104にのみ供
給される。一方、供給流量がQc以上の領域では大エゼ
クタ105でも高循環率を得ることができるので、切替
弁203がOFFにされ、大エゼクタ105にのみ燃料
ガスが供給される。このように制御することで、燃料電
池108において低出力から高出力までの運転域で、高
循環率を維持することができる。
FIG. 7 shows the relationship between the fuel supply amount and the circulation rate of the ejector used in the second embodiment. The fuel gas supply amount Q is defined as the limit flow rate at which the large ejector 105 exhibits a predetermined high circulation rate.
c, the switching valve 203 in the region below the supply flow rate Qc
Is turned on, and the fuel gas is supplied only to the small ejector 104. On the other hand, in the region where the supply flow rate is Qc or higher, the large ejector 105 can also obtain a high circulation rate, so the switching valve 203 is turned off and the fuel gas is supplied only to the large ejector 105. By controlling in this way, a high circulation rate can be maintained in the operating range from low output to high output in the fuel cell 108.

【0057】このようなシステムにおけるコントロール
ユニット112で行われる制御を図8に示すフローチャ
ートにより説明する。なお、ここでは燃料電池システム
の起動時に、システム内の燃料ガスが供給される領域に
存在する燃料ガス以外の不活性ガスをパージするため、
システム外部に管路内のガスを排出する外部パージにつ
いても併せて説明する。
The control performed by the control unit 112 in such a system will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In addition, in order to purge the inert gas other than the fuel gas existing in the region where the fuel gas is supplied in the system at the time of starting the fuel cell system,
External purge for discharging the gas in the pipeline to the outside of the system will also be described.

【0058】ステップS801において、燃料電池シス
テムが起動直後の状態にあるかどうかを判定する。燃料
電池システムが起動直後で起動制御が必要な時は、ステ
ップS802に進み、不活性ガスを追い出すための水素
置換が必要かどうかを判断する。システム内にまだ空気
等の不活性ガスが充満しているような場合、起動直後か
ら所定時間が経過するまでの間は水素置換が要求される
ので、ステップS803に進み水素ガスによるパージを
行う。ここでは、システム停止中に加湿器106、燃料
電池108および配管内に入っていた空気等をシステム
外に排出して水素ガスを充填するために、切替弁203
をOFFにしてパージ弁109を開いて、大エゼクタ1
05から水素ガスを供給する。これにより、大流量の水
素ガスを供給することができるので置換時間を短縮する
ことができる。
In step S801, it is determined whether the fuel cell system is in a state immediately after starting. If the fuel cell system requires startup control immediately after startup, the process proceeds to step S802, and it is determined whether hydrogen replacement for expelling the inert gas is necessary. If the system is still filled with an inert gas such as air, hydrogen replacement is required from immediately after the start up until a predetermined time elapses, and therefore the process proceeds to step S803 and is purged with hydrogen gas. Here, in order to discharge the air and the like contained in the humidifier 106, the fuel cell 108, and the pipes to the outside of the system to fill the hydrogen gas while the system is stopped, the switching valve 203
OFF and open the purge valve 109 to remove the large ejector 1.
Hydrogen gas is supplied from 05. As a result, a large flow rate of hydrogen gas can be supplied, and the replacement time can be shortened.

【0059】このような制御を繰り返してステップS8
02において所定の置換時間が過ぎて、水素置換が必要
なくなったらステップS804に進み切替弁203をO
Nにして、またパージ弁109を閉じる。これにより、
起動直後の供給燃料が少ない時には燃料ガスが小エゼク
タ104側に流され、かつ外部への燃料の排出も停止さ
れる。
Such control is repeated to repeat step S8.
In 02, when the predetermined replacement time has passed and hydrogen replacement is no longer necessary, the flow proceeds to step S804, and the switching valve 203 is turned on.
Then, the purge valve 109 is closed again. This allows
When the supplied fuel is small immediately after the start-up, the fuel gas is caused to flow to the small ejector 104 side, and the discharge of the fuel to the outside is stopped.

【0060】再びステップS801に戻り、燃料電池シ
ステムが起動直後の制御を必要しないと判断されたら、
ステップS805に進み、通常運転時の流路切替弁制御
を行う。
Returning to step S801 again, if it is determined that the fuel cell system does not require control immediately after startup,
In step S805, flow path switching valve control during normal operation is performed.

【0061】通常流路切替弁制御を図9のフローチャー
トを用いて説明する。
The normal flow path switching valve control will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0062】ステップS901において、燃料電池10
8に要求される出力より燃料電池108に供給する燃料
ガスの供給流量Qsを算出する。ステップS902に進
み、ステップS901で求めた供給量Qsが大エゼクタ
105の循環可能下限流量Qcより大きいかどうかを判
断する。供給量Qsが循環可能下限流量Qc以上なら
ば、ステップS903に進み、切替弁203をOFFに
して大エゼクタ105に燃料ガスを供給する。供給量Q
sが循環可能下限流量Qcより小さければ、大エゼクタ
105により循環させるのは無理なので、ステップS9
04に進み、切替弁203をONにして小エゼクタ10
4に燃料ガスを供給する。
In step S901, the fuel cell 10
The supply flow rate Qs of the fuel gas supplied to the fuel cell 108 is calculated from the output required for No. 8. In step S902, it is determined whether the supply amount Qs obtained in step S901 is larger than the circulatory lower limit flow rate Qc of the large ejector 105. If the supply amount Qs is equal to or higher than the circulatory lower limit flow rate Qc, the process proceeds to step S903, the switching valve 203 is turned off, and the fuel gas is supplied to the large ejector 105. Supply Q
If s is smaller than the circulatory lower limit flow rate Qc, it is impossible to circulate by the large ejector 105, so step S9
04, the switching valve 203 is turned on and the small ejector 10
4 is supplied with fuel gas.

【0063】このように制御することで、燃料供給量に
かかわらずオフガスを循環させることができ、また、駆
動流とするために燃料ガスに与えるエネルギを低減する
ことができるので、効率のよい発電をすることができ
る。
By controlling in this manner, the off gas can be circulated regardless of the fuel supply amount, and the energy given to the fuel gas for forming the driving flow can be reduced, so that efficient power generation is possible. You can

【0064】なお、第1の実施形態では水分パージの制
御を、第2の実施形態では燃料電池システム起動時の不
活性ガスパージの制御を説明したが、第1の実施形態に
不活性ガスパージの制御を、第2の実施形態に第1実施
形態のような水分パージの制御を行ってもよい。但し、
第2の実施形態ではどちらか一方のエゼクタしか使用で
きないため、通常運転の低流量領域では小エゼクタ10
4を、中・高流量領域では大エゼクタ105を使用す
る。またパージ時には、低・高流量領域では大エゼクタ
105により外部パージを、中流量領域では小エゼクタ
により内部パージを行う。
The water purge control is described in the first embodiment, and the inert gas purge control at the time of starting the fuel cell system is described in the second embodiment. However, the inert gas purge control is performed in the first embodiment. In the second embodiment, the water purge control may be performed as in the first embodiment. However,
Since only one of the ejectors can be used in the second embodiment, the small ejector 10 is used in the low flow rate region of the normal operation.
4 and the large ejector 105 is used in the medium / high flow rate region. At the time of purging, the large ejector 105 performs external purging in the low / high flow rate region, and the internal purge is performed by the small ejector in the medium flow rate region.

【0065】このように、本発明は上記実施の形態に限
定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載した技術
思想の範囲以内で様々な変更が成し得ることは言うまで
もない。
As described above, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.

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

【図1】第1の実施形態における燃料循環システムの構
成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel circulation system according to a first embodiment.

【図2】第1の実施形態に用いるエゼクタの循環率と供
給流量の関係図である。
FIG. 2 is a relationship diagram of a circulation rate and a supply flow rate of an ejector used in the first embodiment.

【図3】第1の実施形態の内部パージ時におけるタイミ
ングチャートである。
FIG. 3 is a timing chart at the time of internal purging according to the first embodiment.

【図4】第1の実施形態における制御のフローチャート
である。
FIG. 4 is a flowchart of control in the first embodiment.

【図5】第1の実施形態における通常可変絞り制御のフ
ローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart of normal variable aperture control in the first embodiment.

【図6】第2の実施形態における燃料循環システムの構
成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a fuel circulation system according to a second embodiment.

【図7】第2の実施形態に用いるエゼクタの循環率と提
供流量の関係図である。
FIG. 7 is a relationship diagram of a circulation rate of an ejector used in the second embodiment and a provided flow rate.

【図8】第2の実施形態における制御のフローチャート
である。
FIG. 8 is a flow chart of control in the second embodiment.

【図9】第2の実施形態における通常可変絞り制御のフ
ローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart of normal variable aperture control in the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 燃料供給部 102 可変絞り弁 103 可変絞り弁 104 小エゼクタ 105 大エゼクタ 108 燃料電池 109 パージ弁 114 燃料供給通路 115 循環路 203 切替弁 101 Fuel supply unit 102 Variable throttle valve 103 Variable throttle valve 104 Small ejector 105 large ejector 108 Fuel cell 109 Purge valve 114 Fuel supply passage 115 circuit 203 switching valve

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】燃料電池へと燃料ガスを送り込む通路に介
装され、駆動流となる燃料ガスが高流量のときに高循環
率となる大エゼクタと、 燃料電池からのオフガスを前記大エゼクタの吸込側へと
循環させる通路に介装され、駆動流となる燃料ガスが低
流量のときに高循環率となる小エゼクタと、 エゼクタ循環率が所定の高循環率となるように燃料電池
の要求燃料ガス流量に応じて小エゼクタと大エゼクタへ
の燃料ガスの導入を制御する手段と、を備えることを特
徴とする燃料電池システム。
1. A large ejector which is interposed in a passage for feeding the fuel gas to the fuel cell and has a high circulation rate when the fuel gas serving as a driving flow has a high flow rate, and an off gas from the fuel cell is supplied to the large ejector. A small ejector that is installed in the passage that circulates to the suction side and that has a high circulation rate when the fuel gas that is the driving flow has a low flow rate, and a requirement for the fuel cell that the ejector circulation rate has a predetermined high circulation rate. A fuel cell system comprising: a small ejector and a means for controlling the introduction of the fuel gas into the large ejector according to the flow rate of the fuel gas.
【請求項2】前記大エゼクタの燃料ガス供給部の上流側
と前記小エゼクタの燃料ガス供給部の上流側にそれぞれ
可変絞り弁を備え、前記要求燃料ガス流量に応じて前記
大エゼクタと前記小エゼクタに供給する燃料ガスの流量
を制御する請求項1に記載の燃料電池システム。
2. A variable throttle valve is provided on each of an upstream side of a fuel gas supply section of the large ejector and an upstream side of a fuel gas supply section of the small ejector, and the large ejector and the small ejector are provided in accordance with the required fuel gas flow rate. The fuel cell system according to claim 1, wherein the flow rate of the fuel gas supplied to the ejector is controlled.
【請求項3】前記大エゼクタの燃料ガス供給部の上流側
と前記小エゼクタの燃料ガス供給部の上流側に切替弁を
設け、前記要求燃料ガス流量に応じて前記大エゼクタと
前記小エゼクタに供給する燃料ガスを切り替える請求項
1に記載の燃料電池システム。
3. A switching valve is provided on the upstream side of the fuel gas supply section of the large ejector and the upstream side of the fuel gas supply section of the small ejector, and the switching valve is provided on the large ejector and the small ejector according to the required fuel gas flow rate. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel gas to be supplied is switched.
【請求項4】前記要求燃料ガス流量が、前記大エゼクタ
と前記小エゼクタの循環率が共に所定の高循環率を維持
できる領域では、前記大エゼクタに燃料ガスを供給する
ように制御する請求項2または3に記載の燃料電池シス
テム。
4. The required fuel gas flow rate is controlled so as to supply the fuel gas to the large ejector in a region where the circulation rates of the large ejector and the small ejector can both maintain a predetermined high circulation rate. 2. The fuel cell system according to 2 or 3.
【請求項5】燃料電池からのオフガスを外部に排出する
パージ弁と、 燃料電池のパージ制御を行う必要があるかどうか判断す
る手段と、を備え、 前記制御手段は、パージ制御を行う必要があると判断さ
れたとき、前記パージ弁を開くと共に、そのときの要求
燃料ガス流量に応じて開いている可変絞り弁に加えても
う一方の可変絞り弁も開き、燃料電池へ流入する燃料ガ
スとオフガスの混合ガス流量を増大させる請求項2に記
載の燃料電池システム。
5. A purge valve for discharging off-gas from the fuel cell to the outside, and a means for judging whether or not the purge control of the fuel cell is required, the control means being required to perform the purge control. When it is judged that there is, the purge valve is opened, and in addition to the variable throttle valve that is opened according to the required fuel gas flow rate at that time, the other variable throttle valve is also opened, and the fuel gas flowing into the fuel cell is The fuel cell system according to claim 2, wherein the flow rate of the mixed gas of off gas is increased.
【請求項6】燃料電池からのオフガスを外部に排出する
パージ弁と、 燃料電池のパージ制御を行う必要があるかどうかを判断
する手段と、を備え、前記制御手段は、パージ制御を行
う必要があると判断されたとき、前記パージ弁を閉じた
まま、燃料電池へ流入する燃料ガスとオフガスの混合ガ
スの循環率が大きくなる方のエゼクタに燃料ガスを供給
するように制御する請求項2または3に記載の燃料電池
システム。
6. A purge valve for discharging off-gas from a fuel cell to the outside, and a means for judging whether or not the purge control of the fuel cell is required, the control means being required to perform the purge control. 3. When it is determined that the fuel gas is present, the fuel gas is controlled to be supplied to the ejector having a higher circulation rate of the mixed gas of the fuel gas and the off gas flowing into the fuel cell while the purge valve is closed. Alternatively, the fuel cell system according to Item 3.
【請求項7】燃料電池からのオフガスを外部に排出する
パージ弁と、 起動直後の燃料電池のパージ制御を行う必要があるかど
うか判断する手段と、を備え、 前記制御手段は、パージ制御を行う必要があると判断さ
れたとき、前記パージ弁を開くと共に、燃料電池へ流入
する燃料ガスとオフガスの混合ガスの循環率が大きくな
る方のエゼクタに燃料ガスを供給するように制御する請
求項2または3に記載の燃料電池システム。
7. A purge valve for discharging off-gas from the fuel cell to the outside, and means for determining whether or not it is necessary to perform purge control of the fuel cell immediately after startup, wherein the control means performs purge control. When it is determined that it is necessary to perform, the purge valve is opened and the fuel gas is supplied to the ejector having a higher circulation rate of the mixed gas of the fuel gas and the off gas flowing into the fuel cell. 2. The fuel cell system according to 2 or 3.
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WO2005055353A1 (en) * 2003-12-02 2005-06-16 Canon Kabushiki Kaisha Gas replacement method of fuel cell, fuel cell system and device for fuel cell system
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