JP2005228635A - Gas supply system of fuel cell - Google Patents
Gas supply system of fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005228635A JP2005228635A JP2004037074A JP2004037074A JP2005228635A JP 2005228635 A JP2005228635 A JP 2005228635A JP 2004037074 A JP2004037074 A JP 2004037074A JP 2004037074 A JP2004037074 A JP 2004037074A JP 2005228635 A JP2005228635 A JP 2005228635A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- hydrogen
- fuel cell
- flow rate
- turbocharger
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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)
Abstract
Description
本発明は、燃料電池から排出されたオフガスをエゼクタで供給流路に循環供給する燃料電池のガス供給システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell gas supply system that circulates and supplies off-gas discharged from a fuel cell to a supply channel with an ejector.
従来、水素ガスを循環させるこの種のガス供給システムとして、水素ガスを燃料電池に供給する供給流路と、燃料電池から排出された水素オフガスを供給流路に戻すための循環流路と、循環流路の水素オフガスを供給流路に還流させるエゼクタと、循環流路に配設した水素ポンプと、を備えたものが知られている(例えば特許文献1参照)。
一般に、エゼクタは、供給流路の水素ガスが小流量となると、循環流路の水素オフガスを十分に吸気しきれない。そこでこのガス供給システムでは、水素ガスが小流量の時には水素ポンプを一時的に駆動して、水素オフガスの循環流量を適切に確保するようにしている。
In general, when the hydrogen gas in the supply channel becomes a small flow rate, the ejector cannot sufficiently suck in the hydrogen off-gas in the circulation channel. Therefore, in this gas supply system, when the hydrogen gas has a small flow rate, the hydrogen pump is temporarily driven to ensure an adequate circulation flow rate of the hydrogen off gas.
しかし、このような従来の水素ポンプは、水滴・氷塊などに起因して低温起動性や耐久性に支障を生じるおそれがあった。また、水素ポンプ自体が駆動電力や重量も大きいことも鑑みると、新たなガス供給システムが望まれる。 However, such a conventional hydrogen pump may cause problems in cold startability and durability due to water droplets and ice blocks. In view of the fact that the hydrogen pump itself is heavy in driving power and weight, a new gas supply system is desired.
本発明は、オフガスの循環流量を適切に確保しつつ、全体として耐久性を向上することができる燃料電池のガス供給システムを提供することをその目的としている。 An object of the present invention is to provide a gas supply system for a fuel cell capable of improving the durability as a whole while appropriately securing the circulation flow rate of off-gas.
本発明の燃料電池のガス供給システムは、ガスを燃料電池に供給する供給流路に配設され、燃料電池から排出されたオフガスを循環流路を介して供給流路に還流させるエゼクタと、コンプレッサ側が循環流路に配設され、オフガスをエゼクタに圧送するターボチャージャと、を備えたものである。 The fuel cell gas supply system according to the present invention includes an ejector disposed in a supply channel for supplying gas to the fuel cell, and configured to recirculate off-gas discharged from the fuel cell to the supply channel via the circulation channel, and a compressor And a turbocharger that is disposed in the circulation flow path and pumps off-gas to the ejector.
この構成によれば、燃料電池へのガスの供給・循環をエゼクタで行うが、供給流路のガスが小流量になったときでも、コンプレッサ側を循環流路に設けたターボチャージャを活用することで、オフガスを吸気してエゼクタに強制的に送り込むことができる。これにより、オフガスの循環流量を増加させることと同様な結果を生むので、供給系全体で(広い流量域で)オフガスの所定の循環流量を適切に確保することができる。また、このようなエゼクタを補助するものとして、ターボチャージャを採用しているため、全体として耐久性やエネルギー効率を高めることができる。 According to this configuration, the supply and circulation of gas to the fuel cell is performed by the ejector. Even when the gas in the supply passage becomes a small flow rate, the turbocharger provided with the compressor side in the circulation passage can be used. Thus, off-gas can be sucked and forced into the ejector. As a result, the same result as that of increasing the circulation flow rate of off gas is produced, and therefore, a predetermined circulation flow rate of off gas can be appropriately ensured in the entire supply system (in a wide flow rate range). In addition, since a turbocharger is employed as an assisting such ejector, overall durability and energy efficiency can be improved.
この場合、ターボチャージャのタービン側は、供給流路に配設されていることが、好ましい。 In this case, it is preferable that the turbine side of the turbocharger is disposed in the supply flow path.
この構成によれば、燃料電池に供給するガスを有効に利用して、ターボチャージャによる補助を行うことができる。 According to this configuration, the gas supplied to the fuel cell can be effectively used to assist with the turbocharger.
この場合、ターボチャージャのタービン側は、供給流路におけるエゼクタの上流側に配設されていることが、好ましい。 In this case, the turbine side of the turbocharger is preferably disposed on the upstream side of the ejector in the supply flow path.
この構成によれば、エゼクタの下流側に設ける場合と異なり、エゼクタから噴出されるガスを利用しないため、所定の流量のガスを燃料電池に確実に供給することができる。特に、後述するようにガスが水素である場合には、高圧の水素を有効に利用して、ターボチャージャによる補助を行うことができる。 According to this configuration, unlike the case where it is provided on the downstream side of the ejector, the gas ejected from the ejector is not used, so that a gas having a predetermined flow rate can be reliably supplied to the fuel cell. In particular, as will be described later, when the gas is hydrogen, high-pressure hydrogen can be effectively used to assist with the turbocharger.
これらの場合、ターボチャージャは、容量可変式からなり、供給流路のガスが小流量の時に、オフガスの吸気を促進傾向に移行させると共に、供給流路のガスが大流量の時に、オフガスの吸気を減退傾向に移行させることが、好ましい。 In these cases, the turbocharger is of a variable capacity type, and when the gas in the supply channel is at a small flow rate, the off-gas intake is shifted to an accelerating tendency, and when the gas in the supply channel is at a large flow rate, the off-gas intake is It is preferable to shift to a decreasing tendency.
この構成によれば、供給流路のガスが小流量の時にはターボチャージャでエゼクタを積極的に補助させつつ、供給流路のガスが大流量の時にはターボチャージャがオフガスをエゼクタに過剰に送り込むことを抑制することができる。これにより、特に供給流路のガスが大流量の時に、このガスをターボチャージャのタービン側を迂回してバイパスさせる必要がなくなる。 According to this configuration, the turbocharger positively assists the ejector with the turbocharger when the gas in the supply channel is at a low flow rate, and the turbocharger excessively sends off gas to the ejector when the gas in the supply channel is at a large flow rate. Can be suppressed. This eliminates the need for bypassing the gas by bypassing the turbine side of the turbocharger, particularly when the gas in the supply flow path has a large flow rate.
これらの場合、ガスおよびオフガスは、水素であることが、好ましい。 In these cases, the gas and off-gas are preferably hydrogen.
本発明の燃料電池のガス供給システムによれば、エゼクタとターボジャージャとを併用することによって、オフガスの循環流量を適切に確保することが出来ると共に、耐久性を全体として高めることができる。 According to the fuel cell gas supply system of the present invention, by using the ejector and the turbo jar together, it is possible to appropriately secure the circulation flow rate of the off gas and to improve the durability as a whole.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池のガス供給システムについて、燃料電池システムの水素ガスの供給系に適用した例を説明する。なお、燃料電池システムとしては、これを搭載した機器として代表される燃料電池車両を例に説明する。 Hereinafter, an example in which a gas supply system for a fuel cell according to a preferred embodiment of the present invention is applied to a hydrogen gas supply system of a fuel cell system will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, as a fuel cell system, the fuel cell vehicle represented by the apparatus carrying this is demonstrated to an example.
図1に示すように、燃料電池システム1は、酸素ガス(空気)および水素ガスの供給を受けて電力を発生する固体分子電解質型の燃料電池2を備え、燃料電池2は多数のセルを積層したスタック構造として構成されている。燃料電池システム1は、燃料電池2に酸素ガスを供給する酸素ガス供給システム3と、燃料電池2に水素ガスを供給する水素ガス供給システム4と、を具備している。
As shown in FIG. 1, a fuel cell system 1 includes a solid molecular electrolyte
酸素ガス供給システム3は、加湿器11により加湿された酸素ガスを燃料電池2に供給する酸素側供給流路12と、燃料電池2から排出された酸素オフガスを加湿器11に導く酸素側循環流路13と、加湿器11から燃焼器に酸素オフガスを導くための酸素側排気流路14と、が設けられている。酸素側供給流路12には、大気中の酸素ガスを取り込んで加湿器11に圧送する圧縮機15が設けられている。
The oxygen
水素ガス供給システム4は、高圧の水素ガスを貯留した水素供給源となる水素タンク21と、水素タンク21の水素ガスを燃料電池2に供給する水素側供給流路22と、燃料電池2から排出された水素オフガスを水素側供給流路22に戻すための水素側循環流路23と、水素側循環流路23の水素オフガスを水素側供給流路22に還流させるエゼクタ24と、水素オフガスを吸気してエゼクタ24に送り込むためのターボチャージャ25と、を具備している。
The hydrogen
水素側供給流路22には、その上流側から順に、これを開閉するシャットバルブ26と、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ27と、水素ガスの流量を調整する流量制御弁28と、が介設されている。また、水素側供給流路22には、流量制御弁28とエゼクタ24との間にターボチャージャ25のタービン51側が配設されている。一方、水素側循環流路23には、気液分離器29が介設されており、その下流側にターボチャージャ25のコンプレッサ52側が配設されている。
The
エゼクタ24は、流量を可変可能にニードル型で構成されており、水素側供給流路22に介設されるようにして配設されている。エゼクタ24は、水素側供給流路22の上流側に接続された1次側の供給口41と、水素側供給流路22の下流側に接続された2次側の排出口42と、水素側循環流路23の下流側に接続された3次側(負圧作用側)の吸込み口43と、を有している。エゼクタ24によって、水素オフガスが、水素側循環流路23を介して水素側供給流路22に還流される。その結果、エゼクタ24内のノズルの下流側(すなわち、ディフューザ側)において、1次側からの水素ガスと3次側からの水素オフガスとが合流して、燃料電池2に供給される。
The
ターボチャージャ25は、エゼクタ24の近傍に配設されており、水素側供給流路22に配設されたタービン51と、水素側循環流路23に配設されたコンプレッサ52と、タービン51およびコンプレッサ52を同軸上で連結するシャフトを有する動力伝達機構53と、を具備している。
The
タービン51は、シャフトに連結されたブレード付きのタービンホイールと、タービンホイールを収容するタービンハウジングと、を有している。タービン51は、水素側供給流路22を流れる水素ガスの圧力エネルギーを機械エネルギーに変換して、シャフトを回転させる。この場合、タービンホイールは、ブレードの角度を可変可能に構成されている。
The
すなわち、ターボチャージャ25は、容量可変式のものであり、いわゆる可変ターボで構成されている。ターボチャージャ25を可変ターボで構成しているため、水素側供給流路22における水素ガスの流量(以下、水素ガスの主流流量という。)に基づいて、シャフトの回転量を調整することでコンプレッサ52の過給率を調整することができるようになっている(後述する)。
That is, the
コンプレッサ52は、シャフトに連結されたコンプレッサホイールと、コンプレッサホイールを収容するコンプレッサハウジングと、を有している。コンプレッサ52は、シャフトから駆動力を入力されたコンプレッサホイールが回転することで、水素側循環流路23を流れる水素オフガスをエゼクタ24に圧送する。これにより、水素側供給流路22の水素ガスが小流量の時でも、水素側循環流路23における水素オフガスの流量(以下、水素オフガスの循環流量という。)を適切に確保できるようになっている。
The
ここで、図2を参照して、水素ガスの主流流量と水素オフガスの循環流量との関係について説明する。一般に、燃料電池2の起動時やアイドリング時などでは、水素ガスの主流流量は小流量に設定される一方、燃料電池車両の加速時等で燃料電池2の出力を増加させる時では、水素ガスの主流流量は大流量に設定される。また、水素オフガスの循環流量は、発電効率等の観点から、水素ガスの主流流量と相関関係をもって設定される。図2に示す直線L1は、燃料電池2に要求される仕様を示したものである。
Here, the relationship between the main flow rate of hydrogen gas and the circulation flow rate of hydrogen off gas will be described with reference to FIG. In general, when the
図2に示す曲線L2は、上記の水素ガス供給システム4において、ターボチャージャ25を組み込まないでシステムを駆動した場合の特性を示している。曲線L2から自明なように、一般にエゼクタ24によって、水素オフガスの循環流量を十分な量とするためには水素ガスの主流流量は大流量を必要とする。このため、水素ガスの主流流量が小流量(特に200NL/min)である時には、エゼクタ24のみでは水素オフガスの循環流量の要求値を満たすことができない。
A curve L2 shown in FIG. 2 shows characteristics when the system is driven without incorporating the
実施形態に係る水素ガス供給システム4では、水素ガスの主流流量が小流量の時に、ターボチャージャ25によって水素オフガスをエゼクタ24に強制的に送り込むことができるため、水素オフガスの循環流量を増加させることと同様な結果をもたらすことができる。これにより、水素ガスの主流流量が小流量の時にも、水素オフガスの循環流量を適切に確保することができるようになり、燃料電池2の要求仕様を満たすことができる。
In the hydrogen
したがって、実施形態に係る水素ガス供給システム4は、水素ガスの主流流量の全域に亘って、所定の水素オフガスの循環流量を確保することができるため、燃料電池2の要求仕様を満たすことが可能となる。そして特に、水素ガスの主流流量が大流量の時に過剰とならないように、ターボチャージャ25が駆動されるようになっている。
Therefore, the hydrogen
すなわち、ターボチャージャ25は、水素ガスの主流流量が小流量の時には、水素オフガスの吸気を促進傾向に移行させると共に、水素ガスの主流流量が大流量の時には、水素オフガスの吸気を減退傾向に移行させる。これにより、上記したコンプレッサ52の過給率が調整されるため、ターボチャージャ25を水素ガス供給システム4に組み込んだ場合であっても、燃料電池2の要求仕様を適切に満たすことが可能となる。そして本実施形態に係る水素ガス供給システム4の更なる効果としては、エゼクタ24とターボチャージャ25とを併用する構成であるため、システム全体として耐久性やエネルギー効率を高めることがある。
That is, when the main flow rate of hydrogen gas is small, the
なお、ターボチャージャ25を可変ターボとしないでも、水素ガスの主流流量の小流量の時にのみターボチャージャ25でエゼクタ24を補助するように機能させることもできる。例えば、水素側供給流路22においてタービン51を迂回するバイパス流路等を設けることで、水素ガスの主流流量が大流量の時には、水素ガスをバイパスさせてタービン51に流れ込まないようさせると共に、水素ガスの主流流量が小流量の時には、水素ガスをバイパスさせることなくタービン51に流れ込むようにさせてもよい。
Even if the
なおまた、本実施形態では、ターボチャージャ25のタービン51側を水素側供給流路22におけるエゼクタ24の上流側に配設したが、例えば水素側供給流路22におけるエゼクタ24の下流側に配設してもよい。あるいは、水素側でなくてもよく、例えば酸素ガス供給系の酸素側供給流路12、酸素側循環流路13または酸素側排気流路14に、ターボチャージャ25のタービン51側を配設してもよい。
In this embodiment, the
また、以上の説明では、本発明の燃料電池のガス供給システムについて水素ガス供給システム4を例としたが、もちろん酸素ガス供給システム3にも適用できることはいうまでもない。この場合には例えば、エゼクタ24を加湿器11の下流側の酸素側供給流路12に配設すると共に、ターボチャージャ25のタービン51側を加湿器11の上流側の酸素側供給流路12に配設し、ターボチャージャ25のコンプレッサ52側を酸素側循環流路13に配設する。
In the above description, the hydrogen
1 燃料電池システム、2 燃料電池、3 酸素ガス供給システム、4 水素ガス供給システム、22 水素側供給流路、23 水素側循環流路、24 エゼクタ、25 ターボチャージャ、51 タービン、52 コンプレッサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system, 2 Fuel cell, 3 Oxygen gas supply system, 4 Hydrogen gas supply system, 22 Hydrogen side supply flow path, 23 Hydrogen side circulation flow path, 24 Ejector, 25 Turbocharger, 51 Turbine, 52 Compressor
Claims (5)
コンプレッサ側が前記循環流路に配設され、前記オフガスを前記エゼクタに圧送するターボチャージャと、
を備えた燃料電池のガス供給システム。 An ejector disposed in a supply flow path for supplying gas to the fuel cell, and refluxing off-gas discharged from the fuel cell to the supply flow path through the circulation flow path;
A turbocharger that is disposed in the circulation flow path on the compressor side and pumps the off gas to the ejector;
A fuel cell gas supply system comprising:
The fuel cell gas supply system according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas and the off-gas are hydrogen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004037074A JP2005228635A (en) | 2004-02-13 | 2004-02-13 | Gas supply system of fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004037074A JP2005228635A (en) | 2004-02-13 | 2004-02-13 | Gas supply system of fuel cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005228635A true JP2005228635A (en) | 2005-08-25 |
Family
ID=35003163
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004037074A Pending JP2005228635A (en) | 2004-02-13 | 2004-02-13 | Gas supply system of fuel cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005228635A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013536975A (en) * | 2010-08-30 | 2013-09-26 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | Fuel cell system |
US9991561B2 (en) | 2013-09-12 | 2018-06-05 | Nec Corporation | Lithium ion secondary battery |
CN114361522A (en) * | 2021-12-30 | 2022-04-15 | 重庆长安新能源汽车科技有限公司 | Fuel cell hydrogen circulation system and control method |
-
2004
- 2004-02-13 JP JP2004037074A patent/JP2005228635A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013536975A (en) * | 2010-08-30 | 2013-09-26 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | Fuel cell system |
US9070912B2 (en) | 2010-08-30 | 2015-06-30 | Daimler Ag | Fuel cell system having an integral turbine/compressor unit |
US9991561B2 (en) | 2013-09-12 | 2018-06-05 | Nec Corporation | Lithium ion secondary battery |
CN114361522A (en) * | 2021-12-30 | 2022-04-15 | 重庆长安新能源汽车科技有限公司 | Fuel cell hydrogen circulation system and control method |
CN114361522B (en) * | 2021-12-30 | 2023-07-21 | 深蓝汽车科技有限公司 | Fuel cell hydrogen circulation system and control method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107078325B (en) | Fuel cell system and method for shutting down a fuel cell stack | |
JP4701624B2 (en) | Fuel cell system | |
US8765319B2 (en) | Method and device for operating a fuel cell system having a recirculation blower disposed in a fuel circuit of the fuel cell system | |
JP2003151588A (en) | Fuel circulation fuel cell system | |
JP2004178902A (en) | Fuel cell system | |
US8158291B2 (en) | Hydrogen recirculation system using integrated motor generator energy | |
CN109417178B (en) | Flushing method of fuel cell system | |
JP2011517020A (en) | FUEL CELL DEVICE AND METHOD OF OPERATING FUEL CELL DEVICE | |
JP2008192514A (en) | Fuel cell system | |
JP6907872B2 (en) | How to control fuel cell vehicles and fuel cell vehicles | |
US20110053013A1 (en) | Method for Operating a Fuel Cell System with a Recirculation Blower Arranged in a Fuel Circuit Thereof | |
JP2007242280A (en) | Fuel cell system | |
JP2019079606A (en) | Fuel cell system and control method of fuel cell system | |
CN111224130A (en) | Fuel cell and air supply system thereof | |
JP2020198180A (en) | Fuel cell system | |
JP2004152529A (en) | Fuel cell system | |
CN103797629B (en) | Method for fuel cell operation system | |
JP2011243408A (en) | Fuel cell system | |
JP2005228635A (en) | Gas supply system of fuel cell | |
JP4771292B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2008311066A (en) | Fuel cell system | |
JP4181390B2 (en) | Method for stopping operation of fuel cell system | |
JP2006080027A (en) | Fuel cell system | |
JP7136012B2 (en) | fuel cell system | |
US7465510B1 (en) | Turbocompressor impelling fuel recycle in fuel cell power plant |