JP2005235614A - Air compression system for fuel cell - Google Patents

Air compression system for fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP2005235614A
JP2005235614A JP2004044144A JP2004044144A JP2005235614A JP 2005235614 A JP2005235614 A JP 2005235614A JP 2004044144 A JP2004044144 A JP 2004044144A JP 2004044144 A JP2004044144 A JP 2004044144A JP 2005235614 A JP2005235614 A JP 2005235614A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
compressed air
water
temperature
compression system
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
Application number
JP2004044144A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Inoue
雅博 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2004044144A priority Critical patent/JP2005235614A/en
Publication of JP2005235614A publication Critical patent/JP2005235614A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To decrease temperature of a compressed air, and supply the compressed air of an appropriate humidity to a fuel cell stack. <P>SOLUTION: An air compression system for the fuel cell has a water injection part to inject the water to the compressed air. The water injection part is installed at an air intake passage, and constituted in such a way that a plurality of injectors are arranged in the flow direction and the perpendicular direction to the flow of the compressed air. The air compression system for the fuel cell detects the temperature and the humidity of the compressed air. Furthermore, it controls the amount of water to be supplied from an injector. This control is carried out based on the temperature and the humidity of the compressed air. By this, the air compression system for the fuel cell decreases the temperature of a film of the fuel cell stack and can keep an appropriate humidity so as not to cause flooding or dry-out in the fuel cell stack. That is, by the water supply amount control carried out by the air compression system for the fuel cell, the deterioration of the fuel cell stack can be prevented, and utilization efficiency of the fuel cell stack can be improved. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池スタックなどに圧縮した空気を供給する燃料電池用エア圧縮システムに関する。   The present invention relates to an air compression system for a fuel cell that supplies compressed air to a fuel cell stack or the like.

車両のエンジンや燃料電池スタックなどに圧縮した空気(以下、「圧縮エア」とも呼ぶ)を供給するエア圧縮システムが知られている。エア圧縮システムでは、エアコンプレッサ(以下、「圧縮機」とも呼ぶ)等によってエアが断熱圧縮されるため、吐出される圧縮エアが高温になってしまう。そのため、圧縮エアが供給される装置内に耐熱性に乏しい部品が組み込まれていると、不具合が生じてしまう。   An air compression system that supplies compressed air (hereinafter also referred to as “compressed air”) to a vehicle engine, a fuel cell stack, or the like is known. In an air compression system, air is adiabatically compressed by an air compressor (hereinafter also referred to as a “compressor”) or the like, so that the discharged compressed air becomes high temperature. Therefore, if a component having poor heat resistance is incorporated in the apparatus to which the compressed air is supplied, a problem occurs.

一般的には、燃料電池スタックに使用される燃料電池用エア圧縮システムにおいては、圧縮エアに水を噴射して、燃料電池スタックに流入するエアの温度を低下させる技術が用いられている。例えば、特許文献1には、燃料電池スタックに供給するエアを取り込むエアコンプレッサから吐出される圧縮エアに水を噴射し、この圧縮エアの温度に応じて噴射する水の量を制御するという技術が記載されている。また、特許文献2には、圧縮機からの圧縮エアが燃料電池スタックに供給される前に、熱交換器及びアフタークーラにて2度冷却を行うという技術が記載されている。その他にも、圧縮エアに水を噴射して冷却するという技術が特許文献3及び特許文献4に記載されている。   In general, in a fuel cell air compression system used in a fuel cell stack, a technique is used in which water is injected into the compressed air to reduce the temperature of the air flowing into the fuel cell stack. For example, Patent Document 1 discloses a technique in which water is injected into compressed air discharged from an air compressor that takes in air supplied to a fuel cell stack, and the amount of water to be injected is controlled according to the temperature of the compressed air. Has been described. Patent Document 2 describes a technique in which cooling is performed twice with a heat exchanger and an aftercooler before compressed air from a compressor is supplied to a fuel cell stack. In addition, Patent Literature 3 and Patent Literature 4 describe a technique of cooling by injecting water into compressed air.

ここで、燃料電池スタックにおいて、膜付近での水分が過多となった場合、ガスの拡散を阻害することで電池の出力性能が低下する現象(いわゆる、「フラッディング」)が生じることが知られている。また、膜に供給される水分が不足すると、イオン伝導度が下がることで、電池の出力性能が低下する現象(いわゆる、「ドライアウト」)が生じることが知られている。以上より、燃料電池スタックの出力性能を低下させないためには、燃料電池スタックを適切な湿度に維持する必要がある。   Here, in the fuel cell stack, when the moisture in the vicinity of the membrane becomes excessive, it is known that a phenomenon (so-called “flooding”) in which the output performance of the battery is deteriorated by inhibiting gas diffusion occurs. Yes. In addition, it is known that when water supplied to the membrane is insufficient, a phenomenon (so-called “dry-out”) in which the output performance of the battery is lowered occurs due to a decrease in ionic conductivity. As described above, in order not to reduce the output performance of the fuel cell stack, it is necessary to maintain the fuel cell stack at an appropriate humidity.

しかしながら、前述の文献に開示された技術においては、圧縮エアの温度を下げることはできるものの、水が供給された後の圧縮エアの湿度を考慮に入れて制御は行っていなかった。そのため、燃料電池の出力性能の低下が生じる場合があった。   However, in the technique disclosed in the above-mentioned document, although the temperature of the compressed air can be lowered, the control is not performed in consideration of the humidity of the compressed air after water is supplied. Therefore, the output performance of the fuel cell may be deteriorated.

特開2002−115666号公報JP 2002-115666 A 特開2000−208159号公報JP 2000-208159 A 特開平3−9090号公報JP-A-3-9090 特表2001−502396号公報JP-T-2001-502396

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、圧縮機より吐出される圧縮エアの温度を低下させ、且つ燃料電池スタックに適切な湿度の圧縮エアを供給することが可能な燃料電池用エア圧縮システムを提供することにある。   The present invention has been made in order to solve such problems. The object of the present invention is to reduce the temperature of compressed air discharged from the compressor and to compress the fuel cell stack with appropriate humidity. An object of the present invention is to provide an air compression system for a fuel cell capable of supplying air.

本発明の1つの観点では、燃料電池用エア圧縮システムは、燃料電池スタックに供給するエアを圧縮するエア圧縮手段と、前記圧縮エアに水を噴霧して供給する水供給手段と、
前記圧縮エアの温度を取得する温度取得手段と、前記圧縮エアの湿度を取得する湿度取得手段と、前記取得した温度、及び前記取得した湿度に基づいて、前記供給する水の量を制御する水供給量制御手段と、を備えることを特徴とする。
In one aspect of the present invention, an air compression system for a fuel cell includes an air compression unit that compresses air to be supplied to a fuel cell stack, a water supply unit that sprays and supplies water to the compressed air,
Water for controlling the amount of water to be supplied based on temperature acquisition means for acquiring the temperature of the compressed air, humidity acquisition means for acquiring the humidity of the compressed air, the acquired temperature, and the acquired humidity And a supply amount control means.

上記の燃料電池用エア圧縮システムは、圧縮機などにてエアを圧縮し、この圧縮したエア(即ち、圧縮エア)を燃料電池スタックに供給するシステムである。燃料電池用エア圧縮システムは、この圧縮エアに水を噴霧して供給(以下、「噴射」とも呼ぶ)する水供給手段を有する。この水供給手段は、例えばインジェクタなどにより構成される。燃料電池用エア圧縮システムは、センサなどにより構成される温度取得手段、及び湿度取得手段により、圧縮エアの温度と、圧縮エアの湿度とを検出することができる。さらに、燃料電池用エア圧縮システムは、水供給手段より供給される水の量を制御する水供給量制御手段を備えている。燃料電池用エア圧縮システムが行う水供給量の制御(以下、「水供給量制御」と呼ぶ)は、前述の圧縮エアの温度と湿度に基づいて行われる。以上により、燃料電池用エア圧縮システムは、燃料電池スタックが劣化しないような温度に圧縮エアの温度を低下させると共に、燃料電池スタックがフラッディング又はドライアウトを生じないような適切な湿度に保つことができる。即ち、燃料電池用エア圧縮システムが行う水供給量制御により、圧縮燃料電池スタックの劣化防止をし、且つ燃料電池スタックの利用効率の向上を図ることができる。   The fuel cell air compression system is a system that compresses air with a compressor or the like and supplies the compressed air (ie, compressed air) to the fuel cell stack. The fuel cell air compression system has water supply means for spraying and supplying water (hereinafter also referred to as “injection”) to the compressed air. This water supply means is constituted by, for example, an injector. The air compression system for a fuel cell can detect the temperature of the compressed air and the humidity of the compressed air by means of a temperature acquisition unit configured by sensors and the humidity acquisition unit. The fuel cell air compression system further includes water supply amount control means for controlling the amount of water supplied from the water supply means. The water supply amount control (hereinafter referred to as “water supply amount control”) performed by the fuel cell air compression system is performed based on the temperature and humidity of the compressed air described above. As described above, the fuel cell air compression system can reduce the temperature of the compressed air to a temperature at which the fuel cell stack does not deteriorate, and can keep the fuel cell stack at an appropriate humidity that does not cause flooding or dryout. it can. That is, the water supply amount control performed by the fuel cell air compression system can prevent deterioration of the compressed fuel cell stack and improve the utilization efficiency of the fuel cell stack.

上記の燃料電池用エア圧縮システムの一態様では、前記水供給量制御手段は、前記取得した湿度が目標湿度となるように供給する水の量を制御する。燃料電池用エア圧縮システムは、現在の燃料電池スタック等の状況に基づいて、湿度と燃料電池スタックの出力電力の関係を示すマップから目標湿度を取得する。燃料電池用エア圧縮システムは、圧縮エアの湿度が目標湿度となるように水供給量制御する。これにより、燃料電池スタックを最適な湿度に維持し続けることが可能となる。   In one aspect of the fuel cell air compression system, the water supply amount control means controls the amount of water to be supplied so that the acquired humidity becomes a target humidity. The fuel cell air compression system acquires a target humidity from a map indicating the relationship between the humidity and the output power of the fuel cell stack based on the current situation of the fuel cell stack and the like. The fuel cell air compression system controls the amount of water supply so that the humidity of the compressed air becomes the target humidity. This makes it possible to keep the fuel cell stack at an optimum humidity.

上記の燃料電池用エア圧縮システムの他の一態様では、前記圧縮エアの流量を取得する流量取得手段を備え、前記水供給量制御手段は、前記圧縮エアの流量に基づいて、供給する水の量を制御する。流量取得手段としては、流量計などを用いることができる。水供給量制御を圧縮エアの流量も考慮に入れて行うことにより、更に精度良く燃料電池スタックの温度と湿度を精度良く制御することができる。   In another aspect of the fuel cell air compression system, the fuel cell air compression system further includes a flow rate acquisition unit configured to acquire a flow rate of the compressed air, and the water supply amount control unit is configured to supply water based on the flow rate of the compressed air. Control the amount. A flow meter or the like can be used as the flow rate acquisition means. By performing the water supply amount control in consideration of the flow rate of the compressed air, the temperature and humidity of the fuel cell stack can be controlled with higher accuracy.

上記の燃料電池用エア圧縮システムの他の一態様では、前記燃料電池スタックの温度を取得する燃料電池スタック温度取得手段を備え、前記水供給量制御手段は、前記取得した燃料電池スタックの温度が所定温度以上であるときは、前記供給する水の量を増量する。所定温度とは、燃料電池スタックの劣化が生じてしまうような温度である。燃料電池用エア圧縮システムは、燃料電池スタックの温度が所定温度以上である場合は、即座に水供給量を増加させる制御を行う。即ち、燃料電池用エア圧縮システムは、水の供給量を細かく制御するよりも、高温時の燃料電池スタックの劣化の防止を優先する。   In another aspect of the fuel cell air compression system described above, the fuel cell stack temperature acquisition means for acquiring the temperature of the fuel cell stack is provided, and the water supply amount control means is configured such that the temperature of the acquired fuel cell stack is When the temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, the amount of the supplied water is increased. The predetermined temperature is a temperature at which deterioration of the fuel cell stack occurs. The fuel cell air compression system performs control to immediately increase the water supply amount when the temperature of the fuel cell stack is equal to or higher than a predetermined temperature. That is, the fuel cell air compression system gives priority to the prevention of deterioration of the fuel cell stack at a high temperature rather than finely controlling the amount of water supplied.

上記の燃料電池用エア圧縮システムの他の一態様では、前記水供給手段は、前記圧縮エアの流れ方向に対して複数設けられている。水供給手段は、圧縮エアが通過する吸気通路に設けられる。圧縮エアの流れ方向に複数の水供給手段が設けられることにより、吸気通路内に均一に水を供給することができる。これにより、燃料電池用エア圧縮システムは、圧縮エアに対して均一に冷却及び加湿を行うことができる。また、圧縮エアが気化する際の急激な温度変化によって、吸気通路が劣化することを防止することができる。   In another aspect of the fuel cell air compression system, a plurality of the water supply means are provided in the compressed air flow direction. The water supply means is provided in the intake passage through which the compressed air passes. By providing a plurality of water supply means in the flow direction of the compressed air, water can be supplied uniformly into the intake passage. Thus, the fuel cell air compression system can uniformly cool and humidify the compressed air. Further, it is possible to prevent the intake passage from deteriorating due to a rapid temperature change when the compressed air is vaporized.

上記の燃料電池用エア圧縮システムにおいて、好適には、前記水供給手段は、前記圧縮エアの流れと垂直方向に複数設けられている。これによっても、燃料電池用エア圧縮システムは、圧縮エアを均一に冷却及び加湿を行うことができる。   In the air compression system for a fuel cell, preferably, a plurality of the water supply means are provided in a direction perpendicular to the flow of the compressed air. This also allows the fuel cell air compression system to uniformly cool and humidify the compressed air.

更に、上記の燃料電池用エア圧縮システムにおいて、好適には、前記温度取得手段、及び前記湿度取得手段は、前記水供給手段の下流に設けられている。水供給手段にとって冷却及び湿度調節がなされた後の圧縮エアの温度と湿度を取得することにより、水供給量制御を精度良く行うことができる。   Further, in the above air compression system for a fuel cell, preferably, the temperature acquisition means and the humidity acquisition means are provided downstream of the water supply means. By obtaining the temperature and humidity of the compressed air after cooling and humidity adjustment for the water supply means, the water supply amount control can be performed with high accuracy.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[燃料電池用エア圧縮システムの構成]
図1は、本発明の1つの実施形態に係る燃料電池用エア圧縮システムを示す概略構成図である。
[Configuration of fuel cell air compression system]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an air compression system for a fuel cell according to one embodiment of the present invention.

図1において燃料電池用エア圧縮システム100は、主に、圧縮機(エアコンプレッサ)1と、吸気通路2と、流量計3と、水噴射部4と、露点温度センサ9と、温度センサ10、11と、制御コンピュータ15と、を備えている。燃料電池用エア圧縮システム100は、燃料電池自動車(以下、単に「車両」と呼ぶ)などに搭載され、燃料電池スタック13に圧縮したエアを供給するシステムである。   In FIG. 1, a fuel cell air compression system 100 mainly includes a compressor (air compressor) 1, an intake passage 2, a flow meter 3, a water injection unit 4, a dew point temperature sensor 9, a temperature sensor 10, 11 and a control computer 15. The fuel cell air compression system 100 is mounted on a fuel cell vehicle (hereinafter simply referred to as “vehicle”) or the like, and supplies compressed air to the fuel cell stack 13.

燃料電池スタック13は、図示しない電解質膜の両面に、ガスが拡散可能な多孔質層等の構造を有する電極を成膜した電池セルを層間に導電性のセパレータを挟んで積層したもので、積層数に応じて出力電圧を取り出すことができる。図中には、説明の便宜のため電解質膜面にカソード極(空気極)12aと、アノード極(燃料極)12bが形成された電池セルの構造のみを示している。図示のように、カソード極12aにはエア(空気)22が供給され、アノード極12bには燃料(水素)23が供給される。これによって、電力が生成される。   The fuel cell stack 13 is formed by laminating battery cells in which electrodes having a structure such as a porous layer capable of diffusing gas are formed on both surfaces of an electrolyte membrane (not shown) with a conductive separator interposed between the layers. The output voltage can be taken out according to the number. In the drawing, for convenience of explanation, only the structure of a battery cell in which a cathode electrode (air electrode) 12a and an anode electrode (fuel electrode) 12b are formed on the electrolyte membrane surface is shown. As shown in the drawing, air (air) 22 is supplied to the cathode electrode 12a, and fuel (hydrogen) 23 is supplied to the anode electrode 12b. Thereby, electric power is generated.

燃料電池スタック13は、車両駆動用のモータの給電源であり、300V程度の直流の高電圧を発生するようになっている。燃料電池スタック13の発電電圧は、モータに指令トルク等に応じた電流を供給する図示しないインバータなどに出力するようになっている。また、燃料電池スタック13の発電電圧は、DC−DCコンバータで降圧されて、車両に搭載される種々の補機や、これらへの給電用の二次電池であるバッテリに出力するようになっている。   The fuel cell stack 13 is a power supply for a motor for driving the vehicle, and generates a high DC voltage of about 300V. The generated voltage of the fuel cell stack 13 is output to an inverter (not shown) that supplies a current corresponding to a command torque to the motor. Further, the power generation voltage of the fuel cell stack 13 is stepped down by a DC-DC converter and output to various auxiliary machines mounted on the vehicle and a battery as a secondary battery for supplying power to them. Yes.

圧縮機1は、吸気20を圧縮して圧縮エア21を生成する。圧縮機1より吐出された直後の圧縮エア21は、通常150℃以上となっている。圧縮機1には、ピストン式圧縮機、スクロール式圧縮機、あるいはターボ式圧縮機などを用いることができる。このように、圧縮機1は、燃料電池スタック13へ供給するエアを圧縮するエア圧縮手段として機能する。   The compressor 1 compresses the intake air 20 to generate compressed air 21. The compressed air 21 immediately after being discharged from the compressor 1 is normally 150 ° C. or higher. As the compressor 1, a piston type compressor, a scroll type compressor, a turbo type compressor, or the like can be used. Thus, the compressor 1 functions as an air compression unit that compresses the air supplied to the fuel cell stack 13.

流量計3は、圧縮エア21の流量を計測する。流量計3には、ベンチュリ流量計や熱線式流量計などを用いることができる。流量計3は、圧縮エア21の流量に対応する信号S1を制御コンピュータ15に出力する。   The flow meter 3 measures the flow rate of the compressed air 21. As the flow meter 3, a venturi flow meter, a hot wire flow meter, or the like can be used. The flow meter 3 outputs a signal S 1 corresponding to the flow rate of the compressed air 21 to the control computer 15.

圧縮エア21は、水噴射部4より噴射される水にて冷却される。水噴射部4は、複数のインジェクタから構成される。インジェクタは、吸気通路2の外壁面に配設される。図示のように、圧縮エア21の流れと垂直方向にインジェクタ5a、5bが設けられ、更に、流れ方向にはインジェクタ6a、6bが設けられている。なお、本実施形態に係る燃料電池用エア圧縮システム100においては、インジェクタを圧縮エアの流れ方向に複数(2以上)有し、圧縮エアの流れと垂直方向にも複数(2以上)有するが、説明の便宜のためインジェクタ5a、5b、6a、6bのみに対して説明を行う。また、具体的な水噴射部4の構成例は、後述する。   The compressed air 21 is cooled by water jetted from the water jet unit 4. The water injection unit 4 is composed of a plurality of injectors. The injector is disposed on the outer wall surface of the intake passage 2. As illustrated, injectors 5a and 5b are provided in the direction perpendicular to the flow of the compressed air 21, and injectors 6a and 6b are provided in the flow direction. In the fuel cell air compression system 100 according to the present embodiment, there are a plurality (two or more) of injectors in the flow direction of the compressed air, and a plurality (two or more) of injectors in the direction perpendicular to the flow of the compressed air. For convenience of explanation, only the injectors 5a, 5b, 6a, and 6b will be described. Moreover, the specific structural example of the water injection part 4 is mentioned later.

水噴射部4を構成するインジェクタ(以下、符号を省略して記載した場合は、前述のインジェクタ5a、5b、6a、6b全てを含めた意味として用いる)は、霧状の水を噴射することができる装置である。即ち、水噴射部4は、圧縮エア21に水を噴霧して供給する水供給手段として機能する。また、インジェクタより噴射される水の量は調節可能となっている。インジェクタより噴射される水は、インジェクタが設けられた吸気通路2を通過する圧縮エア21の熱によって気化する。これによって、圧縮エア21の熱が奪われて、圧縮エア21が冷却されることになる。また、インジェクタは、圧縮エア21の流れと垂直方向に薄いスクリーン状の水を噴射する。これにより、噴射される水が気化され易くなり、圧縮エア21を効果的に冷却することができる。以上のように水噴射部4を通過した圧縮エア22は、例えば80℃程度にまで下げられる。なお、インジェクタから噴射される水は、圧縮エア21の冷却だけでなく、圧縮エア21を加湿する役割も担う。即ち、水噴射部4は、燃料電池スタック13の膜に水分を供給することができる。   The injectors constituting the water injection unit 4 (hereinafter, when the reference numerals are omitted are used as meanings including all of the above-described injectors 5a, 5b, 6a, 6b) can inject mist-like water. It is a device that can. That is, the water injection unit 4 functions as a water supply unit that sprays and supplies water to the compressed air 21. Further, the amount of water injected from the injector can be adjusted. The water injected from the injector is vaporized by the heat of the compressed air 21 that passes through the intake passage 2 provided with the injector. As a result, the heat of the compressed air 21 is taken and the compressed air 21 is cooled. The injector injects thin screen-like water in a direction perpendicular to the flow of the compressed air 21. Thereby, the injected water becomes easy to vaporize, and the compressed air 21 can be cooled effectively. The compressed air 22 that has passed through the water injection unit 4 as described above is lowered to about 80 ° C., for example. In addition, the water injected from the injector plays a role of not only cooling the compressed air 21 but also humidifying the compressed air 21. That is, the water injection unit 4 can supply moisture to the membrane of the fuel cell stack 13.

また、インジェクタ5a、5b、6a、6bは、それぞれ制御コンピュータ15からの制御信号S7a、S7b、S8a、S8bによって制御される。即ち、制御コンピュータ15からの制御信号により、インジェクタより噴射される水の量が調節される。この具体的な制御については、詳細は後述する。   Injectors 5a, 5b, 6a and 6b are controlled by control signals S7a, S7b, S8a and S8b from control computer 15, respectively. That is, the amount of water injected from the injector is adjusted by a control signal from the control computer 15. Details of this specific control will be described later.

温度センサ9は、水噴射部4の下流の吸気通路2に付設されている。よって、温度センサ9は、水噴射部4を通過後の圧縮エア22の温度を検出する。温度センサ9は、温度に対応する信号S2を制御コンピュータ15に出力する。   The temperature sensor 9 is attached to the intake passage 2 downstream of the water injection unit 4. Therefore, the temperature sensor 9 detects the temperature of the compressed air 22 after passing through the water injection unit 4. The temperature sensor 9 outputs a signal S2 corresponding to the temperature to the control computer 15.

露点温度センサ10も、水噴射部4の下流の吸気通路2に付設されている。露点温度センサ10は、圧縮エア22中の水分が飽和して結露する温度を検出する。露点温度センサ10は、この露点温度に対応する信号S3を制御コンピュータ15に出力する。   The dew point temperature sensor 10 is also attached to the intake passage 2 downstream of the water injection unit 4. The dew point temperature sensor 10 detects a temperature at which moisture in the compressed air 22 is saturated and condensed. The dew point temperature sensor 10 outputs a signal S3 corresponding to the dew point temperature to the control computer 15.

温度センサ11は、燃料電池スタック13上に付設されている。即ち、温度センサ11は、燃料電池スタック13の温度(膜温度)を検出する。そして、温度センサ11は、この検出温度に対応する信号S4を制御コンピュータ15に出力する。   The temperature sensor 11 is attached on the fuel cell stack 13. That is, the temperature sensor 11 detects the temperature (film temperature) of the fuel cell stack 13. Then, the temperature sensor 11 outputs a signal S4 corresponding to the detected temperature to the control computer 15.

制御コンピュータ15は、図示しないCPU、ROM、RAM、A/D変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。制御コンピュータ15は、上記した各種センサ等からの入力に基づいて、水噴射部4内のインジェクタを制御する。即ち、制御コンピュータ15は、圧縮エアの流量(信号S1)と、圧縮エアの温度(信号S2)と、圧縮エアの湿度と、燃料電池スタック13の温度(信号S4)と、に基づいてインジェクタから圧縮エアに供給する水の量を制御する。具体的には、制御信号S7a、S7b、S8a、S8bを、対応するインジェクタに供給する。以上のように、制御コンピュータ15は、圧縮エア21に供給する水の量を制御する水供給量制御手段として機能する。なお、制御コンピュータ15は、燃料電池用エア圧縮システム100が車両などに搭載される場合は、車両内のECU(Engine Control Unit)がその役割を担うことができる。   The control computer 15 includes a CPU, a ROM, a RAM, an A / D converter, an input / output interface, and the like (not shown). The control computer 15 controls the injector in the water injection unit 4 based on the input from the various sensors described above. That is, the control computer 15 controls the injector based on the flow rate of compressed air (signal S1), the temperature of compressed air (signal S2), the humidity of compressed air, and the temperature of the fuel cell stack 13 (signal S4). Control the amount of water supplied to the compressed air. Specifically, the control signals S7a, S7b, S8a, S8b are supplied to the corresponding injectors. As described above, the control computer 15 functions as water supply amount control means for controlling the amount of water supplied to the compressed air 21. In the case where the fuel cell air compression system 100 is mounted on a vehicle or the like, the control computer 15 can have an ECU (Engine Control Unit) in the vehicle play the role.

[水供給量制御処理]
以下では、制御コンピュータ15が行う水供給量制御処理について、図2〜図4を用いて説明する。この処理は、圧縮エア21を冷却し、且つ圧縮エア21を燃料電池スタック13にとって適切な湿度に設定するために行う。そのために、制御コンピュータ15は、インジェクタが圧縮エア21に供給する水の量(以下、「噴射量」とも呼ぶ)を制御する。なお、水供給量制御処理は、燃料電池スタック13の使用中に所定の周期で繰り返し実行される。
[Water supply control processing]
Below, the water supply amount control process which the control computer 15 performs is demonstrated using FIGS. This process is performed to cool the compressed air 21 and to set the compressed air 21 to an appropriate humidity for the fuel cell stack 13. For this purpose, the control computer 15 controls the amount of water (hereinafter also referred to as “injection amount”) supplied from the injector to the compressed air 21. The water supply amount control process is repeatedly executed at a predetermined cycle while the fuel cell stack 13 is in use.

図2は、制御コンピュータ15が行う水供給量制御処理について示すフローチャートである。   FIG. 2 is a flowchart showing a water supply amount control process performed by the control computer 15.

まず、ステップS11では、制御コンピュータ15は、燃料電池スタック13の温度を取得する。即ち、制御コンピュータ15は、温度センサ11からの信号S4を取得する。そして、処理はステップS12に進む。   First, in step S <b> 11, the control computer 15 acquires the temperature of the fuel cell stack 13. That is, the control computer 15 acquires the signal S4 from the temperature sensor 11. Then, the process proceeds to step S12.

ステップS12では、制御コンピュータ15は、燃料電池スタック13の温度が所定温度以上であるか否かを判定する。所定温度は、燃料電池スタック13を劣化させるおそれがある温度であり、例えば100℃に設定される。ステップS12では、制御コンピュータ15は、水の噴射量を細かく制御するよりも、高温時の燃料電池スタック13の劣化の防止を優先すべきか否かを判定する。   In step S12, the control computer 15 determines whether or not the temperature of the fuel cell stack 13 is equal to or higher than a predetermined temperature. The predetermined temperature is a temperature at which the fuel cell stack 13 may be deteriorated, and is set to 100 ° C., for example. In step S12, the control computer 15 determines whether or not priority should be given to prevention of deterioration of the fuel cell stack 13 at a high temperature rather than finely controlling the injection amount of water.

燃料電池スタック13の温度が所定温度以上である場合(ステップS12;Yes)は、処理はステップS13に進む。ステップS13では、制御コンピュータ15は、インジェクタの水の噴射量を増量すべきとの決定を行う。即ち、制御コンピュータ15は、燃料電池スタック13が劣化するのを防止するために、膜内が加湿されるのを許容して噴射量の増量を決定する。そして、処理はステップS18に進む。なお、制御コンピュータ15は、噴射した水のうち気化した水の量を取得し、圧縮エアの温度と気化した水の量に基づいて、インジェクタの噴射量の増量値を正確に計算することもできる。   When the temperature of the fuel cell stack 13 is equal to or higher than the predetermined temperature (step S12; Yes), the process proceeds to step S13. In step S13, the control computer 15 determines that the water injection amount of the injector should be increased. That is, the control computer 15 determines the increase in the injection amount while allowing the inside of the membrane to be humidified in order to prevent the fuel cell stack 13 from deteriorating. Then, the process proceeds to step S18. Note that the control computer 15 can also acquire the amount of vaporized water out of the injected water, and accurately calculate the increase value of the injection amount of the injector based on the temperature of the compressed air and the amount of vaporized water. .

ステップS18では、制御コンピュータ15は、増量された水が噴射されるようにインジェクタの制御を実行する。例えば、燃料電池スタック13の温度が所定温度を大きく超えている場合は、水噴射部4を構成する全てのインジェクタに対し、各々のインジェクタが最大噴射量を噴射するように制御する。ステップS13の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。   In step S18, the control computer 15 controls the injector so that the increased amount of water is injected. For example, when the temperature of the fuel cell stack 13 greatly exceeds a predetermined temperature, control is performed so that each injector injects the maximum injection amount with respect to all the injectors constituting the water injection unit 4. When the process of step S13 ends, the process exits the flow.

一方、燃料電池スタック13の温度が所定温度未満である場合(ステップS12;No)は、処理はステップS14に進む。ステップS14では、制御コンピュータ15は、前述した圧縮エア22の温度と、圧縮エア22の露点温度とを取得する。即ち、制御コンピュータ15は、温度センサ9より信号S2を取得し、露点温度センサ10より信号S3を取得する。以上の処理が終了すると、処理はステップS15に進む。   On the other hand, when the temperature of the fuel cell stack 13 is lower than the predetermined temperature (step S12; No), the process proceeds to step S14. In step S <b> 14, the control computer 15 acquires the temperature of the compressed air 22 and the dew point temperature of the compressed air 22 described above. That is, the control computer 15 acquires the signal S <b> 2 from the temperature sensor 9 and acquires the signal S <b> 3 from the dew point temperature sensor 10. When the above process ends, the process proceeds to step S15.

ステップS15では、制御コンピュータ15は、ステップS14にて取得した圧縮エア22の温度と露点温度に基づいて、圧縮エア22の湿度を算出する。そして、処理はステップS16に進む。なお、燃料電池用エア圧縮システム100に、温度センサと露点温度センサが一体となった湿度センサなどが用いられている場合は、制御コンピュータ15は湿度に対応する信号を直接取得することができる。   In step S15, the control computer 15 calculates the humidity of the compressed air 22 based on the temperature of the compressed air 22 and the dew point temperature acquired in step S14. Then, the process proceeds to step S16. When a humidity sensor or the like in which the temperature sensor and the dew point temperature sensor are integrated is used in the fuel cell air compression system 100, the control computer 15 can directly acquire a signal corresponding to the humidity.

ステップS16では、制御コンピュータ15は、圧縮エア21の流量を取得する。即ち、制御コンピュータ15は、流量計3からの信号S1を取得する。そして、処理はステップS17に進む。   In step S <b> 16, the control computer 15 acquires the flow rate of the compressed air 21. That is, the control computer 15 acquires the signal S1 from the flow meter 3. Then, the process proceeds to step S17.

ステップS17では、制御コンピュータ15は、水の噴射量を増量すべき値又は減量すべき値を算出する。ステップS17では、制御コンピュータ15は、取得した圧縮エア22の温度と、圧縮エア22の湿度と、圧縮エア21の流量と、に基づいて圧縮エア21に噴射すべき水の増量値/減量値を算出する。このようなパラメータに基づいて噴射量の増量値/減量値の算出を行うのは、圧縮エア21を冷却し、且つ燃料電池スタック13内の状況に応じた適切な湿度に設定するためである。具体的な算出方法は、後述する。以上の処理が終了すると、処理はステップS18に進む。   In step S <b> 17, the control computer 15 calculates a value to increase or decrease a water injection amount. In step S <b> 17, the control computer 15 determines the increase / decrease value of the water to be injected into the compressed air 21 based on the acquired temperature of the compressed air 22, the humidity of the compressed air 22, and the flow rate of the compressed air 21. calculate. The reason why the increase / decrease value of the injection amount is calculated based on such parameters is to cool the compressed air 21 and to set it to an appropriate humidity according to the situation in the fuel cell stack 13. A specific calculation method will be described later. When the above process ends, the process proceeds to step S18.

ステップS18では、制御コンピュータ15は、ステップS17で算出した増量値/減量値を付加した後の噴射量(以下、この噴射量を「実噴射量」と呼ぶ)が噴射されるように各インジェクタを制御する。制御コンピュータ15は、この実噴射量などに基づいて、複数あるインジェクタの各々に対して噴射量を個別に制御することができる。また、複数のインジェクタの中から選択したもののみが水を噴射するようにさせることもできる。以上のような場合は、全てのインジェクタより噴射される噴射量の合計値が、実噴射量となる。更に、複数あるインジェクタ全てから同じ噴射量を噴射させることもでき、この場合は、実噴射量をインジェクタの数で割った量が1つのインジェクタより噴射される。   In step S18, the control computer 15 causes each injector to inject an injection amount after adding the increase value / decrease value calculated in step S17 (hereinafter, this injection amount is referred to as "actual injection amount"). Control. The control computer 15 can individually control the injection amount for each of a plurality of injectors based on the actual injection amount and the like. Moreover, only what was selected from the several injector can also be made to inject water. In such a case, the total value of the injection amounts injected from all the injectors is the actual injection amount. Furthermore, it is possible to inject the same injection amount from all of a plurality of injectors. In this case, an amount obtained by dividing the actual injection amount by the number of injectors is injected from one injector.

ステップS18の処理が終了すると、当該フローを抜ける。そして、制御コンピュータ15は、当該フローを繰り返し実行する。   When the process of step S18 is completed, the flow is exited. Then, the control computer 15 repeatedly executes the flow.

以上のように、圧縮エアの温度と、湿度と、流量と、に基づいて水供給量制御を行うことにより、圧縮エアを効果的に冷却すると共に、燃料電池スタック13を膜の状態に応じた適切な湿度に維持することができる。これにより、燃料電池スタック13の劣化を防止すると共に、燃料電池スタック13のフラッディング及びドライアウトを防止することができる。したがって、燃料電池スタック13の利用効率(発電効率)の向上を図ることが可能となる。   As described above, by controlling the water supply amount based on the temperature, humidity, and flow rate of the compressed air, the compressed air is effectively cooled, and the fuel cell stack 13 is adjusted according to the state of the membrane. Appropriate humidity can be maintained. Thereby, deterioration of the fuel cell stack 13 can be prevented, and flooding and dryout of the fuel cell stack 13 can be prevented. Therefore, the utilization efficiency (power generation efficiency) of the fuel cell stack 13 can be improved.

次に、図2に示したフローチャートのステップS17での処理、即ち水の噴射量の増量値/減量値を算出する処理について、図3に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する処理も、制御コンピュータ15が主体となって行う。   Next, the process in step S17 of the flowchart shown in FIG. 2, that is, the process of calculating the increase / decrease value of the water injection amount will be described in detail with reference to the flowchart shown in FIG. The process described below is also performed mainly by the control computer 15.

まず、ステップS21では、制御コンピュータ15は、圧縮エアの湿度と燃料電池スタック13の出力電力の関係を示すマップを呼び出す。そして、処理はステップS22に進み、制御コンピュータ15は、このマップに基づいて圧縮エアが設定されるべき湿度(以下、「目標湿度」と呼ぶ)を決定する。   First, in step S <b> 21, the control computer 15 calls a map indicating the relationship between the compressed air humidity and the output power of the fuel cell stack 13. Then, the process proceeds to step S22, and the control computer 15 determines the humidity (hereinafter referred to as “target humidity”) at which the compressed air is to be set based on this map.

上記のマップの具体例及び目標湿度の決定方法について、図4を用いて説明する。図4に示す図は、横軸に燃料電池スタック13の電流値を示し、縦軸に相対湿度(%AH)及び電圧値を示す。曲線X1は、燃料電池スタック13に関する一般的な電圧と電流の関係を示す特性曲線である。曲線X2は、曲線X1で示す出力特性を保持するために、燃料電池に設定すべき相対湿度と電流値の関係を示す特性曲線の例である。この特性曲線X2は、実験により取得されるものであり、予め制御コンピュータ15内のメモリなどに記憶されている。   A specific example of the above map and a method for determining the target humidity will be described with reference to FIG. In the diagram shown in FIG. 4, the horizontal axis represents the current value of the fuel cell stack 13, and the vertical axis represents the relative humidity (% AH) and the voltage value. A curve X1 is a characteristic curve showing a general voltage-current relationship for the fuel cell stack 13. A curve X2 is an example of a characteristic curve showing the relationship between the relative humidity and the current value to be set in the fuel cell in order to maintain the output characteristic shown by the curve X1. This characteristic curve X2 is obtained by experiment and is stored in advance in a memory in the control computer 15 or the like.

制御コンピュータ15は、燃料電池スタック13に要求される電流値を取得し、その電流値から上記のマップを参照して圧縮エアの目標湿度を決定する。例えば、要求される電流値がI1であるときは相対湿度h1が目標湿度となり、要求される電流値がI2であるときは相対湿度h2が目標湿度となる。以上のようにして圧縮エアの目標湿度が決定される。そして、処理はステップS23に進む。   The control computer 15 acquires the current value required for the fuel cell stack 13, and determines the target humidity of the compressed air with reference to the map from the current value. For example, when the required current value is I1, the relative humidity h1 is the target humidity, and when the required current value is I2, the relative humidity h2 is the target humidity. The target humidity of compressed air is determined as described above. Then, the process proceeds to step S23.

ステップS23では、制御コンピュータ15は、ステップS22にて決定された目標湿度に基づいて圧縮エアが設定されるべき温度(目標温度)を決定する。制御コンピュータ15は、エア(空気)に関する温度と湿度の関係を示す湿度換算表などを参照して、目標湿度に対応する目標温度を決定する。この湿度換算表も、制御コンピュータ15内のメモリに記憶させておく。以上の処理が終了すると、処理はステップS24に進む。   In step S23, the control computer 15 determines the temperature (target temperature) at which the compressed air is to be set based on the target humidity determined in step S22. The control computer 15 determines a target temperature corresponding to the target humidity with reference to a humidity conversion table indicating the relationship between temperature and humidity related to air (air). This humidity conversion table is also stored in the memory in the control computer 15. When the above process ends, the process proceeds to step S24.

ステップS24では、制御コンピュータ15は、前述の取得した各データに基づいて噴射量の増量値又は減量値を算出する。具体的には、制御コンピュータ15は、以下の演算式(1)に基づいて噴射量の増量値又は減量値を算出する。   In step S24, the control computer 15 calculates an increase value or a decrease value of the injection amount based on the acquired data. Specifically, the control computer 15 calculates an increase value or a decrease value of the injection amount based on the following arithmetic expression (1).

Δm=M×Cv×ΔT/CL 式(1)
なお、Δmは算出すべき噴射量の増量値又は減少値であり、Mは圧縮エア(エアと水を含む)の流量であり、Cvは圧縮エア(エアと水を含む)の熱容量であり、ΔTは現状の圧縮エアの温度と目標温度との差であり、CLは水(液体)の比熱を示す。
Δm = M × Cv × ΔT / CL Formula (1)
Δm is an increase value or decrease value of the injection amount to be calculated, M is a flow rate of the compressed air (including air and water), Cv is a heat capacity of the compressed air (including air and water), ΔT is the difference between the current temperature of the compressed air and the target temperature, and CL indicates the specific heat of water (liquid).

以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。そして、処理は図2に示したフローチャートのステップS18に進み、制御コンピュータ15は上記で示した処理を行う。図2に示した処理(図3に示した処理を含む)を繰り返し実行することは、前回決定された圧縮エアの湿度に対して補正を繰り返し行うことになる。よって、圧縮エアの湿度は、燃料電池スタック13の状況に対して適切な目標湿度へと収束していく。   When the above process ends, the process exits the flow. Then, the process proceeds to step S18 in the flowchart shown in FIG. 2, and the control computer 15 performs the process described above. Repeating the process shown in FIG. 2 (including the process shown in FIG. 3) repeatedly corrects the humidity of the compressed air determined last time. Therefore, the humidity of the compressed air converges to a target humidity appropriate for the situation of the fuel cell stack 13.

[水噴射部4の構成]
以下では、前述した水噴射部4の構成に関する本発明に係る実施例について、図5〜図8を用いて説明する。
[Configuration of Water Injection Unit 4]
Below, the Example which concerns on this invention regarding the structure of the water injection part 4 mentioned above is described using FIGS.

(第1実施例)
まず、第1実施例に係る水噴射部4の構成について説明する。図5は、吸気通路2中に設けられた水噴射部4の概略構成を模式的に示した図である。図示のように、吸気通路2の外壁面に、圧縮エア21の流れ方向に沿ってインジェクタ5、6、7が設けられている。インジェクタ5、6、7は、符号40で示すように薄いスクリーン状の水を噴射している。なお、本実施例に係る燃料電池用エア圧縮システム100は、インジェクタ(以下、符号を省略して記載した場合は、インジェクタ5、6、7を全て含めた意味として用いる)を圧縮エア21の流れ方向に複数(2以上)有しているが、ここでは説明の便宜の為、インジェクタ5、6、7のみに対して説明を行う。
(First embodiment)
First, the configuration of the water injection unit 4 according to the first embodiment will be described. FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a schematic configuration of the water injection unit 4 provided in the intake passage 2. As illustrated, injectors 5, 6, and 7 are provided on the outer wall surface of the intake passage 2 along the flow direction of the compressed air 21. The injectors 5, 6, and 7 inject thin screen-like water as indicated by reference numeral 40. Note that the fuel cell air compression system 100 according to the present embodiment uses an injector (hereinafter referred to as a meaning including all of the injectors 5, 6, and 7) when the compressed air 21 flows. Although there are a plurality (two or more) in the direction, only the injectors 5, 6 and 7 will be described here for convenience of description.

インジェクタ5、6、7に関する断面図を図6に示す。図6(a)は、吸気通路2とインジェクタ5を、図5における切断線A1−A1’に沿って切断した図である。また、図6(b)は吸気通路2とインジェクタ6を図5における切断線A2−A2’に沿って切断した図であり、図6(c)は吸気通路2とインジェクタ7を図5における切断線A3−A3’に沿って切断した図である。図示のように、吸気通路2の断面は略円形である。インジェクタ5、6、7は、それらの中心線が吸気通路2の断面の中心点を通過するように設けられている。図6(a)と図6(b)より、インジェクタ5とインジェクタ6は、吸気通路2の円周上において中心角が120°ずれた位置に設けられている。また、図6(b)と図6(c)より、インジェクタ6とインジェクタ7は、吸気通路2の円周上において中心角が120°ずれた位置に設けられている。即ち、インジェクタは、設けられる流れ方向の位置に応じて、吸気通路2の円周上の位置がずらされている(図6の場合は、中心角120°)。よって、隣接するインジェクタで、吸気通路2の円周上の位置が重なって設けられることはない。   A sectional view of the injectors 5, 6, 7 is shown in FIG. FIG. 6A is a view of the intake passage 2 and the injector 5 cut along the cutting line A1-A1 'in FIG. 6B is a view of the intake passage 2 and the injector 6 cut along the cutting line A2-A2 ′ in FIG. 5, and FIG. 6C is a view of the intake passage 2 and the injector 7 cut in FIG. It is the figure cut | disconnected along line A3-A3 '. As shown, the cross section of the intake passage 2 is substantially circular. The injectors 5, 6, and 7 are provided such that their center lines pass through the center point of the cross section of the intake passage 2. 6 (a) and 6 (b), the injector 5 and the injector 6 are provided on the circumference of the intake passage 2 at a position where the central angle is shifted by 120 °. Further, from FIG. 6B and FIG. 6C, the injector 6 and the injector 7 are provided on the circumference of the intake passage 2 at a position where the central angle is shifted by 120 °. In other words, the position of the injector on the circumference of the intake passage 2 is shifted according to the position in the flow direction provided (in the case of FIG. 6, the central angle is 120 °). Thus, adjacent injectors are not provided with overlapping circumferential positions of the intake passage 2.

インジェクタの先端部からは、噴射角θにて水が噴射される。インジェクタより噴射された水は、吸気通路2の内周壁に衝突し、反射することによって吸気通路2の断面の全域に拡散していく。例えば、インジェクタより噴射された水は、符号40で示すように略六角形の断面形状となる。また、上記の噴射角θは、大きいほうが好ましい。噴射角θが大きいほうが、インジェクタより噴射される水にて吸気通路2の断面をより広域に覆うことができるからである。   Water is injected from the tip of the injector at an injection angle θ. The water injected from the injector collides with the inner peripheral wall of the intake passage 2 and is reflected and diffused throughout the entire cross section of the intake passage 2. For example, water injected from the injector has a substantially hexagonal cross-sectional shape as indicated by reference numeral 40. Further, it is preferable that the injection angle θ is large. This is because the larger the injection angle θ, the wider the cross section of the intake passage 2 can be covered with water injected from the injector.

第1実施例に係る水噴射部4の構成では、圧縮エア21の流れと垂直方向には1つのインジェクタのみを設けているので、符号40で示す水が噴射される領域(以下、「水噴射領域40」と呼ぶ)においては、場所によって水の密度に差が生じてしまう。しかし、圧縮エア21の流れ方向に複数のインジェクタが設けられ、更にインジェクタが設けられる吸気通路2の円周上の位置がずらされているので、圧縮エア21が、一つ目のインジェクタの水噴射領域40における水の密度が疎な部分を通過した場合であっても、次のインジェクタの水噴射領域40では密な部分を通過することができる。よって、水噴射部4全体では、圧縮エア21は均等に拡散した水と接触することができる。したがって、水噴射部4は、圧縮エア21に対して、均等に冷却及び湿度の調節を行うことができる。   In the configuration of the water injection unit 4 according to the first embodiment, since only one injector is provided in the direction perpendicular to the flow of the compressed air 21, a region indicated by reference numeral 40 (hereinafter referred to as “water injection”). In the area 40), the water density varies depending on the location. However, since a plurality of injectors are provided in the flow direction of the compressed air 21, and the circumferential position of the intake passage 2 where the injectors are provided is shifted, the compressed air 21 is injected into the water of the first injector. Even when the water density in the region 40 passes through a sparse part, the water jet region 40 of the next injector can pass through a dense part. Therefore, the compressed air 21 can come into contact with the uniformly diffused water in the entire water injection unit 4. Therefore, the water injection unit 4 can uniformly cool and adjust the humidity with respect to the compressed air 21.

更に、圧縮エア21の流れ方向に沿って複数設けたインジェクタにより圧縮エア21の冷却を行うので、圧縮エア21が気化する際の急激な温度変化を生じさせない。これによって、吸気通路2が劣化することを防止することができる。   Furthermore, since the compressed air 21 is cooled by a plurality of injectors provided along the flow direction of the compressed air 21, no sudden temperature change occurs when the compressed air 21 is vaporized. This can prevent the intake passage 2 from deteriorating.

(第2実施例)
次に、第2実施例に係る水噴射部4の構成について説明する。図7は、吸気通路2中に設けられた水噴射部4の概略構成を模式的に示した図である。図7(a)は、水噴射部4及び吸気通路2の側面図を示し、図7(b)はその断面図を示す。
(Second embodiment)
Next, the configuration of the water injection unit 4 according to the second embodiment will be described. FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a schematic configuration of the water injection unit 4 provided in the intake passage 2. Fig.7 (a) shows the side view of the water injection part 4 and the intake passage 2, and FIG.7 (b) shows the sectional drawing.

図7(a)より、インジェクタは、圧縮エア21の流れと垂直方向に複数設けられている(垂直方向に設けられた複数のインジェクタを1セットとする)。そして、このセットが圧縮エア21の流れ方向にも複数設けられている。具体的には、インジェクタ5aとインジェクタ5bとインジェクタ5cが、圧縮エア21の流れと垂直方向に設けられている。そして、このセットの隣に、インジェクタ6aとインジェクタ6bとインジェクタ6cからなるセットが設けられており、その隣にはインジェクタ7aとインジェクタ7bとインジェクタ7cからなるセットが設けられている。なお、本実施例に係る燃料電池用エア圧縮システム100では、インジェクタを圧縮エア21の流れ方向に複数(2以上)有しているが、説明の便宜の為、上記の3セットのみに対して説明を行う。   7A, a plurality of injectors are provided in the direction perpendicular to the flow of the compressed air 21 (a plurality of injectors provided in the vertical direction are set as one set). A plurality of sets are also provided in the flow direction of the compressed air 21. Specifically, the injector 5a, the injector 5b, and the injector 5c are provided in a direction perpendicular to the flow of the compressed air 21. Next to this set, a set comprising an injector 6a, an injector 6b and an injector 6c is provided, and next to this set, a set comprising an injector 7a, an injector 7b and an injector 7c is provided. In the air compression system 100 for a fuel cell according to the present embodiment, a plurality of (two or more) injectors are provided in the flow direction of the compressed air 21, but for convenience of explanation, only the above three sets are provided. Give an explanation.

図7(b)は、インジェクタ5a、5b、5cを切断線B1−B1’に沿って切断した図である。インジェクタ6a、6b、6cを切断線B2−B2’に沿って切断した図、及びインジェクタ7a、7b、7cを切断線B3−B3’に沿って切断した図は、インジェクタ5a、5b、5cのものと同一であるため重ねて示している。図示のように、インジェクタ5a、5b、5cと、インジェクタ6a、6b、6cと、インジェクタ7a、7b、7cは、吸気通路2の外周壁に中心角120°の等間隔で設けられている。そして、それぞれ噴射角θにて水を噴射している。   FIG. 7B is a view of the injectors 5a, 5b, and 5c cut along the cutting line B1-B1 '. The views of the injectors 6a, 6b, 6c cut along the cutting line B2-B2 'and the views of the injectors 7a, 7b, 7c cut along the cutting line B3-B3' are those of the injectors 5a, 5b, 5c. Since they are the same as those shown in FIG. As illustrated, the injectors 5a, 5b, and 5c, the injectors 6a, 6b, and 6c, and the injectors 7a, 7b, and 7c are provided on the outer peripheral wall of the intake passage 2 at equal intervals of a central angle of 120 °. Then, water is injected at an injection angle θ.

第1実施例に係る水噴射部4の構成では、圧縮エア21の流れと垂直方向に1つしか設けていなかったため、水噴射領域40においては、場所によって水の密度に差が生じていた。しかし、第2実施例に係るインジェクタの構成では、圧縮エア21の流れと垂直方向に複数のインジェクタを設けているので、噴射された水は、水噴射領域40面内でほぼ均等に拡散することになる。よって、インジェクタより噴射される水による圧縮エア21の冷却効果、及び圧縮エア21に対する湿度調節の精度を増加させることができる。また、圧縮エア21の流れの垂直方向に3つのインジェクタを備えるので、水の噴射量などに関する詳細な制御を行うことができる。   In the configuration of the water injection unit 4 according to the first example, only one is provided in the direction perpendicular to the flow of the compressed air 21, and therefore, in the water injection region 40, the water density varies depending on the location. However, in the configuration of the injector according to the second embodiment, since a plurality of injectors are provided in the direction perpendicular to the flow of the compressed air 21, the injected water diffuses almost evenly in the surface of the water injection region 40. become. Therefore, the cooling effect of the compressed air 21 by the water injected from the injector and the accuracy of humidity adjustment for the compressed air 21 can be increased. In addition, since three injectors are provided in the direction perpendicular to the flow of the compressed air 21, detailed control regarding the water injection amount and the like can be performed.

(第3実施例)
次に、第3実施例に係る水噴射部4の構成について説明する。第3実施例においても第2実施例と同様に、インジェクタは、圧縮エア21の流れと垂直方向に複数設けられており(これを1セットとする)、更にこのセットが流れ方向にも複数設けられている。但し、第3実施例においては、インジェクタのセットが設けられる吸気通路2の円周上の位置は、圧縮エア21の流れ方向に応じてずらされる。
(Third embodiment)
Next, the configuration of the water injection unit 4 according to the third embodiment will be described. In the third embodiment, as in the second embodiment, a plurality of injectors are provided in the direction perpendicular to the flow of the compressed air 21 (this is one set), and a plurality of sets are also provided in the flow direction. It has been. However, in the third embodiment, the circumferential position of the intake passage 2 where the injector set is provided is shifted according to the flow direction of the compressed air 21.

図8は、第3実施例に係るインジェクタを図7(a)における切断線に沿って切断した図である。図8(a)は、インジェクタ5a、5b、5cを図7(a)における切断線B1−B1’に沿って切断した図である。また、図8(b)はインジェクタ6a、6b、6cを図7(a)における切断線B2−B2’に沿って切断した図であり、図8(c)はインジェクタ7a、7b、7cを図7(a)における切断線B3−B3’に沿って切断した図である。図8より、隣接するセットにて、インジェクタが設けられる吸気通路2の円周上の位置は重ならないことがわかる。   FIG. 8 is a view of the injector according to the third embodiment cut along the cutting line in FIG. FIG. 8A is a view of the injectors 5a, 5b, and 5c cut along the cutting line B1-B1 'in FIG. 7A. 8B is a view of the injectors 6a, 6b, and 6c cut along the cutting line B2-B2 ′ in FIG. 7A, and FIG. 8C is a view of the injectors 7a, 7b, and 7c. It is the figure cut | disconnected along cut line B3-B3 'in 7 (a). FIG. 8 shows that the positions on the circumference of the intake passage 2 where the injectors are provided do not overlap in adjacent sets.

以上のようにインジェクタを配置することにより、流れ方向におけるインジェクタの配置位置のずれに伴って、水噴射領域40もずれることになる。よって、圧縮エア21が、一つ目のインジェクタのセットによる水噴射領域40を通過しない場合であっても、次のインジェクタのセットによる水噴射領域40を通過することができる。これにより、水噴射部4による圧縮エア21の冷却効果、及び圧縮エア21に対する湿度調節の精度を更に増加させることができる。   By disposing the injector as described above, the water injection region 40 is also displaced along with the displacement of the arrangement position of the injector in the flow direction. Therefore, even when the compressed air 21 does not pass through the water injection region 40 by the first injector set, it can pass through the water injection region 40 by the next injector set. Thereby, the cooling effect of the compressed air 21 by the water injection unit 4 and the accuracy of humidity adjustment for the compressed air 21 can be further increased.

なお、第2実施例及び第3実施例では、圧縮エア21の流れと垂直方向に、3つのインジェクタを設けるものについて示したが、この個数には限定はしない。インジェクタを2つ設けてもよいし、4つ以上設けてもよい。   In the second and third embodiments, three injectors are provided in the direction perpendicular to the flow of the compressed air 21, but the number is not limited. Two injectors may be provided, or four or more injectors may be provided.

本発明の実施形態に係る燃料電池用エア圧縮システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the air compression system for fuel cells which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る水供給量御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the water supply amount control process which concerns on embodiment of this invention. 図2のステップS17の噴射量算出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the injection amount calculation process of step S17 of FIG. 燃料電池スタックの相対湿度と出力の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the relative humidity of a fuel cell stack, and an output. 本発明の第1実施例に係る水噴射部の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the water injection part which concerns on 1st Example of this invention. 図5の切断線に沿ったインジェクタ等の断面図を示す。Sectional drawing, such as an injector along the cutting line of FIG. 5, is shown. 本発明の第2実施例に係る水噴射部の概略構成、及びインジェクタ等の断面図を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the water injection part which concerns on 2nd Example of this invention, and sectional drawings, such as an injector. 本発明の第3実施例に係るインジェクタ等の断面図を示す図である。It is a figure which shows sectional drawing, such as an injector which concerns on 3rd Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 圧縮機
2 吸気通路
3 流量計
9、11 温度センサ
10 露点温度センサ
4 水噴射部
5a、5b、6b、6c インジェクタ
12a カソード極
12b アノード極
13 燃料電池スタック
15 制御コンピュータ
100 燃料電池用エア圧縮システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2 Intake passage 3 Flowmeter 9,11 Temperature sensor 10 Dew point temperature sensor 4 Water injection part 5a, 5b, 6b, 6c Injector 12a Cathode pole 12b Anode pole 13 Fuel cell stack 15 Control computer 100 Fuel cell air compression system

Claims (7)

燃料電池スタックに供給するエアを圧縮するエア圧縮手段と、
前記圧縮エアに水を噴霧して供給する水供給手段と、
前記圧縮エアの温度を取得する温度取得手段と、
前記圧縮エアの湿度を取得する湿度取得手段と、
前記取得した温度、及び前記取得した湿度に基づいて、前記供給する水の量を制御する水供給量制御手段と、を備えることを特徴とする燃料電池用エア圧縮システム。
Air compression means for compressing air supplied to the fuel cell stack;
Water supply means for supplying the compressed air by spraying water;
Temperature acquisition means for acquiring the temperature of the compressed air;
Humidity acquisition means for acquiring the humidity of the compressed air;
An air compression system for a fuel cell, comprising: a water supply amount control unit configured to control the amount of water to be supplied based on the acquired temperature and the acquired humidity.
前記水供給量制御手段は、前記取得した湿度が目標湿度となるように供給する水の量を制御することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用エア圧縮システム。 2. The fuel cell air compression system according to claim 1, wherein the water supply amount control unit controls the amount of water to be supplied so that the acquired humidity becomes a target humidity. 3. 前記圧縮エアの流量を取得する流量取得手段を備え、
前記水供給量制御手段は、前記圧縮エアの流量に基づいて、供給する水の量を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池用エア圧縮システム。
A flow rate acquisition means for acquiring the flow rate of the compressed air;
3. The fuel cell air compression system according to claim 1, wherein the water supply amount control means controls the amount of water to be supplied based on a flow rate of the compressed air.
前記燃料電池スタックの温度を取得する燃料電池スタック温度取得手段を備え、
前記水供給量制御手段は、前記取得した燃料電池スタックの温度が所定温度以上であるときは、前記供給する水の量を増量することを特徴とする請求項1至及3のいずれか1項に記載の燃料電池用エア圧縮システム。
A fuel cell stack temperature acquisition means for acquiring the temperature of the fuel cell stack;
The water supply amount control means increases the amount of water to be supplied when the temperature of the acquired fuel cell stack is equal to or higher than a predetermined temperature. An air compression system for a fuel cell as described in 1.
前記水供給手段は、前記圧縮エアの流れ方向に対して複数設けられていることを特徴とする請求項1至及4のいずれか1項に記載の燃料電池用エア圧縮システム。 5. The fuel cell air compression system according to claim 1, wherein a plurality of the water supply units are provided in a flow direction of the compressed air. 6. 前記水供給手段は、前記圧縮エアの流れと垂直方向に複数設けられていることを特徴とする請求項1至及5のいずれか1項に記載の燃料電池用エア圧縮システム。 The air compression system for a fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein a plurality of the water supply means are provided in a direction perpendicular to the flow of the compressed air. 前記温度取得手段、及び前記湿度取得手段は、前記水供給手段の下流に設けられていることを特徴とする請求項1至及6のいずれか1項に記載の燃料電池用エア圧縮システム。
The fuel cell air compression system according to any one of claims 1 to 6, wherein the temperature acquisition unit and the humidity acquisition unit are provided downstream of the water supply unit.
JP2004044144A 2004-02-20 2004-02-20 Air compression system for fuel cell Pending JP2005235614A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004044144A JP2005235614A (en) 2004-02-20 2004-02-20 Air compression system for fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004044144A JP2005235614A (en) 2004-02-20 2004-02-20 Air compression system for fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005235614A true JP2005235614A (en) 2005-09-02

Family

ID=35018341

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004044144A Pending JP2005235614A (en) 2004-02-20 2004-02-20 Air compression system for fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005235614A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100644969B1 (en) 2005-10-31 2006-11-14 한국과학기술연구원 Humidifier with mufflers for fuel cell
JP2007311348A (en) * 2006-05-15 2007-11-29 Gm Global Technology Operations Inc Fuel cell operation to minimize rh cycle for improving durability
JP2018116848A (en) * 2017-01-18 2018-07-26 株式会社デンソー Fuel cell system
US10490834B2 (en) 2016-04-18 2019-11-26 Hyundai Motor Company Apparatus and method for controlling fuel cell stack

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100644969B1 (en) 2005-10-31 2006-11-14 한국과학기술연구원 Humidifier with mufflers for fuel cell
JP2007311348A (en) * 2006-05-15 2007-11-29 Gm Global Technology Operations Inc Fuel cell operation to minimize rh cycle for improving durability
US10490834B2 (en) 2016-04-18 2019-11-26 Hyundai Motor Company Apparatus and method for controlling fuel cell stack
JP2018116848A (en) * 2017-01-18 2018-07-26 株式会社デンソー Fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9897663B2 (en) Integrated DC/DC converter, electrochemical energy storage system, and methods for analyzing electrochemical impedance spectroscopy and working state of electrochemical energy storage apparatus
JP6135642B2 (en) Fuel cell system and control method of fuel cell system
EP2602853B1 (en) Fuel cell system
US20160380284A1 (en) Fuel cell system
US20130084510A1 (en) Fuel cell system, control method for fuel cell system, and degradation determining method for fuel cell stack
JP6197601B2 (en) Fuel cell monitoring device
CA2917408C (en) Fuel cell system and method for controlling fuel cell system
US7858248B2 (en) Fuel cell and fuel cell system
JP2006278046A (en) Fuel cell system
JP4973138B2 (en) Fuel cell system
US9660283B2 (en) Current measurement device
US8338040B2 (en) Fuel cell system and method of operating fuel cell system
JP4967381B2 (en) Fuel cell system, fuel cell wetness measuring method, fuel cell purge control method
JP5256586B2 (en) Fuel cell system
CN105047962B (en) Fuel cell system and its control method
JP2005235614A (en) Air compression system for fuel cell
JP4968113B2 (en) Fuel cell system
JP2019053875A (en) Fuel cell system
CN106716151B (en) The impedance measuring instrument of fuel cell and the impedance measuring method of fuel cell
JP2020072052A (en) Fuel cell system
JP2014175205A (en) Fuel cell monitoring device
JP5783028B2 (en) Inspection method and inspection apparatus for fuel cell stack
JP2010108619A (en) Fuel cell operation control method and fuel cell system
JP6274065B2 (en) Current measuring device
JP5810992B2 (en) Fuel cell system