JP2006294402A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system.
燃料電池では、発電の際に、カソード側で水(水蒸気)が生成される。このような水が燃料電池内に蓄積すると不具合が発生する可能性がある。そこで、燃料電池に蓄積した水を排出するための種々の努力がなされている。例えば、特許文献1には、燃料電池からのオフガスを、気液分離器を有する循環路を用いて循環させ、オフガスに含まれる水分を除去する方法が提案されている。 In a fuel cell, water (water vapor) is generated on the cathode side during power generation. If such water accumulates in the fuel cell, problems may occur. Accordingly, various efforts have been made to discharge the water accumulated in the fuel cell. For example, Patent Document 1 proposes a method of circulating off gas from a fuel cell using a circulation path having a gas-liquid separator and removing moisture contained in the off gas.
ところが、従来は、燃料電池に蓄積した水の排出に関しては、十分な工夫がなされていないのが実情であった。なお、このような問題は、カソード側に限らず、アノード側にも共通する問題であった。 However, in the past, the actual situation is that sufficient measures have not been taken regarding the discharge of water accumulated in the fuel cell. Such a problem is not limited to the cathode side but is common to the anode side.
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池に蓄積した水を排出することのできる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of discharging water accumulated in a fuel cell.
上記課題の少なくとも一部を解決するために、この発明における燃料電池システムは、第1内部反応ガス流路を有する第1燃料電池スタックと、第2内部反応ガス流路を有する第2燃料電池スタックと、前記第2内部反応ガス流路からの排ガスの運動エネルギを利用することによって、前記第1内部反応ガス流路内のガスを吸引するガス吸引部と、を備える。 In order to solve at least a part of the above problems, a fuel cell system according to the present invention includes a first fuel cell stack having a first internal reaction gas flow path and a second fuel cell stack having a second internal reaction gas flow path. And a gas suction part for sucking the gas in the first internal reaction gas flow path by using the kinetic energy of the exhaust gas from the second internal reaction gas flow path.
この構成によれば、ガス吸引部が第2燃料電池スタックの排ガスの運動エネルギを利用することによって、第1燃料電池スタック内のガスを吸引するので、燃料電池に蓄積した水を排出することが可能となる。 According to this configuration, since the gas suction unit sucks the gas in the first fuel cell stack by using the kinetic energy of the exhaust gas of the second fuel cell stack, the water accumulated in the fuel cell can be discharged. It becomes possible.
上記燃料電池システムにおいて、さらに、前記第1内部反応ガス流路に接続された所定の反応ガスの供給路である第1供給路と、前記第2内部反応ガス流路に接続された前記反応ガスの供給路である第2供給路と、前記第1供給路と前記第2供給路との少なくとも一方に接続されるとともに、前記第1内部反応ガス流路と前記第2内部反応ガス流路との少なくとも一方への前記反応ガスの供給量を調整する供給量調整部と、前記各部の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記供給量調整部の制御モードとして、前記第1内部反応ガス流路への前記反応ガス供給量に対する前記第2内部反応ガス流路への前記反応ガス供給量の比率である供給量比率が比較的小さな値となるように前記供給量調整部を制御する標準モードと、前記供給量比率が比較的大きな値となるように前記供給量調整部を制御する排出モードと、を有し、さらに、前記排出モードに従って前記供給量調整部を制御することによって、前記ガス吸引部に前記第1内部反応ガス流路内のガスを吸引させることとしてもよい。 The fuel cell system further includes a first supply path that is a predetermined reaction gas supply path connected to the first internal reaction gas flow path, and the reaction gas connected to the second internal reaction gas flow path. A second supply path, which is a supply path, and at least one of the first supply path and the second supply path, and the first internal reaction gas flow path and the second internal reaction gas flow path, A supply amount adjustment unit that adjusts the supply amount of the reaction gas to at least one of the above, and a control unit that controls the operation of each unit, the control unit as the control mode of the supply amount adjustment unit, The supply amount adjustment is performed so that a supply amount ratio, which is a ratio of the reaction gas supply amount to the second internal reaction gas channel with respect to the reaction gas supply amount to the first internal reaction gas channel, is a relatively small value. A standard mode for controlling the unit, and A discharge mode for controlling the supply amount adjustment unit so that a supply rate ratio becomes a relatively large value, and further, by controlling the supply amount adjustment unit according to the discharge mode, the gas suction unit The gas in the first internal reaction gas channel may be sucked.
この構成によれば、排出モードでは、標準モードと比べて、第1燃料電池スタックへの反応ガスの供給量に対する第2燃料電池スタックへの反応ガスの供給量の比率を大きくすることができる。従って、第1ガス流路によって排出される第1燃料電池スタックの排ガスの量に対する、ガス吸引部が利用可能な第2燃料電池スタックの排ガスの運動エネルギの比率を増大させることができる。その結果、排出モードでは、標準モードよりも強く第1燃料電池スタックが減圧されるので、燃料電池に蓄積した水を効率よく排出することが可能となる。 According to this configuration, in the discharge mode, the ratio of the supply amount of the reaction gas to the second fuel cell stack with respect to the supply amount of the reaction gas to the first fuel cell stack can be increased compared to the standard mode. Therefore, the ratio of the kinetic energy of the exhaust gas of the second fuel cell stack that can be used by the gas suction unit to the amount of exhaust gas of the first fuel cell stack discharged by the first gas flow path can be increased. As a result, in the discharge mode, the first fuel cell stack is decompressed more strongly than in the standard mode, so that the water accumulated in the fuel cell can be discharged efficiently.
上記燃料電池システムにおいて、さらに、前記第1供給路と前記第2供給路とに接続されるとともに前記反応ガスを前記各供給路に供給する反応ガス供給部を備え、前記供給量調整部は、前記第1供給路と前記第2供給路との少なくとも一方に接続されたバルブであって、前記バルブが接続された供給路における前記反応ガスの流量を調整可能な調整バルブを有することとしてもよい。 The fuel cell system further includes a reaction gas supply unit that is connected to the first supply path and the second supply path and supplies the reaction gas to each of the supply paths, and the supply amount adjustment unit includes: The valve may be connected to at least one of the first supply path and the second supply path, and may include an adjustment valve capable of adjusting the flow rate of the reaction gas in the supply path to which the valve is connected. .
この構成によれば、調整バルブを制御することによって、容易に、供給量比率を調整することが可能となる。 According to this configuration, the supply amount ratio can be easily adjusted by controlling the adjustment valve.
上記燃料電池システムにおいて、前記供給量調整部は、前記調整バルブとして、前記第1供給路に設けられるとともに前記第1内部反応ガス流路に対する前記反応ガスの供給量を調整可能な供給量調整バルブを有し、前記制御部は、前記標準モードでは、前記供給量調整バルブの開度を比較的大きな値に設定し、前記排出モードでは、前記供給量調整バルブの開度を比較的小さな値に設定することとしてもよい。 In the fuel cell system, the supply amount adjustment unit is provided in the first supply path as the adjustment valve, and is capable of adjusting the supply amount of the reaction gas to the first internal reaction gas flow path. The control unit sets the opening of the supply amount adjustment valve to a relatively large value in the standard mode, and sets the opening of the supply amount adjustment valve to a relatively small value in the discharge mode. It may be set.
また、上記燃料電池システムにおいて、前記供給量調整部は、前記調整バルブとして、前記第2供給路に設けられるとともに前記第2内部反応ガス流路に対する前記反応ガスの供給量を調整可能な供給量調整バルブを有し、前記制御部は、前記標準モードでは、前記供給量調整バルブの開度を比較的小さな値に設定し、前記排出モードでは、前記供給量調整バルブの開度を比較的大きな値に設定することとしてもよい。 Further, in the fuel cell system, the supply amount adjusting unit is provided in the second supply path as the adjustment valve, and is capable of adjusting the supply amount of the reaction gas to the second internal reaction gas flow path. An adjustment valve, and the control unit sets the opening of the supply amount adjustment valve to a relatively small value in the standard mode, and sets the opening of the supply amount adjustment valve to a relatively large value in the discharge mode. It may be set to a value.
上記各燃料電池システムにおいて、さらに、前記第1内部反応ガス流路における水の蓄積による不具合の可能性の有無を判定する不具合判定部を備え、前記制御部は、前記不具合判定部によって不具合の可能性有りとの判定がされた場合には、前記排出モードに従って前記供給量調整部を制御し、前記不具合判定部によって不具合の可能性無しとの判定がされた場合には、前記標準モードに従って前記供給量調整部を制御することとしてもよい。 Each of the fuel cell systems further includes a failure determination unit that determines whether or not there is a possibility of failure due to accumulation of water in the first internal reaction gas flow path, and the control unit may be defective by the failure determination unit. When it is determined that there is a property, the supply amount adjustment unit is controlled according to the discharge mode, and when it is determined by the failure determination unit that there is no possibility of a failure, the supply mode is adjusted according to the standard mode. The supply amount adjusting unit may be controlled.
この構成によれば、水の蓄積による不具合の可能性が有るとの判定がなされた場合に、供給量調整部が排出モードに従って制御されるので、燃料電池に蓄積した水を適切に排出することが可能となる。 According to this configuration, when it is determined that there is a possibility of malfunction due to accumulation of water, the supply amount adjustment unit is controlled according to the discharge mode, so that the water accumulated in the fuel cell can be appropriately discharged. Is possible.
上記燃料電池システムにおいて、さらに、前記第1内部反応ガス流路からの排ガスの湿度を測定する湿度センサを備え、前記不具合判定部は、前記湿度センサによって測定された湿度が、湿度しきい値以上である場合に、不具合の可能性有りと判定することとしてもよい。 The fuel cell system further includes a humidity sensor that measures the humidity of the exhaust gas from the first internal reaction gas flow path, and the failure determination unit has a humidity measured by the humidity sensor equal to or higher than a humidity threshold value. In such a case, it may be determined that there is a possibility of malfunction.
この構成によれば、第1燃料電池スタックからの排ガスの湿度に基づいて、水の蓄積による不具合の可能性の有無を適切に判定することができる。 According to this configuration, based on the humidity of the exhaust gas from the first fuel cell stack, it is possible to appropriately determine the presence or absence of a malfunction due to water accumulation.
上記燃料電池システムにおいて、前記第1燃料電池スタックは、複数の単セルを含み、前記燃料電池システムは、さらに、前記各単セルの電圧を測定する電圧センサを備え、前記不具合判定部は、前記各単セルの電圧に基づいて前記判定を行うこととしてもよい。 In the fuel cell system, the first fuel cell stack includes a plurality of single cells, the fuel cell system further includes a voltage sensor that measures a voltage of each single cell, and the failure determination unit includes The determination may be performed based on the voltage of each single cell.
この構成によれば、不具合の可能性の有無の判定結果に、各単セルの状態を反映させることが可能となる。 According to this configuration, it is possible to reflect the state of each single cell in the determination result of the possibility of malfunction.
上記燃料電池システムにおいて、さらに、前記第1燃料電池の電力を少なくとも含む発電電力を測定する電力センサを備え、前記不具合判定部は、前記発電電力の積算値である積算電力を算出するとともに、前記積算電力が所定の基準積算電力だけ増加する毎に、不具合の可能性有りと判定し、前記制御部は、前記不具合判定部によって不具合の可能性有りとの判定がされる毎に、前記排出モードに従って前記供給量調整部を制御する排出処理と、前記排出処理の後に前記標準モードに従って前記供給量調整部を制御する標準処理と、を含む一連の処理を実行することとしてもよい。 The fuel cell system further includes a power sensor that measures generated power including at least the power of the first fuel cell, and the failure determination unit calculates integrated power that is an integrated value of the generated power, and Each time the accumulated power increases by a predetermined reference accumulated power, it is determined that there is a possibility of a malfunction, and the control unit determines that there is a possibility of a malfunction every time the malfunction determination section determines that there is a malfunction. A series of processes including a discharge process for controlling the supply amount adjusting unit according to the above and a standard process for controlling the supply amount adjusting unit according to the standard mode after the discharge process may be executed.
この構成によれば、積算電力に基づいて不具合の可能性の有無を適切に判定するとともに、燃料電池に蓄積した水を適切に排出することが可能となる。 According to this configuration, it is possible to appropriately determine whether or not there is a possibility of malfunction based on the integrated power, and to appropriately discharge the water accumulated in the fuel cell.
上記燃料電池システムにおいて、さらに、前記第1内部反応ガス流路の温度を反映する動作温度を測定する温度センサを備え、前記不具合判定部は、前記動作温度が温度しきい値以下である場合に、不具合の可能性有りと判定することとしてもよい。 The fuel cell system may further include a temperature sensor that measures an operating temperature that reflects the temperature of the first internal reaction gas flow path, and the failure determination unit may be configured such that the operating temperature is equal to or lower than a temperature threshold value. It may be determined that there is a possibility of a malfunction.
この構成によれば、動作温度に基づいて、水の蓄積による不具合の可能性の有無を適切に判定することができる。 According to this configuration, it is possible to appropriately determine whether or not there is a possibility of malfunction due to accumulation of water based on the operating temperature.
上記各燃料電池システムにおいて、さらに、前記第1内部反応ガス流路に接続された第1排ガス流路と、前記第2内部反応ガス流路に接続された第2排ガス流路と、を備え、前記ガス吸引部は、前記第1排ガス流路に設けられた第1タービンと、前記第1タービンと機械的に連結されるとともに前記第2排ガス流路に設けられた第2タービンと、を有し、前記第1タービンと前記第2タービンとは、前記第2排ガス流路を流れる前記第2内部反応ガス流路からの排ガスが前記第2タービンを駆動することによって、前記第2タービンが前記第1タービンを駆動するとともに、前記第1タービンが前記第1内部反応ガス流路内のガスを吸引するように、構成されていることとしてもよい。 Each of the fuel cell systems further includes a first exhaust gas flow channel connected to the first internal reaction gas flow channel, and a second exhaust gas flow channel connected to the second internal reaction gas flow channel, The gas suction unit includes a first turbine provided in the first exhaust gas flow path, and a second turbine mechanically connected to the first turbine and provided in the second exhaust gas flow path. The first turbine and the second turbine are configured so that the exhaust gas from the second internal reaction gas flow channel that flows through the second exhaust gas flow channel drives the second turbine so that the second turbine is While driving a 1st turbine, it is good also as a said 1st turbine being comprised so that the gas in a said 1st internal reaction gas flow path may be attracted | sucked.
また、上記各燃料電池システムにおいて、さらに、前記第1内部反応ガス流路に接続された第1排ガス流路と、前記第2内部反応ガス流路に接続された第2排ガス流路と、を備え、前記ガス吸引部は、前記第2排ガス流路に設けられるとともに、前記第1排ガス流路に連通するエジェクタを含み、前記エジェクタは、前記第2排ガス流路を流れる前記第2内部反応ガス流路からの排ガスの流れを利用することによって、前記第1排ガス流路を介して前記第1内部反応ガス流路内のガスを吸引するように構成されている、こととしてもよい。 Each of the fuel cell systems further includes a first exhaust gas flow channel connected to the first internal reaction gas flow channel, and a second exhaust gas flow channel connected to the second internal reaction gas flow channel. And the gas suction part includes an ejector that is provided in the second exhaust gas flow path and communicates with the first exhaust gas flow path, and the ejector flows through the second exhaust gas flow path. By using the flow of the exhaust gas from the flow path, the gas in the first internal reaction gas flow path may be sucked through the first exhaust gas flow path.
また、上記燃料電池システムにおいて、さらに、前記第1内部反応ガス流路に接続された第1排ガス流路と、前記第2内部反応ガス流路に接続された第2排ガス流路と、所定の反応ガスを供給する反応ガス供給部と、前記反応ガス供給部と前記第1内部反応ガス流路とを接続するとともに、前記反応ガスを前記第1内部反応ガス流路へ供給する第1供給路と、前記反応ガス供給部と前記第2内部反応ガス流路とを接続するとともに、前記反応ガスを前記第2内部反応ガス流路へ供給する第2供給路と、を備え、前記ガス吸引部は、前記第1排ガス流路に設けられた第1タービンと、前記第1タービンと機械的に連結されるとともに前記第2排ガス流路に設けられた第2タービンと、を有し、前記第1タービンと前記第2タービンとは、(A)前記第1排ガス流路を流れる前記第1内部反応ガス流路からの排ガスの流速に対する前記第2排ガス流路を流れる前記第2内部反応ガス流路からの排ガスの流速の比率である流速比率が比較的大きい場合には、前記第2排ガス流路を流れる前記第2内部反応ガス流路からの排ガスが前記第2タービンを駆動することによって、前記第2タービンが前記第1タービンを駆動するとともに、前記第1タービンが前記第1内部反応ガス流路内のガスを吸引し、(B)前記流速比率が比較的小さい場合には、前記第1排ガス流路を流れる前記第1内部反応ガス流路からの排ガスが前記第1タービンを駆動することによって、前記第1タービンが前記第2タービンを駆動するとともに、前記第2タービンが前記第2内部反応ガス流路内のガスを吸引するように、構成されていることとしてもよい。 The fuel cell system further includes a first exhaust gas flow channel connected to the first internal reaction gas flow channel, a second exhaust gas flow channel connected to the second internal reaction gas flow channel, and a predetermined exhaust gas flow channel. A reaction gas supply unit that supplies a reaction gas, a first supply channel that connects the reaction gas supply unit and the first internal reaction gas channel and supplies the reaction gas to the first internal reaction gas channel And a second supply path that connects the reaction gas supply section and the second internal reaction gas flow path and supplies the reaction gas to the second internal reaction gas flow path, and the gas suction section Comprises a first turbine provided in the first exhaust gas flow path, and a second turbine mechanically connected to the first turbine and provided in the second exhaust gas flow path, One turbine and the second turbine are (A) The flow rate ratio, which is the ratio of the flow rate of the exhaust gas from the second internal reaction gas channel flowing through the second exhaust gas channel to the flow rate of the exhaust gas from the first internal reaction gas channel flowing through the first exhaust gas channel, is If relatively large, exhaust gas from the second internal reaction gas flow channel that flows through the second exhaust gas flow channel drives the second turbine so that the second turbine drives the first turbine. The first turbine sucks the gas in the first internal reaction gas flow path, and (B) when the flow rate ratio is relatively small, the first internal reaction gas flow flowing in the first exhaust gas flow path. When the exhaust gas from the road drives the first turbine, the first turbine drives the second turbine, and the second turbine sucks the gas in the second internal reaction gas flow path. Sea urchin, may be configured.
この構成によれば、水が蓄積することによって排ガスの流速が低下した燃料電池から、蓄積した水を排出することが可能となる。 According to this configuration, the accumulated water can be discharged from the fuel cell in which the flow rate of the exhaust gas has decreased due to the accumulation of water.
なお、この発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法または装置、これらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、燃料電池システムを駆動用電源として搭載する車両、等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms. For example, a fuel cell system, a control method or apparatus for the fuel cell system, a computer program for realizing the functions of these methods or apparatuses, and the computer The present invention can be realized in the form of a recording medium in which the program is recorded, a data signal that includes the computer program and embodied in a carrier wave, a vehicle in which the fuel cell system is mounted as a driving power source, and the like.
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
A.第1実施例:
B.第2実施例:
C.第3実施例:
D.第4実施例:
E.変形例:
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:
C. Third embodiment:
D. Fourth embodiment:
E. Variation:
A.第1実施例:
図1は、本発明の一実施例としての燃料電池システム900の構成を示すブロック図である。この燃料電池システム900は、燃料電池スタック100、200と、エアコンプレッサ300と、タービン316、326と、電圧センサ130、230と、温度センサ132、232と、湿度センサ134、234と、制御部500と、を備えている。なお、図1では、アノード(水素極とも呼ばれる)側のガスの流路は省略されている。
A. First embodiment:
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
第1燃料電池スタック100(以下、単に「第1スタック100」とも呼ぶ)は、図示しない燃料電池セル(「単セル」とも呼ぶ)を複数積層したスタック構造を有する固体高分子電解質型の燃料電池である。燃料電池セル(図示せず)の各々は、カソード側に設けられた第1内部空気流路193と、アノード側に設けられた第1内部水素流路194とを、内部に備えている。
The first fuel cell stack 100 (hereinafter, also simply referred to as “
第2燃料電池スタック200(以下、単に「第2スタック200」とも呼ぶ)は、第1スタック100と同じ構造を有している。第2スタック200の燃料電池セル(図示せず)の各々は、カソード側に設けられた第2内部空気流路293と、アノード側に設けられた第2内部水素流路294とを、内部に備えている。
The second fuel cell stack 200 (hereinafter also simply referred to as “
各内部空気流路193、293には、酸素を含む酸化ガス(例えば、空気)が供給される。各内部水素流路194、294には、水素を含む燃料ガス(例えば、水素ガス)が供給される。各スタック100、200は、これらの酸素と水素との電気化学反応によって発電を行う。発電によって生じた電力は、スタック100、200に接続される負荷(図示省略)に供給される。
Oxidizing gas (for example, air) containing oxygen is supplied to each internal
エアコンプレッサ300は、酸化ガスとしての空気を、各内部空気流路193、293に供給する。エアコンプレッサ300には、メインカソードガス供給路302が接続されている。このメインカソードガス供給路302は、第1内部空気流路193に至る第1分岐カソードガス供給路310と、第2内部空気流路293に至る第2分岐カソードガス供給路320と、に分岐している。第1分岐カソードガス供給路310の途中には、第1カソードガス供給量調整バルブ312が設けられ、第2分岐カソードガス供給路320の途中には、第2カソードガス供給量調整バルブ322が設けられている。
The
なお、第1スタック100の各第1内部空気流路193の上流側は、合流して第1分岐カソードガス供給路310へ至るように構成されている。第2スタック200の第2内部空気流路293の上流側についても同様である。
The upstream side of each first internal
第1スタック100には、内部空気流路193から排気するための第1カソード排ガス流路314が接続されている。この第1カソード排ガス流路314の途中には第1タービン316が設けられている。一方、第2スタック200には、内部空気流路293から排気するための第2カソード排ガス流路324が接続されている。この第2カソード排ガス流路324の途中には第2タービン326が設けられている。第1タービン316と第2タービン326とは機械的に連結されている。
A first cathode exhaust
また、第1カソード排ガス流路314には、排ガスの湿度を測定する第1湿度センサ134が設けられている。第2カソード排ガス流路324にも、排ガスの湿度を測定する第2湿度センサ234が設けられている。
The first cathode exhaust
なお、第1スタック100の各第1内部空気流路193の下流側は、合流して第1カソード排ガス流路314へ至るように構成されている。第2スタック200の第2内部空気流路293の下流側についても同様である。
The downstream side of each first internal
また、第1電圧センサ130は、第1スタック100の各単セル毎に設けられており、単セルの電圧(以下「セル電圧」とも呼ぶ)を測定する。同様に、第2電圧センサ230は、第2スタック200の各単セル毎に設けられており、セル電圧を測定する。また、第1温度センサ132は、第1スタック100の内部温度を測定する。同様に、第2温度センサ232は、第2スタック200の内部温度を測定する。
The
なお、第1温度センサ132が測定する温度は、第1内部空気流路193の温度を反映した温度であればよい。従って、第1温度センサ132は、第1スタック100の内部の温度を直接測定してもよく、また、第1スタック100から排出される冷却水(図示せず)の温度を測定してもよい。第2温度センサ232についても同様である。
Note that the temperature measured by the
制御部500は、燃料電池システム900を構成する各構成要素からデータ信号を受信するとともに、各構成要素に駆動信号を出力することによって、燃料電池システム900の全体の運転状態を制御する。特に、制御部500は、各センサ130、132、134、230、232、234の測定結果に基づいて、供給量調整バルブ312、322の開度を制御する機能を有している(詳細は後述)。また、制御部500はCPUとメモリとを有しており、コンピュータプログラムを実行することによって種々の機能を実現する。このようなコンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で供給され得る。なお、制御部500の機能の一部、または、全部をハードウェアによって実現してもよい。
The
図2は、燃料電池システム900の発電運転中に制御部500が実行する開度制御処理の手順を示すフローチャートである。この開度制御処理は、燃料電池システム900の起動後に実行される。
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of opening degree control processing executed by the
ステップS100では、制御部500は、通常モードに従って各供給量調整バルブ312、322の開度を設定する。第1実施例では、通常モードにおいて、各供給量調整バルブ312、322の開度を所定の値(例えば、全開)に設定することとしている。また、通常モードでは、制御部500は、エアコンプレッサ300の駆動量(空気供給量)を、負荷の大きさが大きいほど大きくなるように設定する。その結果、各内部空気流路193、293に供給される空気量は、負荷の大きさが大きいほど多くなる。
In step S100, the
「負荷の大きさ」としては、周知の種々の値を採用可能である。例えば、燃料電池システム900に、負荷に供給される電力を測定する負荷センサを設け(図示省略)、この負荷センサの測定値を用いても良い。
As the “load magnitude”, various known values can be adopted. For example, the
ところで、第1内部空気流路193(図1)からの排ガスは、第1タービン316に供給される。第1タービン316は、この排ガスによって駆動される。一方、第2内部空気流路293からの排ガスは、第2タービン326に供給される。第2タービン326は、この排ガスによって駆動される。ここで、第1タービン316と第2タービン326とは、互いの回転が通常モードにおいては平衡状態にあるように構成されている。すなわち、通常モードにおいては、第1タービン316が第2タービン326を駆動する力と、第2タービン326が第1タービン316を駆動する力とが、釣り合っている。
Incidentally, the exhaust gas from the first internal air flow path 193 (FIG. 1) is supplied to the
なお、通常モードにおいて、各バルブ312、322の開度を可変値としてもよい。例えば、制御部500が、負荷の大きさが大きいほど開度を大きな値に設定してもよい。いずれの場合も、通常モードにおいては各タービン316、326の回転が平衡状態となるように、各タービン316、326の構成と、各バルブ312、322の開度とを、設定することが好ましい。
In the normal mode, the opening degree of each of the
次のステップS110では、制御部500は、各内部空気流路193、293における水の蓄積による不具合の可能性の有無を判定する(以下「不具合判定」とも呼ぶ)。第1実施例では、不具合判定の条件(以下「不具合条件」とも呼ぶ)として、以下の条件を採用する。
「条件C1:セル電圧が電圧しきい値以下である低電圧単セルを含む」
具体的には、制御部500は、この条件C1を満たす燃料電池スタックに不具合の可能性が有ると判定する。
In the next step S110, the
“Condition C1: Including a low-voltage single cell whose cell voltage is below the voltage threshold”
Specifically, the
内部空気流路193、293に過剰な水が蓄積すると、反応ガス(空気)の供給が抑制されるので、セル電圧が低下する場合が多い。従って、制御部500は、セル電圧が電圧しきい値以下である場合に、不具合の可能性が有ると推定することができる。なお、電圧しきい値としては、種々の値を採用可能である。例えば、各セル電圧を用いて統計的に算出される統計値(例えば、平均値-2*標準偏差)を採用してもよく、所定の一定値を採用してもよく、負荷の大きさに応じて決まる所定の値を採用してもよい。いずれの場合も、電圧しきい値の形式や値は、予め実験に基づいて定めておけばよい。
If excessive water accumulates in the internal
制御部500は、不具合の可能性が有ると判定した場合には、次のステップS120で、排出モードに従って各供給量調整バルブ312、322の開度を設定する。排出モードでは、不具合の可能性のある燃料電池スタック(以下「不具合スタック」と呼ぶ)の供給量調整バルブの開度を、通常モードでの開度よりも小さな値に設定する。ただし、不具合スタックによる発電が停止しないように、全閉よりも大きな値に設定する。なお、第1実施例では、排出モードにおいて、一方の供給量調整バルブの開度を小さな値に設定する場合には、他方の供給量調整バルブの開度を変更しないこととしている。また、第1実施例では、制御部500は、排出モードでのエアコンプレッサ300の駆動量(例えば、回転数)を、通常モードでの駆動量と同じ値に維持することとしている。ただし、通常モードでの駆動量よりも大きい値に設定してもよく、また、小さい値に設定してもよい。
When it is determined that there is a possibility of malfunction, the
図3は、排出モードにおける燃料電池システム900の運転状態を示す説明図である。図3には、第1スタック100に不具合の可能性が有る場合が示されている。制御部500は、第1カソードガス供給量調整バルブ312の開度を小さな値に設定する。すると、通常モードと比べて、第1スタック100への空気供給量に対する第2スタック200への空気供給量の比率が大きくなり、さらに、第1カソード排ガス流路314を流れる排ガスの流速に対する第2カソード排ガス流路324を流れる排ガスの流速の比率も大きくなる。従って、第1タービン316によって生成される駆動力に対する第2タービン326によって生成される駆動力の比率も、通常モードと比べて大きくなる。その結果、第1タービン316は、第2タービン326に駆動されることによって、第1内部空気流路193内のガスを吸引することとなる(ステップS130)。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the operating state of the
このように、第1内部空気流路193に供給される空気量に対する第1タービン316による吸引力が強くなるので、第1内部空気流路193は、通常モードよりも強く減圧される。すると、第1内部空気流路193内に蓄積した水が蒸発し易くなるので、第1内部空気流路193に蓄積した水を排出し、不具合を解消することが可能となる。特に、第1内部空気流路193に過剰な水が蓄積すると、ガスの流れによる水の排出が困難となる場合がある。このような場合でも、排出モードでは、水の蒸発が促進されるので、蓄積した水を排出することが可能となる。
Thus, since the suction force by the
以上、第1スタック100に不具合の可能性が有る場合を説明したが、第2スタック200に不具合の可能性が有る場合も、制御部500は同様の制御を実行する。
The case where the
その後、制御部500は、ステップS110に戻り、不具合判定を行う。ここで、いずれのスタック100、200についても不具合条件が満たされていない場合には、通常モード(ステップS100)を実行する。一方、いずれかのスタック100、200について不具合条件が満たされている場合には、排出モード(ステップS120、S130)を実行する。なお、両方のスタック100、200に不具合の可能性が有る場合には、片方ずつ、排出モードに従った供給量調整バルブの開度設定を行う。
Thereafter, the
以上説明したように、第1実施例では、排出モードでは、通常モードと比べて、不具合スタックへの空気供給量に対する他方の燃料電池スタックへの空気供給量の比率が大きくなるので、不具合スタックの内部空気流路を通常モードよりも強く減圧することが可能なる。その結果、不具合スタックに蓄積した水を排出することが可能となる。 As described above, in the first embodiment, the ratio of the air supply amount to the other fuel cell stack with respect to the air supply amount to the defective stack is larger in the discharge mode than in the normal mode. The internal air flow path can be depressurized more strongly than in the normal mode. As a result, it is possible to discharge the water accumulated in the defective stack.
また、第1実施例では、排出モードにおいて、不具合スタックとは異なる他方の燃料電池スタックに対する空気の供給量が、通常モードと比べて多くなる。従って、他方の燃料電池スタックからの水の排出を促進することも可能となる。 In the first embodiment, in the discharge mode, the amount of air supplied to the other fuel cell stack different from the defective stack is larger than that in the normal mode. Accordingly, it is possible to promote the discharge of water from the other fuel cell stack.
なお、不具合条件としては、上述した条件C1に限らず、他の種々の条件を採用可能である。例えば、以下の条件を採用可能である。
「条件C2:セル電圧のばらつき(偏差)が所定値よりも大きい」
「条件C3:発電時間が所定の一定時間だけ増加した」
「条件C4:積算電力が所定の基準積算電力だけ増加した」
The malfunction condition is not limited to the condition C1 described above, and other various conditions can be employed. For example, the following conditions can be adopted.
“Condition C2: Cell voltage variation (deviation) is greater than a predetermined value”
“Condition C3: The power generation time has increased by a predetermined time”
“Condition C4: The accumulated power has increased by a predetermined reference accumulated power”
通常の燃料電池では、発電時間の増加や、積算電力(発電電力の積算値)の増加に伴って、水の蓄積による不具合の可能性も高くなる。従って、発電時間の増加量や積算電力の増加量が、しきい値以上となった場合に、不具合の可能性が有ると推定できる。 In a normal fuel cell, as the power generation time increases and the integrated power (the integrated value of the generated power) increases, the possibility of malfunction due to accumulation of water increases. Therefore, it can be estimated that there is a possibility of malfunction when the amount of increase in power generation time or the amount of increase in integrated power is greater than or equal to a threshold value.
なお、条件C3を採用する場合には、制御部500にタイマを設け、制御部500が発電時間を計測すればよい。また、条件C4を採用する場合には、各スタック100、200に電力センサを設け、制御部500が、電力の積算値を算出すればよい。ここで、不具合判定をスタック毎に行うためには、このような発電時間や積算電力を、各スタック100、200毎に計測することが好ましい。ただし、両方のスタック100、200に共通の発電時間を計測してもよく、また、両方のスタック100、200の発電電力の合計値を測定する電力センサを用いても良い。この場合には、不具合条件が満たされた場合には、両方のスタック100、200に不具合の可能性が有ると推定すればよい。
When the condition C3 is adopted, a timer is provided in the
また、条件C3や条件C4を採用する場合のように、不具合の解消の確認が困難な場合がある。このような場合には、制御部500は、不具合条件が満たされる毎に、所定の一定時間だけ排出モードを実行し、その後、通常モードに移行する一連の処理を実行すればよい。また、この場合には、一連の処理を実行する毎に、発電時間の増加量や、積算電力の増加量を、ゼロから計測し直すこととすればよい。
Further, there are cases where it is difficult to confirm the resolution of the problem, as in the case where the conditions C3 and C4 are adopted. In such a case, the
ところで、制御部500が、不具合判定結果に基づく開度制御処理を、発電を停止する際に実行してもよい。図4は、燃料電池システム900の停止処理において制御部500が実行する開度制御処理の手順の一例を示すフローチャートである。
Incidentally, the
ステップS200では、制御部500(図1)は、各スタック100、200の排ガスの湿度を、湿度センサ134、234から取得する。
In step S200, the control unit 500 (FIG. 1) acquires the humidity of the exhaust gas of each
次のステップS210では、制御部500(図1)は、各湿度が所定の湿度しきい値以上であるか否かを判定する。内部空気流路193、293に過剰な水が蓄積すると、排ガス中の湿度も高くなる場合が多い。従って、排ガスの湿度が湿度しきい値以上である場合に、不具合の可能性が有ると推定することができる。なお、湿度しきい値は、予め実験に基づいて定めておけばよい。
In next step S210, control unit 500 (FIG. 1) determines whether or not each humidity is equal to or higher than a predetermined humidity threshold value. When excess water accumulates in the internal
制御部500は、不具合の可能性が有ると判定した場合には、次のステップS215で、エアコンプレッサ300を停止させずに駆動を維持し、次のステップS220で、排出モードに従って各供給量調整バルブ312、322の開度を設定する。この際、不具合スタックとは異なる他方の燃料電池スタックに、エアコンプレッサ300の駆動用電力を発電させてもよい。また、燃料電池システム900にエアコンプレッサ300を駆動するための2次電池を設けるとともに、両方の燃料電池スタック100、200の発電を停止させてもよい。
If it is determined that there is a possibility of malfunction, the
ステップS220、S230の処理は、図2のステップS120、S130と同じである。その結果、内部空気流路193、293に蓄積した水を排出することができる。以後、制御部500は、再びステップS200に戻り、両方のスタック100、200の排ガスの湿度が湿度しきい値未満となるまで、ステップS210〜S230の処理を繰り返し実行する。
The processes in steps S220 and S230 are the same as steps S120 and S130 in FIG. As a result, the water accumulated in the internal
一方、いずれのスタック100、200の排ガスの湿度も湿度しきい値未満である場合には、制御部500は、エアコンプレッサ300を停止させて、開度制御処理を終了する。その後、所定の停止処理に戻り、燃料電池システム900を停止させる。
On the other hand, when the humidity of the exhaust gas in any of the
このように、図4の開度制御処理では、制御部500は、発電の停止時に各内部空気流路193、293から水を排出させることができる。従って、次回の起動時に、各内部空気流路193、293内の蓄積された水によって発電を開始できなくなることを抑制できる。また、停止後の燃料電池システム900が低温下におかれた場合でも、各内部空気流路193、293内で水が凍結することを抑制できる。
As described above, in the opening degree control process of FIG. 4, the
なお、制御部500が、不具合の可能性が有ると判定した場合に、排出モードを所定の時間だけ実行し、その後、開度制御処理を終了することとしてもよい。ここで、排出モードを実行する時間を、湿度が高いほど長い時間に設定することが好ましい。また、制御部500が、排出モードでのエアコンプレッサ300による空気供給量を、通常モードでの供給量よりも大きな値に設定することとしてもよい。
In addition, when the
ところで、制御部500が、不具合判定結果に基づく開度制御処理を、発電を開始する際(起動時)に実行してもよい。図5は、燃料電池システム900の起動処理において制御部500が実行する開度制御処理の手順の一例を示すフローチャートである。
By the way, the
ステップS300では、制御部500(図1)は、各スタック100、200の温度を温度センサ132、232から取得する。
In step S300, the control unit 500 (FIG. 1) acquires the temperature of each
次のステップS310では、制御部500(図1)は、各温度が、所定の温度しきい値以下であるか否かを判定する。スタック100、200の温度が低いほど、内部空気流路193、293内で水蒸気が凝縮し易くなり、その結果、内部空気流路193、293内に水が蓄積し易くなる。従って、制御部500は、スタック100、200の温度が温度しきい値以下である場合に、不具合の可能性が有ると推定することができる。なお、温度しきい値は、予め実験に基づいて定めておけばよい。なお、スタック100、200の温度が0℃以下になると、蓄積した水が凍結する可能性もある。従って、温度しきい値を0℃以上の値に設定することが好ましい。一方、不具合判定の精度を高めるためには、温度しきい値が低いことが好ましい。例えば、温度しきい値として、0℃〜+10℃の範囲内の値を用いることができる。
In next step S310, control unit 500 (FIG. 1) determines whether or not each temperature is equal to or lower than a predetermined temperature threshold value. The lower the temperature of the
制御部500は、不具合の可能性が有ると判定した場合には、次のステップS320で、排出モードに従って各供給量調整バルブ312、322の開度を設定する。ステップS320、S330の処理は、図2のステップS120、S130と同じである。その結果、内部空気流路193、293に蓄積した水を排出することができる。以後、制御部500は、再びステップS300に戻り、両方のスタック100、200の温度が温度しきい値を越えるまで、ステップS310〜S330の処理を繰り返し実行する。
When it is determined that there is a possibility of malfunction, the
一方、いずれのスタック100、200の温度も温度しきい値を越えている場合には、制御部500は、起動時用の開度制御処理を終了する。その後、所定の起動処理に戻り、燃料電池システム900を起動させる。起動後には、通常モードを実行する。
On the other hand, when the temperature of any of the
このように、図5の開度制御処理では、制御部500は、発電の開始時(起動時)に各内部空気流路193、293から水を排出させることができる。従って、低温下における起動時においても、各内部空気流路193、293内に水が蓄積することによって発電を開始できなくなることを抑制できる。
As described above, in the opening degree control process of FIG. 5, the
なお、通常は、2つのスタック100、200は同じ場所(例えば、同じ車両の内部)に設置されるので、起動時における両者の温度は同じである場合が多い。このような場合には、制御部500は、ステップS320で、所定の一方の燃料電池スタックを吸引の対象(以下「対象スタック」と呼ぶ)として用いることによって、排出モードを実行する。こうすれば、対象スタックの起動を容易に行うことが可能となる。特に氷点下から起動する場合であっても、対象スタックでは、水の排出が促進され、その結果、水の凍結が抑制されるので、対象スタックの起動を容易に行うことができる。すなわち、2つのスタック100、200の内の少なくとも一方については、起動を容易に行うことが可能となる。
Normally, since the two
ここで、一方の燃料電池スタックと、他方の燃料電池スタックとを、互いに熱を交換可能であるように構成することが好ましい。こうすれば、一方の燃料電池スタックが発電を開始することによって、その発電によって生じる熱が他方の燃料電池スタックを昇温させることが可能となる。その結果、低温状態(特に氷点下)から起動する場合であっても、両方のスタック100、200を速やかに起動させることが可能となる。
Here, it is preferable that one fuel cell stack and the other fuel cell stack are configured to be able to exchange heat with each other. In this way, when one fuel cell stack starts power generation, the heat generated by the power generation can raise the temperature of the other fuel cell stack. As a result, even when starting from a low temperature state (particularly below freezing point), both
なお、2つの燃料電池スタックの熱交換可能な構成としては、周知の種々の構成を採用可能である。例えば、2つの燃料電池スタックを互いに接触させる構成を採用してもよい。また、2つの燃料電池スタックの間で冷却水を循環させる構成を採用してもよい。 Note that various well-known configurations can be adopted as a configuration allowing heat exchange between the two fuel cell stacks. For example, a configuration in which two fuel cell stacks are brought into contact with each other may be employed. Moreover, you may employ | adopt the structure which circulates a cooling water between two fuel cell stacks.
B.第2実施例:
図6は、第2実施例における燃料電池システム900bの構成を示すブロック図である。図6には、アノード側のガスの流路も示されている。図1に示す燃料電池システム900との差異は、各タービン316、326が、カソード側に加えてアノード側を吸引可能な点である。
B. Second embodiment:
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the
燃料電池システム900bは、水素供給装置400を有している。水素供給装置400は、燃料ガスとしての水素ガスを、各内部水素流路194、294に供給する。水素供給装置400の構成としては、周知の種々の構成を採用可能である。例えば、水素タンクと調圧弁とを有する構成を採用可能である。
The
水素供給装置400には、メインアノードガス供給路402が接続されている。このメインアノードガス供給路402は、第1内部水素流路194に至る第1分岐アノードガス供給路410と、第2内部水素流路294に至る第2分岐アノードガス供給路420と、に分岐している。第1分岐アノードガス供給路410の途中には、第1アノードガス供給量調整バルブ412が設けられ、第2分岐アノードガス供給路420の途中には、第2アノードガス供給量調整バルブ422が設けられている。
A main anode
なお、第1スタック100の各第1内部水素流路194の上流側は、合流して第1分岐アノードガス供給路410に至るように構成されている。第2スタック200の第2内部水素流路294の上流側についても同様である。
The upstream side of each first
第1スタック100には、第1内部水素流路194から排気するための第1アノード排ガス流路414が接続されている。この第1アノード排ガス流路414は、第1カソード排ガス流路314へ至る第1アノード吸引路432と、メインアノードガス供給路402へ向かう第1アノード循環路434とに、分岐している。この分岐点には、第1三方調整弁430が設けられている。また、第1アノード循環路434は、メインアノードガス循環路404に接続されている。メインアノードガス循環路404は、メインアノードガス供給路402に接続されている。
Connected to the
同様に、第2スタック200には、第2内部水素流路294から排気するための第2アノード排ガス流路424が接続されている。第2アノード排ガス流路424は、第2カソード排ガス流路324へ至る第2アノード吸引路442と、メインアノードガス供給路402へ向かう第2アノード循環路444とに、分岐している。この分岐点には、第2三方調整弁440が設けられている。第2アノード循環路444は、メインアノードガス循環路404に接続されている。
Similarly, a second anode exhaust
なお、第1スタック100の各第1内部水素流路194の下流側は、合流して第1アノード排ガス流路414に至るように構成されている。第2スタック200の第2内部水素流路294の下流側についても同様である。
The downstream side of each first internal
第2実施例では、制御部500bは、第1実施例と同様に、通常モードと排出モードとを切り替える。通常モードでは、第1内部水素流路194からの排ガスの全量が第1アノード循環路434へ流れるように第1三方調整弁430を制御する。第2三方調整弁440についても同様である。その結果、通常モードでは、内部水素流路194、294からの排ガスは、再び、内部水素流路194、294へ循環される。ここで、メインアノードガス循環路404やメインアノードガス供給路402に、ガスを循環させる循環装置(例えば、ポンプやエジェクタ)を設けても良い。
In the second embodiment, the
図7は、排出モードにおける燃料電池システム900bの運転状態を示す説明図である。図7には、第1スタック100に不具合の可能性が有る場合が示されている。図3に示す第1実施例との差異は、2点ある。1つ目の差異は、制御部500bが、第1アノードガス供給量調整バルブ412の開度を、通常モードでの開度よりも小さな値に設定する点である。2つ目の差異は、制御部500bが、第1三方調整弁430を、第1内部水素流路194からの排ガスの全量が第1アノード吸引路432へ流れるように、制御する点である。なお、第2スタック200側の各バルブ(第2カソードガス供給量調整バルブ322、第2アノードガス供給量調整バルブ422、第2三方調整弁440)の開度設定は、通常モード(発電運転中)での設定と同じである。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the operating state of the
以上の結果、排出モードでは、第1タービン316は、第1内部空気流路193に加えて第1内部水素流路194も吸引することとなる。従って、第2実施例では、第1内部空気流路193に蓄積した水に限らず、第1内部水素流路194に蓄積した水も排出することが可能となる。
As a result, in the exhaust mode, the
なお、第2実施例のように、1つの第1タービン316で、カソード側の内部流路193と、アノード側の内部流路194との、両方を吸引する場合には、燃料ガスの排出を抑制するために、アノード側の内部流路194に対する燃料ガスの供給量をゼロにすることが好ましい。具体的には、第1アノードガス供給量調整バルブ412の開度を全閉に設定すればよい。ただし、この場合には、対象スタックでの発電が停止することとなる。
As in the second embodiment, when the
なお、図6に示す実施例では、両方のスタック100、200のアノード側内部流路194、294が吸引され得る構成を採用しているが、一方のスタックのアノード側内部流路のみが吸引され得る構成を採用してもよい。例えば、第2三方調整弁440を省略し、第2アノード排ガス流路424を直接にメインアノードガス循環路404に接続することとしてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 6, a configuration is adopted in which the anode side
C.第3実施例:
図8は、第3実施例における燃料電池システム900cの構成を示すブロック図である。図1に示す燃料電池システム900との差異は、タービン316、326の代わりに、エジェクタ328と排気弁318とを設けている点だけである。
C. Third embodiment:
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a
第1カソード排ガス流路314には、排気弁318が設けられている。また、第2カソード排ガス流路324には、エジェクタ328が設けられている。このエジェクタ328は、さらに、第1カソード排ガス流路314のスタック100と排気弁318との間にも接続されている。
An
エジェクタ328は、第2カソード排ガス流路324を流れる排ガスの流れを利用することによって、第1カソード排ガス流路314、すなわち、第1内部空気流路193内のガスを吸引することが可能である。このようなエジェクタの構成としては、周知の種々の構成を採用可能である。例えば、ノズルとディフューザとを有する構成を採用可能である。
The
第3実施例では、制御部500cは、第1実施例と同様に、通常モードと排出モードとを切り替える。制御部500cは、通常モードでは、排気弁318の開度を、第1内部空気流路193からの排ガスが排気弁318を流れるような開度(例えば、全開)に設定する。
In the third embodiment, the
図9は、排出モードにおける燃料電池システム900cの運転状態を示す説明図である。制御部500cは、図3に示す第1実施例と同様に、第1カソードガス供給量調整バルブ312の開度を、通常モードでの開度よりも小さな値に設定する。さらに、制御部500cは、排気弁318の開度を全閉に設定する。すると、通常モードと比べて、第1スタック100への空気供給量に対する第2スタック200への空気供給量の比率が大きくなるので、エジェクタ328が第1内部空気流路193内のガスを吸引する力も強くなる。その結果、第1内部空気流路193は、通常モードよりも強く減圧される。すると、第1内部空気流路193内に蓄積した水が蒸発し易くなるので、第1内部空気流路193に蓄積した水を排出することが可能となる。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the operating state of the
なお、排出モードにおける排気弁318の開度としては、全閉に限らず、エジェクタ328が排気弁318を介して外部のガスを吸引することを抑制できるような種々の開度を採用可能である。但し、通常モードよりも小さい開度が好ましい。また、排出モードにおけるエジェクタ328の吸引力が十分に強い場合には、排気弁318を省略してもよい。また、図8に示す実施例では、第2カソード排ガス流路324のみにエジェクタ328が設けられているが、さらに、第1カソード排ガス流路314にもエジェクタを設けてもよい。
The opening degree of the
D.第4実施例:
図10は、第4実施例における燃料電池システム900dの構成を示すブロック図である。図1に示す燃料電池システム900との差異は、カソードガス供給量調整バルブ312、322が省略されている点である。第4実施例では、制御部500dは、上述した各実施例とは異なり、各内部空気流路193、293に対する空気供給量バランスの意図的な調整処理を、実行しない。ただし、各スタック100、200のうちの一方の内部空気流路に水が蓄積した場合には、蓄積した水が自然にタービンによって吸引される。
D. Fourth embodiment:
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a
図11は、第1内部空気流路193に水が蓄積した場合の燃料電池システム900dの運転状態を示す説明図である。この場合には、空気が第1内部空気流路193内を流れにくくなるので、自然に、第1内部空気流路193を流れる空気量が減少し、第2内部空気流路293を流れる空気量が増加する。すると、第1カソード排ガス流路314を流れる排ガスの流速に対する第2カソード排ガス流路324を流れる排ガスの流速の比率も大きくなる。従って、第1タービン316は、第2タービン326に駆動されることによって、第1内部空気流路193内のガスを吸引することとなる。その結果、第1内部空気流路193に蓄積された水が自然に排出される。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the operating state of the
こうして第1内部空気流路193から水が排出されたら、第1内部空気流路193における空気の流れ易さが元に戻るので、各内部空気流路193、294を流れる空気量も元に戻る。
When water is discharged from the first internal
以上、第1内部空気流路193に水が蓄積した場合を説明したが、第2内部空気流路293に水が蓄積した場合も同様に、蓄積した水は自然に排出される。このように、第4実施例では、一方の燃料電池スタックの内部空気流路に水が蓄積しても、蓄積した水は自然に排出される。
The case where water accumulates in the first internal
E.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
E. Variation:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
変形例1:
上記各実施例では、制御部500、500b、500c(図1、図6、図8)が、本発明における「不具合判定部」としての機能を有している。また、第1と第2と第4の実施例(図1、図6、図10)では、第1タービン316と第2タービン326との全体が、本発明における「ガス吸引部」に相当する。また、第3実施例(図8)では、エジェクタ328が、本発明における「ガス吸引部」に相当する。なお、ガス吸引部の構成としては、これらとは異なる種々の構成を採用可能である。一般に、一方の燃料電池スタック内のガスを、他方の燃料電池スタックの排ガスの運動エネルギを利用することによって吸引する任意の構成を採用可能である。ここで、排ガスの運動エネルギを他の形態(例えば、電気エネルギや熱エネルギ)に変換せずに利用する構成を採用することが好ましい。
Modification 1:
In each of the embodiments described above, the
変形例2:
上記第1〜第3実施例(図1、図6、図8)において、供給量調整バルブ312、322の開度設定モードとしては、上述した通常モードと排出モードとに限らず、他の種々のモードを採用可能である。ただし、制御部500、500b、500cが、少なくとも排出モードを有することが好ましい。ここで、排出モードとは、ガス吸引部が、対象スタックの内部空気流路のガスを吸引するように、各バルブ312、322の開度を設定する動作モードを意味している。なお、排出モードにおける各バルブ312、322の開度は、予め実験に基づいて定めておけばよい。
Modification 2:
In the first to third embodiments (FIGS. 1, 6, and 8), the opening amount setting mode of the supply
さらに、制御部500、500b、500cは、排出モードに加えて、ガス吸引部による減圧の程度が排出モードと比べて弱い通常モードを有することが好ましい。このような通常モードと排出モードとしては、例えば、以下の関係R1が成立する設定モードを採用可能である。
「関係R1:排出モードにおける損失係数比率が、通常モードにおける損失係数比率と比べて小さい」
ここで、「損失係数比率」とは、対象スタックに接続されたガス供給路の損失係数に対する、他方の燃料電池スタックに接続されたガス供給路の損失係数の比率を意味している。また、「損失係数」とは、流路におけるガスの流れにくさを示す指標を意味している。損失係数としては、例えば、流路を流れるガスの圧力損失が、流路を流れるガスの流速の2乗に比例すると仮定したときの比例定数を用いることができる。このような損失係数は実験によって取得可能である。
Furthermore, in addition to the discharge mode, the
“Relationship R1: Loss factor ratio in emission mode is smaller than loss factor ratio in normal mode”
Here, the “loss factor ratio” means the ratio of the loss coefficient of the gas supply path connected to the other fuel cell stack to the loss coefficient of the gas supply path connected to the target stack. The “loss factor” means an index indicating the difficulty of gas flow in the flow path. As the loss coefficient, for example, a proportional constant can be used when it is assumed that the pressure loss of the gas flowing through the flow path is proportional to the square of the flow velocity of the gas flowing through the flow path. Such a loss factor can be obtained by experiment.
ここで、上述の関係R1が成り立つと仮定する。制御部500、500b、500cが、動作モードを排出モードから通常モードに切り替えると、対象スタックへのガス供給量に対する他方の燃料電池スタックへのガス供給量の比率が小さくなる。すると、対象スタックから排出される排ガスの流量に対する、ガス吸引部が利用可能な他方のスタックの排ガスの運動エネルギの比率も小さくなる。従って、通常モードにおける対象スタックの減圧の程度は、排出モードと比べて弱くなる。その結果、対象スタックにおける発電効率が過剰に低下することを抑制できる。逆に、動作モードを通常モードから排出モードに切り替えることによって、対象スタックに蓄積した水を排出することができる。
Here, it is assumed that the above-described relationship R1 holds. When the
なお、通常モードを基準としたときの、排出モードにおける各供給量調整バルブ312、322の開度設定としては、対象スタック側の供給量調整バルブの開度が小さい設定に限らず、他の種々の設定を採用可能である。例えば、対象スタック側の供給量調整バルブの開度を小さくするとともに、さらに、他方のスタック側の供給量調整バルブの開度を大きくすることとしてもよい。また、対象スタック側の供給量調整バルブの開度を変更せずに、他方のスタック側の供給量調整バルブの開度を大きくすることとしてもよい。一般には、上述の関係R1が成立するような任意の開度設定を採用可能である。
The opening settings of the supply
なお、損失係数調整部としては、ガス供給量調整バルブ312、322に限らず、ガス流路の損失係数を調整可能な任意の装置を採用可能である。例えば、図1の燃料電池システム900において、メインカソードガス供給路302と2つの分岐カソードガス供給路310、320との合流点に三方弁を設けてもよい。こうすれば、三方弁を制御することによって、各スタック100、200へのガス供給量の比率を調整することができる。
The loss coefficient adjusting unit is not limited to the gas supply
変形例3:
上記各実施例では、1つのエアコンプレッサ300が、2つの燃料電池スタック100、200に酸化ガスを供給することとしているが、この代わりに、各燃料電池スタック100、200のそれぞれに、独立のエアコンプレッサを接続することとしてもよい。例えば、燃料電池システム900、900b、900c(図1、図6、図8)において、各分岐カソードガス供給路310、320のそれぞれを、互いに異なるコンプレッサに接続してもよい。この場合には、制御部500、500b、500cは、対象スタック側のコンプレッサ(「対象側コンプレッサ」とも呼ぶ)による空気供給量に対する、他方の燃料電池スタック側のコンプレッサ(「他方側コンプレッサ」とも呼ぶ)による空気供給量の比率を大きくすることによって、対象スタックから水を排出することが可能となる。例えば、通常モードを基準としたときに、排出モードにおける対象側コンプレッサによる供給量が小さくなるように、対象側コンプレッサの駆動量を制御してもよい(例えば、回転数を下げる)。また、排出モードにおける他方側コンプレッサによる供給量が大きくなるように、他方側コンプレッサの駆動量を制御してもよい(例えば、回転数を上げる)。ここで、排出モードにおいて、いずれか一方のコンプレッサの供給量(駆動量)のみを変更することとしてもよく、両方のコンプレッサの供給量(駆動量)を変更することとしてもよい。なお、通常モードでの各コンプレッサの供給量(駆動量)は、ガス吸引部による吸引力が、排出モードでの吸引力よりも小さくなるように、予め設定しておくことが好ましい。
Modification 3:
In each of the embodiments described above, one
なお、酸化ガスを供給する供給部としては、エアコンプレッサに限らず、周知の種々の装置を採用可能である。 In addition, as a supply part which supplies oxidizing gas, not only an air compressor but a well-known various apparatus is employable.
変形例4:
上記各実施例では、ガス吸引部が、カソード側の内部空気流路を吸引することとしているが、この代わりに、アノード側の内部水素流路のみを吸引することとしてもよい。ただし、通常の燃料電池では、アノードと比べてカソードに蓄積される水の量が多い傾向にあるので、少なくとも、カソード側の内部空気流路を吸引することが好ましい。
Modification 4:
In each of the above-described embodiments, the gas suction unit sucks the cathode-side internal air flow path, but instead of this, only the anode-side internal hydrogen flow path may be sucked. However, in a normal fuel cell, the amount of water accumulated in the cathode tends to be larger than that in the anode, so it is preferable to suck at least the internal air flow path on the cathode side.
また、上記各実施例では、ガス吸引部は、内部空気流路の排ガスを利用することとしているが、この代わりに、内部水素流路の排ガスを利用することとしてもよい。ただし、吸引に利用するガスは、吸引の対象となるガスと同一のガスであることが好ましい。いずれの場合も、ガス吸引部は、燃料電池スタック内部の発電用反応ガスが流れる流路からの排ガスを利用することが好ましい。こうすれば、ガス吸引部の駆動装置(例えばモータ)を別途設けずに済む。 In each of the above embodiments, the gas suction unit uses the exhaust gas in the internal air flow path, but instead, the exhaust gas in the internal hydrogen flow path may be used. However, the gas used for the suction is preferably the same gas as the gas to be sucked. In any case, it is preferable that the gas suction unit uses exhaust gas from the flow path through which the reaction gas for power generation inside the fuel cell stack flows. In this way, it is not necessary to separately provide a driving device (for example, a motor) for the gas suction unit.
さらに、上記各実施例では、ガス吸引部が、排ガス流路(例えば、図1の第1カソード排ガス流路314)を介して内部反応ガス流路(例えば、内部空気流路193)内のガスを吸引することとしているが、ガス吸引部がガスを吸引する位置は、内部反応ガス流路に連通する任意の位置に設定可能である。例えば、ガス吸引部がガス供給路(例えば、第1分岐カソードガス供給路310)を介して吸引する構成を採用してもよく、内部反応ガス流路の途中から吸引する構成を採用してもよい。ただし、内部反応ガス流路に蓄積する水の量は、内部反応ガス流路の下流側ほど多くなる傾向にある。従って、ガス吸引部が排ガス流路を介して吸引する構成を採用すれば、内部反応ガス流路に蓄積した水を効率よく排出することが可能となる。
Further, in each of the above-described embodiments, the gas suction unit is configured to provide a gas in the internal reaction gas flow path (for example, the internal air flow path 193) via the exhaust gas flow path (for example, the first cathode exhaust
変形例5:
上記第1〜第3実施例において、制御部500、500b、500cが、実行する動作モードを決定する方法としては、不具合判定結果に応じて動作モードを切り替える方法に限らず、他の種々の方法を採用可能である。例えば、制御部500、500b、500cが、実行する動作モードをユーザの指示に従って決定することとしてもよい。
Modification 5:
In the first to third embodiments, the method of determining the operation mode to be executed by the
変形例6:
上記各実施例では、2つの燃料電池スタック100、200を用いることとしているが、3つ以上の燃料電池スタックを用いることとしてもよい。この場合も、各燃料電池スタックの排ガス流路に、互いに機械的に連結されたタービンを設ければよい。こうすれば、各燃料電池スタックへのガス供給量を調整することによって、各タービンによって生成される駆動力のバランスを調整することが可能となる。その結果、駆動力が比較的小さいタービンは、駆動力が比較的大きな他のタービンによって駆動されることによって、燃料電池スタック内のガスを吸引することが可能となる。
Modification 6:
In each of the above embodiments, two fuel cell stacks 100 and 200 are used, but three or more fuel cell stacks may be used. Also in this case, turbines mechanically connected to each other may be provided in the exhaust gas flow paths of the fuel cell stacks. In this way, it is possible to adjust the balance of the driving force generated by each turbine by adjusting the amount of gas supplied to each fuel cell stack. As a result, the turbine having a relatively small driving force can be sucked in the fuel cell stack by being driven by another turbine having a relatively large driving force.
変形例7:
上記各実施例において、燃料電池スタック100、200としては、固体高分子電解質型燃料電池に限らず、固体酸化物電解質型や、リン酸電解質型や、アルカリ水溶液電解質型や、溶融炭酸塩電解質型等、種々のタイプの燃料電池を採用可能である。
Modification 7:
In each of the above embodiments, the fuel cell stacks 100 and 200 are not limited to solid polymer electrolyte fuel cells, but are solid oxide electrolyte types, phosphoric acid electrolyte types, alkaline aqueous electrolyte types, and molten carbonate electrolyte types. Various types of fuel cells can be employed.
100...第1燃料電池スタック
130...第1電圧センサ
132...第1温度センサ
134...第1湿度センサ
193...第1内部空気流路
194...第1内部水素流路
200...第2燃料電池スタック
230...第2電圧センサ
232...第2温度センサ
234...第2湿度センサ
293...第2内部空気流路
294...第2内部水素流路
300...エアコンプレッサ
302...メインカソードガス供給路
310...第1分岐カソードガス供給路
312...第1カソードガス供給量調整バルブ
314...第1カソード排ガス流路
316...第1タービン
318...排気弁
320...第2分岐カソードガス供給路
322...第2カソードガス供給量調整バルブ
324...第2カソード排ガス流路
326...第2タービン
328...エジェクタ
400...水素供給装置
402...メインアノードガス供給路
404...メインアノードガス循環路
410...第1分岐アノードガス供給路
412...第1アノードガス供給量調整バルブ
414...第1アノード排ガス流路
420...第2分岐アノードガス供給路
422...第2アノードガス供給量調整バルブ
424...第2アノード排ガス流路
430...第1三方調整弁
432...第1アノード吸引路
434...第1アノード循環路
440...第2三方調整弁
442...第2アノード吸引路
444...第2アノード循環路
500、500b、500c、500d...制御部
900、900b、900c、900d...燃料電池システム
DESCRIPTION OF
Claims (15)
第1内部反応ガス流路を有する第1燃料電池スタックと、
第2内部反応ガス流路を有する第2燃料電池スタックと、
前記第2内部反応ガス流路からの排ガスの運動エネルギを利用することによって、前記第1内部反応ガス流路内のガスを吸引するガス吸引部と、
を備える、燃料電池システム。 A fuel cell system,
A first fuel cell stack having a first internal reaction gas flow path;
A second fuel cell stack having a second internal reaction gas flow path;
A gas suction part for sucking the gas in the first internal reaction gas channel by utilizing the kinetic energy of the exhaust gas from the second internal reaction gas channel;
A fuel cell system comprising:
前記第1内部反応ガス流路に接続された所定の反応ガスの供給路である第1供給路と、
前記第2内部反応ガス流路に接続された前記反応ガスの供給路である第2供給路と、
前記第1供給路と前記第2供給路との少なくとも一方に接続されるとともに、前記第1内部反応ガス流路と前記第2内部反応ガス流路との少なくとも一方への前記反応ガスの供給量を調整する供給量調整部と、
前記各部の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記供給量調整部の制御モードとして、前記第1内部反応ガス流路への前記反応ガス供給量に対する前記第2内部反応ガス流路への前記反応ガス供給量の比率である供給量比率が比較的小さな値となるように前記供給量調整部を制御する標準モードと、前記供給量比率が比較的大きな値となるように前記供給量調整部を制御する排出モードと、を有し、さらに、
前記排出モードに従って前記供給量調整部を制御することによって、前記ガス吸引部に前記第1内部反応ガス流路内のガスを吸引させる、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, further comprising:
A first supply path which is a predetermined reaction gas supply path connected to the first internal reaction gas path;
A second supply path that is a supply path for the reaction gas connected to the second internal reaction gas flow path;
The supply amount of the reaction gas to at least one of the first internal reaction gas channel and the second internal reaction gas channel is connected to at least one of the first supply channel and the second supply channel A supply amount adjusting unit for adjusting
A control unit for controlling the operation of each unit;
With
The controller is
As a control mode of the supply amount adjusting unit, a supply amount ratio, which is a ratio of the reaction gas supply amount to the second internal reaction gas channel with respect to the reaction gas supply amount to the first internal reaction gas channel, is compared. A standard mode for controlling the supply amount adjustment unit so as to be a small value, and a discharge mode for controlling the supply amount adjustment unit so that the supply amount ratio becomes a relatively large value,
By controlling the supply amount adjusting unit according to the discharge mode, the gas suction unit sucks the gas in the first internal reaction gas flow path,
Fuel cell system.
前記第1供給路と前記第2供給路とに接続されるとともに前記反応ガスを前記各供給路に供給する反応ガス供給部を備え、
前記供給量調整部は、前記第1供給路と前記第2供給路との少なくとも一方に接続されたバルブであって、前記バルブが接続された供給路における前記反応ガスの流量を調整可能な調整バルブを有する、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2, further comprising:
A reaction gas supply unit connected to the first supply path and the second supply path and supplying the reaction gas to each of the supply paths;
The supply amount adjusting unit is a valve connected to at least one of the first supply path and the second supply path, and is capable of adjusting the flow rate of the reaction gas in the supply path to which the valve is connected. Having a valve,
Fuel cell system.
前記供給量調整部は、前記調整バルブとして、前記第1供給路に設けられるとともに前記第1内部反応ガス流路に対する前記反応ガスの供給量を調整可能な供給量調整バルブを有し、
前記制御部は、
前記標準モードでは、前記供給量調整バルブの開度を比較的大きな値に設定し、
前記排出モードでは、前記供給量調整バルブの開度を比較的小さな値に設定する、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 3,
The supply amount adjustment unit has a supply amount adjustment valve provided as the adjustment valve in the first supply path and capable of adjusting the supply amount of the reaction gas to the first internal reaction gas flow path,
The controller is
In the standard mode, the opening of the supply amount adjustment valve is set to a relatively large value,
In the discharge mode, the opening of the supply amount adjustment valve is set to a relatively small value.
Fuel cell system.
前記供給量調整部は、前記調整バルブとして、前記第2供給路に設けられるとともに前記第2内部反応ガス流路に対する前記反応ガスの供給量を調整可能な供給量調整バルブを有し、
前記制御部は、
前記標準モードでは、前記供給量調整バルブの開度を比較的小さな値に設定し、
前記排出モードでは、前記供給量調整バルブの開度を比較的大きな値に設定する、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 3,
The supply amount adjustment unit includes a supply amount adjustment valve provided as the adjustment valve in the second supply path and capable of adjusting the supply amount of the reaction gas to the second internal reaction gas channel,
The controller is
In the standard mode, the opening of the supply amount adjustment valve is set to a relatively small value,
In the discharge mode, the opening of the supply amount adjustment valve is set to a relatively large value.
Fuel cell system.
前記第1内部反応ガス流路における水の蓄積による不具合の可能性の有無を判定する不具合判定部を備え、
前記制御部は、
前記不具合判定部によって不具合の可能性有りとの判定がされた場合には、前記排出モードに従って前記供給量調整部を制御し、
前記不具合判定部によって不具合の可能性無しとの判定がされた場合には、前記標準モードに従って前記供給量調整部を制御する、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 2 to 5, further comprising:
A failure determination unit for determining the presence or absence of a failure due to accumulation of water in the first internal reaction gas flow path;
The controller is
When it is determined that there is a possibility of a failure by the failure determination unit, the supply amount adjustment unit is controlled according to the discharge mode,
When it is determined that there is no possibility of a failure by the failure determination unit, the supply amount adjustment unit is controlled according to the standard mode.
Fuel cell system.
前記第1内部反応ガス流路からの排ガスの湿度を測定する湿度センサを備え、
前記不具合判定部は、前記湿度センサによって測定された湿度が、湿度しきい値以上である場合に、不具合の可能性有りと判定する、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 6, further comprising:
A humidity sensor for measuring the humidity of the exhaust gas from the first internal reaction gas flow path;
The defect determination unit determines that there is a possibility of a defect when the humidity measured by the humidity sensor is equal to or higher than a humidity threshold;
Fuel cell system.
前記第1燃料電池スタックは、複数の単セルを含み、
前記燃料電池システムは、さらに、前記各単セルの電圧を測定する電圧センサを備え、
前記不具合判定部は、前記各単セルの電圧に基づいて前記判定を行う、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 6,
The first fuel cell stack includes a plurality of single cells,
The fuel cell system further includes a voltage sensor for measuring a voltage of each single cell,
The defect determination unit performs the determination based on the voltage of each single cell.
Fuel cell system.
前記第1燃料電池の電力を少なくとも含む発電電力を測定する電力センサを備え、
前記不具合判定部は、前記発電電力の積算値である積算電力を算出するとともに、前記積算電力が所定の基準積算電力だけ増加する毎に、不具合の可能性有りと判定し、
前記制御部は、前記不具合判定部によって不具合の可能性有りとの判定がされる毎に、前記排出モードに従って前記供給量調整部を制御する排出処理と、前記排出処理の後に前記標準モードに従って前記供給量調整部を制御する標準処理と、を含む一連の処理を実行する、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 6, further comprising:
A power sensor for measuring generated power including at least the power of the first fuel cell;
The defect determination unit calculates an integrated power that is an integrated value of the generated power, and determines that there is a possibility of a defect each time the integrated power increases by a predetermined reference integrated power,
The control unit controls the supply amount adjusting unit according to the discharge mode every time the defect determination unit determines that there is a possibility of a defect, and the standard mode after the discharge process according to the standard mode. A series of processes including a standard process for controlling the supply amount adjusting unit,
Fuel cell system.
前記第1内部反応ガス流路の温度を反映する動作温度を測定する温度センサを備え、
前記不具合判定部は、前記動作温度が温度しきい値以下である場合に、不具合の可能性有りと判定する、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 6, further comprising:
A temperature sensor for measuring an operating temperature reflecting the temperature of the first internal reaction gas flow path;
The defect determination unit determines that there is a possibility of a defect when the operating temperature is equal to or lower than a temperature threshold;
Fuel cell system.
前記第1内部反応ガス流路に接続された第1排ガス流路と、
前記第2内部反応ガス流路に接続された第2排ガス流路と、
を備え、
前記ガス吸引部は、
前記第1排ガス流路に設けられた第1タービンと、
前記第1タービンと機械的に連結されるとともに前記第2排ガス流路に設けられた第2タービンと、を有し、
前記第1タービンと前記第2タービンとは、
前記第2排ガス流路を流れる前記第2内部反応ガス流路からの排ガスが前記第2タービンを駆動することによって、前記第2タービンが前記第1タービンを駆動するとともに、前記第1タービンが前記第1内部反応ガス流路内のガスを吸引するように、構成されている、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 10, further comprising:
A first exhaust gas passage connected to the first internal reaction gas passage;
A second exhaust gas flow path connected to the second internal reaction gas flow path;
With
The gas suction part is
A first turbine provided in the first exhaust gas flow path;
A second turbine mechanically connected to the first turbine and provided in the second exhaust gas flow path,
The first turbine and the second turbine are:
The exhaust gas from the second internal reaction gas flow path that flows through the second exhaust gas flow path drives the second turbine, so that the second turbine drives the first turbine, and the first turbine is Configured to suck the gas in the first internal reaction gas flow path;
Fuel cell system.
前記第1内部反応ガス流路に接続された第1排ガス流路と、
前記第2内部反応ガス流路に接続された第2排ガス流路と、
を備え、
前記ガス吸引部は、
前記第2排ガス流路に設けられるとともに、前記第1排ガス流路に連通するエジェクタを含み、
前記エジェクタは、前記第2排ガス流路を流れる前記第2内部反応ガス流路からの排ガスの流れを利用することによって、前記第1排ガス流路を介して前記第1内部反応ガス流路内のガスを吸引するように構成されている、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 10, further comprising:
A first exhaust gas passage connected to the first internal reaction gas passage;
A second exhaust gas flow path connected to the second internal reaction gas flow path;
With
The gas suction part is
An ejector which is provided in the second exhaust gas flow path and communicates with the first exhaust gas flow path;
The ejector utilizes the flow of the exhaust gas from the second internal reaction gas flow channel that flows through the second exhaust gas flow channel, thereby allowing the ejector in the first internal reaction gas flow channel to pass through the first exhaust gas flow channel. Configured to aspirate gas,
Fuel cell system.
前記第1内部反応ガス流路に接続された第1排ガス流路と、
前記第2内部反応ガス流路に接続された第2排ガス流路と、
所定の反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
前記反応ガス供給部と前記第1内部反応ガス流路とを接続するとともに、前記反応ガスを前記第1内部反応ガス流路へ供給する第1供給路と、
前記反応ガス供給部と前記第2内部反応ガス流路とを接続するとともに、前記反応ガスを前記第2内部反応ガス流路へ供給する第2供給路と、を備え、
前記ガス吸引部は、
前記第1排ガス流路に設けられた第1タービンと、
前記第1タービンと機械的に連結されるとともに前記第2排ガス流路に設けられた第2タービンと、を有し、
前記第1タービンと前記第2タービンとは、
(A)前記第1排ガス流路を流れる前記第1内部反応ガス流路からの排ガスの流速に対する前記第2排ガス流路を流れる前記第2内部反応ガス流路からの排ガスの流速の比率である流速比率が比較的大きい場合には、前記第2排ガス流路を流れる前記第2内部反応ガス流路からの排ガスが前記第2タービンを駆動することによって、前記第2タービンが前記第1タービンを駆動するとともに、前記第1タービンが前記第1内部反応ガス流路内のガスを吸引し、
(B)前記流速比率が比較的小さい場合には、前記第1排ガス流路を流れる前記第1内部反応ガス流路からの排ガスが前記第1タービンを駆動することによって、前記第1タービンが前記第2タービンを駆動するとともに、前記第2タービンが前記第2内部反応ガス流路内のガスを吸引するように、構成されている、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, further comprising:
A first exhaust gas passage connected to the first internal reaction gas passage;
A second exhaust gas flow path connected to the second internal reaction gas flow path;
A reaction gas supply unit for supplying a predetermined reaction gas;
A first supply path for connecting the reactive gas supply unit and the first internal reactive gas flow path and supplying the reactive gas to the first internal reactive gas flow path;
A second supply path for connecting the reaction gas supply unit and the second internal reaction gas flow path and supplying the reaction gas to the second internal reaction gas flow path;
The gas suction part is
A first turbine provided in the first exhaust gas flow path;
A second turbine mechanically connected to the first turbine and provided in the second exhaust gas flow path,
The first turbine and the second turbine are:
(A) The ratio of the flow rate of the exhaust gas from the second internal reaction gas channel flowing through the second exhaust gas channel to the flow rate of the exhaust gas from the first internal reaction gas channel flowing through the first exhaust gas channel. When the flow rate ratio is relatively large, exhaust gas from the second internal reaction gas flow path that flows through the second exhaust gas flow path drives the second turbine, so that the second turbine causes the first turbine to move. While driving, the first turbine sucks the gas in the first internal reaction gas flow path,
(B) When the flow rate ratio is relatively small, the exhaust gas from the first internal reaction gas channel that flows through the first exhaust gas channel drives the first turbine, so that the first turbine is The second turbine is configured to drive the second turbine and to suck the gas in the second internal reaction gas flow path.
Fuel cell system.
前記燃料電池システムは、
第1内部反応ガス流路を有する第1燃料電池スタックと、
第2内部反応ガス流路を有する第2燃料電池スタックと、
前記第1内部反応ガス流路に接続された所定の反応ガスの供給路である第1供給路と、
前記第2内部反応ガス流路に接続された前記反応ガスの供給路である第2供給路と、
前記第2内部反応ガス流路からの排ガスの運動エネルギを利用することによって、前記第1内部反応ガス流路内のガスを吸引するガス吸引部と、
前記第1供給路と前記第2供給路との少なくとも一方に接続されるとともに、前記第1内部反応ガス流路と前記第2内部反応ガス流路との少なくとも一方への前記反応ガスの供給量を調整する供給量調整部と、
を備え、
前記制御方法は、
(A)前記第1内部反応ガス流路への前記反応ガス供給量に対する前記第2内部反応ガス流路への前記反応ガス供給量の比率である供給量比率が比較的小さな値となるように前記供給量調整部を制御する標準モードで前記供給量調整部を制御する工程と、
(B)前記供給量比率が比較的大きな値となるように前記供給量調整部を制御する排出モードで前記供給量調整部を制御することによって、前記ガス吸引部に前記第1内部反応ガス流路内のガスを吸引させる工程と、
を備える、制御方法。 A method for controlling a fuel cell system, comprising:
The fuel cell system includes:
A first fuel cell stack having a first internal reaction gas flow path;
A second fuel cell stack having a second internal reaction gas flow path;
A first supply path which is a predetermined reaction gas supply path connected to the first internal reaction gas path;
A second supply path that is a supply path for the reaction gas connected to the second internal reaction gas flow path;
A gas suction part for sucking the gas in the first internal reaction gas channel by utilizing the kinetic energy of the exhaust gas from the second internal reaction gas channel;
The supply amount of the reaction gas to at least one of the first internal reaction gas channel and the second internal reaction gas channel is connected to at least one of the first supply channel and the second supply channel A supply amount adjusting unit for adjusting
With
The control method is:
(A) A supply amount ratio, which is a ratio of the reaction gas supply amount to the second internal reaction gas flow channel to the reaction gas supply amount to the first internal reaction gas flow channel, is a relatively small value. Controlling the supply amount adjusting unit in a standard mode for controlling the supply amount adjusting unit;
(B) By controlling the supply amount adjustment unit in a discharge mode for controlling the supply amount adjustment unit so that the supply amount ratio becomes a relatively large value, the first internal reaction gas flow in the gas suction unit A step of sucking the gas in the road;
A control method comprising:
前記燃料電池システムは、
第1内部反応ガス流路を有する第1燃料電池スタックと、
第2内部反応ガス流路を有する第2燃料電池スタックと、
前記第1内部反応ガス流路に接続された所定の反応ガスの供給路である第1供給路と、
前記第2内部反応ガス流路に接続された前記反応ガスの供給路である第2供給路と、
前記第2内部反応ガス流路からの排ガスの運動エネルギを利用することによって、前記第1内部反応ガス流路内のガスを吸引するガス吸引部と、
前記第1供給路と前記第2供給路との少なくとも一方に接続されるとともに、前記第1内部反応ガス流路と前記第2内部反応ガス流路との少なくとも一方への前記反応ガスの供給量を調整する供給量調整部と、
を備え、
前記コンピュータプログラムは、
(A)コンピュータに、前記第1内部反応ガス流路への前記反応ガス供給量に対する前記第2内部反応ガス流路への前記反応ガス供給量の比率である供給量比率が比較的小さな値となるように前記供給量調整部を制御する標準モードで前記供給量調整部を制御させる機能と、
(B)コンピュータに、前記供給量比率が比較的大きな値となるように前記供給量調整部を制御する排出モードで前記供給量調整部を制御させることによって、前記ガス吸引部に前記第1内部反応ガス流路内のガスを吸引させる機能と、
を実現させるコンピュータプログラム。 A computer program for causing a computer to execute processing for controlling a fuel cell system,
The fuel cell system includes:
A first fuel cell stack having a first internal reaction gas flow path;
A second fuel cell stack having a second internal reaction gas flow path;
A first supply path which is a predetermined reaction gas supply path connected to the first internal reaction gas path;
A second supply path that is a supply path for the reaction gas connected to the second internal reaction gas flow path;
A gas suction part for sucking the gas in the first internal reaction gas channel by utilizing the kinetic energy of the exhaust gas from the second internal reaction gas channel;
The supply amount of the reaction gas to at least one of the first internal reaction gas channel and the second internal reaction gas channel is connected to at least one of the first supply channel and the second supply channel A supply amount adjusting unit for adjusting
With
The computer program is
(A) In a computer, a supply amount ratio, which is a ratio of the reaction gas supply amount to the second internal reaction gas flow channel to the reaction gas supply amount to the first internal reaction gas flow channel, is a relatively small value. A function of controlling the supply amount adjustment unit in a standard mode for controlling the supply amount adjustment unit,
(B) By causing the computer to control the supply amount adjustment unit in a discharge mode for controlling the supply amount adjustment unit so that the supply amount ratio becomes a relatively large value, the gas suction unit causes the first internal A function of sucking the gas in the reaction gas flow path;
A computer program that realizes
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