JP2006312907A - Gas supply device, fuel cell system and gas supply method - Google Patents

Gas supply device, fuel cell system and gas supply method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas supply device improving power generating efficiency and reduced in size by sufficiently supplying cathode gas to a fuel cell even in a transient period. <P>SOLUTION: The gas supply device for supplying compressed cathode gas to the fuel cell 10 comprises a gas compressing means for compressing the cathode gas. The gas compressing means has: a first compressor 21 to be driven by one drive source (motor) 24 which generates rotating force, for compressing the cathode gas; a second compressor 22 to be driven by predetermined rotating force for compressing the cathode gas; and a power transmitting means (centrifugal clutch) 25 for transmitting the rotating force to the second compressor 22 when the rotating speed of the rotating force generated by the drive source 24 exceeds a preset value. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガス供給装置、燃料電池システム及びガス供給方法に関する。   The present invention relates to a gas supply device, a fuel cell system, and a gas supply method.

従来より、水素ガス等のアノードガスと空気等のカソードガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池を備えた燃料電池システムが提案され、実用化されている。かかる燃料電池システムにおいては、コンプレッサ（圧縮機）を用いてカソードガスを圧縮し、この圧縮したカソードガスを燃料電池に供給している。   Conventionally, a fuel cell system including a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between an anode gas such as hydrogen gas and a cathode gas such as air has been proposed and put into practical use. In such a fuel cell system, the cathode gas is compressed using a compressor, and the compressed cathode gas is supplied to the fuel cell.

現在においては、一台のコンプレッサを用いてカソードガスを圧縮する燃料電池システムが一般的であるが、過渡時（発進時や急加速時等）においては大流量のカソードガスを供給する必要があるため、コンプレッサ自体の大型化が図られる傾向にある。また、近年においては、別々の駆動源により駆動される大小複数のコンプレッサを設け、低負荷域で小型のコンプレッサを作動させる一方、過渡時等の高負荷域で大型のコンプレッサを作動させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第３５５５４３８号公報 At present, a fuel cell system that compresses cathode gas using a single compressor is generally used, but it is necessary to supply a large amount of cathode gas during a transition (starting or sudden acceleration). Therefore, the size of the compressor itself tends to be increased. In recent years, a technology has been proposed in which a large and small compressors driven by different drive sources are provided to operate a small compressor in a low load range, while operating a large compressor in a high load range such as during a transient. (For example, refer to Patent Document 1).
Japanese Patent No. 3555438

しかし、大型のコンプレッサを一台採用した場合には、過渡時における迅速な制御が困難となり、応答性が低くなる（すなわち作動指令時からコンプレッサ作動時までの時間遅れが大きくなる）ため、結果的にカソードガスの供給が不足し、発電効率が低下する場合がある。また、特許文献１に記載された技術を採用すると、コンプレッサ毎に駆動源を設ける必要があるため、各コンプレッサの搭載スペースに加えて各駆動源の搭載スペースが必要となり、ガス供給装置が大型化してしまうという問題がある。   However, when one large compressor is used, it becomes difficult to control quickly during the transition, and the response becomes low (that is, the time delay from the operation command to the compressor operation increases) In some cases, the supply of cathode gas is insufficient, and power generation efficiency may be reduced. In addition, when the technique described in Patent Document 1 is adopted, it is necessary to provide a drive source for each compressor. Therefore, in addition to the mounting space for each compressor, a mounting space for each driving source is required, and the gas supply device is increased in size. There is a problem that it ends up.

本発明は、過渡時において燃料電池に対するカソードガスの充分な供給を実現させて発電効率を向上させるとともに、装置の小型化を実現させることができるガス供給装置と、このガス供給装置を備える燃料電池システムと、ガス供給方法と、を提供することを目的とする。   The present invention realizes a sufficient supply of cathode gas to a fuel cell at the time of transition to improve power generation efficiency, and a gas supply device capable of realizing downsizing of the device, and a fuel cell including the gas supply device An object is to provide a system and a gas supply method.

前記目的を達成するため、本発明に係るガス供給装置は、カソードガスを圧縮するガス圧縮手段を備え、圧縮されたカソードガスを燃料電池に供給するガス供給装置であって、ガス圧縮手段は、回転力を生成する一の駆動源により駆動されてカソードガスを圧縮する第１のコンプレッサと、所定の回転力により駆動されてカソードガスを圧縮する第２のコンプレッサと、駆動源で生成された回転力の回転数が所定値を超えた場合に駆動源で生成された回転力を第２のコンプレッサに伝達する動力伝達手段と、を有するものである。   In order to achieve the above object, a gas supply apparatus according to the present invention is provided with a gas compression means for compressing a cathode gas, and supplies the compressed cathode gas to a fuel cell, wherein the gas compression means comprises: A first compressor that is driven by one drive source that generates a rotational force and compresses the cathode gas, a second compressor that is driven by a predetermined rotational force and compresses the cathode gas, and a rotation generated by the drive source Power transmission means for transmitting the rotational force generated by the drive source to the second compressor when the rotational speed of the force exceeds a predetermined value.

かかる構成を採用することにより、低負荷域においては、駆動源により第１のコンプレッサのみを駆動してカソードガスを圧縮して燃料電池に供給することができる。また、過渡時等の高負荷域において駆動源で生成された回転力の回転数が所定値を超えた場合には、動力伝達手段により駆動源で生成された回転力を第２のコンプレッサに伝達して、第１のコンプレッサと第２のコンプレッサとの双方を作動させることができる。従って、過渡時において大流量のカソードガスの供給を行うことができ、しかも、第１のコンプレッサを作動させた状態から駆動源で生成された回転力を利用して第２のコンプレッサを迅速に作動させるので過渡時における応答性を向上させることもできる。また、コンプレッサ毎に駆動源を設ける必要がないため、装置の小型化を実現させることができる。   By adopting such a configuration, in the low load range, only the first compressor can be driven by the drive source to compress the cathode gas and supply it to the fuel cell. Further, when the rotational speed of the rotational force generated by the drive source in a high load range such as a transient time exceeds a predetermined value, the rotational force generated by the drive source is transmitted to the second compressor by the power transmission means. Thus, both the first compressor and the second compressor can be operated. Therefore, a large flow rate of cathode gas can be supplied during the transition, and the second compressor is quickly operated using the rotational force generated by the drive source from the state where the first compressor is operated. Therefore, the responsiveness at the time of transition can be improved. Further, since it is not necessary to provide a drive source for each compressor, it is possible to reduce the size of the apparatus.

前記ガス供給装置において、動力伝達手段として遠心クラッチを採用することができる。また、前記ガス供給装置において、第１のコンプレッサの圧縮能力は、第２のコンプレッサの圧縮能力よりも高く設定されていることが好ましい。   In the gas supply device, a centrifugal clutch can be employed as power transmission means. In the gas supply device, it is preferable that the compression capacity of the first compressor is set higher than the compression capacity of the second compressor.

また、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、前記ガス供給装置と、を備えるものである。かかる燃料電池システムにおいては、前記ガス供給装置を採用するため、過渡時において大流量のカソードガスの迅速な供給を行うことができるので、高い発電性能を発揮する。また、前記ガス供給装置を採用するため、システム全体の小型化が可能となる。   The fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell and the gas supply device. In such a fuel cell system, since the gas supply device is employed, a large flow rate of the cathode gas can be rapidly supplied during the transition, so that high power generation performance is exhibited. In addition, since the gas supply device is employed, the entire system can be reduced in size.

また、本発明に係るガス供給方法は、燃料電池にカソードガスを供給するガス供給方法であって、回転力を生成する一の駆動源により駆動される第１のコンプレッサを用いてカソードガスを圧縮して燃料電池に供給する第１の工程と、前記駆動源で生成された回転力の回転数が所定値を超えた場合に、前記駆動源で生成された回転力を第２のコンプレッサに伝達し、前記第１のコンプレッサ及び前記第２のコンプレッサの双方を用いてカソードガスを圧縮して供給する第２の工程と、を含むものである。   The gas supply method according to the present invention is a gas supply method for supplying a cathode gas to a fuel cell, and compresses the cathode gas using a first compressor driven by a single drive source that generates rotational force. And supplying the rotational force generated by the drive source to the second compressor when the rotational speed of the rotational force generated by the drive source exceeds a predetermined value. And a second step of compressing and supplying the cathode gas using both the first compressor and the second compressor.

かかる方法によれば、低負荷域おいて第１のコンプレッサのみを用いてカソードガスを圧縮して供給することができる。また、過渡時等の高負荷域において駆動源で生成された回転力の回転数が所定値を超えた場合に、この回転力を第２のコンプレッサに伝達し、第１のコンプレッサ及び第２のコンプレッサの双方を用いて反応ガスを圧縮して供給することができる。従って、過渡時において大流量のカソードガスの迅速な供給を行うことができるので、発電効率の向上を実現させることができる。   According to this method, the cathode gas can be compressed and supplied using only the first compressor in the low load region. Further, when the rotational speed of the rotational force generated by the drive source in a high load region such as a transient time exceeds a predetermined value, this rotational force is transmitted to the second compressor, and the first compressor and the second compressor The reaction gas can be compressed and supplied using both of the compressors. Therefore, since a large flow rate of cathode gas can be rapidly supplied during a transition, an improvement in power generation efficiency can be realized.

また、本発明に係るガス供給装置は、カソードガスを圧縮するガス圧縮手段を備え、圧縮されたカソードガスを燃料電池に供給するガス供給装置であって、ガス圧縮手段は、回転力を生成する一の駆動源により駆動されてカソードガスを圧縮する複数のコンプレッサを有するものである。かかる構成を採用すると、コンプレッサ毎に駆動源を設ける必要がないため、装置の小型化を実現させることができる。   The gas supply device according to the present invention includes a gas compression unit that compresses the cathode gas, and supplies the compressed cathode gas to the fuel cell. The gas compression unit generates a rotational force. It has a plurality of compressors that are driven by one drive source and compress the cathode gas. When such a configuration is adopted, it is not necessary to provide a drive source for each compressor, so that the size of the apparatus can be reduced.

本発明によれば、過渡時において燃料電池に対するカソードガスの充分な供給を実現させて発電効率を向上させることができるとともに、ガス供給装置ひいては燃料電池システムの小型化を実現させることができる。   According to the present invention, it is possible to improve the power generation efficiency by realizing sufficient supply of cathode gas to the fuel cell at the time of transition, and it is possible to realize downsizing of the gas supply device and hence the fuel cell system.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１について説明する。以下の実施形態においては、燃料電池システム１を燃料電池車両の車載発電システムに適用した例について説明する。   Hereinafter, a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, an example in which the fuel cell system 1 is applied to an in-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle will be described.

まず、図１を用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１の構成について説明する。   First, the configuration of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

本実施形態に係る燃料電池システム１は、図１に示すように、燃料電池セル（単電池）を複数積層してなる燃料電池１０、燃料電池１０の酸素極に空気（カソードガス）を供給するための空気供給流路２０、燃料電池１０の酸素極内の空気を排出するための空気排出流路３０、燃料電池１０の水素極に水素ガス（アノードガス）を供給するための水素供給流路４０、燃料電池１０の水素極から排出される水素オフガスを水素供給流路４０に還流させるための還流流路５０、燃料電池１０を冷却する冷却水を循環させるための冷却路、各種センサ、各種センサからの情報を受けてシステム全体を統合制御する図示されていない制御装置、等を備えて構成されている。なお、冷却路、各種センサ及び制御装置については、図示を省略している。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 according to the present embodiment supplies air (cathode gas) to a fuel cell 10 in which a plurality of fuel cells (unit cells) are stacked and to the oxygen electrode of the fuel cell 10. Air supply flow path 20 for discharging, air discharge flow path 30 for discharging air in the oxygen electrode of fuel cell 10, hydrogen supply flow path for supplying hydrogen gas (anode gas) to the hydrogen electrode of fuel cell 10 40, a recirculation flow path 50 for recirculating hydrogen off-gas discharged from the hydrogen electrode of the fuel cell 10 to the hydrogen supply flow path 40, a cooling path for circulating cooling water for cooling the fuel cell 10, various sensors, A control device (not shown) that performs integrated control of the entire system in response to information from the sensor is provided. The cooling path, various sensors, and the control device are not shown.

燃料電池１０は、空気供給流路２０を介して空気供給口に供給される空気と、水素供給流路３０を介して水素供給口に供給される水素ガスと、を用いて、電気化学反応によって発電する装置である。燃料電池１０が発電された電力は、図示していないパワーコントロールユニットに供給される。パワーコントロールユニットは、車両の駆動モータを駆動するインバータと、コンプレッサモータや水素ポンプ用モータなどの各種の補機類を駆動するインバータと、二次電池への充電や二次電池からのモータ類への電力供給を行うＤＣ−ＤＣコンバータ等を備えている。   The fuel cell 10 performs an electrochemical reaction using air supplied to the air supply port via the air supply channel 20 and hydrogen gas supplied to the hydrogen supply port via the hydrogen supply channel 30. It is a device that generates electricity. The electric power generated by the fuel cell 10 is supplied to a power control unit (not shown). The power control unit consists of an inverter that drives the drive motor of the vehicle, an inverter that drives various auxiliary devices such as a compressor motor and a motor for a hydrogen pump, and charging to the secondary battery and motors from the secondary battery. A DC-DC converter or the like that supplies the electric power is provided.

空気供給流路２０には、空気を圧縮（加圧）する第１のコンプレッサ２１及び第２のコンプレッサ２２、空気に所要の水分を加える加湿器２３、空気から微粒子を除去する図示されていないエアフィルタ等が設けられている。また、空気排出流路３０には、加湿器２３の熱交換器や図示されていない圧力調整弁等が設けられている。燃料電池１０から排出される空気は、この空気排出流路３０を経て外部に放出される。   The air supply flow path 20 includes a first compressor 21 and a second compressor 22 that compress (pressurize) air, a humidifier 23 that adds necessary moisture to the air, and air that is not illustrated that removes particulates from the air. A filter or the like is provided. The air discharge passage 30 is provided with a heat exchanger for the humidifier 23, a pressure regulating valve (not shown), and the like. Air discharged from the fuel cell 10 is discharged to the outside through the air discharge channel 30.

第１のコンプレッサ２１は、駆動源としてのモータ２４によって駆動される。また、本実施形態においては、第２のコンプレッサ２２専用のモータを設けることなく、モータ２４によって駆動された第１のコンプレッサ２１の回転力を、遠心クラッチ２５を介して第２のコンプレッサ２２に伝達することにより、第２のコンプレッサ２２を駆動することとしている。なお、本実施形態においては、第１のコンプレッサ２０Ａの圧縮能力（最大発生流量）を、第２のコンプレッサ２０Ｂの圧縮能力（最大発生流量）よりも大きく設定している。   The first compressor 21 is driven by a motor 24 as a drive source. In the present embodiment, the rotational force of the first compressor 21 driven by the motor 24 is transmitted to the second compressor 22 via the centrifugal clutch 25 without providing a motor dedicated to the second compressor 22. Thus, the second compressor 22 is driven. In the present embodiment, the compression capacity (maximum generated flow rate) of the first compressor 20A is set larger than the compression capacity (maximum generated flow rate) of the second compressor 20B.

遠心クラッチ２５は、第１のコンプレッサ２１の回転軸２１ａと、第２のコンプレッサ２２の回転軸２２ａと、を連結する回転速度感応型のクラッチであり、第１のコンプレッサ２１の回転軸２１ａの回転数が所定値を超えた場合に締結して、モータ２４によって駆動された第１のコンプレッサ２１の回転力を第２のコンプレッサ２２に伝達して、第２のコンプレッサ２２を駆動する。すなわち、遠心クラッチ２５は、本発明における動力伝達手段である。   The centrifugal clutch 25 is a rotational speed-sensitive clutch that connects the rotation shaft 21 a of the first compressor 21 and the rotation shaft 22 a of the second compressor 22, and the rotation of the rotation shaft 21 a of the first compressor 21. When the number exceeds a predetermined value, the second compressor 22 is fastened and the rotational force of the first compressor 21 driven by the motor 24 is transmitted to the second compressor 22 to drive the second compressor 22. That is, the centrifugal clutch 25 is a power transmission means in the present invention.

なお、第１のコンプレッサ２１、第２のコンプレッサ２２、モータ２４及び遠心クラッチ２５によって、本発明の実施形態に係るガス圧縮手段が構成される。また、このガス圧縮手段（第１のコンプレッサ２１、第２のコンプレッサ２２、モータ２４及び遠心クラッチ２５）及び空気供給流路２０によって、本発明の実施形態に係るガス供給装置が構成される。   The first compressor 21, the second compressor 22, the motor 24, and the centrifugal clutch 25 constitute a gas compression unit according to the embodiment of the present invention. The gas supply device according to the embodiment of the present invention is configured by the gas compression means (the first compressor 21, the second compressor 22, the motor 24, and the centrifugal clutch 25) and the air supply flow path 20.

水素供給流路４０は、燃料電池１０を構成する単電池の水素極の入口側に連通しており、図１に示すように、水素供給源４１から供給される水素ガスを、水素供給口を介して燃料電池１０に流すものである。水素供給源４１としては、高圧水素タンク、燃料改質器、水素吸蔵合金等を採用することができる。還流流路５０は、燃料電池１０を構成する単電池の水素極の出口側に連通しており、燃料電池１０で消費されなかった水素ガス（水素オフガス）を、水素排出口を介して排出させて水素供給流路４０に還流させるものである。   The hydrogen supply channel 40 communicates with the inlet side of the hydrogen electrode of the unit cell constituting the fuel cell 10, and as shown in FIG. 1, the hydrogen gas supplied from the hydrogen supply source 41 is supplied to the hydrogen supply port. Through the fuel cell 10. As the hydrogen supply source 41, a high-pressure hydrogen tank, a fuel reformer, a hydrogen storage alloy, or the like can be used. The recirculation flow path 50 communicates with the outlet side of the hydrogen electrode of the unit cell constituting the fuel cell 10, and discharges hydrogen gas (hydrogen offgas) that has not been consumed by the fuel cell 10 through the hydrogen discharge port. Thus, the hydrogen supply flow path 40 is refluxed.

還流流路５０には、水素オフガスから水分を回収する気液分離器５１、回収した生成水を図示しないタンク等に回収する排水弁５２、水素オフガスを加圧する水素ポンプ５３、逆止弁５４等が設けられている。また、還流流路５０は、パージ流路６０を介して空気排出流路３０に接続される。パージ流路６０にはパージ弁６１が設けられている。パージ弁６１は電磁式の遮断弁であり、制御装置からの指令によって作動することにより水素オフガスを外部に排出（パージ）する。   The reflux channel 50 includes a gas-liquid separator 51 that recovers moisture from the hydrogen off gas, a drain valve 52 that recovers the recovered product water in a tank (not shown), a hydrogen pump 53 that pressurizes the hydrogen off gas, a check valve 54, and the like. Is provided. The reflux channel 50 is connected to the air discharge channel 30 via the purge channel 60. A purge valve 61 is provided in the purge flow path 60. The purge valve 61 is an electromagnetic shut-off valve, and discharges (purges) hydrogen off-gas to the outside by operating according to a command from the control device.

制御装置は、図示しない車両のアクセル信号などの要求負荷や燃料電池システム１の各種センサ（圧力センサ、温度センサ、流量センサ、出力電流計、出力電圧計等）から制御情報を受け取り、モータ２４をはじめとした各種電子機器の動作を制御する。   The control device receives control information from a requested load such as an accelerator signal of a vehicle (not shown) and various sensors (pressure sensor, temperature sensor, flow sensor, output ammeter, output voltmeter, etc.) of the fuel cell system 1, and controls the motor 24. Controls the operation of various electronic devices such as

次に、本実施形態に係る燃料電池システム１のガス供給装置を用いて、燃料電池１０にカソードガスを供給する方法（ガス供給方法）について説明する。   Next, a method (gas supply method) of supplying cathode gas to the fuel cell 10 using the gas supply device of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described.

通常走行時等の低負荷域においては、制御装置の指令によりモータ２４を作動させ、このモータ２４の駆動力により第１のコンプレッサ２１を駆動して空気を圧縮し、この圧縮した空気を空気供給流路２０を介して燃料電池１０の酸素極に供給する（第１の工程）。一方、このような低負荷域から、過渡時（発進時や急加速時）等の高負荷域に移行させる場合には、制御装置の指令によりモータ２４の回転数を増加させる。そして、モータ２４の回転数が増加して所定値を超えた場合には、遠心クラッチ２５が自動的に締結されて第１のコンプレッサ２１の回転力が第２のコンプレッサ２２に伝達され、第２のコンプレッサ２２が駆動する。これにより第１のコンプレッサ２１及び第２のコンプレッサ２２を用いて空気が圧縮され、この圧縮した空気が空気供給流路２０を介して燃料電池１０の酸素極に供給される（第２の工程）。   In a low load range such as during normal travel, the motor 24 is operated by a command from the control device, the first compressor 21 is driven by the driving force of the motor 24 to compress the air, and the compressed air is supplied to the air. Supply to the oxygen electrode of the fuel cell 10 through the flow path 20 (first step). On the other hand, when shifting from such a low load region to a high load region such as a transition time (starting or sudden acceleration), the rotational speed of the motor 24 is increased by a command from the control device. When the rotational speed of the motor 24 increases and exceeds a predetermined value, the centrifugal clutch 25 is automatically engaged, and the rotational force of the first compressor 21 is transmitted to the second compressor 22, and the second The compressor 22 is driven. Thereby, air is compressed using the first compressor 21 and the second compressor 22, and the compressed air is supplied to the oxygen electrode of the fuel cell 10 through the air supply flow path 20 (second step). .

以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１のガス供給装置によれば、低負荷域において、モータ２４により第１のコンプレッサ２１のみを駆動して空気を圧縮して燃料電池１０に供給することができる。また、過渡時等の高負荷域において、モータ２４の回転数が所定値を超えた場合には、モータ２４により駆動された第１のコンプレッサ２１の回転力を遠心クラッチ２５により第２のコンプレッサ２２に伝達し、第１のコンプレッサ２１と第２のコンプレッサ２２との双方を作動させることができる。   According to the gas supply device of the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, in the low load range, only the first compressor 21 is driven by the motor 24 to compress the air and supply it to the fuel cell 10. it can. In addition, when the rotational speed of the motor 24 exceeds a predetermined value in a high load region such as a transient time, the rotational force of the first compressor 21 driven by the motor 24 is transmitted by the centrifugal clutch 25 to the second compressor 22. And both the first compressor 21 and the second compressor 22 can be operated.

従って、過渡時において大流量の空気の供給を行うことができ、第１のコンプレッサ２１の回転軸の回転力（慣性力）を利用して第２のコンプレッサ２２を迅速に作動させるので過渡時における応答性を向上させることもできる。また、コンプレッサ毎に駆動源を設ける必要がないため、装置の小型化を実現させることができる。また、第２コンプレッサ２２専用のモータが不要となるので、消費電力を節減することができ、発電電力の消費を抑制することができる。   Therefore, a large flow of air can be supplied during the transition, and the second compressor 22 is quickly operated using the rotational force (inertial force) of the rotating shaft of the first compressor 21, so that the transient compressor can be operated. Responsiveness can also be improved. Further, since it is not necessary to provide a drive source for each compressor, it is possible to reduce the size of the apparatus. In addition, since a motor dedicated to the second compressor 22 is not required, power consumption can be reduced and consumption of generated power can be suppressed.

また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、前記したガス供給装置を採用するため、過渡時において大流量の空気の迅速な供給を行うことができるので、高い発電性能を発揮する。また、前記したガス供給装置を採用するため、システム全体の小型化が可能となる。   Further, in the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, since the above-described gas supply device is employed, a large flow rate of air can be rapidly supplied during the transition, so that high power generation performance is exhibited. . In addition, since the gas supply device described above is employed, the entire system can be reduced in size.

また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１のガス供給方法によれば、低負荷域おいて第１のコンプレッサ２１のみを用いて空気を圧縮して供給することができる。また、過渡時等の高負荷域においてモータ２４の回転数が所定値を超えた場合に、第１のコンプレッサ２１の回転力を第２のコンプレッサ２２に伝達し、第１のコンプレッサ２１及び第２のコンプレッサ２２の双方を用いて空気を圧縮して供給することができる。従って、過渡時において大流量の空気の迅速な供給を行うことができるので、発電効率の向上を実現させることができる。   In addition, according to the gas supply method of the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, air can be compressed and supplied using only the first compressor 21 in the low load region. Further, when the rotational speed of the motor 24 exceeds a predetermined value in a high load region such as during a transition, the rotational force of the first compressor 21 is transmitted to the second compressor 22, and the first compressor 21 and the second compressor 21. The compressor 22 can be used to compress and supply air. Accordingly, since a large flow rate of air can be quickly supplied during the transition, the power generation efficiency can be improved.

なお、以上の実施形態においては、動力伝達手段として遠心クラッチを採用した例を示したが、かかる遠心クラッチに代えて電磁クラッチを採用し、モータ２３の回転数が所定値を超えた場合に制御装置の制御により電磁クラッチを締結させて、第１のコンプレッサ２１の回転力を第２のコンプレッサ２２に伝達するようにしてもよい。   In the above embodiment, the centrifugal clutch is employed as the power transmission means. However, an electromagnetic clutch is employed in place of the centrifugal clutch, and the control is performed when the rotation speed of the motor 23 exceeds a predetermined value. An electromagnetic clutch may be fastened under the control of the device, and the rotational force of the first compressor 21 may be transmitted to the second compressor 22.

また、以上の実施の形態においては、本発明を燃料電池車両の車載発電システムに適用した例を示したが、本発明をその他の発電システム（例えば定置用発電システム）に適用することもできる。   Moreover, although the example which applied this invention to the vehicle-mounted electric power generation system of the fuel cell vehicle was shown in the above embodiment, this invention can also be applied to another electric power generation system (for example, stationary electric power generation system).

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…燃料電池システム、１０…燃料電池、２１…第１のコンプレッサ、２２…第２のコンプレッサ、２４…モータ（駆動源）、２５…遠心クラッチ（動力伝達手段）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 10 ... Fuel cell, 21 ... 1st compressor, 22 ... 2nd compressor, 24 ... Motor (drive source), 25 ... Centrifugal clutch (power transmission means)

Claims (6)

カソードガスを圧縮するガス圧縮手段を備え、圧縮されたカソードガスを燃料電池に供給するガス供給装置であって、
ガス圧縮手段は、回転力を生成する一の駆動源により駆動されてカソードガスを圧縮する第１のコンプレッサと、所定の回転力により駆動されてカソードガスを圧縮する第２のコンプレッサと、前記駆動源で生成された回転力の回転数が所定値を超えた場合に前記駆動源で生成された回転力を前記第２のコンプレッサに伝達する動力伝達手段と、を有するガス供給装置。 A gas supply device comprising a gas compression means for compressing a cathode gas and supplying the compressed cathode gas to a fuel cell,
The gas compressing means is driven by a single driving source that generates a rotational force to compress the cathode gas, the second compressor is driven by a predetermined rotational force to compress the cathode gas, and the drive And a power transmission means for transmitting the rotational force generated by the drive source to the second compressor when the rotational speed of the rotational force generated by the source exceeds a predetermined value. 前記動力伝達手段は、遠心クラッチである請求項１に記載のガス供給装置。   The gas supply device according to claim 1, wherein the power transmission means is a centrifugal clutch. 前記第１のコンプレッサの圧縮能力は、前記第２のコンプレッサの圧縮能力よりも高く設定されてなる請求項１又は２に記載のガス供給装置。   The gas supply device according to claim 1 or 2, wherein the compression capacity of the first compressor is set higher than the compression capacity of the second compressor. 燃料電池と、請求項１から３の何れか一項に記載のガス供給装置と、を備える燃料電池システム。   A fuel cell system comprising: a fuel cell; and the gas supply device according to any one of claims 1 to 3. 燃料電池にカソードガスを供給するガス供給方法であって、
回転力を生成する一の駆動源により駆動される第１のコンプレッサを用いてカソードガスを圧縮して燃料電池に供給する第１の工程と、
前記駆動源で生成された回転力の回転数が所定値を超えた場合に、前記駆動源で生成された回転力を第２のコンプレッサに伝達し、前記第１のコンプレッサ及び前記第２のコンプレッサの双方を用いてカソードガスを圧縮して供給する第２の工程と、
を含むガス供給方法。 A gas supply method for supplying cathode gas to a fuel cell,
A first step of compressing the cathode gas using a first compressor driven by one driving source that generates rotational force and supplying the compressed gas to the fuel cell;
When the rotational speed of the rotational force generated by the drive source exceeds a predetermined value, the rotational force generated by the drive source is transmitted to a second compressor, and the first compressor and the second compressor A second step of compressing and supplying the cathode gas using both of
A gas supply method including: カソードガスを圧縮するガス圧縮手段を備え、圧縮されたカソードガスを燃料電池に供給するガス供給装置であって、
ガス圧縮手段は、回転力を生成する一の駆動源により駆動されてカソードガスを圧縮する複数のコンプレッサを有するガス供給装置。


A gas supply device comprising a gas compression means for compressing a cathode gas and supplying the compressed cathode gas to a fuel cell,
The gas compressing means is a gas supply device having a plurality of compressors that are driven by one driving source that generates a rotational force to compress the cathode gas.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3020593A1 (en) 2014-11-14 2016-05-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system, fuel cell vehicle, and control method for fuel cell system

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