JP2007048509A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流量可変式のエジェクタを備えた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 including a variable flow rate ejector.
反応ガス(燃料ガス、酸化ガス)の供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムにおいては、燃料電池から排出されるオフガス中に、発電に寄与しなかった反応ガスが含まれ得る。従来の燃料電池システムでは、この未反応の反応ガスを再利用すべく、流量可変式のエジェクタにより燃料電池に循環供給させることがある(例えば、特許文献1および2参照。)。 In a fuel cell system including a fuel cell that generates power upon receiving a supply of a reaction gas (fuel gas, oxidizing gas), a reaction gas that has not contributed to power generation may be included in the off-gas discharged from the fuel cell. In the conventional fuel cell system, in order to reuse the unreacted reaction gas, the fuel cell may be circulated and supplied to the fuel cell by a variable flow rate ejector (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
例えば特許文献1に記載のエジェクタは、同心配置した二つのノズルの一方を軸線方向に可動することで、そのノズルと他方のノズルとの間隙から噴射する燃料ガスの流量を可変する構成である。この流量可変の際のノズルの可動は、ステップモータの駆動によりなされる。
しかし、特許文献1に記載のエジェクタでは、流量可変の際のステップモータの駆動時に振動が発生し、この振動が燃料ガスに伝播するおそれがあった。このため、燃料電池に供給される燃料ガスに圧力変動が生じて、燃料電池の耐久性や発電性能を低下させるおそれがあった。特に、エジェクタと同じガス系統に設けられたレギュレータなどの他の周辺機器の駆動部が、エジェクタの駆動部との間で共振すると、圧力変動が大きくなる。 However, in the ejector described in Patent Document 1, vibration is generated when the step motor is driven when the flow rate is variable, and this vibration may propagate to the fuel gas. For this reason, pressure fluctuations occur in the fuel gas supplied to the fuel cell, which may reduce the durability and power generation performance of the fuel cell. In particular, when a drive unit of another peripheral device such as a regulator provided in the same gas system as the ejector resonates with the drive unit of the ejector, the pressure fluctuation increases.
本発明は、エジェクタでの振動を抑制して、燃料電池への供給流量および供給圧力を安定化させることができる燃料電池システムを提供することをその目的としている。 An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of stabilizing the supply flow rate and supply pressure to the fuel cell by suppressing the vibration in the ejector.
上記課題を解決するべく、本発明の燃料電池システムは、燃料電池に供給する新たな反応ガスと燃料電池から排出された反応ガスのオフガスとを合流して燃料電池に反応ガスを供給するエジェクタを備え、エジェクタは、燃料電池への反応ガスの供給流量を可変する駆動部と、駆動部で発生する振動を抑制する振動抑制手段と、を備えたものである。 In order to solve the above problems, a fuel cell system of the present invention includes an ejector for supplying a reaction gas to a fuel cell by merging a new reaction gas supplied to the fuel cell and an off-gas of the reaction gas discharged from the fuel cell. The ejector includes a drive unit that varies the supply flow rate of the reaction gas to the fuel cell, and vibration suppression means that suppresses vibrations generated in the drive unit.
この構成によれば、燃料電池への反応ガスの供給流量をエジェクタで可変しても、その際に発生し得る駆動部における振動を抑制することができる。これにより、流量可変式のエジェクタによる燃料電池への供給流量および供給圧力を安定化させることができる。 According to this configuration, even if the supply flow rate of the reaction gas to the fuel cell is varied by the ejector, vibration in the drive unit that can occur at that time can be suppressed. Thereby, the supply flow rate and supply pressure to the fuel cell by the variable flow rate type ejector can be stabilized.
ここで、「反応ガス」とは、燃料電池での発電反応に供されるガスをいい、具体的には、水素を含む燃料ガスまたは酸素を含む酸化ガスをいう。 Here, the “reactive gas” refers to a gas that is used for a power generation reaction in a fuel cell, and specifically refers to a fuel gas containing hydrogen or an oxidizing gas containing oxygen.
ここで、「燃料電池への反応ガスの供給流量を可変する」とは、新たな反応ガスにオフガスを合流させた合流後の反応ガスの流量が、最終的に可変できていれば足りることを意味する。つまり、「燃料電池への反応ガスの供給流量を可変する」には、新たな反応ガスおよびオフガスの一方の流量を制御することのみならず、新たな反応ガスおよびオフガスの両方の流量を制御することが含まれ得る。 Here, “variable supply flow rate of the reaction gas to the fuel cell” means that it is sufficient if the flow rate of the reaction gas after merging the off gas with the new reaction gas is finally variable. means. In other words, “to vary the supply flow rate of the reaction gas to the fuel cell” not only controls the flow rate of one of the new reaction gas and off gas, but also controls the flow rate of both the new reaction gas and off gas. Can be included.
ここで、駆動部とは、供給流量を可変するための駆動方式を問うものではなく、例えば、燃料電池システムの系内のガスの差圧による駆動方式、またはアクチュエータによる駆動方式を用いることができる。 Here, the drive unit does not ask a drive system for varying the supply flow rate, and for example, a drive system based on a differential pressure of gas in a fuel cell system or a drive system using an actuator can be used. .
本発明の燃料電池システムの一態様によれば、振動抑制手段はオイルダンパで構成されていることが、好ましい。 According to one aspect of the fuel cell system of the present invention, it is preferable that the vibration suppressing means is composed of an oil damper.
この構成によれば、オイルの移動が減衰力となって、駆動部で発生し得る振動を制振することができる。 According to this configuration, the movement of oil becomes a damping force, and vibration that can be generated in the drive unit can be suppressed.
本発明の燃料電池システムの一態様によれば、オイルダンパのオイルの温度を制御する温度制御手段を、更に備えたことが、好ましい。 According to one aspect of the fuel cell system of the present invention, it is preferable that temperature control means for controlling the temperature of oil in the oil damper is further provided.
この構成によれば、オイルの粘性を適切に保つことができ、温度変化に対して最適な制振効果を保つことが可能となる。 According to this configuration, it is possible to appropriately maintain the viscosity of the oil, and it is possible to maintain an optimum vibration damping effect with respect to a temperature change.
本発明の燃料電池システムの一態様によれば、エジェクタは、新たな反応ガス及びオフガスの一方を噴射して他方を吸引するための負圧を発生するノズルと、ノズルの内部を進退移動可能に構成されてその進退位置に応じてノズルを通過するガスの流量を調整する流量調整部材とを備え、駆動部は、流量調整部材に進退移動用の作動力を印加して燃料電池への反応ガスの供給流量を可変することが、好ましい。 According to one aspect of the fuel cell system of the present invention, the ejector is capable of moving forward and backward within the nozzle, which generates a negative pressure for injecting one of the new reaction gas and off gas and sucking the other. And a flow rate adjusting member configured to adjust the flow rate of the gas passing through the nozzle according to the advance / retreat position, and the drive unit applies an operating force for advancing / retreating to the flow rate adjusting member to react with the fuel cell. It is preferable to vary the supply flow rate.
この構成によれば、駆動部が流量調整部材に作動力を印加することで、ノズルの内部における流量調整部材の進退位置が変更されて、ノズルを通過するガス(新たな反応ガスまたはオフガス)の流量が調整される。 According to this configuration, when the driving unit applies an operating force to the flow rate adjusting member, the advance / retreat position of the flow rate adjusting member inside the nozzle is changed, and the gas (new reaction gas or off gas) passing through the nozzle is changed. The flow rate is adjusted.
本発明の燃料電池システムの一態様によれば、駆動部は流量調整部材に接続される可動部を有し、可動部は作動力が直接作用されて流量調整部材と共に可動し、振動抑制手段は可動部に連結されていることが、好ましい。 According to one aspect of the fuel cell system of the present invention, the drive unit has a movable unit connected to the flow rate adjusting member, and the movable unit is moved together with the flow rate adjusting member when the operating force is directly applied thereto, and the vibration suppressing means is It is preferable that it is connected to the movable part.
この構成によれば、可動部に振動抑制手段を連結しているため、可動部の可動によって発生し得る振動を好適に抑制することができる。なお、可動部は、例えばピストンやダイアフラムで構成することができる。 According to this configuration, since the vibration suppressing means is connected to the movable part, it is possible to suitably suppress the vibration that can be generated by the movement of the movable part. In addition, a movable part can be comprised with a piston or a diaphragm, for example.
本発明の燃料電池システムの一態様によれば、燃料電池に新たな反応ガスを供給する供給流路と、オフガスを供給流路に循環させる循環流路と、を備え、エジェクタは、供給流路と循環流路との接続部分に設けられ、供給流路および循環流路の少なくとも一方には、調圧弁が設けられていることが、好ましい。 According to one aspect of the fuel cell system of the present invention, the fuel cell system includes a supply flow path for supplying a new reaction gas to the fuel cell, and a circulation flow path for circulating off-gas to the supply flow path. It is preferable that a pressure regulating valve is provided in at least one of the supply flow path and the circulation flow path.
この構成によれば、エジェクタの駆動部と調圧弁との間で共振が起きても、その振動をエジェクタの振動抑制手段で抑制することができる。なお、例えば、反応ガスが燃料ガスである場合には、調圧弁を供給流路に設ければよく、一方、反応ガスが酸化ガスである場合には、調圧弁を循環流路に設ければよい。 According to this configuration, even if resonance occurs between the drive unit of the ejector and the pressure regulating valve, the vibration can be suppressed by the vibration suppressing means of the ejector. For example, when the reaction gas is a fuel gas, a pressure regulating valve may be provided in the supply flow path. On the other hand, when the reaction gas is an oxidizing gas, a pressure regulating valve is provided in the circulation flow path. Good.
本発明の燃料電池システムによれば、振動抑制手段でエジェクタでの振動を抑制することができ、エジェクタによる燃料電池への供給流量および供給圧力を安定化させることが可能となる。 According to the fuel cell system of the present invention, the vibration in the ejector can be suppressed by the vibration suppressing means, and the supply flow rate and supply pressure to the fuel cell by the ejector can be stabilized.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。この燃料電池システムは、オフガスを循環供給させるエジェクタでの振動を抑制して、燃料電池への反応ガスの供給流量および供給圧力を安定化させたものである。以下では、燃料ガスの配管系にエジェクタを配した例について説明する。また、燃料電池システムとしては、これを搭載した機器として代表される燃料電池車両を例に説明する。 Hereinafter, a fuel cell system according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. This fuel cell system stabilizes the supply flow rate and supply pressure of the reaction gas to the fuel cell by suppressing the vibration in the ejector that circulates and supplies the off gas. Below, the example which has arranged the ejector in the piping system of fuel gas is explained. As a fuel cell system, a fuel cell vehicle represented by a device equipped with the fuel cell system will be described as an example.
<第1実施形態>
図1は、燃料電池システムの主要部を示す図である。
燃料電池システム1は、酸化ガス(空気)および燃料ガス(水素)の供給を受けて電力を発生する燃料電池2を備えている。燃料電池2は、例えば固体高分子電解質型からなり、多数のセルを積層したスタック構造として構成されている。燃料電池システム1は、燃料電池2に反応ガスとしての酸化ガスを供給する酸化ガス配管系3と、燃料電池2に反応ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系4と、システム全体を統括制御する制御装置(ECU)5と、を具備している。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a main part of a fuel cell system.
The fuel cell system 1 includes a fuel cell 2 that generates electric power upon receiving supply of oxidizing gas (air) and fuel gas (hydrogen). The fuel cell 2 is made of, for example, a solid polymer electrolyte type, and is configured as a stack structure in which a large number of cells are stacked. The fuel cell system 1 supervises the entire system, an oxidizing gas piping system 3 for supplying an oxidizing gas as a reactive gas to the fuel cell 2, a hydrogen gas piping system 4 for supplying a hydrogen gas as a reactive gas to the fuel cell 2. And a control device (ECU) 5 to be controlled.
酸化ガス配管系3は、加湿器11により加湿された酸化ガスを燃料電池2に供給する供給流路12と、燃料電池2から排出された酸化オフガスを加湿器11に導く排出流路13と、加湿器11から燃焼器に酸化オフガスを導くための排気流路14と、が設けられている。供給流路12には、大気中の酸素ガスを取り込んで加湿器11に圧送するコンプレッサ15が設けられている。排出流路13には、燃料電池2に供給される酸化ガスの圧力(酸化ガス供給圧)を調整する調圧弁16が設けられている。
The oxidizing gas piping system 3 includes a
水素ガス配管系4は、高圧の水素ガスを貯留した水素供給源である水素タンク21と、水素タンク21の水素ガスを燃料電池2に供給する供給流路22と、燃料電池2から排出された水素ガスのオフガス(以下、水素オフガスという。)を供給流路22に戻すための循環流路23と、供給流路22と循環流路23との接続部分に設けられ、循環流路23の水素オフガスを供給流路22に還流させるエジェクタ24と、エジェクタ24に水素オフガスの圧力をパイロット圧として導入する導入通路25と、を具備している。
The hydrogen gas piping system 4 is discharged from the fuel cell 2, a
エジェクタ24によって、水素タンク21からの水素ガス(以下、新たな水素ガスという。)に燃料電池2の水素ガス出口からの水素オフガスが合流され、この合流後の水素ガス(以下、混合水素ガスという場合がある。)が燃料電池2に供給される。なお、燃料電池2のアノードに供給するガスは、水素を含む燃料ガスであればよい。
The
供給流路22は、エジェクタ24の上流側に位置し、新たな水素ガスをエジェクタ24に導く流路である主流流路22aと、エジェクタ24の下流側に位置し、混合水素ガスを燃料電池2に導く流路である混合流路22bと、で構成されている。主流流路22aには、その上流側から順に、これを開閉するシャットバルブ31と、水素ガスの圧力を調整する調圧弁32と、が介設されている。
The
循環流路23には、逆止弁34が介設されていると共に、逆止弁34の上流側において導入通路25が分岐配管されている。循環流路23の水素オフガスは、逆止弁34を通じてエジェクタ24に吸引される。また、循環流路23の水素オフガスの圧力は、導入通路25を経てエジェクタ24にパイロット圧として導入される。
A
また、循環流路23には、水素オフガス中に含まれる不純物を水素オフガスと共にシステム外に排気する排気流路26が分岐配管されている。排気流路26には、定期的に開弁されるパージバルブ27が設けられている。パージバルブ27が開弁されることで、水素オフガスが排気流路26を通ってガス処理装置28に導かれ、ガス処理装置28にて水素オフガスの水素濃度が低減される。
In addition, an
なお、図示省略したが、燃料電池2の水素ガス入口に近い主流流路22aには、燃料電池2への水素供給圧(入口圧)を検出する圧力センサが設けられている。燃料電池2の水素ガス出口に近い循環流路23には、燃料電池2からの水素排出圧(出口圧)を検出する圧力センサが設けられている。
Although not shown, a pressure sensor for detecting a hydrogen supply pressure (inlet pressure) to the fuel cell 2 is provided in the
図2は、エジェクタ24の構成を示す図である。
エジェクタ24は、燃料電池2へ供給する水素ガス(混合水素ガス)の供給流量を可変可能に構成されている。エジェクタ24は、その外郭を構成する筐体41を有している。筐体41には、主流流路22aの下流側に接続された1次側の供給口42と、混合流路22bの上流側に接続された2次側の排出口43と、循環流路23の下流側に接続された負圧作用側の吸込み口44と、導入通路25の下流側に接続された圧導入口45と、が形成されている。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the
The
筐体41の内部には、供給口42からの新たな水素ガスを下流側に向かって噴射するノズル46と、ノズル46の下流側に設けられ、ノズル46を通過した新たな水素ガスと水素オフガス(副流)とを合流させるディフューザ47と、ノズル46の内部を進退移動して燃料電池2への水素ガスの供給流量を調整するニードル48(流量調整部材)と、ニードル48をその軸線方向に進退移動させる駆動部49と、駆動部49で発生する振動を抑制する振動抑制手段50と、を有している。
Inside the
ノズル46は、いわゆる先細ノズルからなり、水素ガスの流れ方向に向かって全体として先細りとなるように形成されている。ノズル46のその拡開した上流側は供給口42に連なり、ノズル46の下流側とディフューザ47との間は吸込み口44に連なっている。なお、ノズル46を筐体41の構成材と一体に形成したが、もちろんこれらを別体としてもよい。
The
ディフューザ47は、ノズル46と同軸に形成されており、その下流側が排出口43に連なっている。ノズル46からディフューザ47に向けて新たな水素ガスが噴射されると、水素オフガスを吸引するための負圧が発生し、循環流路23の水素オフガスがディフューザ47に吸い込まれる。これにより、ディフューザ47において新たな水素ガスと水素オフガスとが合流・混合され、この混合水素ガスが、排出口43から混合流路22bへと排出される。
The
ニードル48は、円錐または角錐の錐体からなり、先端側に向かって先細りに形成されており、例えば先端部が放物面で形成されている。ニードル48の軸方向の進退位置に応じて、ニードル48とノズル46の内周壁との間の間隙の開口面積(以下、ノズル46の開口面積という。)が可変される。これにより、ノズル46を通過する新たな水素ガスの流量が制御され、燃料電池2への水素ガスの供給流量が制御される。
The
駆動部49は、ニードル48に進退移動用の作動力を印加して、ニードル48を進退させるものである。駆動部49は、ニードル48の基端側を表面62aの中央部に接続したピストン62(可動部)と、一端がピストン62の裏面62bまたは振動抑制手段50に接続されたバネ63(付勢部材)と、を有している。ニードル48、ピストン62およびバネ63は、ノズル46と同軸に配設されている。なお、ニードル48およびピストン62は、一体に形成されているが、もちろん別体で形成されてもよい。
The
バネ63は、所定のばね定数を有し、ピストン62の裏面62bをニードル48の先端側に向かって付勢する。バネ63は、一端がピストン62の裏面62bまたは振動抑制手段50に接続され、他端が筐体41の内壁面の底部に接続されている。また、バネ63は、筐体41の内壁面とピストン62の裏面62bとによって構成され圧力室65の内部に収容されている。圧力室65には、圧導入口45が連通しており、循環流路23の水素オフガスが導入通路25および圧導入口45を介して信号圧として導かれる。
The
ピストン62は、その外周面を筐体41の内壁面に沿って摺動可能に構成されており、その軸線方向に摺動する。ピストン62の表面62aには、主流流路22aからの新たな水素ガスの圧力P1が直接作用する。一方、ピストン62の裏面62bには、バネ63からの付勢力が作用すると共に、循環流路23からの水素オフガスの圧力P2が直接作用する。
The
このような構成により、ピストン62は、圧力P1と圧力P2との差圧を進退移動用の作動力としてニードル48に印加(伝達)する。この水素ガスの差圧とバネ63の付勢力とのバランスに基づいて、ニードル48がピストン62と共に軸線方向に進退する。これにより、ノズル46の開口面積が可変され、燃料電池2への水素ガスの供給流量が可変される。
With such a configuration, the
なお、ピストン62に代えて、可動部材としてダイアフラムを用いてもよい。この場合、ダイアフラムの周縁部を筐体41の内壁に固着させればよい。こうすることで、ダイアフラムの表裏の両面に作用する水素ガスの差圧によって、ダイアフラムが撓むように変位し(振動し)、それによりニードル48がダイアフラムと共に進退移動するようになる。
Instead of the
振動抑制手段50は、ニードル48の進退移動時に駆動部49で発生する振動を抑制するものである。具体的には、ニードル48の進退移動時に駆動部49が動くと、特にバネ63の伸縮による振動またはこれに関連したピストン62の振動が発生するところ、この振動が振動抑制手段50によって抑制されるようになっている。
The
振動抑制手段50は、例えばエアダンパ、オイルダンパ、摩擦ダンパ、慣性力ダンパで構成することができ、本実施形態ではオイルダンパで構成されている。オイルダンパ50は、ツインチューブタイプまたはシングルチューブタイプで構成され、圧力室65の内部に収容されている。
The vibration suppressing means 50 can be constituted by, for example, an air damper, an oil damper, a friction damper, and an inertial force damper, and is constituted by an oil damper in this embodiment. The
例えば、ツインチューブタイプのオイルダンパ50は、オイルを充填した筒が二重となっており、その内側の筒の内部にオリフィス付きのピストンが摺動可能に構成される。そして、このピストンに接続されたロッドが上記のピストン62の裏面62aに連結される。ピストン62が振動すると、オイルダンパ50内のピストンがオイルを流動させる。この流動が減衰力となって、ピストン62の振動、ひいては駆動部49の振動が吸収される。
For example, the twin tube
なお、オイルダンパ50がバネ63の内部に位置する場合には、バネ63の一端はピストン62の裏面62bに接続され、オイルダンパ50がバネ63とピストン62の裏面62bとの間に位置する場合には、バネ63の一端はオイルダンパ50に接続されることになる。
When the
ここで、エジェクタ24の供給流量の制御について、燃料電池2の負荷との関係で説明する。
Here, the control of the supply flow rate of the
一般に、燃料電池車両の加速時等で燃料電池2の発電量が増加すると、燃料電池2で消費される水素ガスの消費量が増加する。この消費量が増えて混合流路22bの流量が増加すると、燃料電池2での圧力損失が大きくなり、水素オフガスの圧力P2が低下する(混合流路22bの混合水素ガスの圧力P3も低下する。)。
Generally, when the amount of power generated by the fuel cell 2 increases, for example, when the fuel cell vehicle is accelerated, the amount of hydrogen gas consumed by the fuel cell 2 increases. When this consumption increases and the flow rate of the mixing
すると、ピストン62およびニードル48が、P1、P2およびバネ63の付勢力のバランスによって、平衡状態からバネ63に抗して退避する。ニードル48が退避すると、ノズル46の開口面積が大きくなるため、ノズル46を通過する新たな水素ガスの流量が増加する。また、ニードル48の退避の際、駆動部49で発生する振動がオイルダンパによって抑制される。
Then, the
したがって、燃料電池2の負荷が大きくなった場合に、エジェクタ24は自律的に且つ圧力変動を生じさせることなく駆動して、燃料電池2への供給流量を増加方向に可変することができる。そして、新たな水素ガスの流量の増加によって圧力P3が上昇するため、燃料電池2への水素供給圧が適正な値に確保されると共に、水素オフガスの流量が増加して新たな水素ガスの流量との関係において適正な値に確保されることになる。
Therefore, when the load of the fuel cell 2 increases, the
一方、燃料電池車両の減速時等で燃料電池2の発電量が減少すると、燃料電池2で消費される水素ガスの消費量が減少する。この消費量が減って混合流路22bの流量が減少すると、燃料電池2での圧力損失が小さくなり、水素オフガスの圧力P2が上昇する(混合水素ガスの圧力P3も上昇する。)。
On the other hand, when the amount of power generated by the fuel cell 2 decreases, such as when the fuel cell vehicle decelerates, the amount of hydrogen gas consumed by the fuel cell 2 decreases. When this consumption amount decreases and the flow rate of the mixing
すると、ピストン62およびニードル48が、P1、P2およびバネ63の付勢力のバランスによって、平衡状態から進出する。ニードル48が進出すると、ノズル46の開口面積が小さくなるため、ノズル46を通過する新たな水素ガスの流量が減少する。また、ニードル48の進出の際、駆動部49で発生する振動がオイルダンパによって抑制される。
Then, the
したがって、燃料電池2の負荷が小さくなった場合に、エジェクタ24は自律的に且つ圧力変動を生じさせることなく駆動して、燃料電池2への供給流量を減少方向に可変することができる。そして、新たな水素ガスの流量の減少によって圧力P3が低下するため、燃料電池2への水素供給圧が適正な値に確保されると共に、水素オフガスの流量が減少して新たな水素ガスの流量との関係において適正な値に確保されることになる。
Therefore, when the load of the fuel cell 2 becomes small, the
以上のように、本実施形態の燃料電池システム1によれば、エジェクタ24の駆動部49に対応して振動抑制手段50を設けているため、流量可変時に、燃料電池2に供給する水素ガスに圧力変動を生じさせることを抑制し得る。また、エジェクタ24の駆動部49と周辺機器との間で共振が起きても、その振動を振動抑制手段50で抑制することができる。
As described above, according to the fuel cell system 1 of the present embodiment, since the
例えば、バネ63と調圧弁32との間で共振が起きたり、あるいはバネ63とパージバルブ27との間で共振が起きたりしても、水素ガスに圧力変動を生じさせることを振動抑制手段50で抑制し得る。したがって、本実施形態のエジェクタ24を備えた燃料電池システム1によれば、燃料電池2への水素ガスの供給流量および供給圧力を安定化させることができ、燃料電池2の耐久性の低下や発電性能の低下を適切に抑制することができる。
For example, even if resonance occurs between the
なお、変形例として、混合水素ガスの圧力P3を圧力室65に導入してもよい。また、酸化ガス配管系3の酸化ガスの圧力を圧力室65に導入してもよく、その場合には供給流路12内の新たな酸化ガスであってよいし、排出流路13内や排気流路14内の酸化オフガスであってもよい。さらに、圧力室65に導くガスは、燃料電池システム1のガス配管系(3,4)に関与しないガスであってもよく、圧力室65に導く専用のガスであってもよい。
As a modification, the pressure P3 of the mixed hydrogen gas may be introduced into the
<第2実施形態>
次に、図3を参照して、第2実施形態に係るエジェクタ24について相違点を中心に説明する。第1実施形態との相違点は、駆動部49の駆動方式の構成として、ガスの差圧による作動力に代えて、電気的な作動力に変更したことである。
Second Embodiment
Next, with reference to FIG. 3, the
駆動部49は、制御装置71によって電気制御されるアクチュエータ72と、アクチュエータ72の出力部が連結されたピストン62と、で構成される。
The
制御装置71は、図示省略したCPU、CPUで処理する制御プログラムや制御データを記憶したROM,主として制御処理のための各種作業領域として使用されるRAMなどを有している。制御装置71は、例えば供給流路または循環流路22bや循環流路23の圧力センサからの検出信号、その他配管系(3,4)に設けた図示省略の圧力センサからの検出信号、および燃料電池システム1の系外からの各種の信号に基づいて、アクチュエータ71を駆動して、エジェクタ24による水素ガスの供給流量や水素供給圧を制御する。
The
アクチュエータ72は、例えばモータ、シリンダ装置またはソレノイドからなり、制御装置71に電気的に接続されている。アクチュエータ72の駆動により、ニードル61は、進退移動用の作動力がピストン62を介して印加されて、ピストン62と共に軸線方向に進退移動し、これにより燃料電池2への水素ガスの供給流量を可変する。
The
ニードル48の進退移動時にアクチュエータ72が駆動して出力部が動くと、この駆動部49において振動が発生し得る。ところが、駆動部49に関連して、例えばオイルダンパからなる振動抑制手段50を設けているため、駆動部49の振動を吸収することができる。したがって、本実施形態によっても、燃料電池2への水素ガスの供給流量および供給圧力を安定化させることができ、燃料電池2の耐久性の低下や発電性能の低下を適切に抑制することができる。
When the
なお、振動抑制手段50は、第1実施形態と同様に構成して配置することができる。例えば、振動抑制手段50としてオイルダンパを用いて、オイルダンパのロッドをピストン62の裏面62aに連結すればよい。あるいは、アクチュエータ72をソレノイドで構成した場合には、ソレノイドのアーマチュア(可動部材)にオイルダンパのロッドを連結してもよい。なお、振動抑制手段50を筐体41の内部に収容するとよい。また、アクチュエータ72、振動抑制手段50としてのダンパ、及びニードル48が直列になっているので、アクチュエータ72への振動伝達をよりいっそう遮断又は抑制することができる。
The vibration suppressing means 50 can be configured and arranged in the same manner as in the first embodiment. For example, an oil damper may be used as the
なお、制御装置71は、燃料電池2の発電指令や発電量などの燃料電池2の発電状態、燃料電池2での水素ガスの消費量もしくは酸化ガスの消費量、コンプレッサ15による酸化ガス供給量、または、燃料電池2への酸化ガス供給圧に基づいてアクチュエータ72を駆動してもよい。
Note that the
また、エジェクタ24は、ガスの差圧による作動力をニードル61に印加する駆動部(例えば、第1実施形態の駆動部49)と、アクチュエータによる電気的な作動力をニードル61に印加する駆動部(例えば、第2実施形態の駆動部49)と、を両方とも有していてもよい。こうすることで、エジェクタ24がガスの差圧と電気によるハイブリッド制御で、供給流量を可変することができる。この場合には、二つの駆動部に対応して振動抑制手段50を個別に設けてもよいし、一つの振動抑制手段50で二つの駆動部で発生する振動を抑制するようにしてもよい。
In addition, the
<第3実施形態>
次に、図4を参照して、第3実施形態に係るエジェクタ24について相違点を中心に説明する。第2実施形態との相違点は、振動抑制手段50であるオイルダンパのオイルの温度を制御する温度制御手段80を、追加した構成としたことである。
<Third Embodiment>
Next, with reference to FIG. 4, the
温度制御手段80は、例えばツインチューブタイプのオイルダンパ50の場合には、オイルが充填された内筒または外筒の内部に設けられたヒータで構成される。ヒータ80は、制御装置71に接続されており、燃料電池2の外部環境、例えば燃料電池システム1を搭載した車両の外気温に応じた所定の温度にオイルを調整する。
In the case of the twin tube
本実施形態が上記実施形態と比べて有用となる点は、ヒータ80によりオイルダンパ50内のオイルの粘性を適切に保つことができることである。したがって、燃料電池2の外部環境の温度変化に対して、最適な制振効果を保つようにオイルの温度を設定することができるため、低温から高温までの広範囲の温度環境で安定した振動抑制効果を奏することができる。なおもちろん、第1実施形態の構成のエジェクタ24にも温度抑制手段80を設けることができる。
The advantage of this embodiment compared to the above embodiment is that the viscosity of the oil in the
<変形例>
次に、本実施形態の燃料電池システム1の各種の変形例について述べる。
上記では、エジェクタ24の主流ガス(噴射ガス)を新たな水素ガスとし、副流ガス(吸引ガス)を水素オフガスとしたが、この逆の構成であってもよい。すなわち、エジェクタ24は、ノズル46から水素オフガスを噴射する際に、水素タンク21からの新たな水素ガスを吸引するようにしてもよい。
<Modification>
Next, various modifications of the fuel cell system 1 of the present embodiment will be described.
In the above description, the main flow gas (injection gas) of the
また、エジェクタ24を酸化ガス配管系3に配設してもよい。例えば、エジェクタ24によって、コンプレッサ15からの新たな酸化ガスに、排出流路13の酸化オフガスを合流させ、この合流後の混合酸化ガスを燃料電池2に供給してもよい。この場合には、調圧弁16とエジェクタ24の駆動部49との間で共振が起きても、エジェクタ24の振動抑制手段50で適切に制振することができ、安定した供給流量及び供給圧力で酸化ガスを燃料電池2に供給することができる。
Further, the
上記した本発明の燃料電池システム1は、二輪または四輪の自動車以外の電車、航空機、船舶、自走式ロボットその他の移動体に搭載することができる。また、燃料電池システム1は、定置用ともすることができ、コージェネレーションシステムに組み込むことができる。 The above-described fuel cell system 1 of the present invention can be mounted on a train, an aircraft, a ship, a self-propelled robot, or other mobile body other than a two-wheel or four-wheel automobile. Further, the fuel cell system 1 can be used for stationary use and can be incorporated into a cogeneration system.
また、本発明の燃料電池システム1に搭載したエジェクタ24は、燃料電池システム1のみならず、流体を合流して供給する必要がある他のシステムにも適用することができる。特に、エジェクタ24による流体の供給先となる供給先装置が、流体を消費する流体消費装置(ガスであればガス消費装置)であり、流体消費装置での流体の消費量が変化するシステムに好適である。さらに好適のシステムは、流体消費装置の排出した流体がエジェクタ24によって再び流体消費装置に循環させられるシステムである。
Further, the
1:燃料電池システム、2:燃料電池、3:酸化ガス配管系、4:水素ガス配管系、22:供給流路、23:循環流路、24:エジェクタ、46:ノズル、48:ニードル(流量調整部材)、49:駆動部、50:振動抑制手段、62:ピストン(可動部)、63:バネ、72:アクチュエータ、80:温度制御手段 1: fuel cell system, 2: fuel cell, 3: oxidizing gas piping system, 4: hydrogen gas piping system, 22: supply channel, 23: circulation channel, 24: ejector, 46: nozzle, 48: needle (flow rate) Adjustment member), 49: drive unit, 50: vibration suppression means, 62: piston (movable part), 63: spring, 72: actuator, 80: temperature control means
Claims (6)
前記エジェクタは、
前記燃料電池への反応ガスの供給流量を可変する駆動部と、
前記駆動部で発生する振動を抑制する振動抑制手段と、
を備えた燃料電池システム。 In a fuel cell system provided with an ejector that combines a new reaction gas supplied to the fuel cell and an off-gas of the reaction gas discharged from the fuel cell to supply the reaction gas to the fuel cell,
The ejector is
A drive unit that varies a supply flow rate of the reaction gas to the fuel cell;
Vibration suppressing means for suppressing vibration generated in the drive unit;
A fuel cell system comprising:
前記新たな反応ガス及び前記オフガスの一方を噴射し、他方を吸引するための負圧を発生するノズルと、
前記ノズルの内部を進退移動可能に構成され、その進退位置に応じて当該ノズルを通過するガスの流量を調整する流量調整部材と、を備え、
前記駆動部は、前記流量調整部材に進退移動用の作動力を印加して、前記燃料電池への反応ガスの供給流量を可変する請求項1ないし3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The ejector is
A nozzle that generates a negative pressure for injecting one of the new reaction gas and the off-gas and sucking the other;
A flow rate adjusting member configured to be capable of moving forward and backward within the nozzle, and adjusting the flow rate of gas passing through the nozzle according to the forward and backward position,
4. The fuel cell system according to claim 1, wherein the drive unit applies an advancing / retreating operating force to the flow rate adjusting member to vary a supply flow rate of the reactive gas to the fuel cell. 5. .
前記振動抑制手段は、前記可動部に連結されている請求項4に記載の燃料電池システム。 The drive unit is connected to the flow rate adjusting member, and has a movable unit that is directly actuated by the operating force to move together with the flow rate adjusting member.
The fuel cell system according to claim 4, wherein the vibration suppression unit is connected to the movable part.
前記オフガスを前記供給流路に循環させる循環流路と、を備え、
前記エジェクタは、前記供給流路と前記循環流路との接続部分に設けられ、
前記供給流路および前記循環流路の少なくとも一方には、調圧弁が設けられている請求項1ないし5のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
A supply flow path for supplying the new reaction gas to the fuel cell;
A circulation flow path for circulating the off gas to the supply flow path,
The ejector is provided at a connection portion between the supply flow path and the circulation flow path,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein a pressure regulating valve is provided in at least one of the supply channel and the circulation channel.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005229333A JP2007048509A (en) | 2005-08-08 | 2005-08-08 | Fuel cell system |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120115056A1 (en) * | 2010-11-09 | 2012-05-10 | Frank Meier | Proportional valve for control and intake of a gaseous medium |
JP2012139689A (en) * | 2012-04-13 | 2012-07-26 | Jfe Engineering Corp | Venturi type mixing device |
-
2005
- 2005-08-08 JP JP2005229333A patent/JP2007048509A/en active Pending
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