JP2007149423A - Fuel cell system and its operation method - Google Patents

Fuel cell system and its operation method Download PDF

Info

Publication number
JP2007149423A
JP2007149423A JP2005340072A JP2005340072A JP2007149423A JP 2007149423 A JP2007149423 A JP 2007149423A JP 2005340072 A JP2005340072 A JP 2005340072A JP 2005340072 A JP2005340072 A JP 2005340072A JP 2007149423 A JP2007149423 A JP 2007149423A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
fuel cell
fuel
circulation
flow path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005340072A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Kato
貴大 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2005340072A priority Critical patent/JP2007149423A/en
Publication of JP2007149423A publication Critical patent/JP2007149423A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stabilize a power generating state by properly adjusting a discharged amount of impurities and a circulated flow rate of fuel off-gas while adopting a comparatively simple structure, in a fuel cell system equipped with an ejector and a purge valve. <P>SOLUTION: In this fuel cell system 1 equipped with a fuel cell 2, a supply passage 22 to supply fuel gas to the fuel cell 2, a circulation passage 23 to return the fuel off-gas discharged from the fuel cell 2 to the supply passage 22, an ejector 24 provided at the connection part of the supply passage 22 and the circulation passage 24 to make the fuel gas and the fuel off-gas join, a discharge passage 26 branched from the circulation passage 23 to discharge the fuel off-gas to the outside of the circulation passage 23, and a purge valve 33 provided in the discharge passage 23, a control means 5 to adjust the open and closed state of the purge valve 33 so that gas circulation by the ejector 24 exceeds gas discharge by the opening of the purge valve 33. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システム及びその運転方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and an operation method thereof.

反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の電気化学反応により電力を発生させ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燃料オフガス中に、発電に寄与しなかった燃料ガスが含まれ得る。このため、未反応の燃料ガスを再利用するために、エジェクタを用いて燃料オフガスを燃料ガスに合流させる技術が提案されている。エジェクタは、供給流路を介して燃料供給源から供給された燃料ガスを燃料電池側へ噴射することによりその内部で負圧を発生させ、かかる負圧により循環流路内の燃料オフガスを吸引して燃料ガスと燃料オフガスとを合流させる装置である。現在においては、供給流路の圧力と循環流路の圧力との差に応じて自律的に燃料ガスの供給流量を変化させる機構を有する「自律式可変流量型」のエジェクタが提案されている。   In a fuel cell system equipped with a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction of a reaction gas (fuel gas and oxidizing gas), the fuel off-gas discharged from the fuel cell contains fuel gas that did not contribute to power generation Can be. For this reason, in order to reuse the unreacted fuel gas, a technique for joining the fuel off gas to the fuel gas using an ejector has been proposed. The ejector injects the fuel gas supplied from the fuel supply source through the supply channel to the fuel cell side to generate a negative pressure therein, and the negative pressure sucks the fuel off gas in the circulation channel. Thus, the fuel gas and the fuel off gas are joined together. At present, an “autonomous variable flow type” ejector having a mechanism for autonomously changing the supply flow rate of the fuel gas according to the difference between the pressure of the supply flow path and the pressure of the circulation flow path has been proposed.

ところで、燃料電池システムの燃料電池の内部や燃料オフガスの循環流路には、発電に伴って窒素や一酸化炭素等の不純物が経時的に蓄積する。そして、このような不純物の濃度が高くなると発電効率が低下するという事態が発生する。このため、不純物を排出するための排出流路を循環流路に接続するとともに、排出流路にパージ弁を設け、不純物濃度が高くなったとき等にパージ弁を開放して、燃料電池や循環流路から不純物を除去するようにしている。   By the way, impurities such as nitrogen and carbon monoxide accumulate with time in the fuel cell of the fuel cell system and in the circulation path of the fuel off gas along with power generation. And when the density | concentration of such an impurity becomes high, the situation where electric power generation efficiency falls will generate | occur | produce. For this reason, a discharge flow path for discharging impurities is connected to the circulation flow path, and a purge valve is provided in the discharge flow path so that the purge valve is opened when the impurity concentration becomes high, etc. Impurities are removed from the flow path.

ところが、前記したエジェクタを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池への燃料ガスの供給流量が少ない状態（供給圧力が低い状態）でパージ弁を開放すると、エジェクタの内部に吸引されるはずの循環流路内の燃料オフガスがパージ弁側に逆流してしまい、燃料オフガスと燃料ガスとの円滑な合流が妨げられる場合がある。近年においては、かかる問題を解決するために、燃料電池システムの循環流路に逆流防止用の弁を設け、エジェクタの吸引力が高まるまでこの弁を閉じるように弁の動作を制御する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２３７３２２号公報 However, in the fuel cell system equipped with the above-described ejector, if the purge valve is opened with the fuel gas supply flow rate to the fuel cell being small (the supply pressure is low), the circulating flow that should be sucked into the ejector In some cases, the fuel off-gas in the passage flows backward to the purge valve side, and smooth merging of the fuel off-gas and the fuel gas may be prevented. In recent years, in order to solve this problem, a technology has been proposed in which a valve for backflow prevention is provided in the circulation flow path of the fuel cell system, and the valve operation is controlled so that the valve is closed until the suction force of the ejector increases. (For example, refer to Patent Document 1).
JP 2002-237322 A

しかし、特許文献１に記載されたような技術を採用すると、逆流防止用の弁、エジェクタの吸引力を検知するためのセンサ、弁を制御するための制御装置、等の種々の機器・装置が必要となるため、構成や制御が複雑となるという問題があった。   However, when a technique such as that described in Patent Document 1 is adopted, various devices and devices such as a backflow prevention valve, a sensor for detecting the suction force of the ejector, and a control device for controlling the valve are provided. Since this is necessary, there is a problem that the configuration and control become complicated.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、エジェクタ及びパージ弁を備えた燃料電池システムにおいて、比較的簡素な構成を採用しながら、不純物の排出量や燃料オフガスの循環流量を適切に調整して発電状態の安定化を図ることを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and in a fuel cell system including an ejector and a purge valve, while adopting a relatively simple configuration, the amount of impurities discharged and the circulation flow rate of the fuel off gas are appropriately set. The purpose is to stabilize the power generation state by adjusting.

前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給するための供給流路と、燃料電池から排出される燃料オフガスを供給流路に戻すための循環流路と、供給流路と循環流路との接続部に設けられ燃料ガスと燃料オフガスとを合流させるエジェクタと、循環流路から分岐して燃料オフガスを循環流路の外部に排出するための排出流路と、この排出流路に設けられたパージ弁と、を備える燃料電池システムにおいて、エジェクタによるガス循環がパージ弁の開放によるガス排出を上回るように、パージ弁の開閉状態（流路面積や開放時間）を調整する制御手段を備えるものである。   To achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention returns a fuel cell, a supply channel for supplying fuel gas to the fuel cell, and a fuel off-gas discharged from the fuel cell to the supply channel. And an ejector provided at a connection portion between the supply flow path and the circulation flow path for joining the fuel gas and the fuel off gas, and branching off from the circulation flow path and discharging the fuel off gas to the outside of the circulation flow path In a fuel cell system comprising a discharge flow path for performing a discharge and a purge valve provided in the discharge flow path, the purge valve is opened and closed so that the gas circulation by the ejector exceeds the gas discharge by opening the purge valve ( And a control means for adjusting the flow path area and the opening time.

また、本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給するための供給流路と、燃料電池から排出される燃料オフガスを供給流路に戻すための循環流路と、供給流路と循環流路との接続部に設けられ燃料ガスと燃料オフガスとを合流させるエジェクタと、循環流路から分岐して燃料オフガスを循環流路の外部に排出するための排出流路と、この排出流路に設けられたパージ弁と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、エジェクタによるガス循環がパージ弁の開放によるガス排出を上回るように、パージ弁の開閉状態（流路面積や開放時間）を調整する工程を含むものである。   The operating method of the fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell, a supply channel for supplying fuel gas to the fuel cell, and a fuel off-gas discharged from the fuel cell for returning to the supply channel. An ejector provided at a connection portion between the circulation flow path, the supply flow path, and the circulation flow path to join the fuel gas and the fuel off gas, and a branch from the circulation flow path to discharge the fuel off gas to the outside of the circulation flow path And a purge valve provided in the discharge flow path, the operation of the purge valve so that the gas circulation by the ejector exceeds the gas discharge by opening the purge valve. It includes a step of adjusting the open / close state (flow channel area and open time).

かかる構成及び方法によれば、エジェクタによるガス循環がパージ弁の開放によるガス排出より大きくなるように、パージ弁の開閉状態（流路面積や開放時間）を調整することができる。また、燃料電池のガス排出口からエジェクタにいたる循環流路上に逆流防止用の弁やセンサを設ける必要がないため、構成が比較的簡素になるという利点がある。ここで、「エジェクタによるガス循環」とは、エジェクタによる循環流路内の燃料オフガスの吸引力や吸引量を意味し、「パージ弁の開放によるガス排出」とは、パージ弁の開放による循環流路外部への燃料オフガスの排出力や排出量を意味する。   According to such a configuration and method, the open / close state (flow channel area and open time) of the purge valve can be adjusted so that the gas circulation by the ejector is larger than the gas discharge by opening the purge valve. In addition, there is no need to provide a backflow prevention valve or sensor on the circulation flow path from the gas discharge port of the fuel cell to the ejector, so there is an advantage that the configuration becomes relatively simple. Here, “gas circulation by the ejector” means the suction force or suction amount of the fuel off-gas in the circulation flow path by the ejector, and “gas discharge by opening the purge valve” means the circulation flow by opening the purge valve. It means the discharge power and discharge amount of fuel off gas to the outside of the road.

前記燃料電池システムにおいて、エジェクタは、ノズルと、このノズルに対して進退可能なニードルと、循環流路内のガス圧力の変化に応じてニードルを移動させる移動手段と、を有するものを採用することができる。   In the fuel cell system, the ejector employs a nozzle, a needle that can advance and retreat with respect to the nozzle, and a moving means that moves the needle in response to a change in gas pressure in the circulation channel. Can do.

かかる構成を採用すると、パージ弁開放により循環流路内に逆流が発生して燃料オフガスの吸引量が一時的に低下し、循環流路内のガス圧力が低下した場合においても、この圧力変化に応じてニードルを移動させてエジェクタによる燃料オフガスの吸引力を増大させ、燃料オフガスの循環流量の低下を抑制することができる。この結果、燃料オフガスの循環流量を適切に調整することができ、発電状態の安定化を実現させることができる。   When such a configuration is adopted, even when a backflow occurs in the circulation flow path due to the opening of the purge valve, the amount of fuel off-gas sucked temporarily decreases, and the gas pressure in the circulation flow path decreases, this pressure change also occurs. Accordingly, the suction force of the fuel off gas by the ejector can be increased by moving the needle accordingly, and the decrease in the circulation flow rate of the fuel off gas can be suppressed. As a result, the circulation flow rate of the fuel off gas can be adjusted appropriately, and the power generation state can be stabilized.

また、前記燃料電池システムにおいて、制御手段は、燃料電池への燃料ガスの供給状態が特定基準状態より小さい場合（例えば燃料電池の負荷が比較的小さい場合）におけるパージ弁の開放時間を、燃料電池への燃料ガスの供給状態が特定基準状態より大きい場合（燃料電池の負荷が比較的大きい場合）における開放時間よりも長い時間に設定することができる。   In the fuel cell system, the control means determines the purge valve opening time when the fuel gas supply state to the fuel cell is smaller than the specific reference state (for example, when the load of the fuel cell is relatively small), When the fuel gas supply state is larger than the specific reference state (when the load of the fuel cell is relatively large), the opening time can be set longer.

このようにすることにより、循環流路内の燃料オフガスの循環流量を的確に回復させることが可能となる。ここで、「燃料ガスの供給状態」とは、燃料ガスの供給流量や供給圧力を意味する。また、「燃料電池の負荷」とは、燃料電池の出力（電力、電流、電圧）の大きさや、燃料電池に接続する電力消費装置（負荷装置）の消費電力（負荷量）を意味する。   By doing so, it becomes possible to accurately recover the circulation flow rate of the fuel off gas in the circulation flow path. Here, the “fuel gas supply state” means the supply flow rate or supply pressure of the fuel gas. “Fuel cell load” means the output (power, current, voltage) of the fuel cell and the power consumption (load amount) of the power consuming device (load device) connected to the fuel cell.

また、本発明に係る燃料電池システムで発生した電力を駆動源とする移動体を提供することもできる。かかる構成を有する移動体は、不純物の排出量や燃料オフガスの循環流量を適切に設定して発電状態の安定化が可能な燃料電池システムを備えているため、燃料電池の負荷が比較的小さい運転状態においても安定した駆動が可能となる。   Moreover, the mobile body which uses the electric power generated in the fuel cell system according to the present invention as a drive source can also be provided. Since the mobile body having such a configuration includes a fuel cell system capable of stabilizing the power generation state by appropriately setting the impurity discharge amount and the circulation flow rate of the fuel off gas, the operation with a relatively small load on the fuel cell is performed. Stable driving is possible even in the state.

本発明によれば、エジェクタ及びパージ弁を備えた燃料電池システムにおいて、比較的簡素な構成を採用しながら、不純物の排出量や燃料オフガスの循環流量を適切に調整して発電状態の安定化を実現させることができる。   According to the present invention, in a fuel cell system equipped with an ejector and a purge valve, the power generation state is stabilized by appropriately adjusting the discharge amount of impurities and the circulation flow rate of fuel off-gas while adopting a relatively simple configuration. Can be realized.

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について説明する。本実施形態においては、本発明を燃料電池車両（移動体）の車載発電システムに適用した例について説明することとする。   Hereinafter, a fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to an on-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle (moving body) 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。燃料電池システム１は、反応ガス（酸素ガス及び燃料ガス）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に酸素ガスとしての空気を供給する酸素ガス配管系３と、燃料電池２に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系４と、システム全体を統合制御する制御部５と、を備えている。   First, the configuration of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The fuel cell system 1 includes a fuel cell 2 that generates electric power upon receiving supply of reaction gases (oxygen gas and fuel gas). The fuel cell 2 is made of, for example, a solid molecular electrolyte type, and is configured as a stack structure in which a large number of cells are stacked. The fuel cell system 1 includes an oxygen gas piping system 3 that supplies air as oxygen gas to the fuel cell 2, a hydrogen gas piping system 4 that supplies hydrogen gas as fuel gas to the fuel cell 2, and integrated control of the entire system. And a control unit 5 for performing the operation.

酸素ガス配管系３は、加湿器１１により加湿された酸素ガスを燃料電池２に供給する供給流路１２と、燃料電池２から排出された酸素オフガスを加湿器１１に導く排出流路１３と、加湿器１１から燃焼器に酸素オフガスを導くための排気流路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。   The oxygen gas piping system 3 includes a supply flow path 12 for supplying the oxygen gas humidified by the humidifier 11 to the fuel cell 2, a discharge flow path 13 for guiding the oxygen off-gas discharged from the fuel cell 2 to the humidifier 11, An exhaust passage 14 for guiding oxygen off gas from the humidifier 11 to the combustor is provided. The supply flow path 12 is provided with a compressor 15 that takes in oxygen gas in the atmosphere and pumps it to the humidifier 11.

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となる水素タンク２１と、水素タンク２１の水素ガスを燃料電池２に供給するための供給流路２２と、燃料電池２から排出された水素オフガスを供給流路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にパイロット圧として水素オフガスの圧力を導入する導入流路２５と、燃料電池２の内部や循環流路２３の内部に溜まった不純物を排出するための排出流路２６と、を備えている。   The hydrogen gas piping system 4 includes a hydrogen tank 21 serving as a hydrogen supply source storing high-pressure hydrogen gas, a supply passage 22 for supplying the hydrogen gas in the hydrogen tank 21 to the fuel cell 2, and an exhaust from the fuel cell 2. The circulation channel 23 for returning the generated hydrogen off-gas to the supply channel 22, and a connection portion between the supply channel 22 and the circulation channel 23, and the hydrogen off-gas in the circulation channel 23 is returned to the supply channel 22. An ejector 24 to be introduced, an introduction flow path 25 for introducing hydrogen off-gas pressure as a pilot pressure into the ejector 24, and a discharge flow path 26 for discharging impurities accumulated in the fuel cell 2 and the circulation flow path 23. It is equipped with.

供給流路２２は、エジェクタ２４の上流側に位置して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の下流側に位置して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レギュレータ３２と、が設けられている。   The supply flow path 22 is located on the upstream side of the ejector 24 and is a flow path for introducing new hydrogen gas to the ejector 24. The supply flow path 22 is located on the downstream side of the ejector 24 and supplies the mixed hydrogen gas to the fuel cell 2. And a mixing channel 22b which is a channel leading to The main flow path 22a is provided with a shut valve 31 for opening and closing the main flow path 22a and a regulator 32 for adjusting the pressure of the hydrogen gas in order from the upstream side.

循環流路２３の内部の水素オフガスはエジェクタ２４によって吸引される。循環流路２３には導入流路２５が分岐配管されており、循環流路２３の水素オフガスの圧力は、導入流路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。また、循環流路２３には排出流路２６が分岐配管されており、排出流路２６にはシャットバルブ３３が設けられている。シャットバルブ３３は、本発明におけるパージ弁の一実施形態であり、制御部５によってその開閉動作が制御される。   Hydrogen off-gas inside the circulation channel 23 is sucked by the ejector 24. An introduction passage 25 is branched in the circulation passage 23, and the hydrogen off-gas pressure in the circulation passage 23 is introduced as a pilot pressure into the ejector 24 through the introduction passage 25. In addition, a discharge passage 26 is branched in the circulation passage 23, and a shut valve 33 is provided in the discharge passage 26. The shut valve 33 is an embodiment of the purge valve in the present invention, and its opening / closing operation is controlled by the control unit 5.

エジェクタ２４は、水素タンク２１から主流流路２２ａを介して供給された新たな水素ガス（燃料ガス）を燃料電池２側へ噴射することにより負圧を発生させ、燃料電池２の燃料ガス出口から循環流路２３へと排出された水素オフガス（燃料オフガス）をこの負圧により吸引して、新たな水素ガスと水素オフガスとを合流させるものである。合流後の混合水素ガス（混合燃料ガス）は、燃料電池２に供給される。本実施形態においては、循環流路２３内の水素オフガスの圧力が低下した場合に燃料電池２への混合水素ガスの供給流量を増大させる一方、循環流路２３内の水素オフガスの圧力が上昇した場合に燃料電池２への混合水素ガスの供給流量を低減させる自律式可変流量型のエジェクタ２４を採用している。エジェクタ２４の構成については、図２を用いて後に詳述する。   The ejector 24 generates a negative pressure by injecting new hydrogen gas (fuel gas) supplied from the hydrogen tank 21 through the main flow channel 22 a to the fuel cell 2 side, and from the fuel gas outlet of the fuel cell 2. The hydrogen off-gas (fuel off-gas) discharged to the circulation channel 23 is sucked by this negative pressure, and new hydrogen gas and hydrogen off-gas are merged. The mixed hydrogen gas (mixed fuel gas) after joining is supplied to the fuel cell 2. In the present embodiment, when the pressure of the hydrogen off gas in the circulation channel 23 decreases, the supply flow rate of the mixed hydrogen gas to the fuel cell 2 is increased, while the pressure of the hydrogen off gas in the circulation channel 23 increases. In this case, an autonomous variable flow type ejector 24 that reduces the supply flow rate of the mixed hydrogen gas to the fuel cell 2 is employed. The configuration of the ejector 24 will be described in detail later with reference to FIG.

制御部５は、図示していない車両のアクセル信号（要求負荷）等の制御情報を受けて、システム内のバルブやモータの動作を制御する。なお、制御部５は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイ等を備えるものであり、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、各種制御動作が実現されるようになっている。   The control unit 5 receives control information such as an accelerator signal (required load) of a vehicle (not shown) and controls operations of valves and motors in the system. The control unit 5 is configured by a computer system (not shown). Such a computer system includes a CPU, ROM, RAM, HDD, input / output interface, display, and the like, and various control operations are realized by the CPU reading and executing various control programs recorded in the ROM. It is like that.

具体的には、制御部５は、燃料電池２が水素ガスを消費する時に、図示されていないセル電圧モニタにより燃料電池２のセル電圧を監視し、セル電圧が所定の閾値以下に低下した場合に、排出流路２６に設けられたシャットバルブ３３を所定時間だけ開放して窒素や一酸化炭素等の不純物を排出する。   Specifically, when the fuel cell 2 consumes hydrogen gas, the control unit 5 monitors the cell voltage of the fuel cell 2 with a cell voltage monitor (not shown), and the cell voltage falls below a predetermined threshold value. In addition, the shut valve 33 provided in the discharge channel 26 is opened for a predetermined time to discharge impurities such as nitrogen and carbon monoxide.

この際、制御部５は、燃料電池２への水素ガスの供給状態が特定基準状態より小さい場合におけるシャットバルブ３３の開放時間を、特定基準状態より大きい場合における開放時間より長く設定することにより、エジェクタ２４による燃料オフガスの吸引力（吸引量）がシャットバルブ３３の開放による燃料オフガスの排出力（排出量）を上回るようにする。すなわち、制御部５は、エジェクタ２４によるガス循環がシャットバルブ３３の開放によるガス排出を上回るようにシャットバルブ３３の開閉状態を調整するものであり、本発明における制御手段の一実施形態である。   At this time, the control unit 5 sets the opening time of the shut valve 33 when the hydrogen gas supply state to the fuel cell 2 is smaller than the specific reference state to be longer than the opening time when it is larger than the specific reference state, The suction force (suction amount) of the fuel off gas by the ejector 24 is made to exceed the discharge power (discharge amount) of the fuel off gas by opening the shut valve 33. That is, the control unit 5 adjusts the open / close state of the shut valve 33 so that the gas circulation by the ejector 24 exceeds the gas discharge by opening the shut valve 33, and is an embodiment of the control means in the present invention.

ここで、「特定基準状態」とは、燃料電池２の負荷が特定の低レベルにある場合における水素ガスの供給状態（供給流量や供給圧力）を意味し、燃料電池２の仕様等に応じて適宜設定することができる。制御部５は、燃料電池２への水素ガスの供給状態がこの特定基準状態より小さい場合（低負荷領域や無負荷領域）と大きい場合（中負荷領域や高負荷領域）とでシャットバルブ３３の開放時間を異ならせる。なお、シャットバルブ３３の制御態様については、後に詳述することとする。   Here, the “specific reference state” means a supply state (supply flow rate or supply pressure) of hydrogen gas when the load of the fuel cell 2 is at a specific low level, and depends on the specifications of the fuel cell 2 or the like. It can be set appropriately. The control unit 5 controls the shut valve 33 when the hydrogen gas supply state to the fuel cell 2 is smaller than this specific reference state (low load region or no load region) or larger (medium load region or high load region). Different opening times. The control mode of the shut valve 33 will be described in detail later.

次に、図２を用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１のエジェクタ２４の構成について説明する。   Next, the configuration of the ejector 24 of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

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）の流量を変化させるように構成されている。エジェクタ２４は、図２に示すように、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口４４と、導入流路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。   The ejector 24 is configured to change the flow rate of hydrogen gas (mixed hydrogen gas) supplied to the fuel cell 2. As shown in FIG. 2, the ejector 24 has a casing 41 that forms the outline thereof. The casing 41 has a primary supply port 42 connected to the downstream side of the main flow channel 22a, a secondary discharge port 43 connected to the upstream side of the mixing channel 22b, and the circulation channel 23. A suction port 44 on the negative pressure acting side connected to the downstream side of the first pressure inlet and a pressure inlet 45 connected to the downstream side of the introduction flow path 25 are formed.

筐体４１の内部には、図２に示すように、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を通過する新たな水素ガス（主流）の流量を制御する流量制御機構４８と、が構成されている。   As shown in FIG. 2, a nozzle 46 for injecting new hydrogen gas from the supply port 42 toward the downstream side and a downstream side of the nozzle 46 are provided inside the casing 41, and the nozzle 46 has passed through the nozzle 46. A diffuser 47 that joins new hydrogen gas and hydrogen off-gas (secondary flow) and a flow rate control mechanism 48 that controls the flow rate of new hydrogen gas (main flow) that passes through the nozzle 46 are configured.

ノズル４６は、図２に示すように、水素ガスの流れ方向に向かって先細となるように形成されており、ディフューザ４７側に開口している先端噴出部５１と、先端噴出部５１に連なり先端噴出部５１に向かって漸次縮径された内周壁を有する絞り部５２と、から構成されている。先端噴出部５１は、一定の径を有する内周壁を有している。先端噴出部５１のディフューザ４７側に開口した部分がノズル４６の出口となっており、先端噴出部５１からディフューザ４７に向かって新たな水素ガスが噴出される。絞り部５２は、その拡開した側が供給口４２に連なっている。   As shown in FIG. 2, the nozzle 46 is formed so as to taper in the hydrogen gas flow direction, and the tip ejection portion 51 that opens to the diffuser 47 side, and the tip ejection portion 51 is connected to the tip ejection portion 51. The throttle part 52 which has the inner peripheral wall gradually diameter-reduced toward the ejection part 51 is comprised. The tip ejection part 51 has an inner peripheral wall having a constant diameter. A portion opened to the diffuser 47 side of the tip ejection portion 51 is an outlet of the nozzle 46, and new hydrogen gas is ejected from the tip ejection portion 51 toward the diffuser 47. The expanded portion 52 is connected to the supply port 42 on the expanded side.

ディフューザ４７は、図２に示すように、ノズル４６と同軸に形成されており、ノズル４６との間の上流側が吸込口４４に連なっている。また、ディフューザ４７の下流側は排出口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し、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。   As shown in FIG. 2, the diffuser 47 is formed coaxially with the nozzle 46, and the upstream side between the diffuser 47 and the nozzle 46 is connected to the suction port 44. Further, the downstream side of the diffuser 47 is connected to the discharge port 43. When new hydrogen gas is injected from the nozzle 46 toward the diffuser 47, a negative pressure for sucking the hydrogen off gas is generated, and the hydrogen off gas in the circulation passage 23 is sucked into the diffuser 47. As a result, new hydrogen gas and hydrogen off-gas are merged in the diffuser 47, and this mixed hydrogen gas is discharged from the discharge port 43 to the mixed flow path 22b.

流量制御機構４８は、図２に示すように、圧導入口４５に連通する導圧室６０と、導圧室６０の内部に収容されたバネ６０ａと、先端側がノズル４６の内部に臨むニードル６１と、ニードル６１の基端側を表面６２ａの中央部に接続したピストン６２と、バネ６０ａの一端が接続されたバネ抑え壁６３と、を有している。バネ６０ａ、ニードル６１及びピストン６２は、ノズル４６と同軸に配設されている。   As shown in FIG. 2, the flow rate control mechanism 48 includes a pressure guiding chamber 60 that communicates with the pressure introducing port 45, a spring 60 a that is housed inside the pressure guiding chamber 60, and a needle 61 whose tip side faces the inside of the nozzle 46. And a piston 62 in which the proximal end side of the needle 61 is connected to the center of the surface 62a, and a spring restraining wall 63 to which one end of the spring 60a is connected. The spring 60 a, the needle 61 and the piston 62 are arranged coaxially with the nozzle 46.

導圧室６０は、筐体４１の内壁面、ピストン６２の裏面６２ｂ及びバネ抑え壁６３の表面６３ａによって形成されている。導圧室６０には、循環流路２３の水素オフガスの圧力が導入流路２５及び圧導入口４５を介して信号圧として導かれる。バネ６０ａ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６１の先端側に向かって付勢する。ニードル６１は、先端側に向かって先細とされた先端調整部７１と、先端調整部７１に一体に連なってピストン６２に接続された接続部７２と、から構成されている。先端調整部７１は、円錐や角錐の錐体からなり、例えば先端部が放物面で形成されている。先端調整部７１は、ノズル４６の内部に臨み、その位置に応じてノズル４６を通過する新たな水素ガスの流量を調整する。接続部７２は、一定の径または略一定の径からなり、棒状に形成されている。   The pressure guiding chamber 60 is formed by the inner wall surface of the housing 41, the back surface 62 b of the piston 62, and the surface 63 a of the spring restraining wall 63. The pressure of the hydrogen off-gas in the circulation channel 23 is guided to the pressure guiding chamber 60 as a signal pressure through the introduction channel 25 and the pressure introduction port 45. The spring 60 a has a predetermined spring constant and urges the back surface 62 b of the piston 62 toward the distal end side of the needle 61. The needle 61 includes a tip adjustment portion 71 that is tapered toward the tip side, and a connection portion 72 that is integrally connected to the tip adjustment portion 71 and connected to the piston 62. The tip adjustment unit 71 is formed of a cone or a pyramid, and for example, the tip is formed with a paraboloid. The tip adjustment unit 71 faces the inside of the nozzle 46 and adjusts the flow rate of new hydrogen gas passing through the nozzle 46 according to the position. The connecting portion 72 has a constant diameter or a substantially constant diameter, and is formed in a rod shape.

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が作用する。一方、ピストン６２の裏面６２ｂには、バネ６０ａからの付勢力が作用するとともに、循環流路２３からの水素オフガスの圧力Ｐ２が作用する。これら圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との差圧を作動源として、ピストン６２及びニードル６１が軸線方向に進退する。すなわち、ピストン６２の表裏両面６２ａ、６２ｂにおける水素ガスの差圧とバネ６０ａの付勢力とのバランスに基づいて、ニードル６１がピストン６２と共に軸線方向に進退する。バネ抑え壁６３は筺体４１の一部を構成し、バネ６０ａの移動を抑制する。なお、導圧室６０、バネ６０ａ、ピストン６２等により、本発明における移動手段の一実施形態が構成される。   The piston 62 is configured so that its outer peripheral surface can slide along the inner wall surface of the housing 41 and slides in the axial direction thereof. A new hydrogen gas pressure P <b> 1 from the main flow path 22 a acts on the surface 62 a of the piston 62. On the other hand, the urging force from the spring 60 a acts on the back surface 62 b of the piston 62, and the hydrogen off-gas pressure P <b> 2 from the circulation flow path 23 acts. The piston 62 and the needle 61 advance and retreat in the axial direction using the differential pressure between the pressure P1 and the pressure P2 as an operation source. That is, the needle 61 moves forward and backward in the axial direction together with the piston 62 based on the balance between the differential pressure of the hydrogen gas on the front and back surfaces 62a and 62b of the piston 62 and the biasing force of the spring 60a. The spring restraint wall 63 constitutes a part of the housing 41 and restrains the movement of the spring 60a. The pressure guiding chamber 60, the spring 60a, the piston 62, and the like constitute one embodiment of the moving means in the present invention.

ここで、エジェクタ２４の自律流量調整機能について説明する。   Here, the autonomous flow rate adjustment function of the ejector 24 will be described.

燃料電池車両の加速時等で燃料電池２の発電量が増大すると、燃料電池２で消費される水素ガスの消費量が増加する。このように水素ガス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は低下する。すると、ピストン６２及びニードル６１が、平衡状態からバネ６０ａの付勢力に抗して退避する。これにより、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。すなわち、エジェクタ２４は、燃料電池２の発電量の増大やシャットバルブ３３の開放に起因して循環流路２３内の水素オフガスの圧力Ｐ２が低下した場合に、自律的に水素ガスの供給流量を増加させ、これに伴って循環流路２３内の水素オフガスの吸引力を増大させるように機能する。   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. Thus, when the consumption of hydrogen gas increases and the flow rate of the mixing channel 22b increases, the pressure loss in the fuel cell 2 increases, and the pressure P2 of the hydrogen offgas decreases. Then, the piston 62 and the needle 61 are retracted from the equilibrium state against the urging force of the spring 60a. Thereby, since the opening area of the nozzle 46 is increased, the flow rate of new hydrogen gas passing through the nozzle 46 is increased. In other words, the ejector 24 autonomously reduces the hydrogen gas supply flow rate when the hydrogen off-gas pressure P2 in the circulation passage 23 decreases due to an increase in the amount of power generated by the fuel cell 2 or the opening of the shut valve 33. The function of increasing the suction force of the hydrogen off-gas in the circulation channel 23 is increased.

一方、燃料電池車両の減速時等で燃料電池２の発電量が低下すると、燃料電池２で消費される水素ガスの消費量が減少する。このように水素ガス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。すると、ピストン６２及びニードル６１が、平衡状態から進出する。これにより、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。すなわち、エジェクタ２４は、燃料電池２の発電量の低下等に起因して循環流路２３内の水素オフガスの圧力Ｐ２が上昇した場合に、自律的に水素ガスの供給流量を低減させるように機能する。   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. Thus, when the consumption of hydrogen gas decreases and the flow rate of the mixing channel 22b decreases, the pressure loss in the fuel cell 2 decreases and the pressure P2 of the hydrogen off gas increases. Then, the piston 62 and the needle 61 advance from the equilibrium state. Thereby, since the opening area of the nozzle 46 is reduced, the flow rate of new hydrogen gas passing through the nozzle 46 is reduced. That is, the ejector 24 functions to autonomously reduce the hydrogen gas supply flow rate when the hydrogen off-gas pressure P2 in the circulation flow path 23 increases due to a decrease in the amount of power generated by the fuel cell 2 or the like. To do.

続いて、図３及び図４を用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１のシャットバルブ３３の制御動作について説明する。   Subsequently, the control operation of the shut valve 33 of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

制御部５は、通常発電時において燃料電池２のセル電圧を監視し、セル電圧が所定の閾値以下に低下した場合に、排出流路２６に設けられたシャットバルブ３３を比較的短い所定時間（例えば図３（ａ）に示した[ｔ：ｔ0〜ｔ1]）だけ開放して、主に水素オフガス中の不純物（窒素や一酸化炭素等）を排出する（定常パージ制御工程）。制御部５は、燃料電池２への水素ガスの供給状態が特定基準状態より大きい中負荷領域や高負荷領域において、このようなバルブ制御を続行する。 The control unit 5 monitors the cell voltage of the fuel cell 2 during normal power generation. When the cell voltage drops below a predetermined threshold, the control unit 5 causes the shut valve 33 provided in the discharge flow path 26 to remain at a relatively short predetermined time ( For example, only [t: t 0 to t 1 ]) shown in FIG. 3A is opened to mainly discharge impurities (nitrogen, carbon monoxide, etc.) in the hydrogen off-gas (steady purge control step). The control unit 5 continues such valve control in an intermediate load region or a high load region where the supply state of hydrogen gas to the fuel cell 2 is larger than the specific reference state.

一方、燃料電池２への水素ガスの供給状態が特定基準状態より小さい低負荷領域や無負荷領域においては、循環流路２３内の水素オフガスの圧力Ｐ２が高くなるため、エジェクタ２４の自律流量調整機能により燃料電池２への水素ガスの供給流量が低減する。このため、循環流路２３内を流れる水素オフガスの流量も低減する。このような状態でシャットバルブ３３を前記した所定時間ｔだけ開放すると、循環流路２３内に逆流が発生し、図３（ｃ）に示すようにエジェクタ２４による水素オフガスの吸引量が一時的に低下し、水素オフガスの循環流量が低減してしまう。シャットバルブ３３を開放すると、循環流路２３内の水素オフガスの圧力Ｐ２が低下するため、エジェクタ２４の自律流量調整機能によりニードル６１が退避移動を開始して水素オフガスの吸引量を増大させようとするが、シャットバルブ３３の開放時間が短すぎると図３（ｂ）に示すようにニードル６１の移動量が所定の目標値Ｓに到達しないため、エジェクタ２４の吸引力が回復しないからである。   On the other hand, in a low load region or a no-load region where the supply state of hydrogen gas to the fuel cell 2 is smaller than the specific reference state, the hydrogen P gas pressure P2 in the circulation passage 23 is high, so the autonomous flow rate adjustment of the ejector 24 The function reduces the supply flow rate of hydrogen gas to the fuel cell 2. For this reason, the flow rate of the hydrogen off gas flowing in the circulation flow path 23 is also reduced. When the shut valve 33 is opened for the predetermined time t in such a state, a reverse flow is generated in the circulation flow path 23, and the amount of hydrogen off-gas sucked by the ejector 24 is temporarily reduced as shown in FIG. It decreases, and the circulation flow rate of hydrogen off-gas decreases. When the shut valve 33 is opened, the pressure P2 of the hydrogen off-gas in the circulation flow path 23 decreases. Therefore, the needle 61 starts to retreat by the autonomous flow rate adjustment function of the ejector 24 and tries to increase the suction amount of the hydrogen off-gas. However, if the opening time of the shut valve 33 is too short, the amount of movement of the needle 61 does not reach the predetermined target value S as shown in FIG. 3B, so that the suction force of the ejector 24 does not recover.

そこで、本実施形態における燃料電池システム１の制御部５は、燃料電池２への水素ガスの供給状態が特定基準状態より小さい場合において、シャットバルブ３３の開放時間を前記した所定時間ｔよりも長くする（特定パージ制御工程）。具体的には、制御部５は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、シャットバルブ３３を開放した時点ｔ0から、ニードル６１の移動量が所定の目標値Ｓに到達してエジェクタ２４の吸引力が回復し循環流路２３内の水素オフガスの循環流量が所定値Ｖ（バルブ開放前の値）に達する時点ｔ3までの経過時間よりも長い時間[ｔ´：ｔ0〜ｔ2]を開放時間に設定している。このようにシャットバルブ３３の開放時間を長くすると、シャットバルブ３３の開放により循環流路２３内に逆流が発生してエジェクタ２４による水素オフガスの吸引量が一時的に低下しても、その後、エジェクタ２４の吸引力が回復して水素オフガスの循環流量が適正な状態となる。 Therefore, the control unit 5 of the fuel cell system 1 in the present embodiment makes the opening time of the shut valve 33 longer than the predetermined time t described above when the supply state of hydrogen gas to the fuel cell 2 is smaller than the specific reference state. (Specific purge control step) Specifically, as shown in FIGS. 4A to 4C, the control unit 5 determines that the movement amount of the needle 61 has reached a predetermined target value S from the time t 0 when the shut valve 33 is opened. A time [t ′: t 0 to t 0, which is longer than the elapsed time until time point t 3 when the suction force of the ejector 24 recovers and the circulation flow rate of the hydrogen off-gas in the circulation channel 23 reaches a predetermined value V (value before opening the valve). t 2 ] is set as the opening time. As described above, when the opening time of the shut valve 33 is lengthened, even if a reverse flow occurs in the circulation flow path 23 due to the opening of the shut valve 33 and the suction amount of the hydrogen off gas by the ejector 24 temporarily decreases, The suction force of 24 is restored, and the circulation flow rate of the hydrogen off gas becomes an appropriate state.

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、循環流路２３内の水素オフガスの圧力Ｐ２が高く燃料電池２への水素ガスの供給状態が特定基準状態より小さい低負荷領域や無負荷領域において、シャットバルブ３３の開放時間を長くすることができる。従って、低負荷領域や無負荷領域においても不純物を充分に排出することができる。また、シャットバルブ３３の開放により循環流路２３内に逆流が発生してエジェクタ２４による水素オフガスの吸引量が一時的に低下しても、シャットバルブ３３を長く開放することにより循環流路２３内の水素オフガスの圧力Ｐ２を低下させ、エジェクタ２４による燃料電池２への供給流量を増大させて水素オフガスの吸引量を増大させ、結果的に水素オフガスの循環流量の低下を抑制することができる。この結果、不純物の排出量や水素オフガスの循環流量を適切に設定することができ、発電状態の安定化を実現させることができる。しかも、逆流防止用の弁やセンサ等を採用する必要がないため、構成が簡素となるという利点がある。   In the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, the hydrogen P gas pressure P2 in the circulation flow path 23 is high, and the supply state of the hydrogen gas to the fuel cell 2 is lower than the specific reference state. , The opening time of the shut valve 33 can be lengthened. Therefore, impurities can be sufficiently discharged even in a low load region or a no load region. Further, even if a reverse flow is generated in the circulation flow path 23 by opening the shut valve 33 and the amount of hydrogen off-gas sucked by the ejector 24 is temporarily reduced, the shut valve 33 is opened long so that the inside of the circulation flow path 23 is maintained. The hydrogen off-gas pressure P2 is reduced and the supply flow rate of the ejector 24 to the fuel cell 2 is increased to increase the amount of hydrogen off-gas suction, and as a result, the decrease in the hydrogen off-gas circulation flow rate can be suppressed. As a result, the impurity discharge amount and the hydrogen off-gas circulation flow rate can be set appropriately, and the power generation state can be stabilized. In addition, there is an advantage that the configuration is simplified because it is not necessary to employ a backflow prevention valve or sensor.

また、以上説明した実施形態に係る燃料電池車両においては、不純物の排出量や水素オフガスの循環流量を適切に設定して発電状態の安定化が可能な燃料電池システム１を備えているため、燃料電池２の負荷が比較的小さい運転状態（減速時等で燃料電池２の発電量が低下した状態）においても安定した駆動が可能となる。   In addition, the fuel cell vehicle according to the embodiment described above includes the fuel cell system 1 that can appropriately set the discharge amount of impurities and the circulation flow rate of hydrogen off gas to stabilize the power generation state. Stable driving is possible even in an operation state in which the load of the battery 2 is relatively small (a state in which the power generation amount of the fuel cell 2 is reduced during deceleration, etc.).

なお、以上の実施形態においては、所定のガスをエジェクタ２４に導き、ガスの差圧に基づいて機械的にニードル６１を駆動した例を示したが、エジェクタ２４の構成はかかる態様に限られるものではない。すなわち、循環流路２３内のガス圧力が低下した場合に循環流路２３内の水素オフガスの吸引力を増大させるような機能を有するものであれば、いかなる構成を採用してもよい。   In the above embodiment, an example in which a predetermined gas is guided to the ejector 24 and the needle 61 is mechanically driven based on the differential pressure of the gas has been described. However, the configuration of the ejector 24 is limited to such an embodiment. is not. That is, any configuration may be employed as long as it has a function of increasing the suction force of the hydrogen off-gas in the circulation channel 23 when the gas pressure in the circulation channel 23 is reduced.

また、以上の実施形態においては、燃料電池２への水素ガスの供給状態が特定基準状態より小さい場合に、制御部５がシャットバルブ３３（パージ弁）の開放時間を長くしているが、燃料電池２への水素ガスの供給状態が特定基準状態より小さいか否かの判定は、アクセル信号、ブレーキ信号、発電量（電圧、電流）等種々の物理量に基づいて行うことができる。   In the above embodiment, when the supply state of hydrogen gas to the fuel cell 2 is smaller than the specific reference state, the control unit 5 increases the opening time of the shut valve 33 (purge valve). The determination as to whether or not the supply state of hydrogen gas to the battery 2 is smaller than the specific reference state can be made based on various physical quantities such as an accelerator signal, a brake signal, and a power generation amount (voltage, current).

また、以上の実施形態においては、燃料電池２への水素ガスの供給状態が特定基準状態より小さい場合に、制御部５がシャットバルブ３３（パージ弁）の開放時間を長くすることにより、エジェクタ２４によるガス循環がシャットバルブ３３の開放によるガス排出を上回るようにした例を示したが、シャットバルブ３３の開閉状態の調整態様は必ずしもこれに限られるものではない。例えば、シャットバルブ３３の開放時間を調整する代わりに（又は開放時間を調整するとともに）、シャットバルブ３３の流路面積を調整することにより、エジェクタ２４によるガス循環がシャットバルブ３３の開放によるガス排出を上回るようにすることもできる。   Further, in the above embodiment, when the supply state of hydrogen gas to the fuel cell 2 is smaller than the specific reference state, the control unit 5 lengthens the opening time of the shut valve 33 (purge valve), whereby the ejector 24 Although the example in which the gas circulation due to has exceeded the gas discharge due to the opening of the shut valve 33 has been shown, the adjustment mode of the open / close state of the shut valve 33 is not necessarily limited to this. For example, instead of adjusting the opening time of the shut valve 33 (or adjusting the opening time), by adjusting the flow passage area of the shut valve 33, the gas circulation by the ejector 24 causes gas discharge by opening the shut valve 33. It can be made to exceed.

また、以上の実施形態においては、循環流路２３に設けられた導入流路２５の下流側（エジェクタ２４側）に排出流路２６及びシャットバルブ３３を設けた例を示したが、導入流路２５の上流側（燃料電池２側）に排出流路２６及びシャットバルブ３３を設けてもよい。   Moreover, in the above embodiment, although the example which provided the discharge flow path 26 and the shut valve 33 in the downstream (ejector 24 side) of the introduction flow path 25 provided in the circulation flow path 23 was shown, The discharge passage 26 and the shut valve 33 may be provided on the upstream side of the fuel tank 25 (the fuel cell 2 side).

また、以上の実施形態においては、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した例を示したが、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）に本発明に係る燃料電池システムを搭載することもできる。また、本発明に係る燃料電池システムを、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用してもよい。   Moreover, in the above embodiment, although the example which mounted the fuel cell system which concerns on this invention in the fuel cell vehicle was shown, it concerns on this invention to various mobile bodies (a robot, a ship, an aircraft, etc.) other than a fuel cell vehicle. A fuel cell system can also be installed. Further, the fuel cell system according to the present invention may be applied to a stationary power generation system used as a power generation facility for a building (house, building, etc.).

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図１に示した燃料電池システムのエジェクタの拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the ejector of the fuel cell system shown in FIG. 図１に示した燃料電池システムの燃料電池への水素ガスの供給状態が特定基準状態より大きい場合におけるパージ弁制御動作を説明するためタイムチャートであり、（ａ）はシャットバルブ開度、（ｂ）はニードル移動量、（ｃ）は水素オフガスの循環流量、を各々示すものである。FIG. 4 is a time chart for explaining the purge valve control operation when the supply state of hydrogen gas to the fuel cell of the fuel cell system shown in FIG. 1 is larger than a specific reference state, where (a) is the opening of the shut valve, (b ) Shows the amount of needle movement, and (c) shows the circulation flow rate of the hydrogen off gas. 図１に示した燃料電池システムの燃料電池への水素ガスの供給状態が特定基準状態より小さい場合におけるパージ弁制御動作を説明するためのタイムチャートであり、（ａ）はシャットバルブ開度、（ｂ）はニードル移動量、（ｃ）は水素オフガスの循環流量、を各々示すものである。2 is a time chart for explaining the purge valve control operation when the supply state of hydrogen gas to the fuel cell of the fuel cell system shown in FIG. 1 is smaller than a specific reference state, (a) is the opening of the shut valve; b) shows the amount of needle movement, and (c) shows the circulation flow rate of hydrogen off-gas.

符号の説明Explanation of symbols

１…燃料電池システム、２…燃料電池、５…制御部（制御手段）、２２…供給流路、２３…循環流路、２４…エジェクタ、２６…排出流路、３３…シャットバルブ（パージ弁）、４６…ノズル、６０…導圧室（移動手段の一部）、６０ａ…バネ（移動手段の一部）、６１…ニードル、６２…ピストン（移動手段の一部） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 2 ... Fuel cell, 5 ... Control part (control means), 22 ... Supply flow path, 23 ... Circulation flow path, 24 ... Ejector, 26 ... Discharge flow path, 33 ... Shut valve (purge valve) 46 ... Nozzle, 60 ... Pressure guiding chamber (part of moving means), 60a ... Spring (part of moving means), 61 ... Needle, 62 ... Piston (part of moving means)

Claims (6)

燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給するための供給流路と、前記燃料電池から排出される燃料オフガスを前記供給流路に戻すための循環流路と、前記供給流路と前記循環流路との接続部に設けられ燃料ガスと燃料オフガスとを合流させるエジェクタと、前記循環流路から分岐して燃料オフガスを前記循環流路の外部に排出するための排出流路と、この排出流路に設けられたパージ弁と、を備える燃料電池システムにおいて、
前記エジェクタによるガス循環が前記パージ弁の開放によるガス排出を上回るように、前記パージ弁の開閉状態を調整する制御手段を備える燃料電池システム。 A fuel cell, a supply channel for supplying fuel gas to the fuel cell, a circulation channel for returning the fuel off-gas discharged from the fuel cell to the supply channel, the supply channel and the circulation An ejector provided at a connection portion with the flow path for joining the fuel gas and the fuel off gas; a discharge flow path for branching from the circulation flow path to discharge the fuel off gas to the outside of the circulation flow path; In a fuel cell system comprising a purge valve provided in a flow path,
A fuel cell system comprising control means for adjusting an open / close state of the purge valve so that gas circulation by the ejector exceeds gas discharge by opening of the purge valve. 前記制御手段は、前記エジェクタによるガス循環が前記パージ弁の開放によるガス排出を上回るように、前記パージ弁の流路面積を調整する請求項１に記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit adjusts a flow path area of the purge valve so that gas circulation by the ejector exceeds gas discharge by opening the purge valve. 前記制御手段は、前記エジェクタによるガス循環が前記パージ弁の開放によるガス排出を上回るように、前記パージ弁の開放時間を調整する請求項１に記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit adjusts an opening time of the purge valve so that gas circulation by the ejector exceeds gas discharge by opening of the purge valve. 3. 前記エジェクタは、ノズルと、このノズルに対して進退可能なニードルと、前記循環流路内のガス圧力の変化に応じて前記ニードルを移動させる移動手段と、を有する請求項１から３の何れか一項に記載の燃料電池システム。   4. The ejector according to claim 1, further comprising: a nozzle, a needle that can move forward and backward with respect to the nozzle, and a moving unit that moves the needle in accordance with a change in gas pressure in the circulation channel. The fuel cell system according to one item. 前記制御手段は、前記燃料電池への燃料ガスの供給状態が特定基準状態より小さい場合における前記パージ弁の開放時間を、前記燃料電池への燃料ガスの供給状態が前記特定基準状態より大きい場合における前記パージ弁の開放時間よりも長い時間に設定する請求項１から４の何れか一項に記載の燃料電池システム。   The control means sets the opening time of the purge valve when the fuel gas supply state to the fuel cell is smaller than the specific reference state, and when the fuel gas supply state to the fuel cell is larger than the specific reference state. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel cell system is set to a time longer than an opening time of the purge valve. 燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給するための供給流路と、前記燃料電池から排出される燃料オフガスを前記供給流路に戻すための循環流路と、前記供給流路と前記循環流路との接続部に設けられ燃料ガスと燃料オフガスとを合流させるエジェクタと、前記循環流路から分岐して燃料オフガスを前記循環流路の外部に排出するための排出流路と、この排出流路に設けられたパージ弁と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記エジェクタによるガス循環が前記パージ弁の開放によるガス排出を上回るように、前記パージ弁の開閉状態を調整する工程を含む燃料電池システムの運転方法。
A fuel cell, a supply channel for supplying fuel gas to the fuel cell, a circulation channel for returning the fuel off-gas discharged from the fuel cell to the supply channel, the supply channel and the circulation An ejector provided at a connection portion with the flow path for joining the fuel gas and the fuel off gas; a discharge flow path for branching from the circulation flow path to discharge the fuel off gas to the outside of the circulation flow path; A purge valve provided in a flow path, and a method of operating a fuel cell system,
A method of operating a fuel cell system, comprising: adjusting an open / close state of the purge valve so that gas circulation by the ejector exceeds gas discharge by opening the purge valve.
JP2005340072A 2005-11-25 2005-11-25 Fuel cell system and its operation method Pending JP2007149423A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005340072A JP2007149423A (en) 2005-11-25 2005-11-25 Fuel cell system and its operation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005340072A JP2007149423A (en) 2005-11-25 2005-11-25 Fuel cell system and its operation method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007149423A true JP2007149423A (en) 2007-06-14

Family

ID=38210595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005340072A Pending JP2007149423A (en) 2005-11-25 2005-11-25 Fuel cell system and its operation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007149423A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101113644B1 (en) 2009-07-24 2012-02-14 현대자동차주식회사 Purging method for fuel cell system
KR101113653B1 (en) 2009-07-24 2012-02-14 현대자동차주식회사 Purging method for fuel cell system
WO2012036143A1 (en) * 2010-09-17 2012-03-22 日産自動車株式会社 Fuel cell system
JP2016533627A (en) * 2013-09-30 2016-10-27 インテリジェント エナジー リミテッドＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ Anode / bleed control in fuel cell stack
JP2017162628A (en) * 2016-03-09 2017-09-14 本田技研工業株式会社 Method for inspecting fuel cell system and fuel cell system
US10367209B2 (en) 2016-07-22 2019-07-30 Hyundai Motor Company Recycling system of anode off gas in fuel cell
CN114396396A (en) * 2022-03-25 2022-04-26 北京亿华通科技股份有限公司 Ejector with multi-mode spray head, fuel cell system and control method

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101113644B1 (en) 2009-07-24 2012-02-14 현대자동차주식회사 Purging method for fuel cell system
KR101113653B1 (en) 2009-07-24 2012-02-14 현대자동차주식회사 Purging method for fuel cell system
WO2012036143A1 (en) * 2010-09-17 2012-03-22 日産自動車株式会社 Fuel cell system
US8828612B2 (en) 2010-09-17 2014-09-09 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system
JP2016533627A (en) * 2013-09-30 2016-10-27 インテリジェント エナジー リミテッドＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ Anode / bleed control in fuel cell stack
US10218015B2 (en) 2013-09-30 2019-02-26 Intelligent Energy Limited Anode bleed control in a fuel cell stack
US10903512B2 (en) 2013-09-30 2021-01-26 Intelligent Energy Limited Anode bleed control in a fuel cell stack
JP2017162628A (en) * 2016-03-09 2017-09-14 本田技研工業株式会社 Method for inspecting fuel cell system and fuel cell system
US11139495B2 (en) 2016-03-09 2021-10-05 Honda Motor Co., Ltd. Method of inspecting a fuel cell system, and the fuel cell system
US10367209B2 (en) 2016-07-22 2019-07-30 Hyundai Motor Company Recycling system of anode off gas in fuel cell
CN114396396A (en) * 2022-03-25 2022-04-26 北京亿华通科技股份有限公司 Ejector with multi-mode spray head, fuel cell system and control method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4761181B2 (en) Fuel cell system
JP2005129312A (en) Fuel supply apparatus of fuel cell
EP1897165B1 (en) Fuel cell system and start-up method therefor
JP2007149423A (en) Fuel cell system and its operation method
JP2008112585A (en) Fuel cell system and its purging method
US7547481B2 (en) Fuel-circulating fuel cell system
US20070163649A1 (en) Ejector and fuel cell system therewith
JP4708054B2 (en) Ejecta
JP2008190336A (en) Ejector and fuel cell system provided therewith
JP2007165186A (en) Fuel cell system and movable body
US7402352B2 (en) Fuel cell system and related startup method
JP4973831B2 (en) Fuel cell system
US20040110048A1 (en) Fuel cell system
JP2003100334A (en) Fuel cell system and ejector
JP2009252634A (en) Fuel cell system
JP2007242476A (en) Fuel cell system, its operation method and mobile object
JP5348409B2 (en) Fuel cell system
JP5168821B2 (en) Fuel cell system
JP2007027078A (en) Fuel cell system
JP5023444B2 (en) Fuel cell system
JP2007048508A (en) Fuel cell system
JP5444671B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM
JP2007048509A (en) Fuel cell system
JP2007005037A (en) Fuel cell system
JP5170529B2 (en) Fuel cell system and control method thereof