JP2007157375A - Fuel cell system, operation method thereof, and movable body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システム及びその運転方法並びに移動体に関する。 The present invention relates to a fuel cell system, an operation method thereof, and a moving body.
現在、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が提案され、実用化されている。燃料電池システムにおいては、電気化学反応により生成された水分(生成水)が燃料電池内に溜まる場合があり、かかる場合には、発電能力が低下して適切な稼動状態が維持できないことがある。従って、燃料電池内の生成水を連続的ないし断続的に外部に排出する必要がある。 Currently, a fuel cell system including a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction of a reaction gas (fuel gas and oxidizing gas) has been proposed and put into practical use. In a fuel cell system, moisture (generated water) generated by an electrochemical reaction may accumulate in the fuel cell. In such a case, the power generation capacity may be reduced and an appropriate operating state may not be maintained. Therefore, it is necessary to continuously or intermittently discharge generated water in the fuel cell.
このように燃料電池内に残留した生成水やガスを排出する従来の技術としては、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料供給路と、燃料電池から燃料オフガスを排出する燃料排出路と、の双方に開閉自在な弁を設け、これらの弁を交互に開閉させて燃料ガス供給流に脈動を生じさせることにより、燃料電池内の残留ガスを排出する装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
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、燃料ガス供給流の脈動を生じさせるために燃料供給路に設けた弁を所定の時間間隔で閉じる必要がある。このため、脈動制御中においては燃料の供給が遮断され、発電が妨げられることとなる。また、特許文献1に記載されたような技術においては、燃料ガス供給量に脈動を生じさせるため、燃料排出路に設けた弁を所定の時間間隔で開く必要がある。このため、燃料を含む燃料オフガスが外部に排出され、燃料の消費量が増大してしまうという問題も生じる。 However, when the technique described in Patent Document 1 is employed, it is necessary to close a valve provided in the fuel supply path at predetermined time intervals in order to cause pulsation of the fuel gas supply flow. For this reason, during the pulsation control, the supply of fuel is cut off and power generation is hindered. In the technique described in Patent Document 1, it is necessary to open a valve provided in the fuel discharge path at predetermined time intervals in order to cause pulsation in the fuel gas supply amount. For this reason, the problem that the fuel off gas containing a fuel is discharged | emitted outside and the consumption of a fuel will also arise arises.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、反応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、燃料電池への反応ガスの供給を遮断することなく、燃料電池内の生成水の排出を実現させ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 a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction of a reaction gas, without interrupting the supply of the reaction gas to the fuel cell, The purpose is to realize the discharge of produced water in the fuel cell.
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、この燃料電池に対して反応ガスを供給するためのガス供給源と、燃料電池とガス供給源とを接続する供給流路と、この供給流路内を流通する反応ガスの圧力を調整する調圧弁と、を備える燃料電池システムであって、調圧弁の目標調圧値を変動させる駆動手段と、目標調圧値を周期的に変動させるように駆動手段を制御する制御手段と、を備えるものである。 In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell, a gas supply source for supplying a reaction gas to the fuel cell, and a supply flow for connecting the fuel cell and the gas supply source. And a pressure regulating valve that adjusts the pressure of the reaction gas that circulates in the supply flow path, a drive unit that varies a target pressure regulation value of the pressure regulation valve, and a target pressure regulation value. And a control means for controlling the drive means so as to change periodically.
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、この燃料電池に対して反応ガスを供給するためのガス供給源と、燃料電池とガス供給源とを接続する供給流路と、この供給流路内を流通する反応ガスの圧力を調整する調圧弁と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、調圧弁の目標調圧値を周期的に変動させることにより、燃料電池に供給される反応ガスに脈動を生じさせる工程を含むものである。 The fuel cell system operating method according to the present invention includes a fuel cell, a gas supply source for supplying a reaction gas to the fuel cell, and a supply channel for connecting the fuel cell and the gas supply source. And a pressure regulating valve that adjusts the pressure of the reaction gas flowing through the supply flow path, and a method for operating the fuel cell system by periodically varying the target pressure regulating value of the pressure regulating valve, Including a step of causing pulsation in the reaction gas supplied to.
かかる構成及び方法によれば、供給流路内を流通する反応ガス(燃料ガスや酸化ガス)の圧力を調圧弁で調整する(反応ガスの圧力を所定の目標調圧値に設定する)ことができる。そして、調圧弁の目標調圧値を周期的に変動させることにより、燃料電池に供給される反応ガスの圧力を変動させて脈動を生じさせ、この反応ガスの脈動により燃料電池内の生成水を排出することができる。かかる脈動生成に際しては、反応ガスの供給を遮断する必要がないため燃料電池での発電が妨げられることがなく、反応ガスをパージ(排出)する必要もないため燃料の消費量を抑制することができる。 According to such a configuration and method, the pressure of the reaction gas (fuel gas or oxidizing gas) flowing through the supply flow path is adjusted by the pressure regulating valve (the pressure of the reaction gas is set to a predetermined target pressure regulation value). it can. Then, by periodically varying the target pressure regulation value of the pressure regulation valve, the pressure of the reaction gas supplied to the fuel cell is varied to cause pulsation, and the generated water in the fuel cell is generated by the pulsation of the reaction gas. Can be discharged. When generating such pulsation, it is not necessary to cut off the supply of the reaction gas, so that power generation in the fuel cell is not hindered, and it is not necessary to purge (discharge) the reaction gas, thereby reducing fuel consumption. it can.
前記燃料電池システムにおいて、ダイアフラムを介して隣接する反応ガス流路及び背圧室が内部に形成された筺体を有するとともに、反応ガス流路側からダイアフラムに作用する反応ガス圧力と、背圧室側からダイアフラムに作用する外力と、に基づいて弁開度が調整される調圧弁を採用することができる。かかる場合において、調圧弁の背圧室側からダイアフラムに対して外力を付与することにより目標調圧値を変動させる駆動手段を採用することができる。 In the fuel cell system, the reaction gas flow path and the back pressure chamber adjacent to each other through the diaphragm have a housing formed therein, and the reaction gas pressure acting on the diaphragm from the reaction gas flow path side and the back pressure chamber side A pressure regulating valve whose valve opening is adjusted based on an external force acting on the diaphragm can be employed. In such a case, it is possible to employ driving means that varies the target pressure regulation value by applying an external force to the diaphragm from the back pressure chamber side of the pressure regulating valve.
また、前記燃料電池システムにおいて、モータと、このモータの駆動により回転運動を行って背圧室側からダイアフラムに対して外力を付与するカムと、を有する駆動手段を採用することができる。かかる場合において、駆動手段のモータを駆動してカムを回転運動させることにより目標調圧値を周期的に変動させる制御手段を採用することができる。このようにすることにより、簡素で安価な機構で容易に目標調圧値を周期的に変動させて反応ガスに脈動を生じさせることができる。 Further, in the fuel cell system, it is possible to employ a driving means having a motor and a cam that performs a rotational motion by driving the motor and applies an external force to the diaphragm from the back pressure chamber side. In such a case, it is possible to employ a control unit that periodically varies the target pressure regulation value by driving the motor of the driving unit to rotate the cam. In this way, the target pressure regulation value can be easily changed periodically by a simple and inexpensive mechanism to cause pulsation in the reaction gas.
また、本発明に係る移動体は、前記燃料電池システムを備えるものである。 Moreover, the mobile body which concerns on this invention is provided with the said fuel cell system.
かかる構成を採用すると、反応ガスの供給を遮断せず燃料の消費量を抑制しながら燃料電池内の生成水を排出することが可能な燃料電池システムを備えているため、移動体の航続性能を向上させることができる。 When such a configuration is adopted, since the fuel cell system that can discharge the generated water in the fuel cell while suppressing the fuel consumption without interrupting the supply of the reaction gas is provided, the cruising performance of the moving body is improved. Can be improved.
本発明によれば、燃料電池への反応ガスの供給を遮断することなく、燃料電池内の生成水の排出を実現させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, discharge | emission of the produced | generated water in a fuel cell is realizable, without interrupting supply of the reactive gas to a fuel cell.
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。
<第1実施形態>
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 will be described.
<First Embodiment>
まず、図1を用いて、本発明の第1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(燃料ガス及び酸化ガス)が供給されることにより発電を行う燃料電池20、燃料電池20に燃料ガスとしての水素ガスを供給するための水素供給源30(燃料ガス供給源)、燃料電池20に酸化ガスとしての空気を供給するためのコンプレッサ40、システム全体を統合制御する制御部50等を備えて構成されている。
First, the configuration of the fuel cell system 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fuel cell system 1 includes a
燃料電池20は、燃料ガスと酸化ガスの供給を受けて発電する単電池を所要数積層して構成したスタックとされている。燃料電池20が発生した電力は、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、車両の駆動モータに電力を供給するインバータ、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に電力を供給するインバータ、二次電池等の蓄電手段への充電やこの蓄電手段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
燃料電池20の空気供給口には、図1に示すように、空気供給路71を介して、酸化ガスとしての空気(外気)が供給される。空気供給路71には、図1に示すように、空気から微粒子を除去するエアフィルタA1、空気を加圧するコンプレッサ40、空気に所要の水分を加える加湿器A21等が設けられている。コンプレッサ40はモータMによって駆動され、モータMは制御部50によって駆動制御される。燃料電池20から排出される空気オフガスは、排気路72を経て外部に放出される。
As shown in FIG. 1, air (external air) as an oxidizing gas is supplied to the air supply port of the
燃料電池20の水素供給口には、図1に示すように、水素供給源30から燃料供給路74(供給流路)を介して燃料ガスとしての水素ガスが供給される。水素供給源30としては、例えば高圧水素タンクを採用することができる。また、いわゆる燃料改質器や水素吸蔵合金等を水素供給源30として採用してもよい。燃料供給路74には、図1に示すように、水素供給源30から水素を供給し又は供給を停止する主止弁H100、燃料電池20への水素ガスの供給圧力を調整する水素調圧弁H9、燃料電池20の水素供給口と燃料供給路74との間を開閉する遮断弁H21等が設けられている。各弁の動作は制御部50によって制御される。なお、水素調圧弁H9の構成については、図2を用いて後に詳述する。
As shown in FIG. 1, hydrogen gas as fuel gas is supplied to the hydrogen supply port of the
燃料電池20で消費されなかった水素ガスは、水素オフガスとして水素循環路75に排出され、燃料供給路74の遮断弁H21の下流側に戻される。水素循環路75には、図1に示すように、水素オフガスを加圧する水素ポンプH50等が設けられている。水素ポンプH50の動作は制御部50によって制御される。水素オフガスは、燃料供給路74で水素ガスと合流し、燃料電池20に供給されて再利用される。また、水素循環路75は、パージ流路76を介して排気路72に接続されている。パージ流路76には排出制御弁H51が設けられている。排出制御弁H51は、制御部50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 hydrogen gas that has not been consumed in the
燃料電池20の冷却水出入口には、図1に示すように、冷媒としての冷却水を循環させる冷却水流路73が接続されている。冷却水流路73には、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータC2、冷却水を加圧して循環させるポンプC1等が設けられている。ラジエータC2には、モータによって回転駆動される冷却ファンC13が設けられている。ポンプC1及び冷却ファンC13の動作は制御部50によって制御される。
As shown in FIG. 1, a cooling
制御部50は、図示していない車両のアクセル信号等の要求負荷や燃料電池システムの各センサ(圧力センサや温度センサ等)から制御情報を受け取り、システム各部の各弁やモータの運転を制御する。本実施形態における制御部50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
具体的には、制御部50は、燃料電池20内に滞留した生成水の量を検知(又は推定)する。燃料電池20内に滞留した生成水の量は、発電時間、電圧、電流、水素ガス供給量、空気供給量等の種々の物理量に基づいて検知(又は推定)することができる。また、制御部50は、図示していない回転モータを駆動して水素調圧弁H9のカム14(後述)を回転させることにより、水素調圧弁H9の目標調圧値を周期的に変動させて、燃料電池20に供給される水素ガスに脈動を生じさせる。
Specifically, the
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の水素調圧弁H9の構成について説明する。 Next, the configuration of the hydrogen pressure regulating valve H9 of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described using FIG.
水素調圧弁H9は、図2に示すように、中空部を有する筺体10を備えている。中空部は、上下動自在な隔壁11とダイアフラム12とによって上下に仕切られており、隔壁11より上側の空間はカム室10aとされ、隔壁11とダイアフラム12との間の空間は背圧室10bとされ、ダイアフラム12より下側の空間は反応ガス流路としての水素ガス流路13とされている。
As shown in FIG. 2, the hydrogen pressure regulating valve H9 includes a
カム室10aの内部には、図示されていない回転モータにより駆動されて回転運動を行うカム14が設けられており、カム14が制御部50の制御の下で回転軸14aを中心に回転することにより隔壁11が周期的に上下動するようになっている。なお、カム14の外周面と隔壁11との間に、摩擦を低減させる部材(例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)やポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等)を設けるのが好ましい。背圧室10bの内部には、ダイアフラム12を下方(水素ガス流路13側)に押し付けるバネ15が設けられている。水素ガス流路13はその中間部に弁座16を備えており、弁座16よりも上流側に形成された上流側水素ガス流路13aには、水素供給源30から放出された水素ガスがガス流入口13cを介して供給されるようになっている。また、弁座16よりも下流側に形成された下流側水素ガス流路13bは、ガス流出口13dを介して燃料供給路74に接続されている。
Inside the
ダイアフラム12の下方には弁体17が取り付けられ、弁体17は上流水素ガス流路13a側から弁座16に対して着座離隔可能とされている。弁体17が弁座16に着座すると、上流側水素ガス流路13aと下流側水素ガス流路13bとが遮断されて水素調圧弁H9は全閉状態となる。一方、弁体17が弁座16から離隔すると、上流側水素ガス流路13aと下流側水素ガス流路13bとが連通して水素調圧弁H9は開放状態となる。また、弁体17にはダイアフラム12を介してバネ15の弾性力が作用しており、弁体17は弁座16から離隔する方向に付勢されている。
A
このように構成された水素調圧弁H9においては、水素ガス流路13内の水素ガスの圧力がダイアフラム12の下面に作用するため、この水素ガスの圧力に起因する第1の押圧力P1がダイアフラム12の下面に上向きに作用する。一方、バネ15の弾性力に起因する第2の押圧力P2がダイアフラム12の上面に下向きに作用する。ダイアフラム12は、これら第1の押圧力P1と第2の押圧力P2との差によって上下動することとなる。すなわち、第1の押圧力P1が第2の押圧力P2よりも大きいときにはダイアフラム12は上方に移動し、これに伴って弁体17が弁座16に接近する方向(閉弁方向)に移動する。一方、第1の押圧力P1が第2の押圧力P2よりも小さいときにはダイアフラム12は下方に移動し、これに伴って弁体17が弁座16から離隔する方向(開弁方向)に移動する。
In the hydrogen pressure regulating valve H9 configured in this way, the pressure of the hydrogen gas in the hydrogen
従って、水素調圧弁H9は、第1の押圧力P1と第2の押圧力P2との差に基づいて弁の開度調整を行って、燃料電池20に供給される水素ガスの圧力を所定の目標調圧値に設定することができる。また、水素調圧弁H9においては、制御部50で回転モータを駆動してカム14を回転させ、第2の押圧力P2を周期的に変動させることにより、目標調圧値を周期的に変動させることができる。回転モータ、カム14、バネ15等によって本発明における駆動手段の一実施形態が構成される。また、制御部50は、本発明における制御手段の一実施形態として機能する。
Thus, the hydrogen pressure regulating valve H9, the first pressing force P 1 and performs the opening degree adjustment valve based on a difference between the second pressure P 2, the pressure of the hydrogen gas supplied to the
続いて、本実施形態に係る燃料電池システム1の運転方法について説明する。 Subsequently, an operation method of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described.
燃料電池システム1の通常運転時においては、水素供給源30から水素ガスが燃料供給路74を介して燃料電池20の燃料極に供給されるとともに、加湿調整された空気が空気供給路71を介して燃料電池20の酸化極に供給されることにより、発電が行われる。この際、燃料電池20から引き出すべき電力(要求電力)が制御部50で演算され、その発電量に応じた量の水素ガス及び空気が燃料電池20内に供給されるようになっている。
During normal operation of the fuel cell system 1, hydrogen gas is supplied from the
このような通常運転時に、制御部50は燃料電池20内に滞留した生成水の量を検知(又は推定)する。そして、制御部50は、燃料電池20内に滞留した生成水の量が所定の閾値を超えていると判定した場合には、回転モータを所定の回転速度で回転駆動して水素調圧弁H9のカム14の回転運動を実現させることにより、水素調圧弁H9の目標調圧値を周期的に変動させて、燃料電池20に供給される水素ガスに脈動を生じさせる(脈動生成工程)。これにより、燃料電池20内に滞留した生成水を水素循環路75へと排出することができる。
During such normal operation, the
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、燃料供給路74内を流通する水素ガスの圧力を水素調圧弁H9で調整する(水素ガスの圧力を所定の目標調圧値に設定する)ことができる。そして、制御部50で水素調圧弁H9の目標調圧値を周期的に変動させることにより、燃料電池20に供給される水素ガスの圧力を変動させて脈動を生じさせ、この水素ガスの脈動により燃料電池20内の生成水を排出することができる。かかる脈動生成に際しては、水素ガスの供給を遮断する必要がないため燃料電池20での発電が妨げられることがない。また、水素ガスをパージ(排出)する必要もないため燃料の消費量を抑制することができる。
In the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, the pressure of the hydrogen gas flowing in the
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、制御部50でカム14を回転させることにより、水素調圧弁H9の目標調圧値を周期的に変動させることができる。従って、簡素で安価な機構で容易に目標調圧値を変動させて水素ガスに脈動を生じさせることができる。
Further, in the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, the target pressure regulation value of the hydrogen pressure regulation valve H9 can be periodically varied by rotating the
また、以上説明した実施形態に係る燃料電池車両は、水素ガスの供給を遮断せず燃料の消費量を抑制しながら燃料電池20内の生成水を排出することが可能な燃料電池システム1を備えているため、高い航続性能を有するものとなる。
In addition, the fuel cell vehicle according to the embodiment described above includes the fuel cell system 1 that can discharge the generated water in the
<第2実施形態>
次に、図3を用いて、本発明の第2実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。本実施形態に係る燃料電池システムは、第1実施形態に係る燃料電池システム1の水素調圧弁H9の構成及び制御部50の制御態様を変更したものであり、その他の構成については第1実施形態と実質的に同一である。このため、変更した構成を中心に説明することとし、第1実施形態と共通する構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention will be described using FIG. The fuel cell system according to the present embodiment is obtained by changing the configuration of the hydrogen pressure regulating valve H9 and the control mode of the
本実施形態における水素調圧弁H9Aは、図3に示すように、上下動自在な隔壁11とダイアフラム12とによって内部が上下に仕切られた筒体10Aを備えている。隔壁11とダイアフラム12との間の空間は背圧室10bとされ、ダイアフラム12より下側の空間は水素ガス流路13とされている。
As shown in FIG. 3, the hydrogen pressure regulating valve H <b> 9 </ b> A in the present embodiment includes a
隔壁11の上面には、直動モータ14Aにより駆動されて上下動するロッド14Bの下端が取り付けられており、直動モータ14Aが制御部の制御の下で駆動されてロッド14Bが上下動することにより隔壁11が周期的に上下動するようになっている。直動モータ14Aは、回転運動を直線運動に変換する機構(すべりねじ機構、ボールねじ機構、ベルト・プーリ機構等)を備え、内蔵された回転モータの回転運動をロッド14Bの直線運動(上下動)に変換するような構成を採用することができる。
A lower end of a
また、本実施形態における水素調圧弁H9Aは、第1実施形態における水素調圧弁H9と同様にバネ15、弁座16及び弁体17を備えている。そして、水素ガス流路13内の水素ガスの圧力に起因する第1の押圧力P1と、バネ15の弾性力に起因する第2の押圧力P2と、の差に基づいて弁の開度調整を行って、燃料電池に供給される水素ガスの圧力を所定の目標調圧値に設定する。また、水素調圧弁H9Aにおいては、制御部で直動モータ14Aを駆動して第2の押圧力P2を周期的に変動させることにより、目標調圧値を周期的に変動させることができる。直動モータ14A、ロッド14B、バネ15等によって本発明における駆動手段の一実施形態が構成される。
Further, the hydrogen pressure regulating valve H9A in the present embodiment includes a
本実施形態における制御部は、第1実施形態における制御部50と同様に、燃料電池内に滞留した生成水の量を検知(又は推定)する。また、本実施形態における制御部は、水素調圧弁H9Aの直動モータ14Aを制御してロッド14B及び隔壁11を上下動させることにより、水素調圧弁H9の目標調圧値を周期的に変動させて、燃料電池に供給される水素ガスに脈動を生じさせる。すなわち、制御部は、本発明における制御手段の一実施形態として機能する。
The control unit in the present embodiment detects (or estimates) the amount of generated water that has accumulated in the fuel cell, similarly to the
続いて、本実施形態に係る燃料電池システムの運転方法について説明する。 Subsequently, a method for operating the fuel cell system according to the present embodiment will be described.
燃料電池システムの通常運転時においては、水素供給源から水素ガスが燃料供給路を介して燃料電池の燃料極に供給されるとともに、加湿調整された空気が空気供給路を介して燃料電池の酸化極に供給されることにより、発電が行われる。この際、燃料電池から引き出すべき電力(要求電力)が制御部で演算され、その発電量に応じた量の水素ガス及び空気が燃料電池内に供給されるようになっている。 During normal operation of the fuel cell system, hydrogen gas is supplied from the hydrogen supply source to the fuel electrode of the fuel cell through the fuel supply channel, and the humidified air is oxidized through the air supply channel. Electric power is generated by being supplied to the poles. At this time, electric power (required electric power) to be drawn from the fuel cell is calculated by the control unit, and hydrogen gas and air in amounts corresponding to the amount of power generation are supplied into the fuel cell.
このような通常運転時に、制御部は燃料電池内に滞留した生成水の量を検知(又は推定)する。そして、制御部は、燃料電池内に滞留した生成水の量が所定の閾値を超えていると判定した場合には、水素調圧弁H9Aの直動モータ14Aを制御してロッド14B及び隔壁11を上下動させることにより、水素調圧弁H9Aの目標調圧値を周期的に変動させて、燃料電池に供給される水素ガスに脈動を生じさせる(脈動生成工程)。これにより、燃料電池内に滞留した生成水を水素循環路へと排出することができる。
During such normal operation, the control unit detects (or estimates) the amount of generated water that has accumulated in the fuel cell. When the control unit determines that the amount of generated water staying in the fuel cell exceeds a predetermined threshold, the control unit controls the
以上説明した実施形態に係る燃料電池システムにおいては、燃料供給路内を流通する水素ガスの圧力を水素調圧弁H9Aで調整する(水素ガスの圧力を所定の目標調圧値に設定する)ことができる。そして、制御部で水素調圧弁H9Aの目標調圧値を周期的に変動させることにより、燃料電池に供給される水素ガスの圧力を変動させて脈動を生じさせ、この水素ガスの脈動により燃料電池内の生成水を排出することができる。かかる脈動生成に際しては、水素ガスの供給を遮断する必要がないため燃料電池での発電が妨げられることがない。また、水素ガスをパージ(排出)する必要もないため燃料の消費量を抑制することができる。 In the fuel cell system according to the embodiment described above, the pressure of the hydrogen gas flowing through the fuel supply path is adjusted by the hydrogen pressure regulating valve H9A (the hydrogen gas pressure is set to a predetermined target pressure regulation value). it can. Then, the control unit periodically varies the target pressure regulation value of the hydrogen pressure regulating valve H9A, thereby varying the pressure of the hydrogen gas supplied to the fuel cell to cause pulsation, and the pulsation of the hydrogen gas causes the fuel cell to pulsate. The generated water can be discharged. When generating such pulsation, it is not necessary to cut off the supply of hydrogen gas, so that power generation in the fuel cell is not hindered. Further, since it is not necessary to purge (discharge) hydrogen gas, the amount of fuel consumption can be suppressed.
また、以上説明した実施形態に係る燃料電池車両は、水素ガスの供給を遮断せず燃料の消費量を抑制しながら燃料電池内の生成水を排出することが可能な燃料電池システムを備えているため、高い航続性能を有するものとなる。 The fuel cell vehicle according to the embodiment described above includes a fuel cell system capable of discharging generated water in the fuel cell while suppressing the amount of fuel consumption without shutting off the supply of hydrogen gas. Therefore, it has high cruising performance.
なお、以上の各実施形態においては、燃料供給路74(供給流路)に水素調圧弁H9、H9Aを設け、水素供給源30(燃料ガス供給源)から供給される水素ガス(燃料ガス)の圧力を調整した例を示したが、空気供給路71(供給流路)に空気調圧弁を設け、コンプレッサ40(酸化ガス供給源)から供給される空気(酸化ガス)の圧力を調整することもできる。かかる場合においても、制御部で空気調圧弁の目標調圧値を変動させることにより、燃料電池に供給される空気の圧力を変動させて脈動を生じさせ、この空気の脈動により燃料電池内の生成水を排出することができる。 In each of the above embodiments, the hydrogen pressure regulating valves H9 and H9A are provided in the fuel supply passage 74 (supply passage), and the hydrogen gas (fuel gas) supplied from the hydrogen supply source 30 (fuel gas supply source) is supplied. Although an example in which the pressure is adjusted is shown, an air pressure adjusting valve is provided in the air supply path 71 (supply path) to adjust the pressure of the air (oxidizing gas) supplied from the compressor 40 (oxidizing gas supply source). it can. Even in such a case, by changing the target pressure regulation value of the air pressure regulating valve in the control unit, the pressure of the air supplied to the fuel cell is fluctuated to generate pulsation, which is generated in the fuel cell. Water can be discharged.
また、以上の各実施形態においては、ダイアフラムを水素ガス流路側に押し付ける力(第2の押圧力)を発生させるために、水素調圧弁の背圧室にバネを設けた例を示したが、第2の押圧力を発生させることができるものであれば、バネ以外の部材(例えばゴム等の他の弾性体)を採用してもよい。 Further, in each of the above embodiments, an example has been shown in which a spring is provided in the back pressure chamber of the hydrogen pressure regulating valve in order to generate a force (second pressing force) for pressing the diaphragm against the hydrogen gas flow path side. As long as the second pressing force can be generated, a member other than a spring (for example, another elastic body such as rubber) may be employed.
また、以上の各実施形態においては、制御部で回転モータを駆動してカムを回転運動させることにより、又は、制御部で直動モータを制御してロッドを上下動させることにより、水素調圧弁の目標調圧値を周期的に変動させた例を示したが、目標調圧値を変動させるための構成はこれに限られるものではない。 Further, in each of the above embodiments, the hydrogen pressure regulating valve is driven by rotating the cam by driving the rotary motor by the control unit, or by moving the rod up and down by controlling the linear motor by the control unit. Although the example in which the target pressure regulation value is periodically changed is shown, the configuration for changing the target pressure regulation value is not limited to this.
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.).
1…燃料電池システム、10・10A…筺体、10b…背圧室、12…ダイアフラム、13…水素ガス流路(反応ガス流路)、14…カム(駆動手段の一部)、14A…直動モータ(駆動手段の一部)、20…燃料電池、30…水素供給源(ガス供給源)、50…制御部(制御手段)、74…燃料供給路(供給流路)、H9・H9A…水素調圧弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 10 * 10A ... Housing, 10b ... Back pressure chamber, 12 ... Diaphragm, 13 ... Hydrogen gas flow path (reaction gas flow path), 14 ... Cam (a part of drive means), 14A ... Linear motion Motor (part of drive means), 20 ... fuel cell, 30 ... hydrogen supply source (gas supply source), 50 ... control section (control means), 74 ... fuel supply path (supply flow path), H9 / H9A ... hydrogen Pressure regulating valve
Claims (5)
前記調圧弁の目標調圧値を変動させる駆動手段と、
前記目標調圧値を周期的に変動させるように前記駆動手段を制御する制御手段と、
を備える燃料電池システム。 A fuel cell, a gas supply source for supplying a reaction gas to the fuel cell, a supply channel connecting the fuel cell and the gas supply source, and a reaction gas flowing through the supply channel. A pressure regulating valve for adjusting pressure, and a fuel cell system comprising:
Drive means for varying the target pressure regulation value of the pressure regulating valve;
Control means for controlling the drive means so as to periodically vary the target pressure regulation value;
A fuel cell system comprising:
前記駆動手段は、前記背圧室側からダイアフラムに対して外力を付与することにより前記目標調圧値を変動させる請求項1に記載の燃料電池システム。 The pressure regulating valve has a housing in which a reaction gas flow path and a back pressure chamber adjacent to each other through a diaphragm are formed, and a reaction gas pressure acting on the diaphragm from the reaction gas flow path side, and the back pressure chamber The valve opening is adjusted based on the external force acting on the diaphragm from the side,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the driving unit varies the target pressure regulation value by applying an external force to the diaphragm from the back pressure chamber side.
前記制御手段は、前記モータを駆動して前記カムを回転運動させることにより前記目標調圧値を周期的に変動させる請求項1に記載の燃料電池システム。 The drive means includes a motor, and a cam that performs a rotational motion by driving the motor and applies an external force to the diaphragm from the back pressure chamber side,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control means periodically varies the target pressure regulation value by driving the motor and rotating the cam. 3.
前記調圧弁の目標調圧値を周期的に変動させることにより、前記燃料電池に供給される反応ガスに脈動を生じさせる工程を含む燃料電池システムの運転方法。
A fuel cell, a gas supply source for supplying a reaction gas to the fuel cell, a supply channel connecting the fuel cell and the gas supply source, and a reaction gas flowing through the supply channel. A method of operating a fuel cell system comprising a pressure regulating valve for adjusting pressure,
A method for operating a fuel cell system, comprising the step of causing pulsation in a reaction gas supplied to the fuel cell by periodically changing a target pressure regulation value of the pressure regulating valve.
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