JP2007242476A - Fuel cell system, its operation method and mobile object - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve stable power generation by suppressing degradation of circulation capability of an ejector in output increase of a fuel cell, in a fuel cell system having an ejector. <P>SOLUTION: This fuel cell system 1 is provided with: the fuel cell 2; a supply passage 22 for supplying a fuel gas to the fuel cell 2; a circulation passage 23 for circulating a fuel off-gas discharged from the fuel cell 2 to the supply passage 22; and the ejector 24 arranged in a merging part between the supply passage 22 and the circulation passage 23. A bypass passage 27 for making the ejector downstream position of the supply passage 22 communicate with the circulation passage 23 is formed; a buffer tank 40 is arranged in the bypass passage 27; a first valve 34 is arranged between the buffer tank 40 and the supply passage 22; and a second valve 35 is arranged between the buffer tank 40 and the circulation passage 23. By control of a valve control means 5, the first valve 34 is opened and the second valve 35 is closed immediately before output increase of the fuel cell 2. <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.

反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の供給を受けて発電を行う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目的で、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、燃料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。   In a fuel cell system including a fuel cell that generates power by receiving supply of reaction gas (fuel gas and oxidizing gas), fuel gas that has not contributed to power generation is included in the fuel off-gas discharged from the fuel cell. obtain. For this reason, for the purpose of reusing unreacted fuel gas, a technique for joining the fuel off gas to the fuel gas using an ejector has been proposed. The ejector generates a negative pressure by injecting the fuel gas supplied from the fuel supply source to the fuel cell side through the fuel supply flow path, and sucks the fuel off-gas in the circulation flow path by the negative pressure to generate the fuel. It is a device that combines gas and fuel off-gas.

また、近年においては、燃料電池の出力増大時（例えば車両加速時等）における応答性を向上させることを目的として、燃料供給流路にエジェクタを迂回するためのパイパス流路を設け、燃料電池の出力増大時にバイパス流路に設けた弁を開放することにより、大量の燃料ガスを短時間で燃料電池に供給する技術が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１５１５８８号公報 In recent years, in order to improve the response when the output of the fuel cell is increased (for example, when the vehicle is accelerating), a bypass passage for bypassing the ejector is provided in the fuel supply passage. There has been proposed a technique for supplying a large amount of fuel gas to a fuel cell in a short time by opening a valve provided in a bypass flow path when the output is increased. (For example, refer to Patent Document 1).
JP 2003-151588 A

しかし、前記特許文献１に記載されたような技術を採用すると、バイパス流路を経由して供給された燃料ガスが、燃料供給流路のエジェクタ下流位置に合流するため、エジェクタ下流側の圧力が上昇し、エジェクタのノズルから噴射される燃料ガスの流速が低下する。このようにエジェクタのノズルから噴射される燃料ガスの流速が低下すると、エジェクタの循環能力（エジェクタが循環流路内の燃料オフガスを吸引する能力）が低下して、燃料電池における発電が不安定になるおそれがある。   However, when the technique described in Patent Document 1 is adopted, the fuel gas supplied via the bypass flow path merges with the ejector downstream position of the fuel supply flow path, so the pressure on the ejector downstream side is reduced. It rises and the flow velocity of the fuel gas injected from the nozzle of the ejector decreases. When the flow rate of the fuel gas injected from the ejector nozzle decreases in this way, the ejector's circulation capacity (the ability of the ejector to suck the fuel off-gas in the circulation flow path) decreases, and power generation in the fuel cell becomes unstable. There is a risk.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、エジェクタを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池の出力増大時におけるエジェクタの循環能力の低下を抑制して、安定した発電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 equipped with an ejector, it is possible to suppress a decrease in the circulation ability of the ejector when the output of the fuel cell is increased, and to realize stable power generation. Objective.

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、酸化ガスと燃料ガスとを反応させて発電する燃料電池と、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た燃料オフガスを供給流路に循環させるための循環流路と、供給流路と循環流路との合流部に配置されたエジェクタと、を備えた燃料電池システムにおいて、エジェクタを迂回し供給流路のエジェクタ下流位置と循環流路とを連通するバイパス流路と、バイパス流路に設けられたバッファタンクと、を備えるものである。   To achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention comprises a fuel cell that generates electricity by reacting an oxidizing gas and a fuel gas, a supply channel for supplying fuel gas to the fuel cell, and a fuel cell. In a fuel cell system comprising a circulation channel for circulating discharged fuel off-gas to a supply channel and an ejector arranged at a junction of the supply channel and the circulation channel, the ejector is bypassed and supplied A bypass channel that communicates the ejector downstream position of the channel with the circulation channel, and a buffer tank provided in the bypass channel.

かかる構成によれば、バイパス流路及びバッファタンクと、供給流路のエジェクタ下流位置と、の圧力差を利用して、供給流路のエジェクタ下流位置の圧力調整を行うことができる。従って、例えば、燃料電池の出力増大時においてエジェクタのノズルから噴出される燃料ガスの流量及び流速を増加させることができ、エジェクタの循環能力の低下や燃料供給の応答遅れを抑制して、安定した発電を実現させることが可能となる。   According to this configuration, it is possible to adjust the pressure at the downstream position of the ejector in the supply flow path using the pressure difference between the bypass flow path and the buffer tank and the ejector downstream position in the supply flow path. Therefore, for example, when the output of the fuel cell is increased, the flow rate and flow velocity of the fuel gas ejected from the nozzle of the ejector can be increased, and the decrease in the circulation capability of the ejector and the delay in the response of the fuel supply can be suppressed and stabilized. Power generation can be realized.

前記燃料電池システムにおいて、バイパス流路のバッファタンクと供給流路との間に第１の弁を設けるとともに、バイパス流路のバッファタンクと循環流路との間に第２の弁を設けることが好ましい。   In the fuel cell system, a first valve may be provided between the buffer tank of the bypass flow path and the supply flow path, and a second valve may be provided between the buffer tank of the bypass flow path and the circulation flow path. preferable.

かかる構成を採用すると、状況に応じて、バイパス流路に設けられた第１及び第２の弁を制御して、バッファタンクを有効に利用することが可能となる。   When such a configuration is adopted, the buffer tank can be used effectively by controlling the first and second valves provided in the bypass flow path according to the situation.

また、前記燃料電池システムにおいて、燃料電池の出力増加直前に第１の弁を開放する一方第２の弁を閉鎖するように第１及び第２の弁を制御する弁制御手段を備えることができる。   The fuel cell system may further comprise valve control means for controlling the first and second valves so as to open the first valve and close the second valve immediately before the output of the fuel cell increases. .

かかる構成によれば、燃料電池の出力増加直前に、バイパス流路のバッファタンクと供給流路との間に設けられた第１の弁を開放し、かつ、バイパス流路のバッファタンクと循環流路との間に設けられた第２の弁を閉鎖することができる。従って、燃料電池の出力増加直前に、供給流路のエジェクタ下流位置における燃料ガスをバッファタンク内に取り込んで、エジェクタのノズルから噴出される燃料ガスの流量及び流速を増加させることができる。この結果、燃料電池の出力増大時におけるエジェクタの循環能力の低下や燃料供給の応答遅れを抑制することができ、安定した発電を実現させることが可能となる。   According to such a configuration, immediately before the output of the fuel cell is increased, the first valve provided between the buffer tank of the bypass channel and the supply channel is opened, and the buffer tank and the circulation flow of the bypass channel are opened. The second valve provided between the passages can be closed. Therefore, immediately before the output of the fuel cell is increased, the fuel gas at the downstream position of the ejector in the supply channel can be taken into the buffer tank, and the flow rate and flow velocity of the fuel gas ejected from the nozzle of the ejector can be increased. As a result, it is possible to suppress a decrease in the circulating ability of the ejector and a delay in fuel supply response when the output of the fuel cell is increased, and it is possible to realize stable power generation.

また、前記燃料電池システムにおいて、弁制御手段として、燃料電池の出力増加と同時に第１の弁を閉鎖するとともに、燃料電池の出力増加直後に第２の弁を一時的に開放するように前記第１及び第２の弁を制御するものを採用することができる。   In the fuel cell system, as the valve control means, the first valve is closed simultaneously with the increase in the output of the fuel cell, and the second valve is temporarily opened immediately after the output of the fuel cell is increased. What controls the 1st and 2nd valve is employable.

かかる構成によれば、燃料電池の出力増加と同時に第１の弁を閉鎖し、かつ、燃料電池の出力増加直後に第２の弁を一時的に開放するので、燃料電池の出力増加直前に燃料ガスを取り込んで上昇したバッファタンク内の圧力を、速やかに低下させることができる。従って、次回の出力増加時において、バッファタンクを再び有効に機能させることが可能となる。   According to such a configuration, the first valve is closed simultaneously with the increase in the output of the fuel cell, and the second valve is temporarily opened immediately after the increase in the output of the fuel cell. The pressure in the buffer tank that has risen by taking in the gas can be quickly reduced. Therefore, the buffer tank can function effectively again at the next output increase.

また、前記燃料電池システムにおいて、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を設けるともに、この排出流路にパージ弁を設けることもできる。かかる場合に、燃料電池の出力増加直前にパージ弁を開放するようにパージ弁を制御する弁制御手段を採用することができる。   Further, in the fuel cell system, a discharge flow path for branching from the circulation flow path and discharging the fuel off gas to the outside of the circulation flow path can be provided, and a purge valve can be provided in the discharge flow path. In such a case, it is possible to employ a valve control means for controlling the purge valve so that the purge valve is opened immediately before the output of the fuel cell is increased.

このようにすることにより、燃料電池の出力増加直前にパージ弁を開放することができるので、燃料電池の出力増加直前に、燃料電池内を循環する水素ガスの流量及び流速を増加させることができる。   By doing so, since the purge valve can be opened immediately before the output of the fuel cell increases, the flow rate and flow rate of the hydrogen gas circulating in the fuel cell can be increased immediately before the output of the fuel cell increases. .

また、前記燃料電池システムにおいて、供給流路内の燃料ガスの圧力を調整するレギュレータを設けることができる。かかる場合に、燃料電池の出力増加直前に供給流路内のエジェクタ上流位置における燃料ガスの圧力を上昇させるようにレギュレータを制御する弁制御手段を採用することができる。   In the fuel cell system, a regulator for adjusting the pressure of the fuel gas in the supply flow path can be provided. In such a case, it is possible to employ a valve control means for controlling the regulator so as to increase the pressure of the fuel gas at the upstream position of the ejector in the supply channel immediately before the increase in the output of the fuel cell.

このようにすることにより、燃料電池の出力増加直前に供給流路内のエジェクタ上流位置における燃料ガスの圧力を上昇させることができるので、燃料電池の出力増大時における燃料供給の応答遅れを抑制することができる。   By doing so, the pressure of the fuel gas at the upstream position of the ejector in the supply flow path can be increased immediately before the output of the fuel cell is increased, so that a delay in the response of the fuel supply when the output of the fuel cell is increased is suppressed. be able to.

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、燃料電池の出力増大時におけるエジェクタの循環能力の低下を抑制して、安定した発電を実現させることが可能な燃料電池システムを備えているため、加速性能の向上が可能となる。   By adopting such a configuration, it is possible to improve acceleration performance because it has a fuel cell system that can suppress a decrease in the circulation capacity of the ejector when the output of the fuel cell increases and can realize stable power generation. Become.

また、本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、酸化ガスと燃料ガスとを反応させて発電する燃料電池と、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た燃料オフガスを供給流路に循環させるための循環流路と、供給流路と循環流路との合流部に配置されたエジェクタと、エジェクタを迂回し供給流路のエジェクタ下流位置と循環流路とを連通するバイパス流路と、バイパス流路に設けられたバッファタンクと、バイパス流路のバッファタンクと供給流路との間に設けられた第１の弁と、バイパス流路のバッファタンクと循環流路との間に設けられた第２の弁と、を備えた燃料電池システムの運転方法であって、燃料電池の出力増加直前に第１の弁を開放する一方第２の弁を閉鎖する第１の弁制御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 that generates electricity by reacting an oxidizing gas and a fuel gas, a supply flow path for supplying the fuel gas to the fuel cell, and a fuel cell that is discharged from the fuel cell. A circulation flow path for circulating the fuel off-gas to the supply flow path, an ejector disposed at the junction of the supply flow path and the circulation flow path, an ejector downstream position of the supply flow path that bypasses the ejector and the circulation flow path A bypass channel that communicates with each other, a buffer tank provided in the bypass channel, a first valve provided between the buffer tank and the supply channel in the bypass channel, and a buffer tank in the bypass channel An operation method of a fuel cell system comprising a second valve provided between the circulation flow path and opening the first valve immediately before increasing the output of the fuel cell while closing the second valve Including a first valve control step Than is.

かかる方法によれば、燃料電池の出力増加直前に、バイパス流路のバッファタンクと供給流路との間に設けられた第１の弁を開放し、かつ、バイパス流路のバッファタンクと循環流路との間に設けられた第２の弁を閉鎖することができる。従って、燃料電池の出力増加直前に、供給流路のエジェクタ下流位置における燃料ガスをバッファタンク内に取り込んで、エジェクタのノズルから噴出される燃料ガスの流量及び流速を増加させることができる。この結果、燃料電池の出力増大時におけるエジェクタの循環能力の低下や燃料供給の応答遅れを抑制することができ、安定した発電を実現させることが可能となる。   According to this method, immediately before the output of the fuel cell is increased, the first valve provided between the buffer tank of the bypass passage and the supply passage is opened, and the circulation tank and the buffer tank of the bypass passage are opened. The second valve provided between the passages can be closed. Therefore, immediately before the output of the fuel cell is increased, the fuel gas at the downstream position of the ejector in the supply channel can be taken into the buffer tank, and the flow rate and flow velocity of the fuel gas ejected from the nozzle of the ejector can be increased. As a result, it is possible to suppress a decrease in the circulating ability of the ejector and a delay in fuel supply response when the output of the fuel cell is increased, and it is possible to realize stable power generation.

前記燃料電池システムの運転方法において、燃料電池の出力増加と同時に第１の弁を閉鎖するとともに、燃料電池の出力増加直後に第２の弁を一時的に開放する第２の弁制御工程を含むことができる。   The operation method of the fuel cell system includes a second valve control step of closing the first valve simultaneously with the increase of the output of the fuel cell and temporarily opening the second valve immediately after the increase of the output of the fuel cell. be able to.

かかる方法によれば、燃料電池の出力増加と同時に第１の弁を閉鎖し、かつ、燃料電池の出力増加直後に第２の弁を一時的に開放するので、燃料電池の出力増加直前に燃料ガスを取り込んで上昇したバッファタンク内の圧力を、速やかに低下させることができる。従って、次回の出力増加時において、バッファタンクを再び有効に機能させることが可能となる。   According to this method, the first valve is closed simultaneously with the increase in the output of the fuel cell, and the second valve is temporarily opened immediately after the increase in the output of the fuel cell. The pressure in the buffer tank that has risen by taking in the gas can be quickly reduced. Therefore, the buffer tank can function effectively again at the next output increase.

本発明によれば、エジェクタを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池の出力増大時におけるエジェクタの循環能力の低下を抑制して、安定した発電を実現させることが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the fuel cell system provided with the ejector, it becomes possible to implement | achieve the stable electric power generation by suppressing the fall of the circulation capability of the ejector at the time of the output increase of 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１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 1 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（酸化ガス及び燃料ガス）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、例えば固体高分子電解質型のものを採用することができ、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に酸化ガスとしての空気を供給する酸化ガス配管系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 when supplied with reaction gases (oxidizing gas and fuel gas). The fuel cell 2 can be, 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 includes an oxidant gas piping system 3 that supplies air as an oxidant gas to the fuel cell 2, a hydrogen gas piping system 4 that supplies hydrogen gas as a fuel gas to the fuel cell 2, and an integrated control of the entire system And a control unit 5 for performing the operation.

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（空気）を燃料電池２に供給する空気供給流路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に導く空気排出流路１３と、加湿器１１から外部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。空気供給流路１２には、大気中の酸化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。コンプレッサ１５の動作は制御部５により制御される。   The oxidizing gas piping system 3 includes an air supply channel 12 that supplies the oxidizing gas (air) humidified by the humidifier 11 to the fuel cell 2, and an air discharge that guides the oxidizing off-gas discharged from the fuel cell 2 to the humidifier 11. A flow path 13 and an exhaust flow path 14 for guiding the oxidizing off gas from the humidifier 11 to the outside are provided. The air supply channel 12 is provided with a compressor 15 that takes in the oxidizing gas in the atmosphere and pumps it to the humidifier 11. The operation of the compressor 15 is controlled by the control unit 5.

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に供給するための水素供給流路２２と、燃料電池２から排出された水素オフガスを水素供給流路２２に戻すための循環流路２３と、水素供給流路２２と循環流路２３との接続部に設けられ、循環流路２３の水素オフガスを水素供給流路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、エジェクタ２４を迂回し水素供給流路２２におけるエジェクタ２４の下流位置と循環流路２３とを連通するバイパス流路２７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 hydrogen supply passage 22 for supplying the hydrogen gas in the hydrogen tank 21 to the fuel cell 2, and the fuel cell 2. A circulation passage 23 for returning the discharged hydrogen off-gas to the hydrogen supply passage 22 and a connecting portion between the hydrogen supply passage 22 and the circulation passage 23 are provided. An ejector 24 that is refluxed to the passage 22, an introduction flow path 25 that introduces hydrogen off-gas pressure as a pilot pressure into the ejector 24, and a discharge for discharging impurities accumulated in the fuel cell 2 and the circulation flow path 23. A flow path 26 and a bypass flow path 27 that bypasses the ejector 24 and communicates the downstream position of the ejector 24 in the hydrogen supply flow path 22 and the circulation flow path 23 are provided.

水素タンク２１に代えて、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、を採用することもできる。また、水素吸蔵合金を有するタンクを採用してもよい。   Instead of the hydrogen tank 21, a reformer that generates hydrogen-rich reformed gas from a hydrocarbon-based fuel and a high-pressure gas tank that stores the reformed gas generated by the reformer in a high-pressure state are used. You can also Moreover, you may employ | adopt the tank which has a hydrogen storage alloy.

水素供給流路２２には、水素タンク２１からの水素ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁３１、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ３２、レギュレータ３２の出口近傍（エジェクタ２４の入口近傍）に配置された第１の圧力センサ４１、燃料電池２の入口近傍に配置された第２の圧力センサ４２、等が設けられている。本実施形態においては、目標調圧値を変更することができる可変調圧式のレギュレータ３２を採用している。遮断弁３１及びレギュレータ３２の動作は制御部５により制御される。例えば、制御部５は、圧力センサ４１で検出された水素ガスの圧力値が所定の目標調圧値になるようにレギュレータ３２を制御する。   In the hydrogen supply flow path 22, a shutoff valve 31 that shuts off or allows the supply of hydrogen gas from the hydrogen tank 21, a regulator 32 that adjusts the pressure of the hydrogen gas, and an outlet near the regulator 32 (near the inlet of the ejector 24). The first pressure sensor 41 and the second pressure sensor 42 disposed in the vicinity of the inlet of the fuel cell 2 are provided. In the present embodiment, a modulatable pressure regulator 32 that can change the target pressure regulation value is employed. The operations of the shut-off valve 31 and the regulator 32 are controlled by the control unit 5. For example, the control unit 5 controls the regulator 32 so that the pressure value of the hydrogen gas detected by the pressure sensor 41 becomes a predetermined target pressure regulation value.

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にはパージ弁３３が設けられている。パージ弁３３は、制御部５からの指令によって作動することにより、循環流路２３内の不純物を含む水素オフガスを外部に排出（パージ）するものである。   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. Further, a discharge passage 26 is branched in the circulation passage 23, and a purge valve 33 is provided in the discharge passage 26. The purge valve 33 is operated by a command from the control unit 5 to discharge (purge) the hydrogen off-gas containing impurities in the circulation passage 23 to the outside.

バイパス流路２７には、バッファタンク４０と、バッファタンク４０と水素供給流路２２との間に設けられたバッファ入口弁（第１の弁）３４と、バッファタンク４０と循環流路２３との間に設けられたバッファ出口弁（第２の弁）３５と、が設けられている。バッファタンク４０は、水素供給流路２２におけるエジェクタ２４の下流側の水素ガスを一時的に取り込むためのものである。バッファタンク４０に水素ガスが取り込まれると、エジェクタ２４の下流側における水素ガスの流量及び流速が増加して、エジェクタ２４の循環能力の低下が抑制される。バッファ入口弁３４及びバッファ出口弁３５は、制御部５からの指令によって作動することにより、バッファタンク４０への水素ガスの取り込みと、バッファタンク４０からの水素ガスの排出と、を実現させるものであり、各々、本発明における第１の弁及び第２の弁の一実施形態として機能する。   The bypass channel 27 includes a buffer tank 40, a buffer inlet valve (first valve) 34 provided between the buffer tank 40 and the hydrogen supply channel 22, and the buffer tank 40 and the circulation channel 23. And a buffer outlet valve (second valve) 35 provided therebetween. The buffer tank 40 is for temporarily taking in hydrogen gas downstream of the ejector 24 in the hydrogen supply flow path 22. When the hydrogen gas is taken into the buffer tank 40, the flow rate and flow velocity of the hydrogen gas on the downstream side of the ejector 24 are increased, and the reduction of the circulation capacity of the ejector 24 is suppressed. The buffer inlet valve 34 and the buffer outlet valve 35 are operated in accordance with a command from the control unit 5, thereby realizing intake of hydrogen gas into the buffer tank 40 and discharge of hydrogen gas from the buffer tank 40. Each of them functions as an embodiment of the first valve and the second valve in the present invention.

エジェクタ２４は、水素タンク２１から水素供給流路２２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は、燃料電池２に供給される。   The ejector 24 generates a negative pressure by injecting new hydrogen gas (fuel gas) supplied from the hydrogen tank 21 through the hydrogen supply flow path 22 to the fuel cell 2 side, and the fuel gas outlet of the fuel cell 2 The hydrogen off-gas (fuel off-gas) discharged to the circulation flow path 23 is sucked by this negative pressure, and new hydrogen gas and hydrogen off-gas are merged. The mixed hydrogen gas after joining is supplied to the fuel cell 2.

本実施形態におけるエジェクタ２４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機能を有している。また、エジェクタ２４のニードル開度は、制御部５によって制御される。   In the present embodiment, the ejector 24 increases the supply flow rate of the mixed hydrogen gas to the fuel cell 2 when the pressure of the hydrogen off gas in the circulation channel 23 decreases, while the pressure of the hydrogen off gas in the circulation channel 23 increases. It has an autonomous variable flow rate function that reduces the supply flow rate of the mixed hydrogen gas to the fuel cell 2 when it rises. Further, the needle opening degree of the ejector 24 is controlled by the control unit 5.

制御部５は、車両に設けられたアクセル等の操作量を検出し、加速要求値（例えば、トラクションモータ等の負荷装置からの要求発電量）等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。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 detects an operation amount of an accelerator or the like provided in the vehicle, receives control information such as an acceleration request value (for example, a required power generation amount from a load device such as a traction motor), and the like, and various devices in the system To control the operation. 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、図示されていないアクセルセンサで検出したアクセル操作量に基づいて、燃料電池２の発電電流値を算出し、算出された発電電流値を得るためにコンプレッサ１５やレギュレータ３２を制御して燃料電池２に供給される酸化ガスや水素ガスの流量や圧力を調整する。また、制御部５は、算出された発電電流値の増加率（所定時間内における増加量）が所定閾値を超えるか否か（燃料電池車両の走行状態が急加速域に入るか否か）を判定する。   Specifically, the control unit 5 calculates the generated current value of the fuel cell 2 based on an accelerator operation amount detected by an accelerator sensor (not shown), and obtains the calculated generated current value by using the compressor 15 or the like. The regulator 32 is controlled to adjust the flow rate and pressure of the oxidizing gas and hydrogen gas supplied to the fuel cell 2. Further, the control unit 5 determines whether or not the calculated increase rate of the generated current value (increase amount within a predetermined time) exceeds a predetermined threshold (whether or not the traveling state of the fuel cell vehicle enters the rapid acceleration range). judge.

そして、制御部５は、燃料電池２の発電電流値の増加率が所定閾値を超える（燃料電池車両の走行状態が急加速域に入る）ものと判定した場合において、燃料電池２に供給する水素ガス等の流量を増大させるためにレギュレータ３２等を制御する直前（燃料電池２の出力増加直前）に、バッファ入口弁３４を開放する一方バッファ出口弁３５を閉鎖するようにこれら双方の弁を制御する。これにより、燃料電池２の出力増加直前にバッファタンク４０内に水素ガスを取り込んで、エジェクタ２４の下流側における水素ガスの流量及び流速を増加させて、エジェクタ２４の循環能力の低下を抑制することができる。   Then, when the control unit 5 determines that the increase rate of the generated current value of the fuel cell 2 exceeds a predetermined threshold (the driving state of the fuel cell vehicle enters the rapid acceleration range), the hydrogen supplied to the fuel cell 2 Immediately before controlling the regulator 32 or the like to increase the flow rate of gas or the like (immediately before increasing the output of the fuel cell 2), both the valves are controlled to open the buffer inlet valve 34 and close the buffer outlet valve 35. To do. As a result, the hydrogen gas is taken into the buffer tank 40 immediately before the output of the fuel cell 2 is increased, and the flow rate and flow velocity of the hydrogen gas on the downstream side of the ejector 24 are increased, thereby suppressing the decrease in the circulation capacity of the ejector 24. Can do.

また、制御部５は、燃料電池２の出力増加直前に、パージ弁３３を一定時間開放するように制御する。これにより、燃料電池２の出力増加直前に、燃料電池２内を循環する水素ガスの流量及び流速を増加させることができる。また、制御部５は、燃料電池２の出力増加直前に、水素供給流路２２におけるエジェクタ２４の上流側の水素ガスの圧力を上昇させるようにレギュレータ３２を制御する。これにより、燃料電池２の出力増加直前における燃料供給の応答遅れを抑制することができる。   Further, the control unit 5 performs control so that the purge valve 33 is opened for a predetermined time immediately before the output of the fuel cell 2 is increased. Thereby, immediately before the output of the fuel cell 2 increases, the flow rate and flow rate of the hydrogen gas circulating in the fuel cell 2 can be increased. Further, the control unit 5 controls the regulator 32 so as to increase the pressure of the hydrogen gas upstream of the ejector 24 in the hydrogen supply flow path 22 immediately before the output of the fuel cell 2 increases. Thereby, the response delay of the fuel supply immediately before the output increase of the fuel cell 2 can be suppressed.

また、制御部５は、燃料電池２の出力増加と同時にバッファ入口弁３４を閉鎖するとともに、燃料電池２の出力増加直後にバッファ出口弁３５を一時的に開放するようにこれらバッファ入口弁３４及びバッファ出口弁３５を制御する。これにより、出力増加直前に上昇したバッファタンク４０内の圧力を速やかに低下させることができる。すなわち、制御部５は、本発明における弁制御手段の一実施形態である。   Further, the control unit 5 closes the buffer inlet valve 34 simultaneously with the increase in the output of the fuel cell 2 and immediately opens the buffer outlet valve 35 immediately after the increase in the output of the fuel cell 2. The buffer outlet valve 35 is controlled. As a result, the pressure in the buffer tank 40 that has risen immediately before the output increase can be quickly reduced. That is, the control unit 5 is an embodiment of the valve control means in the present invention.

続いて、図２のフローチャート及び図３のタイムチャートを用いて、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。   Next, an operation method of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described using the flowchart of FIG. 2 and the time chart of FIG.

図３（ａ）は、燃料電池２の発電電流値の時間履歴を示すものであり、図３（ｂ）〜（ｄ）は、各々、バッファ入口弁３４、バッファ出口弁３５及びパージ弁３３の開閉信号の時間履歴を示すものであり、図３（ｅ）は、エジェクタ２４の上流側における水素ガスの圧力の時間履歴を示すものである。また、図３（ｆ）は、水素供給流路２２内を流れて燃料電池２に供給される水素ガスの流量の時間履歴を示すものであり、図３（ｇ）は、燃料電池２から排出されて循環流路２３内を流れる水素オフガスの流量の時間履歴を示すものである。   3A shows a time history of the generated current value of the fuel cell 2. FIGS. 3B to 3D show the buffer inlet valve 34, the buffer outlet valve 35, and the purge valve 33, respectively. FIG. 3 (e) shows the time history of the pressure of the hydrogen gas on the upstream side of the ejector 24. FIG. FIG. 3 (f) shows a time history of the flow rate of the hydrogen gas flowing through the hydrogen supply flow path 22 and supplied to the fuel cell 2, and FIG. 3 (g) is discharged from the fuel cell 2. The time history of the flow rate of the hydrogen off gas flowing through the circulation channel 23 is shown.

燃料電池システム１の通常運転時においては、制御部５がコンプレッサ１５やレギュレータ３２等を駆動制御することにより、加湿器１１で加湿調整された酸化ガス（空気）が空気供給流路１２を介して燃料電池２のカソード極に供給されるとともに、水素タンク２１から水素ガスが水素供給流路２２を介して燃料電池２のアノード極に供給されて、発電が行われる。この際、燃料電池２から引き出すべき発電電流値が制御部５で算出され、その発電電流値に応じた流量及び圧力の酸化ガス及び水素ガスが燃料電池２内に供給されるようになっている。かかる通常運転時においては、燃料電池２から循環流路２３を経由したエジェクタ２４への水素オフガスの流れが実現される。また、通常運転時においてはバッファ入口弁３４及びバッファ出口弁３５が閉鎖され、バッファタンク４０内への水素ガス及び水素オフガスの流入が阻止される。   During normal operation of the fuel cell system 1, the control unit 5 drives and controls the compressor 15, the regulator 32, and the like, so that the oxidizing gas (air) that is humidified by the humidifier 11 passes through the air supply channel 12. While being supplied to the cathode electrode of the fuel cell 2, hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank 21 via the hydrogen supply channel 22 to the anode electrode of the fuel cell 2, thereby generating power. At this time, the generated current value to be drawn from the fuel cell 2 is calculated by the control unit 5, and oxidizing gas and hydrogen gas having a flow rate and pressure corresponding to the generated current value are supplied into the fuel cell 2. . During such normal operation, a flow of hydrogen off-gas from the fuel cell 2 to the ejector 24 via the circulation channel 23 is realized. Further, during normal operation, the buffer inlet valve 34 and the buffer outlet valve 35 are closed, and the flow of hydrogen gas and hydrogen off gas into the buffer tank 40 is prevented.

燃料電池システム１の制御部５は、かかる通常運転時において、発電電流値の増加率が所定閾値を超えるか否か（燃料電池車両の走行状態が急加速域に入るか否か）を判定する（急加速判定工程：Ｓ１）。そして、制御部５は、燃料電池車両の走行状態が急加速域に入るものと判定した場合において、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、燃料電池２の出力増加直前に、バッファ入口弁３４を開放する一方、バッファ出口弁３５の閉鎖状態を維持するようにこれら双方の弁を制御する（入口弁開放工程：Ｓ２）。入口弁開放工程Ｓ２は、本発明における第１の弁制御工程に相当する。   The control unit 5 of the fuel cell system 1 determines whether or not the increase rate of the generated current value exceeds a predetermined threshold value (whether or not the traveling state of the fuel cell vehicle enters the rapid acceleration range) during the normal operation. (Rapid acceleration determination step: S1). When the control unit 5 determines that the traveling state of the fuel cell vehicle falls within the rapid acceleration range, the buffer 5 immediately before the output of the fuel cell 2 increases as shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c). While opening the inlet valve 34, both of these valves are controlled so as to maintain the closed state of the buffer outlet valve 35 (inlet valve opening step: S2). The inlet valve opening step S2 corresponds to the first valve control step in the present invention.

また、制御部５は、燃料電池車両が急加速域に入るものと判定した場合において、図３（ａ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、燃料電池２の出力増加直前に、パージ弁３３を開放する（パージ弁開放工程：Ｓ３）とともに、水素供給流路２２におけるエジェクタ２４の上流側の水素ガスの圧力を上昇させる（圧力上昇工程：Ｓ４）ようにパージ弁３３及びレギュレータ３２を制御する。なお、制御部５は、図３（ａ）、（ｅ）に示すように、圧力上昇工程Ｓ４において上昇させたエジェクタ２４の上流側の圧力を、燃料電池２の発電電流値の増加に伴って漸次低減させる。   Further, when it is determined that the fuel cell vehicle enters the rapid acceleration region, the control unit 5 immediately before the increase in the output of the fuel cell 2 as shown in FIGS. In addition to opening the purge valve 33 (purge valve opening step: S3), the purge valve 33 and the regulator 32 so as to increase the pressure of the hydrogen gas upstream of the ejector 24 in the hydrogen supply passage 22 (pressure increase step: S4). To control. As shown in FIGS. 3A and 3E, the control unit 5 increases the pressure on the upstream side of the ejector 24 increased in the pressure increasing step S4 as the power generation current value of the fuel cell 2 increases. Reduce gradually.

これら入口弁開放工程Ｓ２〜圧力上昇工程Ｓ４を経た後、制御部５は、燃料電池２の発電電流値が所定の目標電流値Ａ1に到達したか否かを判定する（電流判定工程：Ｓ５）。そして、制御部５は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に示すように、燃料電池２の発電電流値が所定の目標電流値Ａ1に到達すると同時（燃料電池２の出力増加と同時）に、バッファ入口弁３４及びパージ弁３３を閉鎖するようにこれらの弁を制御する（弁閉鎖工程：Ｓ６）。かかる弁閉鎖工程Ｓ６に次いで、制御部５は、図３（ａ）、（ｃ）に示すように、燃料電池２の発電電流値が所定の目標電流値Ａ1に到達した直後（燃料電池２の出力増加直後）に、バッファ出口弁３５を一時的に開放するようにバッファ出口弁３５を制御する（出口弁開放工程：Ｓ７）。弁閉鎖工程Ｓ６及び出口弁開放工程Ｓ７は、本発明における第２の弁制御工程に相当する。 After passing through these inlet valve opening step S2~ pressure increasing step S4, the control unit 5, the generated current value of the fuel cell 2 is determined whether the host vehicle has reached the predetermined target current value A 1 (current determination step: S5 ). Then, as shown in FIGS. 3A, 3 </ b> B, and 3 </ b> D, the control unit 5 simultaneously (when the generated current value of the fuel cell 2 reaches a predetermined target current value A 1 (output of the fuel cell 2)). Simultaneously with the increase, these valves are controlled to close the buffer inlet valve 34 and the purge valve 33 (valve closing step: S6). Following such valve closing step S6, the control unit 5, FIG. 3 (a), (c), the immediately after the power generation current value of the fuel cell 2 has reached the predetermined target current value A 1 (the fuel cell 2 The buffer outlet valve 35 is controlled so that the buffer outlet valve 35 is temporarily opened (exit valve opening step: S7). The valve closing step S6 and the outlet valve opening step S7 correspond to the second valve control step in the present invention.

なお、本実施形態において、制御部５は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に示すように、入口弁開放工程Ｓ２、パージ弁開放工程Ｓ３及び圧力上昇工程Ｓ４における弁制御を、燃料電池２の発電電流値の増加開始時点よりＴ1だけ先に実施する。換言すれば、制御部５は、バッファ入口弁３４の開放時点、パージ弁３３の開放時点及びエジェクタ２４の上流圧力の上昇時点よりＴ1だけ遅れて燃料電池２の発電電流値の増加を開始させる。また、制御部５は、図３（ａ）、（ｃ）に示すように、出口弁開放工程Ｓ７におけるバッファ出口弁３５の開放を、燃料電池２の発電電流値が所定の目標電流値Ａ1に到達した時点よりＴ2だけ後に実施するとともに、その開放継続時間をＴ3に設定する。 In this embodiment, as shown in FIGS. 3A, 3B, and 3D, the control unit 5 performs the valve control in the inlet valve opening process S2, the purge valve opening process S3, and the pressure increasing process S4. This is carried out T 1 earlier than the starting point of the increase in the generated current value of the fuel cell 2. In other words, the control unit 5 starts increasing the generated current value of the fuel cell 2 with a delay of T 1 from the opening time of the buffer inlet valve 34, the opening time of the purge valve 33, and the rising time of the upstream pressure of the ejector 24. . Further, as shown in FIGS. 3A and 3C, the control unit 5 opens the buffer outlet valve 35 in the outlet valve opening step S7, and the generated current value of the fuel cell 2 is a predetermined target current value A 1. The operation is performed after T 2 from the point of time at which the opening is reached, and the opening duration is set to T 3 .

Ｔ1は、エジェクタ２４の応答遅れの時間や、燃料電池２に反応ガスを供給してから発電までに要する時間（要求負荷応答時間）に基づいて算出される時間であり、エジェクタ２４や燃料電池２の規模・仕様等を勘案して、適宜設定することができる。また、Ｔ2は、バッファタンク４０の容量や循環流路２３の長さ等を勘案して、適宜設定することができる。また、Ｔ3は、バッファタンク４０内の圧力が循環流路２３におけるエジェクタ吸引位置の圧力と同等の値まで低下するのに要する時間であり、バッファタンク４０の容量やエジェクタ２４の仕様等を勘案して適宜設定することができる。 T 1 is a time calculated based on the response delay time of the ejector 24 and the time (required load response time) required to generate power after supplying the reaction gas to the fuel cell 2. It can be set as appropriate in consideration of the scale and specifications of 2. In addition, T 2 can be appropriately set in consideration of the capacity of the buffer tank 40, the length of the circulation channel 23, and the like. T 3 is the time required for the pressure in the buffer tank 40 to drop to a value equivalent to the pressure at the ejector suction position in the circulation flow path 23, taking into account the capacity of the buffer tank 40 and the specifications of the ejector 24. And can be set as appropriate.

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、燃料電池２の出力増加直前に、バッファ入口弁３４を開放する一方、バッファ出口弁３５を閉鎖することができる。従って、燃料電池２の出力増加直前に、水素供給流路２２のエジェクタ下流位置における水素ガスをバッファタンク４０内に取り込んで、エジェクタ２４のノズルから噴出される水素ガスの流量及び流速を増加させることができる。また、燃料電池２の出力増加直前に、パージ弁３３を開放するとともに、水素供給流路２２内のエジェクタ上流位置における水素ガスの圧力を上昇させることができる。この結果、図３（ｆ）、（ｇ）に示すように、燃料電池２の出力増大時におけるエジェクタ２４の循環能力の低下や燃料供給の応答遅れを抑制することができ、安定した発電を実現させることが可能となる。   In the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, the buffer inlet valve 34 can be opened and the buffer outlet valve 35 can be closed immediately before the output of the fuel cell 2 increases. Therefore, immediately before the output of the fuel cell 2 is increased, the hydrogen gas at the downstream position of the ejector of the hydrogen supply passage 22 is taken into the buffer tank 40 to increase the flow rate and flow velocity of the hydrogen gas ejected from the nozzle of the ejector 24. Can do. Also, immediately before the output of the fuel cell 2 increases, the purge valve 33 can be opened and the pressure of the hydrogen gas at the upstream position of the ejector in the hydrogen supply flow path 22 can be increased. As a result, as shown in FIGS. 3 (f) and 3 (g), it is possible to suppress a decrease in the circulation capacity of the ejector 24 and a delay in response to the fuel supply when the output of the fuel cell 2 is increased, thereby realizing stable power generation. It becomes possible to make it.

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、燃料電池２の出力増加と同時にバッファ入口弁３４（第１の弁）を閉鎖し、かつ、燃料電池２の出力増加直後にバッファ出口弁３５（第２の弁）を一時的に開放するので、燃料電池２の出力増加直前に水素ガスを取り込んで上昇したバッファタンク４０内の圧力を、速やかに低下させることができる。従って、次回の出力増加時において、バッファタンク４０を再び有効に機能させることが可能となる。   In the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, the buffer inlet valve 34 (first valve) is closed simultaneously with the increase in the output of the fuel cell 2, and the buffer outlet is immediately after the increase in the output of the fuel cell 2. Since the valve 35 (second valve) is temporarily opened, the pressure in the buffer tank 40 that has risen by taking in hydrogen gas immediately before the increase in the output of the fuel cell 2 can be quickly reduced. Therefore, the buffer tank 40 can function effectively again at the next output increase.

また、以上説明した実施形態に係る燃料電池車両（移動体）は、燃料電池２の出力増大時におけるエジェクタ２４の循環能力の低下を抑制して、安定した発電を実現させることが可能な燃料電池システム１を備えているため、優れた加速性能を有するものとなる。   Further, the fuel cell vehicle (moving body) according to the embodiment described above can realize stable power generation by suppressing a decrease in the circulation capacity of the ejector 24 when the output of the fuel cell 2 is increased. Since the system 1 is provided, it has excellent acceleration performance.

なお、以上の実施形態においては、燃料電池２の出力増加直前に、バッファ入口弁３４の開放及びバッファ出口弁３５の閉鎖を行うとともに、パージ弁３３の開放及びエジェクタ上流圧の上昇を実現させた例を示したが、必ずしもこれら全ての弁を制御する必要はない。すなわち、バッファ入口弁３３及びバッファ出口弁３５の制御を行うだけで燃料電池２の出力増大時におけるエジェクタ２４の循環能力の低下や燃料供給の応答遅れを抑制して安定した発電を実現させることができる場合には、燃料電池２の出力増加直前におけるパージ弁制御やエジェクタ上流圧調整を省くことが可能となる。   In the above embodiment, the buffer inlet valve 34 and the buffer outlet valve 35 are opened immediately before the output of the fuel cell 2 is increased, and the purge valve 33 is opened and the ejector upstream pressure is increased. Although an example is shown, it is not necessary to control all these valves. That is, by simply controlling the buffer inlet valve 33 and the buffer outlet valve 35, stable power generation can be realized by suppressing a decrease in the circulation capacity of the ejector 24 and a delay in fuel supply response when the output of the fuel cell 2 is increased. If possible, it is possible to omit the purge valve control and the ejector upstream pressure adjustment just before the output of the fuel cell 2 is increased.

また、以上の実施形態においては、燃料電池２の出力増加直前にバッファ入口弁３４やパージ弁３３の開放を実現させた例を示したが、この際、バッファ入口弁３４やパージ弁３３を全開とする必要はなく、燃料電池２の出力増大時におけるエジェクタ２４の循環能力の低下を抑制することができる程度にバッファ入口弁３４やパージ弁３３の開度を増大させればよい。   In the above embodiment, an example in which the buffer inlet valve 34 and the purge valve 33 are opened just before the output of the fuel cell 2 is increased is shown. At this time, the buffer inlet valve 34 and the purge valve 33 are fully opened. It is not necessary to increase the opening of the buffer inlet valve 34 or the purge valve 33 to such an extent that a decrease in the circulation capacity of the ejector 24 when the output of the fuel cell 2 is increased can be suppressed.

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運転方法を説明するためのフローチャートである。2 is a flowchart for explaining an operation method of the fuel cell system shown in FIG. 1. 図１に示した燃料電池システムの運転方法を説明するためのタイムチャートであり、（ａ）は燃料電池の発電電流値の時間履歴を示すもの、（ｂ）〜（ｄ）は各々バッファ入口弁、バッファ出口弁及びパージ弁の開閉信号の時間履歴を示すもの、（ｅ）はエジェクタの上流側における水素ガスの圧力の時間履歴を示すもの、（ｆ）は水素供給流路内を流れて燃料電池に供給される水素ガスの流量の時間履歴を示すもの、（ｇ）は燃料電池から排出されて循環流路内を流れる水素オフガスの流量の時間履歴を示すもの、である。FIG. 2 is a time chart for explaining an operation method of the fuel cell system shown in FIG. 1, wherein (a) shows a time history of a power generation current value of the fuel cell, and (b) to (d) are buffer inlet valves, respectively. Shows the time history of the opening / closing signals of the buffer outlet valve and the purge valve, (e) shows the time history of the pressure of the hydrogen gas upstream of the ejector, and (f) shows the fuel flowing through the hydrogen supply flow path. (G) shows the time history of the flow rate of hydrogen off-gas supplied to the battery, and (g) shows the time history of the flow rate of hydrogen off-gas discharged from the fuel cell and flowing in the circulation channel.

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（弁制御手段）、２２…水素供給流路、２３…循環流路、２４…エジェクタ、２６…排出流路、２７…バイパス流路、３２…レギュレータ、３３…パージ弁、３４…バッファ入口弁（第１の弁）、３５…バッファ出口弁（第２の弁）、４０…バッファタンク。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 2 ... Fuel cell, 5 ... Control part (valve control means), 22 ... Hydrogen supply flow path, 23 ... Circulation flow path, 24 ... Ejector, 26 ... Discharge flow path, 27 ... Bypass flow path, 32 ... Regulator, 33 ... Purge valve, 34 ... Buffer inlet valve (first valve), 35 ... Buffer outlet valve (second valve), 40 ... Buffer tank.

Claims (9)

酸化ガスと燃料ガスとを反応させて発電する燃料電池と、前記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た燃料オフガスを前記供給流路に循環させるための循環流路と、前記供給流路と前記循環流路との合流部に配置されたエジェクタと、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記エジェクタを迂回し前記供給流路のエジェクタ下流位置と前記循環流路とを連通するバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられたバッファタンクと、
を備える燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity by reacting an oxidizing gas and a fuel gas, a supply channel for supplying fuel gas to the fuel cell, and a fuel off-gas discharged from the fuel cell for circulating the fuel gas in the supply channel A fuel cell system comprising: a circulation flow path; and an ejector disposed at a junction of the supply flow path and the circulation flow path.
A bypass flow path that bypasses the ejector and communicates the circulating flow path with an ejector downstream position of the supply flow path;
A buffer tank provided in the bypass flow path;
A fuel cell system comprising: 前記バイパス流路の前記バッファタンクと前記供給流路との間に設けられた第１の弁と、
前記バイパス流路の前記バッファタンクと前記循環流路との間に設けられた第２の弁と、
を備える請求項１に記載の燃料電池システム。 A first valve provided between the buffer tank of the bypass flow path and the supply flow path;
A second valve provided between the buffer tank of the bypass flow path and the circulation flow path;
A fuel cell system according to claim 1. 前記燃料電池の出力増加直前に前記第１の弁を開放する一方前記第２の弁を閉鎖するように前記第１及び第２の弁を制御する弁制御手段を備える請求項２に記載の燃料電池システム。   3. The fuel according to claim 2, further comprising valve control means for controlling the first and second valves so as to open the first valve and close the second valve immediately before the output of the fuel cell increases. Battery system. 前記弁制御手段は、前記燃料電池の出力増加と同時に前記第１の弁を閉鎖するとともに、前記燃料電池の出力増加直後に第２の弁を一時的に開放するように前記第１及び第２の弁を制御する請求項３に記載の燃料電池システム。   The valve control means closes the first valve simultaneously with the increase in the output of the fuel cell, and temporarily opens the second valve immediately after the increase in the output of the fuel cell. The fuel cell system according to claim 3, wherein the valve is controlled. 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、前記排出流路に設けられたパージ弁と、を備え、
前記弁制御手段は、前記燃料電池の出力増加直前に前記パージ弁を開放するように前記パージ弁を制御する請求項３又は４に記載の燃料電池システム。 A discharge flow path for branching from the circulation flow path to discharge fuel off gas to the outside of the circulation flow path, and a purge valve provided in the discharge flow path,
5. The fuel cell system according to claim 3, wherein the valve control unit controls the purge valve so that the purge valve is opened immediately before the output of the fuel cell is increased. 前記供給流路内の燃料ガスの圧力を調整するレギュレータを備え、
前記弁制御手段は、前記燃料電池の出力増加直前に前記供給流路内のエジェクタ上流位置における燃料ガスの圧力を上昇させるように前記レギュレータを制御する請求項３から５の何れか一項に記載の燃料電池システム。 A regulator for adjusting the pressure of the fuel gas in the supply flow path;
The said valve control means controls the said regulator so that the pressure of the fuel gas in the ejector upstream position in the said supply flow path may be raised just before the output of the said fuel cell increases. Fuel cell system. 請求項１から６の何れか一項に記載の燃料電池システムを備えた移動体。   A moving body comprising the fuel cell system according to any one of claims 1 to 6. 酸化ガスと燃料ガスとを反応させて発電する燃料電池と、前記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た燃料オフガスを前記供給流路に循環させるための循環流路と、前記供給流路と前記循環流路との合流部に配置されたエジェクタと、前記エジェクタを迂回し前記供給流路のエジェクタ下流位置と前記循環流路とを連通するバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられたバッファタンクと、前記バイパス流路の前記バッファタンクと前記供給流路との間に設けられた第１の弁と、前記バイパス流路の前記バッファタンクと前記循環流路との間に設けられた第２の弁と、を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池の出力増加直前に第１の弁を開放する一方第２の弁を閉鎖する第１の弁制御工程を含む燃料電池システムの運転方法。 A fuel cell that generates electricity by reacting an oxidizing gas and a fuel gas, a supply channel for supplying fuel gas to the fuel cell, and a fuel off-gas discharged from the fuel cell for circulating the fuel gas in the supply channel A circulation flow path, an ejector disposed at a junction of the supply flow path and the circulation flow path, and a bypass flow that bypasses the ejector and communicates the downstream position of the ejector of the supply flow path with the circulation flow path A buffer tank provided in the bypass passage, a first valve provided between the buffer tank and the supply passage in the bypass passage, and the buffer tank in the bypass passage. A second valve provided between the circulation channel and a fuel cell system operating method comprising:
A method for operating a fuel cell system, comprising: a first valve control step of opening a first valve and closing a second valve immediately before increasing the output of the fuel cell. 前記燃料電池の出力増加と同時に前記第１の弁を閉鎖するとともに、前記燃料電池の出力増加直後に前記第２の弁を一時的に開放する第２の弁制御工程を含む請求項８に記載の燃料電池システムの運転方法。

9. The method according to claim 8, further comprising a second valve control step of closing the first valve simultaneously with the increase in the output of the fuel cell and temporarily opening the second valve immediately after the increase in the output of the fuel cell. Method of operating the fuel cell system.

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