JP2009004169A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。詳しくは、エアを冷却する冷却器をバイパスする機能を備える燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system. Specifically, the present invention relates to a fuel cell system having a function of bypassing a cooler that cools air.
近年、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、反応ガスを化学反応させて発電する燃料電池と、反応ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、この反応ガス供給装置を制御する制御装置と、を備える。 In recent years, fuel cell systems have attracted attention as a new power source for automobiles. The fuel cell system includes, for example, a fuel cell that generates power by chemically reacting a reaction gas, a reaction gas supply device that supplies the reaction gas to the fuel cell via a reaction gas flow path, and a control that controls the reaction gas supply device. An apparatus.
燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体(MEA)を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極(陽極)およびカソード電極(陰極)の2つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。 The fuel cell has, for example, a stack structure in which several tens to several hundreds of cells are stacked. Here, each cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure includes two electrodes, an anode electrode (anode) and a cathode electrode (cathode), and these electrodes. And a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the two.
この燃料電池のアノード電極に反応ガスとしての水素ガスを供給し、カソード電極に反応ガスとしての酸素を含む空気を供給すると、電気化学反応により発電する。この発電時に生成されるのは、基本的に無害な水だけであるため、環境への影響や利用効率の観点から、燃料電池が注目されている。 When hydrogen gas as a reaction gas is supplied to the anode electrode of the fuel cell and air containing oxygen as a reaction gas is supplied to the cathode electrode, power is generated by an electrochemical reaction. Since only harmless water is generated at the time of power generation, fuel cells are attracting attention from the viewpoint of environmental impact and utilization efficiency.
ここで、カソード電極に供給される空気は、従来より、大気中の空気から取り込んだものが用いられる。具体的には、燃料電池システムに圧縮機を設け、この圧縮機で大気中の空気を圧送することにより、発電に必要な量の空気をカソード電極に供給する。しかしながら、圧縮されてその温度が上昇した空気を燃料電池に供給し続けると、上述の電解質膜が劣化してしまうため、空気が流れる通路上には、圧縮された空気を冷却する冷却器が設けられる。 Here, the air supplied to the cathode electrode is conventionally taken from air in the atmosphere. Specifically, a compressor is provided in the fuel cell system, and air in the atmosphere is pumped by the compressor to supply an amount of air necessary for power generation to the cathode electrode. However, if the compressed air whose temperature has been raised continues to be supplied to the fuel cell, the above-described electrolyte membrane will deteriorate, so a cooler for cooling the compressed air is provided on the passage through which the air flows. It is done.
ところで、燃料電池システムを低温始動する場合には、安定した発電が可能となるまで、燃料電池を暖気する必要がある。そこで、特許文献1には、冷却器を迂回して空気を供給するバイパス機構を備える燃料電池システムが示されている。このバイパス機構は、主流路に設けられた冷却器を迂回するバイパス通路と、冷却器の出口側に設けられたバイパスバルブと、を含んで構成される。また、このバイパス機構では、バイパス通路の内圧と背圧との差分で開閉するチェックバルブをバイパス通路が設けられるとともに、主流路のうち冷却器の下流側の圧力をチェックバルブの背圧として導入する信号圧通路が設けられる。 By the way, when the fuel cell system is started at a low temperature, it is necessary to warm the fuel cell until stable power generation is possible. In view of this, Patent Document 1 discloses a fuel cell system including a bypass mechanism that bypasses a cooler and supplies air. This bypass mechanism includes a bypass passage that bypasses the cooler provided in the main flow path, and a bypass valve provided on the outlet side of the cooler. Further, in this bypass mechanism, a bypass valve is provided as a check valve that opens and closes by the difference between the internal pressure of the bypass passage and the back pressure, and the pressure downstream of the cooler in the main flow path is introduced as the back pressure of the check valve. A signal pressure passage is provided.
このバイパス機構によれば、バイパス弁を開いた状態で空気を供給することにより、供給された空気は冷却器を通って燃料電池に供給される。この際、信号圧通路内の圧力はバイパス通路の上流側の圧力と略等しくなるので、チェックバルブは閉じたままの状態となり、圧縮された空気は主流路のみを流通することとなる。
また、バイパス弁を閉じた状態で空気を供給すると、バイパス通路における圧損により信号圧通路内の圧力がバイパス通路の上流側の圧力よりも低くなるので、チェックバルブは開いた状態となり、圧縮された空気はバイパス通路のみを流通することとなる。
According to this bypass mechanism, by supplying air with the bypass valve opened, the supplied air is supplied to the fuel cell through the cooler. At this time, since the pressure in the signal pressure passage is substantially equal to the pressure on the upstream side of the bypass passage, the check valve remains closed, and the compressed air flows only through the main passage.
Also, if air is supplied with the bypass valve closed, the pressure in the signal pressure passage is lower than the pressure upstream of the bypass passage due to pressure loss in the bypass passage, so the check valve is open and compressed. Air will circulate only in the bypass passage.
ここで、例えば、燃料電池システムを低温始動する際には、バイパス弁を閉じた状態で空気を供給することで、圧縮された空気を、バイパス通路を流通させて燃料電池に供給することにより、燃料電池の暖気を促進することができる。
しかしながら、燃料電池の始動直後など、圧縮機から供給される空気の流量が少ない場合には、バイパス通路における圧損が小さくなるため、バイパス通路内の圧力と信号圧通路内の圧力との間で差分が生じにくくなり、チェックバルブが開かなくなってしまう場合がある。 However, when the flow rate of air supplied from the compressor is small, such as immediately after the start of the fuel cell, the pressure loss in the bypass passage is small, so there is a difference between the pressure in the bypass passage and the pressure in the signal pressure passage. May not occur and the check valve may not open.
このような場合、空気の流量を多くすることで、バイパス通路内の圧力と信号圧通路内の圧力との差分を大きくすることにより、チェックバルブを開くことができるものの、必要以上の空気を供給するために圧縮機の消費電力が多くなってしまうおそれがある。このため、このような燃料電池システムを自動車に搭載した場合、自動車の燃費が低減するおそれがある。 In such a case, the check valve can be opened by increasing the difference between the pressure in the bypass passage and the pressure in the signal pressure passage by increasing the air flow rate, but supply more air than necessary. Therefore, the power consumption of the compressor may increase. For this reason, when such a fuel cell system is mounted in an automobile, the fuel consumption of the automobile may be reduced.
本発明は、冷却器を迂回するバイパス通路を備える燃料電池システムであって、バイパス通路における圧損が小さい場合であっても空気の流路を切り換えることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a fuel cell system that includes a bypass passage that bypasses a cooler, and that can switch the air flow path even when the pressure loss in the bypass passage is small. To do.
本発明の燃料電池システムは、反応ガスにより発電を行う燃料電池(例えば、後述の燃料電池10)と、反応ガスを前記燃料電池に導入する主流路(例えば、後述のエア供給管23)と、反応ガスを、前記主流路を介して前記燃料電池に供給する反応ガス供給機(例えば、後述の圧縮機21)と、前記主流路に設けられ、当該主流路を流れる反応ガスの状態を変化させる状態変化装置(例えば、後述の冷却器22)と、前記主流路のうち前記状態変化装置の上流側と下流側とを連通するバイパス流路(例えば、後述のバイパス管31)と、前記主流路に設けられ、前記状態変化装置を流れる反応ガス量を調整するバイパス調整弁(例えば、後述のバイパス弁32)と、前記バイパス流路に開閉可能に設けられ、当該バイパス流路の内圧と背圧との差分が所定値以上になると開くチェックバルブ(例えば、後述のチェックバルブ33)と、前記主流路の前記状態変化装置よりも下流側の内圧を、前記チェックバルブの背圧として導入する第1の連結流路(例えば、後述の背圧導入管34)と、前記第1の連結流路と外部とを連通する第2の連結流路(例えば、後述の大気開放管35)と、当該第2の連結流路に設けられて、当該第2の連結流路を開閉するリリーフ弁(例えば、後述のリリーフ弁351)と、を備えることを特徴とする。
The fuel cell system of the present invention includes a fuel cell (for example, a
この発明によれば、チェックバルブには、反応ガス供給機から供給されたガスの圧力が作動圧として導入され、さらに、主流路の状態変化装置よりも下流側の圧力が第1の連結流路を通って背圧として導入される。
ここで、第2の連結流路およびリリーフ弁を設けたので、リリーフ弁を閉じた状態では、チェックバルブに対して、主流路の状態変化装置よりも下流側の圧力が背圧として導入される。この状態から、リリーフ弁を開くことにより、第1の連結流路を大気に開放して、チェックバルブに大気圧を背圧として導入できる。つまり、リリーフ弁を開くことにより、チェックバルブに導入される背圧を補助して、作動圧と背圧との差分を大きくできる。その結果、わずかな作動圧でチェックバルブを開くことができる。
According to the present invention, the pressure of the gas supplied from the reaction gas supplier is introduced into the check valve as the operating pressure, and the pressure downstream of the main channel state change device is the first connection channel. Introduced as back pressure through.
Here, since the second connecting flow path and the relief valve are provided, when the relief valve is closed, the pressure on the downstream side of the state change device of the main flow path is introduced as a back pressure to the check valve. . From this state, by opening the relief valve, the first connection channel can be opened to the atmosphere, and atmospheric pressure can be introduced into the check valve as a back pressure. That is, by opening the relief valve, the back pressure introduced into the check valve is assisted, and the difference between the operating pressure and the back pressure can be increased. As a result, the check valve can be opened with a slight operating pressure.
このように、リリーフ弁を開くことでチェックバルブに導入される背圧を補助できるので、チェックバルブを小型化できる。
また、わずかな作動圧でもチェックバルブを開くことができるため、反応ガスの供給量が少なくても、反応ガスをバイパスさせることができるうえに、チェックバルブにおける圧損を小さくして、反応ガス供給機の消費電力を低減できる。
As described above, since the back pressure introduced into the check valve can be assisted by opening the relief valve, the check valve can be reduced in size.
In addition, since the check valve can be opened even with a slight operating pressure, the reaction gas can be bypassed even when the amount of reaction gas supplied is small, and the pressure loss in the check valve can be reduced to reduce the reaction gas supply machine. Power consumption can be reduced.
この場合、前記第1の連結流路にはオリフィス(例えば、後述のオリフィス341)が設けられることが好ましい。
In this case, it is preferable that an orifice (for example, an
この発明によれば、第1の連結流路にオリフィスを設けることにより、チェックバルブに背圧として導入される圧力を低減でき、チェックバルブを開いた状態で保持しやすくできる。また、リリーフ弁を開いた場合に、主流路から第1の連結流路および第2の連結流路を介して大気に排出される反応ガスの量を低減することができる。 According to the present invention, by providing the orifice in the first connection channel, the pressure introduced as the back pressure into the check valve can be reduced, and the check valve can be easily held in the open state. Further, when the relief valve is opened, the amount of reaction gas discharged from the main flow path to the atmosphere via the first connection flow path and the second connection flow path can be reduced.
本発明の燃料電池システムによれば、リリーフ弁を開くことにより、チェックバルブに導入される背圧を補助して、作動圧と背圧との差分を大きくできる。その結果、わずかな作動圧でチェックバルブを開くことができる。また、リリーフ弁を開くことでチェックバルブに導入される背圧を補助できるので、チェックバルブを小型化できる。また、わずかな作動圧でもチェックバルブを開くことができるため、反応ガスの供給量が少なくても、反応ガスをバイパスさせることができるうえに、チェックバルブにおける圧損を小さくして、反応ガス供給機の消費電力を低減できる。 According to the fuel cell system of the present invention, by opening the relief valve, the back pressure introduced into the check valve can be assisted to increase the difference between the operating pressure and the back pressure. As a result, the check valve can be opened with a slight operating pressure. Moreover, since the back pressure introduced into the check valve can be assisted by opening the relief valve, the check valve can be reduced in size. In addition, since the check valve can be opened even with a slight operating pressure, the reaction gas can be bypassed even when the amount of reaction gas supplied is small, and the pressure loss in the check valve can be reduced to reduce the reaction gas supply machine. Power consumption can be reduced.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係る燃料電池システム1の構成を示すブロック図である。
燃料電池システム1は、燃料電池10と、この燃料電池10に反応ガスとしての水素ガスおよびエア(空気)を供給する供給装置20と、これら燃料電池10および供給装置20を制御する制御装置40とを有する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 1 according to the present embodiment.
The fuel cell system 1 includes a
燃料電池10は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各セルは、膜電極構造体(MEA)を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極(陽極)およびカソード電極(陰極)の2つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。このような燃料電池10は、アノード電極(陽極)側に水素ガスが供給され、カソード電極(陰極)側に酸素を含むエアが供給されると、これらの電気化学反応により発電する。
The
燃料電池10は、この燃料電池10の出力を制限する電流制限器(VCU)12を介して、モータ13や高圧バッテリ(図示せず)に接続されている。燃料電池10で発電された電力は、モータ13および高圧バッテリに供給される。電流制限器12は、制御装置40から出力される電流制限値に基づいて、この電流制限値の範囲内で燃料電池10から取り出される電流を制限しながら、燃料電池10の電力をモータ13や高圧バッテリに供給する。
The
供給装置20は、燃料電池10のカソード電極側にエアを供給する反応ガス供給機としての圧縮機21と、アノード電極側に水素ガスを供給するエゼクタ28と、を含んで構成される。
The
エゼクタ28は、燃料電池10のアノード電極側をその経路に含む水素循環路25上に設けられ、図示しない水素タンクから供給された水素ガスを、この水素循環路25上で循環させる。また、この水素循環路25には、この水素循環路25内のガスを外部に排出する水素排出路26が分岐して形成されている。この水素排出路26の先端側には、パージ弁261が設けられている。
The
圧縮機21は、主流路としてのエア供給管23を介して、燃料電池10のカソード電極側に接続されている。この圧縮機21は、大気に開放されたエア導入管27から導入されたエアを圧縮し、この圧縮したエアを、エア供給管23を介して燃料電池10に供給する。この圧縮機21は、制御装置40からの指令信号に応じて動作し、設定された圧縮比でエアを圧縮してエア供給管23にエアを供給する。
The
燃料電池10のカソード電極側には、エア供給管23から導入されたエアを排出するエア排出管24が接続され、このエア排出管24の先端側には、背圧弁241が設けられる。
An
また、エア供給管23には、圧縮機21から燃料電池10へ向かって順に、このエア供給管23を流れるエアの状態を変化させる状態変化装置としての冷却器22、および、このエア供給管23を流れるエアを加湿する加湿器29が設けられている。
The
冷却器22は、熱交換器であり、圧縮機21から供給されるエアを熱交換により冷却する。圧縮機21で圧縮されたエアは、圧縮前の状態に比べて高温になるため、この高温のエアをそのまま加湿器29や燃料電池10などのデバイスに導入すると、これらデバイスが破損するおそれがある。特に、これらデバイスのうち、加湿器29に設けられた後述の中空糸膜は、その耐熱温度すなわち使用許可温度が最も低くなっている。そこで、エア供給管23に冷却器22を設けることにより、高温に圧縮されたエアを冷却して、加湿器29や燃料電池10を保護する。
The cooler 22 is a heat exchanger, and cools the air supplied from the
加湿器29は、いわゆる中空糸膜を用いた加湿装置である。具体的にはこの加湿器29は、水透過性の中空糸膜の束と、この中空糸膜束を収納するハウジングとを備える。加湿器29導入されたエアは、ハウジング内部で中空糸膜束と水分交換して加湿される。燃料電池10には、この加湿器29により加湿されたエアが供給される。燃料電池10における化学反応は上述のようにMEA膜で行われるが、このMEA膜の湿度がある程度確保できないと、イオンの交換が行われないため、この加湿器29でエアを加湿することにより、MEAの湿度をある程度確保する。
The
ところで、この燃料電池システム1を始動する際、燃料電池10が低温の状態にある場合は、この燃料電池10を発電に適した温度まで暖機する必要がある。このため、燃料電池システム1を低温始動する際には、この暖機を促進するために、圧縮機21で圧縮されたエアを冷却器22で冷却せずに、そのまま加湿器29および燃料電池10に導入することが好ましい場合がある。そこで、エア供給管23には、冷却器22をバイパスするバイパス機構30が設けられる。
By the way, when the fuel cell system 1 is started, if the
図2は、バイパス機構30の構成を示すブロック図であり、冷却器22を介してエアを供給する状態を示す図である。図3は、バイパス機構30の構成を示すブロック図であり、冷却器22をバイパスしてエアを供給する状態を示す図である。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
バイパス機構30は、バイパス流路としてのバイパス管31と、バイパス調整弁としてのバイパス弁32と、チェックバルブ33と、第1の連結流路としての背圧導入管34と、第2の連結流路としての大気開放管35と、を備える。
The
バイパス管31は、エア供給管23に接続され、冷却器22の上流側と下流側とを連通する。また、このバイパス管31の流路は、エア供給管23の流路よりも狭くなっている。
バイパス弁32は、エア供給管23のうち、冷却器22の下流側で、かつ、バイパス管31とエア供給管23との合流地点よりも上流側に設けられ、冷却器22を流れるエア量を調整する。
The
The
チェックバルブ33は、バイパス管31に設けられ、このバイパス管31を開閉する。背圧導入管34は、バイパス管31のうちチェックバルブ33よりも下流側と、チェックバルブ33の後述の第2円筒部335側と、を接続する。これにより、背圧導入管34は、エア供給管23の冷却器22よりも下流側の内圧をチェックバルブ33に背圧として導入する。また、背圧導入管34には、背圧導入管34の流路を絞るオリフィス341が設けられている。このようなオリフィス341を設けることにより、チェックバルブ33に背圧として作用する圧力を低減させることができる。
The
チェックバルブ33は、バイパス管31の内圧P1を作動圧として開閉する。より具体的には、チェックバルブ33は、バイパス管31の内圧P1と、背圧導入管34で導入された背圧P2との差分が所定値未満では閉じており、所定値以上になると開く。具体的には、チェックバルブ33は、円筒状のバルブ本体331と、このバルブ本体331の内部に進退可能に設けられたピストン332と、このピストンを付勢するばね機構333と、を備える。
Check
バルブ本体331は、円筒状の第1円筒部334と、この第1円筒部334に接続された第2円筒部335と、を有する。この第1円筒部334と第2円筒部335との間には、ダイヤフラム336が設けられている。
ピストン332は、第2円筒部の内部に設けられ、第2円筒部の内部を仕切るダイヤフラム336と、このダイヤフラム336に設けられたロッド337と、を備える。
ばね機構333は、バルブ本体331を閉じる方向へピストン332を付勢する。
The valve
The
The
エア供給管23は、バルブ本体331の第1円筒部334側の開口に接続され、背圧導入管34は、バルブ本体331の第2円筒部335側の開口に接続され、バイパス管31は、第1円筒部334のダイヤフラム336近傍に接続される。これにより、第1円筒部334の内部は、バイパス管31の内圧P1となり、第2円筒部335の内部は、背圧導入管34で導入された背圧P2となっている。
The
このチェックバルブ33の動作は、以下のようになる。
すなわち、このチェックバルブ33では、P1とP2の差分が所定値未満の場合、ばね機構333により、バルブ本体331を閉じる方向へピストン332が付勢されることで、ダイヤフラム336により第1円筒部334が閉塞される。これにより、バイパス管31は閉じた状態となる。
一方、P1とP2の差分が所定値以上になると、この差圧により、ばね機構333の付勢力に抵抗して、ピストン332が後退し、バルブ本体331を開く。これにより、バイパス管31は開いた状態となる。
The operation of the
That is, in the
On the other hand, if the difference between P 1 and P 2 becomes equal to or higher than a predetermined value, this pressure difference, to resist the biasing force of the
大気開放管35は、背圧導入管34と大気圧に開放された外部とを連通する。リリーフ弁351は、大気開放管35に設けられ、この大気開放管35を開閉する。すなわち、このリリーフ弁351を開き、背圧導入管34を外部と連通することで、チェックバルブ33の背圧P2を大気圧近傍に下げて、P1とP2の差分を大きくし、チェックバルブ33の動作を補助することができる。
The
次に、以上のように構成されたバイパス機構30の動作について説明する。
図2に示すように、圧縮機21で圧縮されたエアを、冷却器22に流通させる場合には、バイパス弁32を開くとともにリリーフ弁351を閉じる。
すると、圧縮機21で圧縮されたエアは、エア供給管23を流通する。この状態では、バイパス管31の内圧P1と背圧導入管34で導入された背圧P2は、略等しくなり、チェックバルブ33は閉じた状態で保持される。したがって、バイパス管31は閉じた状態となり、エアは冷却器22のみを流通することになる。
燃料電池システム1を通常運転する際には、上述のようにバイパス弁32を開きかつリリーフ弁351を閉じた状態にして、冷却器22を経由してエアを供給することにより、加湿器29および燃料電池10を耐熱温度以下の状態にして運転を継続させることができる。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 2, when the air compressed by the
Then, the air compressed by the
When the fuel cell system 1 is normally operated, the
図3に示すように、圧縮機21で圧縮されたエアを、バイパス管31に流通させる場合には、バイパス弁32を閉じるとともにリリーフ弁351を開く。
すると、背圧導入管34で導入された背圧P2は、大気圧に近い圧力となる。これに対し、内圧P1は、圧縮機21で圧縮されたエアの圧力であるため、大気圧よりも高くなっている。よって、これらP1およびP2に大きな差分が生じ、チェックバルブ33は、開いた状態で保持されることとなる。したがって、バイパス管31は開いた状態で保持され、エアはバイパス管31を流通する。
燃料電池システム1を低温始動する際には、上述のようにバイパス弁32を閉じかつリリーフ弁351を開いた状態にして、冷却器22を迂回してエアを供給することにより、燃料電池10の暖機を促進できる。
As shown in FIG. 3, when the air compressed by the
Then, the back pressure P 2 that is introduced by back-
When the fuel cell system 1 is started at a low temperature, the
ところで、燃料電池システム1を始動させた直後、燃料電池10の暖機を行っている間などは、エアの流量が特に少なくなっているため、バイパス管31における圧損が小さくP1とP2との差分も小さくなり、チェックバルブ33が開きにくくなる場合がある。そこで、上述のように、バイパス弁32を閉じるとともに、リリーフ弁351を開き、このP1とP2との差分を大きくすることで、チェックバルブ33を確実に動作させることができる。また、エアの流量が多い場合であっても、リリーフ弁351を開き、P1とP2との差分を大きくすることで、チェックバルブ33における圧損を低減できる。これにより圧縮機21の消費電力を低減できる。
By the way, immediately after the fuel cell system 1 is started, while the
図1に戻って、制御装置40には、この制御装置40から出力される制御信号に基づいて駆動するデバイスとして、上述のVCU12、圧縮機21、背圧弁241、パージ弁261、バイパス弁32などが接続されている。
Returning to FIG. 1, the
制御装置40には、図示しないイグニッションスイッチが接続される。このイグニッションスイッチは、燃料電池車の運転席に設けられており、運転者の操作に従って、オン/オフ信号を制御装置40に送信する。制御装置40は、イグニッションスイッチのオン/オフに従って、燃料電池10の発電を行う。
The
ここで、イグニッションスイッチがオンにされたことに基づいて、制御装置40により、燃料電池10で発電する手順は、以下のようになる。
すなわち、図示しない水素タンクから、エゼクタ28を介して、燃料電池10のアノード側に水素ガスを供給する。また、圧縮機21を駆動させることにより、エア供給管23を介して、燃料電池10のカソード側にエアを供給する。
燃料電池10に供給された水素ガスおよびエアは、発電に供された後、燃料電池10からアノード側の生成水等の残留水とともに、水素排出路26およびエア排出管24に流入する。これら水素ガスおよびエアは、図示しない排ガス処理装置で処理されて、外部に排出される。
Here, based on the ignition switch being turned on, the procedure for generating power by the
That is, hydrogen gas is supplied from a hydrogen tank (not shown) to the anode side of the
The hydrogen gas and air supplied to the
本実施形態の燃料電池システム1によれば、以下の作用効果がある。
(1)チェックバルブ33には、圧縮機21から供給されたエアの圧力が作動圧として導入され、さらに、エア供給管23の冷却器22よりも下流側の圧力が背圧導入管34を通って背圧として導入される。
ここで、大気開放管35およびリリーフ弁351を設けたので、リリーフ弁351を閉じた状態では、チェックバルブ33に対して、エア供給管23の冷却器22よりも下流側の圧力が背圧として導入される。この状態から、リリーフ弁351を開くことにより、背圧導入管34を大気に開放して、チェックバルブ33に大気圧を背圧として導入できる。つまり、リリーフ弁351を開くことにより、チェックバルブ33に導入される背圧を補助して、作動圧と背圧との差分を大きくできる。その結果、わずかな作動圧でチェックバルブ33を開くことができる。
According to the fuel cell system 1 of the present embodiment, there are the following effects.
(1) The pressure of the air supplied from the
Here, since the
このように、リリーフ弁351を開くことでチェックバルブ33に導入される背圧を補助できるので、チェックバルブ33を小型化できる。
また、わずかな作動圧でもチェックバルブ33を開くことができるため、エアの供給量が少なくても、エアをバイパスさせることができうえに、チェックバルブ33における圧損を小さくして、圧縮機21の消費電力を低減できる。
As described above, since the back pressure introduced into the
In addition, since the
(2)背圧導入管34にオリフィス341を設けることにより、チェックバルブ33に背圧として導入される圧力を低減でき、チェックバルブ33を開いた状態で保持しやすくできる。また、リリーフ弁351を開いた場合に、エア供給管23から背圧導入管34および大気開放管35を介して大気に排出されるエアの量を低減することができる。
(2) By providing the
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements and the like within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
1 燃料電池システム
10 燃料電池
20 供給装置
21 圧縮機(反応ガス供給機)
22 冷却器(状態変化装置)
23 エア供給管(主流路)
29 加湿器
30 バイパス機構
31 バイパス管(バイパス流路)
32 バイパス弁(バイパス調整弁)
33 チェックバルブ
34 背圧導入管(第1の連結流路)
341 オリフィス
35 大気開放管(第2の連結流路)
351 リリーフ弁(リリーフ弁)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
22 Cooler (state change device)
23 Air supply pipe (main flow path)
29
32 Bypass valve (Bypass adjustment valve)
33
341
351 Relief valve (Relief valve)
Claims (2)
反応ガスを前記燃料電池に導入する主流路と、
反応ガスを、前記主流路を介して前記燃料電池に供給する反応ガス供給機と、
前記主流路に設けられ、当該主流路を流れる反応ガスの状態を変化させる状態変化装置と、
前記主流路のうち前記状態変化装置の上流側と下流側とを連通するバイパス流路と、
前記主流路に設けられ、前記状態変化装置を流れる反応ガス量を調整するバイパス調整弁と、
前記バイパス流路に開閉可能に設けられ、当該バイパス流路の内圧と背圧との差分が所定値以上になると開くチェックバルブと、
前記主流路の前記状態変化装置よりも下流側の内圧を、前記チェックバルブの背圧として導入する第1の連結流路と、
前記第1の連結流路と外部とを連通する第2の連結流路と、
当該第2の連結流路に設けられて、当該第2の連結流路を開閉するリリーフ弁と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates power using reactive gas;
A main flow path for introducing a reaction gas into the fuel cell;
A reaction gas supplier for supplying a reaction gas to the fuel cell via the main flow path;
A state change device that is provided in the main flow path and changes the state of the reaction gas flowing through the main flow path;
A bypass channel that communicates the upstream side and the downstream side of the state change device in the main channel;
A bypass adjustment valve that is provided in the main flow path and adjusts the amount of reaction gas flowing through the state change device;
A check valve provided in the bypass channel so as to be openable and closable, and opened when a difference between the internal pressure and the back pressure of the bypass channel becomes a predetermined value or more;
A first connection channel that introduces an internal pressure downstream of the state change device of the main channel as a back pressure of the check valve;
A second connection channel that communicates the first connection channel with the outside;
A fuel cell system comprising: a relief valve that is provided in the second connection channel and opens and closes the second connection channel.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2007162730A JP2009004169A (en) | 2007-06-20 | 2007-06-20 | Fuel cell system |
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JP2007162730A Pending JP2009004169A (en) | 2007-06-20 | 2007-06-20 | Fuel cell system |
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JP (1) | JP2009004169A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010040513A1 (en) * | 2008-10-08 | 2010-04-15 | Daimler Ag | Fuel cell unit having at least one fuel cell and method for operating a fuel cell unit |
US11063274B2 (en) | 2017-12-07 | 2021-07-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and control method of fuel cell system |
CN114719626A (en) * | 2022-04-11 | 2022-07-08 | 华北电力大学 | Big closed loop optimization system of air cooling unit backpressure |
-
2007
- 2007-06-20 JP JP2007162730A patent/JP2009004169A/en active Pending
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