JP2021166152A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料電池システムの起動時に燃料電池スタックの各燃料極からの燃料ガス以外のガスのパージを短時間で行える燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池スタックと、エジェクタ集合部と、燃料ガス供給部と、循環流路と、混合ガス供給流路と、前記燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出する圧力検出部と、前記燃料ガスの濃度が所定の濃度以下である前記燃料オフガスを外部に排出する燃料オフガス排出部と、制御部と、を有し、前記エジェクタ集合部は、第１の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給する第１のエジェクタと、当該第１の混合ガスよりも循環ガスの含有割合が多い第２の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給する第２のエジェクタを並列に有する燃料電池システム。【選択図】図１
Description
本開示は、燃料電池システムに関する。
燃料電池は、複数の単セルを積層した燃料電池スタック（以下、スタックと称する場合がある）に、燃料ガスとしての水素（Ｈ２）と酸化剤ガスとしての酸素（Ｏ２）との電気化学反応によって電気エネルギーを取り出す発電装置である。なお、以下では、燃料ガスや酸化剤ガスを、特に区別することなく単に「反応ガス」と呼ぶ場合もある。
この燃料電池の単セルは、通常、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、必要に応じて当該膜電極接合体の両面を挟持する２枚のセパレータにより構成される。
膜電極接合体は、プロトン（Ｈ＋）伝導性を有する固体高分子型電解質膜（以下、単に「電解質膜」とも呼ぶ）の両面に、それぞれ、触媒層及びガス拡散層が順に形成された構造を有している。
セパレータは、通常、ガス拡散層に接する面に反応ガスの流路としての溝が形成された構造を有している。なお、このセパレータは発電した電気の集電体としても機能する。
燃料電池の燃料極（アノード）では、流路及びガス拡散層から供給される水素が触媒層の触媒作用によりプロトン化し、電解質膜を通過して酸化剤極（カソード）へと移動する。同時に生成した電子は、外部回路を通って仕事をし、カソードへと移動する。カソードに供給される酸素は、カソード上でプロトンおよび電子と反応し、水を生成する。
生成した水は、電解質膜に適度な湿度を与え、余剰な水はガス拡散層を透過して、流路を通って系外へと排出される。
この燃料電池の単セルは、通常、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、必要に応じて当該膜電極接合体の両面を挟持する２枚のセパレータにより構成される。
膜電極接合体は、プロトン（Ｈ＋）伝導性を有する固体高分子型電解質膜（以下、単に「電解質膜」とも呼ぶ）の両面に、それぞれ、触媒層及びガス拡散層が順に形成された構造を有している。
セパレータは、通常、ガス拡散層に接する面に反応ガスの流路としての溝が形成された構造を有している。なお、このセパレータは発電した電気の集電体としても機能する。
燃料電池の燃料極（アノード）では、流路及びガス拡散層から供給される水素が触媒層の触媒作用によりプロトン化し、電解質膜を通過して酸化剤極（カソード）へと移動する。同時に生成した電子は、外部回路を通って仕事をし、カソードへと移動する。カソードに供給される酸素は、カソード上でプロトンおよび電子と反応し、水を生成する。
生成した水は、電解質膜に適度な湿度を与え、余剰な水はガス拡散層を透過して、流路を通って系外へと排出される。
また、燃料電池スタックを含む燃料電池システムの停止時には、燃料電池スタックの各燃料極への燃料ガスの供給を停止し、燃料電池スタックの各燃料極中の燃料ガスを大気中に放出して、燃料電池スタックの各燃料極中を空気及び窒素ガス等の燃料ガス以外のガス（以下、不活性ガスと記載する場合がある）で充満させる方法が知られている。そのため、燃料電池システムの起動時には、燃料電池スタックの各燃料極中の当該不活性ガスを燃料ガスに置換する必要がある。
燃料電池システムの起動時に燃料電池スタックの各燃料極中からの燃料ガス以外のガスの排出（パージ）を短時間で行える燃料電池システムが検討されている。
例えば特許文献１では、起動時に燃料ガスの供給量を燃料ガスがエジェクタから燃料電池に向かって循環流路を逆流する範囲に設定することで、燃料ガスはエジェクタから燃料供給流路を通り燃料電池の入口へ向かうと同時に、エジェクタから循環流路を流れて燃料電池へ向かうというエジェクタの逆循環特性を利用して、循環流路と燃料供給流路に充満していた不活性ガスが共にエジェクタからパージラインに向かって流れるので、短時間で確実に配管内の空気などをパージすることができる燃料電池システムが開示されている。
例えば特許文献１では、起動時に燃料ガスの供給量を燃料ガスがエジェクタから燃料電池に向かって循環流路を逆流する範囲に設定することで、燃料ガスはエジェクタから燃料供給流路を通り燃料電池の入口へ向かうと同時に、エジェクタから循環流路を流れて燃料電池へ向かうというエジェクタの逆循環特性を利用して、循環流路と燃料供給流路に充満していた不活性ガスが共にエジェクタからパージラインに向かって流れるので、短時間で確実に配管内の空気などをパージすることができる燃料電池システムが開示されている。
また、特許文献２では、直列接続された複数のエジェクタを有する燃料電池システムにおいて、循環流路の逆流防止弁が凍結するような低温環境下でも迅速な起動が行える燃料電池システムが開示されている。
上記特許文献１に記載の燃料電池システムは、エジェクタの逆循環特性を利用するものである。そのため、特に燃料電池スタック内の燃料ガス供給口から遠い側で、不活性ガスが残存しやすい。その結果、燃料電池スタックの各燃料極から不活性ガスを完全にパージすることは短時間では行えないおそれがある。
また、パージの観点では、循環流路に水素ポンプを設け、燃料電池スタック内の不活性ガスをかき混ぜるように循環させてから各燃料極から不活性ガスをパージすることが理想ではあるが、水素ポンプはコストが高く、燃料電池搭載車両の普及を図る観点では燃料電池システム中に設置することは困難である。
また、パージの観点では、循環流路に水素ポンプを設け、燃料電池スタック内の不活性ガスをかき混ぜるように循環させてから各燃料極から不活性ガスをパージすることが理想ではあるが、水素ポンプはコストが高く、燃料電池搭載車両の普及を図る観点では燃料電池システム中に設置することは困難である。
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムの起動時に燃料電池スタックの各燃料極からの燃料ガス以外のガスのパージを短時間で行える燃料電池システムを提供することを主目的とする。
本開示においては、燃料電池スタックと、
エジェクタ集合部と、
前記エジェクタ集合部に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料電池スタックから排出された燃料オフガスを回収し、循環ガスとして前記エジェクタ集合部に戻す循環流路と、
前記エジェクタ集合部と前記燃料電池スタックを接続し、前記燃料ガスと前記循環ガスとを含む混合ガスの前記エジェクタ集合部から前記燃料電池スタックの各燃料極への供給を可能にする混合ガス供給流路と、
前記燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出する圧力検出部と、
前記燃料ガスの濃度が所定の濃度以下である前記燃料オフガスを外部に排出する燃料オフガス排出部と、
制御部と、を有し、
前記エジェクタ集合部は、第１の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給する第１のエジェクタと、当該第１の混合ガスよりも前記循環ガスの含有割合が多い第２の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給する第２のエジェクタを並列に有し、
前記第２のエジェクタは、前記第１のエジェクタよりも前記燃料電池スタックの各燃料極に供給することができる前記混合ガスの供給流量が少なく、
前記制御部は、第１の制御として、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が所定の第１の閾値を上回る場合に、前記エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、前記第２のエジェクタの使用比率を前記第１のエジェクタの使用比率よりも大きくし、
前記制御部は、第２の制御として、前記第１の制御後、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が前記第１の閾値よりも大きい所定の第２の閾値を上回る場合に、前記エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、前記第１のエジェクタの使用比率を前記第２のエジェクタの使用比率よりも大きくすることを特徴とする燃料電池システムを提供する。
エジェクタ集合部と、
前記エジェクタ集合部に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料電池スタックから排出された燃料オフガスを回収し、循環ガスとして前記エジェクタ集合部に戻す循環流路と、
前記エジェクタ集合部と前記燃料電池スタックを接続し、前記燃料ガスと前記循環ガスとを含む混合ガスの前記エジェクタ集合部から前記燃料電池スタックの各燃料極への供給を可能にする混合ガス供給流路と、
前記燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出する圧力検出部と、
前記燃料ガスの濃度が所定の濃度以下である前記燃料オフガスを外部に排出する燃料オフガス排出部と、
制御部と、を有し、
前記エジェクタ集合部は、第１の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給する第１のエジェクタと、当該第１の混合ガスよりも前記循環ガスの含有割合が多い第２の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給する第２のエジェクタを並列に有し、
前記第２のエジェクタは、前記第１のエジェクタよりも前記燃料電池スタックの各燃料極に供給することができる前記混合ガスの供給流量が少なく、
前記制御部は、第１の制御として、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が所定の第１の閾値を上回る場合に、前記エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、前記第２のエジェクタの使用比率を前記第１のエジェクタの使用比率よりも大きくし、
前記制御部は、第２の制御として、前記第１の制御後、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が前記第１の閾値よりも大きい所定の第２の閾値を上回る場合に、前記エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、前記第１のエジェクタの使用比率を前記第２のエジェクタの使用比率よりも大きくすることを特徴とする燃料電池システムを提供する。
本開示の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記第１の制御として、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が所定の前記第１の閾値以下である場合に、前記エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、前記第１のエジェクタの使用比率を前記第２のエジェクタの使用比率よりも大きくしてもよい。
本開示の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記第１の制御として、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が所定の前記第１の閾値を上回る場合に、前記第１のエジェクタから前記第２のエジェクタに切り替えて、前記第２のエジェクタから前記第２の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給し、
前記制御部は、前記第２の制御として、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が所定の前記第１の閾値よりも大きい所定の前記第２の閾値を上回る場合に、前記第２のエジェクタから前記第１のエジェクタに切り替えて、前記第１のエジェクタから前記第１の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給し、当該圧力情報が当該第２の閾値以下である場合に、前記第２のエジェクタから前記第２の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給してもよい。
前記制御部は、前記第２の制御として、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が所定の前記第１の閾値よりも大きい所定の前記第２の閾値を上回る場合に、前記第２のエジェクタから前記第１のエジェクタに切り替えて、前記第１のエジェクタから前記第１の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給し、当該圧力情報が当該第２の閾値以下である場合に、前記第２のエジェクタから前記第２の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給してもよい。
本開示の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記第１の制御として、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が所定の前記第１の閾値以下である場合に、前記第１のエジェクタから前記第１の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給してもよい。
本開示の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの起動時に燃料電池スタックの各燃料極からの燃料ガス以外のガスのパージを短時間で行える燃料電池システムを提供することができる。
本開示においては、燃料電池スタックと、
エジェクタ集合部と、
前記エジェクタ集合部に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料電池スタックから排出された燃料オフガスを回収し、循環ガスとして前記エジェクタ集合部に戻す循環流路と、
前記エジェクタ集合部と前記燃料電池スタックを接続し、前記燃料ガスと前記循環ガスとを含む混合ガスの前記エジェクタ集合部から前記燃料電池スタックの各燃料極への供給を可能にする混合ガス供給流路と、
前記燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出する圧力検出部と、
前記燃料ガスの濃度が所定の濃度以下である前記燃料オフガスを外部に排出する燃料オフガス排出部と、
制御部と、を有し、
前記エジェクタ集合部は、第１の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給する第１のエジェクタと、当該第１の混合ガスよりも前記循環ガスの含有割合が多い第２の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給する第２のエジェクタを並列に有し、
前記第２のエジェクタは、前記第１のエジェクタよりも前記燃料電池スタックの各燃料極に供給することができる前記混合ガスの供給流量が少なく、
前記制御部は、第１の制御として、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が所定の第１の閾値を上回る場合に、前記エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、前記第２のエジェクタの使用比率を前記第１のエジェクタの使用比率よりも大きくし、
前記制御部は、第２の制御として、前記第１の制御後、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が前記第１の閾値よりも大きい所定の第２の閾値を上回る場合に、前記エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、前記第１のエジェクタの使用比率を前記第２のエジェクタの使用比率よりも大きくすることを特徴とする燃料電池システムを提供する。
エジェクタ集合部と、
前記エジェクタ集合部に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料電池スタックから排出された燃料オフガスを回収し、循環ガスとして前記エジェクタ集合部に戻す循環流路と、
前記エジェクタ集合部と前記燃料電池スタックを接続し、前記燃料ガスと前記循環ガスとを含む混合ガスの前記エジェクタ集合部から前記燃料電池スタックの各燃料極への供給を可能にする混合ガス供給流路と、
前記燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出する圧力検出部と、
前記燃料ガスの濃度が所定の濃度以下である前記燃料オフガスを外部に排出する燃料オフガス排出部と、
制御部と、を有し、
前記エジェクタ集合部は、第１の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給する第１のエジェクタと、当該第１の混合ガスよりも前記循環ガスの含有割合が多い第２の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給する第２のエジェクタを並列に有し、
前記第２のエジェクタは、前記第１のエジェクタよりも前記燃料電池スタックの各燃料極に供給することができる前記混合ガスの供給流量が少なく、
前記制御部は、第１の制御として、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が所定の第１の閾値を上回る場合に、前記エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、前記第２のエジェクタの使用比率を前記第１のエジェクタの使用比率よりも大きくし、
前記制御部は、第２の制御として、前記第１の制御後、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が前記第１の閾値よりも大きい所定の第２の閾値を上回る場合に、前記エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、前記第１のエジェクタの使用比率を前記第２のエジェクタの使用比率よりも大きくすることを特徴とする燃料電池システムを提供する。
図１は、本開示の燃料電池システムの構成の一例を示す図である。
図１に示す燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１１と、燃料ガス供給部１２と、混合ガス供給流路１３と、燃料電池スタック１１の各燃料極から排出される燃料オフガスを循環ガスとして循環させる循環流路１４と、燃料電池スタック１１の燃料極側の圧力情報を検出する圧力検出部１５と、燃料ガスと循環ガスの混合ガスを燃料電池スタック１１の各燃料極に供給するエジェクタ集合部１６と、制御部１７と、燃料ガス供給流路１８と、燃料オフガス排出部１９と、酸化剤ガス供給部２１と、酸化剤ガス供給流路２２と、酸化剤ガス排出流路２３と、を備える。
図１に示す燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１１と、燃料ガス供給部１２と、混合ガス供給流路１３と、燃料電池スタック１１の各燃料極から排出される燃料オフガスを循環ガスとして循環させる循環流路１４と、燃料電池スタック１１の燃料極側の圧力情報を検出する圧力検出部１５と、燃料ガスと循環ガスの混合ガスを燃料電池スタック１１の各燃料極に供給するエジェクタ集合部１６と、制御部１７と、燃料ガス供給流路１８と、燃料オフガス排出部１９と、酸化剤ガス供給部２１と、酸化剤ガス供給流路２２と、酸化剤ガス排出流路２３と、を備える。
本開示の燃料電池システムは、少なくとも燃料電池スタックと、燃料ガス供給部と、混合ガス供給流路と、循環流路と、燃料オフガス排出部と、圧力検出部と、エジェクタ集合部と、制御部と、を備え、通常さらに、燃料ガス供給流路と、酸化剤ガス供給部と、酸化剤ガス供給流路と、酸化剤ガス排出流路と、冷却水供給部と、冷却水循環流路等を備える。
燃料電池スタックは、燃料電池の単セルを複数積層して構成される。
単セルの積層数は特に限定されず、例えば、２〜２００個であってもよい。
燃料電池スタックは、単セルの積層方向の両端にエンドプレートを備えていてもよい。
燃料電池の単セルは、少なくとも酸化剤極、電解質膜、及び、燃料極を含む膜電極接合体を備え、必要に応じて当該膜電極接合体の両面を挟持する２枚のセパレータを備えてもよい。
単セルの積層数は特に限定されず、例えば、２〜２００個であってもよい。
燃料電池スタックは、単セルの積層方向の両端にエンドプレートを備えていてもよい。
燃料電池の単セルは、少なくとも酸化剤極、電解質膜、及び、燃料極を含む膜電極接合体を備え、必要に応じて当該膜電極接合体の両面を挟持する２枚のセパレータを備えてもよい。
セパレータは、ガス拡散層に接する面に反応ガスの流路としての溝が形成されたガス流路構造を有していてもよい。また、セパレータは、ガス拡散層に接する面とは反対側の面にスタック温度を一定に保つための冷却水の流路としての溝が形成された冷却水流路構造を有していてもよい。
セパレータは、ガス不透過の導電性部材等であってもよい。導電性部材としては、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン、及び、プレス成形した金属板等であってもよい。また、セパレータが集電機能を備えるものであってもよい。
セパレータは、ガス不透過の導電性部材等であってもよい。導電性部材としては、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン、及び、プレス成形した金属板等であってもよい。また、セパレータが集電機能を備えるものであってもよい。
酸化剤極は、酸化剤極触媒層及びガス拡散層を含む。
燃料極は、燃料極触媒層及びガス拡散層を含む。
酸化剤極触媒層及び燃料極触媒層は、例えば、電気化学反応を促進する触媒金属、プロトン伝導性を有する電解質、及び、電子伝導性を有するカーボン粒子等を備えていてもよい。
触媒金属としては、例えば、白金（Ｐｔ）、及び、Ｐｔと他の金属とから成る合金（例えばコバルト、及び、ニッケル等を混合したＰｔ合金）等を用いることができる。
電解質としては、フッ素系樹脂等であってもよい。フッ素系樹脂としては、例えば、ナフィオン溶液等を用いてもよい。
上記触媒金属はカーボン粒子上に担持されており、各触媒層では、触媒金属を担持したカーボン粒子（触媒粒子）と電解質とが混在していてもよい。
触媒金属を担持するためのカーボン粒子（担持用カーボン粒子）は、例えば、一般に市販されているカーボン粒子（カーボン粉末）を加熱処理することにより自身の撥水性が高められた撥水化カーボン粒子等を用いてもよい。
燃料極は、燃料極触媒層及びガス拡散層を含む。
酸化剤極触媒層及び燃料極触媒層は、例えば、電気化学反応を促進する触媒金属、プロトン伝導性を有する電解質、及び、電子伝導性を有するカーボン粒子等を備えていてもよい。
触媒金属としては、例えば、白金（Ｐｔ）、及び、Ｐｔと他の金属とから成る合金（例えばコバルト、及び、ニッケル等を混合したＰｔ合金）等を用いることができる。
電解質としては、フッ素系樹脂等であってもよい。フッ素系樹脂としては、例えば、ナフィオン溶液等を用いてもよい。
上記触媒金属はカーボン粒子上に担持されており、各触媒層では、触媒金属を担持したカーボン粒子（触媒粒子）と電解質とが混在していてもよい。
触媒金属を担持するためのカーボン粒子（担持用カーボン粒子）は、例えば、一般に市販されているカーボン粒子（カーボン粉末）を加熱処理することにより自身の撥水性が高められた撥水化カーボン粒子等を用いてもよい。
ガス拡散層は、ガス透過性を有する導電性部材等であってもよい。
導電性部材としては、例えば、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、並びに、金属メッシュ、及び、発泡金属などの金属多孔質体等が挙げられる。
導電性部材としては、例えば、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、並びに、金属メッシュ、及び、発泡金属などの金属多孔質体等が挙げられる。
電解質膜は、固体高分子電解質膜であってもよい。固体高分子電解質膜としては、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜等のフッ素系電解質膜、及び、炭化水素系電解質膜等が挙げられる。電解質膜としては、例えば、ナフィオン膜（デュポン社製）等であってもよい。
燃料ガス供給部は、エジェクタ集合部に燃料ガスを供給する。
燃料ガスは、主に水素を含有するガスであり、例えば、水素ガスであってもよい。
燃料ガス供給部としては、例えば、燃料タンク等が挙げられ、具体的には、液体水素タンク、圧縮水素タンク等が挙げられる。
燃料ガスは、主に水素を含有するガスであり、例えば、水素ガスであってもよい。
燃料ガス供給部としては、例えば、燃料タンク等が挙げられ、具体的には、液体水素タンク、圧縮水素タンク等が挙げられる。
燃料電池システムは、燃料ガス供給流路を備えていてもよい。
燃料ガス供給流路は、燃料ガス供給部とエジェクタ集合部を接続し、燃料ガスの燃料ガス供給部からのエジェクタ集合部への供給を可能にする。なお、燃料ガス供給部とエジェクタ集合部が隣接して配置され、燃料ガス供給部からエジェクタ集合部へ直接、燃料ガスを供給できる場合は、燃料ガス供給流路は、必ずしも必要ではない。
燃料ガス供給流路は、燃料ガス供給部とエジェクタ集合部を接続し、燃料ガスの燃料ガス供給部からのエジェクタ集合部への供給を可能にする。なお、燃料ガス供給部とエジェクタ集合部が隣接して配置され、燃料ガス供給部からエジェクタ集合部へ直接、燃料ガスを供給できる場合は、燃料ガス供給流路は、必ずしも必要ではない。
循環流路は、燃料電池スタックとエジェクタ集合部を接続し、燃料電池スタックの各燃料極から排出された燃料オフガスを回収し、循環ガスとしてエジェクタ集合部に戻すことを可能にする。
燃料オフガスは、主に、燃料極において未反応のまま通過した燃料ガスと、酸化剤極で生成した生成水が燃料極に到達した水分と、を含み、本開示の場合、さらに、空気、及び窒素ガス等の不活性ガスを含む場合がある。
燃料オフガスは、主に、燃料極において未反応のまま通過した燃料ガスと、酸化剤極で生成した生成水が燃料極に到達した水分と、を含み、本開示の場合、さらに、空気、及び窒素ガス等の不活性ガスを含む場合がある。
エジェクタ集合部は、燃料ガスと循環ガスとを含む混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極に供給する。
エジェクタ集合部は第１のエジェクタと、第２のエジェクタを並列に有する。
第１のエジェクタは、第１の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極に供給する。
第２のエジェクタは、第１の混合ガスよりも循環ガスの含有割合が多い第２の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極に供給する。また、第２のエジェクタは、第１のエジェクタよりも燃料電池スタックの各燃料極に供給することができる混合ガスの供給流量が少ない。
第１のエジェクタが第１の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極へ供給することができる供給流量は、第２のエジェクタが第２の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極へ供給することができる供給流量よりも２〜２０倍多くてもよく、３〜１０倍多くてもよい。
第２の混合ガスは、第１の混合ガスよりも、例えば、循環ガスの含有割合が２〜１０倍多くてもよく、３〜４倍多くてもよい。
エジェクタ集合部中の各エジェクタは制御部と電気的に接続され、制御部からの信号により各エジェクタの併用又はエジェクタ集合部中のいずれか一つのエジェクタの単独での使用が可能となっていてもよい。
エジェクタ集合部は第１のエジェクタと、第２のエジェクタを並列に有する。
第１のエジェクタは、第１の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極に供給する。
第２のエジェクタは、第１の混合ガスよりも循環ガスの含有割合が多い第２の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極に供給する。また、第２のエジェクタは、第１のエジェクタよりも燃料電池スタックの各燃料極に供給することができる混合ガスの供給流量が少ない。
第１のエジェクタが第１の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極へ供給することができる供給流量は、第２のエジェクタが第２の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極へ供給することができる供給流量よりも２〜２０倍多くてもよく、３〜１０倍多くてもよい。
第２の混合ガスは、第１の混合ガスよりも、例えば、循環ガスの含有割合が２〜１０倍多くてもよく、３〜４倍多くてもよい。
エジェクタ集合部中の各エジェクタは制御部と電気的に接続され、制御部からの信号により各エジェクタの併用又はエジェクタ集合部中のいずれか一つのエジェクタの単独での使用が可能となっていてもよい。
図２は、第１のエジェクタと第２のエジェクタの性能の違いを示す図である。
図２に示すように第１のエジェクタは供給流量が多く、循環ガスの含有割合が少ない（大流量＋低循環比）エジェクタである。
一方、第２のエジェクタは、供給流量が少なく、循環ガスの含有割合が多い（小流量＋高循環比）エジェクタである。
図２に示すように第１のエジェクタは供給流量が多く、循環ガスの含有割合が少ない（大流量＋低循環比）エジェクタである。
一方、第２のエジェクタは、供給流量が少なく、循環ガスの含有割合が多い（小流量＋高循環比）エジェクタである。
混合ガス供給流路は、エジェクタ集合部と燃料電池スタックを接続し、燃料ガスと循環ガスとを含む混合ガスのエジェクタ集合部から燃料電池スタックの各燃料極への供給を可能にする。
燃料オフガス排出部は、燃料ガスの濃度が所定の濃度以下である燃料オフガスを外部に排出することを可能にする。なお、外部とは、燃料電池システムの外部を意味する。
燃料オフガス排出部は、燃料オフガス排出弁を備えていてもよく、必要に応じ、燃料オフガス排出流路をさらに備えていてもよい。
燃料オフガス排出弁は、燃料オフガスの排出流量を調整する。
燃料オフガス排出流路は、循環流路から分岐されていてもよい。
燃料オフガス排出部は、例えば、燃料オフガス中の水素等の燃料ガスの濃度が所定の濃度以下である場合に当該燃料オフガスを外部に排出可能にしてもよい。また、燃料オフガス排出部は、例えば、燃料ガス以外の空気、及び、窒素ガス等の不活性ガスを外部に排出可能にしてもよい。なお、燃料ガスの所定の濃度は特に限定されず、例えば、燃料電池システムの燃費、及び、不活性ガスのパージまでの時間とのバランス等を考慮して適宜設定してもよい。
燃料オフガス中の燃料ガスの濃度の検出方法は特に限定されず、例えば、従来公知の濃度センサ等を用いることができる。
燃料オフガス排出部は、燃料オフガス排出弁を備えていてもよく、必要に応じ、燃料オフガス排出流路をさらに備えていてもよい。
燃料オフガス排出弁は、燃料オフガスの排出流量を調整する。
燃料オフガス排出流路は、循環流路から分岐されていてもよい。
燃料オフガス排出部は、例えば、燃料オフガス中の水素等の燃料ガスの濃度が所定の濃度以下である場合に当該燃料オフガスを外部に排出可能にしてもよい。また、燃料オフガス排出部は、例えば、燃料ガス以外の空気、及び、窒素ガス等の不活性ガスを外部に排出可能にしてもよい。なお、燃料ガスの所定の濃度は特に限定されず、例えば、燃料電池システムの燃費、及び、不活性ガスのパージまでの時間とのバランス等を考慮して適宜設定してもよい。
燃料オフガス中の燃料ガスの濃度の検出方法は特に限定されず、例えば、従来公知の濃度センサ等を用いることができる。
循環流路には、燃料オフガス中の水分を低減するための気液分離器が設けられていてもよい。そして、気液分離器によって循環流路から分岐される排水流路及び、当該排水流路上に排水弁が備えられていてもよい。
気液分離器において、燃料オフガス中から分離された水分は、循環流路から分岐される排水流路に設けられた排水弁の開放によって排出してもよい。
一方、水分が分離された燃料オフガスは、若干残留したミストを含んだ状態で、循環流路からエジェクタに吸引されてもよい。
気液分離器において、燃料オフガス中から分離された水分は、循環流路から分岐される排水流路に設けられた排水弁の開放によって排出してもよい。
一方、水分が分離された燃料オフガスは、若干残留したミストを含んだ状態で、循環流路からエジェクタに吸引されてもよい。
圧力検出部は、燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出する。
圧力検出部としては、特に限定されず、圧力センサ等が挙げられる。
圧力検出部は、燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出することができれば、その設置場所は特に限定されず、混合ガス供給流路上に設置されていてもよく、循環流路上に設置されていてもよい。圧力情報の検出精度向上の観点からは、混合ガス供給流路上に設置されていてもよい。
圧力情報は、燃料電池スタックに付与されるガス圧であってもよい。
圧力検出部としては、特に限定されず、圧力センサ等が挙げられる。
圧力検出部は、燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出することができれば、その設置場所は特に限定されず、混合ガス供給流路上に設置されていてもよく、循環流路上に設置されていてもよい。圧力情報の検出精度向上の観点からは、混合ガス供給流路上に設置されていてもよい。
圧力情報は、燃料電池スタックに付与されるガス圧であってもよい。
酸化剤ガス供給部は、少なくとも燃料電池スタックの各酸化剤極に酸化剤ガスを供給する。
酸化剤ガス供給部としては、例えば、エアコンプレッサー等を用いることができる。
酸化剤ガス供給流路は、酸化剤ガス供給部と燃料電池スタックを接続し、酸化剤ガス供給部から燃料電池スタックの各酸化剤極への酸化剤ガスの供給を可能にする。
酸化剤ガスは、酸素含有ガスであり、空気、乾燥空気、及び、純酸素等であってもよい。
酸化剤ガス排出流路は、燃料電池スタックの各酸化剤極からの酸化剤ガスの排出を可能にする。
酸化剤ガス供給部としては、例えば、エアコンプレッサー等を用いることができる。
酸化剤ガス供給流路は、酸化剤ガス供給部と燃料電池スタックを接続し、酸化剤ガス供給部から燃料電池スタックの各酸化剤極への酸化剤ガスの供給を可能にする。
酸化剤ガスは、酸素含有ガスであり、空気、乾燥空気、及び、純酸素等であってもよい。
酸化剤ガス排出流路は、燃料電池スタックの各酸化剤極からの酸化剤ガスの排出を可能にする。
燃料電池システムは、冷却水供給部、及び、冷却水循環流路を備えていてもよい。
冷却水循環流路は、燃料電池スタックに設けられる冷却水入口連通孔及び冷却水出口連通孔に連通し、冷却水供給部から供給される冷却水を燃料電池スタック内外で循環させ、燃料電池スタックの冷却を可能にする。
冷却水供給部は、例えば、冷却水ポンプ等が挙げられる。
冷却水循環流路は、燃料電池スタックに設けられる冷却水入口連通孔及び冷却水出口連通孔に連通し、冷却水供給部から供給される冷却水を燃料電池スタック内外で循環させ、燃料電池スタックの冷却を可能にする。
冷却水供給部は、例えば、冷却水ポンプ等が挙げられる。
制御部は、燃料電池システムの制御を行う。
制御部は、圧力検出部、エジェクタ集合部、燃料ガス供給部、及び、酸化剤ガス供給部等と入出力インターフェースを介して接続されていてもよい。
制御部は、圧力検出部が検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値を上回るか否かの判断、所定の第２の閾値を上回るか否かの判断及び、エジェクタ集合部中の第１のエジェクタと第２のエジェクタの使用比率の調整等を行う。
制御部は、物理的には、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等の演算処理装置と、ＣＰＵで処理される制御プログラム及び制御データ等を記憶するＲＯＭ（リードオンリーメモリー）、並びに、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）等の記憶装置と、入出力インターフェースとを有するものである。
制御部は、圧力検出部、エジェクタ集合部、燃料ガス供給部、及び、酸化剤ガス供給部等と入出力インターフェースを介して接続されていてもよい。
制御部は、圧力検出部が検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値を上回るか否かの判断、所定の第２の閾値を上回るか否かの判断及び、エジェクタ集合部中の第１のエジェクタと第２のエジェクタの使用比率の調整等を行う。
制御部は、物理的には、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等の演算処理装置と、ＣＰＵで処理される制御プログラム及び制御データ等を記憶するＲＯＭ（リードオンリーメモリー）、並びに、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）等の記憶装置と、入出力インターフェースとを有するものである。
（１）燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報の検出
圧力検出部は所定の時間毎に燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出する。
燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出する方法は、特に限定されず、例えば、従来公知の圧力センサを燃料電池システム内に設置し、圧力センサを用いて燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出してもよい。
燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出するタイミングは特に限定されず、燃料電池スタックの運転開始時から所定の時間経過毎に行ってもよいし、燃料電池スタックの運転開始時にも行ってもよく、常時燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出してもよく、適宜検出時期を設定することができる。
圧力検出部は所定の時間毎に燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出する。
燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出する方法は、特に限定されず、例えば、従来公知の圧力センサを燃料電池システム内に設置し、圧力センサを用いて燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出してもよい。
燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出するタイミングは特に限定されず、燃料電池スタックの運転開始時から所定の時間経過毎に行ってもよいし、燃料電池スタックの運転開始時にも行ってもよく、常時燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出してもよく、適宜検出時期を設定することができる。
（２）燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値を上回るか否かの判断
制御部は、圧力検出部が検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値を上回るか否か判断する。
圧力情報の第１の閾値は、例えば、予め実験等で燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報と燃料電池スタックの各燃料極からの不活性ガスのパージ完了までの時間との相関関係を示すデータ群を用意し、そのデータ群から燃料電池スタックの性能等により適宜設定することができる。
制御部は、圧力検出部が検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値を上回るか否か判断する。
圧力情報の第１の閾値は、例えば、予め実験等で燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報と燃料電池スタックの各燃料極からの不活性ガスのパージ完了までの時間との相関関係を示すデータ群を用意し、そのデータ群から燃料電池スタックの性能等により適宜設定することができる。
（３）第１の制御
（３−１）燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値を上回る場合
制御部は、第１の制御として、圧力検出部が検出した圧力情報が所定の第１の閾値を上回る場合には、エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、第２のエジェクタの使用比率を第１のエジェクタの使用比率よりも大きくする。
第１の制御前は燃料ガスの割合が多い第１の混合ガスの供給流量を多くして燃料電池スタックの各燃料極に燃料ガスを加圧充填する。当該加圧充填によって押し出された燃料ガス以外の窒素等を多く含むガスが循環して再度エジェクタ集合部を介して燃料電池スタックの各燃料極に入る。このときに、第１のエジェクタと比較して燃料ガスよりも循環ガスの含有割合が多く、且つ、混合ガスの供給流量が少ない、第２のエジェクタの使用比率を大きくすることにより、エジェクタ集合部からの混合ガスの供給流量が少なくなる。これにより、燃料ガスの含有割合が多い第１の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極中に素早く拡散させることができると考えられる。結果として、燃料電池スタックの燃料ガス供給口から遠い側の燃料電池の燃料極まで素早く燃料ガスを導入することができると考えられる。したがって、第２のエジェクタの使用は、各燃料極からの不活性ガスの均一なパージに適しているといえる。
燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値を上回る場合のエジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率は、各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、第２のエジェクタの使用比率が第１のエジェクタの使用比率よりも大きければ、特に限定されないが、より短時間で不活性ガスのパージを完了する観点から、第２のエジェクタの使用比率を１００％としてもよい。換言すると、制御部は、圧力検出部が検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値を上回る場合には、第１のエジェクタから第２のエジェクタに切り替えて、第２のエジェクタから第２の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極に供給してもよい。
各エジェクタの使用比率の調整方法は、特に限定されず、制御部と各エジェクタが電気的に接続され、制御部が各エジェクタに信号を送ることで調整してもよい。
（３−１）燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値を上回る場合
制御部は、第１の制御として、圧力検出部が検出した圧力情報が所定の第１の閾値を上回る場合には、エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、第２のエジェクタの使用比率を第１のエジェクタの使用比率よりも大きくする。
第１の制御前は燃料ガスの割合が多い第１の混合ガスの供給流量を多くして燃料電池スタックの各燃料極に燃料ガスを加圧充填する。当該加圧充填によって押し出された燃料ガス以外の窒素等を多く含むガスが循環して再度エジェクタ集合部を介して燃料電池スタックの各燃料極に入る。このときに、第１のエジェクタと比較して燃料ガスよりも循環ガスの含有割合が多く、且つ、混合ガスの供給流量が少ない、第２のエジェクタの使用比率を大きくすることにより、エジェクタ集合部からの混合ガスの供給流量が少なくなる。これにより、燃料ガスの含有割合が多い第１の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極中に素早く拡散させることができると考えられる。結果として、燃料電池スタックの燃料ガス供給口から遠い側の燃料電池の燃料極まで素早く燃料ガスを導入することができると考えられる。したがって、第２のエジェクタの使用は、各燃料極からの不活性ガスの均一なパージに適しているといえる。
燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値を上回る場合のエジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率は、各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、第２のエジェクタの使用比率が第１のエジェクタの使用比率よりも大きければ、特に限定されないが、より短時間で不活性ガスのパージを完了する観点から、第２のエジェクタの使用比率を１００％としてもよい。換言すると、制御部は、圧力検出部が検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値を上回る場合には、第１のエジェクタから第２のエジェクタに切り替えて、第２のエジェクタから第２の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極に供給してもよい。
各エジェクタの使用比率の調整方法は、特に限定されず、制御部と各エジェクタが電気的に接続され、制御部が各エジェクタに信号を送ることで調整してもよい。
（３−２）燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値以下である場合
一方、制御部は、第１の制御として、圧力検出部が検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値以下である場合は、エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、第１のエジェクタの使用比率を第２のエジェクタの使用比率よりも大きくする。なお、燃料電池システムの起動時は、燃料電池スタックの各燃料極に燃料ガスの割合が多い第１の混合ガスを素早く加圧充填させる観点から、エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、第１のエジェクタの使用比率を第２のエジェクタの使用比率よりも大きくする。
圧力検出部が検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値以下である場合のエジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率は、各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、第１のエジェクタの使用比率が第２のエジェクタの使用比率よりも大きければ、特に限定されないが、燃料電池スタックの各燃料極に燃料ガスの割合が多い第１の混合ガスをより素早く加圧充填させる観点から、第１のエジェクタの使用比率を１００％としてもよい。換言すると、制御部は、圧力検出部が検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値以下である場合には、第２のエジェクタから第１のエジェクタに切り替えて、第１のエジェクタから第１の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極に供給してもよい。
一方、制御部は、第１の制御として、圧力検出部が検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値以下である場合は、エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、第１のエジェクタの使用比率を第２のエジェクタの使用比率よりも大きくする。なお、燃料電池システムの起動時は、燃料電池スタックの各燃料極に燃料ガスの割合が多い第１の混合ガスを素早く加圧充填させる観点から、エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、第１のエジェクタの使用比率を第２のエジェクタの使用比率よりも大きくする。
圧力検出部が検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値以下である場合のエジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率は、各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、第１のエジェクタの使用比率が第２のエジェクタの使用比率よりも大きければ、特に限定されないが、燃料電池スタックの各燃料極に燃料ガスの割合が多い第１の混合ガスをより素早く加圧充填させる観点から、第１のエジェクタの使用比率を１００％としてもよい。換言すると、制御部は、圧力検出部が検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値以下である場合には、第２のエジェクタから第１のエジェクタに切り替えて、第１のエジェクタから第１の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極に供給してもよい。
（４）燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報の検出
圧力検出部は第１の制御後所定の時間毎に燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出する。
第１の制御後、燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出するタイミングは特に限定されず、第１の制御後から所定の時間経過毎に行ってもよいし、常時燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出してもよく、適宜検出時期を設定することができる。
圧力検出部は第１の制御後所定の時間毎に燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出する。
第１の制御後、燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出するタイミングは特に限定されず、第１の制御後から所定の時間経過毎に行ってもよいし、常時燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出してもよく、適宜検出時期を設定することができる。
（５）燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第２の閾値を上回るか否かの判断
制御部は、第１の制御後、圧力検出部が検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第２の閾値を上回るか否か判断する。
圧力情報の第２の閾値は、例えば、予め実験等で燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報と燃料電池スタックの各燃料極からの不活性ガスのパージ完了までの時間との相関関係を示すデータ群を用意し、そのデータ群から燃料電池スタックの性能等により適宜設定することができる。
制御部は、第１の制御後、圧力検出部が検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第２の閾値を上回るか否か判断する。
圧力情報の第２の閾値は、例えば、予め実験等で燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報と燃料電池スタックの各燃料極からの不活性ガスのパージ完了までの時間との相関関係を示すデータ群を用意し、そのデータ群から燃料電池スタックの性能等により適宜設定することができる。
（６）第２の制御
（６−１）燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第２の閾値を上回る場合
制御部は、第２の制御として、第１の制御後、圧力検出部が検出した圧力情報が第１の閾値よりも大きい所定の第２の閾値を上回る場合に、エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、第１のエジェクタの使用比率を第２のエジェクタの使用比率よりも大きくし、その後、制御を終了してもよい。
第２の閾値を上回る場合は、燃料ガスの割合が多い第１の混合ガスが燃料電池スタックの各燃料極中に十分に拡散され、燃料電池スタックの燃料ガス供給口から遠い側の燃料電池の燃料極まで燃料ガスが導入できていると考えられる。そのため、第２の制御により、第２のエジェクタと比較して循環ガスよりも燃料ガスの含有割合が多く、且つ、混合ガスの供給流量が多い、第１のエジェクタの使用比率を大きくすることにより、エジェクタ集合部からの混合ガスの供給流量が多くなる。これにより、燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を短時間で燃料電池スタックを運転するための所定の目標値に到達させることができる。したがって、第１のエジェクタの使用は、短時間での不活性ガスの各燃料極からのパージに適しているといえる。
燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第２の閾値を上回る場合のエジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率は、各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、第１のエジェクタの使用比率が第２のエジェクタの使用比率よりも大きければ、特に限定されないが、燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が、より短時間で燃料電池スタックを運転するための所定の目標値に到達させる観点から、第１のエジェクタの使用比率を１００％としてもよい。換言すると、制御部は、圧力検出部が検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第２の閾値を上回る場合には、第２のエジェクタから第１のエジェクタに切り替えて、第１のエジェクタから第１の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極に供給してもよい。
（６−１）燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第２の閾値を上回る場合
制御部は、第２の制御として、第１の制御後、圧力検出部が検出した圧力情報が第１の閾値よりも大きい所定の第２の閾値を上回る場合に、エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、第１のエジェクタの使用比率を第２のエジェクタの使用比率よりも大きくし、その後、制御を終了してもよい。
第２の閾値を上回る場合は、燃料ガスの割合が多い第１の混合ガスが燃料電池スタックの各燃料極中に十分に拡散され、燃料電池スタックの燃料ガス供給口から遠い側の燃料電池の燃料極まで燃料ガスが導入できていると考えられる。そのため、第２の制御により、第２のエジェクタと比較して循環ガスよりも燃料ガスの含有割合が多く、且つ、混合ガスの供給流量が多い、第１のエジェクタの使用比率を大きくすることにより、エジェクタ集合部からの混合ガスの供給流量が多くなる。これにより、燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を短時間で燃料電池スタックを運転するための所定の目標値に到達させることができる。したがって、第１のエジェクタの使用は、短時間での不活性ガスの各燃料極からのパージに適しているといえる。
燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第２の閾値を上回る場合のエジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率は、各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、第１のエジェクタの使用比率が第２のエジェクタの使用比率よりも大きければ、特に限定されないが、燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が、より短時間で燃料電池スタックを運転するための所定の目標値に到達させる観点から、第１のエジェクタの使用比率を１００％としてもよい。換言すると、制御部は、圧力検出部が検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第２の閾値を上回る場合には、第２のエジェクタから第１のエジェクタに切り替えて、第１のエジェクタから第１の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極に供給してもよい。
（６−２）燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第２の閾値以下である場合
一方、制御部は、第２の制御として、第１の制御後、圧力検出部が検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第２の閾値以下である場合は、引き続き、エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、第２のエジェクタの使用比率を第１のエジェクタの使用比率よりも大きくしてもよいし、第１のエジェクタから第２のエジェクタに切り替えて、第２のエジェクタから第２の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極に供給してもよい。
一方、制御部は、第２の制御として、第１の制御後、圧力検出部が検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第２の閾値以下である場合は、引き続き、エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、第２のエジェクタの使用比率を第１のエジェクタの使用比率よりも大きくしてもよいし、第１のエジェクタから第２のエジェクタに切り替えて、第２のエジェクタから第２の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極に供給してもよい。
図３は、本開示の燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。なお、本開示は、必ずしも本典型例のみに限定されるものではない。
図３に示す制御方法では、まず、燃料電池システムの起動時には、制御部は、第１のエジェクタを用いて燃料電池スタックの各燃料極に第１の混合ガスを供給する。
その後、圧力検出部は燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出する。
そして、制御部は、検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値以下である場合は、引き続き第１のエジェクタを用いて燃料電池スタックの各燃料極に第１の混合ガスを供給する。
一方、制御部は、第１の閾値を上回る場合には、第１のエジェクタから第２のエジェクタに切り替えて第２の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極に供給する。
その後、圧力検出部は、燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を再度検出する。
そして、制御部は、検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第２の閾値以下である場合は、引き続き第２のエジェクタを用いて燃料電池スタックの各燃料極に第２の混合ガスを供給する。
一方、制御部は、第２の閾値を上回る場合には、第２のエジェクタから第１のエジェクタに切り替えて第１の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極に供給し、制御を終了する。
図３に示す制御方法では、まず、燃料電池システムの起動時には、制御部は、第１のエジェクタを用いて燃料電池スタックの各燃料極に第１の混合ガスを供給する。
その後、圧力検出部は燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出する。
そして、制御部は、検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第１の閾値以下である場合は、引き続き第１のエジェクタを用いて燃料電池スタックの各燃料極に第１の混合ガスを供給する。
一方、制御部は、第１の閾値を上回る場合には、第１のエジェクタから第２のエジェクタに切り替えて第２の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極に供給する。
その後、圧力検出部は、燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を再度検出する。
そして、制御部は、検出した燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報が所定の第２の閾値以下である場合は、引き続き第２のエジェクタを用いて燃料電池スタックの各燃料極に第２の混合ガスを供給する。
一方、制御部は、第２の閾値を上回る場合には、第２のエジェクタから第１のエジェクタに切り替えて第１の混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極に供給し、制御を終了する。
図４は、本開示の燃料電池システムの制御のシミュレーションを行った場合の時間に対するアノード圧力と水素濃度との関係の一例を示す図である。
図４において、大は、第１のエジェクタを使用したことを示し、小は、第２のエジェクタを使用したことを示す。
図４に示すように、第１の制御と第２の制御の２段階の制御を行うことにより、アノード圧力は２段階で上昇し、０．７５秒という短時間で、アノード圧力及びアノード中の水素濃度をそれぞれ目標値まで上昇させることができることがわかる。
図４において、大は、第１のエジェクタを使用したことを示し、小は、第２のエジェクタを使用したことを示す。
図４に示すように、第１の制御と第２の制御の２段階の制御を行うことにより、アノード圧力は２段階で上昇し、０．７５秒という短時間で、アノード圧力及びアノード中の水素濃度をそれぞれ目標値まで上昇させることができることがわかる。
図５は、第１のエジェクタのみを用いて、燃料電池スタック内の各燃料極からの窒素ガスのパージを試みたシミュレーションの所定のタイミングでの燃料電池スタック内の燃料極側のガス濃度分布を示した図である。
図５において、入口は、燃料ガス供給口を示し、出口は、燃料ガス排出口を示し、積層方向は、燃料電池スタック内の燃料電池の単セルの積層方向を示し、奥は燃料電池スタックの燃料ガス供給口から最も遠い側を示す。なお、後述する図６においても同様である。
図５に示すように、第１のエジェクタのみを用いて窒素ガスのパージを行うと、燃料電池スタック内の燃料電池の単セルの積層方向における濃度バラつきが大きいことがわかる。
図５において、入口は、燃料ガス供給口を示し、出口は、燃料ガス排出口を示し、積層方向は、燃料電池スタック内の燃料電池の単セルの積層方向を示し、奥は燃料電池スタックの燃料ガス供給口から最も遠い側を示す。なお、後述する図６においても同様である。
図５に示すように、第１のエジェクタのみを用いて窒素ガスのパージを行うと、燃料電池スタック内の燃料電池の単セルの積層方向における濃度バラつきが大きいことがわかる。
図６は、本開示の燃料電池システムの制御により、燃料電池スタック内の各燃料極からの窒素ガスのパージを試みたシミュレーションの所定のタイミングでの燃料電池スタック内の燃料極側のガス濃度分布を示した図である。
図６に示すように、本開示の燃料電池システムによれば、燃料電池スタック内の燃料電池の単セルの積層方向における濃度バラつきが小さいことがわかる。
図６に示すように、本開示の燃料電池システムによれば、燃料電池スタック内の燃料電池の単セルの積層方向における濃度バラつきが小さいことがわかる。
以上のことから、本開示の燃料電池システムによれば、循環流路上に水素ポンプを設置しなくても、均一なパージに適した循環特性の高い第２のエジェクタと、短時間でのパージに適した流量の大きい第１のエジェクタとを、タイミングに応じ使い分けることにより、燃料電池スタック内の各燃料極から短時間で燃料ガス以外のガスをパージすることができると考えられる。
１１ 燃料電池スタック
１２ 燃料ガス供給部
１３ 混合ガス供給流路
１４ 循環流路
１５ 圧力検出部
１６ エジェクタ集合部
１７ 制御部
１８ 燃料ガス供給流路
１９ 燃料オフガス排出部
２１ 酸化剤ガス供給部
２２ 酸化剤ガス供給流路
２３ 酸化剤ガス排出流路
１００ 燃料電池システム
１２ 燃料ガス供給部
１３ 混合ガス供給流路
１４ 循環流路
１５ 圧力検出部
１６ エジェクタ集合部
１７ 制御部
１８ 燃料ガス供給流路
１９ 燃料オフガス排出部
２１ 酸化剤ガス供給部
２２ 酸化剤ガス供給流路
２３ 酸化剤ガス排出流路
１００ 燃料電池システム
Claims (4)
- 燃料電池スタックと、
エジェクタ集合部と、
前記エジェクタ集合部に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料電池スタックから排出された燃料オフガスを回収し、循環ガスとして前記エジェクタ集合部に戻す循環流路と、
前記エジェクタ集合部と前記燃料電池スタックを接続し、前記燃料ガスと前記循環ガスとを含む混合ガスの前記エジェクタ集合部から前記燃料電池スタックの各燃料極への供給を可能にする混合ガス供給流路と、
前記燃料電池スタックの燃料極側の圧力情報を検出する圧力検出部と、
前記燃料ガスの濃度が所定の濃度以下である前記燃料オフガスを外部に排出する燃料オフガス排出部と、
制御部と、を有し、
前記エジェクタ集合部は、第１の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給する第１のエジェクタと、当該第１の混合ガスよりも前記循環ガスの含有割合が多い第２の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給する第２のエジェクタを並列に有し、
前記第２のエジェクタは、前記第１のエジェクタよりも前記燃料電池スタックの各燃料極に供給することができる前記混合ガスの供給流量が少なく、
前記制御部は、第１の制御として、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が所定の第１の閾値を上回る場合に、前記エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、前記第２のエジェクタの使用比率を前記第１のエジェクタの使用比率よりも大きくし、
前記制御部は、第２の制御として、前記第１の制御後、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が前記第１の閾値よりも大きい所定の第２の閾値を上回る場合に、前記エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、前記第１のエジェクタの使用比率を前記第２のエジェクタの使用比率よりも大きくすることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記制御部は、前記第１の制御として、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が所定の前記第１の閾値以下である場合に、前記エジェクタ集合部中の各エジェクタの使用比率の合計を１００％としたとき、前記第１のエジェクタの使用比率を前記第２のエジェクタの使用比率よりも大きくする、請求項１に記載の燃料電池システム。
- 前記制御部は、前記第１の制御として、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が所定の前記第１の閾値を上回る場合に、前記第１のエジェクタから前記第２のエジェクタに切り替えて、前記第２のエジェクタから前記第２の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給し、
前記制御部は、前記第２の制御として、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が所定の前記第１の閾値よりも大きい所定の前記第２の閾値を上回る場合に、前記第２のエジェクタから前記第１のエジェクタに切り替えて、前記第１のエジェクタから前記第１の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給し、当該圧力情報が当該第２の閾値以下である場合に、前記第２のエジェクタから前記第２の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給する、請求項１に記載の燃料電池システム。 - 前記制御部は、前記第１の制御として、前記圧力検出部が検出した前記圧力情報が所定の前記第１の閾値以下である場合に、前記第１のエジェクタから前記第１の混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給する、請求項１に記載の燃料電池システム。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002352837A (ja) * | 2001-05-23 | 2002-12-06 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2003178779A (ja) * | 2001-12-12 | 2003-06-27 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システムの燃料循環装置 |
| JP2004146098A (ja) * | 2002-10-22 | 2004-05-20 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2012089307A (ja) * | 2010-10-18 | 2012-05-10 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム及びその起動方法 |
| JP2014216214A (ja) * | 2013-04-26 | 2014-11-17 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法 |
| JP2021166151A (ja) * | 2020-04-07 | 2021-10-14 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002352837A (ja) * | 2001-05-23 | 2002-12-06 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2003178779A (ja) * | 2001-12-12 | 2003-06-27 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システムの燃料循環装置 |
| JP2004146098A (ja) * | 2002-10-22 | 2004-05-20 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2012089307A (ja) * | 2010-10-18 | 2012-05-10 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム及びその起動方法 |
| JP2014216214A (ja) * | 2013-04-26 | 2014-11-17 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法 |
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