JP2022026085A - 燃料電池搭載装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各燃料電池スタック毎に接続される配管の長さや引き出し方向が異なる場合でも、配管内の流体調整部の煩雑なセッティング調整を要することなく、配管内の必要部位に適切な圧力や流量の流体を流すことができる燃料電池搭載装置を提供する。【解決手段】燃料電池搭載装置は、複数の燃料電池スタック１１と、配管と、流体調整部と、圧力検出部と、制御装置４１と、を備えている。配管は、各燃料電池スタック１１に個別に接続される。流体調整部は、配管に流れる流体の圧力または流量を調整する。圧力検出部は、配管内の流体の所望の圧力または流量を必要とする部位に配置されて、流体の圧力を検出する。制御装置４１は、圧力検出部の検出結果に基づいて流体調整部を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池車両等の燃料電池システムを備えた燃料電池搭載装置に関するものである。

車両の駆動電源として燃料電池システムを備えた車両が知られている（例えば、特許文献１等参照）。
この種の車両に搭載される燃料電池システムは、水素（燃料ガス）と酸素（酸化剤ガス）の電気化学反応によって電力を発生する燃料電池スタックと、燃料電池スタックに水素ガスを供給する水素タンクと、燃料電池スタックに酸素を含む空気を供給するエアコンプレッサと、を備えている。

近年、トラック等の大型車両でも燃料電池システムを駆動電源として採用したものが開発されている。大型車両では大きな駆動力を必要とするため、複数の燃料電池スタックが搭載されるとともに、各種のガス配管や液体配管が燃料電池スタック毎に個別に接続されている。

特開２００６－２００５６４号公報

複数の燃料電池スタックを搭載する上記の大型車両のような燃料電池搭載装置では、他の機器とのレイアウトの関係等から各燃料電池スタックに接続されるガス配管や液体配管の長さや引き出し方向等を揃えることが難しい場合がある。各燃料電池スタックに接続されるガス配管や液体配管の長さや引き出し方向が異なる場合には、搭載する燃料電池スタック毎に配管内の同じ必要部位での流体の圧力や流量がばらついてしまう。このため、各燃料電池スタック毎に、配管に配置されるエアコンプレッサや流量調整弁、冷却液ポンプ等の流体調整部をセッティング調整する必要があった。この結果、新規の燃料電池搭載装置を開発する場合や一部の配管仕様を変更する場合に多大な時間を要していた。

そこで本発明は、各燃料電池スタック毎に接続される配管の長さや引き出し方向が異なる場合でも、配管内の流体調整部の煩雑なセッティング調整を要することなく、配管内の必要部位に適切な圧力や流量の流体を流すことができる燃料電池搭載装置を提供しようとするものである。

本発明に係る燃料電池搭載装置は、上記課題を解決するために、以下の構成を採用した。
即ち、本発明に係る燃料電池搭載装置は、複数の燃料電池スタック（例えば、実施形態の燃料電池スタック１１）と、各前記燃料電池スタックに個別に接続される配管（例えば、実施形態の空気供給配管６０、ガス配管６６、水素ガス排出路５６、水分排出路５９、冷却液送給路７３及び冷却液排出路７２）と、前記配管に流れる流体の圧力または流量を調整する流体調整部（例えば、実施形態のエアコンプレッサ１３、可変圧力調整弁２２、パージ弁３０、ドレイン弁３１、冷却液ポンプ７４）と、前記配管内の流体の所望の圧力または流量を必要とする部位に配置されて、流体の圧力を検出する圧力検出部（例えば、実施形態の吸気側圧力センサ６２、送給側圧力センサ６３、ガス圧センサ６５、パージ圧センサ４４、ドレイン圧センサ４８、差圧センサ７６）と、前記圧力検出部の検出結果に基づいて前記流体調整部を制御する制御装置（例えば、実施形態の制御装置４１）と、を備えていることを特徴とする。

上記の構成により、各燃料電池スタックに接続される配管では、流体の圧力または流量を必要とする部位に配置された圧力検出部によって流体の圧力が検出される。制御装置は、各圧力検出部による検出結果に基づいて各配管の流体調整部を制御する。このため、各配管毎に圧力損失が異なる場合でも、制御装置による流体調整部の制御によって各スタックの配管の必要部位に流れる流体の圧力や流量を適切に制御することができる。

前記燃料電池搭載装置は、一つの吸気口（例えば、実施形態の吸気口１２）から分岐して、吸入される空気を各前記燃料電池スタックに個別に供給する前記配管が夫々各前記燃料電池スタックに接続されており、前記流体調整部は、前記吸気口から前記燃料電池スタックに空気を供給するエアコンプレッサ（例えば、実施形態のエアコンプレッサ１３）であり、前記配管は、前記エアコンプレッサに空気を導入する吸気路（例えば、実施形態の吸気路６０ａ）と、前記エアコンプレッサから吐出された空気を前記燃料電池スタックに送給する送給路（例えば、実施形態の送給路６０ｂ）と、を有し、前記圧力検出部は、前記吸気路の前記エアコンプレッサの近傍と前記送給路とに配置されるものであっても良い。

この場合、吸気路のエアコンプレッサの近傍と送給路の圧力を基にして、エアコンプレッサの送給側と吸入側の圧力比を求め、その圧力比に応じてエアコンプレッサの回転を制御できるため、各スタックの吸気路の圧力損失のばらつきに拘わらず各吸気路でのサージ圧力の発生を抑制することができる。

前記制御装置は、前記燃料電池スタックの空気圧力が目標空気圧力に達するように前記エアコンプレッサの出力を制御するとともに、前記圧力検出部の検出結果に基づいて前記エアコンプレッサの送給側と吸入側の圧力比を求め、求めた圧力比が規定の圧力比以上になったときには、前記エアコンプレッサの出力を低下させるようにしても良い。

この場合、制御装置は、基本的に燃料電池スタックでの目標空気圧力に達するようにエアコンプレッサの出力を制御し、エアコンプレッサの送給側と吸入側の圧力比がサージ圧を発生する圧力比に近づいたときには、エアコンプレッサの出力を低下させることによってサージ圧の発生を抑制する。

前記配管は、前記燃料電池スタックから排出された水素ガスの排出路（例えば、実施形態の水素ガス排出路５６）を有し、前記流体調整部は、前記排出路を流れる前記水素ガスの流量を調整するパージ弁（例えば、実施形態のパージ弁３０）であり、前記圧力検出部は、前記排出路の前記パージ弁の下流側に配置されるものであっても良い。

この場合、排出路のパージ弁の下流側の圧力を基にしてパージ弁の開度を制御できるため、各スタックのパージ弁の下流側の排出路の圧力損失のばらつきに拘わらず排出路から水素ガスをスムーズに排出ことができる。

前記配管は、前記燃料電池スタック内を流れた水素ガスから分離された水分を排出する水分排出路（例えば、実施形態の水分排出路５９）を有し、前記流体調整部は、前記水分排出路を流れる前記水分の流量を調整するドレイン弁（例えば、実施形態のドレイン弁３１）であり、前記圧力検出部は、前記水分排出路の前記ドレイン弁の下流側に配置されるものであっても良い。

この場合、水分排出路のドレイン弁の下流側の圧力を基にしてドレイン弁の開度を制御できるため、各スタックの水分排出路のドレイン弁の下流側の圧力損失のばらつきに拘わらず水分排出路から水分をスムーズに排出することができる。

前記配管は、前記燃料電池スタックを冷却した冷却液を冷却装置（例えば、実施形態のスタック冷却用ラジエータ７１）に流す冷却液排出路（例えば、実施形態の冷却液排出路７２）と、前記冷却装置を流れた冷却液を前記燃料電池スタックに送給する冷却液送給路（例えば、実施形態の冷却液送給路７３）と、を有し、前記流体調整部は、前記燃料電池スタックと前記冷却液送給路に冷却液を流す冷却液ポンプ（例えば、実施形態の冷却液ポンプ７４）であり、前記圧力検出部は、前記冷却液送給路の前記燃料電池スタックとの接続部の近傍と、前記冷却液排出路の前記燃料電池スタックとの接続部の近傍との圧力差を検出するものであっても良い。

この場合、燃料電池スタックの冷却液の流入部と排出部の圧力差を基にして冷却液ポンプによる冷却液の吐出量を制御できるため、各スタックの冷却液排出路や冷却液送給路での圧力損失のばらつきに拘わらず燃料電池スタックに安定した流量の冷却液を流すことができる。

前記配管は、水素タンク（例えば、実施形態の水素タンク２１）と前記燃料電池スタックを接続するガス配管（例えば、実施形態のガス配管６６）であり、前記流体調整部は、前記ガス配管の前記水素タンクの近傍に配置された可変圧力調整弁（例えば、実施形態の可変圧力調整弁２２）であり、前記圧力検出部は、前記燃料電池スタックの近傍に配置されるものであっても良い。

この場合、燃料電池スタックの近傍の圧力を基にして可変圧力調整弁によって水素タンクからの供給圧力を制御できるため、各スタックのガス配管での圧力損失のばらつきに拘わらず燃料電池スタックに安定した流量と圧力の水素ガスを供給することができる。

本発明では、流体の所望の圧力または流量を必要とする配管内の部位に圧力検出部が配置され、その圧力検出部の検出結果に基づいて流体調整部が制御されるため、各スタックの配管内の圧力損失のばらつきに拘らず流体調整部によって配管を流れる流体の圧力や流量を適切に制御することができる。したがって、本発明を採用した場合には、各スタックの配管内の流体調整部の煩雑なセッティング調整を要することなく、配管内の必要部位に適切な圧力流量の流体を流すことができる。

実施形態の燃料電池車両（燃料電池搭載装置）の平面図。 実施形態の燃料電池車両で採用する燃料電池システムの構成図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、燃料電池搭載装置の一形態である燃料電池車両１の平面図である。
本実施形態の燃料電池車両１は、荷物を載置可能なトラックである。燃料電池車両１は、車体前後方向に沿って延びる車体フレーム９０を備え、その車体フレーム９０の前部に乗員室９１が支持されている。車体フレーム９０の乗員室９１の後方側は荷物搭載部とされている。燃料電池車両１は、車両駆動用のモータＭ（図２参照）と、そのモータＭに電力を供給する燃料電池システム１０と、を搭載している。図１では、燃料電池システム１０は実線で示されているが、燃料電池システム１０の主要部は、実際には乗員室９１や車体フレーム９０の下方に配置されている。
なお、図１における符号Ｗは、燃料電池車両１の車輪であり、符号２１は、車体フレーム９０の複数個所に分散して搭載された水素タンクである。

燃料電池車両１に搭載される燃料電池システム１０は、水素と酸素（空気）の電気化学反応によって電力を発生する燃料電池スタック１１が複数（例えば、四つ）搭載されている。各燃料電池スタック１１には、後に詳述するように個別に各種の配管が接続されている。各燃料電池スタック１１は、接続される各種の配管の長さや引き出し方向等は異なるものの、いずれも同様の基本構成とされている。

図２は、一つの燃料電池スタック１１を中心として燃料電池システム１０の概略構成を示した図である。燃料電池システム１０は、図２に示す構成が複数（例えば、四つ）併設されている。
燃料電池車両１は、車両駆動用のモータＭと、モータＭを制御するパワードライブユニットＰＤＵと、を備えている。燃料電池システム１０は、燃料電池車両１に電力源として搭載されている。
なお、燃料電池車両１は、例えばイグニッションスイッチなどのように、運転者による入力操作に応じて車両の起動を指示する起動信号または停止を指示する停止信号を出力するスイッチ２を備えている。

燃料電池システム１０は、図２に示すように、燃料電池スタック１１と、各スタック共通の吸気口１２と、エアコンプレッサ１３と、加湿器１４と、封止入口弁１５と、封止出口弁１６と、圧力制御弁１７と、バイパス弁１８と、排気再循環ポンプ１９と、逆止弁２０と、を備えている。燃料電池システム１０は、さらに水素タンク２１と、可変圧力調整弁２２と、インジェクタ２４と、エゼクタ２５と、バイパスインジェクタ２６と、気液分離器２７と、水素ポンプ２８と、逆止弁２９と、パージ弁３０と、ドレイン弁３１と、各スタック共通の希釈器３２と、コンタクタ３９と、電圧調整器（ＦＣＶＣＵ）４０と、制御装置４１と、を備えている。また、燃料電池システム１０は、各燃料電池スタック１１を冷却液によって冷却するためのスタック冷却回路７０を備えている。
なお、図２では、図示都合上制御装置４１が複数描かれているが、図上の複数の制御装置４１は同じ制御装置である。

燃料電池スタック１１は、複数の燃料電池セルが積層された積層体（図示略）と、この積層体を積層方向の両側から挟み込む一対のエンドプレート（図示略）と、を備えている。
燃料電池セルは、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）と、この膜電極接合体を接合方向の両側から挟み込む一対のセパレータと、を備えている。
膜電極接合体は、アノード触媒およびガス拡散層からなるアノード１１Ａ（燃料極）と、カソード触媒およびガス拡散層からなるカソード１１Ｂ（酸素極）と、アノード１１Ａおよびカソード１１Ｂによって厚さ方向の両側から挟み込まれた陽イオン交換膜などからなる固体高分子電解質膜１１Ｃと、を備えている。

燃料電池スタック１１のアノード１１Ａには、水素ガスが水素タンク２１から供給され、カソード１１Ｂには、酸素を含む酸化剤ガスである空気がエアコンプレッサ１３から供給される。
アノード１１Ａに供給された水素は、アノード触媒上で触媒反応によりイオン化され、水素イオンは、適度に加湿された固体高分子電解質膜１１Ｃを介してカソード１１Ｂへと移動する。水素イオンの移動に伴って発生する電子は直流電流として外部回路（電圧調整器４０等）に取り出される。
アノード１１Ａからカソード１１Ｂのカソード触媒上へと移動した水素イオンは、カソード１１Ｂに供給された酸素と、カソード触媒上の電子と反応して、水を生成する。

コンタクタ３９は、燃料電池スタック１１の正極および負極に接続され、制御装置４１による制御によって、燃料電池スタック１１と電気負荷（例えば、パワードライブユニットＰＤＵなど）との接続と遮断とを切り替える。

電圧調整器（ＦＣＶＣＵ）４０は、コンタクタ３９を介した燃料電池スタック１１の正極および負極と、電気負荷との間に配置され、制御装置４１による制御によって、燃料電池スタック１１から出力される電圧および電流を調整する。

エアコンプレッサ１３は、各スタック共通の一つの吸気口１２と、燃料電池スタック１１のカソード１１Ｂを接続する空気供給配管６０（配管）の途中に介装されている。空気供給配管６０は、吸気口１２からエアコンプレッサ１３に空気を導入する吸気路６０ａと、エアコンプレッサ１３から吐出された空気を燃料電池スタック１１に送給する送給路６０ｂと、を有する。エアコンプレッサ１３は、制御装置４１により駆動制御される駆動用のモータ６１を備えている。エアコンプレッサ１３は、モータ６１の駆動力によって各スタック共通の一つの吸気口１２から空気を取り込んで圧縮し、圧縮後の空気を送給路６０ｂを通してカソード１１Ｂに送給する。
本実施形態では、エアコンプレッサ１３は、空気供給配管６０（配管）において、吸気路６０ａ内のエアコンプレッサ１３の近傍の圧力（吸気圧力）を調整する流体調整部を構成している。

複数の燃料電池スタック１１は、乗員室９１の下方において、互いに離間して配置されている。このため、空気供給配管６０のうちの、吸気口１２とエアコンプレッサ１３を接続する吸気路６０ａは、燃料電池スタック１１毎に長さや引き出し方向が異なっている。各燃料電池スタック１１に対応した吸気路６０ａには、エアコンプレッサ１３の吸入部の近傍の空気圧力を検出するための吸気側圧力センサ６２（圧力検出部）が設けられている。吸気側圧力センサ６２によって検出された検出信号は制御装置４１に入力される。各燃料電池スタック１１に対応した送給路６０ｂには、燃料電池スタック１１のカソード１１Ｂ側の空気圧力を検出するための送給側圧力センサ６３（圧力検出部）が設けられている。送給側圧力センサ６３によって検出された検出信号は制御装置４１に入力される。

制御装置４１は、燃料電池スタック１１で必要とする目標空気圧力に達するようにエアコンプレッサ１３のモータ６１の出力を制御する。制御装置４１は、燃料電池スタック１１側の空気圧力（送給側圧力センサ６３によって検出される圧力）が目標空気圧力に達しない場合には、送給路６０ｂ側の圧力を高めるためにエアコンプレッサ１３のモータ６１の出力を高める。このとき、エアコンプレッサ１３の送給側と吸入側の圧力比が所定値以上に高くなると、吸気路６０ａにおいてサージ圧を発生し易くなる。このため、制御装置４１は、吸気路６０ａでのサージ圧の発生を防止するために、エアコンプレッサ１３の吸入側と送給側の圧力を吸気側圧力センサ６２と送給側圧力センサ６３によって監視し、エアコンプレッサ１３での圧力比が規定の圧力比以上になったときに、エアコンプレッサ１３の出力を低下させる。より詳細には、例えば、燃料電池スタック１１の空気目標圧力を下げることにより、エアコンプレッサ１３の出力を低下させる。

一方、加湿器１４は、例えば中空糸膜などの水透過膜を備え、燃料電池スタック１１のカソード排出口１１ｂから空気排出路５２に排出された空気（カソードオフガス）を加湿用のガスとして用いて、エアコンプレッサ１３から空気供給配管６０の送給路６０ｂに送出された空気（カソードガス）を加湿する。
より詳細には、加湿器１４は、エアコンプレッサ１３から送出された空気と燃料電池スタック１１のカソード排出口１１ｂから排出された湿潤状態の空気（排出空気）とを水透過膜を介して接触させることで、排出空気に含まれる水分（特に、水蒸気）のうち水透過膜の膜穴を透過した水分を空気（カソードガス）に添加する。

封止入口弁１５は、エアコンプレッサ１３と、燃料電池スタック１１のカソード１１Ｂに空気を供給可能なカソード供給口１１ａとを接続する送給路６０ｂに設けられ、制御装置４１による制御によって送給路６０ｂを開閉する。封止入口弁１５は、送給路６０ｂを閉じることによってカソード１１Ｂの上流側を封止する。
封止出口弁１６は、燃料電池スタック１１のカソード１１Ｂから使用済み空気（カソードオフガス）を排出可能なカソード排出口１１ｂと、希釈器３２と、を接続する空気排出路５２に設けられ、制御装置４１により制御によって空気排出路５２を開閉する。封止出口弁１６は、空気排出路５２を閉じることによってカソード１１Ｂの下流側を封止する。

圧力制御弁１７は、空気排出路５２における加湿器１４と希釈器３２との間に設けられ、制御装置４１による制御によって空気排出路５２を流通する排出空気（カソードオフガス）の圧力を制御する。

バイパス弁１８は、送給路６０ｂにおけるエアコンプレッサ１３と加湿器１４との間と、空気排出路５２における圧力制御弁１７と希釈器３２との間と、を接続するバイパス路５３に設けられている。バイパス路５３は、送給路６０ｂから分岐してカソード１１Ｂを迂回する通路であり、エアコンプレッサ１３から送給された空気をそのまま希釈器３２に供給する。
バイパス弁１８は、制御装置４１による制御によってバイパス路５３を開閉する。

排気再循環ポンプ１９は、送給路６０ｂにおける封止入口弁１５とカソード供給口１１ａとの間と、空気排出路５２におけるカソード排出口１１ｂと封止出口弁１６との間と、を接続する排気再循環路５４に設けられている。

排気再循環ポンプ１９は、燃料電池スタック１１のカソード１１Ｂを通過してカソード排出口１１ｂから空気排出路５２に排出されたカソードオフガスの少なくとも一部を排気再循環路５４に通流させる。そして、排気再循環路５４を流通したカソードオフガスを、封止入口弁１５からカソード供給口１１ａに向かう空気（カソードガス）に混合して、カソード１１Ｂに再び供給する。

逆止弁２０は、空気排出路５２から空気供給配管６０の送給路６０ｂに向かう方向の空気の流れのみを許容し、その逆の方向の空気の流れを遮断するように、排気再循環路５４に設けられている。

また、水素タンク２１は、図１に示す車体フレーム９０の複数個所に、所定数を一グループとして分散して搭載されている。各グループを構成する水素タンク２１同士は配管によって合流接続されている。各グループの水素タンク２１は、ガス配管６６によって対応する燃料電池スタック１１のアノード供給口１１ｃに接続されている。ただし、水素タンク２１の各グループは、車体フレーム９０上における搭載位置が車体前後方向で異なっているため、各グループの水素タンク２１と燃料電池スタック１１を接続するガス配管６６の長さは、グループ毎に異なっている。
なお、本実施形態の燃料電池車両では、搭載する燃料電池スタック１１の数が四つであるのに対し、水素タンク２１のグループは三つであるため、四つの燃料電池スタック１１のうちの二つは、共通の水素タンク２１のグループに接続されている。ただし、四つの燃料電池スタック１１の夫々が異なる水素タンク２１のグループに接続されるように、燃料電池車両１に搭載する水素タンク２１のグループを四つにしても良い。

水素タンク２１の各グループに接続されるガス配管６６のうちの燃料電池スタック１１に近接する位置には、制御装置４１による制御によってガス配管６６内の水素ガスの流通を遮断する遮断弁２３が設けられている。ここで、各ガス配管６６のうちの遮断弁２３よりも上流側（水素タンク２１側）部分を上流側流路６６ａと称し、ガス配管６６のうちの遮断弁２３よりも下流側（燃料電池スタック１１側）部分を下流側流路６６ｂと称する。
各ガス配管６６の上流側流路６６ａのうちの、水素タンク２１の近傍には、電磁バルブ等から成る可変圧力調整弁２２が設けられている。可変圧力調整弁２２は、制御装置４１による制御によって上流側流路６６ａを流れる水素ガスの圧力を調整する。また、各ガス配管６６の上流側流路６６ａのうちの遮断弁２３の近傍には、上流側流路６６ａの遮断弁２３の近傍における水素ガスの圧力を検出するためのガス圧センサ６５（圧力検出部）が設けられている。ガス圧センサ６５によって検出された検出信号は制御装置４１に入力される。

制御装置４１は、各ガス配管６６の上流側流路６６ａの遮断弁２３の近傍の水素圧力が目標水素圧力に達するように可変圧力調整弁２２を制御する。このため、各ガス配管６６の上流側流路６６ａの長さの相違によって上流側流路６６ａでの圧力損失が各スタックのガス配管６６毎に異なっていても、目標水素圧力が同じであれば、制御装置４１による各可変圧力調整弁２２の制御によって遮断弁２３の近傍部での水素圧力をほぼ同じにすることができる。

遮断弁２３は、制御装置４１による制御によってガス配管６６の上流側流路６６ａと下流側流路６６ｂの間を遮断可能とされている。

インジェクタ２４は、下流側流路６６ｂにおいて遮断弁２３とアノード供給口１１ｃとの間に設けられ、制御装置４１による制御によって目標水素圧力の水素ガスをアノード供給口１１ｃに所定の周期で間欠的に供給する。これによって、燃料電池スタック１１のカソード１１Ｂとアノード１１Ａとの間の極間差圧を所定の圧力に保持する。

エゼクタ２５は、下流側流路６６ｂにおいてインジェクタ２４とアノード供給口１１ｃとの間に設けられている。
エゼクタ２５は、燃料電池スタック１１のアノード１１Ａを通過してアノード排出口１１ｄから水素ガス排出路５６（排出路）に排出された未反応の水素を含む排出ガス（アノードオフガス）の少なくとも一部を、水素ガス排出路５６と上流側流路６６ａとを接続する水素ガス循環路５７に通流させる。そして、水素ガス循環路５７を流通したアノードオフガスを、インジェクタ２４からアノード供給口１１ｃに向かう上流側流路６６ａの水素ガスに混合して、アノード１１Ａに再び供給する。

バイパスインジェクタ２６は、上流側流路６６ａにおける遮断弁２３とアノード供給口１１ｃとの間でインジェクタ２４およびエゼクタ２５を迂回して上流側流路６６ａのアノード供給口１１ｃ側に接続された迂回路５８に設けられている。
バイパスインジェクタ２６は、制御装置４１による制御によってインジェクタ２４を補助するようにして目標水素圧力の水素ガスをアノード供給口１１ｃに供給する。

気液分離器２７は、水素ガス排出路５６においてアノード排出口１１ｄと水素ガス循環路５７との間に設けられている。
気液分離器２７は、燃料電池スタック１１のアノード１１Ａを通過してアノード排出口１１ｄから排出されたアノードオフガスに含まれる水分を分離する。そして、分離後のアノードオフガスを水素ガス排出路５６に接続されたガス排出口（図示略）から排出し、分離後の水分を水分排出路５９に接続された水分排出口（図示略）から排出する。

以下、水素ガス排出路５６のうちのパージ弁３０よりも上流側の流路を上流側流路５６ａと称し、パージ弁３０よりも下流側の流路を下流側流路５６ｂと称する。水素ポンプ２８は、上流側流路５６ａの気液分離器２７の下流位置と、エゼクタ２５の副流導入口（図示略）とに接続された水素ガス循環路５７に設けられている。
水素ポンプ２８は、燃料電池スタック１１のアノード１１Ａを通過してアノード排出口１１ｄから水素ガス排出路５６に排出されたアノードオフガスの少なくとも一部を、水素ガス循環路５７に通流させる。

逆止弁２９は、水素ガス排出路５６からガス配管６６の上流側流路６６ａに向かう方向のアノードオフガスの流れのみを許容し、その逆方向のガスの流れを遮断するように、水素ガス循環路５７に設けられている。

パージ弁３０は、水素ガス排出路５６の上流側流路５６ａと下流側流路５６ｂの間に設けられている。パージ弁３０は、可変流量調整弁によって構成されている。パージ弁３０は、制御装置４１による制御によって水素ガス排出路５６の上流側流路５６ａから下流側流路に流れる（気液分離器２７から希釈器３２に向かって流れる）アノードオフガス（水素ガス）の流量を調整することができる。

水素ガス排出路５６の下流側流路５６ｂ（パージ弁３０の下流側）には、下流側流路５６ｂを流れるアノードオフガス（水素ガス）の圧力を検出するためのパージ圧センサ４４が設けられている。パージ圧センサ４４は、下流側流路５６ｂのパージ弁３０の近傍に配置されている。パージ圧センサ４４で検出された検出信号は制御装置４１に入力される。
水素ガス排出路５６においては、パージ圧センサ４４が圧力検出部を構成し、パージ弁３０が流体調整部を構成している。

制御装置４１は、パージ圧センサ４４で検出される圧力に応じてパージ弁３０の開度を制御する。具体的には、制御装置４１は、各スタックに対応した水素ガス排出路５６において、パージ弁３０のガス排出口の近傍の圧力が所定値となるようにパージ弁３０の開度を制御する。このため、各スタックに対応した水素ガス排出路５６の下流側流路５６ｂの長さ等の相違によって各下流側流路５６ｂでの圧力損失がスタック毎に異なっていても、制御装置４１による各パージ弁３０の制御によって、各下流側流路５６ｂを通って希釈器３２に排出されるアノードオフガス（水素ガス）の流量をほぼ同じにすることができる。

ドレイン弁３１は、水分排出路５９において気液分離器２７の水分排出口と希釈器３２との間に設けられている。以下、水分排出路５９のうちのドレイン弁３１よりも上流側の流路を上流側流路５９ａと称し、ドレイン弁３１よりも下流側の流路を下流側流路５９ｂと称する。
ドレイン弁３１は、可変流量調整弁によって構成されている。ドレイン弁３１は、制御装置４１による制御によって水分排出路５９の上流側流路５９ａから下流側流路５９ｂに流れる（気液分離器２７から希釈器３２に向かって流れる）水分の流量を調整することができる。

水分排出路５９の下流側流路５９ｂ（ドレイン弁３１の下流側）には、下流側流路５９ｂのドレイン弁３１の近傍の圧力を検出するためのドレイン圧センサ４８が設けられている。ドレイン圧センサ４８は、下流側流路５９ｂのドレイン弁３１の近傍に配置されている。ドレイン圧センサ４８で検出された検出信号は制御装置４１に入力される。
水分排出路５９においては、ドレイン圧センサ４８が圧力検出部を構成し、ドレイン弁３１が流体調整部を構成している。

制御装置４１は、ドレイン圧センサ４８で検出される圧力に応じてドレイン弁３１の開度を制御する。具体的には、制御装置４１は、各スタックに対応した水分排出路５９において、ドレイン弁３１の水分排出口の近傍の圧力が所定値となるようにドレイン弁３１の開度を制御する。このため、各スタックに対応した水分排出路５９の下流側流路５９ｂの長さ等の相違によって各下流側流路５９ｂでの圧力損失がスタック毎に異なっていても、制御装置４１による各ドレイン弁３１の制御によって、各下流側流路５９ｂを通って希釈器３２に排出される水分の流量をほぼ同じにすることができる。

希釈器３２は、空気排出路５２と、水素ガス排出路５６と、水分排出路５９と、に接続されている。
希釈器３２は、パージ弁３０から供給されたアノードオフガスの水素濃度を、バイパス弁１８から供給された空気または圧力制御弁１７から供給されたカソードオフガスによって希釈する。そして、希釈後の水素濃度が所定濃度以下に低減された排出ガスを外部（大気中）に排出する。

スタック冷却回路７０は、燃料電池スタック１１の図示しない内部冷却通路と、燃料電池スタック１１を冷却した冷却液を冷却するスタック冷却用ラジエータ７１（冷却装置）と、燃料電池スタック１１の内部冷却通路から流出した冷却液をスタック冷却用ラジエータ７１に流す冷却液排出路７２と、スタック冷却用ラジエータ７１を流れた冷却液を燃料電池スタック１１の内部冷却通路に送給する冷却液送給路７３と、を備えている。冷却液送給路７３には、スタック冷却用ラジエータ７１を通過した冷却液を吸引して、燃料電池スタック１１の内部冷却通路側に送給する冷却液ポンプ７４が設けられている。冷却液ポンプ７４は駆動モータ７５を備え、その駆動モータ７５が制御装置４１によって制御される。

冷却液送給路７３の燃料電池スタック１１との接続部の近傍と、冷却液排出路７２の燃料電池スタック１１との接続部の近傍の間には、両接続部の近傍部での圧力差を検出するための差圧センサ７６が設けられている。差圧センサ７６の検出信号は制御装置４１に入力される。
スタック冷却回路７０においては、冷却液送給路７３及び冷却液排出路７２が配管を構成し、差圧センサ７６が圧力検出部を構成している。または、冷却液ポンプ７４は流体調整部を構成している。

制御装置４１は、差圧センサ７６で検出される燃料電池スタック１１の入口側と出口側の圧力差に応じて冷却液ポンプ７４の出力を制御する。具体的には、制御装置４１は、各スタックに対応したスタック冷却回路７０において、燃料電池スタック１１の入口側と出口側の圧力差が所定値になるように冷却液ポンプ７４の出力を制御する。このため、各スタックにおいて、冷却液送給路７３や冷却液排出路７２の長さ等が相違し、それによって冷却液送給路７３や冷却液排出路７２での圧力損失がスタック毎に異なっていても、制御装置４１による冷却液ポンプ７４の制御によって、各燃料電池スタック１１を流れる冷却液の流量をほぼ同じにすることができる。

（実施形態の効果）
本実施形態の燃料電池車両１（燃料電池搭載装置）では、一つの吸気口１２から分岐して各燃料電池スタック１１に個別に空気を供給する空気供給配管６０において、吸気路６０ａのエアコンプレッサ１３の近傍と送給路６０ｂとに吸気側圧力センサ６２と送給側圧力センサ６３が夫々配置されている。そして、制御装置４１は吸気側圧力センサ６２と送給側圧力センサ６３で検出された検出信号を基にして、エアコンプレッサ１３の出力を制御する。
このため、本実施形態の燃料電池車両１では、空気供給配管６０の吸気路６０ａの長さの相違等によって各スタック毎に吸気路６０ａでの圧力損失にばらつきがあっても、制御装置４１による各エアコンプレッサ１３の制御によって吸気路６０ａでのサージ圧の発生を抑制することができる。

特に、本実施形態の燃料電池車両１（燃料電池搭載装置）は、燃料電池スタック１１の空気圧力が目標空気圧力に達するように制御装置４１がエアコンプレッサ１３の出力を制御し、さらに制御装置４１が、吸気側圧力センサ６２と送給側圧力センサ６３の検出結果に基づいてエアコンプレッサ１３の送給側と吸入側の圧力比を求める。そして、制御装置４１は、求めた圧力比が規定の圧力比以上になったときに、目標空気圧力を低くする等してエアコンプレッサ１３の出力を低下させる。
このため、本実施形態の燃料電池車両１では、制御装置４１が基本的に各燃料電池スタック１１での目標空気圧力に達するようにエアコンプレッサ１３の出力を制御し、エアコンプレッサ１３の送給側と吸入側の圧力比がサージ圧を発生する圧力比に近づいたときには、エアコンプレッサ１３の出力を低下させることによってサージ圧の発生を確実に抑制することができる。

また、本実施形態の燃料電池車両１（燃料電池搭載装置）では、水素ガス（アノードオフガス）を燃料電池スタック１１から排出する水素ガス排出路５６において、水素ガス排出路５６のパージ弁３０の下流側（下流側流路５６ｂ）にパージ圧センサ４４が配置されている。そして、制御装置４１は、パージ圧センサ４４の検出信号に基づいてパージ弁３０の開度を制御する。
このため、本実施形態の燃料電池車両１では、パージ弁３０よりも下流側の下流側流路５６ｂの長さの相違等によって各スタック毎に下流側流路５６ｂでの圧力損失にばらつきがあっても、制御装置４１による各パージ弁３０の開度制御によって水素ガスを希釈器３２にスムーズに排出することができる。

また、本実施形態の燃料電池車両１（燃料電池搭載装置）では、燃料電池スタック１１内を流れた水素ガスから分離された水分を排出する水分排出路５９において、水分排出路５９のドレイン弁３１の下流側（下流側流路５９ｂ）にドレイン圧センサ４８が配置されている。そして、制御装置４１は、ドレイン圧センサ４８の検出信号に基づいてドレイン弁３１の開度を制御する。
このため、本実施形態の燃料電池車両１では、ドレイン弁３１よりも下流側の下流側流路５９ｂの長さの相違等によって各スタック毎に下流側流路５９ｂでの圧力損失にばらつきがあっても、制御装置４１による各ドレイン弁３１の開度制御によって水分を希釈器３２にスムーズに排出することができる。

さらに、本実施形態の燃料電池車両１（燃料電池搭載装置）では、各燃料電池スタック１１を冷却するスタック冷却回路７０において、冷却液送給路７３の燃料電池スタック１１との接続部の近傍と、冷却液排出路７２の燃料電池スタック１１との接続部の近傍の圧力差を検出する差圧センサ７６が設けられている。そして、制御装置４１は、差圧センサ７６の検出信号に基づいて冷却液ポンプ７４の出力を制御する。
このため、本実施形態の燃料電池車両１では、冷却液送給路７３や冷却液排出路７２の長さの相違等によって各スタック毎に冷却液送給路７３や冷却液排出路７２での圧力損失にばらつきがあっても、制御装置４１による各冷却液ポンプ７４の出力制御によって安定した流量の冷却液を各燃料電池スタック１１に流すことができる。

また、本実施形態の燃料電池車両１（燃料電池搭載装置）では、水素タンク２１と燃料電池スタック１１を接続するガス配管６６において、ガス圧センサ６５が燃料電池スタック１１の近傍に配置されている。そして、制御装置４１は、ガス圧センサ６５の検出信号に基づいて、ガス配管６６の水素タンク２１の近傍に配置された可変圧力調整弁２２を制御する。
このため、本実施形態の燃料電池車両１では、ガス配管６６の上流側流路６６ａの長さの相違等によって各スタック毎に上流側流路６６ａでの圧力損失にばらつきがあっても、制御装置による各可変圧力調整弁２２の制御によって各燃料電池スタック１１に安定した圧力と流量の水素ガスを供給することができる。

以上のように、本実施形態の燃料電池車両１は、各燃料電池スタック１１に個別に接続される配管内の所望の圧力や流量を必要とする部位に、空気や水素ガス、水分等の圧力を検出する圧力検出部が配置され、制御装置４１が圧力検出部の検出結果に基づいて流体調整部を制御する。このため、本実施形態の燃料電池車両１を採用した場合には、各スタック毎に配管の長さ等が異なって圧力損失にばらつきがある場合でも、制御装置４１による流体調整部の制御によって各配管を流れる流体の圧力や流量を適切に制御することができる。
したがって、本実施形態の燃料電池車両１を採用した場合には、各スタックの配管内の流体調整部の煩雑なセッティング調整を要することなく、配管内の必要部位に適切な圧力流量の流体を流すことができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態は、複数の燃料電池スタックを備えた燃料電池車両１であるが、本発明における燃料電池搭載装置は、複数の燃料電池スタックで発電した電力を利用する装置であれば燃料電池車両に限定されるものでない。例えば、二輪や三輪、四輪等の自動車、バスやトラック等の大型車両であっても良く、電動車両以外の移動体（例えば、船舶、飛行体、ロボット）に搭載されても良く、また、定置型の燃料電池システムに搭載されても良い。

１…燃料電池車両（燃料電池搭載装置）
１１…燃料電池スタック
１２…吸気口
１３…エアコンプレッサ（流体調整部）
２１…水素タンク
２２…可変圧力調整弁（流体調整部）
３０…パージ弁（流体調整部）
３１…ドレイン弁（流体調整部）
４１…制御装置
４４…パージ圧センサ（圧力検出部）
４８…ドレイン圧センサ（圧力検出部）
５６…水素ガス排出路（排出路，配管）
５９…水分排出路（配管）
６０…空気供給配管（配管）
６０ａ…吸気路
６０ｂ…送給路
６２…吸気側圧力センサ（圧力検出部）
６３…送給側圧力センサ（圧力検出部）
６５…ガス圧センサ（圧力検出部）
６６…ガス配管（配管）
７１…スタック冷却用ラジエータ（冷却装置）
７２…冷却液排出路
７３…冷却液送給路
７４…冷却液ポンプ（流体調整部）
７６…差圧センサ（圧力検出部）

Claims (7)

1. 複数の燃料電池スタックと、
   各前記燃料電池スタックに個別に接続される配管と、
   前記配管に流れる流体の圧力または流量を調整する流体調整部と、
   前記配管内の流体の所望の圧力または流量を必要とする部位に配置されて、流体の圧力を検出する圧力検出部と、
   前記圧力検出部の検出結果に基づいて前記流体調整部を制御する制御装置と、を備えていることを特徴とする燃料電池搭載装置。
2. 一つの吸気口から分岐して、吸入される空気を各前記燃料電池スタックに個別に供給する前記配管が夫々各前記燃料電池スタックに接続されており、
   前記流体調整部は、前記燃料電池スタックに空気を供給するエアコンプレッサであり、
   前記配管は、前記吸気口から前記エアコンプレッサに空気を導入する吸気路と、前記エアコンプレッサから吐出された空気を前記燃料電池スタックに送給する送給路と、を有し、
   前記圧力検出部は、前記吸気路の前記エアコンプレッサの近傍と前記送給路とに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池搭載装置。
3. 前記制御装置は、前記燃料電池スタックの空気圧力が目標空気圧力に達するように前記エアコンプレッサの出力を制御するとともに、前記圧力検出部の検出結果に基づいて前記エアコンプレッサの送給側と吸入側の圧力比を求め、求めた圧力比が規定の圧力比以上になったときには、前記エアコンプレッサの出力を低下させることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池搭載装置。
4. 前記配管は、前記燃料電池スタックから排出された水素ガスの排出路を有し、
   前記流体調整部は、前記排出路を流れる前記水素ガスの流量を調整するパージ弁であり、
   前記圧力検出部は、前記排出路の前記パージ弁の下流側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池搭載装置。
5. 前記配管は、前記燃料電池スタック内を流れた水素ガスから分離された水分を排出する水分排出路を有し、
   前記流体調整部は、前記水分排出路を流れる前記水分の流量を調整するドレイン弁であり、
   前記圧力検出部は、前記水分排出路の前記ドレイン弁の下流側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池搭載装置。
6. 前記配管は、前記燃料電池スタックを冷却した冷却液を冷却装置に流す冷却液排出路と、前記冷却装置を流れた冷却液を前記燃料電池スタックに送給する冷却液送給路と、を有し、
   前記流体調整部は、前記燃料電池スタックと前記冷却液送給路に冷却液を流す冷却液ポンプであり、
   前記圧力検出部は、前記冷却液送給路の前記燃料電池スタックとの接続部の近傍と、前記冷却液排出路の前記燃料電池スタックとの接続部の近傍との圧力差を検出することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池搭載装置。
7. 前記配管は、水素タンクと前記燃料電池スタックを接続するガス配管であり、
   前記流体調整部は、前記ガス配管の前記水素タンクの近傍に配置された可変圧力調整弁であり、
   前記圧力検出部は、前記燃料電池スタックの近傍に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池搭載装置。

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