JP4905330B2 - 開閉弁、燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 - Google Patents
開閉弁、燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 Download PDFInfo
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Description
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図である。燃料電池システムは、例えば、移動体である車両に搭載されており、この車両は燃料電池システムから供給される電力によって駆動する。
図9は、本発明の第2の実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法を示すフローチャートである。第2の実施形態にかかる燃料電池システムが、第1の実施形態のそれと相違する点は、空気制御弁30の開度を制限することである。なお、システム構成については第1の実施形態と同様であり、また、制御方法についても基本的な流れは同じであるため、以下相違点を中心に説明を行い、重複する説明は省略する。
図12は、本発明の第3の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図である。第3の実施形態にかかる燃料電池システムが、第1の実施形態のそれと相違する点は、空気制御弁30に導入される空気の始点である。なお、システム構成については第1の実施形態と基本的に同様であり、また、制御方法についても流れは同じであるため、以下相違点を中心に説明を行い、重複する説明は省略する。
図15は、本発明の第4の実施形態にかかる空気制御弁30の構造を模式的に示す断面図である。第4の実施形態にかかる燃料電池システムが、第1の実施形態のそれと相違する点は、空気制御弁30に構造にある。なお、システム構成については第1の実施形態と基本的に同様であり、また、制御方法についても流れは同じであるため、以下相違点を中心に説明を行い、重複する説明は省略する。
図16は、本発明の第5の実施形態にかかる空気制御弁30の構造を模式的に示す断面図である。第5の実施形態にかかる燃料電池システムが、第1の実施形態のそれと相違する点は、空気制御弁30の構造にある。なお、システム構成については第1の実施形態と基本的に同様であり、また、制御方法についても流れは同じであるため、以下相違点を中心に説明を行い、重複する説明は省略する。
図17は、本発明の第6の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図である。第6の実施形態にかかる燃料電池システムが、第1の実施形態のそれと相違する点は、空気制御弁30に導入される空気を独立した供給源で行うことである。なお、システム構成については第1の実施形態と基本的に同様であり、また、制御方法についても流れは同じであるため、以下相違点を中心に説明を行い、重複する説明は省略する。
3 電力取出装置
10 燃料タンク
11 燃料供給弁
12 水素制御弁
12 水素循環ポンプ
14 気液分離装置
15 不純物排出弁
20 コンプレッサ
21 アフタークーラー
22 加湿装置
23 冷却水循環ポンプ
24 冷却ユニット
25 パージ制御弁
26 開閉弁
27 開閉弁
28 ブロア
29 空気タンク
30 空気制御弁
31 弁本体
32 シャフト
32a 開口
33 弁体
34 軸受部
35 駆動手段
36 シール部材
36a 固定リング
36b 回転リング
37 内部空間
38 嵌合孔
39 導入流路
39a 連通路
39b プラグ
40 コントロールユニット
41 水素圧力センサ
42 空気流量センサ
43 空気圧力センサ
44 外気温度センサ
45 冷却水温度センサ
46 排ガス圧力センサ
Claims (14)
- 開閉弁において、
筒状のメイン流路が形成された弁本体と、
前記メイン流路の対向位置に穿設された一対の嵌合孔にそれぞれ挿入されて前記メイン流路と直交するとともに、回動可能に支持されるシャフトと、
前記シャフトに固着された板状の部材であり、前記メイン流路の中心軸と直交する面に対する傾斜角に応じて、前記メイン流路の開度を設定する弁体とを有し、
前記弁本体は、当該弁本体の内部に流体を導入するとともに、当該導入された流体を前記嵌合孔を介して前記メイン流路へと流す内部流路を備え、
前記内部流路は、前記嵌合孔を介して前記メイン流路と連通するとともに前記シャフトを回動自在に支持する軸受部を収容する内部空間と、当該内部空間に外部から流体を導入する導入流路とを含み、
前記軸受部と弁本体との隙間をシールするシール部材が配設されており、
前記シール部材は、前記軸受部と前記弁本体とを熱的に分離可能な熱容量の部材で構成されていること
を特徴とする開閉弁。 - 前記シャフトは、中空に形成されているとともに、前記内部空間と対応する位置に中空内部と連通する開口が形成されており、前記内部空間に導入された流体がシャフトの中空内部を通過可能に構成されることを特徴とする請求項1に記載された開閉弁。
- 燃料電池システムにおいて、
反応ガスが供給されることにより、当該反応ガスを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に接続する反応ガス用のガス流路と、
前記ガス流路に配設される開閉弁とを有し、
前記開閉弁は、
筒状のメイン流路が形成されて、前記ガス流路の一部を構成する弁本体と、
前記メイン流路の対向位置に穿設された一対の嵌合孔にそれぞれ挿入されて前記メイン流路に直交するとともに、回動可能に支持されるシャフトと、
前記シャフトに固着された板状の部材であり、前記メイン流路の中心軸と直交する面に対する傾斜角に応じて、前記メイン流路の開度を設定する弁体とを有し、
前記弁本体は、システムから供給される流体を弁本体の内部に導入するとともに、当該導入された流体を前記嵌合孔を介して前記メイン流路へと流す内部流路を備え、
前記内部流路は、前記嵌合孔を介して前記メイン流路と連通するとともに前記シャフトを回動自在に支持する軸受部を収容する内部空間と、当該内部空間に外部から流体を導入する導入流路とを含み、
前記軸受部と弁本体との隙間をシールするシール部材が配設されており、
前記シール部材は、前記軸受部と前記弁本体とを熱的に分離可能な熱容量の部材で構成されていること
を特徴とする燃料電池システム。 - 前記燃料電池は、前記反応ガスとして酸化剤ガスが供給される酸化剤極と、前記反応ガスとして燃料ガスが供給される燃料極とを備え、
前記ガス流路は、前記燃料電池の酸化剤極からの排出ガスが流れる酸化剤ガス排出流路を含み、
前記開閉弁は、前記酸化剤ガス排出流路に配設されて、酸化剤ガスの圧力または流量を制御する酸化剤ガス制御弁であることを特徴とする請求項3に記載された燃料電池システム。 - 前記ガス流路は、前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給流路を含み、
前記酸化剤ガス供給流路は、外気を酸化剤ガスとして取り込むとともに、加圧した上で吐出するコンプレッサを備え、
前記酸化剤ガス制御弁は、前記酸化剤ガス供給流路において前記コンプレッサの下流により分岐するパージ流路を介して、前記内部流路に酸化剤ガスが供給されることを特徴とする請求項4に記載された燃料電池システム。 - 前記パージ流路は、当該流路を流れる酸化剤ガスの流量を制御するパージ制御弁をさらに備え、
前記パージ制御弁は、外気温度に基づいて、流量状態が制御されることを特徴とする請求項5に記載された燃料電池システム。 - 前記燃料電池は、外気温度に基づいて、運転圧力が設定されることを特徴とする請求項5または6に記載された燃料電池システム。
- 前記酸化剤ガス制御弁は、外気温度と、前記燃料電池の発電電流とに基づいて、開度制限が行われることを特徴とする請求項4から7のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
- 前記燃料電池は、前記酸化剤ガス制御弁の開度制限に基づいて、運転圧力と発電電流とが制限されることを特徴とする請求項8に記載された燃料電池システム。
- 前記ガス流路は、前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給流路を含み、
前記酸化剤ガス供給流路は、外気を酸化剤ガスとして取り込むとともに加圧した上で吐出するコンプレッサと、当該コンプレッサから吐出される酸化剤ガスを冷却する冷却装置とを有し、
前記酸化剤ガス制御弁は、前記酸化剤ガス供給流路において前記冷却装置の下流により分岐するパージ流路を介して、前記内部流路に酸化剤ガスが供給されることを特徴とする請求項4に記載された燃料電池システム。 - 前記冷却装置は、冷却水を循環させることにより前記酸化剤ガスを冷却する装置であり、外気温度に基づいて、冷却水の循環流量が制限されることを特徴とする請求項10に記載された燃料電池システム。
- 前記酸化剤ガス制御弁の内部流路に対してパージガスを供給する独立したパージガス供給手段をさらに有することを特徴とする請求項4に記載された燃料電池システム。
- 前記パージガス供給手段は、前記酸化剤ガス制御弁へ供給されるパージガスの圧力を調整可能であることを特徴とする請求項12に記載された燃料電池システム。
- 前記パージガス供給手段は、前記燃料電池の酸化剤極からの排出ガスの圧力に基づいて、前記パージガスの圧力を制御することを特徴とする請求項13に記載された燃料電池システム。
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