JP5117053B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
この発明は、例えば車両等に搭載される燃料電池システムに関するものである。 The present invention is, for example, relates to a fuel cell system mounted on a vehicle or the like.
一般に、この種の燃料電池システムにおいては、燃料電池のカソード極に酸素が供給されるとともに、アノード極に水素が供給されて、その水素の酸化還元反応により発電が行われる。この場合、カソード極に供給される酸素としては大気中の酸素が用いられる。ところが、大気中には燃料電池の発電機能を阻害する不純物が含まれていることが多いため、フィルタ等により大気中の不純物を除去する必要がある。このように、大気中から不純物を除去するシステムとしては、例えば特許文献1に開示されるような構成のものが従来から提案されている。 In general, in this type of fuel cell system, oxygen is supplied to the cathode electrode of the fuel cell, and hydrogen is supplied to the anode electrode, and electric power is generated by an oxidation-reduction reaction of the hydrogen. In this case, oxygen in the atmosphere is used as the oxygen supplied to the cathode electrode. However, since the atmosphere often contains impurities that hinder the power generation function of the fuel cell, it is necessary to remove the impurities in the atmosphere with a filter or the like. As described above, as a system for removing impurities from the atmosphere, for example, a system having a configuration as disclosed in Patent Document 1 has been proposed.
この従来構成においては、フィルタにより大気中から不純ガスが除去されて、その状態で大気が燃料電池のカソード極に供給される。この場合、前記フィルタは、複数の室に分割形成してなる回転可能な円筒状の容器と、その容器の各室内に充填された吸着剤とから構成されている。そして、いずれか1つの室に加熱されない大気が通過されて、その室内の吸着剤により大気中から不要な不純ガスが吸着除去される。また、他の室に加熱した大気が流され、それらの室の吸着剤に既に吸着されている不純ガスが熱によって脱離されて、フィルタの再生が行われる。
ところが、この従来の燃料電池システムにおいては、フィルタが複数の室を有する円筒形状であるため、フィルタ全体が大型になるという問題があった。また、フィルタを回転させるための回転機構や、フィルタを再生させるためのヒータ、あるいはヒータの熱が不要な部分に放散されないようにするための断熱手段等を装備する必要があるため、システムが複雑で大掛かりになる。 However, in this conventional fuel cell system, since the filter has a cylindrical shape having a plurality of chambers, there is a problem that the entire filter becomes large. In addition, the system is complicated because it is necessary to equip a rotating mechanism for rotating the filter, a heater for regenerating the filter, or a heat insulating means for preventing the heat of the heater from being dissipated to unnecessary portions. It becomes a big deal.
さらに、前記従来の燃料電池システムにおいては、フィルタに加熱した大気を通過させることにより、フィルタの再生を行うように構成されているが、再生用の大気にも不純ガスが含まれていることもあって、再生用の大気をかなりの高温にする必要がある。従って、従来の燃料電池システムにおいては、再生のために多大なエネルギーを必要とし、稼働効率が悪いものであった。 Further, the conventional fuel cell system is configured to regenerate the filter by passing the heated atmosphere through the filter. However, the regeneration atmosphere may contain impure gas. Therefore, it is necessary to make the atmosphere for regeneration considerably high. Therefore, in the conventional fuel cell system, a large amount of energy is required for regeneration, and the operation efficiency is poor.
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、構造が簡単であるとともに、ガス吸着部の再生処理を効率良く行うことができる燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made paying attention to such problems existing in the prior art. An object of the present invention is to provide a fuel cell system that has a simple structure and can efficiently perform a regeneration process of a gas adsorption unit.
上記の目的を達成するために、この発明は、燃料電池にエアを供給するためのエア供給路に、ガス吸着手段及び送風手段を配置し、その送風手段により前記ガス吸着手段を介して燃料電池にエアを供給するようにした燃料電池システムにおいて、前記送風手段をガス吸着手段の下流側に設け、前記ガス吸着手段の再生のために同ガス吸着手段の内部を減圧状態にする減圧手段を設け、前記減圧手段は、前記送風手段と、前記ガス吸着手段の上流側においてエア供給路に設けられ、そのエア供給路を開閉するための開閉手段と、前記送風手段と燃料電池との間においてエア供給路に設けられ、ガス吸着手段の二次側を燃料電池に接続する状態と、大気に開放する状態とに択一的に切り替えるための切替手段とよりなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a gas adsorbing means and an air blowing means are disposed in an air supply path for supplying air to a fuel cell, and the air is supplied to the fuel cell via the gas adsorbing means. In the fuel cell system in which air is supplied to the fuel cell system, the air blowing means is provided downstream of the gas adsorbing means, and a pressure reducing means is provided for reducing the inside of the gas adsorbing means for regeneration of the gas adsorbing means. The decompression means is provided in the air supply path on the upstream side of the air blowing means and the gas adsorbing means, an opening / closing means for opening and closing the air supply path, and an air between the air blowing means and the fuel cell. It is provided in the supply path and is characterized by comprising switching means for selectively switching between a state where the secondary side of the gas adsorbing means is connected to the fuel cell and a state where the secondary side is opened to the atmosphere .
従って、この発明によれば、減圧手段にてガス吸着手段の内部が減圧されることにより、ガス吸着手段に吸着されている不純ガスが脱離されて、ガス吸着手段の再生が行われる。よって、ガス吸着手段に複数の室を設けたりする必要がなく、システムの構造が簡単であるとともに、加熱された再生エアも不要であって、ガス吸着手段の再生処理を効率良く行うことができ、ひいては燃料電池の発電動作を効率良く行うことができる。 Therefore, according to the present invention, the inside of the gas adsorbing means is depressurized by the depressurizing means, so that the impure gas adsorbed by the gas adsorbing means is desorbed and the gas adsorbing means is regenerated. Therefore, it is not necessary to provide a plurality of chambers in the gas adsorbing means, the system structure is simple, heated regenerative air is unnecessary, and the gas adsorbing means can be efficiently regenerated. As a result, the power generation operation of the fuel cell can be performed efficiently.
また、ガス吸着手段の上流側を閉鎖した状態で送風手段を作動させるのみで、ガス吸着手段の内部を減圧状態にすることが可能になる。 Moreover , it becomes possible to make the inside of a gas adsorption means into a pressure-reduced state only by operating a ventilation means in the state which closed the upstream of the gas adsorption means.
加えて、減圧手段としてエア供給路に開閉手段及び切替手段を構成する切替弁を設けるのみでよい。 In addition, it is only necessary to provide a switching valve constituting the opening / closing means and the switching means in the air supply path as the pressure reducing means.
さらに、前記の構成において、燃料電池の運転状態を監視するとともに、その運転状態に基づいて前記切替手段の動作を制御する制御手段を設けるとよい。このように構成した場合には、燃料電池が停止状態になったとき、切替手段を動作させて、ガス吸着手段の再生処理を自動的に行うことができる。よって、燃料電池に対して常に清浄なエアを供給することができる。 Further, in the above configuration, it is preferable to provide a control means for monitoring the operating state of the fuel cell and controlling the operation of the switching means based on the operating state. In such a configuration, when the fuel cell is in a stopped state, the switching means can be operated to automatically perform the regeneration process of the gas adsorbing means. Therefore, it is possible to always supply clean air to the fuel cell.
また、前記の構成において、前記吸着手段の減圧解除に際して、減圧状態を徐々に解放させる解放手段を設けるとよい。このように構成すれば、吸着手段の内部における急激な圧力変動を防止でき、従って、ガス吸着エレメント等の破損を防止できる。なお、ここで、減圧状態を徐々に解放するということは、吸着手段の減圧状態を解除するための弁の開放にともなう同吸着手段の昇圧過程よりも、長い時間をかけて昇圧させることを指すものとする。 In the above-described configuration, it is preferable to provide release means for gradually releasing the reduced pressure state when releasing the reduced pressure of the adsorption means. If comprised in this way, the rapid pressure fluctuation inside an adsorption | suction means can be prevented, Therefore, damage to a gas adsorption element etc. can be prevented. Here, gradually releasing the depressurized state means increasing the pressure over a longer time than the pressure increasing process of the adsorbing means accompanying the opening of the valve for releasing the reduced pressure state of the adsorbing means. Shall.
以上のように、この発明によれば、構造が簡単であるとともに、ガス吸着手段の再生処理を含む発電動作を効率良く行うことができるという効果を発揮する。 As described above, according to the present invention, the structure is simple and the power generation operation including the regeneration process of the gas adsorbing means can be performed efficiently.
(第1実施形態)
以下に、この発明の第1実施形態を、図1〜図3に基づいて説明する。
図1に示すように、この実施形態の燃料電池システムにおいては、燃料電池11のカソード極11aに酸素が供給されるとともに、アノード極11bに水素が供給されて、その水素の酸化還元反応により発電が行われる。
(First embodiment)
Below, 1st Embodiment of this invention is described based on FIGS. 1-3.
As shown in FIG. 1, in the fuel cell system of this embodiment, oxygen is supplied to the
燃料電池11には蓄電池12が電気接続され、燃料電池11で発電された電気がこの蓄電池12に蓄えられる。燃料電池11のカソード極11aの上流側には吸入口13aを有するエア供給路13が接続され、このエア供給路13を介してカソード極11aに大気、すなわち酸素を含むエアが供給される。カソード極11aの下流側には排出口14aを有するエア排出路14が接続され、このエア排出路14を介して処理後のエアが大気中に排出される。
A
前記エア供給路13にはその上流側から下流側に向かって、除塵フィルタ15、ガス吸着フィルタ16及びコンプレッサ17が順に接続されている。前記除塵フィルタ15は、エア中に含まれる塵埃や粉塵等の粒子状あるいは微粒子状の不純物を捕捉して除去する。前記ガス吸着フィルタ16はガス吸着手段を構成し、内部に設けられた活性炭等よりなるガス吸着エレメント16aにて、エア中に含まれる硫黄系ガス等の不純ガスを吸着して除去する。前記コンプレッサ17は送風手段としての送風装置を構成し、吸入口13aからエア供給路13内にエアを吸入させて圧縮し、燃料電池11のカソード極11aに供給し、そして、その後にエア排出路14を介して排出口14aから排出させる。
A
図1に示すように、前記エア供給路13には、ガス吸着フィルタ16の内部を減圧状態にして、そのガス吸着フィルタ16を再生させるための減圧手段としての減圧装置18が設けられている。この減圧装置18は、前記コンプレッサ17と、ガス吸着フィルタ16の上流側においてエア供給路13に設けられた開閉手段としての第1開閉弁19と、コンプレッサ17と燃料電池11との間においてエア供給路13に設けられた切替手段としての切替弁20とを備えている。前記切替弁20とエア排出路14との間には、燃料電池11を迂回する迂回路21が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
前記第1開閉弁19は、前記ガス吸着フィルタ16の上流側においてエア供給路13を開閉する。前記切替弁20は、ガス吸着フィルタ16及びコンプレッサ17の二次側を燃料電池11に接続する状態と、それらの二次側を燃料電池11を迂回する前記迂回路21を介して大気に開放する状態とに択一的に切り替える。そして、図1に示すように、第1開閉弁19が開放されるとともに、切替弁20が迂回路21側を閉鎖する状態に切り替えられて、コンプレッサ17が作動されたとき、前記のように吸入口13aからのエアが燃料電池11のカソード極11aに供給される。また、第1開閉弁19が閉じられるとともに、切替弁20が迂回路21側の接続状態に切り替えられると、ガス吸着フィルタ16の上流側が閉鎖される。そして、この状態において、コンプレッサ17が作動されると、ガス吸着フィルタ16の内部が減圧されて、そのガス吸着エレメント16aに既に吸着されている不純ガスが脱離される。
The first on-off
図1に示すように、前記除塵フィルタ15とガス吸着フィルタ16との間におけるエア供給路13と、ガス吸着フィルタ16との間には、ガス吸着フィルタ16の内部を減圧状態から徐々に解放するための減圧解放装置22が設けられている。この減圧解放装置22は、第1開閉弁19を迂回して設けられたエア流路23と、そのエア流路23に接続された第2開閉弁24と、同エア流路23に接続された絞り弁25とから構成されている。そして、ガス吸着フィルタ16の減圧状態で、第2開閉弁24が開かれたとき、絞り弁25の作用によりガス吸着フィルタ16内にエアが徐々に導入されて、ガス吸着フィルタ16の内部が減圧状態から徐々(1〜数秒程度)に解放される。
As shown in FIG. 1, the inside of the
次に、前記のような構成の燃料電池システムの電気回路の構成について説明する。
図2に示すように、制御装置27は制御手段を構成し、前記第1開閉弁19を開閉動作させるためのソレノイド119、切替弁20を開閉動作させるためのソレノイド120、第2開閉弁24を開閉動作させるためのソレノイド124及びコンプレッサ17を稼働させるためのモータ117を含む燃料電池システム全体の動作を制御する。メモリ28は、燃料電池システムの動作を制御するために必要なプログラムや諸データを記憶している。燃料電池運転状態検出センサ29は、燃料電池11の運転状態を監視して、燃料電池11の運転状態または停止状態の検出信号を制御装置27に対して出力する。この燃料電池運転状態検出センサ29としては、燃料電池11の発電状態を検出する電流計や電圧計を用いることができる。
Next, the configuration of the electric circuit of the fuel cell system configured as described above will be described.
As shown in FIG. 2, the
ここで、燃料電池運転状態検出センサ29として電流計が用いられた場合、燃料電池11内を流れる電流がゼロアンペアあるいは所定値(例えば1アンペア)以下になったときに発電停止状態であると前記制御装置27が判断する。また、燃料電池運転状態検出センサ29として電圧計が用いられた場合、燃料電池11内を流れる電流の電圧がゼロボルトまたは所定値(例えば0.95ボルト)以下になったときに発電停止状態であると前記制御装置27が判断する。
Here, when an ammeter is used as the fuel cell operating
次に、前記のように構成された燃料電池システムの動作を説明する。
さて、燃料電池11の運転時には、燃料電池運転状態検出センサ29から制御装置27に対して運転状態を示す検出信号が出力される。このため、図1に示すように、制御装置27の制御により、減圧装置18の第1開閉弁19が開かれるとともに、切替弁20がコンプレッサ17の二次側を燃料電池11に接続する状態に切り替えられる。それとともに、減圧解放装置22の第2開閉弁24が閉じられる。この状態で、コンプレッサ17が作動されると、吸入口13aからエア供給路13内にエアが吸入されて圧縮され、燃料電池11のカソード極11aに供給される。このとき、エア中に含まれる粉塵等の粒子状または微粒子状の不純物は、除塵フィルタ15によって捕捉されて除去される。また、エア中に含まれる硫黄系ガス等の不純ガスは、ガス吸着フィルタ16内のガス吸着エレメント16aによって吸着されて除去される。そして、燃料電池11のアノード極11bに供給される水素と、カソード極11aに供給されるエア中の酸素との酸化還元反応によって発電が行われる。
Next, the operation of the fuel cell system configured as described above will be described.
When the
これに対して、例えば、イグニションスイッチ(図示しない)がオフされた場合等、燃料電池11の停止時には、燃料電池運転状態検出センサ29から制御装置27に対して停止状態の検出信号が出力される。このため、図3に示すように、制御装置27の制御により、減圧装置18の第1開閉弁19が閉じられるとともに、切替弁20がコンプレッサ17の二次側を迂回路21側から大気に開放する状態に切り替えられる。それとともに、減圧解放装置22の第2開閉弁24が閉じられた状態を維持する。従って、この状態において、ガス吸着フィルタ16及びコンプレッサ17の上流側が閉鎖されるとともに、燃料電池11を迂回する迂回路21が形成される。
On the other hand, when the
そして、この状態で、コンプレッサ17が作動されて、ガス吸着フィルタ16の内部からエアが吸引され、そのガス吸着フィルタ16の内部が減圧される。この減圧により、ガス吸着エレメント16aに既に吸着されている不純ガスが脱離されて、ガス吸着フィルタ16の再生が行われる。脱離された不純ガスは迂回路21を介して排出口14aから大気中に放出される。
In this state, the
なお、このコンプレッサ17の稼働や、開閉弁19,24の開閉動作は、蓄電池12に蓄えられた電力を用いて行われ、コンプレッサ17は、所定時間(数分〜数十分)連続運転される。
The operation of the
そして、このガス吸着フィルタ16の再生が所定時間行われた後、あるいは前記イグニションスイッチがオンされた場合には、コンプレッサ17が停止される。この状態で、図3に鎖線で示すように、減圧解放装置22の第2開閉弁24が解放され、エアがエア供給路13から絞り弁25を介してガス吸着フィルタ16内に徐々に導入されて、そのガス吸着フィルタ16の内部が減圧状態から解放される。
Then, after the regeneration of the
その後、第1,第2開閉弁19,24及び切替弁20が図1の実線の状態に復帰し、燃料電池11が運転可能な状態になる。
従って、この第1実施形態の燃料電池システムは以下に列挙する効果がある。
Thereafter, the first and second on-off
Therefore, the fuel cell system according to the first embodiment has the following effects.
(1) この燃料電池システムにおいては、エア供給路13に第1開閉弁19及び切替弁20よりなる減圧装置18が設けられ、その減圧装置18にてガス吸着フィルタ16の内部が減圧されることにより、ガス吸着フィルタ16の再生が行われる。よって、従来構成とは異なり、ガス吸着フィルタを回転可能な大型の円筒形状に形成したり、そのガス吸着フィルタを回転させるための回転機構や、同ガス吸着フィルタを再生させるためのヒータ等を装備したりする必要がない。従って、燃料システムの構成を簡素化することができるとともに、装置の大型化を避けることができる。
(1) In this fuel cell system, the
(2) また、ガス吸着フィルタ16の内部を減圧することにより、そのガス吸着フィルタ16の再生をただちに行うことができるため、ヒータ加熱等が不要であり、その再生処理を短時間で効率良く行うことができ、ひいては、燃料電池11の発電動作を効率よく行うことが可能となる。
(2) Since the
(3) しかも、開閉弁19,24及び切替弁20を切替えた状態においてコンプレッサ17を作動させるのみで、ガス吸着フィルタ16の減圧状態を形成できるため、減圧動作を実行できる。つまり、減圧のために設けられた構成は、開閉弁19,24及び切替弁20だけであるから、その構成は簡単である。
(3) Moreover, since the decompression state of the
(4) この実施形態の燃料電池システムにおいては、ガス吸着フィルタ16の再生終了後に、減圧解放装置22によりガス吸着フィルタ16が減圧状態からある程度の時間をかけて除々に解放されて、元の状態に戻される。従って、急激な圧力回復にともなうガス吸着フィルタ16等の破損を防止することができる。
(4) In the fuel cell system of this embodiment, after the regeneration of the
(5) ガス吸着フィルタ16の再生が、同ガス吸着フィルタ16内にエアに逆流させて実行されるものではないため、いわば逆洗ではないため、逆流エア用のフィルタ機構を設ける必要がなく、構成が簡単である。しかも、除塵フィルタ15に逆流エアを通すと、その除塵フィルタ15から脱離した塵埃等がエア供給路13の内壁等に付着することがあるが、逆流を実行しないこの実施形態においては、このようなおそれはない。
(5) Since regeneration of the
(第2実施形態)
次に、この発明の第2実施形態を、前記第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
この第2実施形態においては、図1〜図3に示す第1実施形態において、燃料電池運転状態検出センサ29として、燃料電池11の温度を検出する温度センサを用いたものである。そして、このセンサ29の検出に基づき、燃料電池11の検出温度が摂氏40度以下になったときに、制御装置27は燃料電池11が運転停止状態であると判断する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the first embodiment.
In the second embodiment, a temperature sensor that detects the temperature of the
従って、この第2実施形態においては、第1実施形態とはセンサ29の種類が相違するのみであって、第1実施形態と同様な効果を得ることができる。
(第3実施形態)
次に、この発明の第3実施形態を、前記第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
Accordingly, in the second embodiment, only the type of the
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the first embodiment.
この第3実施形態においては、図2の2点鎖線及び図4に示すように、燃料電池運転状態検出センサ29として、除塵フィルタ15の上流側においてエア供給路13内のエアの流量を検出する流量センサ40を用いたものである。そして、このセンサ29の検出に基づき、エア供給路13内のエアの流量がゼロになった場合、あるいは所定値を下回った場合に、制御装置27は燃料電池11が運転停止状態であると判断する。
In the third embodiment, as shown in the two-dot chain line in FIG. 2 and FIG. 4, the fuel cell operating
従って、この第3実施形態においても、前記第2実施形態と同様にセンサ29の種類が相違するのみであって、前記第1実施形態と同様な効果を得ることができる。
(第4実施形態)
次に、この発明の第4実施形態を、前記第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
Therefore, also in the third embodiment, only the type of the
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the first embodiment.
この第4実施形態においては、図5に示すように、前記各実施形態における蓄電池12は設けられていない。そして、ガス吸着フィルタ16の再生のためのコンプレッサ17の駆動電力を燃料電池11から直接得るようにしている。
In this 4th Embodiment, as shown in FIG. 5, the
従って、この第4実施形態においては、燃料電池11が稼働中ではあるが、アクセルオフの場合のように、車両駆動のための電力が不要な場合に、発電電力によって各弁19,20,24及びコンプレッサ17の駆動電力を得て、ガス吸着フィルタ16の再生とゆっくりとした減圧解放動作とが実行される。
Therefore, in the fourth embodiment, when the
従って、この第4実施形態においては、以下の効果がある。
(6) ガス吸着フィルタ16の再生に際して蓄電池12の電力を用いないため、蓄電池12の容量を小さくしたり、蓄電池12を省略したりすることが可能となる。
Therefore, the fourth embodiment has the following effects.
(6) Since the power of the
(第5実施形態)
次に、この発明の第5実施形態を、前記第1実施形態と異なる部分を中心に図6〜図9に基づいて説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 9, focusing on portions different from the first embodiment.
この第5実施形態においては、図6及び図7に示すように、除塵フィルタ15とコンプレッサ17との間であって、減圧解放装置22のエア流路23の分岐部の下流側のエア供給路13に一対の流路部13A,13Bが並列に設けられている。そして、その一方の流路部13Aにガス吸着フィルタ16が接続されている。燃料電池11の下流側のエア排出路14には、排出口31aを有するエア排出分岐路31が接続されている。このエア排出分岐路31には、エジェクタ32が接続されている。エジェクタ32の一次側32aと二次側32bとの間の絞り部32cには吸引ポート32dが開口され、この吸引ポート32dに開閉弁33を介して前記ガス吸着フィルタ16におけるガス吸着エレメント16aの上流側が接続されている。
In the fifth embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, the air supply path between the
前記ガス吸着フィルタ16の上流側及び下流側において両流路部13A,13B間の2つの分岐部には、その流路部13A,13Bの一方を択一的に開放及び閉鎖するための一対の第1切替手段としての第1切替弁34A,34Bが設けられている。前記エア排出路14とエア排出分岐路31との分岐部には、そのエア排出路14及びエア排出分岐路31の一方を択一的に開放及び閉鎖するための第2切替手段としての第2切替弁35が設けられている。そして、この第5実施形態においては、前記エジェクタ32、第1切替弁34A,34B及び第2切替弁35により、ガス吸着フィルタ16の内部を減圧するための減圧装置18が構成されている。
A pair of two branch portions between the
図6及び図8に示すように、前記除塵フィルタ15の上流側のエア供給路13内には、制御装置27に接続されたガス濃度センサ36が設けられている。そして、燃料電池11の運転に際して、コンプレッサ17の作動により燃料電池11のカソード極11aにエアが供給されるとき、このガス濃度センサ36によりエアに含まれる不純ガスの濃度が検出されて、その検出値が制御装置27に出力される。図8に示す制御装置27には、第1切替弁34A,34Bを動作させるための各ソレノイド134A,134B、第2切替弁35を動作させるためのソレノイド135、開閉弁33を動作させるためのソレノイド133、開閉弁24を動作させるためのソレノイド124、コンプレッサ17を稼働させるためのモータ117がそれぞれ接続されている。
As shown in FIGS. 6 and 8, a
さて、燃料電池11の運転時には、ガス濃度センサ36によりエアに含まれる不純ガスの濃度が検出されて、その検出値が制御装置27に出力される。そして、このガス濃度の検出値がメモリ28に記憶された規定値を越える場合、つまり大気中に不純ガスが多く含まれる場合には、図6に示すように、制御装置27の制御により、減圧装置18の第1切替弁34A,34Bが流路部13Aを開放するとともに、流路部13Bを閉鎖する状態に切り替えられる。また、これと同時に第2切替弁35がエア排出路14を開放してエア排出分岐路31を閉鎖する状態に切り替えられる。それとともに、エジェクタ32の吸引ポート32d側の開閉弁33と、減圧解放装置22の開閉弁24とが閉じられる。
Now, when the
この状態で、コンプレッサ17が作動されると、図6に矢印で示すように、吸入口13aからエア供給路13内に吸入されるエアが流路部13A側に導かれ、そのエア中に含まれる不純ガスがガス吸着フィルタ16内のガス吸着エレメント16aによって吸着除去された後、清浄化されたエアが燃料電池11のカソード極11aに供給される。
When the
これに対して、前記ガス濃度センサ36からのガス濃度の検出値が規定値に達しない場合、つまり大気中の不純ガスが少ない場合には、図9に示すように、制御装置27の制御により、減圧装置18の第1切替弁34A,34Bが流路部13Bを開放するとともに、流路部13Aを閉鎖する状態に切り替えられる。また、第2切替弁35がエア排出路14をエア排出分岐路31に接続するとともに、そのエア排出路14を排出口14a側に対して閉鎖する状態に切り替えられる。また、エジェクタ32の吸引ポート32d側の開閉弁33が開かれるとともに、減圧解放装置22の第2開閉弁24が閉じられる。
On the other hand, when the detected value of the gas concentration from the
この状態で、コンプレッサ17が作動されると、図9に矢印で示すように、吸入口13aからエア供給路13内に吸入されるエアが流路部13B側に導かれて、ガス吸着フィルタ16を通ることなく燃料電池11のカソード極11aに直接供給される。
When the
このとき、燃料電池11からエア排出路14に排出されるエアは、エア排出分岐路31側に導かれ、エジェクタ32内を通過した後に、エア排出分岐路31の排出口31aから排出される。そして、この排出エアがエジェクタ32の一次側32aと二次側32bとの間で絞り部32cを高速で通過するとき、流路に負圧が生じるため、吸引ポート32dを介してガス吸着フィルタ16内のエアが、ガス吸着エレメント16aの上流側から吸引される。この吸引により、ガス吸着フィルタ16の内部が減圧されて、ガス吸着エレメント16aに既に吸着されている不純ガスが脱離され、ガス吸着フィルタ16の再生が行われる。
At this time, the air discharged from the
そして、ガス濃度センサ36からの検出値が規定値を上回った場合には、前記各弁24,33,34A,34B,35が図6の状態に復帰する。このため、減圧解放装置22の絞り弁25の作用によりガス吸着フィルタ16内の減圧状態が徐々に復元され、再生状態が終了して、燃料電池11の作動可能状態に復帰する。
When the detection value from the
従って、この第5実施形態においても、前記第1実施形態に記載の効果とほぼ同様に、減圧装置18としてエジェクタ32と第1及び第2切替弁34A,34B,35とを設けるという簡単な構成で、ガス吸着フィルタ16の再生処理を効率良く行うことができる。
Accordingly, also in the fifth embodiment, a simple configuration in which the
しかも、この第5実施形態においては、さらに以下の効果がある。
(7) 大気中の不純ガス含有量が少ない場合は、エア供給路13を流路部13B側に切り替えて、導入されたエアをガス除去フィルタ16中を通過することなく燃料電池11に供給できる。このため、ガス吸着フィルタ16の寿命を延長できるとともに、エア供給路13内の圧力損失を低下させることができて、燃料電池11の稼働効率を向上させることができる。
Moreover, the fifth embodiment has the following effects.
(7) When the impure gas content in the atmosphere is low, the
(8) 燃料電池11の稼働時にガス吸着フィルタ16を休止させて、その状態において、同ガス吸着フィルタ16を減圧により再生させることができる。従って、燃料電池11の稼働とガス吸着フィルタ16の再生動作とを同時に並行して実行できて、再生のための時間を確保することが不要になり、取り扱いが容易になる。
(8) The
(9) しかも、ガス吸着フィルタ16の再生のための減圧がエジェクタ32により燃料電池11の排気の流動エネルギーを利用して行われるため、減圧状態を形成するための可動機構は第1,第2開閉弁33,35のみでよく、構成を簡素化できる。
(9) Moreover, since the pressure reduction for regeneration of the
(第6実施形態)
次に、この発明の第6実施形態を、前記第5実施形態と異なる部分を中心に説明する。
この第6実施形態においては、図10〜図12に示すように、第5実施形態の構成に加えて、次のような構成が追加されている。すなわち、コンプレッサ17と燃料電池11との間におけるエア供給路13とエジェクタ32の一次側におけるエア排出分岐路31との間に、補助エア排出路37が設けられている。エア供給路13と補助エア排出路37との分岐部には、コンプレッサ17の二次側を燃料電池11に接続する状態と補助エア排出路37に接続する状態とに択一的に切り替えるための第3切替弁38が設けられている。図8に2点鎖線で示すように、この第3切替弁38の動作を駆動するソレノイド138が制御装置27に接続されている。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the fifth embodiment.
In the sixth embodiment, as shown in FIGS. 10 to 12, the following configuration is added to the configuration of the fifth embodiment. That is, the auxiliary
また、この第6実施形態では、図10に鎖線で示すように、前記第1実施形態と同様の燃料電池運転状態検出センサ29が設けられ、この燃料電池運転状態検出センサ29により燃料電池11の運転状態が監視されて、燃料電池11の運転状態または停止状態の検出信号が制御装置27に出力される。
Further, in the sixth embodiment, as shown by a chain line in FIG. 10, a fuel cell operation
そして、この第6実施形態の燃料電池システムにおいても、燃料電池11の運転時には、ガス濃度センサ36によりエアに含まれるガスの濃度が検出されて、その検出値が制御装置27に出力される。そして、このガス濃度の検出値が規定値を越える場合には、図10に示すように、制御装置27の制御により、減圧装置18の第1切替弁34A,34Bが流路部13A側を開放する状態に、第2切替弁35がエア排出路14をエア排出分岐路31に接続しない状態に、第3切替弁38がコンプレッサ17の二次側を燃料電池11に接続する状態にそれぞれ切り替えられる。それとともに、エジェクタ32の吸引ポート32d側の開閉弁33及び減圧解放装置22の開閉弁24が閉じられる。
Also in the fuel cell system of the sixth embodiment, when the
この状態で、コンプレッサ17が作動されることにより、エアが流路部13A側に導かれて、そのエア中に含まれる不純ガスがガス吸着フィルタ16により吸着除去され、清浄化されたエアが燃料電池11のカソード極11aに供給される。
In this state, when the
これに対して、前記ガス濃度センサ36からのガス濃度の検出値が規定値に達しない場合には、図11に示すように、制御装置27の制御により、減圧装置18の第1切替弁34A,34Bが流路部13B側を開放する状態に、第2切替弁35がエア排出路14をエア排出分岐路31に接続する状態に、第3切替弁38がコンプレッサ17の二次側を燃料電池11に接続する状態にそれぞれ切り替えられる。また、エジェクタ32の吸引ポート32d側の開閉弁33が開かれるとともに、減圧解放装置22の開閉弁24が閉じられる。この状態で、コンプレッサ17が作動されることにより、エアが流路部13B側に導かれて、ガス吸着フィルタ16を通すことなく燃料電池11のカソード極11aに供給される。
On the other hand, when the detected value of the gas concentration from the
そして、この場合には、前記第5実施形態の場合と同様に、燃料電池11からエア排出路14に排出されるエアが、エア排出分岐路31側に導かれてエジェクタ32内を通過することにより、吸引ポート32dを介してガス吸着フィルタ16内のエアが吸引される。この吸引により、ガス吸着フィルタ16の内部が減圧されて、ガス吸着エレメント16aに吸着されている不純ガスが脱離され、ガス吸着フィルタ16の再生が行われる。
In this case, as in the case of the fifth embodiment, the air discharged from the
さらに、燃料電池11の停止時には、燃料電池運転状態検出センサ29から制御装置27に停止状態の検出信号が出力される。すると、図12に示すように、制御装置27の制御により、減圧装置18の第1切替弁34A,34Bが流路部13B側を開放する状態に、第2切替弁35がエア排出路14をエア排出分岐路31に接続しない状態に、第3切替弁38がコンプレッサ17の二次側を補助エア排出路37に接続する状態にそれぞれ切り替えられる。また、エジェクタ32の吸引ポート32d側の開閉弁33が開かれるとともに、減圧解放装置22の開閉弁24が閉じられる。
Further, when the
この状態で、コンプレッサ17が作動されることにより、エアが流路部13B側から導入され、燃料電池11を通ることなく補助エア排出路37を介してエア排出分岐路31に導かれる。そして、前記の場合と同様に、このエアがエジェクタ32内を通過することにより、吸引ポート32dを介してガス吸着フィルタ16内のエアが吸引されて、そのガス吸着フィルタ16の内部が減圧される。この減圧により、ガス吸着エレメント16aに吸着されている不純ガスが脱離されて、ガス吸着フィルタ16の再生が行われる。
In this state, when the
そして、これらのガス吸着フィルタ16の再生終了時においても、前記各実施形態の場合と同様に、減圧解放装置22によりガス吸着フィルタ16内にエアが徐々に導入されて、そのガス吸着フィルタ16が減圧状態から解放される。
Even at the end of regeneration of these gas adsorption filters 16, air is gradually introduced into the
従って、この第6実施形態においても、前記第5実施形態に記載の効果と同様な効果を得ることができる。
また、この第6実施形態においては、以下の効果を得ることができる。
Therefore, also in the sixth embodiment, the same effects as those described in the fifth embodiment can be obtained.
In the sixth embodiment, the following effects can be obtained.
(10) 燃料電池11の運転中で吸入エアのガス濃度が規定値以下の場合と、燃料電池11の運転が停止されている場合との双方で、ガス吸着フィルタ16の再生が行われる。このため、ガス吸着フィルタ16をガス吸着効率の高い状態に常時維持することができて、燃料電池11に対して常に清浄なエアを供給することができる。
(10) The
(第7実施形態)
次に、この発明の第7実施形態を、前記第6実施形態と異なる部分を中心に説明する。
この第7実施形態においては、図13に示すように、エア供給路13における両流路部13A,13Bの双方にそれぞれガス吸着フィルタ16が接続されている。従って、この第7実施形態においては、エアが両流路部13A,13Bのいずれを通っても不純ガスの吸着が実行されるばかりでなく、2つのガス吸着フィルタ16を交互に使用できる。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the sixth embodiment.
In the seventh embodiment, as shown in FIG. 13, gas adsorption filters 16 are connected to both the
両ガス吸着フィルタ16の再生は以下のようにして行われる。すなわち、流路部13A側のガス吸着フィルタ16は前記第5実施形態と同様に燃料電池11の排気流動エネルギーを利用したエジェクタ32の作用により再生される。また、流路部13B側のガス吸着フィルタ16は、前記第1実施形態と同様に、燃料電池11の停止時あるいは発電電力の不要時に再生される。
The regeneration of both gas adsorption filters 16 is performed as follows. That is, the
この第7実施形態においては、以下の効果を得ることができる。
(11) エアが両流路部13A,13Bのいずれを通っても不純ガスが吸着されるため、2つのガス吸着フィルタ16を交互に使用することにより、より確実に不純エアを除去できるとともに、不純ガス吸着容量を増加できる。
In the seventh embodiment, the following effects can be obtained.
(11) Since the impure gas is adsorbed even if the air passes through both of the
(変更例)
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 前記第1実施形態において、再生動作の開始及び終了が手動のスイッチ操作によって行われるように構成すること。
(Example of change)
In addition, this embodiment can also be changed and embodied as follows.
In the first embodiment, the reproduction operation is configured to start and end by a manual switch operation.
・ ガス吸着フィルタ16の再生のためのコンプレッサ17の電力を商用電源から得るように構成すること。
・ ガス吸着フィルタ16の減圧状態を徐々に解放するための構成を省略すること。
The power of the
-The structure for gradually releasing the reduced pressure state of the
・ 図6〜図13に示す前記第5〜第7実施形態において、コンプレッサ17を第1切替弁34Aと除塵フィルタ15との間のエア供給路13に接続すること。この場合、エア供給路13に減圧解放装置22が接続されている構成においては、コンプレッサ17をエア供給路13と減圧解放装置22との接続部の下流側に設ける。このように構成した場合には、ガス吸着フィルタ16に対するエアの供給がコンプレッサの吸引作用に替えて、送り込み作用に行われるが、その他の作用は第5〜第7実施形態と同様である。
In the fifth to seventh embodiments shown in FIGS. 6 to 13, the
・ 図2に2点鎖線で示すように、燃料電池の運転状態を検出するためにアクセルセンサ41を用い、アクセルがオフのときに、燃料電池11が停止状態であると制御装置27が判断して、ガス吸着フィルタ16の再生動作が実行されるように構成すること。
As shown by a two-dot chain line in FIG. 2, the accelerator sensor 41 is used to detect the operating state of the fuel cell. When the accelerator is off, the
11…燃料電池、13…エア供給路、13A,13B…流路部、14…エア排出路、16…ガス吸着手段としてのガス吸着フィルタ、16a…ガス吸着エレメント、17…送風手段としての送風装置を構成するコンプレッサ、18…減圧手段としての減圧装置、19…開閉手段としての第1開閉弁、20…切替手段としての切替弁、21…迂回路、22…減圧解放装置、27…制御手段としての制御装置、28…メモリ、29…燃料電池運転状態検出センサ、31…エア排出分岐路、32…エジェクタ、32a…一次側、32b…二次側、32d…吸引ポート、34A,34B…第1切替手段としての第1切替弁、35…第2切替手段としての第2切替弁、36…ガス濃度センサ、38…第3切替弁。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記送風手段をガス吸着手段の下流側に設け、
前記ガス吸着手段の再生のために同ガス吸着手段の内部を減圧状態にする減圧手段を設け、
前記減圧手段は、
前記送風手段と、
前記ガス吸着手段の上流側においてエア供給路に設けられ、そのエア供給路を開閉するための開閉手段と、
前記送風手段と燃料電池との間においてエア供給路に設けられ、ガス吸着手段の二次側を燃料電池に接続する状態と、大気に開放する状態とに択一的に切り替えるための切替手段と
よりなることを特徴とする燃料電池システム。 In a fuel cell system in which gas adsorbing means and air blowing means are arranged in an air supply path for supplying air to the fuel cell, and air is supplied to the fuel cell via the gas adsorbing means by the air blowing means.
Providing the air blowing means downstream of the gas adsorbing means;
In order to regenerate the gas adsorbing means, there is provided a depressurizing means for reducing the inside of the gas adsorbing means,
The decompression means includes
The blowing means;
An opening / closing means provided on the air supply path upstream of the gas adsorbing means, for opening and closing the air supply path;
A switching means provided in an air supply path between the air blowing means and the fuel cell, for selectively switching between a state where the secondary side of the gas adsorbing means is connected to the fuel cell and a state where the secondary side is open to the atmosphere;
The fuel cell system characterized by comprising more.
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