JP5215736B2 - 流体供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、流量を調節して流体を供給する流体供給装置に関する。

従来、燃料電池発電装置において、原燃料（燃料電池の燃料である水素を取り出すもとになる燃料である都市ガス、天然ガスなど）を改質器に供給したり、改質器の加熱用バーナに燃焼用空気を供給したり、燃料電池に原燃料から改質された水素を含む改質ガスや反応用空気を供給するための流体供給装置が開発されている。一般的な流体供給装置は、配管を流れる流体の流量を検出し目標値と比較して、流体を昇圧して送出するブロワの出力を調節することで、流体の供給量を制御している。例えば、特開平８−２５５６２１号公報には、このようにして燃焼空気流量を制御することが記載されている。

一方、複数の燃料電池ブロックごとに流体の供給量を制御する場合、燃料電池ブロックと同数のブロワを設けると装置が大型化してしまうという問題がある。そこで、１つのブロワが送出する流体を複数の配管で分配して、配管ごとに流量を制御する流体供給装置が開発されている。この流体供給装置は、各配管に設けられた流量調節弁を調節することで各配管の流量をそれぞれ独立に制御する。また、この流体供給装置には、ブロワが送出する流体の送出量から各配管の流量の合計を差し引いた余分な流体を排出する排出口が設けられている。この排出口から排出される流体の流量は、各配管に分配される前の流体の圧力（以下、「分配前圧力」という。）が目標値となるように圧力調節弁で調節されている。例えば、特開平５−２７８５１号公報には、流量調節弁および圧力調節弁により流体の流量および圧力を制御することが記載されている。

図７は、複数の燃料電池ブロックごとに流体の供給量を制御する従来の流体供給装置を説明するためのブロック図である。従来の流体供給装置Ａ１０は、ブロワ１０１、流量検出器１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ、流量調節弁１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ、流量制御部１０４、圧力検出器１０５、圧力調節弁１０６、圧力制御部１０７を備えている。流量制御部１０４は、各流量検出器１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃにより検出される各配管の流量をそれぞれ目標値に近付けるように、各流量調節弁１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃの開度を調節する。これにより、各燃料電池ブロックＢａ，Ｂｂ，Ｂｃに供給される流体の流量は、それぞれ独立に制御される。圧力制御部１０７は、圧力検出器１０５により検出される分配前圧力を目標値に近付けるように、圧力調節弁１０６の開度を調節する。これにより、分配前圧力は目標値に制御される。

特開平８−２５５６２１号公報 特開平５−２７８５１号公報

しかしながら、流体供給装置Ａ１０においては、各燃料電池ブロックＢａ，Ｂｂ，Ｂｃに供給される流体が不足しないように、ブロワ１０１は、各燃料電池ブロックＢａ，Ｂｂ，Ｂｃが必要とする最大流量の合計を送出できるものとされている。したがって、各燃料電池ブロックＢａ，Ｂｂ，Ｂｃがそれぞれ最大流量を必要としているとき以外は、ブロワ１０１は過剰な流量を送出し、無駄な電力を消費している。

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、複数の燃料電池ブロックごとに流体の供給量を調節して供給しつつ、ブロワの消費電力を低減することができる流体供給装置を提供することをその目的としている。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面によって提供される流体供給装置は、流体を昇圧して供給する昇圧機と、昇圧機が供給する流体が分配されて流れる複数の配管とを備え、各配管内を流れる流体の流量がそれぞれ独立に調節される流体供給装置であって、昇圧機から供給される流体が各配管に分配される前の分配前圧力が予め設定された圧力設定値と一致するように余剰流量を排出するための圧力調節弁と、圧力調節弁の開度が予め設定された開度設定値と一致するように、昇圧機の出力を調節する昇圧機制御部と、を備える。

この構成によると、各配管の流量がそれぞれ独立に制御されて各配管の流量の合計（以下、「合計流量」という。）が変化しても、分配前圧力が圧力調節弁の開度調節により制御され、圧力調節弁の開度が昇圧機の出力調節により制御される。したがって、合計流量に応じて昇圧機の出力が調節されるので、昇圧機が過剰な流量を送出して無駄な電力を消費することを抑制することができ、昇圧機の消費電力を低減することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、開度設定値は圧力調節弁の開度が全閉となる値である。

この構成によると、圧力調節弁の開度が全閉となるように、すなわち、圧力調節弁を通過して排出される余剰流量が最大限削減されるように、昇圧機の出力が調節される。したがって、昇圧機の出力を下げることができ、昇圧機の消費電力をさらに低減することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、分配前圧力が圧力設定値より所定値以上低下した場合、昇圧機の出力を所定の値だけ上昇させる出力上昇手段をさらに備える。

この構成によると、昇圧機制御部により圧力調節弁の開度が全閉となるように制御されている場合に、合計流量の増加により分配前圧力が低下して制御が不可能となっても、分配前圧力が所定以下になると昇圧機の出力が上昇して分配前圧力を上昇させ、分配前圧力の制御を可能とする。したがって、分配前圧力の制御不可能な状態が継続することを防止することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、分配前圧力が圧力設定値より所定値以上低下した場合に開度設定値を所定の値だけ増加させる開度設定値増加手段をさらに備える。

この構成によると、昇圧機制御部により圧力調節弁の開度が全閉となるように制御されている場合に、合計流量の増加により分配前圧力が低下して制御が不可能となっても、分配前圧力が所定以下になると開度設定値が増加される。すると、昇圧機制御部が圧力調節弁の開度を大きくするように昇圧機の出力を上昇させるので、分配前圧力が上昇し、分配前圧力の制御が可能となる。したがって、分配前圧力の制御不可能な状態が継続することを防止することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、分配前圧力が圧力設定値と一致するように、昇圧機の出力を調節する第２の昇圧機制御部をさらに備え、分配前圧力が圧力設定値より所定値以上低下した場合、圧力調節弁の開度は全閉とされ、昇圧機は昇圧機制御部に代えて第２の昇圧機制御部により調節される。

この構成によると、昇圧機制御部により圧力調節弁の開度が全閉となるように制御されている場合に、合計流量の増加により分配前圧力が低下して分配前圧力の制御が不可能となっても、分配前圧力が所定以下になると第２の昇圧機制御部が昇圧機の出力を調節して分配前圧力の制御を行なう。したがって、分配前圧力の制御不可能な状態が継続することを防止することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、昇圧機は空気を昇圧して供給するブロワであり、各配管が空気を供給するのは、燃料電池である。

この構成によると、燃料電池に空気を供給する場合に、ブロワが過剰な流量を送出して無駄な電力を消費することを抑制することができ、ブロワの消費電力を低減することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明に係る流体供給装置の第１実施形態を説明するためのブロック図である。燃料電池Ｂは、原燃料から改質された改質ガスに含まれる水素と空気中に含まれる酸素との化学反応により電気を生成するものであり、複数の燃料電池ブロックＢａ，Ｂｂ，Ｂｃにより構成されている。本実施形態の流体供給装置Ａ１は、燃料電池Ｂに空気を供給するものであり、燃料電池ブロックＢａ，Ｂｂ，Ｂｃごとに空気の供給量を調節するものである。流体供給装置Ａ１は、ブロワ１、流量検出器２ａ，２ｂ，２ｃ、流量調節弁３ａ，３ｂ，３ｃ、流量制御部４、圧力検出器５、圧力調節弁６、圧力制御部７、ブロワ制御部８、配管Ｌを備えている。

ブロワ１は、空気を昇圧して送出するものである。ブロワ１により送出された空気は、配管Ｌにより燃料電池Ｂに供給される。ブロワ１に接続される配管Ｌは、配管Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに分岐している。ブロワ１により送出された空気は、各配管Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに分配され、それぞれ燃料電池ブロックＢａ，Ｂｂ，Ｂｃに供給される。

流量検出器２ａ，２ｂ，２ｃは、それぞれ各配管Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの途中に設けられており、各配管Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを流れる空気の流量Ｑａｐｖ，Ｑｂｐｖ，Ｑｃｐｖを検出し、流量検出信号として流量制御部４に出力するものである。流量調節弁３ａ，３ｂ，３ｃは、それぞれ各配管Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの途中に設けられており、流量制御部４から入力される開度調節信号に基づいて開度が調節されることにより流量を調節するものである。

流量制御部４は、各配管Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを流れる空気の流量をそれぞれ独立に制御するものであり、流量検出器２ａ，２ｂ，２ｃからそれぞれ流量検出信号を入力され、流量調節弁３ａ，３ｂ，３ｃにそれぞれ開度調節信号を出力する。すなわち、流量制御部４は、流量検出器２ａにより検出される配管Ｌａの流量Ｑａｐｖと目標とする流量設定値Ｑａｓｖとを比較し、流量Ｑａｐｖが流量設定値Ｑａｓｖとなるように流量調節弁３ａの開度を調節して、フィードバック制御を行なう。配管Ｌｂ，Ｌｃの流量Ｑｂｐｖ，Ｑｃｐｖも、同様に、流量設定値Ｑｂｓｖ，Ｑｃｓｖとなるようにフィードバック制御される。

圧力検出器５は、分岐する前の配管Ｌの分配前圧力Ｐｐｖを検出し、圧力検出信号として圧力制御部７に出力するものである。圧力調節弁６は、圧力制御部７から入力される開度調節信号に基づいて開度が調節されることにより配管Ｌに設けられた排出口からの排出量を調節するものである。なお、本実施形態では空気を供給する場合について説明しているが、空気以外の流体の場合、外部へ放出できないものであれば、排出口から排出される流体はブロワ１の吸込側に戻される。また、圧力調節弁６は、開度を開度検出信号としてブロワ制御部８に出力する。

圧力制御部７は、分配前圧力を制御するものであり、圧力検出器５から圧力検出信号を入力され、圧力調節弁６に開度調節信号を出力する。すなわち、圧力制御部７は、圧力検出器５により検出される分配前圧力Ｐｐｖと目標とする圧力設定値Ｐｓｖとを比較し、分配前圧力Ｐｐｖが圧力設定値Ｐｓｖとなるように圧力調節弁６の開度を調節して、フィードバック制御を行なう。

ブロワ制御部８は、圧力調節弁６の開度を制御するものであり、圧力調節弁６から開度検出信号を入力され、ブロワ１に出力調節信号を出力する。すなわち、ブロワ制御部８は、圧力調節弁６の開度Ｒｐｖと目標とする開度設定値Ｒｓｖとを比較し、開度Ｒｐｖが開度設定値Ｒｓｖとなるようにブロワ１の出力を調節して、フィードバック制御を行なう。開度設定値Ｒｓｖは、排出口からの排出量がほとんどないような開度が設定され、本実施形態では約１０％が設定されている。

次に、流体供給装置Ａ１の動作について説明する。

初期状態として、各配管Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの流量の合計（以下、「燃料電池流量」という。）Ｑｐｖ（＝Ｑａｐｖ＋Ｑｂｐｖ＋Ｑｃｐｖ）が各燃料電池ブロックＢａ，Ｂｂ，Ｂｃが必要とする流量の合計（以下、「燃料電池流量設定値」という。）Ｑｓｖ（＝Ｑａｓｖ＋Ｑｂｓｖ＋Ｑｃｓｖ）＝Ｑ₀に、分配前圧力Ｐｐｖが圧力設定値Ｐｓｖ＝Ｐ₀に、圧力調節弁６の開度Ｒｐｖが開度設定値Ｒｓｖ＝Ｒ₀にそれぞれ制御されている状態を想定する。

この状態から、燃料電池Ｂが必要とする流量が減少したことにより、燃料電池流量設定値がＱ₁に低下した場合、流体供給装置Ａ１は以下のように動作する。すなわち、流量制御部４は、各流量調節弁３ａ，３ｂ，３ｃの開度を調節して各流量がそれぞれ流量設定値となるように制御し、燃料電池流量Ｑｐｖが燃料電池流量設定値Ｑｓｖ＝Ｑ₁になるように制御する。ここで、燃料電池Ｂが必要とする流量がＱ₀からＱ₁に減少しているので、余剰流量（Ｑ₀−Ｑ₁）により分配前圧力Ｐｐｖが上昇する。圧力制御部７は、圧力調節弁６の開度を調節して、分配前圧力Ｐｐｖが圧力設定値Ｐ₀を維持するように制御する。つまり、圧力制御部７は、余剰流量（Ｑ₀−Ｑ₁）を排出口から排出するために、圧力調節弁６の開度を大きくするように調節する。ブロワ制御部８は、圧力調節弁６の開度Ｒｐｖが開度設定値Ｒｓｖを維持するように制御するために、ブロワ１の出力を下げるように調節する。

初期状態から、燃料電池Ｂが必要とする流量が増加したことにより、燃料電池流量設定値がＱ₂に上昇した場合、流体供給装置Ａ１は以下のように動作する。すなわち、流量制御部４は、各流量調節弁３ａ，３ｂ，３ｃの開度を調節して各流量がそれぞれ流量設定値となるように制御し、燃料電池流量Ｑｐｖが燃料電池流量設定値Ｑｓｖ＝Ｑ₂になるように制御する。ここで、燃料電池Ｂが必要とする流量がＱ₀からＱ₂に増加しているので、不足流量（Ｑ₂−Ｑ₀）により分配前圧力Ｐｐｖが低下する。圧力制御部７は、圧力調節弁６の開度を調節して、分配前圧力Ｐｐｖが圧力設定値Ｐ₀を維持するように制御する。つまり、圧力制御部７は、圧力調節弁６の開度を小さくするように調節して排出口からの排出量を減少させ、不足流量（Ｑ₂−Ｑ₀）をまかなうようにする。ブロワ制御部８は、圧力調節弁６の開度Ｒｐｖが開度設定値Ｒｓｖを維持するように制御するために、ブロワ１の出力を上げるように調節する。

次に、流体供給装置Ａ１の作用について説明する。

本実施形態においては、圧力制御部７が分配前圧力Ｐｐｖを圧力設定値Ｐｓｖに維持するように圧力調節弁６の開度を調節し、ブロワ制御部８が圧力調節弁６の開度Ｒｐｖを開度設定値Ｒｓｖに維持するようにブロワ１の出力を調節する。これにより、燃料電池Ｂが必要とする流量の変化に応じて、ブロワ１の出力が調節される。したがって、流体供給装置Ａ１は、ブロワ１が過剰な流量を送出して無駄な電力を消費することを抑制することができ、ブロワ１の消費電力を低減することができる。

なお、上記第１実施形態では、開度設定値Ｒｓｖを約１０％として設定しているが、さらに小さい値としてもよい。開度設定値Ｒｓｖを小さくするほど、ブロワ１の出力が低下するように調節されるので、ブロワ１の消費電力をさらに低減することができる。しかし、燃料電池流量設定値Ｑｓｖが急激に上昇した場合、圧力調節弁６の開度はゼロより小さくすることができないので、不足流量をまかなうことができず分配前圧力が低下し、圧力制御部７が分配前圧力Ｐｐｖを制御することができなくなる場合がある。したがって、開度設定値Ｒｓｖを小さい値とする場合は、分配前圧力Ｐｐｖを適切に制御する方法を取り入れる必要がある。

図２は、本発明に係る流体供給装置の第２実施形態を説明するためのブロック図である。なお、同図において、上記第１実施形態と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。流体供給装置Ａ２は、圧力制御部７’が流体供給装置Ａ１とは異なる。すなわち、圧力制御部７’は、流体供給装置Ａ１の圧力制御部７の機能に加えて、分配前圧力Ｐｐｖが圧力設定値Ｐｓｖより予め設定された値ΔＰ以上低下した場合にブロワ１の出力を所定の値だけ上昇させる機能を有する。

また、これにより、初期状態から燃料電池流量設定値Ｑｓｖが上昇した場合の動作が流体供給装置Ａ１とは異なる。流体供給装置Ａ２の動作について、上述した流体供給装置Ａ１の動作説明に準じて説明する。

初期状態については、圧力調節弁６の開度Ｒｐｖが開度設定値Ｒｓｖ＝０％に制御されている以外は、流体供給装置Ａ１の動作説明と同様である。また、初期状態から燃料電池流量設定値ＱｓｖがＱ₁に低下した場合は、流体供給装置Ａ１の動作と同様なので省略する。

初期状態から燃料電池流量設定値ＱｓｖがＱ₂に上昇した場合の動作を説明する。流量制御部４は、燃料電池流量Ｑｐｖが燃料電池流量設定値Ｑｓｖ＝Ｑ₂になるように制御する。ここで、燃料電池Ｂが必要とする流量がＱ₀からＱ₂に増加しているので、不足流量（Ｑ₂−Ｑ₀）により分配前圧力Ｐｐｖが低下する。圧力調節弁６の開度は０％に制御されており、これ以上開度を小さくすることは不可能なので、圧力制御部７’は圧力調節弁６の開度を調節することができない。

本実施形態において、圧力制御部７’は、分配前圧力Ｐｐｖが圧力設定値ＰｓｖであるＰ₀より予め設定された値ΔＰ以上低下した場合、すなわち、（Ｐ₀−ΔＰ）以下となった場合、ブロワ１の出力を所定の値だけ上昇させる。これにより分配前圧力Ｐｐｖは上昇するので、圧力制御部７’は、圧力調節弁６の開度を大きくするように調節して、分配前圧力Ｐｐｖが圧力設定値Ｐ₀を維持するように制御する。そして、ブロワ制御部８は、圧力調節弁６の開度Ｒｐｖが開度設定値Ｒｓｖを維持するように制御するために、ブロワ１の出力を下げるように調節する。

本実施形態においても、燃料電池Ｂが必要とする流量の変化に応じてブロワ１の出力が調節されるので、流体供給装置Ａ２は、ブロワ１が過剰な流量を送出して無駄な電力を消費することを抑制することができ、ブロワ１の消費電力を低減することができる。さらに、圧力調節弁６の開度Ｒｐｖが開度設定値Ｒｓｖ＝０％に制御されているので、排出口から排出される余剰流量が最大限削減されるように、ブロワ１の出力が調節される。したがって、流体供給装置Ａ２は、ブロワ１の出力を下げることができ、消費電力をさらに低減することができる。

図３は、本発明に係る流体供給装置の第３実施形態を説明するためのブロック図である。なお、同図において、上記第１実施形態と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。流体供給装置Ａ３は、圧力制御部７”が流体供給装置Ａ１とは異なる。すなわち、圧力制御部７”は、流体供給装置Ａ１の圧力制御部７の機能に加えて、分配前圧力Ｐｐｖが圧力設定値Ｐｓｖより予め設定された値ΔＰ以上低下した場合にブロワ制御部８に設定されている開度設定値Ｒｓｖを所定の値だけ上昇させる機能を有する。

また、これにより、初期状態から燃料電池流量設定値Ｑｓｖが上昇した場合の動作が流体供給装置Ａ１とは異なる。流体供給装置Ａ３の動作について、上述した流体供給装置Ａ１の動作説明に準じて説明する。

初期状態については、圧力調節弁６の開度Ｒｐｖが開度設定値Ｒｓｖ＝０％に制御されている以外は、流体供給装置Ａ１の動作説明と同様である。また、初期状態から燃料電池流量設定値ＱｓｖがＱ₁に低下した場合は、流体供給装置Ａ１の動作と同様なので省略する。

初期状態から燃料電池流量設定値ＱｓｖがＱ₂に上昇した場合の動作を説明する。流量制御部４は、燃料電池流量Ｑｐｖが燃料電池流量設定値Ｑｓｖ＝Ｑ₂になるように制御する。ここで、燃料電池Ｂが必要とする流量がＱ₀からＱ₂に増加しているので、不足流量（Ｑ₂−Ｑ₀）により分配前圧力Ｐｐｖが低下する。圧力調節弁６の開度は０％に制御されており、これ以上開度を小さくすることは不可能なので、圧力制御部７”は圧力調節弁６の開度を調節することができない。

本実施形態において、圧力制御部７”は、分配前圧力Ｐｐｖが圧力設定値ＰｓｖであるＰ₀より予め設定された値ΔＰ以上低下した場合、すなわち、（Ｐ₀−ΔＰ）以下となった場合、ブロワ制御部８に設定されている開度設定値Ｒｓｖを所定の値だけ増加させる。本実施形態では、開度設定値Ｒｓｖを０％から例えば１０％に増加させる。これにより、ブロワ制御部８は圧力調節弁６の開度が開度設定値Ｒｓｖとなるようにブロワ１の出力を上昇させるので、分配前圧力Ｐｐｖが上昇し、分配前圧力Ｐｐｖの制御が可能となる。

本実施形態においても、燃料電池Ｂが必要とする流量の変化に応じてブロワ１の出力が調節されるので、流体供給装置Ａ３は、ブロワ１が過剰な流量を送出して無駄な電力を消費することを抑制することができ、ブロワ１の消費電力を低減することができる。さらに、圧力調節弁６の開度Ｒｐｖが開度設定値Ｒｓｖ＝０％に制御されているので、排出口から排出される余剰流量が最大限削減されるように、ブロワ１の出力が調節される。したがって、流体供給装置Ａ３は、ブロワ１の出力を下げることができ、消費電力をさらに低減することができる。

図４および図５は、本発明に係る流体供給装置の第４実施形態を説明するための図である。図４は本実施形態の流体供給装置Ａ４の全体構成を示すブロック図であり、図５は流体供給装置Ａ４の制御部９の内部構成を示すブロック図である。なお、同図において、上記第１実施形態と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。

流体供給装置Ａ４は、圧力制御部７およびブロワ制御部８に代えて制御部９を設けている点で、流体供給装置Ａ１と異なる。制御部９は、分配前圧力および圧力調節弁６の開度を制御するものであり、圧力検出器５から圧力検出信号を、圧力調節弁６から開度検出信号を、それぞれ入力され、圧力調節弁６に開度調節信号を、ブロワ１に出力調節信号を、それぞれ出力する。制御部９は、図５に示すように、圧力設定部９１、開度設定部９２、圧力制御部９３、ブロワ制御部９４、切替部９５、を備えている。

圧力設定部９１は、圧力設定値Ｐｓｖを設定して、圧力制御部９３、ブロワ制御部９４、切替部９５に入力するものである。開度設定部９２は、開度設定値Ｒｓｖを設定して、ブロワ制御部９４に入力するものである。本実施形態では、開度設定値Ｒｓｖとして０％が設定されている。

圧力制御部９３は、流体供給装置Ａ１の圧力制御部７と同様の機能を有する。すなわち、圧力制御部９３は、圧力検出器５から入力される分配前圧力Ｐｐｖと圧力設定部９１から入力される圧力設定値Ｐｓｖとを比較し、分配前圧力Ｐｐｖが圧力設定値Ｐｓｖとなるように圧力調節弁６の開度を調節して、フィードバック制御を行なう。

ブロワ制御部９４は、流体供給装置Ａ１のブロワ制御部８と同様の機能を有する。すなわち、ブロワ制御部９４は、圧力調節弁６から入力される開度Ｒｐｖと開度設定部９２から入力される開度設定値Ｒｓｖとを比較し、開度Ｒｐｖが開度設定値Ｒｓｖとなるようにブロワ１の出力を調節して、フィードバック制御を行なう。また、ブロワ制御部９４は、圧力検出器５から圧力検出信号を入力され、ブロワ１に出力調節信号を出力することで、分配前圧力を制御する機能も有する。すなわち、ブロワ制御部９４は、圧力検出器５により検出される分配前圧力Ｐｐｖと圧力設定部９１から入力される圧力設定値Ｐｓｖとを比較し、分配前圧力Ｐｐｖが圧力設定値Ｐｓｖとなるようにブロワ１の出力を調節して、フィードバック制御を行なう。ブロワ制御部９４の機能は、切替部９５により切り換えられる。

切替部９５は、分配前圧力の制御を、圧力制御部９３による圧力調節弁６の開度調節で行なうか、ブロワ制御部９４によるブロワ１の出力調節で行なうかを切り替えるものである。切替部９５は、圧力検出器５により検出される分配前圧力Ｐｐｖが圧力設定部９１から入力される圧力設定値Ｐｓｖより予め設定された値ΔＰ以上低下した場合のみ、分配前圧力の制御をブロワ制御部９４に切り替える。このとき、切替部９５は、ブロワ制御部９４への入力を、圧力調節弁６より入力される開度Ｒｐｖから圧力検出器５より入力される分配前圧力Ｐｐｖに切り替え、開度設定部９２より入力される開度設定値Ｒｓｖから圧力設定部９１より入力される圧力設定値Ｐｓｖに切り替える。図５は、ブロワ制御部９４に切り替えられた状態を示している。

次に、流体供給装置Ａ４の動作について、上述した流体供給装置Ａ１の動作説明に準じて説明する。

初期状態については、圧力調節弁６の開度Ｒｐｖが開度設定値Ｒｓｖ＝０％に制御されている以外は、流体供給装置Ａ１の動作説明と同様である。また、初期状態から燃料電池流量設定値ＱｓｖがＱ₁に低下した場合は、圧力制御部７およびブロワ制御部８が圧力制御部９３およびブロワ制御部９４に代わる以外は、流体供給装置Ａ１の動作と同様なので省略する。初期状態から燃料電池流量設定値ＱｓｖがＱ₂に上昇した場合の動作を、図６に示すフローチャートを参照して説明する。

本実施形態において、制御部９は、分配前圧力Ｐｐｖの制御を、切替部９５が行う切替処理に応じて、圧力制御部９３による圧力調節弁６の開度調節からブロワ制御部９４によるブロワ１の出力調節に切り替える。図６は、燃料電池流量設定値Ｑｓｖが上昇したときに、切替部９５が行なう切替処理を示すフローチャートである。

初期状態から燃料電池流量設定値ＱｓｖがＱ₂に上昇したとき、切替部９５は切替処理を開始する。まず、分配前圧力Ｐｐｖが圧力設定値ＰｓｖであるＰ₀より予め設定された値ΔＰ以上低下したか否かが判別される（Ｓ１）。Ｐｐｖ＞（Ｐ₀−ΔＰ）の場合（Ｓ１：ＮＯ）、ステップＳ１に戻る。すなわち、分配前圧力Ｐｐｖが圧力設定値ＰｓｖであるＰ₀よりΔＰ以上低下するまでは、分配前圧力Ｐｐｖの制御は圧力制御部９３による圧力調節弁６の開度調節で行なわれる。このとき、流量制御部４は燃料電池流量Ｑｐｖが燃料電池流量設定値Ｑｓｖ＝Ｑ₂になるように制御しているので、不足流量（Ｑ₂−Ｑ₀）により分配前圧力Ｐｐｖが低下する。圧力調節弁６の開度は０％に制御されており、これ以上開度を小さくすることは不可能なので、圧力制御部９３は圧力調節弁６の開度を調節することができず、分配前圧力Ｐｐｖが低下し続ける。

分配前圧力Ｐｐｖが（Ｐ₀−ΔＰ）以下となった場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、分配前圧力Ｐｐｖの制御がブロワ制御部９４に切り替えられる（Ｓ２）。このとき、圧力制御部９３は、停止され、圧力調節弁６の開度Ｒｐｖは開度設定値Ｒｓｖである０％に固定される。また、ブロワ制御部９４の設定値としての入力が、開度設定部９２より入力される開度設定値Ｒｓｖから圧力設定部９１より入力される圧力設定値Ｐｓｖに切り替えられ（Ｓ３）、測定値としての入力が、圧力調節弁６より入力される開度Ｒｐｖから圧力検出器５より入力される分配前圧力Ｐｐｖに切り替えられる（Ｓ４）。

このとき、ブロワ制御部９４は、ブロワ１の出力を調節して、分配前圧力Ｐｐｖが圧力設定値ＰｓｖであるＰ₀となるように制御する。つまり、ブロワ制御部９４は、ブロワ１の出力を上げるように調節して、分配前圧力ＰｐｖをＰ₀まで上げるように制御する。

次に、分配前圧力Ｐｐｖが圧力設定値ＰｓｖであるＰ₀以上であるか否かが判別される（Ｓ５）。Ｐｐｖ＜Ｐ₀の場合（Ｓ５：ＮＯ）、ステップＳ５に戻る。すなわち、分配前圧力ＰｐｖがＰ₀以上となるまでは、分配前圧力Ｐｐｖの制御はブロワ制御部９４によるブロワ１の出力調節で行なわれる。

分配前圧力ＰｐｖがＰ₀以上となった場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ブロワ制御部９４の設定値としての入力が、圧力設定部９１より入力される圧力設定値Ｐｓｖから開度設定部９２より入力される開度設定値Ｒｓｖに切り替えられ（Ｓ６）、測定値としての入力が、圧力検出器５より入力される分配前圧力Ｐｐｖから圧力調節弁６より入力される開度Ｒｐｖに切り替えられる（Ｓ７）。そして、分配前圧力Ｐｐｖの制御が圧力制御部９３に切り替えられ（Ｓ８）、切替処理が終了される。

本実施形態においても、燃料電池Ｂが必要とする流量の変化に応じてブロワ１の出力が調節されるので、流体供給装置Ａ４は、ブロワ１が過剰な流量を送出して無駄な電力を消費することを抑制することができ、ブロワ１の消費電力を低減することができる。さらに、圧力調節弁６の開度Ｒｐｖが開度設定値Ｒｓｖ＝０％に制御されているので、排出口から排出される余剰流量が最大限削減されるように、ブロワ１の出力が調節される。したがって、流体供給装置Ａ４は、ブロワ１の出力を下げることができ、消費電力をさらに低減することができる。

なお、上記第１ないし第４実施形態では、空気の供給先である燃料電池ブロックが３個の場合について説明したが、２個の場合でも４個以上の場合でも同様である。

また、上記第１ないし第４実施形態では、燃料電池に空気を供給する場合について説明したが、これに限られない。本発明は、燃料電池に改質ガスを供給する場合や、燃料電池発電装置に原燃料や燃焼用空気を供給する場合にも適用することができる。また、本発明は、燃料電池以外の装置に各種の流体を供給する場合にも適用することができる。この場合、供給される流体はどのような気体でもよいし、液体でもよい。また、ブロワに代えて、コンプレッサやポンプなど各種の昇圧機を用いることができる。

本発明に係る流体供給装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る流体供給装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明に係る流体供給装置の第１実施形態を説明するためのブロック図である。 本発明に係る流体供給装置の第２実施形態を説明するためのブロック図である。 本発明に係る流体供給装置の第３実施形態を説明するためのブロック図である。 本発明に係る流体供給装置の第４実施形態を説明するためのブロック図である。 図４に示す流体供給装置の制御部の内部構成を説明するためのブロック図である。 燃料電池流量設定値が上昇したときに切替部が行なう切替処理を示すフローチャートである。 従来技術に係る流体供給装置を説明するためのブロック図である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２，Ａ３、Ａ４ 流体供給装置
１ ブロワ（昇圧機）
２ａ，２ｂ，２ｃ 流量検出器
３ａ，３ｂ，３ｃ 流量調節弁
４ 流量制御部
５ 圧力検出器
６ 圧力調節弁
７ 圧力制御部
７’ 圧力制御部（出力上昇手段）
７” 圧力制御部（開度設定値増加手段）
８ ブロワ制御部（昇圧機制御部）
９ 制御部
９１ 圧力設定部
９２ 開度設定部
９３ 圧力制御部
９４ ブロワ制御部（昇圧機制御部、第２の昇圧機制御部）
９５ 切替部
Ｌ 配管
Ｂ 燃料電池
Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ 燃料電池ブロック

Claims (6)

1. 流体を昇圧して供給する昇圧機と、
   前記昇圧機が供給する流体が分配されて流れる複数の配管とを備え、
   前記各配管内を流れる流体の流量がそれぞれ独立に調節される流体供給装置であって、
   前記昇圧機から供給される流体が各配管に分配される前の分配前圧力が予め設定された圧力設定値と一致するように余剰流量を排出するための圧力調節弁と、
   前記圧力調節弁の開度が予め設定された開度設定値と一致するように、前記昇圧機の出力を調節する昇圧機制御部と、
   を備える流体供給装置。
2. 前記開度設定値は前記圧力調節弁の開度が全閉となる値である、
   請求項１に記載の流体供給装置。
3. 前記分配前圧力が前記圧力設定値より所定値以上低下した場合、前記昇圧機の出力を所定の値だけ上昇させる出力上昇手段をさらに備える、
   請求項２に記載の流体供給装置。
4. 前記分配前圧力が前記圧力設定値より所定値以上低下した場合に前記開度設定値を所定の値だけ増加させる開度設定値増加手段をさらに備える、
   請求項２に記載の流体供給装置。
5. 前記分配前圧力が前記圧力設定値と一致するように、前記昇圧機の出力を調節する第２の昇圧機制御部をさらに備え、
   前記分配前圧力が前記圧力設定値より所定値以上低下した場合、前記圧力調節弁の開度は全閉とされ、前記昇圧機は前記昇圧機制御部に代えて前記第２の昇圧機制御部により調節される、
   請求項２に記載の流体供給装置。
6. 前記昇圧機は空気を昇圧して供給するブロワであり、
   前記各配管が空気を供給するのは、燃料電池である、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の流体供給装置。

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