JP5358357B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
従来の燃料電池システムとして、灯油や液化石油ガス等の原燃料を改質することにより、水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、その改質ガス中の水素と空気中の酸素とを電気化学反応させることにより発電を行う燃料電池と、を備えるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この燃料電池システムでは、ダイヤフラムを往復運動させることによって気体や液体などの流体を送出することのできるダイヤフラムポンプが用いられている。 As a conventional fuel cell system, a reformer that generates reformed gas containing hydrogen by reforming raw fuel such as kerosene and liquefied petroleum gas, hydrogen in the reformed gas, and oxygen in the air And a fuel cell that generates electricity by causing them to undergo an electrochemical reaction (see, for example, Patent Document 1). In this fuel cell system, a diaphragm pump capable of delivering a fluid such as gas or liquid by reciprocating the diaphragm is used.
上述したような燃料電池システムは、近年、一般家庭に普及しつつあり、そのため更なる信頼性の向上が望まれている。従来の燃料電池システムにおいては、外気が低温な場合、ダイヤフラムポンプのダイヤフラムが温度の影響を受けることによって、送出できる流量が低下してしまう場合があった。このとき、流量をダイヤフラムポンプの制御値にフィードバックさせることができるが、所望の流量を得るまでに一定の時間がかかってしまい、燃料電池システムの信頼性に影響を与える場合があった。 In recent years, the fuel cell system as described above has been spreading to general households, and therefore further improvement in reliability is desired. In the conventional fuel cell system, when the outside air is at a low temperature, the flow rate that can be delivered may decrease due to the temperature of the diaphragm of the diaphragm pump. At this time, the flow rate can be fed back to the control value of the diaphragm pump, but it takes a certain time to obtain a desired flow rate, which may affect the reliability of the fuel cell system.
そこで、本発明は、信頼性の向上を図ることができる燃料電池システムを提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of improving reliability.
上記課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、入力される制御値に応じて流体を送出するダイヤフラムポンプと、ダイヤフラムポンプによって送出される流体の流量が所定の流量となるようにダイヤフラムポンプへ制御値を入力する制御値出力手段と、を備え、制御値出力手段は、温度に基づいてダイヤフラムポンプの起動時における制御値を変化させることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to the present invention includes a diaphragm pump that sends out a fluid according to an input control value, and a diaphragm so that the flow rate of the fluid that is sent out by the diaphragm pump becomes a predetermined flow rate. Control value output means for inputting a control value to the pump, and the control value output means changes the control value when starting the diaphragm pump based on the temperature.
本発明に係る燃料電池システムでは、制御値出力手段が、温度に基づいてダイヤフラムポンプの起動時における制御値を変化させることができる。従って、温度に対するダイヤフラムの影響を考慮してダイヤフラムポンプを起動させることができるため、単に流量を制御値にフィードバックさせるのみの制御に比べ、起動の段階から所望の流量を得ることが可能となる。これによって、燃料電池システムの信頼性の向上を図ることができる。 In the fuel cell system according to the present invention, the control value output means can change the control value when starting the diaphragm pump based on the temperature. Therefore, since the diaphragm pump can be started in consideration of the influence of the diaphragm on the temperature, it is possible to obtain a desired flow rate from the starting stage as compared with the control in which the flow rate is simply fed back to the control value. Thereby, the reliability of the fuel cell system can be improved.
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、制御値出力手段は、温度が低いほど、ダイヤフラムポンプの起動時における制御値を大きくすることが好ましい。これによって、温度が低くなってダイヤフラムが影響を受けることによって流量が低下する場合であっても、ダイヤフラムポンプの起動時における制御値を大きくすることによって、流量を低下させることなく、起動の段階から所望の流量を得ることが可能となる。これによって、燃料電池システムの信頼性を一層向上させることができる。 In the fuel cell system according to the present invention, it is preferable that the control value output means increases the control value at the time of starting the diaphragm pump as the temperature is lower. As a result, even if the flow rate is lowered due to the temperature being lowered and the diaphragm is affected, by increasing the control value at the time of starting the diaphragm pump, the flow rate is not lowered and the flow rate is reduced. A desired flow rate can be obtained. Thereby, the reliability of the fuel cell system can be further improved.
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、ダイヤフラムポンプは、原燃料を送出することが好ましい。原燃料の送出用のダイヤフラムポンプについて、温度にかかわらず、起動の段階から所望の流量の原燃料を改質装置に送出することができる。 In the fuel cell system according to the present invention, it is preferable that the diaphragm pump delivers raw fuel. About the diaphragm pump for sending the raw fuel, it is possible to send the raw fuel at a desired flow rate to the reformer from the starting stage regardless of the temperature.
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、ダイヤフラムポンプは、空気を送出することが好ましい。空気送出用のダイヤフラムポンプについて、温度にかかわらず、起動の段階から所望の流量の空気を改質装置やCO除去器に送出することができる。 In the fuel cell system according to the present invention, the diaphragm pump preferably sends out air. About the diaphragm pump for air sending, air of a desired flow rate can be sent to the reformer and the CO remover from the start-up stage regardless of the temperature.
本発明によれば、燃料電池システムの信頼性の向上を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the reliability of the fuel cell system.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明に係る燃料電池システムの一実施形態の構成概略図である。図1に示されるように、燃料電池システム1は、原燃料を改質することにより改質ガスを生成する改質器2と、改質ガスを用いて発電を行う固体高分子形の燃料電池3と、を備えている。燃料電池システム1は、家庭用の電力供給源として利用され、原燃料としては、液化石油ガス(LPG)が用いられる。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a fuel cell system according to the present invention. As shown in FIG. 1, a fuel cell system 1 includes a
原燃料の供給源と改質器2との間には、脱硫器4が配置されている。脱硫器4は、外部から導入された原燃料に対し、脱硫触媒によって脱硫を施す。脱硫器4の上流側には、燃料電池システム1への原燃料の供給を制御する電磁弁21、タンク22及び電磁弁23が順に設けられている。一方、脱硫器4の下流側には、電磁弁24が設けられている。燃料電池システム1の停止の際には電磁弁23,24は閉とされるが、脱硫触媒により脱硫器4の内圧が低減する。このため、燃料電池システム1の起動の際に、電磁弁21,23の開閉を制御することにより、原燃料の燃料電池システム1への急激な流入が防止される。脱硫器4及び電磁弁24の下流側には、燃料ポンプ25が設けられている。燃料ポンプ25は、原燃料を改質器2へ供給する。
A desulfurizer 4 is disposed between the raw fuel supply source and the
改質器2は、改質触媒によって原燃料を改質させて、水素を含有する改質ガスを生成する。改質器2は、水ポンプ27により供給された水を気化する気化器(不図示)を有しており、水蒸気および気体の原燃料を用いて改質ガスを生成する。
The
水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、改質器2には、改質触媒を加熱するためのバーナ10が設けられている。バーナ10には、上述した燃料ポンプ25により導入される原燃料の供給路が接続されている。上述した燃料ポンプ25の下流側は、改質器2への燃料供給路、及びバーナ10への燃料供給路の2つに分岐しており、電磁弁26の開閉動作により、燃料供給路が選択的に制御される。また、バーナ10には、エアポンプ28によって圧送された空気が導入される。バーナ10の燃焼によって生じた排ガスは、熱交換器31を介して熱回収されて外部に排気される。
Since the steam reforming reaction is an endothermic reaction, the
改質器2によって生成された改質ガスは、改質器2の下流側に配置されたCO除去器6に導入される。CO除去器6は、改質ガス中の一酸化炭素濃度を低下させるために、改質ガスに含まれる一酸化炭素を選択的に酸化して、二酸化炭素に転換する。CO除去器6は、エアポンプ29により送り込まれる空気を用いて、選択的に酸化を行う。
The reformed gas generated by the
CO除去器6によって処理された改質ガスは、燃料電池3の上流側に配置された加湿器7に導入される。加湿器7は、その内部に水を貯留しており、導入された改質ガスを気泡として通過させることにより、改質ガスを加湿する。加湿された改質ガスは、燃料電池3のアノードに供給される。
The reformed gas processed by the
また、燃料電池3の上流側に配置された加湿器9には、エアポンプ8によって圧送された空気が導入される。加湿器9は、その内部に水を貯留しており、導入された空気を気泡として通過させることにより、空気を加湿する。加湿された空気は、燃料電池3のカソードに供給される。
Further, the air pumped by the air pump 8 is introduced into the
燃料電池3は、複数の電池セルが積層されたスタック構造として構成されている。各電池セルは、アノード、カソード、及びそれらの間に配置された高分子膜を有している。上述したように、燃料電池3に供給される改質ガス及び空気が加湿されるのは、燃料電池3の電解質である高分子膜が高い伝導性を維持するためには高分子膜が加湿される必要があるからである。燃料電池3の各電池セルにおいては、アノードに供給された改質ガス中の水素とカソードに供給された空気中の酸素とが電気化学反応を起こして、直流の電力が発生する。 The fuel cell 3 is configured as a stack structure in which a plurality of battery cells are stacked. Each battery cell has an anode, a cathode, and a polymer membrane disposed therebetween. As described above, the reformed gas and air supplied to the fuel cell 3 are humidified because the polymer membrane is humidified in order to maintain high conductivity of the polymer membrane that is the electrolyte of the fuel cell 3. It is necessary to do this. In each battery cell of the fuel cell 3, hydrogen in the reformed gas supplied to the anode and oxygen in the air supplied to the cathode cause an electrochemical reaction to generate DC power.
燃料電池3で発生した電力は、図示しないコンバータ及びインバータを介して、家庭に供給される。コンバータは、直流の電力の電圧を変圧する。インバータは、変圧された電力を直流から交流に変換する。 The electric power generated in the fuel cell 3 is supplied to the home via a converter and an inverter (not shown). The converter transforms the voltage of DC power. The inverter converts the transformed power from direct current to alternating current.
ところで、改質ガス中に気化して燃料電池3のアノードに供給された水のうちの余剰分は、循環して、再び加湿器7内に貯留される。一方、空気中に気化して燃料電池3のカソードに供給された水のうちの余剰分(カソードドレン)は、水回収タンク13内に貯留される。また、加湿器9内に貯留された水は、冷却水として水ポンプ34により燃料電池3に供給される。冷却水は、燃料電池3が発生する熱によって加熱され、加湿器9に戻される。
By the way, the excess of the water vaporized into the reformed gas and supplied to the anode of the fuel cell 3 circulates and is stored again in the humidifier 7. On the other hand, the surplus (cathode drain) of the water vaporized in the air and supplied to the cathode of the fuel cell 3 is stored in the
各加湿器7,9内に貯留された水は、水回収タンク13、水ポンプ41及びイオン交換器14を含む水処理系30に所定時間毎に導入される。各加湿器7,9から水処理系30に導入された水は、水ポンプ41により、イオン交換器14に循環供給されて処理された後、各加湿器7,9に戻される。なお、改質器2に水を供給する水ポンプ27は、この水処理系30に接続されており、バーナ10の排ガスに含まれるドレインは水回収タンク13に収容される。
The water stored in the
また、燃料電池3のアノードに供給された改質ガスのうちの余剰分(いわゆるオフガス)は、熱交換器33を介して熱回収された後、改質触媒を加熱するために改質器2に設けられたバーナ10の燃料として利用される。なお、燃料電池システム1の起動時には、電磁弁26の切り替えにより脱硫器4によって脱硫された原燃料がバーナ10の燃料として利用される。一方、燃料電池3のカソードに供給された空気のうちの余剰分は、熱交換器32を介して熱回収されて外部に排気される。
In addition, the surplus (so-called off-gas) of the reformed gas supplied to the anode of the fuel cell 3 is recovered through the
更に、燃料電池システム1には、家庭用の水が貯留される貯湯ユニットAが接続される。貯湯ユニットA内に貯留された水は、導入口15から熱回収系に導入され、水ポンプ35により熱回収系を循環した後、導出口16から貯湯ユニットAに戻される。この熱回収系には、燃料電池3の排熱を回収する熱交換器32,33、バーナ10の排ガスから熱を回収する熱交換器31、燃料電池3本体を冷却する冷却回路に設けられた熱交換器(不図示)等が含まれている。貯湯水は、熱回収系を循環することにより熱を授受する。
Further, the fuel cell system 1 is connected to a hot water storage unit A in which household water is stored. The water stored in the hot water storage unit A is introduced into the heat recovery system from the
以上の燃料電池システム1の構成機器類は、図示しない電装機器類により動作が制御される。電装機器類は、燃料電池システム1に備わるセンサ類や、利用者の利用状況等に応じて構成機器類を制御する。センサ類としては、例えば、周囲の温度を検出する温度計36、電磁弁21,23の間に配置された圧力計37、燃料ポンプ25の下流側に設けられた流量計38、エアポンプ29の下流側に設けられた流量計39、エアポンプ28の下流側に設けられた流量計51等が用いられる。
The operation of the components of the fuel cell system 1 described above is controlled by electrical devices (not shown). The electrical equipment controls the constituent equipment according to the sensors provided in the fuel cell system 1 and the usage status of the user. Examples of the sensors include a
燃料電池システム1の基本動作の概要を説明する。燃料電池システム1は、システム起動後、脱硫器4の負圧解消処理を行う。その後、燃料ポンプ25及びエアポンプ28により、原燃料及び空気をバーナ10へ供給する。また、水処理系30において水ポンプ41により水を循環させるとともに、水ポンプ34により燃料電池3の冷却水を循環させる。
The outline of the basic operation of the fuel cell system 1 will be described. The fuel cell system 1 performs a negative pressure elimination process of the desulfurizer 4 after the system is started. Thereafter, raw fuel and air are supplied to the
一方、バーナ10の燃焼により改質器2の温度が安定したら、電磁弁26により原燃料の供給路を変更し、原燃料を改質器2へ供給する。さらに、水ポンプ27により水処理系30の水を改質器2へ供給する。改質器2により、原燃料及び水を用いて改質ガスを生成し、生成した改質ガスをCO除去器6へ供給する。また、エアポンプ29により空気をCO除去器6へ供給する。そして、CO除去器6でCO除去した改質ガスを加湿器7へ供給し、加湿してアノードへ供給する。そして、アノードのオフガスをバーナ10へ供給する。また、エアポンプ8により空気を加湿器9へ供給し、加湿してカソードへ供給する。これにより、燃料電池3において発電が行われ、家庭内に電力が供給される。電装機器類は、利用者の利用電力やセンサ類の出力に基づいて、改質器2への原燃料及び水の供給量、CO除去器6への空気の供給量、ポンプ出力等を制御して、安定運転や最適運転を行う。
On the other hand, when the temperature of the
次に、本発明の実施形態の特徴部分における構成について、図2及び図3を参照して詳細に説明する。図2は、本実施形態の燃料電池システムの特徴部分における構成概略図である。図3は、燃料ポンプ25及びエアポンプ28の構成を示す断面図である。図2には、燃料電池システム1全体の制御を行う制御部(制御値出力手段)100と、改質器2、燃料ポンプ25、エアポンプ28、温度計36、流量計38及び流量計51との接続関係が一点鎖線にて示されている。なお、図2には示されていないが、燃料電池システム1の他の各機器も制御部100と接続されている。
Next, the structure in the characteristic part of embodiment of this invention is demonstrated in detail with reference to FIG.2 and FIG.3. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a characteristic portion of the fuel cell system according to the present embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view showing configurations of the
図2に示すように、制御部100は、改質器2と電気的に接続されており、改質器2のバーナ10のイグナイターを作動させるための信号を出力する機能を有している。また、制御部100は、燃料ポンプ25及びエアポンプ28と電気的に接続されており、燃料の目標流量(所定の流量)に応じた制御値を設定すると共に燃料ポンプ25へ出力することによって燃料ポンプ25を駆動させる機能を有し、空気の目標流量に応じた制御値を設定すると共にエアポンプ28へ出力することによってエアポンプを駆動させる機能を有している。また、制御部100は、温度計36、流量計38及び流量計51と電気的に接続されており、温度計36で検出された燃料電池システム1の周辺温度、燃料ポンプ25から送出された燃料の流量、及びエアポンプ28から送出された空気の流量を各センサから取得する機能を有している。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、燃料ポンプ25及びエアポンプ28は、ダイヤフラムポンプが用いられている。ダイヤフラムポンプは、往復運動可能に配置された移動体61と、移動体61を取り囲むように配置された電磁石62と、移動体61の移動によって中央部が往復運動可能にされたダイヤフラム63,64と、流体が吸入される吸入口65と、流体が吐出される吐出口66とを備えている。ダイヤフラムポンプにおいては、電磁石62に交流電流が流れることによって移動体61が往復運動を行い、それに伴って各ダイヤフラム63,64が往復運動することで吸入口65から流体が吸入され、吐出口66から流体が圧送される。具体的には、移動体61が往動運動(図中Aで示される方向)を行うと、ダイヤフラム63が往動することで内部空間67の容積が増加して吸入口65から弁を介して流体が流れ込む。また、ダイヤフラム64が往動することで内部空間68の容積が減少して吐出口66から弁を介して流体が圧送される。一方、移動体61が復動運動を行うと、ダイヤフラム63及びダイヤフラム64が復動することで、内部空間67の容積が減少すると共に内部空間68の容積が増加し、供給口69,70及び弁を介して内部空間67から内部空間68へ流体が供給される。ダイヤフラムポンプの送出流量は、電磁石62に入力される制御値によって制御可能である。また、ダイヤフラムポンプは、低温時においてはダイヤフラム63,64が温度の影響を受けることによって、送出流量が低下する。
As shown in FIG. 3, the
図2に戻り、本実施形態では、制御部100は、燃料ポンプ25によって送出される燃料の流量を流量計38から取得し、当該流量をフィードバックさせて制御値を設定すると共に燃料ポンプ25に制御値を出力することができる。また、制御部100は、エアポンプ28によって送出される空気の流量を流量計51から取得し、当該流量をフィードバックさせて制御値を設定すると共にエアポンプ28に制御値を出力することができる。すなわち、制御部100は、流量計で検出された流量が目標流量よりも大きいときは制御値を小さく設定することで送出流量を減少させ、流量計で検出された流量が目標流量よりも小さいときは制御値を大きく設定することで送出流量を増加させることができる。
Returning to FIG. 2, in the present embodiment, the
また、制御部100は、温度計36で検出された温度に基づいて、燃料ポンプ25及びエアポンプ28の起動時における制御値を変化させる機能を有している。すなわち、制御部100は、温度計36で検出された温度が低いほど、燃料ポンプ25及びエアポンプ28の起動時における制御値を大きくすることができる。具体的には、制御部100は、常温時(例えば、所定の温度閾値よりも温度が高い場合)においては、目標流量に対して予め定められている初期入力値を設定値として設定する。一方、制御部100は、低温時(例えば、所定の温度閾値以下である場合)においては、初期入力値に加算値を加えた値を制御値として設定する。常温と低温を判定するための閾値は特に限定されない。加算値は、温度に応じて設定され、温度が低いほどダイヤフラムに対する影響が大きくなるので、温度が低いほど大きい値を設定するのが好ましい。温度計36の設置場所は燃料電池システム1の周囲温度が取得できる場所であれば特に限定されず、燃料電池システム1の各構成要素が収容される筺体内に設置してもよく、筺体の外に設置してもよい。筺体内に設置する場合も、筺体内における位置は特に限定されない。
Further, the
次に、図4を参照して、本実施形態に係る燃料電池システム1の動作について説明する。図4は、本実施形態に係る燃料電池システム1の動作を示すフローチャートである。図4の処理は、制御部100内で実行され、燃料電池システム1の起動時において、改質器2のバーナ10を点火する際に実行される処理である。
Next, the operation of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system 1 according to this embodiment. The process of FIG. 4 is executed in the
図4に示すように、制御部100は、燃料電池システム1の起動に伴ってエアポンプ28を起動させる(ステップS10)。次に、制御部100は、温度計36で検出された周囲温度に基づいて、周囲温度が低温であるか常温であるかを判定する(ステップS12)。S12の処理では、具体的に、温度計36で検出された周囲温度が予め設定した温度閾値以下であるかを判定する(本実施形態では、例えば5℃とする)。S12において周囲温度が温度閾値よりも高いと判定した場合、制御部100は、周囲温度が常温であると判断し、目標流量に対応する初期入力値を制御値に設定して、エアポンプ28を起動させる(ステップS14)。
As shown in FIG. 4, the
一方、S12の処理において周囲温度が温度閾値以下であると判定した場合、制御部100は、周囲温度が低温であると判断し、目標流量に対応する初期入力値に加算値を足し合わせた値を制御値に設定して、エアポンプ28を起動させる(ステップS16)。足し合わせる加算値は、温度が低いほど大きくなる。例えば、図5に示すように、周囲温度が5℃の時は加算値=25とし、周囲温度が0℃の時は加算値=50とし、周囲温度が−5℃の時は加算値=75とし、周囲温度が−10℃の時は加算値=100とすることができる。
On the other hand, if it is determined in step S12 that the ambient temperature is equal to or lower than the temperature threshold, the
S14あるいはS16でエアポンプ28を起動させた後、制御部100は、流量計51で検出した流量に基づいてフィードバックを行う(ステップS18)。具体的には、制御部100は、流量計51で検出した流量と目標流量とを比較し、検出流量が目標流量を下回っている場合はエアポンプ28へ出力する制御値を増加させ、検出流量が目標流量を上回っている場合はエアポンプ28へ出力する制御値を減少させる。その後、制御部100は、改質器2のバーナ10のイグナイターを作動させる(ステップS20)。
After starting the
S20の処理の後、制御部100は、燃料ポンプ25を起動させる(ステップS22)。次に、制御部100は、温度計36で検出された周囲温度に基づいて、周囲温度が低温であるか常温であるかを判定する(ステップS24)。S24の処理では、具体的に、温度計36で検出された周囲温度が予め設定した温度閾値以下であるかを判定する(本実施形態では、例えば5℃とする)。S24において周囲温度が温度閾値よりも高いと判定した場合、制御部100は、周囲温度が常温であると判断し、目標流量に対応する初期入力値を制御値に設定して、燃料ポンプ25を起動させる(ステップS26)。
After the process of S20, the
一方、S24の処理において周囲温度が温度閾値以下であると判定した場合、制御部100は、周囲温度が低温であると判断し、目標流量に対応する初期入力値に加算値を足し合わせた値を制御値に設定して、燃料ポンプ25を起動させる(ステップS28)。足し合わせる加算値は、温度が低いほど大きくなり、例えば、図5に示す値を用いることができる。なお、本実施形態では、燃料ポンプ25の温度閾値及び加算値はエアポンプ28と同値を用いたが、異なる値を用いてもよい。例えば、燃料ポンプ25とエアポンプ28とで異なる性能のダイヤフラムポンプを適用した場合や、燃料ポンプ25とエアポンプ28とで目標流量が異なる場合などに、エアポンプ28とは異なる温度閾値や異なる加算値を用いてもよい。
On the other hand, when it is determined in the process of S24 that the ambient temperature is equal to or lower than the temperature threshold, the
S26あるいはS28で燃料ポンプ25を起動させた後、制御部100は、流量計38で検出した流量に基づいてフィードバックを行う(ステップS30)。具体的には、制御部100は、流量計38で検出した流量と目標流量とを比較し、検出流量が目標流量を下回っている場合は燃料ポンプ25へ出力する制御値を増加させ、検出流量が目標流量を上回っている場合は燃料ポンプ25へ出力する制御値を減少させる。S30の処理の後、制御部100は、バーナ10の点火確認を行い、図4に示す処理を終了させる。
After starting the
次に、本実施形態に係る燃料電池システム1の作用・効果について図6を参照して説明する。図6は、燃料ポンプ25あるいはエアポンプ28に適用されるダイヤフラムポンプの制御値と流体の流量との関係を示した線図である。
Next, the operation and effect of the fuel cell system 1 according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the control value of the diaphragm pump applied to the
図6(a)は、常温時における制御値と流量の関係を示しており、図中のグラフCV1がダイヤフラムポンプに出力される制御値を示し、グラフFR1が送出される流体の流量を示している。図6(b)は、従来の燃料電池システムについての低温時における制御値と流量の関係、すなわち、低温時においても初期入力値に何も加算することなく制御値を設定した場合における制御値と流量の関係を示している。図6(b)中、グラフCV2がダイヤフラムポンプに出力される制御値を示し、グラフFR2が送出される流体の流量を示している。図6(c)は、本実施形態に係る燃料電池システム1の低温時における制御値と流量の関係を示しており、図中のグラフCV3がダイヤフラムポンプに出力される制御値を示し、グラフFR3が送出される流体の流量を示している。図6においては、横軸が時間を示している。 FIG. 6A shows the relationship between the control value and the flow rate at normal temperature, the graph CV1 in the figure shows the control value output to the diaphragm pump, and the graph FR1 shows the flow rate of the fluid to be sent. Yes. FIG. 6B shows the relationship between the control value and the flow rate at the time of low temperature for the conventional fuel cell system, that is, the control value when the control value is set without adding anything to the initial input value even at low temperature. The flow rate relationship is shown. In FIG. 6B, a graph CV2 indicates the control value output to the diaphragm pump, and a graph FR2 indicates the flow rate of the fluid to be delivered. FIG. 6C shows the relationship between the control value and the flow rate when the fuel cell system 1 according to the present embodiment is at a low temperature. A graph CV3 in the drawing shows a control value output to the diaphragm pump, and a graph FR3 Indicates the flow rate of the fluid to be delivered. In FIG. 6, the horizontal axis represents time.
図6(a)に示すように、常温時においては、制御値グラフCV1に示すようにポンプ起動時に初期入力値Aを制御値としてポンプに入力すると、流量グラフFR1に示されるように、直ちに目標流量Bを得ることが可能となる。しかしながら、低温時においてはダイヤフラムが温度の影響を受けて送出することのできる流量が減少してしまう。図6(b)に示すように、従来の燃料電池システムでは、制御値グラフCV2に示すようにポンプ起動時に初期入力値Aを制御値としてポンプに入力すると、流量グラフFR2に示されるように、ポンプ起動時には流量が目標流量Bに届かず、所定時間フィードバックを行って制御値を徐々に増加させていくことによって、目標流量Bに達している。 As shown in FIG. 6 (a), at the normal temperature, when the initial input value A is input to the pump as a control value when the pump is started as shown in the control value graph CV1, the target is immediately set as shown in the flow rate graph FR1. The flow rate B can be obtained. However, at a low temperature, the flow rate that the diaphragm can deliver due to the influence of temperature decreases. As shown in FIG. 6 (b), in the conventional fuel cell system, when the initial input value A is input to the pump as a control value at the time of starting the pump as shown in the control value graph CV2, as shown in the flow rate graph FR2, When the pump is started, the flow rate does not reach the target flow rate B, and the target flow rate B is reached by performing feedback for a predetermined time to gradually increase the control value.
このように、従来の燃料電池システムでは、低温時においては、流量をダイヤフラムポンプの制御値にフィードバックさせることで目標流量を得ることができるが、所望の流量を得るまでに一定の時間がかかってしまい、燃料電池システムの信頼性に影響を与える場合があった。 As described above, in the conventional fuel cell system, the target flow rate can be obtained by feeding back the flow rate to the control value of the diaphragm pump at a low temperature, but it takes a certain time to obtain the desired flow rate. As a result, the reliability of the fuel cell system may be affected.
一方、図6(c)に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム1では、制御値グラフCV3に示すように、ポンプ起動時においては初期入力値Aに加算値Cを足し合わせた値を制御値として出力している。これによって、流量グラフFR3に示すように、ポンプ起動時から直ちに目標流量Bを得ることが可能となっている。 On the other hand, as shown in FIG. 6C, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, as shown in the control value graph CV3, the value obtained by adding the addition value C to the initial input value A when the pump is started. Is output as a control value. As a result, as shown in the flow rate graph FR3, the target flow rate B can be obtained immediately after the pump is started.
以上によって、本実施形態に係る燃料電池システム1では、制御部100が、温度に基づいてダイヤフラムポンプの起動時における制御値を変化させることができる。従って、温度に対するダイヤフラムの影響を考慮してダイヤフラムポンプを起動させることができるため、単に流量を制御値にフィードバックさせるのみの制御に比べ、起動の段階から所望の流量を得ることが可能となる。これによって、燃料電池システム1の信頼性の向上を図ることができる。
As described above, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the
また、本実施形態に係る燃料電池システム1において、制御部100は、温度が低いほど、ダイヤフラムポンプの起動時における制御値を大きくしている。これによって、温度が低くなってダイヤフラムが影響を受けることによって流量が低下する場合であっても、ダイヤフラムポンプの起動時における制御値を大きくすることによって、流量を低下させることなく、起動の段階から所望の流量を得ることが可能となる。これによって、燃料電池システム1の信頼性を一層向上させることができる。
Further, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では燃料ポンプ25及びエアポンプ28についてダイヤフラムポンプを用いたが、一方をダイヤフラムポンプ以外のタイプのポンプを用いてもよい。この場合はダイヤフラムポンプが適用されている一方のポンプについて本発明が適用される。また、上述の実施形態では燃料ポンプ25及びエアポンプ28についてのみ説明したが、燃料電池システム1においてダイヤフラムポンプが適用されている他のポンプ(例えば、エアポンプ29など)についても本発明を適用してもよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, in the above-described embodiment, the diaphragm pump is used for the
1…燃料電池システム、25…燃料ポンプ(ダイヤフラムポンプ)、28…エアポンプ(ダイヤフラムポンプ)、100…制御部(制御値出力手段)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 25 ... Fuel pump (diaphragm pump), 28 ... Air pump (diaphragm pump), 100 ... Control part (control value output means).
Claims (2)
前記ダイヤフラムポンプによって送出される原燃料又は空気の一方の流量が所定の流量となるように前記ダイヤフラムポンプへ前記制御値を入力する制御値出力手段と、を備える燃料電池システムであって、
前記制御値出力手段は、前記燃料電池システムの周囲温度に基づいて前記ダイヤフラムポンプの起動時における前記制御値を変化させ、
前記制御値出力手段は、前記周囲温度が低いほど、前記ダイヤフラムポンプの起動時における前記制御値を大きくし、
前記制御値出力手段は、前記燃料電池システムの起動時には、前記周囲温度に基づいて前記制御値を変化させ、前記燃料電池システムの起動後には、前記ダイヤフラムポンプによって送出される原燃料又は空気の一方の前記流量をフィードバックすることによって前記制御値を変化させることを特徴とする燃料電池システム。 A diaphragm pump that delivers either raw fuel or air according to the input control value;
The one of the flow rate of the raw fuel or air is delivered by a diaphragm pump is a fuel cell system Ru and a control value output means for inputting said control value to said diaphragm pump to a predetermined flow rate,
The control value output means changes the control value at the start of the diaphragm pump based on the ambient temperature of the fuel cell system ,
The control value output means increases the control value at the start of the diaphragm pump as the ambient temperature is lower,
The control value output means changes the control value based on the ambient temperature when starting the fuel cell system, and after starting the fuel cell system, either the raw fuel or the air sent out by the diaphragm pump. The fuel cell system is characterized in that the control value is changed by feeding back the flow rate .
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