JP5471746B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、水素と酸素との化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及びポータブル発電器等の移動体に適用して有効である。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates electric energy by a chemical reaction between hydrogen and oxygen, and is effective when applied to a moving body such as a vehicle, a ship, and a portable generator.

固体高分子電解質型や固体酸化物型に代表される燃料電池は、基本単位となる電池セル（以下、単にセルともいう。）が複数積層され、各セルへマニホールドを介して水素や空気といった反応ガスが供給される構成となっている。   A fuel cell typified by a solid polymer electrolyte type or a solid oxide type has a plurality of basic unit battery cells (hereinafter also simply referred to as “cells”), and each cell reacts with hydrogen or air via a manifold. Gas is supplied.

ここで、セルを複数積層して構成される燃料電池では、セルの積層数を増加すると、反応ガスが、マニホールドにおけるガス流れ上流側（入口部位）に流れ難くなり、ガス流れ上流側と下流側とで反応ガスの分配量が不均一となる課題がある。   Here, in a fuel cell configured by stacking a plurality of cells, if the number of stacked cells is increased, the reaction gas becomes difficult to flow to the gas flow upstream side (inlet part) in the manifold, and the gas flow upstream side and downstream side Therefore, there is a problem that the distribution amount of the reaction gas is not uniform.

そこで、マニホールドの内部に下流側ほど断面積の広いガス導管を配置したり、マニホールドの内部に粒径を下流側ほど小さくした粒子状の圧損体を配置したりして、各セルへの反応ガスの分配量の均一化を図ったものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。   Therefore, a gas conduit with a wider cross-sectional area is arranged inside the manifold, or a particulate pressure loss body whose particle size is made smaller toward the downstream side is arranged inside the manifold, so that the reaction gas to each cell is arranged. There has been proposed a method in which the amount of distribution of water is made uniform (see, for example, Patent Document 1).

特許第３１１３３４０号公報Japanese Patent No. 3113340

ところで、特許文献１に記載の燃料電池の如く、マニホールドの内部にガス導管や圧損体を配置する構成では、マニホールド内部に一定流量の反応ガスを供給する際に有効と考えられるが、反応ガスの流量が変化する場合、マニホールド内部の圧力分布が変化するので、各セルへの反応ガスの分配量に偏りが生じてしまう虞がある。   By the way, in the configuration in which the gas conduit and the pressure loss body are arranged inside the manifold as in the fuel cell described in Patent Document 1, it is considered effective when supplying a constant flow rate of the reaction gas inside the manifold. When the flow rate changes, the pressure distribution inside the manifold changes, and there is a possibility that the distribution amount of the reaction gas to each cell may be biased.

本発明は上記点に鑑みて、電池セルを複数積層した燃料電池を備える燃料電池システムにおいて、反応ガスの流量変化に伴う各電池セルへの反応ガスの分配量の偏りを抑制することを目的とする。   In view of the above points, an object of the present invention is to suppress a deviation in the amount of reaction gas distributed to each battery cell in accordance with a change in the flow rate of the reaction gas in a fuel cell system including a fuel cell in which multiple battery cells are stacked. To do.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを電気負荷に出力する複数の電池セル（１ａ）を積層して構成された燃料電池（１）と、各電池セル（１ａ）に対応して形成された複数の供給孔（８ａ）を有し、複数の供給孔（８ａ）を介して燃料ガスを各電池セル（１ａ）に分配する燃料ガス供給用マニホールド（８）と、燃料ガス供給経路（２０）を介して燃料ガスを燃料ガス供給用マニホールド（８）に供給する燃料ガス供給手段（２２、２３）と、各電池セル（１ａ）に対応して形成された複数の供給孔（９ａ）を有し、複数の供給孔（９ａ）を介して酸化剤ガスを各電池セル（１ａ）に分配する酸化剤ガス供給用マニホールド（９）と、酸化剤ガス供給経路（３０）を介して酸化剤ガスを酸化剤ガス供給用マニホールド（９）に供給する酸化剤ガス供給手段（３２、３３）と、燃料ガス供給用マニホールド（８）および酸化剤ガス供給用マニホールド（９）の少なくとも一方の複数の供給孔を、所定数の供給孔単位で周期をずらして開閉し、燃料ガスおよび酸化剤ガスの少なくとも一方を電池セル（１ａ）に間欠的に噴射する間欠噴射手段（１０、５１、５２）と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is configured by laminating a plurality of battery cells (1a) for electrochemically reacting an oxidant gas and a fuel gas to output electric energy to an electric load. The fuel cell (1) has a plurality of supply holes (8a) formed corresponding to each battery cell (1a), and the fuel gas is supplied to each battery cell (1a) through the plurality of supply holes ( 8a ). Fuel gas supply manifold (8) distributed to the fuel gas supply passage (20), fuel gas supply means (22, 23) for supplying fuel gas to the fuel gas supply manifold (8), Oxidant gas supply having a plurality of supply holes (9a) formed corresponding to the battery cell (1a) and distributing the oxidant gas to each battery cell (1a) through the plurality of supply holes (9a) Manifold (9) and oxidant gas supply path (3 ), An oxidant gas supply means (32, 33) for supplying an oxidant gas to the oxidant gas supply manifold (9), a fuel gas supply manifold (8), and an oxidant gas supply manifold (9). The intermittent injection means (10) that opens and closes at least one of the plurality of supply holes in units of a predetermined number of supply holes and intermittently injects at least one of the fuel gas and the oxidant gas into the battery cell (1a). 51, 52).

これによれば、所定数の供給孔単位でタイミングをずらして反応ガスを電池セル（１ａ）に間欠的に噴射する構成としているので、反応ガスの流量が増減したとしても、複数の電池セル（１ａ）において特定の電池セルに偏って反応ガスが供給されることを抑制することができる。すなわち、電池セル（１ａ）を複数積層した燃料電池（１）を備える燃料電池システムにおいて、反応ガスの流量変化に伴う各電池セル（１ａ）への反応ガスの分配量の偏りを抑制することが可能となる。   According to this, since the reaction gas is intermittently injected into the battery cell (1a) by shifting the timing in units of a predetermined number of supply holes, a plurality of battery cells ( In 1a), it is possible to suppress the reaction gas from being biased toward specific battery cells. That is, in a fuel cell system including a fuel cell (1) in which a plurality of battery cells (1a) are stacked, it is possible to suppress a deviation in the distribution amount of the reaction gas to each battery cell (1a) due to a change in the flow rate of the reaction gas. It becomes possible.

具体的には、請求項１に記載の発明では、燃料ガス供給用マニホールド（８）および酸化剤ガス供給用マニホールド（９）それぞれを、電池セル（１ａ）の積層方向に沿って延びる円筒状の外管にて構成し、間欠噴射手段（１０、５１、５２）を、外管の内周面に対して回転可能な状態で外管に挿嵌されて燃料ガスおよび酸化剤ガスのいずれか一方が流れるガス流路を構成する円筒状の内管（１０）と、内管（１０）を径方向に回転駆動する内管駆動手段（５１、５２）と、を有する構成とする。そして、内管（１０）に、外管の内周側を回転する際に供給孔（８ａ、９ａ）に重合する貫通孔（１０ａ）を有する構成とする。さらに、複数の貫通孔（１０ａ）を、所定数の貫通孔単位で内管（１０）における周方向にずれた位置に、内管（１０）の長手方向に沿って形成し、内管（１０）が外管の内周側を回転する際に、複数の貫通孔（１０ａ）における一部の貫通孔が複数の供給孔（８ａ、９ａ）における一部の供給孔に重合して一部の供給孔が開放されると共に、複数の供給孔（８ａ、９ａ）における残りの供給孔が内管（１０）の外周面にて閉鎖される構成とすればよい。 Specifically, in the invention described in claim 1, each of the fuel gas supply manifold (8) and the oxidant gas supply manifold (9) is formed in a cylindrical shape extending along the stacking direction of the battery cells (1a). It is composed of an outer tube, and the intermittent injection means (10, 51, 52) is inserted into the outer tube so as to be rotatable with respect to the inner peripheral surface of the outer tube, and either one of fuel gas and oxidant gas A cylindrical inner pipe (10) constituting a gas flow path through which the gas flows and inner pipe driving means (51, 52) for rotationally driving the inner pipe (10) in the radial direction. And it is set as the structure which has a through-hole (10a) which superposes | polymerizes to a supply hole (8a, 9a) when rotating the inner peripheral side of an outer pipe | tube in an inner pipe (10). Further, a plurality of through holes (10a) are formed along the longitudinal direction of the inner pipe (10) at positions shifted in the circumferential direction of the inner pipe (10) in units of a predetermined number of through holes. ) Rotate on the inner peripheral side of the outer tube, some of the through holes in the plurality of through holes (10a) are superposed on some of the supply holes in the plurality of supply holes (8a, 9a). The supply holes may be opened and the remaining supply holes in the plurality of supply holes (8a, 9a) may be closed on the outer peripheral surface of the inner tube (10).

また、請求項２に記載の発明の如く、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、複数の貫通孔（１０ａ）を複数の供給孔（８ａ、９ａ）それぞれに一対一で対応する構成としてもよい。 Further, as in the invention described in claim 2 , in the fuel cell system described in claim 1 , the plurality of through holes (10a) may correspond to the plurality of supply holes (8a, 9a) on a one-to-one basis. Good.

また、請求項３に記載の発明の如く、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、複数の貫通孔（１０ａ）それぞれを、内管（１０）が外管の内周側を回転する際に、複数の供給孔（８ａ、９ａ）のうち積層方向に隣接する２つ以上の供給孔に重合するように長手方向に延びる長孔状に形成してもよい。 Further, as in the invention described in claim 3 , in the fuel cell system described in claim 1 , when the inner pipe (10) rotates on the inner peripheral side of the outer pipe, each of the plurality of through holes (10a) is rotated. The plurality of supply holes (8a, 9a) may be formed in the shape of a long hole extending in the longitudinal direction so as to overlap with two or more supply holes adjacent in the stacking direction.

また、請求項４に記載の発明の如く、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、複数の貫通孔（１０ａ）を、所定数の貫通孔単位で内管（１０）における周方向に均等に形成してもよい。 Further, as in the invention according to claim 4 , in the fuel cell system according to claim 1 , the plurality of through holes (10a) are evenly arranged in the circumferential direction of the inner pipe (10) in units of a predetermined number of through holes. It may be formed.

また、請求項５に記載の発明の如く、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、複数の貫通孔（１０ａ）それぞれを、内管（１０）の周方向に延びる長孔状に形成してもよい。 Further, as in the invention according to claim 5 , in the fuel cell system according to claim 1 , each of the plurality of through holes (10a) is formed in a long hole shape extending in the circumferential direction of the inner tube (10). Also good.

また、請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、酸化剤ガス供給手段（３２、３３）および内管駆動手段（５１、５２）それぞれが共通の駆動手段（３３）によって駆動されることを特徴とする。 Further, in the invention according to claim 6, wherein in claims 1 to fuel cell system according to any one of 5, the oxidant gas supply means (32, 33) and the inner tube drive means (51, 52), respectively Are driven by a common drive means (33).

このように、酸化剤ガス供給手段（３２、３３）および内管駆動手段（１０、５２）の駆動手段（３３）を共通化すれば、燃料電池システムの部品点数の増大を抑制することができる。   Thus, if the driving means (33) of the oxidant gas supply means (32, 33) and the inner pipe driving means (10, 52) are made common, an increase in the number of parts of the fuel cell system can be suppressed. .

また、請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池（１）に対して要求される要求出力に応じて燃料ガスの必要供給量および酸化剤ガスの必要供給量を算出する必要供給量算出手段（Ｓ１２）と、必要供給量に応じて内管（１０）の目標回転数（Ｎｄ）、燃料ガスの目標供給圧力（Ｐｈｄ）、および酸化剤ガスの目標供給圧力（Ｐａｄ）を算出する目標値算出手段（Ｓ１４）と、内管（１０）の回転数が目標回転数（Ｎｄ）となるように内管駆動手段（５１、５２）を制御する内管制御手段（１００ｂ）と、燃料ガスの供給圧力（Ｐｈ）が燃料ガスの目標供給圧力（Ｐｈｄ）となるように燃料ガス供給手段（２２、２３）を制御すると共に、酸化剤ガスの供給圧力（Ｐａ）が酸化剤ガスの目標供給圧力（Ｐａｄ）となるように制御するガス供給制御手段（１００ａ）とを備え、目標値算出手段（Ｓ１４）は、必要供給量の増大に応じて、内管（１０）の目標回転数（Ｎｄ）、燃料ガスの目標供給圧力（Ｐｈｄ）、および酸化剤ガスの目標供給圧力（Ｐａｄ）を増大させ、必要供給量の減少に応じて、内管（１０）の目標回転数（Ｎｄ）、燃料ガスの目標供給圧力（Ｐｈｄ）、および酸化剤ガスの目標供給圧力（Ｐａｄ）を減少させることを特徴とする。 Further, in the invention according to claim 7, in the fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, requires the supply of fuel gas in response to a request output required for the fuel cell (1) Required supply amount calculation means (S12) for calculating the amount and the required supply amount of the oxidant gas, the target rotational speed (Nd) of the inner pipe (10) and the target supply pressure (Phd) of the fuel gas according to the required supply amount , And target value calculating means (S14) for calculating the target supply pressure (Pad) of the oxidant gas, and inner pipe driving means (51, 5) so that the rotational speed of the inner pipe (10) becomes the target rotational speed (Nd). 52) and the fuel gas supply means (22, 23) so that the supply pressure (Ph) of the fuel gas becomes the target supply pressure (Phd) of the fuel gas, Supply pressure (Pa) of oxidant gas is acid Gas supply control means (100a) for controlling the supply gas to become the target supply pressure (Pad) of the agent gas, and the target value calculation means (S14) is provided in the inner pipe (10) according to the increase in the required supply amount. The target rotation speed (Nd), the target supply pressure (Phd) of the fuel gas, and the target supply pressure (Pad) of the oxidant gas are increased, and the target rotation speed of the inner pipe (10) is reduced according to the decrease in the required supply amount. (Nd), target supply pressure (Phd) of fuel gas, and target supply pressure (Pad) of oxidant gas are reduced.

これによれば、燃料ガスおよび酸化剤ガスの必要供給量の変化に応じて、内管駆動手段（５１、５２）、燃料ガス供給手段（２２、２３）、および酸化剤ガス供給手段（３２、３３）を制御するので、各電池セル（１ａ）に対して適切に反応ガスを供給することができる。   According to this, the inner pipe drive means (51, 52), the fuel gas supply means (22, 23), and the oxidant gas supply means (32, 33) is controlled, the reaction gas can be appropriately supplied to each battery cell (1a).

ところで、燃料電池システムでは、電気負荷にて消費できない余剰電力が生じた場合に、当該余剰電力を二次電池（１３）に蓄えることで、余剰電力を有効活用することが可能となる。   By the way, in the fuel cell system, when surplus power that cannot be consumed by the electric load is generated, the surplus power can be effectively utilized by storing the surplus power in the secondary battery (13).

しかし、燃料電池システムに余剰電力が生じた場合に、二次電池（１３）の充電容量が満充電状態であると、余剰電力を有効に活用することができなくなるといった課題がある。   However, when surplus power is generated in the fuel cell system, if the charge capacity of the secondary battery (13) is in a fully charged state, the surplus power cannot be effectively used.

そこで、請求項８に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池（１）から出力される電気エネルギを蓄える二次電池（１３）と、二次電池（１３）の充電容量を検出する容量検出手段（１３ａ）と、酸化剤ガス供給手段（３２、３３）の作動を制御するガス供給制御手段（１００ｂ）と、を備え、酸化剤ガス供給手段（３２、３３）は、酸化剤ガスを圧縮して吐出する圧送ポンプ（３２）、圧送ポンプ（３２）にて圧縮された酸化剤ガスを蓄える蓄圧手段（３６）、蓄圧手段（３６）に蓄積された酸化剤ガスの圧力を調整する圧力調整手段（３７）を含んで構成され、ガス供給制御手段（１００ｂ）は、電気負荷にて消費できない余剰電力が生じた場合に、二次電池（１３）の充電容量が予め設定された基準容量以上であるときには、圧送ポンプ（３２）を作動させ、圧送ポンプ（３２）にて圧縮された酸化剤ガスを蓄圧手段（３６）に蓄えることを特徴とする。 Therefore, in the invention according to claim 8 , in the fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, a secondary battery (13) for storing electrical energy output from the fuel cell (1); A capacity detection means (13a) for detecting the charge capacity of the secondary battery (13); and a gas supply control means (100b) for controlling the operation of the oxidant gas supply means (32, 33). The supply means (32, 33) includes a pressure feed pump (32) for compressing and discharging the oxidant gas, a pressure accumulation means (36) for storing the oxidant gas compressed by the pressure feed pump (32), and a pressure accumulation means (36). The pressure supply means (37) for adjusting the pressure of the oxidant gas stored in the gas supply control means (100b) is configured so that the surplus power that cannot be consumed by the electric load is generated when the surplus power is generated. (13) Charging capacity The time is pre-set reference capacity or actuates the feed pump (32), and wherein the storing compressed oxygen-containing gas to the accumulator means (36) at feed pump (32).

これによれば、燃料電池システムに余剰電力が生じた場合、二次電池（１３）の充電容量が満充電状態であったとしても、圧送ポンプ（３２）を作動させて蓄圧手段（３６）に酸化剤ガスを蓄積することができるので、余剰電力を有効活用することが可能となる。   According to this, when surplus electric power is generated in the fuel cell system, even if the charging capacity of the secondary battery (13) is in a fully charged state, the pressure pump (32) is operated and the pressure accumulating means (36) is operated. Since oxidant gas can be accumulated, surplus power can be effectively utilized.

ここで、燃料電池として、固体高分子からなる電解質膜を有する電池セルを複数積層して構成された固体高分子型燃料電池を採用する場合には、各電池セルにおける電解質膜の導電率を維持するために、マニホールドを介して各電池セル内部に水を分配供給して電解質膜を加湿することがある。   Here, when a polymer electrolyte fuel cell configured by stacking a plurality of battery cells each having an electrolyte membrane made of a solid polymer is adopted as the fuel cell, the conductivity of the electrolyte membrane in each battery cell is maintained. In order to achieve this, the electrolyte membrane may be humidified by distributing and supplying water into each battery cell through the manifold.

しかしながら、この場合には、各電池セルに供給する反応ガスと同様に、複数の電池セルのうち、特定の電池セルに偏って水が供給されて各電池セルへの水の分配量が不均一となってしまう虞がある。   However, in this case, similarly to the reaction gas supplied to each battery cell, water is supplied to a specific battery cell out of the plurality of battery cells, and the amount of water distributed to each battery cell is uneven. There is a risk of becoming.

そこで、請求項９に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池（１）は、固体高分子からなる電解質膜（２）を有する電池セル（１ａ）を複数積層して構成された固体高分子電解質型燃料電池であって、燃料ガス供給用マニホールド（８）にて構成される外管の内周側に挿嵌される内管（１０）、および酸化剤ガス供給用マニホールド（９）にて構成される外管の内周側に挿嵌される内管（１０）のうち、少なくとも一方の内管（１０）の内部に水を噴霧して供給するための水噴霧供給手段（３８）を備えることを特徴とする。 Accordingly, in the invention according to claim 9 , in the fuel cell system according to any one of claims 1 to 7 , the fuel cell (1) includes a battery cell having an electrolyte membrane (2) made of a solid polymer. (1a) is a solid polymer electrolyte fuel cell configured by stacking a plurality of (1a), and an inner tube (10 that is inserted into an inner peripheral side of an outer tube constituted by a fuel gas supply manifold (8). ) And the inner tube (10) inserted into the inner peripheral side of the outer tube constituted by the oxidant gas supply manifold (9), water is sprayed into at least one of the inner tubes (10). It is characterized by comprising water spray supply means (38).

このように、燃料ガス供給用マニホールド（８）および酸化剤ガス供給用マニホールド（９）内の少なくとも一方の内管（１０）の内部に水を噴霧する構成とすれば、反応ガスと同様に、複数の電池セル（１ａ）において特定の電池セルに偏って水が供給されることを抑制することができ、各電池セル（１ａ）への水の分配量の偏りを抑制することが可能となる。   As described above, when water is sprayed into at least one of the inner pipes (10) in the fuel gas supply manifold (8) and the oxidant gas supply manifold (9), In a plurality of battery cells (1a), it can suppress that water is biased to a specific battery cell, and it becomes possible to suppress the bias of the distribution amount of water to each battery cell (1a). .

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment. 第１実施形態に係る燃料電池の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the fuel cell which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る間欠噴射装置の内管を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the inner tube | pipe of the intermittent injection apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る各セルに反応ガスを噴射するタイミングを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the timing which injects reaction gas to each cell which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る間欠噴射制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the intermittent injection control process which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る反応ガスの供給量、供給圧力、および内管の回転数の関係を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the relationship between the supply amount of the reactive gas which concerns on 1st Embodiment, supply pressure, and the rotation speed of an inner tube | pipe. 第２実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。It is a whole block diagram of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係る間欠噴射制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the intermittent injection control process which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係る蓄圧制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the pressure accumulation control process which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。It is a whole block diagram of the fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment. 他の実施形態に係る内管を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the inner tube | pipe which concerns on other embodiment.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図６に基づいて説明する。本実施形態では、本発明に係る燃料電池システムを、燃料電池１を走行用駆動源として走行する電気自動車（燃料電池自動車）に搭載したものである。 (First embodiment)
1st Embodiment of this invention is described based on FIGS. In this embodiment, the fuel cell system according to the present invention is mounted on an electric vehicle (fuel cell vehicle) that travels using the fuel cell 1 as a driving source for traveling.

図１は、第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図を示し、図２は、燃料電池１の要部の断面図（積層方向の断面図）を示している。   FIG. 1 is an overall configuration diagram of the fuel cell system according to the first embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view (cross-sectional view in the stacking direction) of the main part of the fuel cell 1.

図１に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池１を備えている。燃料電池１は、二次電池（図示略）、走行用モータ（図示略）、補機等の電気負荷に電力を供給するものである。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system of the present embodiment includes a fuel cell 1 that generates electric power using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The fuel cell 1 supplies power to an electrical load such as a secondary battery (not shown), a traveling motor (not shown), an auxiliary machine, and the like.

本実施形態の燃料電池１は、固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）を採用しており、基本単位となる電池セル１ａ（以下、単にセルとも呼ぶ。）が複数積層され、各セル１ａが電気的に直列に接続されている。   The fuel cell 1 of the present embodiment employs a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), and a plurality of battery cells 1a (hereinafter also simply referred to as cells) serving as a basic unit are stacked, and each cell 1a is stacked. They are electrically connected in series.

ここで、図２に示すように、各セル１ａは、プロトン伝導性のイオン交換膜（固体高分子）からなる電解質膜２および電解質膜２の両側面に配置された一対の電極３、４で構成される膜電極接合体と、これを両側から挟み込む一対のセパレータ５とを有している。   Here, as shown in FIG. 2, each cell 1 a includes an electrolyte membrane 2 made of a proton-conductive ion exchange membrane (solid polymer) and a pair of electrodes 3 and 4 disposed on both side surfaces of the electrolyte membrane 2. It has a membrane electrode assembly that is configured, and a pair of separators 5 that sandwich the membrane electrode assembly from both sides.

一対の電極３、４の一方の電極３は、燃料ガスとしての水素が供給される水素極（アノード）として構成され、他方の電極４は、酸化剤ガスとしての空気が供給される空気極（カソード）として構成されている。なお、各電極３、４は、触媒層およびガス拡散層にて構成されている。   One electrode 3 of the pair of electrodes 3 and 4 is configured as a hydrogen electrode (anode) to which hydrogen as a fuel gas is supplied, and the other electrode 4 is an air electrode (to which air as an oxidant gas is supplied) Cathode). Each electrode 3, 4 is composed of a catalyst layer and a gas diffusion layer.

また、一対のセパレータ５それぞれは、水素極３と対向する面に水素極３に水素を供給するための水素流路６が形成され、空気極４と対向する面に空気極４に空気を供給するための空気流路７が形成されている。   Each of the pair of separators 5 is formed with a hydrogen flow path 6 for supplying hydrogen to the hydrogen electrode 3 on the surface facing the hydrogen electrode 3, and supplies air to the air electrode 4 on the surface facing the air electrode 4. An air flow path 7 is formed.

図１に戻り、燃料電池１の内部には、セル１ａの積層方向に延びる水素供給用マニホールド８および水素排出用マニホールド（図示略）が、各セル１ａの積層方向に延びるように配置されている。また、燃料電池１の内部には、セル１ａの積層方向に延びる空気供給用マニホールド９および空気排出用マニホールド（図示略）が、各セル１ａの積層方向に延びるように配置されている。   Returning to FIG. 1, in the fuel cell 1, a hydrogen supply manifold 8 and a hydrogen discharge manifold (not shown) extending in the stacking direction of the cells 1a are arranged so as to extend in the stacking direction of the cells 1a. . In the fuel cell 1, an air supply manifold 9 and an air discharge manifold (not shown) extending in the stacking direction of the cells 1a are disposed so as to extend in the stacking direction of the cells 1a.

水素供給用マニホールド８は、水素を各セル１ａのセパレータ５に形成された水素流路に分配する円筒状の配管（外管）であり、各セル１a（各水素流路）に対応して丸孔状の複数の水素供給孔８ａが形成されている。一方、空気供給用マニホールド９は、空気を各セル１ａのセパレータ５に形成された空気流路に分配する円筒状の配管（外管）であり、各セル１a（各空気流路）に対応して丸孔状の複数の空気供給孔９ａが形成されている。なお、本実施形態では、水素供給用マニホールド８が本発明の燃料ガス供給用マニホールドに相当し、空気供給用マニホールド９が本発明の酸化剤ガス供給用マニホールドに相当している。   The manifold 8 for supplying hydrogen is a cylindrical pipe (outer pipe) that distributes hydrogen to the hydrogen flow path formed in the separator 5 of each cell 1a, and rounds corresponding to each cell 1a (each hydrogen flow path). A plurality of hole-shaped hydrogen supply holes 8a are formed. On the other hand, the air supply manifold 9 is a cylindrical pipe (outer pipe) that distributes air to the air flow path formed in the separator 5 of each cell 1a, and corresponds to each cell 1a (each air flow path). A plurality of round hole-shaped air supply holes 9a are formed. In this embodiment, the hydrogen supply manifold 8 corresponds to the fuel gas supply manifold of the present invention, and the air supply manifold 9 corresponds to the oxidant gas supply manifold of the present invention.

水素供給用マニホールド８および空気供給用マニホールド９から水素および空気といった反応ガスが供給されると、各セル１ａでは、以下に示すように、水素と酸素とを電気化学反応して、電気エネルギを出力する。   When a reaction gas such as hydrogen and air is supplied from the hydrogen supply manifold 8 and the air supply manifold 9, each cell 1a performs an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen to output electric energy as shown below. To do.

（水素極側） Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（空気極側） ２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
なお、燃料電池１から出力される電気エネルギは、燃料電池１全体として出力される電圧を検出する電圧センサ（図示略）、および、燃料電池１全体として出力される電流を検出する電流センサ（図示略）によって計測される。なお、電圧センサおよび電流センサの検出信号は、後述する制御装置１００に入力される。 (Hydrogen electrode side) H 2 → 2H + + 2e −
(Air electrode side) 2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O
The electrical energy output from the fuel cell 1 includes a voltage sensor (not shown) for detecting a voltage output as the entire fuel cell 1 and a current sensor (not shown) for detecting a current output as the entire fuel cell 1. Abbreviation). Note that the detection signals of the voltage sensor and the current sensor are input to the control device 100 described later.

燃料電池システムには、燃料電池１の水素極に供給される水素ガスが通過する水素供給配管２０と、燃料電池１の水素極から排出される排ガスが通過する水素排出配管２１が設けられている。なお、本実施形態の水素供給配管２０が本発明の燃料ガス供給経路に相当している。   The fuel cell system is provided with a hydrogen supply pipe 20 through which hydrogen gas supplied to the hydrogen electrode of the fuel cell 1 passes and a hydrogen discharge pipe 21 through which exhaust gas discharged from the hydrogen electrode of the fuel cell 1 passes. . Note that the hydrogen supply pipe 20 of the present embodiment corresponds to the fuel gas supply path of the present invention.

水素供給配管２０の最上流部には、燃料電池１の水素極に水素ガスを供給するための水素供給装置２２が設けられている。本実施形態では、水素供給装置２２として、高圧の水素が充填された水素タンクを用いている。   A hydrogen supply device 22 for supplying hydrogen gas to the hydrogen electrode of the fuel cell 1 is provided at the most upstream portion of the hydrogen supply pipe 20. In the present embodiment, a hydrogen tank filled with high-pressure hydrogen is used as the hydrogen supply device 22.

水素供給配管２０には、上流側から順に水素調圧弁２３、シャット弁２４が設けられている。燃料電池１に水素を供給する際には、シャット弁２４を開き、水素調圧弁２３によって所望の水素圧力にして燃料電池１に供給する。なお、車両停止時には、安全の為にシャット弁２４は閉められる。なお、本実施形態では、水素供給装置２２および水素調圧弁２３が燃料ガス供給手段に相当している。   The hydrogen supply pipe 20 is provided with a hydrogen pressure regulating valve 23 and a shut valve 24 in order from the upstream side. When supplying hydrogen to the fuel cell 1, the shut valve 24 is opened, and a hydrogen pressure is adjusted to a desired hydrogen pressure by the hydrogen pressure regulating valve 23 and supplied to the fuel cell 1. When the vehicle is stopped, the shut valve 24 is closed for safety. In the present embodiment, the hydrogen supply device 22 and the hydrogen pressure regulating valve 23 correspond to fuel gas supply means.

水素供給配管２０におけるシャット弁２４の下流側には、燃料電池１入口側の水素の供給圧力（水素入口圧力）Ｐｈｉを検出するための水素供給圧力センサ６１が設けられている。この水素供給圧力センサ６１の検出信号は、後述する制御装置１００に入力される。   A hydrogen supply pressure sensor 61 for detecting a hydrogen supply pressure (hydrogen inlet pressure) Phi on the fuel cell 1 inlet side is provided downstream of the shut valve 24 in the hydrogen supply pipe 20. The detection signal of the hydrogen supply pressure sensor 61 is input to the control device 100 described later.

水素排出配管２１には、背圧調整弁２５が設けられている。必要に応じて背圧調整弁２５を開くことで、燃料電池１の水素極側から水素排出配管２１を介して、微量の水素ガス、蒸気（あるいは水）および空気極側から電解質膜２を通過して水素極側に混入した窒素、酸素などの不純物が排出される。   The hydrogen discharge pipe 21 is provided with a back pressure adjustment valve 25. If necessary, the back pressure regulating valve 25 is opened so that the electrolyte membrane 2 passes from the hydrogen electrode side of the fuel cell 1 through the hydrogen discharge pipe 21 through the hydrogen discharge pipe 21 and from the air electrode side. Thus, impurities such as nitrogen and oxygen mixed on the hydrogen electrode side are discharged.

また、燃料電池システムには、燃料電池１の空気極に供給される空気（酸化剤ガス）が通過する空気供給配管３０と、燃料電池１の空気極から排出される排ガスが通過する空気排出配管３１が設けられている。なお、本実施形態の空気供給配管３０が本発明の酸化剤ガス供給経路に相当している。   The fuel cell system also includes an air supply pipe 30 through which air (oxidant gas) supplied to the air electrode of the fuel cell 1 passes and an air exhaust pipe through which exhaust gas discharged from the air electrode of the fuel cell 1 passes. 31 is provided. Note that the air supply pipe 30 of this embodiment corresponds to the oxidant gas supply path of the present invention.

空気供給配管３０には、空気を圧縮して吐出するための空気供給装置３２が設けられている。本実施形態では、空気供給装置３２として圧送ポンプを用いている。空気供給装置３２は駆動用モータ３３に接続されている。なお、本実施形態では、空気供給装置３２および駆動用モータ３３が本発明の酸化剤ガス供給手段に相当している。   The air supply pipe 30 is provided with an air supply device 32 for compressing and discharging air. In the present embodiment, a pressure feed pump is used as the air supply device 32. The air supply device 32 is connected to a drive motor 33. In the present embodiment, the air supply device 32 and the drive motor 33 correspond to the oxidant gas supply means of the present invention.

また、空気供給配管３０における空気供給装置３２の下流側には、燃料電池１入口側の空気の供給圧力（空気入口圧力）Ｐａｉを検出するための空気供給圧力センサ６２が設けられている。この空気供給圧力センサ６２の検出信号は、後述する制御装置１００に入力される。   An air supply pressure sensor 62 for detecting an air supply pressure (air inlet pressure) Pai on the inlet side of the fuel cell 1 is provided on the downstream side of the air supply device 32 in the air supply pipe 30. The detection signal of the air supply pressure sensor 62 is input to the control device 100 described later.

また、空気排出配管３１には、所望の圧力になるよう空気の排気圧力（燃料電池１の背圧）を調整する背圧調整弁３４が設けられている。   The air discharge pipe 31 is provided with a back pressure adjusting valve 34 that adjusts the exhaust pressure of the air (back pressure of the fuel cell 1) so as to obtain a desired pressure.

ところで、燃料電池１は発電に伴い熱を生じる。燃料電池１の発電に伴い発生する熱を冷却するため、燃料電池システムには、燃料電池１を冷却して作動温度が電気化学反応に適した温度（例えば８０℃程度）となるようにする冷却システムが設けられている。   By the way, the fuel cell 1 generates heat with power generation. In order to cool the heat generated by the power generation of the fuel cell 1, the fuel cell system includes a cooling that cools the fuel cell 1 so that the operating temperature becomes a temperature suitable for an electrochemical reaction (for example, about 80 ° C.). A system is provided.

冷却システムには、燃料電池１に冷却液（熱媒体）を循環させる冷却水配管４０、ファン４２を備えたラジエータ４１、冷却液を循環させるウォータポンプ４３、ウォータポンプ４３を駆動する電動モータ４４が設けられている。燃料電池１で発生した熱は、冷却液を介してラジエータ４１で系外に排出される。なお、冷却水配管４０における燃料電池１の出口側近傍には、冷却水の温度を検出する温度センサ（図示略）が設けられており、この温度センサの検出信号は、後述する制御装置１００に入力される。   The cooling system includes a cooling water pipe 40 that circulates a coolant (heat medium) in the fuel cell 1, a radiator 41 that includes a fan 42, a water pump 43 that circulates the coolant, and an electric motor 44 that drives the water pump 43. Is provided. The heat generated in the fuel cell 1 is discharged out of the system by the radiator 41 through the coolant. Note that a temperature sensor (not shown) for detecting the temperature of the cooling water is provided in the vicinity of the outlet side of the fuel cell 1 in the cooling water pipe 40, and a detection signal of this temperature sensor is sent to the control device 100 described later. Entered.

また、本実施形態の燃料電池システムは、水素供給用マニホールド８に形成された複数の水素供給孔８ａおよび空気供給用マニホールド９に形成された複数の空気供給孔９ａそれぞれを、所定数（本実施形態では１つ）の供給孔単位で周期をずらして開閉し、水素および空気をセル１ａに間欠的に噴射して供給する間欠噴射装置（間欠噴射手段）が設けられている。   In addition, the fuel cell system of the present embodiment has a predetermined number (this embodiment) of a plurality of hydrogen supply holes 8a formed in the hydrogen supply manifold 8 and a plurality of air supply holes 9a formed in the air supply manifold 9. In the embodiment, there is provided an intermittent injection device (intermittent injection means) that opens and closes with a cycle of one supply hole unit and supplies hydrogen and air intermittently to the cell 1a.

本実施形態の間欠噴射装置は、水素供給用マニホールド８および空気供給用マニホールド９それぞれの内周面に対して回転可能な状態で挿嵌された円筒状の２つの内管１０と、内管１０を径方向に回転駆動する内管駆動部５１、５２とを有して構成されている。   The intermittent injection device according to the present embodiment includes two cylindrical inner pipes 10 inserted in a rotatable manner with respect to the inner peripheral surfaces of the hydrogen supply manifold 8 and the air supply manifold 9, and the inner pipe 10. The inner tube driving portions 51 and 52 are configured to rotate in the radial direction.

この間欠噴射装置について図２〜図４に基づいて説明する。ここで、図３は、本実施形態に係る間欠噴射装置の内管を説明する説明図であり、図４は、各セル１ａに反応ガスを噴射するタイミングを説明する説明図である。なお、間欠噴射装置における内管１０の構成は、水素供給用マニホールド８および空気供給用マニホールド９とで略共通の構成であるため、ここでは、空気供給用マニホールド９における内管１０の構成については説明を省略する。   This intermittent injection device will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 3 is an explanatory view for explaining the inner pipe of the intermittent injection device according to the present embodiment, and FIG. 4 is an explanatory view for explaining the timing of injecting the reaction gas to each cell 1a. The configuration of the inner tube 10 in the intermittent injection device is substantially the same for the hydrogen supply manifold 8 and the air supply manifold 9, so here the configuration of the inner tube 10 in the air supply manifold 9 is as follows. Description is omitted.

図２に示すように、水素供給用マニホールド８および内管１０は、水素供給用マニホールド８を外管として二重管構造を呈しており、内管１０の内部に水素が流通するガス流路が構成されている。そして、内管１０は、内管１０が水素供給用マニホールド８の内周側を回転可能なように、外周側の径寸法が水素供給用マニホールド８の内周側の径寸法と同程度の寸法に形成されている。   As shown in FIG. 2, the hydrogen supply manifold 8 and the inner pipe 10 have a double pipe structure with the hydrogen supply manifold 8 as an outer pipe, and a gas flow path through which hydrogen flows inside the inner pipe 10. It is configured. The inner pipe 10 has a diameter that is approximately the same as the diameter of the inner circumference of the hydrogen supply manifold 8 so that the inner pipe 10 can rotate on the inner circumference of the hydrogen supply manifold 8. Is formed.

また、内管１０には、外管である水素供給用マニホールド８の内周側を回転する際に水素供給孔８ａに重なり合う（重合する）貫通孔１０ａが複数形成されている。この複数の貫通孔１０ａは、水素供給用マニホールド８における水素供給孔８ａに一対一で対応して内管１０の長手方向に沿って形成されている。さらに、複数の貫通孔１０ａは、周方向に均等にずれた位置に形成されている。つまり、内管１０に形成された複数の貫通孔１０ａは、内管１０の外周を螺旋状に並んで開口している。   The inner pipe 10 is formed with a plurality of through holes 10a that overlap (polymerize) with the hydrogen supply holes 8a when rotating on the inner peripheral side of the hydrogen supply manifold 8, which is an outer pipe. The plurality of through holes 10 a are formed along the longitudinal direction of the inner tube 10 in one-to-one correspondence with the hydrogen supply holes 8 a in the hydrogen supply manifold 8. Further, the plurality of through holes 10a are formed at positions that are evenly displaced in the circumferential direction. That is, the plurality of through-holes 10a formed in the inner tube 10 open in a spiral manner around the outer periphery of the inner tube 10.

内管駆動部５１、５２は、各マニホールド８、９の内部に配置された各内管１０それぞれを径方向に回転駆動する内管駆動手段であり、駆動用の電動モータ５１と電動モータ５１の駆動力を各内管１０に伝達する伝達機構５２にて構成されている。本実施形態では、内管駆動手段を各内管１０で共用しているので、燃料電池システムの部品点数の増大を抑制することが可能となる。   The inner pipe driving portions 51 and 52 are inner pipe driving means for rotationally driving the inner pipes 10 arranged in the manifolds 8 and 9 in the radial direction. The driving electric motor 51 and the electric motor 51 The transmission mechanism 52 is configured to transmit the driving force to each inner tube 10. In the present embodiment, since the inner pipe driving means is shared by the inner pipes 10, it is possible to suppress an increase in the number of parts of the fuel cell system.

内管駆動部５１、５２からの駆動力を受けて各内管１０が各マニホールド８、９の内周側を回転すると、各内管１０に形成された複数の貫通孔１０ａにおける一部が複数の水素供給孔８ａおよび空気供給孔９ａにおける一部に重合して一部の供給孔が開放され、これと同時に、複数の水素供給孔８ａおよび空気供給孔９ａにおける残りの供給孔が各内管１０の外周面にて閉鎖されるようになっている。つまり、複数の水素供給孔８ａおよび空気供給孔９ａのうち各内管１０に形成された複数の貫通孔１０ａと重合する供給孔のみから水素および空気といった反応ガスがセル１ａ内に間欠的に噴射供給される。   When each inner pipe 10 rotates on the inner peripheral side of each manifold 8 and 9 in response to the driving force from the inner pipe driving portions 51 and 52, a plurality of through holes 10a formed in each inner pipe 10 are partially provided. The hydrogen supply holes 8a and the air supply holes 9a are partially polymerized to open some supply holes. At the same time, the plurality of hydrogen supply holes 8a and the remaining supply holes in the air supply holes 9a are connected to the inner pipes. 10 is closed at the outer peripheral surface. That is, reactive gases such as hydrogen and air are intermittently injected into the cell 1a only from the supply holes that overlap with the plurality of through holes 10a formed in each inner pipe 10 among the plurality of hydrogen supply holes 8a and the air supply holes 9a. Supplied.

例えば、図４に示すように、Ｎ個のセル１ａを積層した燃料電池１では、第１セルに対して所定流量の反応ガスを噴射供給した後、第１セルへの反応ガスの供給を停止し、次の第２セルに対して所定流量の反応ガスを噴射供給する。そして、第２セルへの反応ガスの供給を停止し、次の第３セルに対して所定流量の反応ガスを噴射供給する。つまり、セル１ａ毎に反応ガスを噴射供給するタイミングをずらしている。   For example, as shown in FIG. 4, in the fuel cell 1 in which N cells 1a are stacked, the supply of the reaction gas to the first cell is stopped after the reaction gas having a predetermined flow rate is injected and supplied to the first cell. Then, a reaction gas having a predetermined flow rate is injected and supplied to the next second cell. Then, the supply of the reaction gas to the second cell is stopped, and the reaction gas having a predetermined flow rate is injected and supplied to the next third cell. That is, the timing for injecting and supplying the reaction gas for each cell 1a is shifted.

このような動作を第Ｎセルまで行った後、再度、第１セルに対して所定流量の反応ガスを噴射供給する。なお、各セルに対して反応ガスを噴射供給する際に、前回供給した反応ガス等を排出する。つまり、各セルに対して反応ガスを噴射供給する際に、今回供給する反応ガスを前回供給した反応ガスと置換（フレッシュ）することとなり、セル１ａに対して今回供給する反応ガスの全体の供給量は、反応ガスの置換量と同等となる。   After such an operation is performed up to the Nth cell, a reaction gas having a predetermined flow rate is again injected and supplied to the first cell. In addition, when the reactive gas is injected and supplied to each cell, the previously supplied reactive gas or the like is discharged. That is, when the reaction gas is injected and supplied to each cell, the reaction gas supplied this time is replaced (fresh) with the reaction gas supplied last time, and the entire supply of the reaction gas supplied this time to the cell 1a is supplied. The amount is equivalent to the replacement amount of the reaction gas.

ここで、本実施形態の内管駆動部５１、５２は、水素供給孔８ａおよび空気供給孔９ａの開放する周期が同期するように、各内管１０を回転駆動するように構成されている。例えば、所定のセル１ａに対応する水素供給孔８ａが開放されるときには、当該セル１ａに対応する空気供給孔９ａも開放されるようになっている。   Here, the inner tube driving units 51 and 52 of the present embodiment are configured to rotationally drive each inner tube 10 so that the periods of opening the hydrogen supply holes 8a and the air supply holes 9a are synchronized. For example, when the hydrogen supply hole 8a corresponding to a predetermined cell 1a is opened, the air supply hole 9a corresponding to the cell 1a is also opened.

図１に戻り、燃料電池システムには、各種制御を行う制御手段としての制御装置（ＥＣＵ）１００が設けられている。制御装置１００は、各種入力信号に基づいて、燃料電池システムを構成する各種制御機器の作動を制御するもので、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等を備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭ等の記憶部に記憶された制御プログラムに従って各種演算等の処理を実行する。   Returning to FIG. 1, the fuel cell system is provided with a control device (ECU) 100 as control means for performing various controls. The control device 100 controls the operation of various control devices constituting the fuel cell system based on various input signals, and is constituted by a known microcomputer including a CPU, ROM, RAM, I / O, and the like. Various calculations and the like are executed in accordance with a control program stored in a storage unit such as a ROM.

具体的には、制御装置１００の入力側には、各種電気負荷からの要求電力信号、二次電池、二次電池からの充電量に関する検出信号、水素供給圧力センサ６１、空気供給圧力センサ６２、電流センサ、電圧センサ、および温度センサからの検出信号が入力される。この他にも、車両のアクセルペダル（図示略）の踏込み量（アクセル開度）やイグニッションスイッチ（図示略）の投入状態（オンオフ状態）が入力される。   Specifically, on the input side of the control device 100, a required power signal from various electric loads, a secondary battery, a detection signal related to a charge amount from the secondary battery, a hydrogen supply pressure sensor 61, an air supply pressure sensor 62, Detection signals from the current sensor, voltage sensor, and temperature sensor are input. In addition to this, a depression amount (accelerator opening) of an accelerator pedal (not shown) of the vehicle and an input state (on / off state) of an ignition switch (not shown) are input.

一方、制御装置１００の出力側には、水素調圧弁２３、シャット弁２４、背圧調整弁２５、空気供給装置３２は駆動用モータ３３、背圧調整弁３４、内管駆動部５１、５２の駆動用の電動モータ５１等が接続され、各種制御機器に制御信号を出力する。   On the other hand, on the output side of the control device 100, the hydrogen pressure regulating valve 23, the shut valve 24, the back pressure adjusting valve 25, and the air supply device 32 are connected to the driving motor 33, the back pressure adjusting valve 34, and the inner pipe driving units 51 and 52. A drive electric motor 51 and the like are connected to output control signals to various control devices.

ここで、本実施形態の制御装置１００は、各種制御機器を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、本実施形態では、特に、燃料電池１に対する水素および空気の供給圧力を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）をガス供給制御手段１００ａとし、内管駆動部５１、５２の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）を内管制御手段１００ｂとする。   Here, the control device 100 of the present embodiment is configured such that control means for controlling various control devices are integrally configured. In the present embodiment, in particular, the supply pressure of hydrogen and air to the fuel cell 1 is controlled. The configuration (hardware and software) to be used is the gas supply control means 100a, and the configuration (hardware and software) that controls the operation of the inner pipe drive units 51 and 52 is the inner pipe control means 100b.

次に、上記構成における本実施形態の燃料電池システムの作動を、図５の間欠噴射制御処理を示す制御フローチャートに基づいて説明する。図５に示す制御フローは、燃料電池１が発電可能な状態で、車両のイグニッションスイッチ（ＩＧ）が投入（オン）されるとスタートする。   Next, the operation of the fuel cell system of the present embodiment having the above-described configuration will be described based on the control flowchart showing the intermittent injection control process of FIG. The control flow shown in FIG. 5 starts when the ignition switch (IG) of the vehicle is turned on (on) while the fuel cell 1 can generate power.

車両が起動すると、車両のアクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）を検出する（Ｓ１０）。そして、アクセル開度に応じて燃料電池１に対して要求される要求出力（必要出力）を算出し、算出した要求出力が得られるように、各セル１ａにおける所定時間当たりの水素の必要供給量（必要水素供給量）および空気の必要供給量（必要空気供給量）を算出する（Ｓ１２）。   When the vehicle is started, the depression amount (accelerator opening) of the accelerator pedal of the vehicle is detected (S10). Then, the required output (required output) required for the fuel cell 1 is calculated according to the accelerator opening, and the required supply amount of hydrogen per predetermined time in each cell 1a so that the calculated required output is obtained. (Required hydrogen supply amount) and a required supply amount of air (required air supply amount) are calculated (S12).

なお、燃料電池１の必要出力は、予めアクセル開度と燃料電池１の出力とを関連付けた制御マップを参照して算出する。また、必要水素供給量は、予め要求出力と水素供給量とを関連付けた制御マップを参照して算出し、必要空気供給量は、予め要求出力と空気供給量とを関連付けた制御マップを参照して算出する。このＳ１２の処理は、本発明の必要供給量算出手段に相当している。   The required output of the fuel cell 1 is calculated with reference to a control map that associates the accelerator opening and the output of the fuel cell 1 in advance. The required hydrogen supply amount is calculated by referring to a control map that associates the required output with the hydrogen supply amount in advance, and the required air supply amount refers to the control map that associates the required output with the air supply amount in advance. To calculate. The process of S12 corresponds to the necessary supply amount calculating means of the present invention.

そして、Ｓ１２の処理にて算出した必要水素供給量および必要空気供給量に応じて、水素の目標供給圧力Ｐｈｄ（目標水素供給圧）、空気の目標供給圧力Ｐａｄ（目標空気供給圧）、各内管１０の目標回転数Ｎｈｄ、Ｎａｄを算出する（Ｓ１４）。このＳ１４の処理は、本発明の目標値算出手段に相当している。   Then, according to the required hydrogen supply amount and the required air supply amount calculated in the process of S12, the hydrogen target supply pressure Phd (target hydrogen supply pressure), the air target supply pressure Pad (target air supply pressure), The target rotation speeds Nhd and Nad of the tube 10 are calculated (S14). The processing of S14 corresponds to target value calculation means of the present invention.

なお、目標水素供給圧Ｐｈｄは、予め必要水素供給量と水素供給圧とを関連付けた制御マップを参照して算出し、目標空気供給圧Ｐａｄは、予め必要空気供給量と空気供給圧とを関連付けた制御マップを参照して算出する。また、内管１０の目標回転数Ｎｈｄ、Ｎａｄについても、予め各必要供給量と内管１０の回転数Ｎとを関連付けた制御マップを参照して算出する。   The target hydrogen supply pressure Phd is calculated with reference to a control map in which the required hydrogen supply amount and the hydrogen supply pressure are associated in advance, and the target air supply pressure Pad is associated in advance with the required air supply amount and the air supply pressure. Calculate with reference to the control map. Further, the target rotation speeds Nhd and Nad of the inner pipe 10 are also calculated by referring to a control map that associates each necessary supply amount with the rotation speed N of the inner pipe 10 in advance.

ここで、図６に基づいて、反応ガス（水素および空気）の供給量、供給圧力、内管の回転数の関係について説明する。図６の（ａ）は、通常時における一周期（内管１０の一回転）当りの反応ガスの供給量（Ｑｏ・τｏ）を示し、（ｂ）は、流量減少時における一周期当りの反応ガスの供給量（Ｑｄ・τｄ）を示し、（ｃ）は、流量増大時における一周期当りの反応ガスの供給量（Ｑｕ・τｕ）を示している。なお、Ｑ（Ｑｏ、Ｑｄ、Ｑｕ）が単位時間当りの反応ガスの流量（Ｌ／ｍｉｎ）を示し、τ（τｏ、τｄ、τｕ）が実際に反応ガスを供給する供給時間を示している。   Here, based on FIG. 6, the relationship between the supply amount of the reactive gas (hydrogen and air), the supply pressure, and the rotational speed of the inner tube will be described. 6A shows the supply amount (Qo · τo) of the reaction gas per cycle (one rotation of the inner tube 10) in the normal state, and FIG. 6B shows the reaction per cycle when the flow rate is decreased. The gas supply amount (Qd · τd) is shown, and (c) shows the reaction gas supply amount (Qu · τu) per cycle when the flow rate is increased. Q (Qo, Qd, Qu) represents the flow rate (L / min) of the reaction gas per unit time, and τ (τo, τd, τu) represents the supply time for actually supplying the reaction gas.

燃料電池１の各セル１ａに供給する反応ガスの単位時間当たりの流量Ｑと供給圧力Ｐとの間には、供給圧力Ｐを高めると流量Ｑが増え、供給圧力Ｐを下げると流量Ｑが減る相関がある。   Between the flow rate Q per unit time of the reaction gas supplied to each cell 1a of the fuel cell 1 and the supply pressure P, the flow rate Q increases when the supply pressure P is increased, and the flow rate Q decreases when the supply pressure P is decreased. There is a correlation.

一方、反応ガスの流量Ｑと内管１０の回転数Ｎとの間には、特に相関はなく、内管１０の回転数Ｎに関係なく、供給圧力Ｐに応じた流量Ｑが供給されることになるが、内管１０の回転数Ｎは、反応ガスを供給する供給時間τに相関するので、反応ガスの供給量に影響を及ぼす。   On the other hand, there is no particular correlation between the flow rate Q of the reaction gas and the rotation speed N of the inner tube 10, and the flow rate Q corresponding to the supply pressure P is supplied regardless of the rotation speed N of the inner tube 10. However, the rotational speed N of the inner tube 10 correlates with the supply time τ for supplying the reaction gas, and thus affects the supply amount of the reaction gas.

従って、内管１０の一回転（一周期）当りの反応ガスの供給量（置換量）Ｑ・τは、反応ガスの供給圧力Ｐおよび内管１０の回転数Ｎそれぞれを調整することによって任意に設定することできる。   Therefore, the supply amount (replacement amount) Q · τ of the reaction gas per one rotation (one cycle) of the inner tube 10 is arbitrarily set by adjusting the supply pressure P of the reaction gas and the rotation number N of the inner tube 10. Can be set.

ここで、一周期当りの反応ガスの供給量（置換量）Ｑ・τは、各セル１ａ内に存在する反応ガス等を置換するために充分な量（セル１ａ内のガス流路の容積に応じた量）、かつ、要求出力に応じて必要となる必要供給量（平均流量）を確保するように調整する。これにより、次の反応ガスの供給までの間に、セル１ａにて反応ガスを消費し尽くして欠乏することなく、フレッシュな反応ガスを常にセル１ａに供給することができる。   Here, the supply amount (replacement amount) Q · τ of the reaction gas per cycle is an amount sufficient to replace the reaction gas or the like existing in each cell 1a (the volume of the gas flow path in the cell 1a). The required supply amount (average flow rate) required in accordance with the required output. Thus, the fresh reaction gas can always be supplied to the cell 1a without exhausting the reaction gas in the cell 1a until the next reaction gas is supplied.

具体的には、燃料電池１の要求出力が小さく、流量Ｑを減少する場合には、一周期当りの供給量（Ｑｄ・τｄ）が通常時（Ｑｏ・τｏ）と変わらないように、かつ、平均流量が通常時の平均流量よりも少なくなるように（図６（ｂ）参照）、反応ガスの供給圧力Ｐおよび内管１０の回転数Ｎを減少させる。換言すれば、燃料電池１の必要供給量が少ない場合には、反応ガスの目標供給圧力Ｐｄおよび内管１０の目標回転数Ｎｄを減少させて、各セル１ａに供給する反応ガスの平均流量を減少させる。なお、流量減少時は、通常時に比べて、一周期当りの供給量が変化しないものの、反応ガスを噴射供給する間隔が長くなるので、反応ガスの平均流量が減少することとなる。   Specifically, when the required output of the fuel cell 1 is small and the flow rate Q is decreased, the supply amount per cycle (Qd · τd) does not change from the normal time (Qo · τo), and The supply pressure P of the reaction gas and the rotational speed N of the inner tube 10 are decreased so that the average flow rate becomes smaller than the normal average flow rate (see FIG. 6B). In other words, when the required supply amount of the fuel cell 1 is small, the target supply pressure Pd of the reaction gas and the target rotational speed Nd of the inner tube 10 are decreased, and the average flow rate of the reaction gas supplied to each cell 1a is set. Decrease. Note that when the flow rate is decreased, the supply amount per cycle does not change compared to the normal time, but the interval for injecting and supplying the reaction gas becomes longer, so that the average flow rate of the reaction gas decreases.

一方、燃料電池１の要求出力が大きく、流量Ｑを増大する場合は、一周期当りの供給量（Ｑｕ・τｕ）が通常時（Ｑｏ・τｏ）と変わらないように、かつ、平均流量が通常時の平均流量よりも多くなるように（図６（ｃ）参照）、反応ガスの供給圧力Ｐおよび内管１０の回転数Ｎを増大させる。換言すれば、燃料電池１の必要供給量が多い場合には、反応ガスの目標供給圧力Ｐｄおよび内管１０の目標回転数Ｎｄを増大させて、各セル１ａに供給する反応ガスの平均流量を増大させる。なお、流量増大時は、通常時に比べて、一周期当りの供給量が変化しないものの、反応ガスを噴射供給する間隔が短くなるので、反応ガスの平均流量が増大することとなる。   On the other hand, when the required output of the fuel cell 1 is large and the flow rate Q is increased, the supply amount per cycle (Qu · τu) does not change from the normal time (Qo · τo), and the average flow rate is normal. The reaction gas supply pressure P and the rotational speed N of the inner tube 10 are increased so as to be larger than the average flow rate at that time (see FIG. 6C). In other words, when the required supply amount of the fuel cell 1 is large, the target supply pressure Pd of the reaction gas and the target rotational speed Nd of the inner tube 10 are increased, and the average flow rate of the reaction gas supplied to each cell 1a is increased. Increase. When the flow rate is increased, the supply amount per cycle does not change compared to the normal time, but the reaction gas injection interval is shortened, so that the average flow rate of the reaction gas increases.

次に、Ｓ１４の処理にて算出した目標水素供給圧Ｐｈｄ、目標空気供給圧Ｐａｄ、各内管１０の目標回転数Ｎｈｄ、Ｎａｄとなるように、水素調圧弁２３、背圧調整弁２５、空気供給装置３２は駆動用モータ３３、背圧調整弁３４、内管駆動部５１、５２の駆動用の電動モータ５１等に制御信号を出力する（Ｓ１６）。   Next, the hydrogen pressure regulating valve 23, the back pressure regulating valve 25, the air so that the target hydrogen supply pressure Phd, the target air supply pressure Pad calculated in the process of S14, and the target rotation speed Nhd, Nad of each inner pipe 10 are obtained. The supply device 32 outputs a control signal to the drive motor 33, the back pressure adjusting valve 34, the electric motor 51 for driving the inner pipe drive units 51 and 52, etc. (S16).

そして、水素供給圧力センサ６１にて水素入口圧力Ｐｈｉを検出すると共に、空気供給圧力センサ６２にて空気入口圧力Ｐａｉを検出する（Ｓ１８）。さらに、反応ガスの入口圧力Ｐｉ（水素入口圧力Ｐｈｉおよび空気入口圧力Ｐａｉ）が反応ガスの目標供給圧力Ｐｄ（水素供給圧Ｐｈｄおよび空気入口圧Ｐａｄ）と一致したか否かを判定する（Ｓ２０）。なお、Ｓ２０の判定処理では、反応ガスの入口圧力Ｐｉが反応ガスの目標供給圧力Ｐｄと完全に一致しているか否かを判定する処理に限らず、反応ガスの入口圧力Ｐｉが目標供給圧力Ｐｄ前後の所定の範囲に収束しているか否かを判定する処理としてもよい。   Then, the hydrogen supply pressure sensor 61 detects the hydrogen inlet pressure Phi, and the air supply pressure sensor 62 detects the air inlet pressure Pai (S18). Further, it is determined whether or not the reaction gas inlet pressure Pi (hydrogen inlet pressure Phi and air inlet pressure Pai) matches the target supply pressure Pd (hydrogen supply pressure Phd and air inlet pressure Pad) of the reaction gas (S20). . Note that the determination process of S20 is not limited to the process of determining whether or not the reaction gas inlet pressure Pi is completely equal to the reaction gas target supply pressure Pd, and the reaction gas inlet pressure Pi is the target supply pressure Pd. It is good also as a process which determines whether it has converged to the predetermined range before and behind.

Ｓ２０の判定処理の結果、反応ガスの入口圧力Ｐｉが反応ガスの目標供給圧力Ｐｄと一致していないと判定された場合（Ｓ２０：ＮＯ）には、反応ガスの入口圧力Ｐｉが反応ガスの目標供給圧力Ｐｄと一致するように補正する制御信号を決定し、当該制御信号を水素調圧弁２３、背圧調整弁２５、空気供給装置３２は駆動用モータ３３、背圧調整弁３４、内管駆動部５１、５２の駆動用の電動モータ５１等に出力する（Ｓ２２）。   As a result of the determination process of S20, when it is determined that the reaction gas inlet pressure Pi does not match the reaction gas target supply pressure Pd (S20: NO), the reaction gas inlet pressure Pi is the reaction gas target. A control signal to be corrected so as to coincide with the supply pressure Pd is determined, and the control signal is supplied to the hydrogen pressure regulating valve 23, the back pressure regulating valve 25, and the air supply device 32 for the driving motor 33, the back pressure regulating valve 34, and the inner pipe drive. The output is made to the electric motor 51 for driving the units 51 and 52 (S22).

一方、Ｓ２０の判定処理の結果、反応ガスの入口圧力Ｐｉが反応ガスの目標供給圧力Ｐｄと一致していると判定された場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）には、さらに、アクセル開度を検出して、検出したアクセル開度がＳ１０にて検出したアクセル開度に対して変化しているか否か、すなわち、燃料電池１に対する要求出力が変化しているか否かを判定する（Ｓ２４）。   On the other hand, when it is determined that the reaction gas inlet pressure Pi matches the target supply pressure Pd of the reaction gas as a result of the determination process of S20 (S20: YES), the accelerator opening is further detected. Then, it is determined whether or not the detected accelerator opening has changed with respect to the accelerator opening detected in S10, that is, whether or not the required output for the fuel cell 1 has changed (S24).

この結果、アクセル開度が変化していないと判定された場合（Ｓ２４：ＮＯ）には、Ｓ１８の処理に戻り、アクセル開度が変化していると判定された場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）には、イグニッションスイッチがオフされている（ＩＧ＝ＯＦＦ）か否かを判定する（Ｓ２６）。イグニッションスイッチがオフされていないと判定された場合（Ｓ２６：ＮＯ）には、Ｓ１０に戻り、イグニッションスイッチがオフされていると判定された場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）には、間欠噴射制御処理を終了する。   As a result, when it is determined that the accelerator opening has not changed (S24: NO), the process returns to S18, and when it is determined that the accelerator opening has changed (S24: YES). Then, it is determined whether or not the ignition switch is turned off (IG = OFF) (S26). If it is determined that the ignition switch is not turned off (S26: NO), the process returns to S10, and if it is determined that the ignition switch is turned off (S26: YES), the intermittent injection control process is terminated. To do.

以上説明した本実施形態によれば、各マニホールド８、９に形成した複数の供給孔８ａ、９ａを、間欠噴射装置によってタイミングをずらして開閉し、水素および空気をセル１ａに間欠的に噴射する構成としているので、水素および空気の流量が増減したとしても、各セル１ａにおいて特定の電池セルに偏って水素および空気が供給されることを抑制することができる。   According to the present embodiment described above, the plurality of supply holes 8a and 9a formed in the manifolds 8 and 9 are opened and closed at different timings by the intermittent injection device, and hydrogen and air are intermittently injected into the cell 1a. Since it is set as the structure, even if the flow rates of hydrogen and air increase or decrease, it is possible to suppress the supply of hydrogen and air biased to specific battery cells in each cell 1a.

従って、セル１ａを複数積層した燃料電池１を備える燃料電池システムにおいて、反応ガスの流量変化に伴う各セル１ａへの反応ガスの分配量の偏りを抑制することが可能となる。   Therefore, in the fuel cell system including the fuel cell 1 in which a plurality of cells 1a are stacked, it is possible to suppress a deviation in the distribution amount of the reaction gas to each cell 1a due to a change in the flow rate of the reaction gas.

また、本実施形態では、セル１ａ内に噴射供給された反応ガスは、次回の噴射供給までの間、セル１ａのガス流路内に滞留し、反応ガスのガス流れの影響による、ガス流路内における濃度分布が不均一となることを抑制することができる。   Further, in the present embodiment, the reaction gas injected and supplied into the cell 1a stays in the gas flow path of the cell 1a until the next injection supply, and is caused by the influence of the gas flow of the reaction gas. It is possible to suppress the concentration distribution in the interior from becoming uneven.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図７〜図９に基づいて説明する。ここで、図７は、本実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。本実施形態では、上記第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略或いは簡略化して説明する。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 7 is an overall configuration diagram of the fuel cell system according to the present embodiment. In the present embodiment, description of the same or equivalent parts as in the first embodiment will be omitted or simplified.

図７では、燃料電池１から出力した電気エネルギを蓄える二次電池１３、車両を駆動する駆動手段である走行用モータ１１を図示している。   FIG. 7 illustrates a secondary battery 13 that stores electrical energy output from the fuel cell 1 and a traveling motor 11 that is a driving means for driving the vehicle.

ここで、二次電池１３には、充電容量（ＳＯＣ：State Of Charge）を検出するための充電容量検出部１３ａが設けられている。充電容量検出部１３ａとしては、例えば、二次電池１３の電解液の比重変化を検出し、この比重の変化に基づいて充電容量を検出する検出手段や、二次電池１３の充放電時の電流値と、充放電時間とを積算することにより充電容量を検出する検出手段を採用することができる。この充電容量検出部１３ａの検出信号は制御装置１００に入力される。なお、充電容量検出部１３ａが本発明の容量検出手段に相当している。   Here, the secondary battery 13 is provided with a charge capacity detection unit 13a for detecting a charge capacity (SOC: State Of Charge). As the charge capacity detection unit 13a, for example, a detection unit that detects a change in the specific gravity of the electrolyte solution of the secondary battery 13 and detects a charge capacity based on the change in the specific gravity, or a current when the secondary battery 13 is charged and discharged. A detecting means for detecting the charge capacity by integrating the value and the charge / discharge time can be employed. The detection signal of the charge capacity detection unit 13a is input to the control device 100. The charge capacity detection unit 13a corresponds to the capacity detection means of the present invention.

本実施形態の走行用モータ１１は、発電機を兼ねるモータジェネレータであり、燃料電池１又は二次電池１３から電力が供給された場合に電動機として機能する一方、動力切替機構（図示略）により駆動輪側から機械的エネルギ、つまり車両が走行時に保有する運動エネルギを、車両の減速時に電気エネルギに回生する発電機（回生ブレーキ）として機能する。そして、走行用モータ１１にて発電された電力は、二次電池１３に蓄えることができると共に、燃料電池システムを構成する各制御機器をはじめとする各種車載機器に供給することができる。なお、動力切替機構は、エンジンおよび車両走行用モータと車軸（図示略）との間の動力の伝達を切替える機能を有するものである。   The traveling motor 11 of the present embodiment is a motor generator that also serves as a generator, and functions as an electric motor when power is supplied from the fuel cell 1 or the secondary battery 13, and is driven by a power switching mechanism (not shown). It functions as a generator (regenerative brake) that regenerates mechanical energy from the wheel side, that is, kinetic energy held by the vehicle during traveling, into electrical energy when the vehicle decelerates. And the electric power generated with the motor 11 for driving | running | working can be stored in the secondary battery 13, and can be supplied to various vehicle equipment including each control apparatus which comprises a fuel cell system. The power switching mechanism has a function of switching power transmission between the engine and the vehicle running motor and the axle (not shown).

燃料電池１と二次電池１３との間は、双方向に電力を伝達可能なＤＣ−ＤＣコンバータ１４を介して電気的に接続されている。このＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、燃料電池１から二次電池１３、あるいは二次電池１３から燃料電池１への、電力の流れをコントロールするものである。   The fuel cell 1 and the secondary battery 13 are electrically connected via a DC-DC converter 14 capable of transmitting power in both directions. The DC-DC converter 14 controls the flow of electric power from the fuel cell 1 to the secondary battery 13 or from the secondary battery 13 to the fuel cell 1.

また、燃料電池１および二次電池１３と走行用モータ１１との間に走行用インバータ１２が配置されている。燃料電池１からの電力あるいは二次電池１３からの電力が走行用インバータ１２へ供給される。この走行用インバータ１２は、走行用モータ１１を駆動させ、あるいは電力を回生させるためのインバータである。   Further, a traveling inverter 12 is arranged between the fuel cell 1 and the secondary battery 13 and the traveling motor 11. Electric power from the fuel cell 1 or electric power from the secondary battery 13 is supplied to the traveling inverter 12. The traveling inverter 12 is an inverter for driving the traveling motor 11 or regenerating electric power.

また、本実施形態の燃料電池システムでは、空気供給配管３０における空気供給装置３２の下流側に逆止弁３５、アキュムレータ３６、空気調圧弁３７、アキュムレータ３６の内の圧力を検出する圧力センサ６３を設けている。この圧力センサ６３の検出信号は制御装置１００に入力される。   Further, in the fuel cell system of the present embodiment, the pressure sensor 63 for detecting the pressure in the check valve 35, the accumulator 36, the air pressure regulating valve 37, and the accumulator 36 is provided downstream of the air supply device 32 in the air supply pipe 30. Provided. A detection signal of the pressure sensor 63 is input to the control device 100.

逆止弁３５は、空気供給配管３０における上流側から下流側への空気の流れのみを許容し、下流側から上流側への空気の流れを禁止する逆流防止手段である。アキュムレータ３６は、空気供給装置３２である圧送ポンプにて圧縮された空気を蓄える蓄圧手段である。空気調圧弁３７は、アキュムレータ３６に蓄積された空気の圧力を調整する圧力調整手段である。この空気調圧弁３７は、制御装置１００からの制御信号によって制御される。   The check valve 35 is a backflow prevention means that allows only air flow from the upstream side to the downstream side in the air supply pipe 30 and prohibits air flow from the downstream side to the upstream side. The accumulator 36 is a pressure accumulating unit that stores air compressed by a pressure pump that is the air supply device 32. The air pressure adjusting valve 37 is a pressure adjusting unit that adjusts the pressure of the air accumulated in the accumulator 36. The air pressure regulating valve 37 is controlled by a control signal from the control device 100.

本実施形態では、空気供給装置３２にて圧縮された空気をアキュムレータ３６に蓄え、空気調圧弁３７を開放することで、アキュムレータ３６内の空気を燃料電池１の各セル１ａに供給する構成としている。従って、本実施形態では、空気供給装置３２、アキュムレータ３６、および空気調圧弁３７が本発明の酸化剤ガス供給手段に相当している。   In the present embodiment, the air compressed by the air supply device 32 is stored in the accumulator 36, and the air pressure regulating valve 37 is opened to supply the air in the accumulator 36 to each cell 1a of the fuel cell 1. . Therefore, in this embodiment, the air supply device 32, the accumulator 36, and the air pressure regulating valve 37 correspond to the oxidant gas supply means of the present invention.

次に、本実施形態の間欠噴射制御処理について図８、図９に示すフローチャートに基づいて説明する。図８は、本実施形態に係る間欠噴射制御処理を示し、図９は、本実施形態に係る蓄圧制御処理を示している。   Next, the intermittent injection control process of this embodiment will be described based on the flowcharts shown in FIGS. FIG. 8 shows the intermittent injection control process according to the present embodiment, and FIG. 9 shows the pressure accumulation control process according to the present embodiment.

図８に示すように、本実施形態では、Ｓ１４の処理にて、目標水素供給圧Ｐｈｄ、目標空気供給圧Ｐａｄ、各内管１０の目標回転数Ｎｈｄ、Ｎａｄを算出した後、図９に示す蓄圧制御処理を実行する。   As shown in FIG. 8, in this embodiment, after calculating the target hydrogen supply pressure Phd, the target air supply pressure Pad, and the target rotational speed Nhd and Nad of each inner pipe 10 in the process of S14, it is shown in FIG. Executes pressure accumulation control processing.

図９に示すように蓄圧制御処理では、走行用モータ１１が回生ブレーキとして機能し、回生電力が得られる状況であるか否かを判定する（Ｓ１５１）。具体的には、アクセル開度が減少すると共に、車両ブレーキが踏込まれたか否かを判定すればよい。   As shown in FIG. 9, in the pressure accumulation control process, it is determined whether or not the traveling motor 11 functions as a regenerative brake and regenerative power is obtained (S151). Specifically, it may be determined whether or not the accelerator opening is decreased and the vehicle brake is depressed.

Ｓ１５１の判定処理にて、回生電力が得られない状況（回生電力無）と判定された場合（Ｓ１５１：ＮＯ）には、後述するＳ１５８の処理に移行し、回生電力が得られる状況（回生電力有り）と判定された場合（Ｓ１５１：ＹＥＳ）には、二次電池１３の充電容量（ＳＯＣ）を検出する（Ｓ１５２）。   If it is determined in the determination process of S151 that the regenerative power cannot be obtained (no regenerative power) (S151: NO), the process proceeds to the process of S158 described later, and the regenerative power is obtained (regenerative power). If it is determined that there is (Yes in S151), the charge capacity (SOC) of the secondary battery 13 is detected (S152).

そして、二次電池１３の充電容量（ＳＯＣ）が、予め設定された基準容量以上（本実施形態では満充電容量（上限ＳＯＣ）以上）であるか否かを判定する（Ｓ１５３）。この結果、二次電池１３の充電容量が満充電容量以上でないと判定された場合（Ｓ１５３：ＮＯ）には、後述するＳ１５８の処理に移行する。   Then, it is determined whether or not the charge capacity (SOC) of the secondary battery 13 is equal to or greater than a preset reference capacity (in the present embodiment, equal to or greater than the full charge capacity (upper limit SOC)) (S153). As a result, when it is determined that the charge capacity of the secondary battery 13 is not equal to or greater than the full charge capacity (S153: NO), the process proceeds to S158 described later.

一方、二次電池１３の充電容量が満充電容量以上であると判定された場合（Ｓ１５３：ＹＥＳ）には、回生電力を、空気供給装置３２の駆動用モータ３３に供給し（Ｓ１５４）、空気供給装置３２の駆動用モータ３３に作動指令を示す制御信号を出力する（Ｓ１５５）。   On the other hand, when it is determined that the charge capacity of the secondary battery 13 is equal to or greater than the full charge capacity (S153: YES), regenerative power is supplied to the drive motor 33 of the air supply device 32 (S154), and the air A control signal indicating an operation command is output to the drive motor 33 of the supply device 32 (S155).

Ｓ１５５の処理にて空気供給装置３２を作動させた後、回生電力が得られる状況が終了したか否かを判定する（Ｓ１５６）。この結果、回生電力が得られる状況が終了していないと判定された場合（Ｓ１５６：ＮＯ）には、空気供給装置３２の作動を継続し、回生電力が得られる状況が終了したと判定された場合（Ｓ１５６：ＹＥＳ）には、空気供給装置３２の作動の停止指令を示す制御信号を駆動用モータ３３に出力する（Ｓ１５７）。   After operating the air supply device 32 in the process of S155, it is determined whether or not the situation in which regenerative power is obtained has ended (S156). As a result, when it is determined that the situation in which regenerative power is obtained is not completed (S156: NO), it is determined that the operation of the air supply device 32 is continued and the situation in which regenerative power is obtained is completed. In the case (S156: YES), a control signal indicating a command to stop the operation of the air supply device 32 is output to the drive motor 33 (S157).

そして、圧力センサ６３にてアキュムレータ３６内の圧力Ｐａｃを検出し（Ｓ１５８）、検出した圧力Ｐａｃが予め設定された供給下限圧力以上であるか否かを判定する（Ｓ１５９）。この結果、アキュムレータ３６内の圧力が供給下限圧力より小さいと判定された場合（Ｓ１５９：ＮＯ）には、空気供給装置３２の作動指令を示す制御信号を駆動用モータ３３に出力する。   The pressure sensor 63 detects the pressure Pac in the accumulator 36 (S158), and determines whether or not the detected pressure Pac is equal to or higher than a preset supply lower limit pressure (S159). As a result, when it is determined that the pressure in the accumulator 36 is lower than the supply lower limit pressure (S159: NO), a control signal indicating an operation command for the air supply device 32 is output to the drive motor 33.

一方、アキュムレータ３６内の圧力が供給下限圧力以上と判定された場合（Ｓ１５９：ＹＥＳ）には、空気供給装置３２の作動の停止指令を示す制御信号を駆動用モータ３３に出力して（Ｓ１６１）、蓄圧制御処理を終了して、間欠噴射制御処理のＳ１７に移行する。   On the other hand, when it is determined that the pressure in the accumulator 36 is equal to or higher than the supply lower limit pressure (S159: YES), a control signal indicating an operation stop command for the air supply device 32 is output to the drive motor 33 (S161). Then, the pressure accumulation control process is terminated, and the routine proceeds to S17 of the intermittent injection control process.

図８に戻り、Ｓ１７の処理では、Ｓ１４の処理にて算出した目標水素供給圧Ｐｈｄ、目標空気供給圧Ｐａｄ、各内管１０の目標回転数Ｎｈｄ、Ｎａｄとなるように、水素調圧弁２３、背圧調整弁２５、空気調圧弁３７、背圧調整弁３４、内管駆動部５１、５２の駆動用の電動モータ５１等に制御信号を出力する（Ｓ１７）。   Returning to FIG. 8, in the process of S <b> 17, the hydrogen pressure regulating valve 23, the target hydrogen supply pressure Phd, the target air supply pressure Pad calculated in the process of S <b> 14, and the target rotational speed Nhd, Nad of each inner pipe 10 are obtained. A control signal is output to the back pressure adjusting valve 25, the air pressure adjusting valve 37, the back pressure adjusting valve 34, the electric motor 51 for driving the inner pipe driving portions 51 and 52, etc. (S17).

そして、水素入口圧力Ｐｈｉおよび空気入口圧力Ｐａｉを検出し（Ｓ１８）、反応ガスの入口圧力Ｐｉが反応ガスの目標供給圧力Ｐｄと一致したか否かを判定する（Ｓ２０）。   Then, the hydrogen inlet pressure Phi and the air inlet pressure Pai are detected (S18), and it is determined whether or not the reaction gas inlet pressure Pi matches the target supply pressure Pd of the reaction gas (S20).

Ｓ２０の判定処理の結果、反応ガスの入口圧力Ｐｉが反応ガスの目標供給圧力Ｐｄと一致していないと判定された場合（Ｓ２０：ＮＯ）には、反応ガスの入口圧力Ｐｉが反応ガスの目標供給圧力Ｐｄと一致するように補正する制御信号を決定し、当該制御信号を水素調圧弁２３、背圧調整弁２５、空気調圧弁３７、背圧調整弁３４、内管駆動部５１、５２の駆動用の電動モータ５１等に出力する（Ｓ２３）。   As a result of the determination process of S20, when it is determined that the reaction gas inlet pressure Pi does not match the reaction gas target supply pressure Pd (S20: NO), the reaction gas inlet pressure Pi is the reaction gas target. A control signal to be corrected so as to coincide with the supply pressure Pd is determined, and the control signal is supplied to the hydrogen pressure regulating valve 23, the back pressure regulating valve 25, the air pressure regulating valve 37, the back pressure regulating valve 34, and the inner pipe driving units 51 and 52. It outputs to the electric motor 51 for a drive, etc. (S23).

一方、Ｓ２０の判定処理の結果、反応ガスの入口圧力Ｐｉが反応ガスの目標供給圧力Ｐｄと一致していると判定された場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）には、Ｓ２４の処理に移行する。   On the other hand, as a result of the determination process of S20, when it is determined that the reaction gas inlet pressure Pi matches the target supply pressure Pd of the reaction gas (S20: YES), the process proceeds to S24.

以上説明した本実施形態の構成によれば、第１実施形態の構成と同様に、水素および空気の流量が増減したとしても、各セル１ａにおいて特定の電池セルに偏って水素および空気が供給されることを抑制することができる。   According to the configuration of the present embodiment described above, similarly to the configuration of the first embodiment, even if the flow rates of hydrogen and air increase or decrease, hydrogen and air are supplied biased to specific battery cells in each cell 1a. Can be suppressed.

さらに、本実施形態では、空気供給装置３２にて圧縮した空気を蓄えるアキュムレータ３６を備える構成としているので、電気負荷にて消費できない余剰電力（回生電力）が生じた場合に、二次電池１３の充電容量が満充電状態であったとしても、空気供給装置（圧送ポンプ）３２を作動させて蓄圧手段であるアキュムレータ３６に圧縮された空気を蓄積することができる。   Furthermore, in this embodiment, since it is set as the structure provided with the accumulator 36 which stores the air compressed with the air supply apparatus 32, when the surplus electric power (regenerative electric power) which cannot be consumed with an electric load arises, the secondary battery 13 Even if the charging capacity is in a fully charged state, the compressed air can be accumulated in the accumulator 36 which is a pressure accumulating means by operating the air supply device (pressure feed pump) 32.

これにより、二次電池１３の充電容量が満充電状態であったとしても、燃料電池システムにて生ずる余剰電力を有効活用することが可能となる。   Thereby, even if the charging capacity of the secondary battery 13 is in a fully charged state, it is possible to effectively utilize surplus power generated in the fuel cell system.

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１０に基づいて説明する。上記第１、第２実施形態と同様または均等な部分について同一の符号を付し、その説明を省略する。ここで、図１０は、本実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same or equivalent parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Here, FIG. 10 is an overall configuration diagram of the fuel cell system according to the present embodiment.

本実施形態では、空気供給用マニホールド９内に設けた内管１０内に水を噴霧する水噴霧供給部（水噴霧供給手段）３８を、空気供給配管３０に接続している。この水噴霧供給部３８は、各セル１ａ内の電解質膜２を加湿するための加湿手段であって制御装置１００からの制御信号に応じて作動するように構成されている。   In this embodiment, a water spray supply unit (water spray supply means) 38 that sprays water into the inner pipe 10 provided in the air supply manifold 9 is connected to the air supply pipe 30. The water spray supply unit 38 is a humidifying means for humidifying the electrolyte membrane 2 in each cell 1 a and is configured to operate according to a control signal from the control device 100.

制御装置１００では、燃料電池１の要求出力に応じて内管１０の内部に噴霧供給する水の目標量を算出し、当該目標量が得られるように、水噴霧供給部３８に対して制御信号を出力する。   In the control device 100, a target amount of water to be sprayed into the inner pipe 10 is calculated according to the required output of the fuel cell 1, and a control signal is sent to the water spray supply unit 38 so as to obtain the target amount. Is output.

本実施形態の構成では、空気供給用マニホールド９内に設けた内管１０の内部に水を噴霧する構成としているので、水素や空気といった反応ガスと同様に、各セル１ａのうち、特定のセルの空気極に偏って水が供給されることを抑制することができる。   In the configuration of the present embodiment, since water is sprayed into the inner tube 10 provided in the air supply manifold 9, a specific cell among the cells 1a, like the reaction gas such as hydrogen and air. It is possible to prevent water from being biased toward the air electrode.

これにより、各セル１ａへの水の分配量の偏りを抑制することが可能となる。なお、本実施形態では、空気供給配管３０に水噴霧供給部３８を接続して、空気供給用マニホールド９内に設けた内管１０の内部に水を噴霧する構成を採用しているが、これに限定されない。例えば、水素供給配管２０に水噴霧供給部３８を接続して、水素供給用マニホールド８内に設けた内管１０の内部に水を噴霧する構成を採用してもよいし、水素供給配管２０および空気供給配管３０それぞれに水噴霧供給部３８を接続して、水素供給用マニホールド８および空気供給用マニホールド９それぞれの内部に設けた各内管１０の内部に水を噴霧する構成を採用してもよい。   Thereby, it becomes possible to suppress the deviation of the distribution amount of water to each cell 1a. In this embodiment, the water spray supply unit 38 is connected to the air supply pipe 30 and water is sprayed into the inner pipe 10 provided in the air supply manifold 9. It is not limited to. For example, a configuration in which a water spray supply unit 38 is connected to the hydrogen supply pipe 20 to spray water into the inner pipe 10 provided in the hydrogen supply manifold 8 may be adopted. A configuration in which a water spray supply unit 38 is connected to each of the air supply pipes 30 and water is sprayed inside each of the inner pipes 10 provided in each of the hydrogen supply manifold 8 and the air supply manifold 9 may be adopted. Good.

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。 (Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, Unless it deviates from the range described in each claim, it is not limited to the wording of each claim, and those skilled in the art Improvements based on the knowledge that a person skilled in the art normally has can be added as appropriate to the extent that they can be easily replaced. For example, various modifications are possible as follows.

（１）上記各実施形態では、内管１０の複数の貫通孔１０ａが、１つの貫通孔単位で内管１０の周方向に均等にずれた位置に形成されているが、これに限らず、例えば、図１０（ａ）に示すように、３つの貫通孔単位で、内管１０の周方向に均等にずれた位置に形成されていてもよい。なお、このように２つ以上の供給孔８ａ、９ａから同時に反応ガスを噴射供給する場合には、各供給孔８ａ、９ａから供給する反応ガスの供給量にバラツキが生じないように、同時に開放する供給孔の数を設定する。   (1) In each of the above embodiments, the plurality of through holes 10a of the inner tube 10 are formed at positions that are evenly displaced in the circumferential direction of the inner tube 10 in units of one through hole. For example, as shown to Fig.10 (a), you may form in the position shifted | deviated equally to the circumferential direction of the inner tube | pipe 10 by the unit of three through-holes. In addition, when the reaction gas is injected and supplied simultaneously from two or more supply holes 8a and 9a in this way, the reaction gas is supplied simultaneously so that the supply amount of the reaction gas supplied from each supply hole 8a and 9a does not vary. Set the number of supply holes.

また、例えば、図１０（ｂ）に示すように、内管１０の複数の貫通孔１０ａは、内管１０がマニホールド８、９の内周側を回転する際に、複数の供給孔８ａ、９ａのうち積層方向に隣接する２つ以上の供給孔に重合するように長手方向に延びる長孔状に形成されていてもよい。さらに、例えば、図１０（ｃ）に示すように、内管１０の複数の貫通孔１０ａは、周方向に延びる長孔状に形成されていてもよい。   Further, for example, as shown in FIG. 10B, the plurality of through holes 10 a of the inner tube 10 has a plurality of supply holes 8 a and 9 a when the inner tube 10 rotates on the inner peripheral side of the manifolds 8 and 9. Among them, it may be formed in a long hole shape extending in the longitudinal direction so as to be superposed on two or more supply holes adjacent in the stacking direction. Furthermore, for example, as shown in FIG. 10C, the plurality of through holes 10a of the inner tube 10 may be formed in a long hole shape extending in the circumferential direction.

（２）上記各実施形態では、空気供給装置３２の駆動源（駆動用モータ３３）と内管駆動部５１、５２の駆動源（電動モータ５１）とを別体で構成しているが、共通の駆動源にて空気供給装置３２および内管駆動部５１、５２とを駆動するようにしてもよい。これにより、燃料電池システムの部品点数の増大を抑制することができる。   (2) In each of the above embodiments, the drive source (drive motor 33) of the air supply device 32 and the drive source (electric motor 51) of the inner pipe drive units 51 and 52 are configured separately, but they are common. The air supply device 32 and the inner tube driving units 51 and 52 may be driven by the driving source. Thereby, increase of the number of parts of a fuel cell system can be controlled.

一方、燃料電池システムの部品点数の増大が問題とならないような場合には、各内管１０それぞれに対応して別体の内管駆動部５１、５２を設け、個別の電動モータ等にて、各内管１０を回転駆動するようにしてもよい。   On the other hand, when the increase in the number of parts of the fuel cell system does not become a problem, separate inner tube driving portions 51 and 52 are provided corresponding to the respective inner tubes 10, and individual electric motors or the like are provided. Each inner tube 10 may be rotationally driven.

（３）上記各実施形態では、水素供給用マニホールド８および空気供給用マニホールド９それぞれに内管１０を設ける構成としているが、水素供給用マニホールド８および空気供給用マニホールド９のいずれか一方に設ける構成としてもよい。   (3) In each of the above embodiments, the inner pipe 10 is provided in each of the hydrogen supply manifold 8 and the air supply manifold 9, but the structure provided in either the hydrogen supply manifold 8 or the air supply manifold 9. It is good.

（４）上記各実施形態では、水素供給用マニホールド８および空気供給用マニホールド９それぞれを燃料電池１の内部に収容される内部マニホールドとしているが、これに限定されず、燃料電池１の外部に配置される外部マニホールドとしてもよい。   (4) In each of the above embodiments, each of the hydrogen supply manifold 8 and the air supply manifold 9 is an internal manifold that is housed inside the fuel cell 1, but is not limited thereto, and is disposed outside the fuel cell 1. An external manifold may be used.

（５）上記各実施形態では、各マニホールド８、９に形成された複数の供給孔８ａ、９ａを内管１０の貫通孔１０ａおよび内管の外周面にて開閉する構成としているが、各マニホールド８、９に形成された複数の供給孔８ａ、９ａを所定数の供給孔単位で周期をずらして開閉可能な構成であれば適宜採用することができる。   (5) In each of the above embodiments, the plurality of supply holes 8a and 9a formed in the manifolds 8 and 9 are configured to open and close at the through hole 10a of the inner tube 10 and the outer peripheral surface of the inner tube. As long as the plurality of supply holes 8a and 9a formed in the holes 8 and 9 can be opened and closed with a predetermined number of supply hole units shifted, the structure can be appropriately adopted.

（６）第１、第２実施形態に係る燃料電池システムの燃料電池１としては、固体高分子電解質膜型燃料電池に限らず、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）や溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）を採用してもよい。   (6) The fuel cell 1 of the fuel cell system according to the first and second embodiments is not limited to a solid polymer electrolyte membrane fuel cell, but is a solid oxide fuel cell (SOFC) or a molten carbonate fuel cell. (MCFC) may be adopted.

（７）上記第２実施形態では、回生電力が余剰電力となる場合について例示したが、余剰電力となる電力は、回生電力に限定されるものではない。例えば、燃料電池システムの構成に太陽電池等の他の発電手段が設けられている場合には、当該他の発電手段にて発電した電力が余剰電力となる場合もある。   (7) In the said 2nd Embodiment, although illustrated about the case where regenerative electric power becomes surplus electric power, the electric power which becomes surplus electric power is not limited to regenerative electric power. For example, when other power generation means such as a solar cell is provided in the configuration of the fuel cell system, the power generated by the other power generation means may be surplus power.

（８）上記各実施形態では、本発明の燃料電池システムを電気自動車に適用した例を説明したが、これに限定されず、船舶及びポータブル発電器等の移動体に適用してもよい。   (8) In each of the above embodiments, the example in which the fuel cell system of the present invention is applied to an electric vehicle has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to a moving body such as a ship and a portable generator.

（９）上記各実施形態は、可能な範囲で適宜組み合わせることができる。   (9) The above embodiments can be appropriately combined within a possible range.

１ 燃料電池
１ａ 電池セル（セル）
２ 電解質膜
８ 水素供給用マニホールド（燃料ガス供給用マニホールド）
８ａ 水素供給孔
９ 空気供給用マニホールド（酸化剤ガス供給用マニホールド）
９ａ 空気供給孔
１０ 内管（間欠噴射手段）
１０ａ 貫通孔
１３ 二次電池
２０ 水素供給配管（燃料ガス供給経路）
２２ 水素供給装置（燃料ガス供給手段）
２３ 水素調圧弁（燃料ガス供給経路）
３０ 空気供給配管（酸化剤ガス供給経路）
３２ 空気供給装置（酸化剤ガス供給手段）
３３ 駆動用モータ（酸化剤ガス供給手段）
３６ アキュムレータ（蓄圧手段）
３７ 空気調圧弁（圧力調整手段）
３８ 水噴霧供給部（水噴霧供給手段）
５１ 電動モータ（間欠噴射手段、内管駆動手段）
５２ 伝達機構（間欠噴射手段、内管駆動手段）
１００ 制御装置
１００ａ ガス供給制御手段
１００ｂ 内管制御手段 1 Fuel cell 1a Battery cell (cell)
2 Electrolyte membrane 8 Manifold for hydrogen supply (manifold for fuel gas supply)
8a Hydrogen supply hole 9 Air supply manifold (oxidant gas supply manifold)
9a Air supply hole 10 Inner pipe (intermittent injection means)
10a Through hole 13 Secondary battery 20 Hydrogen supply pipe (fuel gas supply path)
22 Hydrogen supply device (fuel gas supply means)
23 Hydrogen pressure regulating valve (fuel gas supply route)
30 Air supply pipe (oxidant gas supply path)
32 Air supply device (oxidant gas supply means)
33 Drive motor (oxidant gas supply means)
36 Accumulator (accumulation means)
37 Air pressure regulating valve (pressure adjusting means)
38 Water spray supply section (water spray supply means)
51 Electric motor (intermittent injection means, inner pipe drive means)
52 Transmission mechanism (intermittent injection means, inner pipe drive means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Control apparatus 100a Gas supply control means 100b Inner pipe | tube control means

Claims (9)

酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを電気負荷に出力する複数の電池セル（１ａ）を積層して構成された燃料電池（１）と、
前記各電池セル（１ａ）に対応して形成された複数の供給孔（８ａ）を有し、前記複数の供給孔（８ａ）を介して前記燃料ガスを前記各電池セル（１ａ）に分配する燃料ガス供給用マニホールド（８）と、
燃料ガス供給経路（２０）を介して前記燃料ガスを前記燃料ガス供給用マニホールド（８）に供給する燃料ガス供給手段（２２、２３）と、
前記各電池セル（１ａ）に対応して形成された複数の供給孔（９ａ）を有し、前記複数の供給孔（９ａ）を介して前記酸化剤ガスを前記各電池セル（１ａ）に分配する酸化剤ガス供給用マニホールド（９）と、
酸化剤ガス供給経路（３０）を介して前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給用マニホールド（９）に供給する酸化剤ガス供給手段（３２、３３）と、
前記燃料ガス供給用マニホールド（８）および前記酸化剤ガス供給用マニホールド（９）の少なくとも一方の前記複数の供給孔を、所定数の供給孔単位で周期をずらして開閉し、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの少なくとも一方を前記電池セル（１ａ）に間欠的に噴射する間欠噴射手段（１０、５１、５２）と、を備え、
前記燃料ガス供給用マニホールド（８）および前記酸化剤ガス供給用マニホールド（９）それぞれは、前記電池セル（１ａ）の積層方向に沿って延びる円筒状の外管にて構成され、
前記間欠噴射手段（１０、５１、５２）は、
前記外管の内周面に対して回転可能な状態で前記外管に挿嵌され、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスのいずれか一方が流れるガス流路を構成する円筒状の内管（１０）と、
前記内管（１０）を径方向に回転駆動する内管駆動手段（５１、５２）と、を有して構成され、
前記内管（１０）は、前記外管の内周側を回転する際に前記供給孔（８ａ、９ａ）に重合する貫通孔（１０ａ）を複数有し、前記複数の貫通孔（１０ａ）が、所定数の貫通孔単位で前記内管（１０）における周方向にずれた位置に、前記内管（１０）の長手方向に沿って形成されており、
前記内管（１０）が前記外管の内周側を回転する際に、前記複数の貫通孔（１０ａ）における一部の貫通孔が前記複数の供給孔（８ａ、９ａ）における一部の供給孔に重合して前記一部の供給孔が開放されると共に、前記複数の供給孔（８ａ、９ａ）における残りの供給孔が前記内管（１０）の外周面にて閉鎖されることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell (1) configured by laminating a plurality of battery cells (1a) for electrochemically reacting an oxidant gas and a fuel gas to output electric energy to an electric load;
It has a plurality of supply holes (8a) formed corresponding to each battery cell (1a), and distributes the fuel gas to each battery cell (1a) through the plurality of supply holes ( 8a ). A fuel gas supply manifold (8);
Fuel gas supply means (22, 23) for supplying the fuel gas to the fuel gas supply manifold (8) via a fuel gas supply path (20);
It has a plurality of supply holes (9a) formed corresponding to each battery cell (1a), and distributes the oxidant gas to each battery cell (1a) through the plurality of supply holes (9a). An oxidizing gas supply manifold (9),
Oxidant gas supply means (32, 33) for supplying the oxidant gas to the oxidant gas supply manifold (9) via an oxidant gas supply path (30);
The plurality of supply holes of at least one of the fuel gas supply manifold (8) and the oxidant gas supply manifold (9) are opened / closed in units of a predetermined number of supply holes, and the fuel gas and the Intermittent injection means (10, 51, 52) for intermittently injecting at least one of the oxidant gas to the battery cell (1a) ,
Each of the fuel gas supply manifold (8) and the oxidant gas supply manifold (9) is constituted by a cylindrical outer tube extending along the stacking direction of the battery cells (1a),
The intermittent injection means (10, 51, 52)
A cylindrical inner pipe (10) that is inserted into the outer pipe in a rotatable state with respect to the inner peripheral surface of the outer pipe and forms a gas flow path through which either the fuel gas or the oxidant gas flows. )When,
Inner tube driving means (51, 52) for rotating the inner tube (10) in the radial direction,
The inner pipe (10) has a plurality of through holes (10a) that overlap with the supply holes (8a, 9a) when rotating on the inner peripheral side of the outer pipe, and the plurality of through holes (10a) , Formed along the longitudinal direction of the inner pipe (10) at a position shifted in the circumferential direction of the inner pipe (10) by a predetermined number of through-hole units,
When the inner pipe (10) rotates on the inner peripheral side of the outer pipe, some of the through holes in the plurality of through holes (10a) are partially supplied to the plurality of supply holes (8a, 9a). The plurality of supply holes (8a, 9a) are closed at the outer peripheral surface of the inner pipe (10) while being superposed on the holes to open the part of the supply holes. A fuel cell system. 前記複数の貫通孔（１０ａ）は、前記複数の供給孔（８ａ、９ａ）それぞれに一対一で対応していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 , wherein the plurality of through holes (10a) correspond to the plurality of supply holes (8a, 9a) on a one-to-one basis. 前記複数の貫通孔（１０ａ）それぞれは、前記内管（１０）が前記外管の内周側を回転する際に、前記複数の供給孔（８ａ、９ａ）のうち前記積層方向に隣接する２つ以上の供給孔に重合するように長手方向に延びる長孔状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 Each of the plurality of through holes (10a) is adjacent to the stacking direction among the plurality of supply holes (8a, 9a) when the inner pipe (10) rotates on the inner peripheral side of the outer pipe. 2. The fuel cell system according to claim 1 , wherein the fuel cell system is formed in a long hole shape extending in a longitudinal direction so as to be superposed on two or more supply holes. 前記複数の貫通孔（１０ａ）は、所定数の貫通孔単位で前記内管（１０）における周方向に均等に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1 , wherein the plurality of through holes (10 a) are uniformly formed in a circumferential direction of the inner pipe (10) in units of a predetermined number of through holes. 前記複数の貫通孔（１０ａ）それぞれは、前記内管（１０）の周方向に延びる長孔状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 Wherein the plurality of through holes (10a) respectively, the fuel cell system according to claim 1, characterized in that it is formed in a long hole shape extending in a circumferential direction of the inner tube (10). 前記酸化剤ガス供給手段（３２、３３）および前記内管駆動手段（５１、５２）それぞれが共通の駆動手段（３３）によって駆動されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 Claims 1, wherein the oxidizing gas supply means (32, 33) and the inner tube drive means (51, 52) each are driven by a common drive means (33) any one of the 5 The fuel cell system described in 1. 前記燃料電池（１）に対して要求される要求出力に応じて前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの必要供給量を算出する必要供給量算出手段（Ｓ１２）と、
前記必要供給量に応じて前記内管（１０）の目標回転数（Ｎｄ）、前記燃料ガスの目標供給圧力（Ｐｈｄ）、および前記酸化剤ガスの目標供給圧力（Ｐａｄ）を算出する目標値算出手段（Ｓ１４）と、
前記内管（１０）の回転数（Ｎ）が前記目標回転数（Ｎｄ）となるように前記内管駆動手段（５１、５２）を制御する内管制御手段（１００ｂ）と、
前記燃料ガスの供給圧力（Ｐｈ）が前記燃料ガスの目標供給圧力（Ｐｈｄ）となるように前記燃料ガス供給手段（２２、２３）を制御すると共に、前記酸化剤ガスの供給圧力（Ｐａ）が前記酸化剤ガスの目標供給圧力（Ｐａｄ）となるように前記酸化剤ガス供給手段（３２、３３）を制御するガス供給制御手段（１００ａ）と、を備え、
前記目標値算出手段（Ｓ１４）は、前記必要供給量の増大に応じて、前記内管（１０）の目標回転数（Ｎｄ）、前記燃料ガスの目標供給圧力（Ｐｈｄ）、および前記酸化剤ガスの目標供給圧力（Ｐａｄ）を増大させ、前記必要供給量の減少に応じて、前記内管（１０）の目標回転数（Ｎｄ）、前記燃料ガスの目標供給圧力（Ｐｈｄ）、および前記酸化剤ガスの目標供給圧力（Ｐａｄ）を減少させることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 Required supply amount calculating means (S12) for calculating the required supply amounts of the fuel gas and the oxidant gas according to the required output required for the fuel cell (1);
Target value calculation for calculating the target rotational speed (Nd) of the inner pipe (10), the target supply pressure (Phd) of the fuel gas, and the target supply pressure (Pad) of the oxidant gas according to the required supply amount Means (S14);
An inner pipe control means (100b) for controlling the inner pipe driving means (51, 52) so that the rotational speed (N) of the inner pipe (10) becomes the target rotational speed (Nd);
The fuel gas supply means (22, 23) is controlled so that the supply pressure (Ph) of the fuel gas becomes the target supply pressure (Phd) of the fuel gas, and the supply pressure (Pa) of the oxidant gas is Gas supply control means (100a) for controlling the oxidant gas supply means (32, 33) so as to be the target supply pressure (Pad) of the oxidant gas,
The target value calculation means (S14) is configured so that the target rotational speed (Nd) of the inner pipe (10), the target supply pressure (Phd) of the fuel gas, and the oxidant gas according to the increase in the required supply amount The target supply pressure (Pad) of the inner pipe (10), the target supply pressure (Phd) of the fuel gas, and the oxidizer according to the decrease in the required supply amount. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6 , wherein a target supply pressure (Pad) of gas is decreased. 前記燃料電池（１）から出力される電気エネルギを蓄える二次電池（１３）と、
前記二次電池（１３）の充電容量を検出する容量検出手段（１３ａ）と、
前記酸化剤ガス供給手段（３２、３３）の作動を制御するガス供給制御手段（１００ｂ）と、を備え、
前記酸化剤ガス供給手段（３２、３３）は、前記酸化剤ガスを圧縮して吐出する圧送ポンプ（３２）、前記圧送ポンプ（３２）にて圧縮された前記酸化剤ガスを蓄える蓄圧手段（３６）、前記蓄圧手段（３６）に蓄積された前記酸化剤ガスの圧力を調整する圧力調整手段（３７）を含んで構成され、
前記ガス供給制御手段（１００ｂ）は、前記電気負荷にて消費できない余剰電力が生じた場合に、前記二次電池（１３）の充電容量が予め設定された基準容量以上であるときには、前記圧送ポンプ（３２）を作動させ、前記圧送ポンプ（３２）にて圧縮された前記酸化剤ガスを前記蓄圧手段（３６）に蓄えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 A secondary battery (13) for storing electrical energy output from the fuel cell (1);
Capacity detection means (13a) for detecting the charge capacity of the secondary battery (13);
Gas supply control means (100b) for controlling the operation of the oxidant gas supply means (32, 33),
The oxidant gas supply means (32, 33) includes a pressure feed pump (32) that compresses and discharges the oxidant gas, and a pressure accumulation means (36) that stores the oxidant gas compressed by the pressure feed pump (32). ), Pressure adjusting means (37) for adjusting the pressure of the oxidant gas accumulated in the pressure accumulating means (36),
When the surplus power that cannot be consumed by the electric load is generated, the gas supply control means (100b) is configured to press the pump when the charge capacity of the secondary battery (13) is greater than or equal to a preset reference capacity. The fuel according to any one of claims 1 to 6 , characterized in that the oxidant gas compressed by the pressure pump (32) is stored in the pressure accumulating means (36). Battery system. 前記燃料電池（１）は、固体高分子からなる電解質膜（２）を有する電池セル（１ａ）を複数積層して構成された固体高分子電解質型燃料電池であって、
前記燃料ガス供給用マニホールド（８）にて構成される前記外管の内周側に挿嵌される前記内管（１０）、および前記酸化剤ガス供給用マニホールド（９）にて構成される前記外管の内周側に挿嵌される前記内管（１０）のうち、少なくとも一方の内管（１０）の内部に水を噴霧して供給するための水噴霧供給手段（３８）を備えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 The fuel cell (1) is a solid polymer electrolyte fuel cell configured by laminating a plurality of battery cells (1a) having an electrolyte membrane (2) made of a solid polymer,
The inner pipe (10) inserted on the inner peripheral side of the outer pipe constituted by the fuel gas supply manifold (8), and the oxidant gas supply manifold (9). Water spray supply means (38) for spraying and supplying water into at least one of the inner pipes (10) of the inner pipe (10) inserted and fitted on the inner peripheral side of the outer pipe is provided. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7 , wherein:
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