JPWO2006126746A1 - Fuel cell system and fuel cell operating method - Google Patents

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Abstract

所定ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、該燃料電池に供給される供給ガスを該燃料電池から排出される排出ガスに含まれる水分を用いて加湿する加湿器とを有する燃料電池システムであって、前記排出ガスに含まれて前記加湿器の下流へ排出される排出水分量の検出を行なう排出水分量検出手段と、前記検出結果に基づいて、前記排出水分量が所定量以上であると判断した場合に、前記加湿器の下流へ排出される前記排出水分量を制限する処理を行なう調整処理手段とを備えた燃料電池システムとする。この結果、適切な加湿の制御を実行することができる。A fuel cell system comprising: a fuel cell that generates power upon receiving a supply of a predetermined gas; and a humidifier that humidifies a supply gas supplied to the fuel cell using moisture contained in an exhaust gas discharged from the fuel cell. And a discharge water amount detecting means for detecting a discharge water amount contained in the exhaust gas and discharged to the downstream of the humidifier, and based on the detection result, the discharge water amount is a predetermined amount or more. If it is determined, the fuel cell system includes adjustment processing means for performing processing for limiting the amount of water discharged to the downstream of the humidifier. As a result, appropriate humidification control can be executed.

Description

本発明は、所定ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムに関し、詳しくは燃料電池からの排出ガスに含まれる水分を利用した加湿の制御に関する。  The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates electric power upon receiving a supply of a predetermined gas, and particularly relates to humidification control using moisture contained in exhaust gas from the fuel cell.

反応ガスとしての空気と水素ガスとを燃料電池に供給し、空気に含まれる酸素と、水素との電気化学反応を利用して発電する燃料電池システムでは、所定の発電効率を確保するため、燃料電池に供給される空気を加湿する必要がある。従来から、燃料電池システムでは、電気化学反応により酸素極側で生成された水分を含む排ガスを利用した加湿器を備え、燃料電池に供給する空気の加湿を行なう技術が知られている（例えば、特開２００２−７５４１８号公報参照）。
例えば、下記特許文献１では、燃料電池を通過した空気（以下、排ガスと呼ぶ）を、加湿器を介して外部に排出するシステムが開示されている。このシステムでは、排ガスの流路上であって、燃料電池と加湿器との間（つまり、加湿器の上流側）に第１の圧力制御弁を、加湿器の下流側に第２の圧力制御弁を、それぞれ備え、燃料電池に供給される空気の湿度が低い場合に、第２の圧力制御弁の開度を増やすことで加湿器内の圧力を下げる制御を行なっている。こうすることで、排ガスに含まれる水分を水蒸気とすることができ、加湿器の加湿効率を高めることができるとされている。In a fuel cell system in which air and hydrogen gas as reaction gases are supplied to a fuel cell and electric power is generated using an electrochemical reaction between oxygen contained in the air and hydrogen, the fuel cell system ensures the predetermined power generation efficiency. It is necessary to humidify the air supplied to the battery. Conventionally, in a fuel cell system, a technique for humidifying air supplied to a fuel cell with a humidifier using exhaust gas containing moisture generated on the oxygen electrode side by an electrochemical reaction is known (for example, JP, 2002-75418, A).
For example, Patent Document 1 below discloses a system that discharges air that has passed through a fuel cell (hereinafter referred to as exhaust gas) to the outside via a humidifier. In this system, a first pressure control valve is provided on the exhaust gas flow path between the fuel cell and the humidifier (that is, upstream of the humidifier), and a second pressure control valve is provided downstream of the humidifier. And when the humidity of the air supplied to the fuel cell is low, control is performed to reduce the pressure in the humidifier by increasing the opening of the second pressure control valve. By carrying out like this, it is supposed that the water | moisture content contained in waste gas can be made into water vapor | steam, and the humidification efficiency of a humidifier can be improved.

しかしながら、かかる技術では、燃料電池の外部へ排出される排ガスについては考慮されておらず、排出される排ガスの量によっては加湿器の加湿性能が低下するという問題があった。すなわち、排ガス中の水分量は、加湿器により全て使用されるわけではなく、その一部は排ガスとしての空気と共に外部に排出されてしまうからである。排ガス中に含まれる水分量は、燃料電池の発電に伴う生成水であり、発電量に応じて定まる量である。例えば、発電量を増大するため燃料電池への供給空気の流速を増やすと、排ガスの流速も増大する。こうした状況で水蒸気の量を増やしても、排ガスとして外部へ排出される水分量が増大し、結果的に、加湿に使用できる水分量が低下し、加湿器の加湿性能が低下してしまうおそれがあった。
本発明は、こうした加湿器の加湿性能の低下といった問題を踏まえて、適切な加湿の制御を実行する燃料電池システムを提供することを目的とする。
本発明の燃料電池システムは、上記課題を鑑み、以下の手法を採った。すなわち、所定ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池からの排出ガスの配管路に設けられ、該燃料電池に供給される供給ガスの少なくとも一種類を、該燃料電池から排出される排出ガスに含まれる水分を用いて加湿する加湿器と、
前記排出ガスに含まれて前記加湿器の下流へ排出される排出水分量の検出を行なう排出水分量検出手段と、
前記検出結果に基づいて、前記排出水分量が所定量以上であると判断した場合に、前記加湿器の下流へ排出される前記排出水分置を制限する処理を行なう調整処理手段と
を備えることを要旨としている。
本発明の燃料電池システムによれば、加湿器の下流へ排出される排出水分量を検出し、排出水分量が所定量以上となる場合には排出水分量を制限する。したがって、加湿器下流へ排出されてしまう水分量を抑制し、排出ガスに含まれる水分の多くを加湿器内での供給ガスの加湿に利用することができる。その結果、加湿器の加湿効率の低下を抑え、加湿器での適切な加湿に効果を奏する。
上記の構成の燃料電池システムの排出水分量検出手段は、前記排出ガスに含まれて前記加湿器の下流へ排出される排出水分量に影響を与える物理量により検出する手段であるものとしても良い。
かかる燃料電池システムによれば、排出水分量に影響を与える物理量を検出し、検出した物理量に基づき排出水分量を検出するから、物理量から間接的に排出水分量を求めることができる。
なお、こうした物理量としては、大気圧、燃料電池の排出ガスの出口温度、燃料電池の排出ガスの流速などが考えられるが、排出水分量に影響を与えるものであればどのような物理量であっても良い。
物理量が、大気圧である場合には、検出した大気圧が所定圧よりも低い場合に、排出水分量が所定量以上であると判断する。すなわち、大気圧が低い場合には加湿器内の圧力が低下し、排出水分量が所定量以上であると判断し、この場合に加湿器下流へ排出される水分量を抑制する。したがって、大気圧の低い環境下で燃料電池システムを稼動する場合であっても、適切な加湿を実行することができる。
また、物理量が出口温度である場合には、検出した出口温度が所定値よりも高い場合に、排出水分量が所定量以上であると判断する。すなわち、燃料電池から排出される排出ガスの温度が高い場合には、排ガスの含まれる水分が多く、排出水分量が所定量以上であると判断し、この場合に加湿器下流へ排出される水分量を抑制する。こうした一般的に検出される温度を用いることで、排出水分量の判断を容易に行なうことができる。
さらに、物理量が排出ガスの流速である場合には、検出した流速が所定値よりも高い場合に、排出水分量が所定量以上であると判断する。すなわち、排出ガスの流速が高い場合には、加湿器内を通過する流速も高くなり、加湿器内では十分な加湿が行なわれない。こうした流速が高い場合には排出水分量が所定量以上であると判断し、加湿器下流へ排出される水分量を抑制する。したがって、加湿器での適切な加湿を行なうことができる。
上記の構成の燃料電池システムは、さらに、前記排出ガスの流路上であって前記加湿器よりも下流側に、該排出ガスの圧力を調整することで前記燃料電池内の供給ガスの圧力を調整する下流側圧力調整弁を備え、前記流量調整処理手段は、前記加湿器下流への前記排出水分量の制限を、前記下流側圧力調整弁による圧力調整で実行するものとしても良い。
かかる燃料電池システムによれば、下流側圧力調整弁による圧力調整を実行することで、結果的に、排出される流量を制限することができる。つまり、圧力調整弁を加湿器の下流側に配置するのみで、比較的容易にシステムを構築することができる。
上記の構成の燃料電池システムは、さらに、前記排出ガスの流路上であって前記加湿器よりも上流側に、該排出ガスの圧力を調整することで前記燃料電池内の供給ガスの圧力を調整する上流側圧力調整弁を備え、前記流量調整処理手段は、前記排出水分量が所定量よりも少ないと判断した場合には、前記下流側圧力調整弁による圧力調整に代えて、前記上流側圧力調整弁による圧力調整を実行するものとしても良い。
かかる燃料電池システムによれば、排出水分量が少ない場合には、加湿器下流への流量を制限することなく、上流側圧力調整弁による圧力調整を実行する。燃料電池に近い上流側の圧力調整弁によって制御を行なうため、応答遅れなどを低減し、制御性の低下を抑制することができる。
上記の構成の燃料電池システムは、さらに、前記燃料電池における発電の状態に見合った要求加湿量を推定する要求加湿量推定手段を備え、前記流量調整処理手段は、前記推定された要求加湿量が所定値以下である場合には、前記排出水分量が所定量以上であるか否かの判断に係わらず、前記上流側圧力調整弁による圧力調整を実行するものとしても良い。
かかる燃料電池システムによれば、要求加湿量が少ない場合には、上流側圧力調整弁による処理を実行する。すなわち、排出水分量が所定量以上であると判断された場合であっても、必要とされる加湿量が少なくて良い場合には、加湿器の加湿効率よりも制御性を優先して上流側圧力調整弁による制御を実行する。したがって、必要なときに適切な加湿を実行することができる。
また、本発明は、燃料電池運転方法としても把握することもでき他、以下の態様を備えた燃料電池システムとして把握することができる。一つは、所定ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、該燃料電池に供給される供給ガスを該燃料電池から排出される排出ガスに含まれる水分を用いて加湿する加湿器とを有する燃料電池システムであって、前記排出ガスに含まれて前記加湿器の下流へ排出される排出水分量の検出を行なう排出水分量検出手段と、前記検出結果に基づいて、前記排出水分量が所定量以上であると判断した場合に、前記加湿器の下流へ排出される前記排出ガスの流量を制限する処理を行なう流量調整処理手段とを備えたシステムである。
また、もう一つは、所定ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池からの排出ガスの配管路に設けられ、該燃料電池に供給される供給ガスの少なくとも一種類を、該燃料電池から排出される排出ガスに含まれる水分を用いて加湿する加湿器と、前記排出ガスの状態量に基づいて、該排出ガスに含まれて前記加湿器の下流へ排出される排出水分量が増加する条件が成立するか否かを判断する判断手段と、前記排出水分量が増加する条件が成立すると判断した場合には、前記加湿器における加湿効率が向上するよう、該加湿器における前記排出ガスの圧力を増加する圧力増加手段とを備えるシステムである。However, this technology does not consider the exhaust gas discharged to the outside of the fuel cell, and there is a problem that the humidifying performance of the humidifier decreases depending on the amount of exhaust gas discharged. That is, the moisture content in the exhaust gas is not completely used by the humidifier, and a part thereof is discharged to the outside together with the air as the exhaust gas. The amount of water contained in the exhaust gas is generated water accompanying the power generation of the fuel cell, and is an amount determined according to the power generation amount. For example, if the flow rate of the supply air to the fuel cell is increased to increase the amount of power generation, the flow rate of the exhaust gas also increases. Even if the amount of water vapor is increased in such a situation, the amount of moisture discharged to the outside as exhaust gas increases, and as a result, the amount of moisture that can be used for humidification decreases, and the humidifying performance of the humidifier may decrease. there were.
An object of this invention is to provide the fuel cell system which performs appropriate humidification control in view of the problem of the humidification performance fall of such a humidifier.
In view of the above problems, the fuel cell system of the present invention employs the following method. That is, a fuel cell system including a fuel cell that generates power by receiving supply of a predetermined gas,
A humidifier provided in a piping for exhaust gas from the fuel cell and humidifying at least one kind of supply gas supplied to the fuel cell using moisture contained in the exhaust gas discharged from the fuel cell; ,
Exhaust water amount detection means for detecting the amount of exhaust water contained in the exhaust gas and discharged to the downstream of the humidifier,
Adjustment processing means for performing a process of restricting the discharged water amount discharged downstream of the humidifier when it is determined that the discharged water amount is a predetermined amount or more based on the detection result. It is a summary.
According to the fuel cell system of the present invention, the amount of discharged water discharged downstream of the humidifier is detected, and the amount of discharged water is limited when the amount of discharged water exceeds a predetermined amount. Therefore, it is possible to suppress the amount of moisture that is discharged downstream of the humidifier, and to use much of the moisture contained in the exhaust gas for humidifying the supply gas in the humidifier. As a result, a decrease in the humidification efficiency of the humidifier is suppressed, and an effect is provided for appropriate humidification in the humidifier.
The discharged water amount detecting means of the fuel cell system configured as described above may be a means for detecting by a physical quantity that is included in the exhaust gas and affects the discharged water amount discharged downstream of the humidifier.
According to such a fuel cell system, since the physical quantity that affects the discharged water quantity is detected and the discharged water quantity is detected based on the detected physical quantity, the discharged water quantity can be indirectly determined from the physical quantity.
These physical quantities may include atmospheric pressure, fuel cell exhaust gas outlet temperature, fuel cell exhaust gas flow rate, etc., but any physical quantity that affects the amount of moisture exhausted. Also good.
When the physical quantity is atmospheric pressure, it is determined that the amount of discharged water is greater than or equal to the predetermined amount when the detected atmospheric pressure is lower than the predetermined pressure. That is, when the atmospheric pressure is low, the pressure in the humidifier decreases, and it is determined that the amount of discharged water is greater than or equal to a predetermined amount. In this case, the amount of water discharged downstream of the humidifier is suppressed. Therefore, even when the fuel cell system is operated in an environment with a low atmospheric pressure, appropriate humidification can be performed.
Further, when the physical quantity is the outlet temperature, it is determined that the discharged water amount is equal to or greater than the predetermined amount when the detected outlet temperature is higher than the predetermined value. That is, when the temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell is high, it is determined that the moisture contained in the exhaust gas is large and the amount of discharged water is equal to or greater than a predetermined amount. In this case, the water discharged downstream of the humidifier Reduce the amount. By using such a generally detected temperature, it is possible to easily determine the amount of discharged water.
Further, when the physical quantity is the exhaust gas flow rate, when the detected flow rate is higher than a predetermined value, it is determined that the discharged water amount is greater than or equal to the predetermined amount. That is, when the exhaust gas flow rate is high, the flow rate passing through the humidifier also increases, and sufficient humidification is not performed in the humidifier. When such a flow rate is high, it is determined that the amount of discharged water is a predetermined amount or more, and the amount of water discharged downstream of the humidifier is suppressed. Therefore, appropriate humidification with a humidifier can be performed.
The fuel cell system configured as described above further adjusts the pressure of the supply gas in the fuel cell by adjusting the pressure of the exhaust gas on the exhaust gas flow path and downstream of the humidifier. The flow rate adjustment processing unit may limit the amount of discharged water downstream of the humidifier by adjusting the pressure with the downstream pressure adjustment valve.
According to such a fuel cell system, the flow rate to be discharged can be limited as a result by executing the pressure adjustment by the downstream pressure regulating valve. That is, the system can be constructed relatively easily only by disposing the pressure regulating valve on the downstream side of the humidifier.
The fuel cell system configured as described above further adjusts the pressure of the supply gas in the fuel cell by adjusting the pressure of the exhaust gas on the exhaust gas flow path and upstream of the humidifier. An upstream pressure regulating valve, and when the flow rate adjustment processing unit determines that the amount of drained water is less than a predetermined amount, the upstream pressure regulating valve is used instead of the pressure regulation by the downstream pressure regulating valve. It is good also as what performs pressure regulation by a regulating valve.
According to such a fuel cell system, when the amount of discharged water is small, the pressure adjustment by the upstream pressure regulating valve is executed without limiting the flow rate downstream of the humidifier. Since control is performed by a pressure regulating valve on the upstream side close to the fuel cell, response delay and the like can be reduced, and deterioration of controllability can be suppressed.
The fuel cell system configured as described above further includes required humidification amount estimation means for estimating a required humidification amount corresponding to the state of power generation in the fuel cell, and the flow rate adjustment processing means has the estimated required humidification amount When it is less than or equal to a predetermined value, pressure adjustment by the upstream pressure regulating valve may be executed regardless of whether or not the discharged water amount is greater than or equal to a predetermined amount.
According to such a fuel cell system, when the required humidification amount is small, the processing by the upstream pressure regulating valve is executed. That is, even when it is determined that the amount of discharged water is equal to or greater than a predetermined amount, if the amount of humidification required is small, the upstream side prioritizes controllability over the humidification efficiency of the humidifier. The control by the pressure regulating valve is executed. Therefore, appropriate humidification can be performed when necessary.
In addition, the present invention can be grasped as a fuel cell operation method, and can be grasped as a fuel cell system having the following modes. One includes a fuel cell that generates power upon receiving a supply of a predetermined gas, and a humidifier that humidifies the supply gas supplied to the fuel cell using moisture contained in the exhaust gas discharged from the fuel cell. In the fuel cell system, a discharge water amount detection means for detecting a discharge water amount included in the exhaust gas and discharged downstream of the humidifier, and the discharge water amount is determined based on the detection result. When it is determined that the amount is equal to or greater than the fixed amount, the system includes a flow rate adjustment processing unit that performs a process of limiting a flow rate of the exhaust gas discharged downstream of the humidifier.
The other is a fuel cell system including a fuel cell that generates electric power by receiving a supply of a predetermined gas, and is provided in a pipe line for exhaust gas from the fuel cell and supplied to the fuel cell. A humidifier that humidifies at least one kind of gas using moisture contained in the exhaust gas discharged from the fuel cell; and based on a state quantity of the exhaust gas, the humidifier included in the exhaust gas When it is determined that the condition for increasing the amount of discharged water discharged downstream is satisfied and the condition for increasing the amount of discharged water is satisfied, the humidifying efficiency in the humidifier is improved. And a pressure increasing means for increasing the pressure of the exhaust gas in the humidifier.

図１は、本発明の実施例としての燃料電池システムの概略構成図である。
図２は、本実施例の燃料電池システムにおける第１実施例の圧力調整処理を示すフローチャートである。
図３は、本実施例の燃料電池システムにおける第２実施例の圧力調整処理を示すフローチャートである。
図４は、第１実施例の圧力調整処理に要求加湿量の判断処理を加えた圧力調整処理のフローチャートである。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system as an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing the pressure adjustment process of the first embodiment in the fuel cell system of the present embodiment.
FIG. 3 is a flowchart showing the pressure adjustment process of the second embodiment in the fuel cell system of the present embodiment.
FIG. 4 is a flowchart of the pressure adjustment process in which the required humidification amount determination process is added to the pressure adjustment process of the first embodiment.

本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．燃料電池システムの概略構成：
Ｂ．第１実施例の圧力調整処理：
Ｃ．第２実施例の圧力調整処理：
Ｄ．変形例：
Ａ．燃料電池システムの概略構成：
図１は、本発明の実施例としての燃料電池システムの概略構成図である。この燃料電池システム１０は、反応ガスとしての水素ガスと空気との供給を受け、水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池２０を備え、燃料電池２０の発電した電力を動力とする図示しない車両に搭載されている。このシステム１０は、図示するように、燃料電池２０の他、燃料電池２０に水素ガスを供給する水素系統３０，燃料電池２０に空気を供給するエア系統４０，各部を制御する制御ユニット１２０などから構成されている。
燃料電池２０は、水素極（以下、アノードと呼ぶ）と酸素極（以下、カソードと呼ぶ）とを備えた単セル２１を複数枚有し、積層された複数枚の単セル２１を両端からエンドプレート２８，２９で挟み込んで形成されている。単セル２１は、セパレータ、アノード、電解質膜、カソード、セパレータを順に重ね合わせて構成され、セパレータには水素ガス，空気の流路がそれぞれ設けられている。これらの各種流体の流路は、エンドプレート２８に設けられた各種流体の入口ポートとそれぞれ接続されており、燃料電池２０の外部から入口ポートに供給された水素ガス，空気は、複数の単セル２１のそれぞれに滞りなく供給される。なお、エンドプレート２８には、冷媒の入口ポートも設けられており、外部から供給された冷媒は燃料電池２０を冷却している。
各単セル２１内のアノードに供給された水素ガスは、アノードを構成する触媒層の触媒作用を受けて水素イオンを発生する。この水素イオンは、電解質膜をカソード側へ透過し、カソードに供給された空気中の酸素と反応する。この電気化学反応により、単セル２１は発電する。燃料電池２０は、こうした単セル２１を複数直列に接続することで、高い電力を出力している。なお、本実施例では、電解質膜に固体高分子膜を使用している。こうした電解質膜は、所定範囲の湿潤状態で良好に作用する。
水素系統３０は、高圧の水素ガスを貯蔵する水素タンク３１，水素循環ポンプ３２や図示しないバルブ等から構成され、バルブにより圧力，流量を調整した水素ガスを燃料電池２０に供給している。燃料電池２０に供給された水素ガス中の水素は、上述の電気化学反応により消費されるが、その一部が消費されずに燃料電池２０から排出される場合がある。水素循環ポンプ３２は、燃料電池２０から排出された水素ガスを再度、燃料電池２０へ供給し、電気化学反応に使用されずに排出された水素を有効に利用している。なお、燃料電池２０への水素ガスの供給は、水素タンク３１からの供給に代えて、例えば、メタン、メタノール等を改質して水素を生成し、これを供給するものとしても良い。
エア系統４０は、大きくは、燃料電池２０に空気を供給する供給ラインと、燃料電池２０から排出された空気を後述する排気系統８０へ導く排気ラインとから構成されている。
供給ラインは、燃料電池２０に供給される空気の流れの上流から順に、内部に半導体のゲージを備えた大気圧センサ４７，空気中のごみやほこりを除去するエアクリーナ４１，熱線式のエアフロメータ４２，動力源としてモータを備えたエアコンプレッサ４３，空気を冷却して空気密度を高めるインタークーラ４４，供給される空気を加湿する加湿器４８と、こうした機器を接続する供給配管４５，４６等から構成され、エアコンプレッサ４３の駆動により大気中の空気を取り込んで、燃料電池２０に供給している。
エアコンプレッサ４３の駆動により外部から取り込む空気は、まず、エアクリーナ４１により浄化され、エアフロメータ４２を通過する。エアフロメータ４２を通過した空気は、エアコンプレッサ４３による圧縮の後、インタークーラ４４により冷却されて、加湿器４８により加湿される。こうして加湿された湿潤状態の空気は、燃料電池２０のエンドプレート２８と接続された供給配管４６を流れて、燃料電池２０に供給される。
本実施例では、加湿器４８として中空糸膜型の加湿装置を使用している。この加湿器４８内部には複数本の中空糸膜が設けられており、中空糸膜の外側（これを一次側と呼ぶ）に乾燥ガスを、中空糸膜の内側（これを二次側と呼ぶ）に湿潤ガスを、それぞれ通過させることで、一次側の乾燥ガスを加湿する。中空糸膜は、内側から外側に至る微細な毛管を複数備えており、二次側を通過する湿潤ガスの水蒸気は毛管現象により水分として吸い出される。こうして吸い出された水分は、一次側の乾燥ガスに供給される。
本実施例では、供給ライン上に加湿器４８の一次側を配置し、後述するように排気ライン上に加湿器４８の二次側を配置する。燃料電池２０から排出される空気は、上述の電気化学反応によりカソード側で発生した生成水を水蒸気として含んでいるため、湿潤状態のガスとなっている。この湿潤状態の排出された空気を利用することで、燃料電池２０に供給される空気を加湿している。
こうした空気の供給ラインにおいて、大気圧センサ４７は外部の大気圧として圧力Ｐ１を検出し、エアフロメータ４２は空気の流量ｑを検出する。検出された圧力Ｐ１，流量ｑは制御ユニット１２０に出力され、燃料電池システム１０の運転の制御、例えば、要求される発電量に対応した空気量を供給するためのエアコンプレッサ４３のモータ回転数の制御などに利用されている。
他方、排気ラインは、燃料電池２０から排出される空気の流れの上流から順に、サーミスタを内蔵した温度センサ５５，半導体式の圧力センサ５６，弁の開度により圧力を調整する第１調圧バルブ５０，上述の加湿器４８（二次側），第１調圧バルブ５０と同様な構造の第２調圧バルブ５８およびこれらを接続する排気配管５１，５２等から構成され、燃料電池２０から排出された空気は排気配管５１，５２を経て外部へ排出される。
この排気ライン上には、上述のように２つの調圧バルブ５０，５８を備えている。２つの調圧バルブ５０，５８は共に、燃料電池２０の出口における空気の圧力を調整し、燃料電池２０内に供給する空気の圧力を所定範囲に制御する。こうした出口圧力の調整（以下、これを出口圧力調整処理と呼ぶ）により、燃料電池２０内の電解質膜等に過大な負荷をかけることなく、適切に空気を供給することができる。なお、調圧バルブ５０，５８にはポペットタイプの弁体を使用しており、ポペット弁の進退動作によりバルブ開度を調整することで、圧力の調整を行なっている。バルブ開度の制御は、制御ユニット１２０により実行され、ポペット弁の駆動用モータの回転角を制御することで行なわれる。
こうした空気の排気ラインにおいて、温度センサ５５は燃料電池２０から排出された空気の温度Ｔを検出し、圧力センサ５６は燃料電池２０から排出された空気の圧力Ｐ２を検出する。検出された温度Ｔ，圧力Ｐ２は制御ユニット１２０に出力され、燃料電池システム１０の運転の制御に利用される。特に、本実施例では、加湿器４８における供給空気の加湿を適切に行なうための圧力調整処理に利用されている。圧力調整処理とは、上述の出口圧力調整処理を、所定条件に応じて、２つの調圧バルブ５０，５８のいずれかにより実行する処理である。例えば、加湿器４８の下流側である第２調圧バルブ５８により出口圧力調整処理が実行される場合には、加湿器４８内も所定範囲の圧力に調整され、加湿器４８内を通過して外部へ排出される空気の流量が調整される。こうして外部へ排出される空気の流量を調整することで、加湿器４８の加湿性能を向上することができる。この圧力調整処理については、後に詳しく説明する。
制御ユニット１２０は、ＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭ，タイマ，入出力ポート等を備えている。ＲＯＭには上述の圧力調整処理を行なうためのプログラムや、燃料電池システム１０全体を制御する種々のプログラムが記憶されている。ＣＰＵは、これらのプログラムをＲＡＭ上に展開して処理を実行している。入出力ポートには、各種センサおよび各種アクチュエータが接続されている。制御ユニット１２０は、各種センサからの信号を受け、車両の運転状態を判断し、各種アクチュエータを制御している。
具体的には、上述の大気圧センサ４７，圧力センサ５６，温度センサ５５，エアフロメータ４２，後述する出力系統９０の電流計９５，図示しないアクセルポジションセンサ，車速センサ等の各種センサから、それぞれ圧力Ｐ１，Ｐ２、温度Ｔ、空気流量ｑ、出力電流Ａ、アクセル開度θ、車速Ｖ等を入力し、要求される出力（電力）に対応して、エアコンプレッサ４３，第１調圧バルブ５０，第２調圧バルブ５８，水素循環ポンプ３２，後述する冷却系統７０のポンプ７２等を制御して燃料電池システム１０を運転している。
こうした構成からなる燃料電池システム１０の燃料電池２０は、上述の水素系統３０，エア系統４０の他、冷却系統７０，排気系統８０，出力系統９０等とも接続している。
冷却系統７０は、ラジエータ７１，ポンプ７２と、これらを接続する配管等から構成され、配管を介して燃料電池２０のエンドプレート２８と接続されている。燃料電池２０内部での電気化学反応は発熱反応であるため、内部の温度は上昇する。この温度上昇を抑えるために燃料電池２０に流入する冷却水（冷媒）は、ラジエータ７１にて冷却され、ポンプ７２により循環されている。
排気系統８０は、主にマフラ８１を備えており、エア系統４０の排気配管５２から流れてきた空気を、マフラ８１を介して大気中に排出する。なお、空気中に含まれる窒素は電解質膜を介してアノード側に漏れ出すことがあり、水素系統３０での水素ガスの循環により高濃度の窒素が生成される場合がある。図示は省略したが、排気系統８０は、水素系統３０とも接続しており、こうした窒素を空気で希釈し、所定のタイミングで外部へ排出している。
出力系統９０は、インバータ９１、車両の走行モータ９２、ＤＣ／ＤＣコンバータ９３、二次電池９４等から構成されている。燃料電池２０に供給された水素ガスと空気との電気化学反応により発電された電力は、インバータ９１を介して車両の走行モータ９２の駆動に使用され、例えば、定常走行時や減速時などに発生する余剰分は、モータ９２を発電機として用いて回生し、ＤＣ／ＤＣコンバータ９３を介して二次電池９４に蓄電されている。
以上の構成の本実施例の燃料電池システム１０において、大気圧センサ４７，温度センサ５５，エアフロメータ４２（エアコンプレッサ４３）と、制御ユニット１２０とは、特許請求の範囲における排出水分量検出手段を構成する。また、第１調圧バルブ５０は特許請求の範囲における上流側圧力調整弁を、第２調圧バルブ５８は特許請求の範囲における下流側圧力調整弁を、それぞれ示し、これらのバルブと制御ユニット１２０とは、特許請求の範囲の流量調整処理手段を構成する。
Ｂ．第１実施例の圧力調整処理：
図２は、本実施例の燃料電池システム１０における第１実施例としての圧力調整処理を示すフローチャートである。この処理は、燃料電池システム１０の起動によりエアコンプレッサ４３が外部からの空気を燃料電池２０に供給した後に、制御ユニット１２０にて実行される処理である。なお、燃料電池システム１０の起動と共に、第１調圧バルブ５０は所定の開度（デフォルト値）に設定され、また、第２調圧バルブ５８の開度は全開に設定される。すなわち、初期段階では、第１調圧バルブ５０により燃料電池２０の空気の出口圧力は所定範囲に調整される。
処理を開始すると、制御ユニット１２０は、大気圧センサ４７の検出値である圧力Ｐ１を入力する（ステップＳ２００）。続いて、入力した圧力Ｐ１が所定の基準圧力αよりも低いか否かを判断する（ステップＳ２１５）。
大気圧は、外部へ排出される空気流量中の水分量（排出水分量と呼ぶ）に影響を与える物理量であり、この大気圧を用いることで排出水分量、排出水分量の増減等が推定できる。ここでの判断ステップＳ２１５は、大気圧から排出水分量を求め、求めた排出水分量が所定量以上であるか否かの判断を、圧力に置き換えて行なうステップである。つまり、ここでの所定の基準圧力αは、排出水分量に基づく基準値として予め設定され、制御ユニット１２０のＲＯＭ内に記憶されている。なお、こうして排出水分量に基づき設定される基準圧力αは、燃料電池システム１０の外部環境が、いわゆる「高地」であるか否かを判断する基準圧力となる。
ステップＳ２１５で、圧力Ｐ１が基準圧力αよりも低い、つまり、大気圧が基準値よりも低く「高地」（高地条件）に該当する（Ｙｅｓ）と判断した場合には、第１調圧バルブ５０の開度を全開に設定し（ステップＳ２３０）、第２調圧バルブ５８による出口圧力調整処理を実行する（ステップＳ２４０）。初期段階で第１調圧バルブ５０による出口圧力調整処理が行なわれていた場合には、このステップにより、出口圧力調整処理を実行するバルブを切り換えることとなる。
第２調圧バルブ５８による出口圧力調整処理では、燃料電池２０の空気の出口圧力（結果的に入口圧力）を所定の圧力範囲内に収める制御が行なわれる。例えば、制御ユニット１２０において要求発電量に対して燃料電池２０の現状の発電量が過剰であると判断されると、制御ユニット１２０はエアコンプレッサ４３のモータ回転数を減少し、燃料電池２０に供給する空気の流量を減少させる制御を行なう。これに伴い排気配管５１の圧力は低下する。制御ユニット１２０は、圧力センサ５６の圧力値Ｐ２に基づいて排気配管５１の圧力低下を判断し、第２調圧バルブ５８の開度を減少し（つまり、流路を絞り）、低下した圧力値Ｐ２を上昇させる制御を行なう。
これに対し、制御ユニット１２０において燃料電池２０の現状の発電量が不足すると判断されると、制御ユニット１２０はエアコンプレッサ４３のモータ回転数を増加し、燃料電池２０に供給する空気の流量を増加させる制御を行なう。これに伴い排気配管５１の圧力は上昇する。制御ユニット１２０は、圧力センサ５６の圧力値Ｐ２に基づいて排気配管５１の圧力上昇を判断し、第２調圧バルブ５８の開度を増加し（つまり、流路を開放し）、上昇した圧力値Ｐ２を低下させる制御を行なう。
こうした処理を繰り返すことで、制御ユニット１２０は、燃料電池２０内の圧力を略一定に保持している。出口圧力調整処理の結果、加湿器４８の下流に排出される空気の流量は第２調圧バルブ５８により制限され、第２調圧バルブ５８よりも上流側に配置されている加湿器４８内の圧力は、大気圧よりも高い所定範囲の圧力に調整される。こうした処理を所定期間、実行した後、ＮＥＸＴに抜ける。この結果、上述した一連の処理は所定のタイミングで繰り返される。なお、第２調圧バルブ５８は、燃料電池２０の出口の目標圧力値から、加湿器４８の圧力損失（圧損）分を差し引いた圧力値に制御されている。
他方、ステップＳ２１５で、圧力Ｐ１が基準圧力α以上、つまり、大気圧が基準値よりも高く、高地条件に該当しない（Ｎｏ）と判断した場合には、第２調圧バルブ５８の開度を全開に設定し（ステップＳ２６０）、第１調圧バルブ５０による出口圧力調整処理を実行する（ステップＳ２７０）。初期段階で第１調圧バルブ５０による出口圧力調整処理が行なわれていた場合には、そのまま処理を継続することとなる。
第１調圧バルブ５０による出口圧力調整処理は、上述した第２調圧バルブ５８による処理と同様に実行され、燃料電池２０内の圧力を略一定に保持する。こうした処理を所定期間、実行した後、ＮＥＸＴに抜ける。この結果、上述した一連の処理は所定のタイミングで繰り返される。なお、第１調圧バルブ５０による出口圧力調整処理が実行されている場合には、第１調圧バルブ５０よりも下流側に配置された加湿器４８内の圧力は調圧されず、ほぼ大気圧程度となる。
以上の第１実施例の圧力調整処理によれば、大気圧が低く、高地条件に該当する場合には、加湿器４８の下流側の第２調圧バルブ５８を用いて、燃料電池２０内の圧力を調整する（空気の出口圧力を調整する）。つまり、制御ユニット１２０は、第２調圧バルブ５８の開度を減少し、流路を絞ることで、燃料電池２０内の空気の圧力を大気圧よりも高い所定範囲に調整する。その結果、加湿器４８内は大気圧より高い所定圧力に調整され、加湿器４８の加湿効率は、圧力が低い（例えば高地の大気圧）ときと比べて向上する。加湿効率が向上すると、加湿器４８を通過する空気の加湿に用いられる水分の割合は増加する。なお、加湿器４８の加湿効率が向上して加湿に用いられる水分の割合が増加すると、排出ガスと共に排出される水分量は結果的に低減するのである。
したがって、高地条件の環境下で、加湿器４８上流側の第１調圧バルブ５０により圧力調整を行なう場合に比べて、加湿器４８の外部へ排出してしまう水分量（排出水分量）を抑えることができる。換言すると、加湿器４８における水蒸気の交換効率の低下を抑制することができ、高地条件の環境下でも、空気の加湿を十分に行なうことができる。
例えば、高地条件の環境下において、加湿器４８の上流側の第１調圧バルブ５０により燃料電池２０内の圧力を調整した場合には、加湿器４８内（厳密には湿潤状態の空気が流れる側）の圧力は大気圧程度まで低下し、加湿効率は低くなるから、加湿に用いられる水分は減り、加湿器４８を通過する空気中の水蒸気量は増大する。これをそのまま外部に排出すると、多量の水蒸気（水分）が空気と共に排出される。本実施例の処理によれば、燃料電池２０から排出される空気の水分量（排出水分量）の所定量以上の増大を大気圧により判断し、加湿器４８内から持ち去られてしまう水分量を低減する。したがって、大気圧が低い高地条件での燃料電池システム１０の運転であっても、水分のバランスを確保した適切な加湿を行なうことができ、燃料電池２０の性能の低下を抑制することができる。
なお、高地条件に該当しない場合には、加湿器４８上流側での出口圧力調整処理を実行しているが、この場合には加湿器４８の加湿性能が大きく低下することはないため、適切な加湿を実行することができる。かかる場合に、燃料電２０の空気の出口に近い位置の調圧バルブ（第１調圧バルブ５０）により出口圧力調整処理を実行することで、出口圧力調整処理における応答性を向上することができる。なお、高地条件に該当するか否かについて、本実施例では、空気の取り入れ側に設けた大気圧センサ４７により検出した大気圧を用いたが、加湿器４８における排出ガスの状態量の一つとしてその圧力を検出し、この圧力が所定以下になれば、高地条件となっていると判断しても良い。またカーナビなどの装置から、標高のデータを取得して高地条件を判断しても差し支えない。排出ガスの状態量としては、後述する実施例、変形例で説明するように、排出ガスの温度や、流量（流速で代替）などを考えることができる。
本実施例では、固体高分子膜を電解質膜として用いるものとしたが、所定範囲の湿潤状態で良好に作用する電解質膜であれば、どのような電解質膜であっても良い。こうした電解質膜を有する燃料電池と、排出ガス中の水分を利用して供給空気を加湿する加湿器とを備えた燃料電池システムであれば、本実施例の圧力調整処理を適用し、適切な加湿を行なうことができる。
Ｃ．第２実施例の圧力調整処理：
第１実施例の圧力調整処理では、加湿器４８から排出される排出水分量の所定量以上の増大を、大気圧を基準として判断するものとしたが、第２実施例の圧力調整処理では、燃料電池２０の出口温度を基準として判断する。すなわち、第２実施例の圧力調整処理は、第１実施例の圧力調整処理とは水分量の増大の判断処理が異なり、その他の処理（いずれかの調圧バルブによる出口圧力調整処理）は第１実施例の圧力調整処理と同様である。したがって、出口圧力調整処理の部分については簡単に説明する。なお、第２実施例の圧力調整処理を実行するハード構成は、図１に示した燃料電池システム１０と基本的に同様であるため説明を省略する。
図３は、本実施例の燃料電池システム１０における第２実施例としての圧力調整処理を示すフローチャートである。この処理は、処理プログラムとして制御ユニット１２０のＲＯＭ内に記憶されており、ＣＰＵがＲＯＭ内からプログラムを読み出し、ＲＡＭ上に展開することで処理が実行される。
処理を開始すると、制御ユニット１２０は、温度センサ５５の検出値である燃料電池２０の空気の出口温度Ｔを入力する（ステップＳ３００）。続いて、出口温度Ｔが所定の基準温度βよりも高いか否かを判断する（ステップＳ３１５）。
第１実施例の大気圧の場合と同様、燃料電池２０の空気の出口温度は、排出水分量に影響を与える物理量であり、この出口温度を用いることで排出水分量、排出水分量の増減等が推定できる。ここでの判断ステップＳ３１５は、出口温度から排出水分量を求め、求めた排出水分量が所定量以上であるか否かの判断を、温度に置き換えて行なうステップである。つまり、ここでの所定の基準温度βは、排出水分量に基づく基準値として予め設定され、制御ユニット１２０のＲＯＭ内に記憶されている。
ステップＳ３１５で出口温度Ｔが基準温度βよりも高い、すなわち、空気中に含まれる水蒸気が増大していると判断した（Ｙｅｓ）場合には、第１調圧バルブ５０の開度を全開に設定し（ステップＳ３３０）、第２調圧バルブ５８による出口圧力調整処理を所定期間実行して（ステップＳ３４０）、ＮＥＸＴに抜ける。この結果、上述の一連の処理は所定のタイミングで繰り返される。この出口圧力調整処理は、図２に示した第１実施例の圧力調整処理のステップＳ２３０，Ｓ２４０と同様である。
他方、ステップＳ３１５で出口温度Ｔが基準温度βよりも低い、すなわち、空気中に含まれる水蒸気が増大していないと判断した（Ｎｏ）場合には、第２調圧バルブ５８の開度を全開に設定し（ステップＳ３６０）、第１調圧バルブ５０による出口圧力調整処理を所定期間実行して（ステップＳ３７０）、ＮＥＸＴに抜ける。この結果、上述の一連の処理は所定のタイミングで繰り返される。この出口圧力調整処理は、図２に示した第１実施例の圧力調整処理のステップＳ２６０，Ｓ２７０と同様である。
以上の第２実施例の圧力調整処理によれば、出口温度Ｔが高く、空気中に含まれる水蒸気が増大している場合に、第２調圧バルブ５８による出口圧力調整を実行し、加湿器４８下流へ排出される空気の流量を制限する。したがって、第１実施例の圧力調整処理と同様、加湿器４８の外部へ排出してしまう水分量（排出水分量）を抑え、加湿器４８による適切な加湿を行なうことができる。
また、燃料電池２０の空気の出口温度Ｔといった反応ガスの物理量は、燃料電池システム１０の制御上、一般的に検出されている。こうした物理量を圧力調整処理に用いることで、比較的容易にシステムを構築することができる。なお、排出水分量の所定量以上の増大を判断するに際し、出口温度Ｔに代えて、燃料電池２０に供給される空気の流量ｑを用いるものとしても良い。
この場合、図２のステップＳ３００，Ｓ３１５に代えて、制御ユニット１２０は、エアフロメータ４２の検出値（流量ｑ）を入力し、流量ｑと所定の基準値とを比較するものとすれば良い。流量ｑが所定の基準値を超えた場合には、ステップＳ３３０，Ｓ３４０の第２調圧バルブ５８による出口圧力調整処理を実行し、流量ｑが所定の基準値を超えない場合には、ステップＳ３６０，Ｓ３７０の第１調圧バルブ５０による出口圧力調整処理を実行する。
すなわち、単位時間あたりの供給流量ｑが所定基準値を超えるほど増大した場合には、燃料電池２０から排出される空気の流速も増大し、加湿器４８の加湿性能が低下すると判断する。この所定基準値も、第１，第２実施例と同様、排出水分量に基づいて設定される基準値である。
かかる場合には、加湿器４８の下流側の第２調圧バルブ５８による出口圧力調整処理を行なうことで、加湿器４８の下流へ排出される空気の流量を制限する。こうすることで、第１調圧バルブ５０を用いて出口圧力調整処理を実行した場合に比べて、加湿器４８の外部へ排出される水分量（排出水分量）を低減することができる。なお、供給される空気の流量（送気量）は、エアコンプレッサ４３のモータ回転数から推定するものとしても良い。
Ｄ．変形例：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施し得ることは勿論である。本実施例では、所定の基準値（αやβ）を設定するに際し、大気圧や出口温度などの物理量から排出水分量を求めるものとしたが、必ずしも排出水分量そのものを求める必要はない。例えば、排出水分量そのものは分からなくても、実験的に、物理量と排出水分量との間に強い相関があることが分かっていれば、圧力や温度の所定の基準値を設定することができる。
本実施例では、所定の基準値を境に、加湿器４８下流へ排出される流量を制限するものとしたが、排出水分量が大きいほど、流量の制限度合を大きくする制御（リニア制御）を行なうものとしても良い。例えば、大気圧を用いる場合には、検出した圧力値に応じて制限する流量を予め設定しておけば良い。
本実施例では、大気圧や出口温度、あるいは、供給空気の送気量などをそれぞれ単独で判断基準として用いるものとしたが、これらを全て入力し、いずれか一つが条件を満たせば、加湿器の下流に備えた調圧バルブによる出口圧力調整処理を実行するものとしても良い。
また、第１実施例の圧力調整処理および第２実施例の圧力調整処理では、大気圧や出口温度（あるいは、供給空気の送気量）に基づいて、加湿器の上流、下流に備えた２つの調圧バルブのいずれで出口圧力調整処理を実行するかを決定するものとしたが、さらに、燃料電池２０による適切な発電を行なうために必要となる要求加湿量を考慮して、出口圧力調整処理を実行する調圧バルブを決定するものとしても良い。
図４は、第１実施例の圧力調整処理に要求加湿量の判断処理を加えた圧力調整処理のフローチャートである。この処理は、図２に示した第１実施例の圧力調整処理と同様、制御ユニット１２０にて実行される。なお、第１実施例の圧力調整処理と同じ処理には、同一のステップ番号を付している。
処理を開始すると、制御ユニット１２０は、大気圧である圧力Ｐ１を入力し（ステップＳ２００）、大気圧が基準値より低いか否かを判断する（ステップＳ２１５）。ステップＳ２１５で、大気圧が基準値以上である（Ｎｏ）と判断した場合には、第２調圧バルブ５８を全開とし（ステップＳ２６０）、第１調圧バルブ５０による出口圧力調整処理（ステップＳ２７０）を所定期間実行して、ＮＥＸＴに抜ける。すなわち、所定の期間、加湿器４８の上流側で出口圧力調整処理を行なう。ＮＥＸＴに抜けた結果、上述の一連の処理は所定のタイミングで繰り返される。
これに対し、ステップＳ２１５で、大気圧が基準値よりも低い（Ｙｅｓ）と判断した場合には、各種センサの検出値から要求加湿量を算出する（ステップＳ４２０）。
具体的には、エアフロメータ４２の検出値から供給空気の量を、電流計９５の検出値から電気化学反応に使用された酸素の消費量，生成された水量を、温度センサ５５，圧力センサ５６，調圧バルブ５０，５８の開度から排出される空気の流量を、それぞれ算出し、これらの算出値から現状の燃料電池２０内の空気の保有水分量を求める。この保有水分量と、予め発電量に対して設定された水分量のマップとを比較し、適切な発電のために必要となる要求加湿量を算出する。
続いて、制御ユニット１２０は、こうして求めた要求加湿量が所定値γよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ４２５）。
ステップＳ４２５で、要求加湿量が所定値γよりも大きい（Ｙｅｓ）と判断した場合には、第１調圧バルブ５０を全開とし（ステップＳ２３０）、第２調圧バルブ５８による出口圧力調整処理（ステップＳ２４０）を所定期間実行して、ＮＥＸＴに抜ける。すなわち、所定の期間、加湿器４８の下流側で出口圧力調整処理を行なう。ＮＥＸＴに抜けた結果、上述の一連の処理は所定のタイミングで繰り返される。
他方、ステップＳ４２５で、要求加湿量が所定値γ以下である（Ｎｏ）と判断した場合には、第２調圧バルブ５８を全開とし（ステップＳ２６０）、第１調圧バルブ５０による出口圧力調整処理（ステップＳ２７０）を所定期間実行して、ＮＥＸＴに抜ける。すなわち、所定の期間、加湿器４８の上流側で出口圧力調整処理を行なう。ＮＥＸＴに抜けた結果、上述の一連の処理は所定のタイミングで繰り返される。
以上の圧力調整処理によれば、大気圧が低く、高地条件に該当すると判断しても、要求される加湿量が所定値以下である場合には、加湿器４８の上流側で出口圧力調整処理を実行する。つまり、排出水分量が所定量以上に増大すると判断しても、現状の燃料電池２０内で必要とされる加湿量は所定量以下であるため、加湿の必要性は高くない。こうした場合には、燃料電池２０の空気の出口圧力の応答性（制御性）を優先し、燃料電池２０の空気の出口に近い位置の第１調圧バルブ５０により出口圧力調整処理を実行する。こうすることで、応答性よく出口圧力の制御を行なうことができる。
本実施例では、加湿器の上流側と下流側に、それぞれ調圧バルブを設け、所定の条件で燃料電池の空気の出口圧力を調整するバルブを切り換えるものとしたが、必ずしもどちらかのバルブに切り換えて出口圧力調整処理を行なう必要はない。例えば、出口圧力調整処理は、基本的に加湿器の上流側のバルブで常に調圧するものとし、大気圧の低下、出口温度の上昇、排出される空気の流速の増大など、排出水分量が所定量以上に増大する可能性のある場合に、加湿器の下流側のバルブの開度を減少する（流路を絞る）ものとしても良い。こうすることで、外部へ排出される水分量を抑え、加湿器の加湿性能の低下を抑制することができる。さらには、２つのバルブの制御を容易なものとすることができる。Embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. General configuration of the fuel cell system:
B. Pressure adjustment processing of the first embodiment:
C. Pressure adjustment process of the second embodiment:
D. Variation:
A. General configuration of the fuel cell system:
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system as an embodiment of the present invention. The fuel cell system 10 includes a fuel cell 20 that receives supply of hydrogen gas as a reaction gas and air, and generates electric power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the air, and uses the electric power generated by the fuel cell 20 as power. It is mounted on a vehicle (not shown). As shown in the figure, the system 10 includes a fuel cell 20, a hydrogen system 30 that supplies hydrogen gas to the fuel cell 20, an air system 40 that supplies air to the fuel cell 20, a control unit 120 that controls each part, and the like. It is configured.
The fuel cell 20 has a plurality of single cells 21 each having a hydrogen electrode (hereinafter referred to as an anode) and an oxygen electrode (hereinafter referred to as a cathode), and the plurality of stacked single cells 21 are ended from both ends. It is formed by being sandwiched between plates 28 and 29. The single cell 21 is configured by sequentially stacking a separator, an anode, an electrolyte membrane, a cathode, and a separator, and the separator is provided with hydrogen gas and air flow paths, respectively. These various fluid flow paths are connected to various fluid inlet ports provided in the end plate 28, respectively, and hydrogen gas and air supplied from the outside of the fuel cell 20 to the inlet ports are a plurality of single cells. Each of 21 is supplied without delay. The end plate 28 is also provided with a refrigerant inlet port, and the refrigerant supplied from the outside cools the fuel cell 20.
The hydrogen gas supplied to the anode in each single cell 21 generates hydrogen ions under the catalytic action of the catalyst layer constituting the anode. The hydrogen ions permeate the electrolyte membrane to the cathode side and react with oxygen in the air supplied to the cathode. By this electrochemical reaction, the single cell 21 generates power. The fuel cell 20 outputs high power by connecting a plurality of such single cells 21 in series. In this embodiment, a solid polymer membrane is used as the electrolyte membrane. Such an electrolyte membrane works well in a predetermined range of wet conditions.
The hydrogen system 30 includes a hydrogen tank 31 that stores high-pressure hydrogen gas, a hydrogen circulation pump 32, a valve (not shown), and the like, and supplies hydrogen gas whose pressure and flow rate are adjusted by the valve to the fuel cell 20. Although hydrogen in the hydrogen gas supplied to the fuel cell 20 is consumed by the above-described electrochemical reaction, a part of the hydrogen gas may be discharged from the fuel cell 20 without being consumed. The hydrogen circulation pump 32 supplies the hydrogen gas discharged from the fuel cell 20 to the fuel cell 20 again, and effectively uses the hydrogen discharged without being used for the electrochemical reaction. Note that the supply of hydrogen gas to the fuel cell 20 may be performed by reforming methane, methanol, or the like to generate hydrogen and supplying this instead of the supply from the hydrogen tank 31.
The air system 40 mainly includes a supply line that supplies air to the fuel cell 20 and an exhaust line that guides air discharged from the fuel cell 20 to an exhaust system 80 described later.
The supply line includes, in order from the upstream of the air flow supplied to the fuel cell 20, an atmospheric pressure sensor 47 provided with a semiconductor gauge inside, an air cleaner 41 for removing dust and dust in the air, and a hot-wire air flow meter 42. , An air compressor 43 having a motor as a power source, an intercooler 44 for cooling air to increase the air density, a humidifier 48 for humidifying supplied air, and supply pipes 45, 46 for connecting these devices. Then, air in the atmosphere is taken in by driving the air compressor 43 and supplied to the fuel cell 20.
The air taken in from the outside by driving the air compressor 43 is first purified by the air cleaner 41 and passes through the air flow meter 42. The air that has passed through the air flow meter 42 is cooled by the intercooler 44 after being compressed by the air compressor 43, and is humidified by the humidifier 48. The humid air thus humidified flows through the supply piping 46 connected to the end plate 28 of the fuel cell 20 and is supplied to the fuel cell 20.
In this embodiment, a hollow fiber membrane type humidifier is used as the humidifier 48. A plurality of hollow fiber membranes are provided inside the humidifier 48, and a dry gas is provided outside the hollow fiber membrane (referred to as a primary side) and an inside of the hollow fiber membrane (referred to as a secondary side). ) Humidifies the primary side dry gas by passing the wet gas respectively. The hollow fiber membrane includes a plurality of fine capillaries from the inside to the outside, and the water vapor of the wet gas passing through the secondary side is sucked out as moisture by capillary action. The moisture sucked out in this way is supplied to the dry gas on the primary side.
In the present embodiment, the primary side of the humidifier 48 is arranged on the supply line, and the secondary side of the humidifier 48 is arranged on the exhaust line as will be described later. The air exhausted from the fuel cell 20 is a wet gas because it contains the generated water generated on the cathode side by the above-described electrochemical reaction as water vapor. The air supplied to the fuel cell 20 is humidified by using the exhausted air in the wet state.
In such an air supply line, the atmospheric pressure sensor 47 detects the pressure P1 as the external atmospheric pressure, and the air flow meter 42 detects the air flow rate q. The detected pressure P1 and flow rate q are output to the control unit 120 to control the operation of the fuel cell system 10, for example, the motor rotation speed of the air compressor 43 for supplying an air amount corresponding to the required power generation amount. It is used for control.
On the other hand, the exhaust line, in order from the upstream of the flow of air discharged from the fuel cell 20, is a temperature sensor 55 with a built-in thermistor, a semiconductor pressure sensor 56, and a first pressure regulating valve that adjusts the pressure by the valve opening. 50, the humidifier 48 (secondary side), the second pressure regulating valve 58 having the same structure as the first pressure regulating valve 50, and the exhaust pipes 51, 52 connecting them, etc., and discharged from the fuel cell 20. The discharged air is discharged to the outside through the exhaust pipes 51 and 52.
On the exhaust line, two pressure regulating valves 50 and 58 are provided as described above. The two pressure regulating valves 50 and 58 both adjust the pressure of air at the outlet of the fuel cell 20 and control the pressure of air supplied into the fuel cell 20 within a predetermined range. By adjusting the outlet pressure (hereinafter referred to as outlet pressure adjustment processing), air can be appropriately supplied without applying an excessive load to the electrolyte membrane or the like in the fuel cell 20. Note that poppet type valve bodies are used for the pressure regulating valves 50 and 58, and the pressure is adjusted by adjusting the valve opening degree by the forward and backward movement of the poppet valve. Control of the valve opening is executed by the control unit 120 and is performed by controlling the rotation angle of the motor for driving the poppet valve.
In such an air exhaust line, the temperature sensor 55 detects the temperature T of the air discharged from the fuel cell 20, and the pressure sensor 56 detects the pressure P2 of the air discharged from the fuel cell 20. The detected temperature T and pressure P2 are output to the control unit 120 and used for controlling the operation of the fuel cell system 10. In particular, in the present embodiment, it is used for pressure adjustment processing for appropriately humidifying the supply air in the humidifier 48. A pressure adjustment process is a process which performs the above-mentioned outlet pressure adjustment process by either of the two pressure regulation valves 50 and 58 according to predetermined conditions. For example, when the outlet pressure adjustment process is executed by the second pressure regulating valve 58 on the downstream side of the humidifier 48, the inside of the humidifier 48 is also adjusted to a predetermined range of pressure and passes through the humidifier 48. The flow rate of the air discharged to the outside is adjusted. Thus, the humidification performance of the humidifier 48 can be improved by adjusting the flow rate of the air discharged to the outside. This pressure adjustment process will be described in detail later.
The control unit 120 includes a CPU, ROM, RAM, timer, input / output port, and the like. The ROM stores a program for performing the above-described pressure adjustment processing and various programs for controlling the entire fuel cell system 10. The CPU develops these programs on the RAM and executes processing. Various sensors and various actuators are connected to the input / output port. The control unit 120 receives signals from various sensors, determines the driving state of the vehicle, and controls various actuators.
Specifically, the pressure is detected from various sensors such as the atmospheric pressure sensor 47, the pressure sensor 56, the temperature sensor 55, the air flow meter 42, an ammeter 95 of an output system 90 described later, an accelerator position sensor (not shown), a vehicle speed sensor, and the like. P1, P2, temperature T, air flow rate q, output current A, accelerator opening degree θ, vehicle speed V, and the like are input, and air compressor 43, first pressure regulating valve 50, The fuel cell system 10 is operated by controlling the second pressure regulating valve 58, the hydrogen circulation pump 32, a pump 72 of a cooling system 70 described later, and the like.
The fuel cell 20 of the fuel cell system 10 having such a configuration is connected to the cooling system 70, the exhaust system 80, the output system 90, and the like in addition to the hydrogen system 30 and the air system 40 described above.
The cooling system 70 includes a radiator 71, a pump 72, and piping that connects them, and is connected to the end plate 28 of the fuel cell 20 via the piping. Since the electrochemical reaction inside the fuel cell 20 is an exothermic reaction, the internal temperature rises. In order to suppress this temperature rise, the cooling water (refrigerant) flowing into the fuel cell 20 is cooled by the radiator 71 and circulated by the pump 72.
The exhaust system 80 mainly includes a muffler 81, and discharges air that has flowed from the exhaust pipe 52 of the air system 40 to the atmosphere via the muffler 81. Note that nitrogen contained in the air may leak to the anode side through the electrolyte membrane, and high-concentration nitrogen may be generated by the circulation of hydrogen gas in the hydrogen system 30. Although not shown, the exhaust system 80 is also connected to the hydrogen system 30, and such nitrogen is diluted with air and discharged to the outside at a predetermined timing.
The output system 90 includes an inverter 91, a vehicle travel motor 92, a DC / DC converter 93, a secondary battery 94, and the like. The electric power generated by the electrochemical reaction between the hydrogen gas and air supplied to the fuel cell 20 is used to drive the vehicle travel motor 92 via the inverter 91 and is generated, for example, during steady travel or deceleration. The surplus to be regenerated is regenerated using the motor 92 as a generator, and is stored in the secondary battery 94 via the DC / DC converter 93.
In the fuel cell system 10 of the present embodiment having the above-described configuration, the atmospheric pressure sensor 47, the temperature sensor 55, the air flow meter 42 (air compressor 43), and the control unit 120 are the discharge moisture amount detecting means in the claims. Constitute. The first pressure regulating valve 50 indicates an upstream pressure regulating valve in the claims, and the second pressure regulating valve 58 indicates a downstream pressure regulating valve in the claims. Constitutes a flow rate adjustment processing means in the claims.
B. Pressure adjustment processing of the first embodiment:
FIG. 2 is a flowchart showing the pressure adjustment process as the first embodiment in the fuel cell system 10 of the present embodiment. This process is a process executed by the control unit 120 after the air compressor 43 supplies air from the outside to the fuel cell 20 when the fuel cell system 10 is activated. As the fuel cell system 10 is activated, the first pressure regulating valve 50 is set to a predetermined opening (default value), and the opening of the second pressure regulating valve 58 is set to fully open. That is, in the initial stage, the outlet pressure of the air of the fuel cell 20 is adjusted to a predetermined range by the first pressure regulating valve 50.
When the process is started, the control unit 120 inputs a pressure P1 that is a detection value of the atmospheric pressure sensor 47 (step S200). Subsequently, it is determined whether or not the input pressure P1 is lower than a predetermined reference pressure α (step S215).
Atmospheric pressure is a physical quantity that affects the amount of moisture in the flow rate of air discharged to the outside (referred to as the amount of discharged water). By using this atmospheric pressure, the amount of discharged water, the increase or decrease in the amount of discharged water, etc. can be estimated. . The determination step S215 here is a step in which the amount of discharged water is obtained from atmospheric pressure, and the determination whether or not the obtained amount of discharged water is equal to or greater than a predetermined amount is replaced with pressure. That is, the predetermined reference pressure α here is preset as a reference value based on the amount of discharged water and is stored in the ROM of the control unit 120. The reference pressure α thus set based on the discharged water amount is a reference pressure for determining whether or not the external environment of the fuel cell system 10 is a so-called “high altitude”.
When it is determined in step S215 that the pressure P1 is lower than the reference pressure α, that is, the atmospheric pressure is lower than the reference value and corresponds to “high altitude” (high altitude condition) (Yes), the first pressure regulating valve 50 Is set to fully open (step S230), and outlet pressure adjustment processing by the second pressure regulating valve 58 is executed (step S240). If the outlet pressure adjustment process by the first pressure regulating valve 50 has been performed in the initial stage, the valve for executing the outlet pressure adjustment process is switched by this step.
In the outlet pressure adjustment process by the second pressure regulating valve 58, control is performed to keep the outlet pressure of the air of the fuel cell 20 (as a result, the inlet pressure) within a predetermined pressure range. For example, if the control unit 120 determines that the current power generation amount of the fuel cell 20 is excessive with respect to the required power generation amount, the control unit 120 reduces the motor rotation speed of the air compressor 43 and supplies the fuel cell 20 with the motor rotation number. Control is performed to reduce the flow rate of air. Along with this, the pressure in the exhaust pipe 51 decreases. The control unit 120 determines the pressure drop of the exhaust pipe 51 based on the pressure value P2 of the pressure sensor 56, reduces the opening of the second pressure regulating valve 58 (that is, restricts the flow path), and the reduced pressure value. Control is performed to raise P2.
On the other hand, if it is determined that the current power generation amount of the fuel cell 20 is insufficient in the control unit 120, the control unit 120 increases the motor rotation speed of the air compressor 43 and increases the flow rate of air supplied to the fuel cell 20. To control. Along with this, the pressure in the exhaust pipe 51 increases. The control unit 120 determines the pressure increase in the exhaust pipe 51 based on the pressure value P2 of the pressure sensor 56, increases the opening of the second pressure regulating valve 58 (that is, opens the flow path), and increases the pressure. Control is performed to decrease the value P2.
By repeating such processing, the control unit 120 keeps the pressure in the fuel cell 20 substantially constant. As a result of the outlet pressure adjustment process, the flow rate of the air discharged downstream of the humidifier 48 is limited by the second pressure regulating valve 58, and in the humidifier 48 disposed upstream of the second pressure regulating valve 58. The pressure is adjusted to a pressure in a predetermined range higher than the atmospheric pressure. After executing such a process for a predetermined period, the process goes to NEXT. As a result, the series of processes described above is repeated at a predetermined timing. The second pressure regulating valve 58 is controlled to a pressure value obtained by subtracting the pressure loss (pressure loss) of the humidifier 48 from the target pressure value at the outlet of the fuel cell 20.
On the other hand, if it is determined in step S215 that the pressure P1 is equal to or higher than the reference pressure α, that is, the atmospheric pressure is higher than the reference value and does not correspond to the high altitude condition (No), the opening degree of the second pressure regulating valve 58 is set. The fully open position is set (step S260), and the outlet pressure adjustment process by the first pressure regulating valve 50 is executed (step S270). If the outlet pressure adjustment process by the first pressure regulating valve 50 has been performed at the initial stage, the process is continued as it is.
The outlet pressure adjustment process by the first pressure regulating valve 50 is executed in the same manner as the process by the second pressure regulating valve 58 described above, and the pressure in the fuel cell 20 is kept substantially constant. After executing such a process for a predetermined period, the process goes to NEXT. As a result, the series of processes described above is repeated at a predetermined timing. In addition, when the outlet pressure adjustment process by the 1st pressure regulation valve 50 is performed, the pressure in the humidifier 48 arrange | positioned downstream from the 1st pressure regulation valve 50 is not regulated, but is substantially large. Atmospheric pressure.
According to the pressure adjustment process of the first embodiment described above, when the atmospheric pressure is low and the high altitude condition is satisfied, the second pressure regulating valve 58 on the downstream side of the humidifier 48 is used to Adjust pressure (adjust air outlet pressure). That is, the control unit 120 adjusts the pressure of the air in the fuel cell 20 to a predetermined range higher than the atmospheric pressure by reducing the opening of the second pressure regulating valve 58 and narrowing the flow path. As a result, the inside of the humidifier 48 is adjusted to a predetermined pressure higher than the atmospheric pressure, and the humidifying efficiency of the humidifier 48 is improved as compared with when the pressure is low (for example, the atmospheric pressure at high altitude). When the humidification efficiency is improved, the proportion of moisture used for humidifying the air passing through the humidifier 48 increases. In addition, if the humidification efficiency of the humidifier 48 is improved and the proportion of moisture used for humidification is increased, the amount of moisture discharged together with the exhaust gas is consequently reduced.
Therefore, the amount of water (exhaust water amount) discharged to the outside of the humidifier 48 is suppressed as compared with the case where pressure adjustment is performed by the first pressure regulating valve 50 upstream of the humidifier 48 under an environment of high altitude conditions. be able to. In other words, it is possible to suppress a decrease in water vapor exchange efficiency in the humidifier 48, and it is possible to sufficiently humidify the air even in an environment of high altitude conditions.
For example, when the pressure in the fuel cell 20 is adjusted by the first pressure regulating valve 50 on the upstream side of the humidifier 48 in an environment of high altitude conditions, the humidified air flows in the humidifier 48 (strictly, the air in a wet state flows). Side pressure) is reduced to about atmospheric pressure and the humidification efficiency is lowered, so that the moisture used for humidification is reduced and the amount of water vapor in the air passing through the humidifier 48 is increased. If this is discharged to the outside as it is, a large amount of water vapor (water) is discharged together with air. According to the process of the present embodiment, an increase in the amount of moisture (exhaust moisture) in the air discharged from the fuel cell 20 by a predetermined amount or more is determined from the atmospheric pressure, and the amount of moisture that is taken away from the humidifier 48 is determined. To reduce. Therefore, even in the operation of the fuel cell system 10 under a high altitude condition where the atmospheric pressure is low, it is possible to perform appropriate humidification while ensuring a moisture balance, and it is possible to suppress a decrease in the performance of the fuel cell 20.
If the high altitude condition is not met, the outlet pressure adjustment process is performed on the upstream side of the humidifier 48. However, in this case, the humidifying performance of the humidifier 48 does not greatly deteriorate, so that the appropriate Humidification can be performed. In such a case, the responsiveness in the outlet pressure adjustment process can be improved by executing the outlet pressure adjustment process with the pressure adjustment valve (first pressure adjustment valve 50) located near the air outlet of the fuel cell 20. . In this embodiment, the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor 47 provided on the air intake side is used to determine whether or not the high altitude condition is satisfied. However, one of the exhaust gas state quantities in the humidifier 48 is used. The pressure may be detected, and if the pressure falls below a predetermined level, it may be determined that the high altitude condition is satisfied. In addition, altitude data may be obtained by obtaining altitude data from a device such as a car navigation system. As the state quantity of the exhaust gas, the temperature of the exhaust gas, the flow rate (substitute with a flow rate), and the like can be considered as will be described in the examples and modifications described later.
In this embodiment, the solid polymer membrane is used as the electrolyte membrane. However, any electrolyte membrane may be used as long as the electrolyte membrane works well in a predetermined range of wet state. If the fuel cell system includes a fuel cell having such an electrolyte membrane and a humidifier that humidifies the supply air using moisture in the exhaust gas, the pressure adjustment processing of the present embodiment is applied, and appropriate humidification is performed. Can be performed.
C. Pressure adjustment process of the second embodiment:
In the pressure adjustment process of the first embodiment, an increase of a predetermined amount or more of the amount of discharged water discharged from the humidifier 48 is determined based on the atmospheric pressure, but in the pressure adjustment process of the second embodiment, Judgment is made based on the outlet temperature of the fuel cell 20. That is, the pressure adjustment process of the second embodiment is different from the pressure adjustment process of the first embodiment in the process of determining the increase in the amount of water, and the other processes (the outlet pressure adjustment process by any pressure regulating valve) are the first. This is the same as the pressure adjustment process of one embodiment. Therefore, the outlet pressure adjustment process will be briefly described. The hardware configuration for executing the pressure adjustment process of the second embodiment is basically the same as that of the fuel cell system 10 shown in FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing a pressure adjustment process as a second embodiment in the fuel cell system 10 of the present embodiment. This processing is stored in the ROM of the control unit 120 as a processing program, and the processing is executed by the CPU reading the program from the ROM and developing it on the RAM.
When the process is started, the control unit 120 inputs an air outlet temperature T of the fuel cell 20 that is a detection value of the temperature sensor 55 (step S300). Subsequently, it is determined whether or not the outlet temperature T is higher than a predetermined reference temperature β (step S315).
As in the case of the atmospheric pressure in the first embodiment, the temperature of the air outlet of the fuel cell 20 is a physical quantity that affects the amount of discharged water. By using this outlet temperature, the amount of discharged water, the increase or decrease of the amount of discharged water, etc. Can be estimated. The determination step S315 here is a step in which the amount of discharged water is obtained from the outlet temperature, and the determination as to whether or not the calculated amount of discharged water is equal to or greater than a predetermined amount is replaced with temperature. That is, the predetermined reference temperature β here is preset as a reference value based on the amount of discharged water, and is stored in the ROM of the control unit 120.
If it is determined in step S315 that the outlet temperature T is higher than the reference temperature β, that is, the water vapor contained in the air is increasing (Yes), the opening of the first pressure regulating valve 50 is set to fully open. (Step S330), the outlet pressure adjustment processing by the second pressure regulating valve 58 is executed for a predetermined period (Step S340), and the process goes to NEXT. As a result, the above-described series of processing is repeated at a predetermined timing. This outlet pressure adjustment process is the same as steps S230 and S240 of the pressure adjustment process of the first embodiment shown in FIG.
On the other hand, if it is determined in step S315 that the outlet temperature T is lower than the reference temperature β, that is, the water vapor contained in the air has not increased (No), the opening of the second pressure regulating valve 58 is fully opened. (Step S360), the outlet pressure adjustment process by the first pressure regulating valve 50 is executed for a predetermined period (step S370), and the process goes to NEXT. As a result, the above-described series of processing is repeated at a predetermined timing. This outlet pressure adjustment process is the same as steps S260 and S270 of the pressure adjustment process of the first embodiment shown in FIG.
According to the pressure adjustment process of the second embodiment described above, when the outlet temperature T is high and the water vapor contained in the air is increasing, the outlet pressure adjustment by the second pressure regulating valve 58 is executed, and the humidifier 48 Limit the flow rate of air discharged downstream. Therefore, similarly to the pressure adjustment process of the first embodiment, the amount of water (exhaust water amount) discharged to the outside of the humidifier 48 can be suppressed, and appropriate humidification by the humidifier 48 can be performed.
In addition, the physical quantity of the reaction gas such as the air outlet temperature T of the fuel cell 20 is generally detected for the control of the fuel cell system 10. By using these physical quantities for the pressure adjustment process, a system can be constructed relatively easily. It should be noted that the flow rate q of the air supplied to the fuel cell 20 may be used in place of the outlet temperature T when determining an increase of the discharged water amount by a predetermined amount or more.
In this case, instead of steps S300 and S315 in FIG. 2, the control unit 120 may input the detection value (flow rate q) of the air flow meter 42 and compare the flow rate q with a predetermined reference value. When the flow rate q exceeds the predetermined reference value, the outlet pressure adjustment process by the second pressure regulating valve 58 in steps S330 and S340 is executed, and when the flow rate q does not exceed the predetermined reference value, step S360. , S370, the outlet pressure adjustment process by the first pressure regulating valve 50 is executed.
That is, when the supply flow rate q per unit time increases to exceed a predetermined reference value, it is determined that the flow rate of the air discharged from the fuel cell 20 also increases and the humidification performance of the humidifier 48 decreases. This predetermined reference value is also a reference value set based on the amount of discharged water, as in the first and second embodiments.
In such a case, the flow rate of the air discharged downstream of the humidifier 48 is limited by performing outlet pressure adjustment processing by the second pressure regulating valve 58 on the downstream side of the humidifier 48. By doing so, the amount of water discharged to the outside of the humidifier 48 (discharged water amount) can be reduced as compared with the case where the outlet pressure adjustment process is executed using the first pressure regulating valve 50. Note that the flow rate of air to be supplied (air supply amount) may be estimated from the motor rotation speed of the air compressor 43.
D. Variation:
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and can of course be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention. . In this embodiment, when the predetermined reference values (α and β) are set, the amount of discharged water is determined from physical quantities such as atmospheric pressure and outlet temperature, but it is not always necessary to determine the amount of discharged water itself. For example, even if the amount of discharged water itself is not known, if it is experimentally known that there is a strong correlation between the physical amount and the amount of discharged water, a predetermined reference value of pressure or temperature can be set. .
In the present embodiment, the flow rate discharged downstream of the humidifier 48 is limited with a predetermined reference value as a boundary. However, the control (linear control) for increasing the flow rate restriction degree as the amount of discharged water increases. It may be done. For example, when atmospheric pressure is used, a flow rate to be limited may be set in advance according to the detected pressure value.
In the present embodiment, the atmospheric pressure, the outlet temperature, or the supply air amount of the supply air is used as a judgment criterion independently. However, if all of these are input and one of the conditions is satisfied, the humidifier It is good also as what performs the outlet pressure adjustment process by the pressure regulation valve provided downstream.
Further, in the pressure adjustment process of the first embodiment and the pressure adjustment process of the second embodiment, 2 provided upstream and downstream of the humidifier based on the atmospheric pressure and the outlet temperature (or the amount of supplied air). Although it is determined which of the two pressure regulating valves performs the outlet pressure adjustment process, the outlet pressure adjustment is further performed in consideration of the required humidification amount necessary for performing appropriate power generation by the fuel cell 20. It is good also as what determines the pressure regulation valve which performs a process.
FIG. 4 is a flowchart of the pressure adjustment process in which the required humidification amount determination process is added to the pressure adjustment process of the first embodiment. This process is executed by the control unit 120 as in the pressure adjustment process of the first embodiment shown in FIG. In addition, the same step number is attached | subjected to the same process as the pressure adjustment process of 1st Example.
When the process is started, the control unit 120 inputs the pressure P1 that is the atmospheric pressure (step S200), and determines whether the atmospheric pressure is lower than the reference value (step S215). If it is determined in step S215 that the atmospheric pressure is equal to or higher than the reference value (No), the second pressure regulating valve 58 is fully opened (step S260), and the outlet pressure adjustment processing by the first pressure regulating valve 50 (step S270). ) Is executed for a predetermined period, and the process returns to NEXT. That is, the outlet pressure adjustment process is performed on the upstream side of the humidifier 48 for a predetermined period. As a result of exiting from NEXT, the above-described series of processing is repeated at a predetermined timing.
On the other hand, if it is determined in step S215 that the atmospheric pressure is lower than the reference value (Yes), the required humidification amount is calculated from the detection values of various sensors (step S420).
Specifically, the amount of supplied air is determined from the detected value of the air flow meter 42, the amount of oxygen used for the electrochemical reaction is detected from the detected value of the ammeter 95, and the amount of water generated is the temperature sensor 55 and the pressure sensor 56. The flow rate of the air discharged from the opening degree of the pressure regulating valves 50 and 58 is calculated, respectively, and the current moisture content of the air in the fuel cell 20 is obtained from these calculated values. This retained moisture amount is compared with a map of moisture amount set in advance with respect to the power generation amount, and the required humidification amount necessary for appropriate power generation is calculated.
Subsequently, the control unit 120 determines whether or not the required humidification amount thus obtained is larger than a predetermined value γ (step S425).
If it is determined in step S425 that the required humidification amount is larger than the predetermined value γ (Yes), the first pressure regulating valve 50 is fully opened (step S230), and the outlet pressure adjusting process (second pressure regulating valve 58) ( Step S240) is executed for a predetermined period, and the process goes to NEXT. That is, the outlet pressure adjustment process is performed on the downstream side of the humidifier 48 for a predetermined period. As a result of exiting from NEXT, the above-described series of processing is repeated at a predetermined timing.
On the other hand, if it is determined in step S425 that the required humidification amount is equal to or less than the predetermined value γ (No), the second pressure regulating valve 58 is fully opened (step S260), and the outlet pressure adjustment by the first pressure regulating valve 50 is performed. The process (step S270) is executed for a predetermined period, and the process returns to NEXT. That is, the outlet pressure adjustment process is performed on the upstream side of the humidifier 48 for a predetermined period. As a result of exiting from NEXT, the above-described series of processing is repeated at a predetermined timing.
According to the pressure adjustment process described above, even if it is determined that the atmospheric pressure is low and the high altitude condition is satisfied, the outlet pressure adjustment process is performed on the upstream side of the humidifier 48 when the required humidification amount is equal to or less than the predetermined value. Execute. That is, even if it is determined that the amount of discharged water increases to a predetermined amount or more, the humidification amount required in the current fuel cell 20 is not more than the predetermined amount, so that the necessity for humidification is not high. In such a case, priority is given to the responsiveness (controllability) of the air outlet pressure of the fuel cell 20, and the outlet pressure adjustment processing is executed by the first pressure regulating valve 50 located near the air outlet of the fuel cell 20. By doing so, the outlet pressure can be controlled with good responsiveness.
In this embodiment, pressure regulating valves are provided on the upstream side and the downstream side of the humidifier, respectively, and the valve for adjusting the outlet pressure of the fuel cell air is switched under a predetermined condition. There is no need to switch the outlet pressure adjustment process. For example, the outlet pressure adjustment process is basically a constant pressure adjustment with a valve on the upstream side of the humidifier, and there is a certain amount of discharged water, such as a decrease in atmospheric pressure, an increase in outlet temperature, and an increase in the flow rate of discharged air. When there is a possibility of increasing beyond the fixed amount, the opening degree of the valve on the downstream side of the humidifier may be reduced (the flow path is narrowed). By carrying out like this, the amount of moisture discharged | emitted outside can be suppressed and the fall of the humidification performance of a humidifier can be suppressed. Furthermore, it is possible to easily control the two valves.

Claims (14)

所定ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池からの排出ガスの配管路に設けられ、該燃料電池に供給される供給ガスの少なくとも一種類を、該燃料電池から排出される排出ガスに含まれる水分を用いて加湿する加湿器と、
前記排出ガスに含まれて前記加湿器の下流へ排出される排出水分量の検出を行なう排出水分量検出手段と、
前記検出結果に基づいて、前記排出水分量が所定量以上であると判断した場合に、前記加湿器の下流へ排出される前記排出水分量を制限する処理を行なう調整処理手段と
を備える。A fuel cell system including a fuel cell that generates power by receiving a predetermined gas supply,
A humidifier provided in a piping for exhaust gas from the fuel cell and humidifying at least one kind of supply gas supplied to the fuel cell using moisture contained in the exhaust gas discharged from the fuel cell; ,
Exhaust water amount detection means for detecting the amount of exhaust water contained in the exhaust gas and discharged to the downstream of the humidifier,
Adjustment processing means for performing a process of limiting the amount of discharged water discharged downstream of the humidifier when it is determined that the amount of discharged water is equal to or greater than a predetermined amount based on the detection result. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記排出水分量検出手段は、前記排出水分量を、該排出水分量に影響を与える物理量により検出する。The fuel cell system according to claim 1,
The discharged water amount detecting means detects the discharged water amount by a physical quantity that affects the discharged water amount. 請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記排出水分量検出手段は、前記物理量として、大気圧を検出する圧力検出センサであり、
前記調整処理手段は、前記検出された大気圧が所定圧以下の場合に、前記排出水分量が所定量以上であると判断する。The fuel cell system according to claim 2, wherein
The discharged water amount detection means is a pressure detection sensor that detects atmospheric pressure as the physical quantity,
The adjustment processing unit determines that the amount of discharged water is equal to or greater than a predetermined amount when the detected atmospheric pressure is equal to or less than a predetermined pressure. 請求項２または３に記載の燃料電池システムであって、
前記排出水分量検出手段は、前記物理量として、前記燃料電池の排出ガスの出口での温度を検出する温度センサであり、
前記調整処理手段は、前記検出された温度が所定温度以上の場合に、前記排出水分量が所定量以上であると判断する。The fuel cell system according to claim 2 or 3,
The discharged water amount detection means is a temperature sensor that detects the temperature at the outlet of the exhaust gas of the fuel cell as the physical quantity,
The adjustment processing unit determines that the amount of discharged water is equal to or greater than a predetermined amount when the detected temperature is equal to or greater than a predetermined temperature. 請求項２ないし４のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記排出水分量検出手段は、前記物理量として、前記燃料電池の排出ガスの流速を検出する流速センサであり、
前記調整処理手段は、前記検出された流速が所定値以上の場合に、前記排出水分量が所定量以上であると判断する。The fuel cell system according to any one of claims 2 to 4,
The discharged water amount detection means is a flow rate sensor that detects the flow rate of the exhaust gas of the fuel cell as the physical quantity,
The adjustment processing unit determines that the amount of discharged water is equal to or greater than a predetermined amount when the detected flow velocity is equal to or greater than a predetermined value. 請求項２ないし５のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記調整処理手段は、
前記排出ガスの配管路であって前記加湿器よりも下流側に、該排出ガスの圧力を調整することで前記燃料電池内の供給ガスの圧力を調整する下流側圧力調整弁を備え、
前記加湿器下流への前記排出水分量の制限を、前記下流側圧力調整弁による圧力調整で実行する。A fuel cell system according to any one of claims 2 to 5,
The adjustment processing means includes
A downstream pressure adjusting valve that adjusts the pressure of the supply gas in the fuel cell by adjusting the pressure of the exhaust gas on the exhaust gas piping downstream of the humidifier;
Limiting the amount of discharged water downstream of the humidifier is executed by pressure adjustment by the downstream pressure regulating valve. 請求項６に記載の燃料電池システムであって、
前記調整処理手段は、
前記排出ガスの配管路であって前記加湿器よりも上流側に、該排出ガスの圧力を調整することで前記燃料電池内の供給ガスの圧力を調整する上流側圧力調整弁を備え、
前記排出水分量が所定量よりも少ないと判断した場合には、前記下流側圧力調整弁による圧力調整に代えて、前記上流側圧力調整弁による圧力調整を実行する
燃料電池システム。The fuel cell system according to claim 6,
The adjustment processing means includes
An upstream pressure regulating valve that regulates the pressure of the supply gas in the fuel cell by adjusting the pressure of the exhaust gas on the upstream side of the humidifier in the exhaust gas pipe line;
When it is determined that the amount of discharged water is less than a predetermined amount, the fuel cell system executes pressure adjustment by the upstream pressure adjustment valve instead of pressure adjustment by the downstream pressure adjustment valve. 請求項７に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃料電池における発電の状態に見合った要求加湿量を推定する要求加湿量推定手段を備え、
前記流量調整処理手段は、前記推定された要求加湿量が所定値以下である場合には、前記排出水分量が所定量以上であるか否かの判断に係わらず、前記上流側圧力調整弁による圧力調整を実行する
燃料電池システム。The fuel cell system according to claim 7, further comprising:
A required humidification amount estimating means for estimating a required humidification amount commensurate with the state of power generation in the fuel cell,
When the estimated required humidification amount is less than or equal to a predetermined value, the flow rate adjustment processing means uses the upstream pressure adjustment valve regardless of whether or not the discharged moisture amount is greater than or equal to a predetermined amount. A fuel cell system that performs pressure regulation. 所定ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池からの排出ガスの配管路に設けられ、該燃料電池に供給される供給ガスの少なくとも一種類を、該燃料電池から排出される排出ガスに含まれる水分を用いて加湿する加湿器と、
前記排出ガスの状態量に基づいて、該排出ガスに含まれて前記加湿器の下流へ排出される排出水分量が増加する条件が成立するか否かを判断する判断手段と、
前記排出水分量が増加する条件が成立すると判断した場合には、前記加湿器における加湿効率が向上するよう、該加湿器における前記排出ガスの圧力を増加する圧力増加手段と
を備える。A fuel cell system including a fuel cell that generates power by receiving a predetermined gas supply,
A humidifier provided in a piping for exhaust gas from the fuel cell and humidifying at least one kind of supply gas supplied to the fuel cell using moisture contained in the exhaust gas discharged from the fuel cell; ,
Determination means for determining whether or not a condition for increasing the amount of moisture contained in the exhaust gas and discharged to the downstream of the humidifier is satisfied based on the state quantity of the exhaust gas;
Pressure increase means for increasing the pressure of the exhaust gas in the humidifier so as to improve the humidification efficiency in the humidifier when it is determined that the condition for increasing the amount of discharged water is satisfied. 請求項９記載の燃料電池システムであって、
前記判断手段は、前記排出ガスの前記加湿器における圧力、温度、流量のいずれか一つに基づいて、前記条件の成立を判断する手段である。The fuel cell system according to claim 9, wherein
The determination means is means for determining whether the condition is satisfied based on any one of pressure, temperature, and flow rate of the exhaust gas in the humidifier. 請求項９または１０記載の燃料電池システムであって、
前記圧力増加手段は、前記加湿器の下流側に圧力調整弁を備え、該圧力調整弁を制御することにより前記圧力の増加を行なう。The fuel cell system according to claim 9 or 10, wherein
The pressure increasing means includes a pressure regulating valve on the downstream side of the humidifier, and increases the pressure by controlling the pressure regulating valve. 所定ガスの供給を受けて発電する燃料電池の運転方法であって、
前記燃料電池からの排出ガスの配管路に設けられた加湿器により、該燃料電池に供給される供給ガスを、該燃料電池から排出される排出ガスに含まれる水分を用いて加湿し、
前記排出ガスに含まれて前記加湿器の下流へ排出される排出水分量の検出を行ない、
該検出された排出水分量に基づいて、前記加湿器の下流側に排出される前記排出水分量が所定量以上とならないように、該排出水分量を制限する。A method for operating a fuel cell that generates power by receiving a predetermined gas supply,
Humidifier provided in the exhaust gas piping from the fuel cell humidifies the supply gas supplied to the fuel cell using moisture contained in the exhaust gas discharged from the fuel cell,
Detecting the amount of moisture contained in the exhaust gas and discharged to the downstream of the humidifier,
Based on the detected amount of discharged water, the amount of discharged water is limited so that the amount of discharged water discharged to the downstream side of the humidifier does not exceed a predetermined amount. 燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池の運転方法であって、
前記燃料電池からの排出ガスの配管路に設けられた加湿器により、該燃料電池に供給される供給ガスを、該燃料電池から排出される排出ガスに含まれる水分を用いて加湿し、
前記排出ガスの状態量に基づいて、該排出ガスに含まれて前記加湿器の下流へ排出される排出水分量が増加する条件が成立するか否かを判断し、
前記排出水分量が増加する条件が成立すると判断した場合には、前記加湿器における加湿効率が向上するよう、該加湿器における前記排出ガスの圧力を増加する。A method of operating a fuel cell that generates power by receiving fuel gas supply,
Humidifier provided in the exhaust gas piping from the fuel cell humidifies the supply gas supplied to the fuel cell using moisture contained in the exhaust gas discharged from the fuel cell,
Based on the state quantity of the exhaust gas, it is determined whether or not a condition for increasing the amount of exhaust water contained in the exhaust gas and discharged downstream of the humidifier is satisfied,
When it is determined that the condition for increasing the amount of discharged water is satisfied, the pressure of the exhaust gas in the humidifier is increased so that the humidification efficiency in the humidifier is improved. 燃料ガスとしての水素ガスと酸化ガスとしての空気との供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムであって、
前記前記燃料電池からの前記空気系統の排出ガスの配管路に設けられ、該燃料電池に供給される前記空気を、該燃料電池から排出される排出ガスに含まれる水分を用いて加湿する加湿器と、
前記排出ガスに含まれて前記加湿器の下流へ排出される排出水分量の多寡に対応した物理量としての大気圧，該排出ガスの温度、および流量のうちの少なくとも一つを検出するセンサと、
前記加湿器の下流側に設けられ、該センサの検出結果に基づいて、前記排出水分量が所定量以上であると判断した場合に、前記排出ガスの流路を絞って、前記加湿器における前記排出ガスの圧力を増加する調圧弁と
を備える。A fuel cell system including a fuel cell that generates electricity by receiving supply of hydrogen gas as a fuel gas and air as an oxidizing gas,
A humidifier that is provided in a pipe line for exhaust gas from the fuel cell and that humidifies the air supplied to the fuel cell using moisture contained in the exhaust gas discharged from the fuel cell. When,
A sensor that detects at least one of the atmospheric pressure, the temperature of the exhaust gas, and the flow rate as a physical quantity corresponding to the amount of the exhausted water included in the exhaust gas and discharged downstream of the humidifier;
Provided on the downstream side of the humidifier, and based on the detection result of the sensor, when it is determined that the amount of discharged water is equal to or greater than a predetermined amount, the flow path of the exhaust gas is narrowed down, and the humidifier in the humidifier And a pressure regulating valve for increasing the pressure of the exhaust gas.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2190052B1 (en) * 2007-09-21 2013-12-25 Panasonic Corporation Fuel cell system
JP2009110826A (en) * 2007-10-31 2009-05-21 Panasonic Corp Fuel cell system
JP4591896B2 (en) * 2007-11-27 2010-12-01 本田技研工業株式会社 Vehicle equipped with a fuel cell power system
JP5314333B2 (en) * 2008-06-19 2013-10-16 本田技研工業株式会社 Fuel cell vehicle and control method thereof in high altitude
EP2164123A1 (en) * 2008-09-15 2010-03-17 SFC Smart Fuel Cell AG Increased water and heat recovery from a direct methanol fuel cell system
JP5698410B2 (en) * 2012-04-16 2015-04-08 本田技研工業株式会社 Fuel cell system
KR101910919B1 (en) 2016-03-15 2018-10-23 현대자동차주식회사 A fuel cell control method and apparatus by estimating the amount of water
KR102552485B1 (en) * 2016-12-16 2023-07-06 현대자동차주식회사 Fuel cell system
JP6877803B1 (en) * 2020-12-11 2021-05-26 株式会社フクハラ Compressed pneumatic circuit structure connected to the fuel cell
JP2022143747A (en) * 2021-03-18 2022-10-03 本田技研工業株式会社 Fuel cell system and low temperature start method thereof
FR3123764B1 (en) * 2021-06-02 2023-04-28 Safran Power Units Method and module for controlling a valve for regulating the internal pressure of a fluid circuit in an electrochemical device
DE102021213328A1 (en) 2021-11-26 2023-06-01 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Fuel cell system and method for operating a fuel cell system
EP4266432A1 (en) * 2022-04-19 2023-10-25 Volvo Truck Corporation An air management system and a method for controlling intake air pressure and exhaust back pressure of a fuel cell system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002075418A (en) * 2000-08-30 2002-03-15 Honda Motor Co Ltd Humidifying device for fuel cell
JP2005174649A (en) * 2003-12-09 2005-06-30 Nissan Motor Co Ltd Humidifier for fuel cell
JP2005347189A (en) * 2004-06-07 2005-12-15 Toyota Motor Corp Fuel cell system

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002535806A (en) * 1999-01-12 2002-10-22 テレダイン エナジー システムズ インコーポレイテッド A method and apparatus for maintaining a neutral water balance in a fuel cell system.
US6376111B1 (en) * 2000-01-25 2002-04-23 General Motors Corporation System and method for controlling the humidity level of a fuel cell
JP4824853B2 (en) * 2000-07-18 2011-11-30 本田技研工業株式会社 Gas supply device for fuel cell
JP4672183B2 (en) * 2001-05-23 2011-04-20 本田技研工業株式会社 Fuel cell control device and fuel cell vehicle control device
JP3835357B2 (en) * 2002-06-12 2006-10-18 株式会社デンソー Fuel cell system
US20040258968A1 (en) * 2003-03-21 2004-12-23 Voss Mark G. Cathode inlet gas humidification system and method for a fuel cell system
US6939633B2 (en) * 2003-09-17 2005-09-06 General Motors Corporation Fuel cell shutdown and startup using a cathode recycle loop

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002075418A (en) * 2000-08-30 2002-03-15 Honda Motor Co Ltd Humidifying device for fuel cell
JP2005174649A (en) * 2003-12-09 2005-06-30 Nissan Motor Co Ltd Humidifier for fuel cell
JP2005347189A (en) * 2004-06-07 2005-12-15 Toyota Motor Corp Fuel cell system

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