JP2008053151A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
従来より、反応ガス(燃料ガス及び酸化ガス)の供給を受けて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが提案され、実用化されている。かかる燃料電池システムには、水素タンク等の燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料供給流路が設けられている。現在においては、この燃料供給流路に、燃料供給源からの燃料ガスの供給圧力を変化させる可変調圧弁を配置することにより、システムの運転状態に応じて燃料ガスの供給圧力を変化させる技術が提案されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell system including a fuel cell that generates power by receiving a supply of reaction gas (fuel gas and oxidizing gas) has been proposed and put into practical use. Such a fuel cell system is provided with a fuel supply channel for flowing fuel gas supplied from a fuel supply source such as a hydrogen tank to the fuel cell. At present, there is a technique for changing the fuel gas supply pressure in accordance with the operation state of the system by arranging a variable pressure control valve for changing the fuel gas supply pressure from the fuel supply source in the fuel supply channel. Proposed.
また、近年においては、流量調整用の開閉弁を燃料電池システムの燃料供給流路に並列に複数配置し、これら開閉弁の開閉動作を各々制御することにより、燃料供給流路内の燃料ガスの供給流量や供給圧力を調整する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
しかし、前記した特許文献1に記載されたような従来の技術(開閉弁を燃料供給流路に並列に複数配置し、これら開閉弁の開閉動作を各々制御する技術)を採用すると、開閉弁を配置するための分岐した並列流路を燃料供給流路の途中に新たに設ける必要がある等、燃料電池システムの構成が徒に複雑になるという問題がある。 However, when a conventional technique (a technique in which a plurality of open / close valves are arranged in parallel in the fuel supply flow path and controls the open / close operations of these open / close valves) as described in Patent Document 1 described above, There is a problem that the configuration of the fuel cell system is complicated, for example, it is necessary to newly provide a branched parallel flow path for placement in the middle of the fuel supply flow path.
また、前記した特許文献1に記載されたような従来の技術を採用すると、並列に配置された開閉弁が同時に開放された場合における燃料供給流路内のガス圧力と、これら開閉弁が同時に閉鎖された場合における燃料供給流路内のガス圧力と、の差(圧力変動幅)が大きくなる。このように燃料供給流路内の圧力変動幅が大きくなると、燃料電池内の各部品が断続的に大きな負荷を受けることとなるため、燃料電池の耐用期間が短縮されるおそれがある。 Further, when the conventional technique as described in Patent Document 1 described above is adopted, the gas pressure in the fuel supply passage when the on-off valves arranged in parallel are opened at the same time, and the on-off valves are simultaneously closed. In this case, the difference (pressure fluctuation range) from the gas pressure in the fuel supply flow path becomes large. Thus, when the pressure fluctuation width in the fuel supply flow path becomes large, each component in the fuel cell is intermittently subjected to a large load, which may shorten the useful life of the fuel cell.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池と、この燃料電池に供給される燃料ガスの状態を調整する開閉弁と、を備える燃料電池システムにおいて、システムの構成の簡素化を図るとともに、燃料電池に与える負荷を軽減することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in a fuel cell system including a fuel cell and an on-off valve that adjusts the state of the fuel gas supplied to the fuel cell, the system configuration is simplified. It aims at reducing the load given to a fuel cell.
前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料供給流路と、この燃料供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁と、を備える燃料電池システムであって、開閉弁は、燃料供給流路に複数直列に配置されてなるものである。 In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell, a fuel supply channel for flowing fuel gas supplied from a fuel supply source to the fuel cell, and an upstream of the fuel supply channel. The on-off valve is provided with an on-off valve that adjusts the gas state on the side and supplies the gas to the downstream side, and a plurality of on-off valves are arranged in series in the fuel supply channel.
かかる構成を採用すると、開閉弁を燃料供給流路に複数直列に配置しているため、開閉弁を並列に配置する場合のように分岐した並列流路を燃料供給流路の途中に新たに設ける必要がない。従って、システムの構成を簡素化することが可能となる。また、直列に配置された複数の開閉弁が同時に開放された場合における燃料供給流路内のガス圧力と、これら複数の開閉弁が同時に閉鎖された場合における燃料供給流路内のガス圧力と、の差(圧力変動幅)は、1個の開閉弁が開閉した場合の圧力変動幅より大きくなることがなく、さらに、これら複数の開閉弁の開閉時期をずらすことにより、燃料供給流路内の圧力変動幅を小さくすることができる。従って、燃料電池に与える負荷を軽減することが可能となる。なお、本発明において、「ガス状態」とは、流量、圧力、温度、モル濃度等で表されるガスの状態を意味し、特にガス流量及びガス圧力の少なくとも一方を含むものとする。 When such a configuration is adopted, a plurality of on-off valves are arranged in series in the fuel supply flow path, so that a parallel flow path branched as in the case where the on-off valves are arranged in parallel is newly provided in the middle of the fuel supply flow path. There is no need. Therefore, the system configuration can be simplified. Further, the gas pressure in the fuel supply passage when a plurality of on-off valves arranged in series are opened simultaneously, and the gas pressure in the fuel supply passage when the plurality of on-off valves are closed simultaneously, Difference (pressure fluctuation range) does not become larger than the pressure fluctuation range when one on-off valve opens and closes, and furthermore, by shifting the opening and closing timings of the plurality of on-off valves, The pressure fluctuation range can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the load applied to the fuel cell. In the present invention, the “gas state” means a gas state represented by a flow rate, pressure, temperature, molar concentration or the like, and particularly includes at least one of a gas flow rate and a gas pressure.
前記燃料電池システムにおいて、複数の開閉弁の作動時期を異ならせる制御手段を備えることができる。 The fuel cell system may include control means for varying the operation timings of the plurality of on-off valves.
かかる構成を採用すると、複数の開閉弁の作動時期を異ならせる(複数の開閉弁の開閉時期をずらす)ことができるので、燃料供給流路内の圧力変動幅を小さくすることができる。従って、燃料供給流路内の圧力変動に起因する燃料電池の劣化・損傷を抑制して燃料電池の耐用期間の長期化を実現させることが可能となる。 By adopting such a configuration, the operation timings of the plurality of on-off valves can be made different (the opening / closing timings of the plurality of on-off valves are shifted), so that the pressure fluctuation width in the fuel supply channel can be reduced. Accordingly, it is possible to suppress the deterioration and damage of the fuel cell due to the pressure fluctuation in the fuel supply flow path, and to realize the long life of the fuel cell.
また、前記燃料電池システムにおいて、インジェクタを開閉弁として採用することができる。 In the fuel cell system, an injector can be employed as an on-off valve.
インジェクタとは、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス状態(ガス流量やガス圧力)を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。所定の制御部がインジェクタの弁体を駆動して燃料ガスの噴射時期や噴射時間を制御することにより、燃料ガスの流量や圧力を制御することが可能となる。 An injector is an electromagnetically driven opening and closing that can adjust the gas state (gas flow rate and gas pressure) by driving the valve body directly with a predetermined driving cycle with electromagnetic driving force and separating it from the valve seat It is a valve. The predetermined control unit drives the valve body of the injector to control the fuel gas injection timing and injection time, whereby the flow rate and pressure of the fuel gas can be controlled.
また、前記燃料電池システムにおいて、複数の開閉弁として、所定の最短噴射時間で水素ガスの噴射を周期的に行うように構成された上流側インジェクタ及び下流側インジェクタを採用することができる。かかる場合において、上流側インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時を、下流側インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時に対して各々先行させることにより、下流側インジェクタの噴射開始時から上流側インジェクタの噴射停止時までの時間を新たな最短噴射時間とする制御手段を採用することができる。また、下流側インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時を、上流側インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時に対して各々先行させることにより、上流側インジェクタの噴射開始時から下流側インジェクタの噴射停止時までの時間を新たな最短噴射時間とする制御手段を採用してもよい。 In the fuel cell system, an upstream injector and a downstream injector configured to periodically inject hydrogen gas with a predetermined shortest injection time can be employed as the plurality of on-off valves. In such a case, the upstream injector is stopped from the start of injection of the downstream injector by preceding the start of injection and the stop of injection of the upstream injector with respect to the start of injection and stop of injection of the downstream injector, respectively. It is possible to employ a control means that sets the time until the new minimum injection time. In addition, from the start of the injection of the upstream injector to the stop of the injection of the downstream injector by making the injection start and injection stop of the downstream injector precede the injection start and injection stop of the upstream injector, respectively. Control means for setting the time to be the new shortest injection time may be adopted.
かかる構成を採用すると、上流側(下流側)インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時を、下流側(上流側)インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時に対して各々先行させることにより、下流側(上流側)インジェクタの噴射開始時から上流側(下流側)インジェクタの噴射停止時までの時間を新たな最短噴射時間とすることができる。新たな最短噴射時間は、上流側インジェクタと下流側インジェクタとの双方が開放される時間(燃料ガスが燃料供給流路内を流れる時間)であり、1個の上流側(下流側)インジェクタの最短噴射時間よりも短いため、燃料供給流路内の圧力変動幅を小さくすることができる。 By adopting such a configuration, the upstream side (downstream side) injector starts and stops before the downstream side (upstream side) injector starts and stops, respectively. Side) The time from the start of injection of the injector to the stop of injection of the upstream (downstream) injector can be set as a new shortest injection time. The new shortest injection time is the time during which both the upstream and downstream injectors are opened (the time during which the fuel gas flows through the fuel supply passage), and is the shortest of one upstream (downstream) injector. Since it is shorter than the injection time, the pressure fluctuation width in the fuel supply channel can be reduced.
本発明によれば、燃料電池と、この燃料電池に供給される燃料ガスの状態を調整する開閉弁と、を備える燃料電池システムにおいて、システムの構成を簡素化することが可能となるとともに、燃料電池に与える負荷を軽減することが可能となる。 According to the present invention, in a fuel cell system including a fuel cell and an on-off valve that adjusts the state of the fuel gas supplied to the fuel cell, the system configuration can be simplified, and the fuel It is possible to reduce the load applied to the battery.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システム1について説明する。本実施形態においては、本発明を燃料電池車両の車載発電システムに適用した例について説明することとする。 Hereinafter, a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to an on-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle will be described.
まず、図1〜図3を用いて、本発明の実施形態に係る燃料電池システム1の構成について説明する。本実施形態に係る燃料電池システム1は、図1に示すように、反応ガス(酸化ガス及び燃料ガス)の供給を受けて電力を発生する燃料電池10を備えるとともに、燃料電池10に酸化ガスとしての空気を供給する酸化ガス配管系2、燃料電池10に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系3、システム全体を統合制御する制御装置4等を備えている。
First, the structure of the fuel cell system 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 according to the present embodiment includes a
燃料電池10は、反応ガスの供給を受けて発電する単電池を所要数積層して構成したスタック構造を有している。燃料電池10により発生した電力は、PCU(Power Control Unit)11に供給される。PCU11は、燃料電池10とトラクションモータ12との間に配置されるインバータやDC‐DCコンバータ等を備えている。また、燃料電池10には、発電中の電流を検出する電流センサ13が取り付けられている。
The
酸化ガス配管系2は、加湿器20により加湿された酸化ガス(空気)を燃料電池10に供給する空気供給流路21と、燃料電池10から排出された酸化オフガスを加湿器20に導く空気排出流路22と、加湿器21から外部に酸化オフガスを導くための排気流路23と、を備えている。空気供給流路21には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器20に圧送するコンプレッサ24が設けられている。
The oxidant
水素ガス配管系3は、高圧の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク30と、水素タンク30の水素ガスを燃料電池10に供給するための燃料供給流路としての水素供給流路31と、燃料電池10から排出された水素オフガスを水素供給流路31に戻すための循環流路32と、を備えている。なお、水素タンク30に代えて、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、を燃料供給源として採用することもできる。また、水素吸蔵合金を有するタンクを燃料供給源として採用してもよい。
The hydrogen gas piping system 3 includes a
水素供給流路31には、水素タンク30からの水素ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁33と、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ34と、インジェクタ35a、35bと、が設けられている。また、上流側のインジェクタ35aの上流側には、水素供給流路31内の水素ガスの圧力及び温度を検出する一次側圧力センサ41及び温度センサ42が設けられている。また、上流側のインジェクタ35aの下流側であって下流側のインジェクタ35bの上流側と、下流側のインジェクタ35bの下流側であって水素供給流路31と循環流路32との合流部A1の上流側と、には、水素供給流路31内の水素ガスの圧力を検出する二次側圧力センサ43、44が設けられている。
The hydrogen
レギュレータ34は、その上流側圧力(一次圧)を、予め設定した二次圧に調圧する装置である。本実施形態においては、一次圧を減圧する機械式の調圧弁(減圧弁)をレギュレータ34として採用している。機械式調圧弁の構成としては、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする公知の構成(ダイアフラム式調圧弁)を採用することができる。
The
本実施形態においては、インジェクタ35a、35bの上流側にレギュレータ34を配置することにより、インジェクタ35a、35bの上流側圧力を効果的に低減させることができる。このため、インジェクタ35a、35bの機械的構造(弁体、筺体、流路、駆動装置等)の設計自由度を高めることができる。また、インジェクタ35a、35bの上流側圧力を低減させることができるので、インジェクタ35a、35bの上流側圧力と下流側圧力との差圧の増大に起因してインジェクタ35a、35bの弁体が移動し難くなることを抑制することができる。従って、インジェクタ35a、35bの下流側圧力の可変調圧幅を広げることができるとともに、インジェクタ35a、35bの応答性の低下を抑制することができる。
In the present embodiment, the upstream pressure of the
インジェクタ35a、35bは、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ35a、35bは、水素ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向(気体流れ方向)に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体と、を備えている。本実施形態においては、インジェクタ35a、35bの弁体は電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動され、このソレノイドに給電されるパルス状励磁電流のオン・オフにより、噴射孔の開口面積を2段階又は多段階に切り替えることができるようになっている。制御装置4から出力される制御信号によってインジェクタ35a、35bのガス噴射時間及びガス噴射時期が制御されることにより、水素ガスの流量及び圧力が高精度に制御される。インジェクタ35a、35bは、弁(弁体及び弁座)を電磁駆動力で直接開閉駆動するものであり、その駆動周期が高応答の領域まで制御可能であるため、高い応答性を有する。
The
インジェクタ35a、35bは、その下流に要求されるガス流量を供給するために、インジェクタ35a、35bのガス流路に設けられた弁体の開口面積(開度)及び開放時間の少なくとも一方を変更することにより、下流側(燃料電池10側)に供給されるガス流量(又は水素モル濃度)を調整する。なお、インジェクタ35a、35bの弁体の開閉によりガス流量が調整されるとともに、インジェクタ35a、35b下流に供給されるガス圧力がインジェクタ35a、35b上流のガス圧力より減圧されるため、インジェクタ35a、35bを調圧弁(減圧弁、レギュレータ)と解釈することもできる。また、本実施形態では、ガス要求に応じて所定の圧力範囲の中で要求圧力に一致するようにインジェクタ35a、35bの上流ガス圧の調圧量(減圧量)を変化させることが可能な電磁式の可変調圧弁と解釈することもできる。
The
なお、本実施形態においては、図1に示すように、水素供給流路31と循環流路32との合流部A1より上流側に、同一構造の2個のインジェクタ35a、35bを直列に配置している。また、図1に破線で示すように、燃料供給源として複数の水素タンク30を採用する場合には、各水素タンク30から供給される水素ガスが合流する部分(水素ガス合流部A2)よりも下流側にインジェクタ35a、35bを配置するようにする。上流側のインジェクタ35aは本発明における上流側インジェクタに相当し、下流側のインジェクタ35bは本発明における下流側インジェクタに相当する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, two
循環流路32には、気液分離器36及び排気排水弁37を介して、排出流路38が接続されている。気液分離器36は、水素オフガスから水分を回収するものである。排気排水弁37は、制御装置4からの指令によって作動することにより、気液分離器36で回収した水分と、循環流路32内の不純物を含む水素オフガス(燃料オフガス)と、を外部に排出(パージ)するものである。また、循環流路32には、循環流路32内の水素オフガスを加圧して水素供給流路31側へ送り出す水素ポンプ39が設けられている。なお、排気排水弁37及び排出流路38を介して排出される水素オフガスは、希釈器40によって希釈されて排気流路23内の酸化オフガスと合流するようになっている。
A
制御装置4は、車両に設けられた加速操作部材(アクセル等)の操作量を検出し、加速要求値(例えばトラクションモータ12等の負荷装置からの要求発電量)等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、負荷装置とは、トラクションモータ12のほかに、燃料電池10を作動させるために必要な補機装置(例えばコンプレッサ24、水素ポンプ39、冷却ポンプのモータ等)、車両の走行に関与する各種装置(変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等)で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置(エアコン)、照明、オーディオ等を含む電力消費装置を総称したものである。
The
制御装置4は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、CPU、ROM、RAM、HDD、入出力インタフェース及びディスプレイ等を備えるものであり、ROMに記録された各種制御プログラムをCPUが読み込んで実行することにより、各種制御動作が実現されるようになっている。
The
制御装置4は、燃料電池10の通常運転時に、下流側のインジェクタ35bを開放状態にし、上流側のインジェクタ35aのみを作動させて水素供給流路31内のガス状態(ガス圧力、ガス流量)を調整するようにしている。そして、システム作動中に上流側のインジェクタ35aに不具合が生じた場合には、上流側のインジェクタ35aを開放状態にし、下流側のインジェクタ35bを作動させて水素供給流路31内のガス状態を調整する。また、制御装置4は、燃料電池10に与える負荷を軽減する目的で、所定の時期(例えば高出力時)に2個のインジェクタ35a、35bの双方を作動させることにより、水素供給流路31内の圧力変動幅を低減させる。
During the normal operation of the
最初に、1個のインジェクタ35a(35b)のみを作動させる場合の制御態様について説明することとする。
First, a control mode in the case where only one
まず、制御装置4は、図2に示すように、燃料電池10の運転状態(電流センサ13で検出した燃料電池10の発電時の電流値)に基づいて、燃料電池10で消費される水素ガスの量(以下「水素消費量」という)を算出する(燃料消費量算出機能:B1)。本実施形態においては、燃料電池10の電流値と水素消費量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置4の演算周期毎に水素消費量を算出して更新することとしている。
First, as shown in FIG. 2, the
また、制御装置4は、燃料電池10の運転状態(電流センサ13で検出した燃料電池10の発電時の電流値)に基づいて、インジェクタ35a(35b)の下流位置における水素ガスの目標圧力値(燃料電池10への目標ガス供給圧)を算出する(目標圧力値算出機能:B2)。本実施形態においては、燃料電池10の電流値と目標圧力値との関係を表す特定のマップを用いて、制御装置4の演算周期毎に、二次側圧力センサ43(44)が配置された位置における目標圧力値を算出して更新することとしている。
Further, the
また、制御装置4は、算出した目標圧力値と、二次側圧力センサ43(44)で検出したインジェクタ35a(35b)の下流位置の圧力値(検出圧力値)と、の偏差に基づいてフィードバック補正流量を算出する(フィードバック補正流量算出機能:B3)。フィードバック補正流量は、目標圧力値と検出圧力値との偏差を低減させるために水素消費量に加算される水素ガス流量である。本実施形態においては、PI型フィードバック制御則を用いて、制御装置4の演算周期毎にフィードバック補正流量を算出して更新することとしている。
Further, the
また、制御装置4は、インジェクタ35a(35b)の上流のガス状態(一次側圧力センサ41で検出した水素ガスの圧力及び温度センサ42で検出した水素ガスの温度)に基づいて、インジェクタ35a(35b)の上流の静的流量を算出する(静的流量算出機能:B4)。本実施形態においては、インジェクタ35a(35b)の上流側の水素ガスの圧力及び温度と静的流量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置4の演算周期毎に静的流量を算出して更新することとしている。
Further, the
また、制御装置4は、インジェクタ35a(35b)の上流のガス状態(水素ガスの圧力及び温度)及び印加電圧に基づいてインジェクタ35a(35b)の無効噴射時間を算出する(無効噴射時間算出機能:B5)。ここで無効噴射時間とは、インジェクタ35a(35b)が制御装置4から制御信号を受けてから実際に噴射を開始するまでに要する時間を意味する。本実施形態においては、インジェクタ35a(35b)の上流側の水素ガスの圧力及び温度と印加電圧と無効噴射時間との関係を表す特定のマップを用いて、制御装置4の演算周期毎に無効噴射時間を算出して更新することとしている。
In addition, the
また、制御装置4は、水素消費量とフィードバック補正流量とを加算することにより、インジェクタ35a(35b)の噴射流量を算出する(噴射流量算出機能:B6)。そして、制御装置4は、インジェクタ35a(35b)の噴射流量を静的流量で除した値にインジェクタ35a(35b)の駆動周期を乗じることにより、インジェクタ35a(35b)の基本噴射時間を算出するとともに、この基本噴射時間と無効噴射時間とを加算してインジェクタ35a(35b)の総噴射時間を算出する(総噴射時間算出機能:B7)。駆動周期とは、インジェクタ35a(35b)の噴射孔の開閉状態を表す段状(オン・オフ)波形の周期を意味する。
The
そして、制御装置4は、以上の手順を経て算出したインジェクタ35a(35b)の総噴射時間を実現させるための制御信号を送出することにより、インジェクタ35a(35b)のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御して、燃料電池10に供給される水素ガスの流量及び圧力を調整する。なお、インジェクタ35a(35b)の最短噴射時間は、インジェクタ35a(35b)の仕様により決定される。本実施形態においては、図3(A)、(B)に示すように、インジェクタ35a(35b)の最短噴射時間をTとする。
And the
次に、2個のインジェクタ35a、35bの双方を作動させる場合の制御態様について説明することとする。
Next, a control mode in the case where both of the two
制御装置4は、2個のインジェクタ35a、35bの双方を作動させる場合に、2個のインジェクタ35a、35bの作動時期を異ならせる。具体的には、制御装置4は、図3(A)、(B)に示すように、上流側のインジェクタ35aの噴射開始時t1を下流側のインジェクタ35bの噴射開始時t2よりも早く設定するとともに、上流側のインジェクタ35aの噴射停止時t3を下流側のインジェクタ35bの噴射開始時t2よりも遅くかつ下流側のインジェクタ35bの噴射停止時t4よりも早く設定する。
When both the two
換言すれば、制御装置4は、上流側のインジェクタ35aの噴射開始時から最短噴射時間Tが経過する前に、下流側のインジェクタ35bの噴射を開始することにより、図3(C)に示すように、上流側のインジェクタ35aと下流側のインジェクタ35bとの双方が開放されて水素ガスが水素供給流路31内を流れる時間(T´:t2〜t3)をつくり出す。このように2個のインジェクタ35a、35bの双方が開放される時間T′は、2個のインジェクタ35a、35bを仮想的な1個のインジェクタ(デュアルインジェクタ)として機能させる場合の最短噴射時間(新たな最短噴射時間)となる。
In other words, the
新たな最短噴射時間T´は、図3(A)〜(C)に示すように、1個のインジェクタ35a(35b)の最短噴射時間Tよりも短くなる。このため、本実施形態におけるデュアルインジェクタを採用した場合のダイナミックレンジは、1個のインジェクタ35a(35b)を採用した場合のダイナミックレンジよりも大きくなる。新たな最短噴射時間T´は、下流側のインジェクタ35bの噴射開始時t2から上流側のインジェクタ35aの噴射停止時t3までに要する時間である。このため、下流側のインジェクタ35bの噴射開始時t2をより早くして上流側のインジェクタ35aの噴射開始時t1に近づけると、新たな最短噴射時間T´をより長くすることができる。一方、下流側のインジェクタ35bの噴射開始時t2をより遅くすると、新たな最短噴射時間T´をより短くすることができる。このように、制御装置4は本発明における制御手段として機能する。
The new shortest injection time T ′ is shorter than the shortest injection time T of one
以上説明した実施形態に係る燃料電池システム1においては、水素供給流路31に複数のインジェクタ35a、35bを直列に配置しているため、インジェクタ35a、35bを並列に配置する場合のように分岐した並列流路を水素供給流路31の途中に新たに設ける必要がない。従って、システムの構成を簡素化することが可能となる。また、直列に配置されたインジェクタ35a、35bが同時に開放された場合における水素供給流路31内のガス圧力と、これらインジェクタ35a、35bが同時に閉鎖された場合における水素供給流路31内のガス圧力と、の差(圧力変動幅)は、1個のインジェクタ35a(35b)が開閉した場合の圧力変動幅より大きくなることがなく、さらに、これらインジェクタ35a、35bの作動時期をずらすことにより、水素供給流路31内の圧力変動幅を小さくすることができる。従って、燃料電池10に与える負荷を軽減することが可能となるとともに、調圧精度を向上させることが可能となる。
In the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, since the plurality of
また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム1においては、複数のインジェクタ35a、35bの作動時期を異ならせる(複数のインジェクタ35a、35bの開閉時期をずらす)ことができるので、水素供給流路31内の圧力変動幅を小さくすることができる。具体的には、上流側のインジェクタ35aの噴射開始時t1及び噴射停止時t3を、下流側のインジェクタ35bの噴射開始時t2及び噴射停止時t4に対して各々先行させることにより、下流側のインジェクタ35bの噴射開始時t2から上流側インジェクタ35aの噴射停止時t3までの時間を新たな最短噴射時間T´とすることができる。新たな最短噴射時間T´は、上流側のインジェクタ35aと下流側のインジェクタ35bとの双方が開放される時間(水素ガスが水素供給流路31内を流れる時間)であり、1個のインジェクタ35a(35b)の最短噴射時間Tよりも短いため、水素供給流路31内の圧力変動幅を小さくすることができる。従って、水素供給流路31内の圧力変動に起因する燃料電池10の劣化・損傷を抑制して燃料電池10の耐用期間の長期化を実現させることが可能となる。
Further, in the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, the operation timings of the plurality of
なお、以上の実施形態においては、燃料電池システム1の水素ガス配管系3に循環流路32を設けた例を示したが、例えば、図4に示すように、燃料電池10に排出流路38を直接接続して循環流路32を廃止することもできる。かかる構成(デッドエンド方式)を採用した場合においても、前記実施形態と同様に2個のインジェクタ35a、35bを直列に配置し、制御装置4がこれらインジェクタ35a、35bの作動時期をずらすように制御することにより、同様の作用効果を得ることができる。
In the above embodiment, the example in which the
また、以上の実施形態においては、制御装置4が、燃料電池10の通常運転時に下流側のインジェクタ35bを開放状態にして上流側のインジェクタ35aのみを作動させた例を示したが、通常運転時に上流側のインジェクタ35bを開放状態にして下流側のインジェクタ35bのみを作動させることもできる。
In the above embodiment, the
また、以上の実施形態においては、2個のインジェクタ35a、35bの双方を作動させる場合に、制御装置4が上流側のインジェクタ35aの噴射開始時及び噴射停止時を下流側のインジェクタ35bの噴射開始時及び噴射停止時に対して先行させた例を示したが、下流側のインジェクタ35bの噴射開始時及び噴射停止時を上流側のインジェクタ35aの噴射開始時及び噴射停止時に対して先行させることもできる。
Further, in the above embodiment, when both the two
例えば、図5(A)、(B)に示すように、制御装置4は、下流側のインジェクタ35bの噴射開始時t2を上流側のインジェクタ35aの噴射開始時t1よりも早く設定するとともに、下流側のインジェクタ35bの噴射停止時t4を上流側のインジェクタ35aの噴射開始時t1よりも遅くかつ上流側のインジェクタ35aの噴射停止時t3よりも早く設定することができる。すなわち、制御装置4は、下流側のインジェクタ35bの噴射開始時t2から最短噴射時間Tが経過する前に、上流側のインジェクタ35aの噴射を開始することにより、図5(C)に示すように、上流側のインジェクタ35aと下流側のインジェクタ35bとの双方が開放されて水素ガスが水素供給流路31内を流れる時間(新たな最短噴射時間T´:t1〜t4)をつくり出すことができる。かかる場合において、上流側のインジェクタ35aの噴射開始時t1をより早くすると新たな最短噴射時間T´をより長くすることができ、上流側のインジェクタ35aの噴射開始時t1をより遅くすると新たな最短噴射時間T´をより短くすることができる。
For example, as shown in FIG. 5 (A), (B) , the
また、以上の実施形態においては、最短噴射時間が同一の2個のインジェクタ35a、35bを水素供給流路31に直列に配置した例を示したが、最短噴射時間が異なるインジェクタを複数直列に配置することもできる。かかる場合においても、複数のインジェクタの作動時期をずらす(一のインジェクタの噴射開始時及び噴射停止時を他のインジェクタの噴射開始時及び噴射停止時に対して各々先行させる)ことにより、水素供給流路31内の圧力変動幅を小さくすることができる。また、3個以上のインジェクタを水素供給流路31に直列に配置し、これらインジェクタの作動時期をずらすことにより、水素供給流路31内の圧力変動幅を小さくすることもできる。
In the above embodiment, the example in which the two
また、以上の実施形態においては、燃料電池10の通常運転時に1個のインジェクタ35a(35b)のみを作動させ、所定の時期(例えば高出力時)に2個のインジェクタ35a、35bの双方を作動させる例を示したが、2個のインジェクタ35a、35bの双方を常時作動させることもできる。また、アイドリング時に2個のインジェクタ35a、35bの双方を作動させると、アイドリング時において燃料電池車両の振動を抑制することができるとともに、燃料電池車両から発する音を低減させることが可能となる。
Further, in the above embodiment, only one
また、以上の実施形態においては、水素供給流路31のインジェクタ35a、35b上流側に遮断弁33及び第1のレギュレータ34aを設けた例を示したが、インジェクタ35a、35bは、可変調圧弁としての機能を果たすとともに、水素ガスの供給を遮断する遮断弁としての機能をも果たすため、必ずしも遮断弁33や第1のレギュレータ34aを設けなくてもよい。従って、インジェクタ35a、35bを採用すると遮断弁33や上流側のレギュレータ34aを省くことができるため、システムの小型化及び低廉化が可能となる。
Moreover, in the above embodiment, the example which provided the
また、以上の実施形態においては、本発明における開閉弁としてインジェクタ35a、35bを採用した例を示したが、開閉弁は燃料供給流路(水素供給流路31)の上流側のガス状態を調整して下流側に供給するものであればよく、インジェクタ35a、35bに限られるものではない。
Moreover, in the above embodiment, although the example which employ | adopted
また、以上の各実施形態においては、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した例を示したが、燃料電池車両以外の各種移動体(ロボット、船舶、航空機等)に本発明に係る燃料電池システムを搭載することもできる。また、本発明に係る燃料電池システムを、建物(住宅、ビル等)用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用してもよい。 Further, in each of the above embodiments, the example in which the fuel cell system according to the present invention is mounted on the fuel cell vehicle has been shown. However, the present invention is applied to various moving bodies (robots, ships, aircrafts, etc.) other than the fuel cell vehicle. Such a fuel cell system can also be mounted. Further, the fuel cell system according to the present invention may be applied to a stationary power generation system used as a power generation facility for a building (house, building, etc.).
1…燃料電池システム、4…制御装置(制御手段)、10…燃料電池、30…水素タンク(燃料供給源)、31…水素供給流路(燃料供給流路)、35a…上流側のインジェクタ(上流側インジェクタ、開閉弁)、35b…下流側のインジェクタ(下流側インジェクタ、開閉弁)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 4 ... Control apparatus (control means), 10 ... Fuel cell, 30 ... Hydrogen tank (fuel supply source), 31 ... Hydrogen supply flow path (fuel supply flow path), 35a ... Upstream injector ( Upstream injector, on-off valve), 35b ... Downstream injector (downstream injector, on-off valve).
Claims (5)
前記開閉弁は、前記燃料供給流路に複数直列に配置されてなるものである、
燃料電池システム。 A fuel cell, a fuel supply channel for flowing fuel gas supplied from a fuel supply source to the fuel cell, and an on-off valve that adjusts the gas state upstream of the fuel supply channel and supplies it downstream A fuel cell system comprising:
The on-off valve is arranged in series in the fuel supply flow path.
Fuel cell system.
請求項1に記載の燃料電池システム。 A control means for varying the operation timing of the plurality of on-off valves;
The fuel cell system according to claim 1.
請求項1又は2に記載の燃料電池システム。 The on-off valve is an injector;
The fuel cell system according to claim 1 or 2.
前記制御手段は、前記上流側インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時を、前記下流側インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時に対して各々先行させることにより、前記下流側インジェクタの噴射開始時から前記上流側インジェクタの噴射停止時までの時間を新たな最短噴射時間とするものである、
請求項3に記載の燃料電池システム。 The plurality of on-off valves are an upstream injector and a downstream injector configured to periodically inject hydrogen gas with a predetermined shortest injection time,
The control means precedes the upstream injector at the start of injection and the stop of the injection with respect to the downstream injector at the start of injection and the stop of injection, respectively, so that the upstream injector from the start of injection of the downstream injector. The time until the injection stop of the side injector is the new shortest injection time.
The fuel cell system according to claim 3.
前記制御手段は、前記下流側インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時を、前記上流側インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時に対して各々先行させることにより、前記
上流側インジェクタの噴射開始時から前記下流側インジェクタの噴射停止時までの時間を新たな最短噴射時間とするものである、
請求項3に記載の燃料電池システム。 The plurality of on-off valves are an upstream injector and a downstream injector configured to periodically inject hydrogen gas with a predetermined shortest injection time,
The control means makes the downstream start from the start of injection of the upstream injector by causing the start of injection and stop of injection of the downstream injector to precede the start of injection and stop of injection of the upstream injector, respectively. The time until the injection stop of the side injector is the new shortest injection time.
The fuel cell system according to claim 3.
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KR100952164B1 (en) | 2008-09-01 | 2010-04-12 | 한국에너지기술연구원 | Automatic control method of the hydrogen recirculation system using a multi-ejector |
JP2012119300A (en) * | 2010-12-03 | 2012-06-21 | Hyundai Motor Co Ltd | Fuel control device and method of vehicle use fuel cell system |
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KR100952164B1 (en) | 2008-09-01 | 2010-04-12 | 한국에너지기술연구원 | Automatic control method of the hydrogen recirculation system using a multi-ejector |
JP2012119300A (en) * | 2010-12-03 | 2012-06-21 | Hyundai Motor Co Ltd | Fuel control device and method of vehicle use fuel cell system |
US9214684B2 (en) | 2010-12-03 | 2015-12-15 | Hyundai Motor Company | Fuel control system and method for fuel cell system |
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