JP2009158250A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】インジェクタに起因した振動及び騒音の発生を極力抑制することが可能な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】 水素タンクと、水素タンクからの水素ガスが供給される燃料電池と、水素ガスのガス圧を燃料電池に対する負荷要求に応じた要求圧力に基づいて調圧して燃料電池へ供給するインジェクタ35とを備えた燃料電池システムであって、インジェクタ35の上流側には、水素タンクからの水素ガスのガス圧を燃料電池における最大負荷要求時の要求圧力に調圧するレギュレータ34aを備える。
【選択図】図3
【解決手段】 水素タンクと、水素タンクからの水素ガスが供給される燃料電池と、水素ガスのガス圧を燃料電池に対する負荷要求に応じた要求圧力に基づいて調圧して燃料電池へ供給するインジェクタ35とを備えた燃料電池システムであって、インジェクタ35の上流側には、水素タンクからの水素ガスのガス圧を燃料電池における最大負荷要求時の要求圧力に調圧するレギュレータ34aを備える。
【選択図】図3
Description
本発明は、反応ガスの供給を受けて電気化学反応により発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。
現在、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反応ガス配管に、オン・オフ制御されることでガス状態を調整するレギュレータを設けたものがある(例えば、特許文献1,2参照)。
しかし、レギュレータは、その構造上、燃料ガスの供給圧力を迅速に変化させることが困難である(すなわち応答性が低い)上に、目標圧力を多段階にわたって変化させるような高精度な調圧が不可能であるため、レギュレータに換えてインジェクタを設けることが行われている(例えば、特許文献3参照)。
特開2005−216519号公報
特開2005−302563号公報
特開2007−188857号公報
しかし、レギュレータは、その構造上、燃料ガスの供給圧力を迅速に変化させることが困難である(すなわち応答性が低い)上に、目標圧力を多段階にわたって変化させるような高精度な調圧が不可能であるため、レギュレータに換えてインジェクタを設けることが行われている(例えば、特許文献3参照)。
ところが、このようにインジェクタを採用すると、インジェクタのオン・オフ時に振動及び作動音や脈動音などの騒音が発生するため、このような振動及び騒音を極力抑制することが望まれる。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、インジェクタに起因した振動及び騒音の発生を極力抑制することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
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、燃料供給源と、該燃料供給源からの反応ガスが供給される燃料電池と、反応ガスのガス圧を前記燃料電池に対する負荷要求に応じた要求圧力に基づいて調圧して前記燃料電池へ供給するインジェクタとを備えた燃料電池システムであって、前記インジェクタの上流側に、前記燃料供給源からの反応ガスのガス圧を前記燃料電池における最大負荷要求時の要求圧力に調圧する調圧弁を備えている。
かかる構成によれば、最大負荷が要求された際、言い換えれば、インジェクタのみによって最大負荷に対応する要求圧力を実現させようとしたならば当該インジェクタの作動回数が最大となる際に、インジェクタを開状態とし、調圧弁にて調圧された反応ガスを、インジェクタを開閉動作させることなく、そのままインジェクタを通過させて燃料電池へ供給することができる。これにより、特に振動及び作動音や脈動音などの騒音が大きくなる最大負荷要求時における振動及び騒音の発生を極力抑制することができる。
また、本発明に係る燃料電池システムは、燃料供給源と、該燃料供給源からの反応ガスが供給される燃料電池と、反応ガスのガス圧を前記燃料電池に対する負荷要求に応じた要求圧力に基づいて調圧して前記燃料電池へ供給するインジェクタとを備えた燃料電池システムであって、前記インジェクタと並列にバイパス配管が設けられ、該バイパス配管には、前記燃料供給源からの反応ガスのガス圧を前記燃料電池における最大負荷要求時の要求圧力に調圧する調圧弁と、最大負荷要求時に開放される開閉弁とが設けられている。
かかる構成によれば、最大負荷が要求された際、言い換えれば、インジェクタのみによって最大負荷に対応する要求圧力を実現させようとしたならば当該インジェクタの作動回数が最大となる際に、インジェクタを閉状態とし、調圧弁が設けられたバイパス配管に反応ガスを流すことにより、インジェクタを開閉動作させることなく、燃料電池へ最大負荷要求時の要求圧力の反応ガスを供給することができる。これにより、特に振動及び作動音や脈動音などの騒音が大きくなる最大負荷要求時における振動及び騒音の発生を極力抑制することができる。
特に、ソレノイドへ通電することにより開放するノーマリークローズタイプのインジェクタを備えた場合には、最大負荷要求時にて、インジェクタを開放させるための電流の供給を不要とすることができ、燃料電池システム全体としての燃費の向上を図ることができる。
特に、ソレノイドへ通電することにより開放するノーマリークローズタイプのインジェクタを備えた場合には、最大負荷要求時にて、インジェクタを開放させるための電流の供給を不要とすることができ、燃料電池システム全体としての燃費の向上を図ることができる。
また、本発明に係る燃料電池システムは、燃料供給源と、該燃料供給源からの反応ガスが供給される燃料電池と、反応ガスのガス圧を前記燃料電池に対する負荷要求に応じた要求圧力に基づいて調圧して前記燃料電池へ供給するインジェクタとを備えた燃料電池システムであって、前記インジェクタと並列にバイパス配管が設けられ、該バイパス配管には、前記燃料供給源からの反応ガスのガス圧を前記燃料電池における最小負荷要求時の要求圧力に調圧する調圧弁が設けられている。
かかる構成によれば、最小負荷が要求された際に、インジェクタを閉状態とし、調圧弁が設けられたバイパス配管だけに反応ガスを流すことにより、インジェクタを開閉動作させることなく、燃料電池へ最小負荷要求時の要求圧力の反応ガスを供給することができる。
これにより、例えば燃料電池システムを搭載した車両のように、走行音などがないために振動及び作動音や脈動音などの騒音が目立つアイドリング時での最小負荷要求時においても、インジェクタの振動及び騒音の発生を極力抑制することができる。
これにより、例えば燃料電池システムを搭載した車両のように、走行音などがないために振動及び作動音や脈動音などの騒音が目立つアイドリング時での最小負荷要求時においても、インジェクタの振動及び騒音の発生を極力抑制することができる。
また、本発明に係る燃料電池システムは、燃料供給源と、該燃料供給源からの反応ガスが供給される燃料電池と、反応ガスのガス圧を前記燃料電池に対する負荷要求に応じた要求圧力に基づいて調圧して前記燃料電池へ供給するインジェクタとを備えた燃料電池システムであって、前記インジェクタの上流側に、前記燃料供給源からの反応ガスのガス圧を前記燃料電池における最大負荷要求時の要求圧力に調圧する調圧弁を備えるとともに、前記インジェクタと並列にバイパス配管が設けられ、該バイパス配管には、前記燃料供給源からの反応ガスのガス圧を前記燃料電池における最小負荷要求時の要求圧力に調圧する調圧弁が設けられている。
かかる構成によれば、最大負荷が要求された際には、インジェクタを開状態とし、上流側の調圧弁にて調圧された反応ガスを、インジェクタを開閉動作させることなく、そのままインジェクタ及びバイパス配管を通過させて燃料電池へ供給することができる。また、最小負荷が要求された際には、インジェクタを閉状態とし、調圧弁が設けられたバイパス配管だけに反応ガスを流すことにより、インジェクタを開閉動作させることなく、燃料電池へ最小負荷要求時の要求圧力の反応ガスを供給することができる。
これにより、特に振動及び作動音や脈動音などの騒音が大きくなる最大負荷要求時のみならず、例えば燃料電池システムを搭載した車両のように、走行音などがないために振動及び作動音や脈動音などの騒音が目立つアイドリング時での最小負荷要求時においても、振動及び騒音の発生を極力抑制することができる。
これにより、特に振動及び作動音や脈動音などの騒音が大きくなる最大負荷要求時のみならず、例えば燃料電池システムを搭載した車両のように、走行音などがないために振動及び作動音や脈動音などの騒音が目立つアイドリング時での最小負荷要求時においても、振動及び騒音の発生を極力抑制することができる。
本発明によれば、インジェクタに起因した振動及び騒音の発生を極力抑制することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。
(第1実施形態)
まず、第1実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。図1は、燃料電池システムのシステム構成図である。この燃料電池システム1は、燃料電池自動車の車載発電システムや船舶、航空機、電車あるいは歩行ロボット等のあらゆる移動体用の発電システム、さらには、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等に適用可能であるが、具体的には自動車用となっている。
まず、第1実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。図1は、燃料電池システムのシステム構成図である。この燃料電池システム1は、燃料電池自動車の車載発電システムや船舶、航空機、電車あるいは歩行ロボット等のあらゆる移動体用の発電システム、さらには、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等に適用可能であるが、具体的には自動車用となっている。
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)の供給を受けて電気化学反応により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。
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。
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。
水素ガス配管系3は、高圧(例えば70MPa)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。
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35と、が設けられている。また、インジェクタ35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、インジェクタ35の下流側であって水素供給流路31と循環流路32との合流部の上流側には、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が設けられている。
レギュレータ34は、その上流側圧力を、予め設定した圧力に調圧する装置である。本実施形態に係る燃料電池システム1においては、機械式の減圧弁である調圧弁をレギュレータ34として採用している。機械式の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減圧する公知の構成を採用することができる。
本実施形態に係る燃料電池システム1においては、図1に示すように、インジェクタ35の上流側にレギュレータ34を2個配置することにより、インジェクタ35の上流側圧力を効果的に低減させることができる。また、インジェクタ35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35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35の弁体が移動し難くなることを抑制することができる。
本実施形態に係る燃料電池システム1においては、図1に示すように、インジェクタ35の上流側にレギュレータ34を2個配置することにより、インジェクタ35の上流側圧力を効果的に低減させることができる。また、インジェクタ35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35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35の弁体が移動し難くなることを抑制することができる。
図2は、インジェクタ35を示す断面図である。このインジェクタ35は、水素供給流路31のガス状態を調整するもので、水素供給流路31の一部を構成するとともに、軸方向一端の円筒部45の内側に形成された口部51において水素供給流路31の水素タンク30側に配置され、一方の円筒部45と同軸をなす軸方向他端の円筒部46の内側に形成された口部52において水素供給流路31の燃料電池10側に配置される内部流路53が形成された金属製のシリンダ54を有している。
このシリンダ54には、口部51に繋がる第1通路部56と、この第1通路部56の口部51とは反対側に繋がる、第1通路部56よりも大径の第2通路部57と、この第2通路部57の第1通路部56とは反対側に繋がる、第2通路部57よりも大径の第3通路部58と、この第3通路部58の第2通路部57とは反対側に繋がる、第2通路部57及び第3通路部58よりも小径の第4通路部59とが形成されており、これらで内部流路53が構成されている。なお、円筒部45の外周部には環状のシール溝45aが形成されており、円筒部46の外周部にも環状のシール溝46aが形成されている。
このシリンダ54には、口部51に繋がる第1通路部56と、この第1通路部56の口部51とは反対側に繋がる、第1通路部56よりも大径の第2通路部57と、この第2通路部57の第1通路部56とは反対側に繋がる、第2通路部57よりも大径の第3通路部58と、この第3通路部58の第2通路部57とは反対側に繋がる、第2通路部57及び第3通路部58よりも小径の第4通路部59とが形成されており、これらで内部流路53が構成されている。なお、円筒部45の外周部には環状のシール溝45aが形成されており、円筒部46の外周部にも環状のシール溝46aが形成されている。
また、インジェクタ35は、両円筒部45,46間に形成されたこれらよりも大径の本体部47に、第4通路部59の第3通路部58側の開口部を囲むように設けられた例えばゴム等のシール性部材からなる弁座61と、第2通路部57に移動可能に挿入される円筒部62及び第3通路部58内に配置される第2通路部57よりも大径の傘部63を有し傘部63に斜めに連通穴64が形成された金属製の弁体65と、弁体65の円筒部62に一端側が挿入されると共に他端側が第1通路部56内に形成されたストッパ66に係止されることで弁体65を弁座61へ当接させて内部流路53を遮断するスプリング67と、弁体65を電磁駆動力によりスプリング67の付勢力に抗して第3通路部58の第2通路部57側の段部68に当接するまで移動させることで弁体65を弁座61から離間させて連通穴64で内部流路53を連通させるソレノイド69と、を有している。ここで、弁体65はシリンダ54の軸線方向に沿って作動する。
インジェクタ35の弁体65は、電磁駆動装置であるソレノイド69への通電制御により駆動され、このソレノイド69に給電されるパルス状励磁電流のオン・オフにより、内部流路53の開口面積を変更(本実施形態に係る燃料電池システム1では、全開と全閉の2段階に変更)することができるようになっている。そして、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35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35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35の内部流路53に設けられた弁体65による開口面積(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35の弁体65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35下流に供給されるガス圧力がインジェクタ35上流のガス圧力より減圧されるため、インジェクタ35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、本実施形態に係る燃料電池システム1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35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可変調圧弁と解釈することもできる。
本実施形態に係る燃料電池システム1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より上流側にインジェクタ35を配置している。ここでは、燃料供給源として複数の水素タンク30を採用しているため、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35を配置している。
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。
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。
制御装置4は、車両に設けられた加速操作装置(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。
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。
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。
制御装置4は、所定の手順を経て算出したインジェクタ35の総噴射時間を実現させるための制御信号を出力することにより、インジェクタ35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。
燃料電池システム1の通常運転時においては、水素タンク30から水素ガスが水素供給流路31を介して燃料電池10の燃料極に供給されるとともに、加湿調整された空気が空気供給流路21を介して燃料電池10の酸化極に供給されることにより、発電が行われる。この際、燃料電池10から引き出すべき電力(要求電力)が制御装置4で演算され、その発電量に応じた量の水素ガス及び空気が燃料電池10内に供給されるようになっている。本実施形態に係る燃料電池システム1においては、このような通常運転時において燃料電池10に供給される水素ガスの圧力を高精度に制御する。
図3に示すように、インジェクタ35の上流側のレギュレータ34aは、上流側の圧力P1を調圧して圧力P2とし、インジェクタ35は、レギュレータ34aによって調圧された圧力P2を、要求負荷(燃料電池10への要求発電量)に応じて、最小負荷要求圧Pminから最大負荷要求圧Pmaxの範囲で調圧する。
ここで、最小負荷要求圧Pminおよび最大負荷要求圧Pmaxとは、燃料電池システム1毎に仕様上設定される最小発電量および最大発電量に対応する要求圧力のことをいう(以下の実施形態においても同様)。また、第1実施形態に係る燃料電池システム1では、レギュレータ34aにより調圧した圧力P2が、最大負荷要求圧Pmax(P2=Pmax)とされている。
そして、例えばアクセルペダルを限界まで踏み込んだ時のように、最大負荷が要求された際には、インジェクタ35では、ソレノイド69に電流が供給された状態(通電状態)が維持され、常開状態とされる。これにより、インジェクタ35の下流側には、レギュレータ34aによって調圧された最大負荷要求圧Pmaxと同じ圧力P2の水素ガスが燃料電池10へ供給されることとなる。
ここで、最小負荷要求圧Pminおよび最大負荷要求圧Pmaxとは、燃料電池システム1毎に仕様上設定される最小発電量および最大発電量に対応する要求圧力のことをいう(以下の実施形態においても同様)。また、第1実施形態に係る燃料電池システム1では、レギュレータ34aにより調圧した圧力P2が、最大負荷要求圧Pmax(P2=Pmax)とされている。
そして、例えばアクセルペダルを限界まで踏み込んだ時のように、最大負荷が要求された際には、インジェクタ35では、ソレノイド69に電流が供給された状態(通電状態)が維持され、常開状態とされる。これにより、インジェクタ35の下流側には、レギュレータ34aによって調圧された最大負荷要求圧Pmaxと同じ圧力P2の水素ガスが燃料電池10へ供給されることとなる。
このように、第1実施形態に係る燃料電池システムによれば、インジェクタ35の上流側に、燃料電池10の最大負荷要求圧Pmaxと同じ圧力P2に調圧するレギュレータ34aが設けられているので、最大負荷が要求された際に、インジェクタ35を開状態とし、レギュレータ34aにて調圧された水素ガスを、インジェクタ35を開閉動作させることなく、そのままインジェクタ35を通過させて燃料電池10へ最大負荷要求圧Pmaxの水素ガスとして供給することができる。
これにより、特に振動及び作動音や脈動音などの騒音が大きくなる最大負荷要求時における振動及び騒音の発生を極力抑制することができる。
これにより、特に振動及び作動音や脈動音などの騒音が大きくなる最大負荷要求時における振動及び騒音の発生を極力抑制することができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る燃料電池システムについて、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図4に示すように、第2実施形態に係る燃料電池システム1では、インジェクタ35と並列にバイパス配管70が接続されており、このバイパス配管70に、レギュレータ34bが設けられている。また、レギュレータ34b側のバイパス配管70には、開閉弁71が接続されており、この開閉弁71は通常閉状態とされている。
また、レギュレータ34bは、上流側の圧力P1を調圧して圧力P2とするもので、インジェクタ35は、要求負荷(燃料電池10への要求発電量)に応じて、上流側の圧力P1を最小負荷要求圧Pminから最大負荷要求圧Pmaxの範囲で調圧する。ここで、第2実施形態に係る燃料電池システム1では、レギュレータ34bによる調圧した圧力P2が、最大負荷要求圧Pmax(P2=Pmax)とされている。
次に、第2実施形態に係る燃料電池システムについて、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図4に示すように、第2実施形態に係る燃料電池システム1では、インジェクタ35と並列にバイパス配管70が接続されており、このバイパス配管70に、レギュレータ34bが設けられている。また、レギュレータ34b側のバイパス配管70には、開閉弁71が接続されており、この開閉弁71は通常閉状態とされている。
また、レギュレータ34bは、上流側の圧力P1を調圧して圧力P2とするもので、インジェクタ35は、要求負荷(燃料電池10への要求発電量)に応じて、上流側の圧力P1を最小負荷要求圧Pminから最大負荷要求圧Pmaxの範囲で調圧する。ここで、第2実施形態に係る燃料電池システム1では、レギュレータ34bによる調圧した圧力P2が、最大負荷要求圧Pmax(P2=Pmax)とされている。
従って、例えばアクセルペダルを限界まで踏み込んだ時のように、最大負荷が要求された際には、開閉弁71が開放されるとともに、インジェクタ35では、ソレノイド69への電流の供給が遮断された状態(非通電状態)が維持され、常閉状態とされる。これにより、圧力P1の水素ガスは、インジェクタ35を通らずに、バイパス配管70のレギュレータ34bを通ることにより、最大負荷要求圧Pmaxと同じ圧力P2に調圧されて燃料電池10へ供給されることとなる。
このように、第2実施形態に係る燃料電池システムによれば、インジェクタ35と並列に設けられたバイパス配管70に、燃料電池10の最大負荷要求圧Pmaxと同じ圧力P2に調圧するレギュレータ34bと最大負荷要求時に開放される開閉弁71とが設けられているので、最大負荷が要求された際に、インジェクタ35を閉状態とし、レギュレータ34bが設けられたバイパス配管70に水素ガスを流すことにより、インジェクタ35を開閉動作させることなく、燃料電池10へ最大負荷要求圧Pmaxの水素ガスを供給することができる。
これにより、特に振動及び作動音や脈動音などの騒音が大きくなる最大負荷要求時における振動及び騒音の発生を極力抑制することができる。特に、ソレノイド69へ通電することにより開放するノーマリークローズタイプのインジェクタ35を備えた場合には、最大負荷要求時にて、インジェクタ35を開放させるための電流の供給を不要とすることができ、燃費の向上を図ることができる。
なお、バイパス配管70では、最大負荷要求時に水素ガスが流されるので、開閉弁71による圧力損失の影響をほとんど受けることなく、レギュレータ34bにて調圧することができる。
これにより、特に振動及び作動音や脈動音などの騒音が大きくなる最大負荷要求時における振動及び騒音の発生を極力抑制することができる。特に、ソレノイド69へ通電することにより開放するノーマリークローズタイプのインジェクタ35を備えた場合には、最大負荷要求時にて、インジェクタ35を開放させるための電流の供給を不要とすることができ、燃費の向上を図ることができる。
なお、バイパス配管70では、最大負荷要求時に水素ガスが流されるので、開閉弁71による圧力損失の影響をほとんど受けることなく、レギュレータ34bにて調圧することができる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態に係る燃料電池システムについて、第1、2実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図5に示すように、第3実施形態に係る燃料電池システム1では、インジェクタ35と並列に接続されたバイパス配管70に、レギュレータ34cが設けられている。
次に、第3実施形態に係る燃料電池システムについて、第1、2実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図5に示すように、第3実施形態に係る燃料電池システム1では、インジェクタ35と並列に接続されたバイパス配管70に、レギュレータ34cが設けられている。
レギュレータ34cは、上流側の圧力P1を調圧して圧力P2とするもので、インジェクタ35は、上流側の圧力P1を、要求負荷(燃料電池10への要求発電量)に応じて、最小負荷要求圧Pminよりもレギュレータ34cの調圧圧力P2分だけ低い圧力(Pmin−P2)から最大負荷要求圧Pmaxよりもレギュレータ34cの調圧圧力P2分だけ低い圧力(Pmax−P2)の範囲で調圧する。
ここで、第3実施形態に係る燃料電池システム1では、レギュレータ34cによる調圧した圧力P2が、最小負荷要求圧Pmin(P2=Pmin)とされている。
ここで、第3実施形態に係る燃料電池システム1では、レギュレータ34cによる調圧した圧力P2が、最小負荷要求圧Pmin(P2=Pmin)とされている。
これにより、インジェクタ35が開閉制御され、燃料電池10には、レギュレータ34cにて調圧された圧力(P2=Pmin)の水素ガスにインジェクタ35にて調圧された圧力(Pmin−P2〜Pmax−P2)の水素ガスが加えられた圧力(Pmin〜Pmax)の水素ガスが供給される。
そして、例えばアイドリング時などの最小負荷要求時には、インジェクタ35では、ソレノイド69への電流の供給が遮断された状態が維持され、常閉状態とされる。したがって、圧力P1の水素ガスは、インジェクタ35を通らずに、レギュレータ34cを通ることにより、最小負荷要求圧Pminと同じ圧力P2に調圧されて燃料電池10へ供給されることとなる。
そして、例えばアイドリング時などの最小負荷要求時には、インジェクタ35では、ソレノイド69への電流の供給が遮断された状態が維持され、常閉状態とされる。したがって、圧力P1の水素ガスは、インジェクタ35を通らずに、レギュレータ34cを通ることにより、最小負荷要求圧Pminと同じ圧力P2に調圧されて燃料電池10へ供給されることとなる。
このように、第3実施形態に係る燃料電池システムによれば、インジェクタ35と並列に設けられたバイパス配管70に、燃料電池10の最小負荷要求圧Pminと同じ圧力P2に調圧するレギュレータ34cが設けられているので、最小負荷が要求された際に、インジェクタ35を閉状態とし、レギュレータ34cが設けられたバイパス配管70だけに水素ガスを流すことにより、インジェクタ35を開閉動作させることなく、燃料電池10へ最小負荷要求圧Pminの水素ガスを供給することができる。
これにより、特に走行音などがないために振動及び作動音や脈動音などの騒音が目立つアイドリング時での最小負荷要求時におけるインジェクタ35の振動及び騒音の発生を極力抑制することができる。
これにより、特に走行音などがないために振動及び作動音や脈動音などの騒音が目立つアイドリング時での最小負荷要求時におけるインジェクタ35の振動及び騒音の発生を極力抑制することができる。
なお、この第3実施形態では、上流側の他のレギュレータ34による調圧圧力P1を、最大負荷要求圧Pmaxとしても良い。
このようにすると、最大負荷要求時にて、インジェクタ35を開状態とし、最大負荷要求圧Pmaxと同じ圧力P1の水素ガスを、開状態のインジェクタ35及びレギュレータ34cを介して燃料電池10へ供給することができる。
このようにすると、最大負荷要求時にて、インジェクタ35を開状態とし、最大負荷要求圧Pmaxと同じ圧力P1の水素ガスを、開状態のインジェクタ35及びレギュレータ34cを介して燃料電池10へ供給することができる。
つまり、最小負荷要求時及び最大負荷要求時の両方にて、インジェクタ35の開閉動作を不要とすることができ、アイドリング時及び高出力時の両方にて、インジェクタ35の振動及び騒音の発生を極力抑制することができる。
1…燃料電池システム、10…燃料電池、30…水素タンク(燃料供給源)、35…インジェクタ、34,34a,34b,34c…調圧弁、70…バイパス配管、71…開閉弁。
Claims (4)
- 燃料供給源と、該燃料供給源からの反応ガスが供給される燃料電池と、反応ガスのガス圧を前記燃料電池に対する負荷要求に応じた要求圧力に基づいて調圧して前記燃料電池へ供給するインジェクタとを備えた燃料電池システムであって、
前記インジェクタの上流側に、前記燃料供給源からの反応ガスのガス圧を前記燃料電池における最大負荷要求時の要求圧力に調圧する調圧弁を備えた燃料電池システム。 - 燃料供給源と、該燃料供給源からの反応ガスが供給される燃料電池と、反応ガスのガス圧を前記燃料電池に対する負荷要求に応じた要求圧力に基づいて調圧して前記燃料電池へ供給するインジェクタとを備えた燃料電池システムであって、
前記インジェクタと並列にバイパス配管が設けられ、該バイパス配管には、前記燃料供給源からの反応ガスのガス圧を前記燃料電池における最大負荷要求時の要求圧力に調圧する調圧弁と、最大負荷要求時に開放される開閉弁とが設けられている燃料電池システム。 - 燃料供給源と、該燃料供給源からの反応ガスが供給される燃料電池と、反応ガスのガス圧を前記燃料電池に対する負荷要求に応じた要求圧力に基づいて調圧して前記燃料電池へ供給するインジェクタとを備えた燃料電池システムであって、
前記インジェクタと並列にバイパス配管が設けられ、該バイパス配管には、前記燃料供給源からの反応ガスのガス圧を前記燃料電池における最小負荷要求時の要求圧力に調圧する調圧弁が設けられている燃料電池システム。 - 燃料供給源と、該燃料供給源からの反応ガスが供給される燃料電池と、反応ガスのガス圧を前記燃料電池に対する負荷要求に応じた要求圧力に基づいて調圧して前記燃料電池へ供給するインジェクタとを備えた燃料電池システムであって、
前記インジェクタの上流側に、前記燃料供給源からの反応ガスのガス圧を前記燃料電池における最大負荷要求時の要求圧力に調圧する調圧弁を備えるとともに、前記インジェクタと並列にバイパス配管が設けられ、該バイパス配管には、前記燃料供給源からの反応ガスのガス圧を前記燃料電池における最小負荷要求時の要求圧力に調圧する調圧弁が設けられている燃料電池システム。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150079492A1 (en) * | 2012-04-12 | 2015-03-19 | Daimler Ag | Device for supplying a fuel cell with fuel |
JP2017010866A (ja) * | 2015-06-25 | 2017-01-12 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
US10862142B2 (en) | 2017-11-27 | 2020-12-08 | Honda Motor Co., Ltd. | Flow rate adjustment structure and flow rate adjustment method |
-
2007
- 2007-12-26 JP JP2007334197A patent/JP2009158250A/ja active Pending
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