JP4399205B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
すなわち、第1のガス排出構成として、燃料電池の発電出力の大きさに応じて適宜変更調整される給気手段の給気量が所定値を上回ると、そのときに排出用の設定時間が経過する間だけ燃料極排ガスを排出させて、その燃料極排ガスを酸素極排ガスとを混合させて大気中に排出させる構成とする。
第2のガス排出構成として、設定周期毎に排出用の設定時間が経過する間だけ燃料極排ガスを排出させ、その排出タイミングにて給気手段による給気量を大側の給気量に強制的に変更させることにより酸素極排ガスの量を多くして燃料極排ガスを酸素極排ガスとを混合させて大気中に排出させる構成とする。
第3のガス排出構成として、設定周期毎に排出用の設定時間が経過する間だけ燃料極排ガス用通路を短い周期で開閉させて分散させた状態で燃料極排ガスを排出させ、この燃料極排ガスと酸素極排ガスとを混合させて大気中に排出させる構成とする。ちなみに、この構成では、酸素極排ガスの排出量は給気手段の給気量の変動に応じて変動することになる。
第4のガス排出構成として、設定周期毎に排出用の設定時間が経過する間だけ前記燃料極排ガス用通路を通して燃料極排ガスを排出させる構成として、その燃料極排ガスと酸素極排ガス用通路を通して排出される酸素極排ガスから分岐される分岐酸素極排ガスとを混合させる混合室を設けて、この混合室にて燃料極排ガスと分岐酸素極排ガスと混合させて、その混合室で混合された混合気をそのまま大気中に排出させる構成とする。
そして、これらの4つのガス排出構成のうちのいずれかを用いるようにしたものがあった(例えば、特許文献1参照。)。
その第1特徴構成は、
前記燃料極排ガス用通路を閉状態と開状態とに切り換え自在な燃料極ガス路開閉手段と、
前記燃料極排ガス用通路を通して排出される燃料極排ガスと前記酸素極排ガス用通路を通して排出される酸素極排ガスから分岐される分岐酸素極排ガスとを混合させる混合室と、
その混合室にて混合された混合気を大気中に排出させる混合気排気路を閉状態と開状態とに切り換え自在な混合気路開閉手段と、
前記燃料極ガス路開閉手段及び前記混合気路開閉手段の開閉作動を制御する制御手段とが備えられ、
前記制御手段は、
前記燃料極排ガス用通路を間欠的に開状態にするように前記燃料極ガス路開閉手段の開閉作動を制御し、且つ、
前記燃料極排ガス用通路を閉状態にする待機期間中において、前記混合気排気路をその待機期間中のうちの一部の期間では閉状態にし、その一部の期間以外の期間では開状態にするように、前記混合気路開閉手段の開閉作動を制御するように構成されている点にある。
以下、図面に基づいて燃料電池システムの参考実施形態を燃料電池搭載車に適用した場合について説明する。
図1に示すように、燃料電池搭載車は、走行駆動用の電動モータMを駆動源として車体Bを走行させる電気自動車として構成し、前記電動モータMに電力を供給するための燃料電池1及びそれを発電作動させるための付属設備を備える燃料電池システムSが搭載されている。前記燃料電池1は、周知であるので詳述はしないが、例えば、固体高分子膜を電解質層とするセルの複数を積層状態に設けたスタックを構成し、各セルの燃料極に燃料ガスとして水素ガスを供給し、各セルの酸素極に酸素含有ガスとしての空気を供給して、水素と酸素との電気化学的な反応により発電を行う構成となっている。ちなみに、各セルは、前記電解質層の両面に前記燃料極と前記酸素極とを振り分け配置して構成されるものである。
図2に示すように、前記付属設備は、燃料電池1に燃料ガスとして水素を供給するための燃料ガス供給設備6、燃料電池1に空気を供給するため空気供給設備7、燃料電池1排出される燃料極排ガスや酸素極排ガス及び電気化学反応により発生した水を外部に排出させるための排気設備8、燃料電池1を冷却するための冷却設備9、各部の動作を電気的に制御するための燃料電池制御部10の夫々を備えて構成されている。
つまり、燃料電池制御部10は、例えば、アクセルペダル4の踏み込み量の情報及び車速の検出情報等から求める目標走行駆動力やバッテリー2の充電状態等に基づいて燃料電池の発電出力を大中小のいずれかに変更調整するように構成され、それに伴ってコンプレッサ15における回転速度を大中小のいずれかに変更調整する構成となっている。
具体的には、図3及び図4に示すように、繰り返し周期用の設定時間Th(例えば、数秒〜10数秒程度)が経過する毎に開作動時間が経過する間だけ燃料極ガス路開閉弁22を開作動状態に切り換えて燃料極排ガス用通路20を開状態に切り換え、燃料電池1の燃料極から燃料極排ガス用通路20を通して燃料極排ガスを排出させ、その開作動時間が経過した後は繰り返し周期用の設定時間Thが経過するまで、燃料極ガス路開閉弁22を閉状態にする閉作動状態に切り換えるという動作を繰り返し実行するようになっており、コンプレッサ15の回転速度が「小」のときは前記開作動時間が最も短い時間Ts1となり、コンプレッサ15の回転速度が「中」のときは開作動時間が中間の時間Ts2となり、コンプレッサ15の回転速度が「大」のときは開作動時間が最も長い時間Ts3となるように燃料極ガス路開閉弁22の開閉作動を制御するように構成されている。
次に、本発明に係る燃料電池システムの実施形態について説明する。
この本発明の実施形態は、前記排気設備8の構成並びに前記燃料電池制御部10の制御構成が異なるが、その他の構成は第1参考実施形態と同じであるから、異なる構成についてのみ説明し、同じ構成については説明は省略する。
図7に示すように、繰り返し周期用の設定時間T1(例えば、数秒〜10数秒程度)が経過する毎に開作動用設定時間Ton(例えば、数百ms〜1秒程度)が経過する間だけ、燃料極排ガス用通路20を開状態にする開作動状態に切り換えて、燃料電池1の燃料極から燃料極排ガス用通路20を通して燃料極排ガスをディフューザー26に向けて排出させ、開作動用設定時間Tonが終了して次の繰り返し周期用の設定時間T1が経過するまで、燃料極排ガス用通路20を閉状態にする閉作動状態に切り換えるという開閉動作を繰り返し実行する。
尚、上記したような繰り返し周期用の設定時間T1や開作動用設定時間Tonの具体的な時間は例示であって、このような時間に限定されるものではなく、適宜変更して実施してもよい。
図7に示すように、燃料極ガス路開閉弁22が開状態に切り換えられて燃料極排ガス用通路20を通してディフューザー26に向けて燃料極排ガスが排出されている間は混合気路開閉弁28の開状態を維持し、燃料極ガス路開閉弁22が閉状態に切り換わるとほぼ同時に混合気路開閉弁28を閉状態に切り換える。そして、1回目の閉用の設定時間が経過するまで閉状態を維持したのち、1回目の開用の設定時間(図7ではT22)が経過するまで開状態を維持し、更に、2回目の閉用の設定時間が経過するまで閉状態を維持した後に、燃料極ガス路開閉弁22が開状態に切り換わるタイミングよりも2回目の開用の設定時間(図7に示す例では前記T22と略同じ時間)だけ前の時点で混合気路開閉弁28を開状態に切り換える動作を実行する。以降、このような動作を、燃料極ガス路開閉弁22の開状態への切り換え動作に伴って繰り返し実行するように開閉作動が制御される。
以下、別実施形態を列記する。
例えば、上記本発明の実施形態における燃料極ガス路開閉弁22が閉作動状態にある待機期間の途中における混合気路開閉弁28の前記1回目の開用の設定時間だけでなく、前記2回目の開用の設定時間も合わせて、コンプレッサ15による給気量の変動に応じて変更させるようにしてもよい。
15 給気手段
20 燃料極排ガス用通路
21 酸素極排ガス用通路
22 燃料極ガス路開閉手段
26 混合室
27 混合気排気路
28 混合気路開閉手段
Claims (3)
- 給気量を変更調整自在な給気手段にて燃料電池の酸素極に給気されて酸素極排ガス用通路を通して排出される酸素極排ガスと、燃料電池の燃料極から燃料極排ガス用通路を通して排出される燃料極排ガスとを混合させて大気中に排出させるように構成した燃料電池システムであって、
前記燃料極排ガス用通路を閉状態と開状態とに切り換え自在な燃料極ガス路開閉手段と、
前記燃料極排ガス用通路を通して排出される燃料極排ガスと前記酸素極排ガス用通路を通して排出される酸素極排ガスから分岐される分岐酸素極排ガスとを混合させる混合室と、
その混合室にて混合された混合気を大気中に排出させる混合気排気路を閉状態と開状態とに切り換え自在な混合気路開閉手段と、
前記燃料極ガス路開閉手段及び前記混合気路開閉手段の開閉作動を制御する制御手段とが備えられ、
前記制御手段は、
前記燃料極排ガス用通路を間欠的に開状態にするように前記燃料極ガス路開閉手段の開閉作動を制御し、且つ、
前記燃料極排ガス用通路を閉状態にする待機期間中において、前記混合気排気路をその待機期間中のうちの一部の期間では閉状態にし、その一部の期間以外の期間では開状態にするように、前記混合気路開閉手段の開閉作動を制御するように構成されている燃料電池システム。 - 前記制御手段が、
前記燃料極排ガス用通路を開状態にする間は、前記混合気排気路を開状態に維持させるように、前記燃料極ガス路開閉手段及び前記混合気路開閉手段の開閉作動を制御するように構成されている請求項1記載の燃料電池システム。 - 前記制御手段が、
前記燃料極排ガス用通路を閉状態にする待機期間中において、前記給気手段による給気量が小側に変更されるほど、前記混合気路開閉手段を閉じ状態にする時間に対する開状態にする時間の比率を小さくする状態で、前記混合気路開閉手段の開閉作動を制御するように構成されている請求項1又は2記載の燃料電池システム。
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