JP4707948B2 - 燃料電池用加湿システム - Google Patents
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Description
この加湿器を備えた燃料電池用加湿システムにおいて、反応ガスの加湿量を調整するために、加湿器を経て燃料電池に至る反応ガス供給路に、加湿器をバイパスするバイパス路が設けられ、このバイパス路に反応ガスのバイパス流量を調整可能な流量調整弁が取付けられたものが提案されている。
また、加湿器を通流する回路に所定の時間通流して供給したのち、加湿器を迂回する回路に所定の時間通流して供給するサイクルを周期的に繰り返す制御を行うものもある(特許文献2参照)。
さらに、燃料電池内の各固体高分子膜の電圧であるセル電圧がしきい値より大きいか否かを判定して流量調整弁を作動する制御を行うものもある(特許文献3参照)。
反応ガス供給路に加湿器をバイパスすることで、反応ガスをバイパス路に通過させながら反応ガスの加湿量を調整することが可能である。
オフガス供給路に加湿器をバイパスすることで、オフガスをバイパス路に通過させながらオフガスの加湿量を調整し、加湿器に供給されたオフガスを反応ガスに供給して反応ガスの加湿量を調整することが可能となる。
図1は、本発明を適用した燃料電池用加湿システムを示すブロック図である。
この燃料電池加湿システムは、例えば、燃料電池自動車に使用されるものである。同図において、1は燃料電池を示している。燃料電池1は多数の固体高分子膜を備えたものであって、アノード極及びカソード極を構成する。各固体高分子膜は酸素と水素とを隔絶しつつ、飽和含水することにより、分子中に存在するプロトン交換基によって導電性電解質として機能するものである。そして、固体高分子膜を加湿して導電性を高めるために後述する加湿器が用いられるのである。
また、反応ガス供給路4には、加湿器7をバイパスするバイパス路8が設けられている。このバイパス路8には、バイパス路8を通過する空気の流量を調整する流量調整弁9が設けられている。
また、この制御部13には、流量調整弁9の開度の制御が正常に行われているか否かを、センサ10,11,12によって検知された反応ガスまたはオフガスの温度に基づいて判断する開度制御判断手段としての機能を有している。
まず、制御部13は、予めセンサ10を通過する反応ガスの温度上限値及び温度下限値を認識している(ステップS1)。
制御部13は、エア供給システム3及び水素供給システムを駆動させた後、流量調整弁9を開放させるか、あるいは閉鎖させるかを選択する(ステップS2)。
検知した反応ガスの温度が温度上限値以上であれば、流量調整弁9が故障したと判断する(ステップS5)。一方、検知した反応ガスの温度が温度上限値以上でなければ、流量調整弁9が正常に機能していると判断し、ステップS2に戻る。
検知した反応ガスの温度が温度下限値以下であれば、流量調整弁9が故障したと判断する(ステップS5)。一方、検知した反応ガスの温度が温度下限値以下でなければ、流量調整弁9が正常に機能していると判断し、ステップS2に戻る。
まず、制御部13は、予めセンサ10を通過する反応ガスの温度とセンサ11を通過するオフガスの温度との差についての温度下限値及び温度上限値を認識している(ステップS11)。
制御部13は、エア供給システム3及び水素供給システムを駆動させた後、流量調整弁9を開放させるか、あるいは閉鎖させるかを選択する(ステップS12)。
検知した反応ガスの温度が温度下限値以下であれば、流量調整弁9が故障したと判断する(ステップS16)。一方、検知した反応ガスの温度が温度下限値以下でなければ、流量調整弁9が正常に機能していると判断し、ステップS12に戻る。
検知した反応ガスの温度が温度上限値以上であれば、流量調整弁9が故障したと判断する(ステップS16)。一方、検知した反応ガスの温度が温度上限値以上でなければ、流量調整弁9が正常に機能していると判断し、ステップS12に戻る。
まず、制御部13は、予めセンサ10を通過する反応ガスの温度とセンサ12を通過する反応ガスの温度との差についての温度上限値及び温度下限値を認識している(ステップS21)。
制御部13は、エア供給システム3及び水素供給システムを駆動させた後、流量調整弁9を開放させるか、あるいは閉鎖させるかを選択する(ステップS22)。
検知した反応ガスの温度が温度上限値以上であれば、流量調整弁9が故障したと判断する(ステップS26)。一方、検知した反応ガスの温度が温度上限値以上でなければ、流量調整弁9が正常に機能していると判断し、ステップS22に戻る。
検知した反応ガスの温度が温度下限値以下であれば、流量調整弁9が故障したと判断する(ステップS26)。一方、検知した反応ガスの温度が温度下限値以下でなければ、流量調整弁9が正常に機能していると判断し、ステップS22に戻る。
制御部13は、エア供給システム3及び水素供給システムを駆動させた後、流量調整弁9を開放させるか、あるいは閉鎖させるかを選択する(ステップS31)。
その後、制御部13は、流量調整弁9を開放させると選択した場合、流量調整弁9を改めて開放させるか、あるいは閉鎖させるかを選択する(ステップS32)。流量調整弁9を切替えない場合には、流量調整弁9を切替えるまでこの選択を繰り返す。
検知した反応ガスの温度が一定であれば、流量調整弁9が故障したと判断する(ステップS37)。一方、検知した反応ガスの温度が一定でなければ、流量調整弁9が正常に機能していると判断し、ステップS31に戻る。
制御部13が閉鎖された流量調整弁9を開放させると選択した場合、センサ10が流量調整弁9を切替える前の反応ガスの温度を検知し(ステップS39)、流量調整弁9を開放させ(ステップS40)、センサ10が流量調整弁9を切替えた後の反応ガスの温度を検知して(ステップS41)、制御部13がセンサ10によって検知された反応ガスの温度をそれぞれ認識する。そして、センサ10が流量調整弁9を切替える前に検知した反応ガスの温度とセンサ10が流量調整弁9を切替えた後に検知した反応ガスの温度とを比較する(ステップS42)。
検知した反応ガスの温度が一定であれば、流量調整弁9が故障したと判断する(ステップS37)。一方、検知した反応ガスの温度が一定でなければ、流量調整弁9が正常に機能していると判断し、ステップS31に戻る。
また、反応ガス供給路4に加湿器7をバイパス路8によってバイパスすることで、反応ガスをバイパス路8に通過させながら反応ガスの加湿量を調整することが可能である。したがって、燃料電池用加湿システムの加湿制御を直接的かつ迅速に行うことができる。
図8は、本発明を適用した燃料電池用加湿システムを示すブロック図である。
図8においては、上記第1実施形態における図1と同一構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
燃料電池1の上流側には燃料電池1に供給される空気の温度を検知するセンサ10が設けられ、燃料電池1の下流側には燃料電池1から排出される空気の温度を検知するセンサ11が設けられている。また、加湿器7の上流側にはエア供給システム3から加湿器7に供給される空気の温度を検知するセンサ12が設けられている。
また、オフガス供給路6に加湿器7をバイパス路8aによってバイパスすることで、オフガスをバイパス路8aに通過させながらオフガスの加湿量を調整し、加湿器7に供給されたオフガスを反応ガスに供給して反応ガスの加湿量を調整することが可能となる。したがって、燃料電池用加湿システムの加湿制御を直接的かつ迅速に行うことができる。
3 エア供給システム
3a 水素供給システム
4,4a 反応ガス供給路
6,6a オフガス排出路
7 加湿器
8,8a バイパス路
9,9a 流量調整弁
10,11,12 センサ(温度検知手段)
13 制御部(流量調整弁制御手段、開度制御判断手段)
Claims (9)
- 燃料電池の反応に使用される反応ガスを前記燃料電池の反応後に排出されるオフガス内の水分により加湿するとともに反応ガスとオフガスとの熱交換を行う加湿器と、前記加湿器をバイパスして前記加湿器の下流側に接続されるバイパス路と、前記バイパス路を通過する反応ガスまたはオフガスの流量を調整するため前記バイパス路に設けられた流量調整弁とを備えた燃料電池用加湿システムにおいて、
前記流量調整弁の開度の制御を行う流量調整弁制御手段と、反応ガスおよびオフガスのうち少なくともいずれか一方の温度を検知する温度検知手段と、
前記流量調整弁制御手段によって前記流量調整弁を開放するように制御されているとき、前記加湿器の下流側で前記温度検知手段によって検知された反応ガスの温度が、前記流量調整弁制御手段による前記流量調整弁の開度制御が正常に行われている場合において前記加湿器の下流側で前記温度検知手段を通過する反応ガスの温度上限値以上である場合に、前記流量調整弁が故障していると判断する開度制御判断手段とを備えたことを特徴とする燃料電池用加湿システム。 - 燃料電池の反応に使用される反応ガスを前記燃料電池の反応後に排出されるオフガス内の水分により加湿するとともに反応ガスとオフガスとの熱交換を行う加湿器と、前記加湿器をバイパスして前記加湿器の下流側に接続されるバイパス路と、前記バイパス路を通過する反応ガスまたはオフガスの流量を調整するため前記バイパス路に設けられた流量調整弁とを備えた燃料電池用加湿システムにおいて、
前記流量調整弁の開度の制御を行う流量調整弁制御手段と、反応ガスおよびオフガスのうち少なくともいずれか一方の温度を検知する温度検知手段と、
前記流量調整弁制御手段によって前記流量調整弁を閉鎖するように制御されているとき、前記加湿器の下流側で前記温度検知手段によって検知された反応ガスの温度が、前記流量調整弁制御手段による前記流量調整弁の開度制御が正常に行われている場合において前記加湿器の下流側で前記温度検知手段を通過する反応ガスの温度下限値以下である場合に、前記流量調整弁が故障していると判断する開度制御判断手段とを備えたことを特徴とする燃料電池用加湿システム。 - 燃料電池の反応に使用される反応ガスを前記燃料電池の反応後に排出されるオフガス内の水分により加湿するとともに反応ガスとオフガスとの熱交換を行う加湿器と、前記加湿器をバイパスして前記加湿器の下流側に接続されるバイパス路と、前記バイパス路を通過する反応ガスまたはオフガスの流量を調整するため前記バイパス路に設けられた流量調整弁とを備えた燃料電池用加湿システムにおいて、
前記流量調整弁の開度の制御を行う流量調整弁制御手段と、反応ガスおよびオフガスのうち少なくともいずれか一方の温度を検知する温度検知手段と、
前記流量調整弁制御手段によって前記流量調整弁を開放するように制御されているとき、前記加湿器の上流側で前記温度検知手段によって検知されたオフガスの温度と、前記加湿器の下流側で前記温度検知手段によって検知された反応ガスの温度との差が、前記流量調整弁制御手段による前記流量調整弁の開度制御が正常に行われている場合において前記加湿器の上流側で前記温度検知手段を通過するオフガスの温度と前記加湿器の下流側で前記温度検知手段を通過する反応ガスの温度との差の温度下限値以下である場合に、前記流量調整弁が故障していると判断する開度制御判断手段とを備えたことを特徴とする燃料電池用加湿システム。 - 燃料電池の反応に使用される反応ガスを前記燃料電池の反応後に排出されるオフガス内の水分により加湿するとともに反応ガスとオフガスとの熱交換を行う加湿器と、前記加湿器をバイパスして前記加湿器の下流側に接続されるバイパス路と、前記バイパス路を通過する反応ガスまたはオフガスの流量を調整するため前記バイパス路に設けられた流量調整弁とを備えた燃料電池用加湿システムにおいて、
前記流量調整弁の開度の制御を行う流量調整弁制御手段と、反応ガスおよびオフガスのうち少なくともいずれか一方の温度を検知する温度検知手段と、
前記流量調整弁制御手段によって前記流量調整弁を閉鎖するように制御されているとき、前記加湿器の上流側で前記温度検知手段によって検知されたオフガスの温度と、前記加湿器の下流側で前記温度検知手段によって検知された反応ガスの温度との差が、前記流量調整弁制御手段による前記流量調整弁の開度制御が正常に行われている場合において前記加湿器の上流側で前記温度検知手段を通過するオフガスの温度と前記加湿器の下流側で前記温度検知手段を通過する反応ガスの温度との差の温度上限値以上である場合に、前記流量調整弁が故障していると判断する開度制御判断手段とを備えたことを特徴とする燃料電池用加湿システム。 - 燃料電池の反応に使用される反応ガスを前記燃料電池の反応後に排出されるオフガス内の水分により加湿するとともに反応ガスとオフガスとの熱交換を行う加湿器と、前記加湿器をバイパスして前記加湿器の下流側に接続されるバイパス路と、前記バイパス路を通過する反応ガスまたはオフガスの流量を調整するため前記バイパス路に設けられた流量調整弁とを備えた燃料電池用加湿システムにおいて、
前記流量調整弁の開度の制御を行う流量調整弁制御手段と、反応ガスおよびオフガスのうち少なくともいずれか一方の温度を検知する温度検知手段と、
前記流量調整弁制御手段によって前記流量調整弁を開放するように制御されているとき、前記加湿器の下流側で前記温度検知手段によって検知された反応ガスの温度と、前記加湿器の上流側で前記温度検知手段によって検知された反応ガスの温度との差が、前記流量調整弁制御手段による前記流量調整弁の開度制御が正常に行われている場合において前記加湿器の下流側で前記温度検知手段を通過する反応ガスの温度と前記加湿器の上流側で前記温度検知手段を通過する反応ガスの温度との差の温度上限値以上である場合に、前記流量調整弁が故障していると判断する開度制御判断手段とを備えたことを特徴とする燃料電池用加湿システム。 - 燃料電池の反応に使用される反応ガスを前記燃料電池の反応後に排出されるオフガス内の水分により加湿するとともに反応ガスとオフガスとの熱交換を行う加湿器と、前記加湿器をバイパスして前記加湿器の下流側に接続されるバイパス路と、前記バイパス路を通過する反応ガスまたはオフガスの流量を調整するため前記バイパス路に設けられた流量調整弁とを備えた燃料電池用加湿システムにおいて、
前記流量調整弁の開度の制御を行う流量調整弁制御手段と、反応ガスおよびオフガスのうち少なくともいずれか一方の温度を検知する温度検知手段と、
前記流量調整弁制御手段によって前記流量調整弁を閉鎖するように制御されているとき、前記加湿器の下流側で前記温度検知手段によって検知された反応ガスの温度と、前記加湿器の上流側で前記温度検知手段によって検知された反応ガスの温度との差が、前記流量調整弁制御手段による前記流量調整弁の開度制御が正常に行われている場合において前記加湿器の下流側で前記温度検知手段を通過する反応ガスの温度と前記加湿器の上流側で前記温度検知手段を通過する反応ガスの温度との差の温度下限値以下である場合に、前記流量調整弁が故障していると判断する開度制御判断手段とを備えたことを特徴とする燃料電池用加湿システム。 - 燃料電池の反応に使用される反応ガスを前記燃料電池の反応後に排出されるオフガス内の水分により加湿するとともに反応ガスとオフガスとの熱交換を行う加湿器と、前記加湿器をバイパスして前記加湿器の下流側に接続されるバイパス路と、前記バイパス路を通過する反応ガスまたはオフガスの流量を調整するため前記バイパス路に設けられた流量調整弁とを備えた燃料電池用加湿システムにおいて、
前記流量調整弁の開度の制御を行う流量調整弁制御手段と、反応ガスおよびオフガスのうち少なくともいずれか一方の温度を検知する温度検知手段と、
前記流量調整弁制御手段によって開放されていた前記流量調整弁を閉鎖するように制御したとき、または閉鎖されていた前記流量調整弁を開放するように制御したとき、前記加湿器の下流側で前記温度検知手段によって検知された反応ガスの温度が一定である場合に前記流量調整弁が故障していると判断する開度制御判断手段とを備えたことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の燃料電池用加湿システム。 - 前記バイパス路は、前記加湿器を経て前記燃料電池に至る反応ガス供給路に設けられていることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の燃料電池用加湿システム。
- 前記バイパス路は、前記燃料電池から前記加湿器を経て排出されるオフガス排出路に設けられていることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の燃料電池用加湿システム。
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