JP5610791B2

JP5610791B2 - Fuel circulation device

Info

Publication number: JP5610791B2
Application number: JP2010041593A
Authority: JP
Inventors: 信和田; 福間　一教; 一教福間
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: JP2011179333A

Description

本発明は、燃料電池システムのアノード系において、燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスを循環させる燃料循環装置に関する。 The present invention relates to a fuel circulation device that circulates anode off-gas discharged from a fuel cell stack in an anode system of a fuel cell system.

水素（燃料ガス、アノードガス）がアノードに、酸素を含む空気（酸化剤ガス、カソードガス）がカソードに、それぞれ供給されることで発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池を備える燃料電池システムが知られている。
燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックのアノード側への水素（燃料ガス、アノードガス）供給は、一般的にはレギュレータやインジェクタを用いて圧力制御を行う。また、供給された水素のうち燃料電池スタックで消費されなかった未反応水素（燃料オフガス、アノードオフガス）を、ポンプやエジェクタなどの循環器により回収し、発電のために再利用される。
循環器としてエジェクタを用いる場合、水素供給流量の制御を高精度で行う手法として、インジェクタによる間欠的な水素供給流量制御を行う燃料電池システムが開示されている（特許文献１）。
上記手法によると、レギュレータなどによる圧力制御方式に対し、エジェクタの循環能力が向上する。 Polymer Electrolyte Fuel Cell (PEFC) that generates electricity by supplying hydrogen (fuel gas, anode gas) to the anode and oxygen-containing air (oxidant gas, cathode gas) to the cathode A fuel cell system including a fuel cell is known.
In a fuel cell system, hydrogen (fuel gas, anode gas) supply to the anode side of a fuel cell stack is generally pressure controlled using a regulator or an injector. Further, unreacted hydrogen (fuel offgas, anode offgas) that has not been consumed in the fuel cell stack among the supplied hydrogen is recovered by a circulator such as a pump or an ejector, and is reused for power generation.
When an ejector is used as a circulator, a fuel cell system that performs intermittent hydrogen supply flow rate control by an injector is disclosed as a method for controlling the hydrogen supply flow rate with high accuracy (Patent Document 1).
According to the above method, the circulation capacity of the ejector is improved as compared with the pressure control method using a regulator or the like.

特開２００８−１９０３３６号公報JP 2008-190336 A

ところで、燃料電池スタックの発電安定性を確保・向上するためには、発電に必要とされる水素流量に対して、過剰に供給する必要がある。従って、エジェクタなどの循環器には高い循環能力が要求される。
しかしながら、特許文献１に開示された間欠的に動作するインジェクタを備えた燃料電池システムは、インジェクタが噴射を停止するインターバル間において、循環流路に滞留する流体が存在してしまう。 By the way, in order to ensure and improve the power generation stability of the fuel cell stack, it is necessary to supply excessively with respect to the hydrogen flow rate required for power generation. Therefore, a high circulation capacity is required for a circulator such as an ejector.
However, in the fuel cell system including the intermittently operated injector disclosed in Patent Document 1, fluid stays in the circulation channel between intervals when the injector stops the injection.

そこで本発明は、燃料電池システムのアノード系において、燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスを循環させる燃料循環装置の循環能力の向上を図ることを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to improve the circulation capacity of a fuel circulation device that circulates anode off-gas discharged from a fuel cell stack in an anode system of a fuel cell system.

本発明は、このような課題を解決するために、請求項１に係る燃料循環装置は、燃料電池システムのアノード系において、燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスを循環させる燃料循環装置であって、第１流体を間欠的に噴射する第１インジェクタと、前記第１インジェクタの下流に配置され、前記第１流体の噴射により発生する負圧によって第２流体を吸引し、前記第１流体に合流させて送出するディフューザを有するエジェクタと、前記ディフューザの上流に配置され、前記ディフューザのスロート部に吸引される前記第２流体の流れに沿って前記第１流体を噴射する１つあるいは複数の第２インジェクタと、を備えており、前記第１インジェクタは、該第１インジェクタの軸線が前記ディフューザの軸線と同軸になるよう配置され、前記第２インジェクタは、該第２インジェクタの軸線が前記第１インジェクタの軸線と前記ディフューザの前記スロート部で交わるよう配置され、前記第１インジェクタと前記第２インジェクタとは、時間的な位相差をもって略交互に前記第１流体を噴射することを特徴とする。 In order to solve such a problem, the present invention provides a fuel circulation device according to claim 1 that circulates anode off-gas discharged from a fuel cell stack in an anode system of a fuel cell system. A first injector that intermittently injects the first fluid, and a second fluid that is disposed downstream of the first injector, sucks the second fluid by the negative pressure generated by the injection of the first fluid, and joins the first fluid an ejector having a diffuser for sending by said disposed upstream of the diffuser, one injects the first fluid along the flow of the second fluid to be sucked into the throat portion of the diffuser or a plurality of second equipped with an injector, the said first injector, distribution such that the axis of the first injector is coaxial with the axis of the diffuser Is, the second injector is arranged to the axis of the second injector intersect at the throat portion of the diffuser with the axis of the first injector, wherein the first injector and the second injector, the temporal position The first fluid is ejected approximately alternately with a phase difference.

このような燃料循環装置によれば、第１インジェクタの間欠供給によるインターバル間では、滞留する流体が存在してしまうが、第２インジェクタを用いて滞留する流体を補助的にディフューザに送り込むことで、連続的に流体を送り込むことができ、循環能を向上することができる。また、ディフューザから燃料電池スタックに供給する流量を多くすることができる。また、第１インジェクタとディフューザを有するエジェクタとの間に滞留する流体を少なくすることができ、いわゆるストイキを高くすることができる。また、第２インジェクタの軸線を第２流体の流れに沿わせることで、第２流体をディフューザに送り込む補助的役割が大きくなり、全体の循環能をより高めることができる。 According to such a fuel circulation device, there is a staying fluid between intervals due to intermittent supply of the first injector, but the fluid staying using the second injector is supplementarily sent to the diffuser, The fluid can be continuously fed, and the circulation ability can be improved. Further, the flow rate supplied from the diffuser to the fuel cell stack can be increased. Further, the amount of fluid staying between the first injector and the ejector having the diffuser can be reduced, and so-called stoichiometry can be increased. Further, by causing the axis of the second injector to follow the flow of the second fluid, an auxiliary role for feeding the second fluid into the diffuser is increased, and the overall circulation capacity can be further enhanced.

本発明に係る燃料循環装置によれば、燃料電池システムのアノード系において、燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスを循環させる燃料循環装置の循環能力を向上させることができる。 According to the fuel circulation device of the present invention, in the anode system of the fuel cell system, it is possible to improve the circulation capacity of the fuel circulation device that circulates the anode off-gas discharged from the fuel cell stack.

本実施形態に係る燃料循環装置を備える燃料電池システムの構成図である。It is a lineblock diagram of a fuel cell system provided with a fuel circulation device concerning this embodiment. 本実施形態に係る燃料循環装置の主要部を説明する模式断面図である。It is a schematic cross section explaining the principal part of the fuel circulation device concerning this embodiment. 比較例に係る燃料循環装置の流体の流れを説明する図であり、（ａ）はインジェクタが噴射している状態を示し、（ｂ）はインジェクタが噴射を停止するインターバル間の状態を示す。It is a figure explaining the flow of the fluid of the fuel circulation apparatus which concerns on a comparative example, (a) shows the state which the injector is injecting, (b) shows the state between the intervals which an injector stops injection. 本実施形態に係る燃料循環装置の流体の流れを説明する図であり、（ａ）は主供給インジェクタが噴射する状態を示し、（ｂ）は補助供給インジェクタが噴射する状態を示す。It is a figure explaining the flow of the fluid of the fuel circulation device concerning this embodiment, (a) shows the state where a main supply injector injects, and (b) shows the state where an auxiliary supply injector injects. ＥＣＵがインジェクタのタイムインターバルを決定する流れを説明する図である。It is a figure explaining the flow which ECU determines the time interval of an injector. 本実施形態の燃料循環装置のインジェクタの作動タイミングを説明する図であり、（ａ）は主供給インジェクタの作動タイミングを、（ｂ）は、補助供給インジェクタの作動タイミングを、（ｃ）は燃料循環装置のインジェクタ全体としての供給流量を示す図である。It is a figure explaining the operation timing of the injector of the fuel circulation apparatus of this embodiment, (a) is the operation timing of the main supply injector, (b) is the operation timing of the auxiliary supply injector, (c) is the fuel circulation. It is a figure which shows the supply flow rate as the whole injector of an apparatus. 本実施形態に係る燃料循環装置と比較例に係る燃料循環装置について、燃料電池スタックが要求するＳＴＫ要求電流とインジェクタが供給するアノードガスの流量との関係を示すグラフである。5 is a graph showing the relationship between the STK request current required by the fuel cell stack and the flow rate of the anode gas supplied by the injector for the fuel circulation device according to the present embodiment and the fuel circulation device according to the comparative example. 比較例に係る燃料循環装置の作動タイミングを説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement timing of the fuel circulation apparatus which concerns on a comparative example. 本実施形態の燃料循環装置の作動タイミングを説明する図であり、（ａ）は主供給インジェクタの作動タイミングであり、（ｂ）は補助供給インジェクタの作動タイミングである。It is a figure explaining the operation timing of the fuel circulation apparatus of this embodiment, (a) is the operation timing of a main supply injector, (b) is the operation timing of an auxiliary supply injector.

以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

≪燃料電池システム≫
図１は、本実施形態に係る燃料循環装置２０を備える燃料電池システムＳの構成図である。
燃料電池システムＳは、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０に酸化剤ガスとしての酸素を含む空気（カソードガス）を供給するカソード系と、燃料電池スタック１０に燃料ガスとしての水素（アノードガス）を供給するアノード系とを備えている。さらに、燃料電池システムＳは、燃料電池スタック１０からどれだけの電流を取り出すか（発電させるか）を決定する電子制御装置（以下「ＥＣＵ」と称する）４０や、燃料電池スタック１０から取り出した電流を負荷に供給するパワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ」と称する）３０などを備えている。なお、ＥＣＵ４０は、例えば、スロットルペダルなどの開度を検出（出力要求を検出）して、検出した値に応じた燃料電池スタック要求電流（以下「ＳＴＫ要求電流」と称する）を生成（設定）し、この生成したＳＴＫ要求電流に基づいて、ＰＤＵ３０（図示しないＶＣＵ（Voltage Control Unit））を制御するものとする。つまり、ＰＤＵ３０が、ＳＴＫ要求電流に応じた電流を燃料電池スタック１０から取り出し、図示しない走行用のモータなどの負荷に供給するものとする。 ≪Fuel cell system≫
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system S including a fuel circulation device 20 according to the present embodiment.
The fuel cell system S includes a fuel cell stack 10, a cathode system that supplies air (cathode gas) containing oxygen as an oxidant gas to the fuel cell stack 10, and hydrogen (anode gas) as a fuel gas to the fuel cell stack 10. ) To supply the anode system. Further, the fuel cell system S has an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 40 that determines how much current is to be taken out (generated power) from the fuel cell stack 10, and the current taken out from the fuel cell stack 10. A power control unit (hereinafter referred to as “PCU”) 30 is provided. For example, the ECU 40 detects the opening of a throttle pedal or the like (detects an output request) and generates (sets) a fuel cell stack required current (hereinafter referred to as “STK required current”) according to the detected value. The PDU 30 (VCU (Voltage Control Unit) not shown) is controlled based on the generated STK request current. That is, it is assumed that the PDU 30 takes out a current corresponding to the STK request current from the fuel cell stack 10 and supplies it to a load such as a travel motor (not shown).

＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セルが積層されることで構成されたスタックであり、複数の単セルは電気的に直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟む２枚の導電性を有するアノードセパレータ及びカソードセパレータと、を備えている。
ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜（例えばパーフルオロスルホン酸型）からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソードとを備えている。アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）を含んでいる。 <Fuel cell stack>
The fuel cell stack 10 is a stack formed by stacking a plurality of (for example, 200 to 400) solid polymer type single cells, and the plurality of single cells are electrically connected in series. The single cell includes an MEA (Membrane Electrode Assembly) and two conductive anode separators and cathode separators sandwiching the MEA.
The MEA includes an electrolyte membrane (solid polymer membrane) made of a monovalent cation exchange membrane (for example, perfluorosulfonic acid type), and an anode and a cathode sandwiching the electrolyte membrane. The anode and cathode are mainly composed of a conductive porous material such as carbon paper, and contain a catalyst (Pt, Ru, etc.) for causing an electrode reaction in the anode and cathode.

アノードセパレータには、各ＭＥＡのアノードに対して水素を給排するため単セルの積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セルの面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がアノード流路１０Ａとして機能している。
カソードセパレータには、各ＭＥＡのカソードに対して空気を給排するため単セルの積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セルの面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がカソード流路１０Ｃとして機能している。 The anode separator is formed with a through-hole (called an internal manifold) extending in the stacking direction of the single cells and a groove extending in the surface direction of the single cells in order to supply and discharge hydrogen to the anode of each MEA. These through holes and grooves function as the anode flow path 10A.
The cathode separator is formed with a through-hole (referred to as an internal manifold) extending in the stacking direction of the single cells and a groove extending in the surface direction of the single cells in order to supply and discharge air to and from the cathode of each MEA. These through holes and grooves function as the cathode channel 10C.

そして、アノード流路１０Ａを介して各アノードに水素が供給されると、式（１）の電極反応が起こり、カソード流路１０Ｃを介して各カソードに空気が供給されると、式（２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生する。次いで、燃料電池スタック１０と走行モータ等の外部回路（図示せず）とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電する。
２Ｈ_２→４Ｈ＋＋４ｅ⁻ …（１）
Ｏ_２＋４Ｈ＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏ …（２） When hydrogen is supplied to each anode through the anode flow channel 10A, an electrode reaction of Formula (1) occurs, and when air is supplied to each cathode through the cathode flow channel 10C, Formula (2) The electrode reaction occurs, and a potential difference (OCV (Open Circuit Voltage), open circuit voltage) is generated in each single cell. Next, when the fuel cell stack 10 and an external circuit (not shown) such as a travel motor are electrically connected and current is taken out, the fuel cell stack 10 generates power.
2H ₂ → 4H ++ 4e ⁻ (1)
O ₂ + 4H ++ 4e ⁻ → 2H ₂ O (2)

＜カソード系＞
次に、燃料電池システムＳのカソード系について説明する。カソード系は、コンプレッサ１１と、背圧弁１２とを備えている。
コンプレッサ１１は、配管を介して燃料電池スタック１０のカソード流路１０Ｃの入口に接続されており、ＥＣＵ４０からの指令に従って作動すると、酸素を含む空気（カソードガス）を取り込み、これを燃料電池スタック１０のカソード流路１０Ｃに供給する。 <Cathode system>
Next, the cathode system of the fuel cell system S will be described. The cathode system includes a compressor 11 and a back pressure valve 12.
The compressor 11 is connected to the inlet of the cathode flow path 10C of the fuel cell stack 10 via a pipe. When the compressor 11 operates according to a command from the ECU 40, it takes in oxygen-containing air (cathode gas) and supplies it to the fuel cell stack 10. To the cathode channel 10C.

燃料電池スタック１０のカソード流路１０Ｃの出口は配管を介して背圧弁１２と接続されている。背圧弁１２の下流側は配管を介して希釈器１３に接続されている。背圧弁１２は、バタフライ弁等から構成された常開型の弁であり、その開度はＥＣＵ４０によって制御されている。
燃料電池スタック１０のカソード流路１０Ｃから排出されたカソードオフガスは、希釈器１３に排出される。希釈器１３では、後述するアノード系のパージ弁８から排出されたアノードオフガスをカソードオフガスで希釈した後、燃料電池システムＳを装備した車両等から排出される。 The outlet of the cathode channel 10C of the fuel cell stack 10 is connected to the back pressure valve 12 via a pipe. The downstream side of the back pressure valve 12 is connected to the diluter 13 via a pipe. The back pressure valve 12 is a normally open valve configured from a butterfly valve or the like, and its opening degree is controlled by the ECU 40.
The cathode offgas discharged from the cathode flow path 10C of the fuel cell stack 10 is discharged to the diluter 13. In the diluter 13, an anode off gas discharged from an anode purge valve 8, which will be described later, is diluted with a cathode off gas and then discharged from a vehicle or the like equipped with the fuel cell system S.

＜アノード系＞
次に、燃料電池システムＳのアノード系について説明する。アノード系は、燃料タンク１と、レギュレータ２と、主供給インジェクタ３と、補助供給インジェクタ４と、エジェクタ５と、キャッチタンク６と、逆止弁７と、パージ弁８と、ドレイン弁９とを備えている。 <Anode system>
Next, the anode system of the fuel cell system S will be described. The anode system includes a fuel tank 1, a regulator 2, a main supply injector 3, an auxiliary supply injector 4, an ejector 5, a catch tank 6, a check valve 7, a purge valve 8, and a drain valve 9. I have.

燃料タンク１は、燃料ガスとしての水素（アノードガス）が高圧で封入されたタンクであり、レギュレータ２、燃料循環装置２０および配管２１を介して燃料電池スタック１０のアノード流路１０Ａに水素（アノードガス）を供給する。
レギュレータ２は、燃料タンク１の下流に設けられ、レギュレータ２の下流に設けられた燃料循環装置２０（主供給インジェクタ３、補助供給インジェクタ４）に供給する水素（アノードガス）の圧力をＥＣＵ４０からの指令に従って調整する。なお、レギュレータ２は、ＥＣＵ４０からの電子的な指令により調圧するタイプではなく、カソード側の圧力を信号圧として配管により伝達されて調圧するタイプのものでもよい。また、燃料タンク１から主供給インジェクタ３や補助供給インジェクタ４の間には、図示しない１次減圧弁や２次減圧弁、図示しないレギュレータ２以外のレギュレータが備わっていてもよい。 The fuel tank 1 is a tank in which hydrogen (anode gas) as a fuel gas is sealed at a high pressure, and hydrogen (anode) is supplied to the anode flow path 10A of the fuel cell stack 10 via the regulator 2, the fuel circulation device 20, and the pipe 21. Gas).
The regulator 2 is provided downstream of the fuel tank 1, and the pressure of hydrogen (anode gas) supplied to the fuel circulation device 20 (main supply injector 3 and auxiliary supply injector 4) provided downstream of the regulator 2 is supplied from the ECU 40. Adjust according to the directive. Note that the regulator 2 is not a type that regulates pressure by an electronic command from the ECU 40, but may be a type that regulates pressure by transmitting the pressure on the cathode side as a signal pressure through a pipe. Further, between the fuel tank 1 and the main supply injector 3 and the auxiliary supply injector 4, a regulator other than the primary pressure reducing valve, the secondary pressure reducing valve, and the regulator 2 (not shown) may be provided.

燃料循環装置２０は、主供給インジェクタ３と、補助供給インジェクタ４と、エジェクタ５と、から構成されている。
燃料循環装置２０は、主供給インジェクタ３または補助供給インジェクタ４から噴射される燃料タンク１からの水素（アノードガス）と共に、後述する水素を含むアノードオフガスをアノードガスの負圧により配管２４から吸い込み、配管２１を介して、燃料電池スタック１０のアノード流路１０Ａに供給する。これにより、水素を含むアノードオフガスが循環するようになっている。
なお、配管２１には、燃料電池スタック１０に供給されるアノードガスの圧力を検出する圧力センサＰが設けられており、圧力センサＰで検出したアノードガスの供給圧力は、ＥＣＵ４０に送信される。 The fuel circulation device 20 includes a main supply injector 3, an auxiliary supply injector 4, and an ejector 5.
The fuel circulation device 20 sucks in an anode off-gas containing hydrogen described later together with hydrogen (anode gas) injected from the main supply injector 3 or the auxiliary supply injector 4 from the pipe 24 by the negative pressure of the anode gas. It is supplied to the anode flow path 10 </ b> A of the fuel cell stack 10 through the pipe 21. Thereby, the anode off gas containing hydrogen circulates.
The pipe 21 is provided with a pressure sensor P for detecting the pressure of the anode gas supplied to the fuel cell stack 10, and the supply pressure of the anode gas detected by the pressure sensor P is transmitted to the ECU 40.

燃料電池スタック１０のアノード流路１０Ａの出口は、配管２２を介してキャッチタンク６と接続される。キャッチタンク６は配管２３を介して逆止弁７と接続され、逆止弁７の下流側は配管２４を介して燃料循環装置２０（吸込部５ｂ、図２参照）と接続される。
キャッチタンク６は、燃料電池スタック１０のアノード流路１０Ａから排出された未反応の水素を含むアノードオフガスから、燃料電池スタック１０において電気化学反応により生成した水（Ｈ_２Ｏ）（式（２）参照）を分離し、これをキャッチタンク６に貯める。
キャッチタンク６で脱水されたアノードオフガスは、配管２３、逆止弁７および配管２４を介して燃料循環装置２０に供給される。
このように、燃料電池システムＳは、燃料循環装置２０により、燃料タンク１のアノードガス（水素）が燃料電池スタック１０のアノード流路１０Ａに供給されると共に、燃料アノード流路１０Ａから排出された未反応の水素を含むアノードオフガスが燃料電池スタック１０のアノード流路１０Ａに循環供給される構成となっている。 The outlet of the anode flow path 10 </ b> A of the fuel cell stack 10 is connected to the catch tank 6 via a pipe 22. The catch tank 6 is connected to the check valve 7 via a pipe 23, and the downstream side of the check valve 7 is connected to the fuel circulation device 20 (suction portion 5 b, see FIG. 2) via a pipe 24.
The catch tank 6 is water (H ₂ O) generated by an electrochemical reaction in the fuel cell stack 10 from the anode off gas containing unreacted hydrogen discharged from the anode flow path 10A of the fuel cell stack 10 (formula (2)). (See below) is separated and stored in the catch tank 6.
The anode off gas dehydrated in the catch tank 6 is supplied to the fuel circulation device 20 via the pipe 23, the check valve 7 and the pipe 24.
Thus, in the fuel cell system S, the anode gas (hydrogen) in the fuel tank 1 is supplied to the anode flow path 10A of the fuel cell stack 10 and discharged from the fuel anode flow path 10A by the fuel circulation device 20. The anode off gas containing unreacted hydrogen is circulated and supplied to the anode flow path 10 </ b> A of the fuel cell stack 10.

また、キャッチタンク６は、配管を介して常閉型のパージ弁８、ドレイン弁９が接続される。パージ弁８およびドレイン弁９は、ＥＣＵ４０によって開閉が制御される。
ＥＣＵ４０によりパージ弁８は定期的または非定期的に開放され、アノードオフガスは希釈器１３に排出される。これにより、燃料電池スタック１０に循環供給されるアノードガスの水素濃度の低下を抑制できる。
パージ弁８から排出されたアノードオフガスは、希釈器１３でカソードオフガスにより希釈され、低水素濃度となった後に燃料電池システムＳから排出される。
ドレイン弁９は、ＥＣＵ４０によって開閉が制御され、ドレイン弁９を開放することにより、キャッチタンク６に貯まった生成水は燃料電池システムＳから排出される。なお、貯まった生成水の排出先は例えば希釈器１３である。 The catch tank 6 is connected to a normally-closed purge valve 8 and a drain valve 9 via a pipe. The purge valve 8 and the drain valve 9 are controlled to open and close by the ECU 40.
The purge valve 8 is opened regularly or irregularly by the ECU 40, and the anode off gas is discharged to the diluter 13. Thereby, the fall of the hydrogen concentration of the anode gas circulated and supplied to the fuel cell stack 10 can be suppressed.
The anode off-gas discharged from the purge valve 8 is diluted with the cathode off-gas in the diluter 13 to reach a low hydrogen concentration and then discharged from the fuel cell system S.
The drain valve 9 is controlled to be opened and closed by the ECU 40, and the generated water stored in the catch tank 6 is discharged from the fuel cell system S by opening the drain valve 9. For example, the diluter 13 is a discharge destination of the generated product water.

＜燃料循環装置＞
図１に示すように、本実施形態に係る燃料循環装置２０は、主供給インジェクタ３と、補助供給インジェクタ４と、エジェクタ５とを有している。
燃料循環装置２０について、適宜図１を参照しながら、図２を用いて更に説明する。
図２は、本実施形態に係る燃料循環装置２０の主要部を説明する模式断面図である。 <Fuel circulation device>
As shown in FIG. 1, the fuel circulation device 20 according to this embodiment includes a main supply injector 3, an auxiliary supply injector 4, and an ejector 5.
The fuel circulation device 20 will be further described with reference to FIG.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating the main part of the fuel circulation device 20 according to the present embodiment.

主供給インジェクタ３は、ＥＣＵ４０に制御され、燃料タンク１から供給されたアノードガス（第１流体）を間欠的に噴射する。
主供給インジェクタ３の下流側には、エジェクタ５が配置される。エジェクタ５は、流路の断面積が次第に大きくなるディフューザ５ａと、ディフューザ５ａの上流に配置される吸込部５ｂとを有する。また、ディフューザ５ａは、上流側に流路の断面積が次第に小さくなるスロート部５ｃを有する。吸込部５ｂは、配管２４、逆止弁７、配管２３、キャッチタンク６および配管２２を介して、燃料電池スタック１０のアノード流路１０Ａの出口と接続される。 The main supply injector 3 is controlled by the ECU 40 and intermittently injects the anode gas (first fluid) supplied from the fuel tank 1.
An ejector 5 is disposed downstream of the main supply injector 3. The ejector 5 includes a diffuser 5a in which the cross-sectional area of the flow path gradually increases, and a suction portion 5b disposed upstream of the diffuser 5a. Further, the diffuser 5a has a throat portion 5c on the upstream side where the cross-sectional area of the flow path gradually decreases. The suction part 5 b is connected to the outlet of the anode flow path 10 </ b> A of the fuel cell stack 10 through the pipe 24, the check valve 7, the pipe 23, the catch tank 6 and the pipe 22.

主供給インジェクタ３が燃料タンク１から供給されたアノードガス（第１流体）をディフューザ５ａのスロート部５ｃに向けて噴射することにより、アノードオフガス（第２流体）を吸引するための負圧が発生し、吸込部５ｂを介してアノードオフガスがスロート部５ｃからディフューザ５ａに吸い込まれる。
ディフューザ５ａの下流側は、配管２１を介して、燃料電池スタック１０のアノード流路１０Ａの入口と接続されており、燃料タンク１からのアノードガスと吸込部５ｂから吸引されたアノードオフガスとがディフューザ５ａで合流し、合流後の混合ガスはアノード流路１０Ａに供給される。 The main supply injector 3 injects the anode gas (first fluid) supplied from the fuel tank 1 toward the throat portion 5c of the diffuser 5a, thereby generating a negative pressure for sucking the anode off gas (second fluid). Then, the anode off gas is sucked into the diffuser 5a from the throat portion 5c through the suction portion 5b.
The downstream side of the diffuser 5a is connected to the inlet of the anode flow path 10A of the fuel cell stack 10 via the pipe 21, so that the anode gas from the fuel tank 1 and the anode off gas sucked from the suction part 5b are diffused. The mixed gas is joined at 5a, and the mixed gas is supplied to the anode channel 10A.

ここで、主供給インジェクタ３とディフューザ５ａは、略同軸（図２に示すａ軸）となるように配置されることが好適である。このような配置とすることにより、主供給インジェクタ３とエジェクタ５（ディフューザ５ａのスロート部５ｃ）との間に滞留する流体を少なくすることができ、いわゆるストイキを高くすることができる。 Here, the main supply injector 3 and the diffuser 5a are preferably arranged so as to be substantially coaxial (a-axis shown in FIG. 2). With such an arrangement, it is possible to reduce the amount of fluid that stays between the main supply injector 3 and the ejector 5 (the throat portion 5c of the diffuser 5a), and the so-called stoichiometry can be increased.

また、本実施形態に係る燃料循環装置２０は、補助供給インジェクタ４を有している。
補助供給インジェクタ４は、エジェクタ５の上流に配置（主供給インジェクタ３と並列に配置）され、かつ、吸込部５ｂからディフューザ５ａのスロート部５ｂに吸引されるアノードオフガス（第２流体）の流れに沿うように、燃料タンク１から供給されるアノードガス（第１流体）を噴射するように配置される。 Further, the fuel circulation device 20 according to the present embodiment has an auxiliary supply injector 4.
The auxiliary supply injector 4 is arranged upstream of the ejector 5 (arranged in parallel with the main supply injector 3), and flows into the anode off-gas (second fluid) drawn from the suction part 5b to the throat part 5b of the diffuser 5a. The anode gas (first fluid) supplied from the fuel tank 1 is injected along the fuel tank 1.

ここで、補助供給インジェクタ４の軸線（図２に示すｂ軸）は、ディフューザ５ａのスロート部５ｃのうち、アノードオフガス（第２流体）が流れる吸込部５ｂからディフューザ５ａに接続するように形成された流入口湾曲面５ｄにおける接線（図２に示す接線Ｃ）と略平行になるよう配置されることが好適である。このような配置とすることにより、補助供給インジェクタ４の軸線（ｂ軸）をアノードオフガス（第２流体）の流れに沿わせることで、アノードオフガスをディフューザ５ａに送り込む補助的役割が大きくなり、燃料電池システムＳのアノード系の循環能をより高めることができる。 Here, the axis (b-axis shown in FIG. 2) of the auxiliary supply injector 4 is formed so as to be connected to the diffuser 5a from the suction portion 5b through which the anode off-gas (second fluid) flows in the throat portion 5c of the diffuser 5a. It is preferable to arrange the tangent line (tangent line C shown in FIG. 2) on the curved curved surface 5d. With this arrangement, the auxiliary supply injector 4 has a supplementary role of feeding the anode off gas into the diffuser 5a by causing the axis (b axis) of the auxiliary supply injector 4 to follow the flow of the anode off gas (second fluid). The circulation capacity of the anode system of the battery system S can be further increased.

次に、図３および図４を用いて、比較例に係る燃料循環装置１２０と対比しつつ、本実施形態に係る燃料循環装置２０のアノードオフガスの循環能について説明する。
図３は、比較例に係る燃料循環装置１２０の流体の流れを説明する図であり、（ａ）はインジェクタ１０３が噴射している状態を示し、（ｂ）はインジェクタ１０３が噴射を停止するインターバル間の状態を示す。図４は、本実施形態に係る燃料循環装置２０の流体の流れを説明する図であり、（ａ）は主供給インジェクタ３が噴射する状態を示し、（ｂ）は補助供給インジェクタ４が噴射する状態を示す。 Next, the anode off-gas circulation ability of the fuel circulation device 20 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4 while comparing with the fuel circulation device 120 according to the comparative example.
3A and 3B are diagrams for explaining the flow of fluid in the fuel circulation device 120 according to the comparative example. FIG. 3A shows a state in which the injector 103 is injecting, and FIG. 3B is an interval at which the injector 103 stops injection. The state between. 4A and 4B are diagrams for explaining the flow of the fluid in the fuel circulation device 20 according to the present embodiment. FIG. 4A shows a state in which the main supply injector 3 injects, and FIG. 4B shows the state in which the auxiliary supply injector 4 injects. Indicates the state.

まず、図３を用いて、比較例に係る燃料循環装置１２０について説明する。
比較例に係る燃料循環装置１２０を備える燃料電池システムは、特許文献１に記載された燃料電池システムと同様の構成を備えるものである。また、比較例に係る燃料循環装置１２０を備える燃料電池システムと、本実施形態に係る燃料循環装置２０を備える燃料電池システムＳとは、燃料循環装置１２０と、燃料循環装置２０の構成が異なる以外は、同一であり、説明を省略する。 First, the fuel circulation device 120 according to the comparative example will be described with reference to FIG.
The fuel cell system including the fuel circulation device 120 according to the comparative example has the same configuration as the fuel cell system described in Patent Document 1. Further, the fuel cell system including the fuel circulation device 120 according to the comparative example and the fuel cell system S including the fuel circulation device 20 according to the present embodiment are different except that the configurations of the fuel circulation device 120 and the fuel circulation device 20 are different. Are the same and will not be described.

図３（ａ）に示すように、インジェクタ１０３からアノードガスＧ_Aを噴射させると、アノードオフガスを吸引するための負圧が発生し、アノードオフガスＧ_off1は、エジェクタ１０５の吸込部１０５ｂから吸引され、ディフューザ１０５ａを通過し、燃料電池スタックへと供給される。
しかし、図３（ｂ）に示すように、インジェクタ１０３からのアノードガスＧ_Aの噴射を停止するインターバル間の状態においては、アノードオフガスは吸引されず、吸込部１０５ｂの内部でアノードオフガスＧ_off2が滞留する。 As shown in FIG. 3 (a), when to inject the anode gas G _A from the injector 103, the negative pressure for aspirating the anode-off gas is generated, the anode off-gas G _off1 is sucked from the suction portion 105b of the ejector 105 Then, it passes through the diffuser 105a and is supplied to the fuel cell stack.
However, as shown in FIG. 3 (b), in the state over the interval to stop the injection of the anode gas G _A from the injector 103, the anode off-gas is not sucked in the inside of the suction portion 105b is the anode off-gas G _off2 Stay.

次に、図４を用いて、本実施形態に係る燃料循環装置２０について説明する。
図４（ａ）に示すように、主供給インジェクタ３からアノードガスＧ_A3を噴射させると、アノードオフガスを吸引するための負圧が発生し、アノードオフガスＧ_off1は、エジェクタ５の吸込部５ｂから吸引され、ディフューザ５ａを通過して、燃料電池スタック１０（図１参照）へと供給さえる点では比較例に係る燃料循環装置１２０と同じである。
さらに、図４（ｂ）に示すように、本実施形態に係る燃料循環装置２０は、主供給インジェクタ３からのアノードガスＧ_A3の噴射を停止するインターバル間の状態であっても、補助供給インジェクタ４からアノードガスＧ_A4を噴射することができる。
補助供給インジェクタ４は、アノードオフガスが循環する方向に沿う方向に、アノードガスＧ_A4を噴射することで、アノードオフガスＧ_off2の循環をアシストし、燃料電池スタック１０に供給する。 Next, the fuel circulation device 20 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 4 (a), when to inject the anode gas G _A3 from the main supply injector 3, the negative pressure for aspirating the anode-off gas is generated, the anode off-gas G _off1 from the suction portion 5b of the ejector 5 It is the same as the fuel circulation device 120 according to the comparative example in that it is sucked and passed through the diffuser 5a and supplied to the fuel cell stack 10 (see FIG. 1).
Further, as shown in FIG. 4B, the fuel circulation device 20 according to the present embodiment has the auxiliary supply injector even in the state during the interval in which the injection of the anode gas G _A3 from the main supply injector 3 is stopped. 4, the anode gas G _A4 can be injected.
The auxiliary supply injector 4 assists the circulation of the anode off gas G _off2 by injecting the anode gas _GA ₄ in a direction along the direction in which the anode off gas circulates, and supplies it to the fuel cell stack 10.

ちなみに、図３の比較例と図４の実施形態例について、単位時間当たり同じ量（例えばＸｃｃ）のアノードガスＧ_Aを間欠的に噴射するとする。そうすると、比較例ではインジェクタ１０３がＸｃｃのアノードガスＧ_Aを全量噴射し、一方、実施形態例では、主供給インジェクタ３がＸｃｃのうちのＸ１ｃｃのアノードガスＧ_Aを噴射し、補助供給インジェクタ４が残りのＸ２ｃｃのアノードガスＧ_Aを噴射する（Ｘ＝Ｘ１＋Ｘ２）。なお、実施形態例では、主供給インジェクタ３の休止期間（ＯＦＦ期間中）に、当該休止期間を埋めるように補助供給インジェクタ４がアノードガスＧ_Aを噴射する。 Incidentally, the embodiment of the Comparative Example and 4 in FIG. 3, and intermittently ejecting the anode gas G _A the same amount per unit time (e.g., Xcc). Then, the anode gas G _A of the injector 103 Xcc entire amount injected in the comparative example, whereas, in the example embodiment, the main supply injector 3 injects anode gas G _A of X1cc of Xcc, the auxiliary supply injector 4 injecting the anode gas G _a remaining X2cc (X = X1 + X2) . In the exemplary embodiment, mainly rest period of the supply injector 3 (OFF period), the auxiliary supply injectors 4 to fill the rest period injects anode gas G _A.

このように、本実施形態に係る燃料循環装置２０によれば、間欠的にアノードガスを噴射するインジェクタを用いても、主供給インジェクタ３からのアノードガスの噴射を停止するインターバル間の状態であっても、補助供給インジェクタ４がアノードオフガスの循環をアシストするようにアノードガスを噴射することができるので、アノードオフガスの循環能を向上させることができる。 As described above, according to the fuel circulation device 20 according to the present embodiment, even if an injector that intermittently injects anode gas is used, the state between the intervals in which the injection of anode gas from the main supply injector 3 is stopped is maintained. However, since the auxiliary supply injector 4 can inject the anode gas so as to assist the circulation of the anode off gas, the circulation ability of the anode off gas can be improved.

≪ＥＣＵ≫
次に、ＥＣＵ４０が、主供給インジェクタ３および補助供給インジェクタ４を制御する制御方法について説明する。
図５は、ＥＣＵ４０がインジェクタのタイムインターバルを決定する流れを説明する図である。 ≪ECU≫
Next, a control method in which the ECU 40 controls the main supply injector 3 and the auxiliary supply injector 4 will be described.
FIG. 5 is a diagram illustrating a flow in which the ECU 40 determines the time interval of the injector.

ＥＣＵ４０は、例えば、図示しないスロットルペダルの開度（出力要求）を検出し、ＳＴＫ要求電流生成器４９が、検出した値に応じてＳＴＫ要求電流を生成（設定）する。次に、積算器４１でＳＴＫ要求電流に定数Ｋを積算して、要求水素流量を算出する。
ここで、定数Ｋは、燃料電池スタック１０が発電するのに必要となる要求水素量を算出するためのものであり、燃料電池スタック１０の性能・構成により一意に定まる定数である。
次に、ＥＣＵ４０は、「要求水素流量−タイムインターバルマップ」４２を用いて、求めた要求水素電流に対応する、水素流量Ｔｉ（タイムインターバル）値を求める。 For example, the ECU 40 detects the opening (output request) of a throttle pedal (not shown), and the STK request current generator 49 generates (sets) the STK request current according to the detected value. Next, the integrator 41 adds the constant K to the STK required current to calculate the required hydrogen flow rate.
Here, the constant K is for calculating the amount of hydrogen required for the fuel cell stack 10 to generate power, and is a constant uniquely determined by the performance and configuration of the fuel cell stack 10.
Next, the ECU 40 uses the “required hydrogen flow rate-time interval map” 42 to obtain a hydrogen flow rate Ti (time interval) value corresponding to the obtained required hydrogen current.

また、ＥＣＵ４０は、「ＳＴＫ要求電流−目標圧力マップ」４３を用いて、燃料電池スタック１０に供給するアノードガスの目標圧力を求め、減算器４４へ送る。
ＥＣＵ４０の減産器４４は、目標圧力から圧力センサＰ（図１参照）で検出した燃料電池スタック１０のアノードガスの圧力（検出圧力）を減算する。
ＥＣＵ４０のＰＩＤ制御部４５は、目標圧力と検出圧力との差について、ＰＩＤ制御を行い、要求圧力値を算出する。
さらに、ＥＣＵ４０は、「要求圧力値−タイムインターバルマップ」４６を用いて、圧力Ｔｉ（タイムインターバル）値を求める。 Further, the ECU 40 obtains the target pressure of the anode gas supplied to the fuel cell stack 10 using the “STK required current-target pressure map” 43 and sends it to the subtractor 44.
The production reducer 44 of the ECU 40 subtracts the pressure (detected pressure) of the anode gas of the fuel cell stack 10 detected by the pressure sensor P (see FIG. 1) from the target pressure.
The PID control unit 45 of the ECU 40 performs PID control on the difference between the target pressure and the detected pressure, and calculates a required pressure value.
Further, the ECU 40 obtains a pressure Ti (time interval) value using a “required pressure value—time interval map” 46.

加算器４７は、「要求水素流量−タイムインターバルマップ」４２に基づく水素流量Ｔｉ値と、「要求圧力値−タイムインターバルマップ」４６に基づく圧力Ｔｉ値を加算し、Ｔｉ（タイムインターバル）値を算出する。
インジェクタドライバ４８は、加算器４７で算出されたＴｉ値に基づいて、主供給インジェクタ３および補助供給インジェクタ４へのタイムインターバルを決定し、主供給インジェクタ３および補助供給インジェクタ４を制御する。なお、インジェクタドライバ４８によるタイムインターバルの決定は、主供給インジェクタ３の休止期間を埋めるように補助供給インジェクタ４を作動させるというものである。 The adder 47 adds the hydrogen flow rate Ti value based on the “required hydrogen flow rate-time interval map” 42 and the pressure Ti value based on the “required pressure value-time interval map” 46 to calculate a Ti (time interval) value. To do.
The injector driver 48 determines the time interval to the main supply injector 3 and the auxiliary supply injector 4 based on the Ti value calculated by the adder 47 and controls the main supply injector 3 and the auxiliary supply injector 4. The determination of the time interval by the injector driver 48 is to operate the auxiliary supply injector 4 so as to fill the pause period of the main supply injector 3.

＜高負荷時＞
図６は、本実施形態の燃料循環装置２０のインジェクタの作動タイミングを説明する図であり、（ａ）は主供給インジェクタ３の作動タイミングを、（ｂ）は、補助供給インジェクタ４の作動タイミングを、（ｃ）は燃料循環装置２０のインジェクタ全体としての供給流量を示す図である。
図６（ａ）に示すように、主供給インジェクタ３は、間欠的に燃料タンク１からの水素（アノードガス）を噴射するため、最大Ｄｕｔｙの状態でも、主供給インジェクタ３が水素の噴射を停止するインターバル間の状態が存在する。そこで、図６（ｂ）に示すように、主供給インジェクタ３が水素の噴射を停止するインターバル間の状態において、補助供給インジェクタ４が燃料タンク１からの水素（アノードガス）を噴射する。
図６（ｃ）に示すように、燃料循環装置２０のインジェクタ全体（主供給インジェクタ３および補助供給インジェクタ４）の供給流量は、時間的に連続して供給される。これにより、アノードオフガスも連続的に循環するため、アノードオフガスの滞留を防ぐことができ、アノードオフガスの循環能を向上することができる。 <High load>
6A and 6B are diagrams for explaining the operation timing of the injector of the fuel circulation device 20 according to the present embodiment. FIG. 6A shows the operation timing of the main supply injector 3, and FIG. 6B shows the operation timing of the auxiliary supply injector 4. FIG. (C) is a figure which shows the supply flow volume as the whole injector of the fuel circulation apparatus 20. FIG.
As shown in FIG. 6A, since the main supply injector 3 intermittently injects hydrogen (anode gas) from the fuel tank 1, the main supply injector 3 stops injection of hydrogen even in the maximum duty state. There is a state between intervals. Therefore, as shown in FIG. 6B, the auxiliary supply injector 4 injects hydrogen (anode gas) from the fuel tank 1 in a state between intervals in which the main supply injector 3 stops the injection of hydrogen.
As shown in FIG. 6C, the supply flow rate of the whole injector (the main supply injector 3 and the auxiliary supply injector 4) of the fuel circulation device 20 is supplied continuously in time. As a result, the anode off-gas also circulates continuously, so that the anode off-gas can be prevented from staying, and the anode off-gas circulation ability can be improved.

図７は、本実施形態に係る燃料循環装置２０と比較例に係る燃料循環装置１２０について、燃料電池スタックが要求するＳＴＫ要求電流とインジェクタが供給するアノードガスの流量との関係を示すグラフである。
比較例に係る燃料循環装置１２０（図３参照）を備えた燃料電池システムは、インジェクタが１つであるため、ＳＴＫ要求電流がＩ_Ｍの点において、インジェクタ１０３は最大流量値に達し、Ｉ_Ｍ以上のＳＴＫ要求電流に対して、これ以上流量を大きくすることはできない。
このため、ＳＴＫ要求電流がＩ_Ｍを超えた状態が継続すると、燃料電池スタック１０が劣化するおそれがある（いわゆるガス欠による劣化）。
これに対し、本実施形態に係る燃料循環装置２０を備える燃料電池システムＳは、複数のインジェクタ（主供給インジェクタ３、補助供給インジェクタ４）を有するため、燃料循環装置２０が燃料電池スタック１０に供給できる燃料タンク１からの水素（アノードガス）の供給流量の最大値も増加する。
これにより、燃料電池スタック２０が必要とするＳＴＫ要求電流に対応する要求水素流量（図５参照）に対して、過剰に水素（アノードガス）を供給することが可能となり、燃料電池スタック２０の発電の安定性を確保することが気できる。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the STK required current required by the fuel cell stack and the flow rate of the anode gas supplied by the injector for the fuel circulating device 20 according to this embodiment and the fuel circulating device 120 according to the comparative example. .
A fuel cell system including a fuel circulation device 120 according to a comparative example (see FIG. 3), since the injector is one, in terms STK demand current is I _M, the injector 103 reaches the maximum flow rate value, I _M The flow rate cannot be increased any more than the above STK required current.
Therefore, when the STK request current state continues exceeding the I _M, there is a possibility that the fuel cell stack 10 is deteriorated (deterioration due to so-called out of gas).
In contrast, the fuel cell system S including the fuel circulation device 20 according to the present embodiment includes a plurality of injectors (the main supply injector 3 and the auxiliary supply injector 4), so that the fuel circulation device 20 supplies the fuel cell stack 10. The maximum value of the supply flow rate of hydrogen (anode gas) from the fuel tank 1 is also increased.
Thereby, it becomes possible to supply hydrogen (anode gas) excessively with respect to the required hydrogen flow rate (see FIG. 5) corresponding to the STK required current required by the fuel cell stack 20, and the fuel cell stack 20 generates power. You can be sure of ensuring the stability.

なお、単なる供給能力不足であれば、比較例のインジェクタ１０３を供給能力に見合う大容量のものにすればよい。しかし、インジェクタ１０３を大容量のものにしたとしても、インジェクタ１０３は間欠作動するものであるから、どうしてもインターバル（休止期間）が生じ、このインターバルが、エジェクタ１０５の効率を低下させる。これに対して、本実施形態では、２つのインジェクタを用い、つまり、主供給インジェクタ３の休止期間を埋めるように補助供給インジェクタ４を作動させるので、エジェクタ５の効率（循環能力）を高めることができる。 If the supply capacity is insufficient, the injector 103 of the comparative example may have a large capacity that matches the supply capacity. However, even if the injector 103 has a large capacity, since the injector 103 operates intermittently, an interval (rest period) is inevitably generated, and this interval reduces the efficiency of the ejector 105. In contrast, in this embodiment, two injectors are used, that is, the auxiliary supply injector 4 is operated so as to fill the idle period of the main supply injector 3, so that the efficiency (circulation capability) of the ejector 5 can be improved. it can.

＜低・中負荷時＞
次に、燃料電池スタック１０の要求電流が１つのインジェクタで賄える要求水素流量の場合（低・中負荷時）について、比較例に係る燃料循環装置１２０と、本実施形態に係る燃料循環装置２０とを比較する。即ち、燃料電池スタック１０の要求電流がＩ_Ｍ（図７参照）以下の場合について説明する。
図８は、比較例に係る燃料循環装置１２０の作動タイミングを説明する図である。図９は、本実施形態の燃料循環装置２０の作動タイミングを説明する図であり、（ａ）は主供給インジェクタ３の作動タイミングであり、（ｂ）は補助供給インジェクタ４の作動タイミングである。
特に、低・中負荷帯においては、アノードオフガスの滞留を減らすために、短いタイムインターバル（主供給インターバル）が設定され、図８に示すように、１つのインジェクタの作動回数が多くなる。 <Low / medium load>
Next, when the required current of the fuel cell stack 10 is a required hydrogen flow rate that can be covered by one injector (at the time of low / medium load), the fuel circulation device 120 according to the comparative example, the fuel circulation device 20 according to the present embodiment, Compare That is, a case where the required current of the fuel cell stack 10 is I _M (see FIG. 7) or less will be described.
FIG. 8 is a diagram illustrating the operation timing of the fuel circulation device 120 according to the comparative example. FIG. 9 is a diagram for explaining the operation timing of the fuel circulation device 20 of the present embodiment, where (a) is the operation timing of the main supply injector 3, and (b) is the operation timing of the auxiliary supply injector 4.
In particular, in a low / medium load zone, a short time interval (main supply interval) is set in order to reduce the retention of anode off gas, and the number of operations of one injector increases as shown in FIG.

これに対し、図９に示すように、本実施形態に係る燃料循環装置２０によれば、主供給インジェクタ３と補助供給インジェクタ４とを有することにより、比較例に係る燃料循環装置１２０と同等のアノードガス供給能・アノードオフガス循環能を有しつつ、各インジェクタの作動回数を大幅に少なくすることができる。
これにより、インジェクタの耐久性の課題を解決することにより、燃料電池システムＳの耐久性も向上する。 On the other hand, as shown in FIG. 9, according to the fuel circulation device 20 according to the present embodiment, by having the main supply injector 3 and the auxiliary supply injector 4, it is equivalent to the fuel circulation device 120 according to the comparative example. While having the anode gas supply capability and anode off-gas circulation capability, the number of operations of each injector can be greatly reduced.
Thereby, the durability of the fuel cell system S is also improved by solving the problem of the durability of the injector.

＜変形例＞
なお、本実施形態に係る燃料循環装置２０は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
例えば、上記実施形態の構成においては、一つのディフューザ５ａに対して、１つの主供給インジェクタ３と補助供給インジェクタ４とを備える燃料循環装置２０として説明したが、燃料循環装置２０は補助供給インジェクタ４を複数備えるものとしてもよい。 <Modification>
The fuel circulation device 20 according to the present embodiment is not limited to the configuration of the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
For example, in the configuration of the above embodiment, the fuel circulation device 20 including one main supply injector 3 and the auxiliary supply injector 4 is described for one diffuser 5a. However, the fuel circulation device 20 is the auxiliary supply injector 4. It is good also as what comprises two or more.

また、図５では、フィードフォワード制御により水素流量Ｔｉ値を算出するとともに、フィードバック制御により圧力Ｔｉ値を算出し、両者を足し合わせることでタイムインターバル（Ｔｉ値）を算出し、このＴｉ値を用いてインジェクタドライバ４８が両インジェクタ（主供給インジェクタ３と補助供給インジェクタ４）を作動させることとした。この両インジェクタの作動について、インジェクタドライバ４８が、Ｔｉ値により定まる噴射量を両インジェクタに、例えば、主供給インジェクタ３が８割、補助供給インジェクタ４が２割というように割り振り、それぞれ割り振られた量を噴射するように両インジェクタをそれぞれＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動させるようにしてもよい。つまり、インジェクタドライバ４８が、主供給インジェクタ３を介してＴｉ値により定まる８割分をＰＷＭ駆動により噴射させ、残りの２割分を、補助供給インジェクタ４を介して、主供給インジェクタ３の休止期間を埋めるように（時間的な位相差をもって略交互に）、ＰＷＭ駆動により噴射させてもよい。このようにすれば、主供給インジェクタ３が１００％デューティで作動しているときにも生じる休止期間でも、補助供給インジェクタ４により水素（アノードガス）を噴射でき、エジェクタ５の効率を向上することができる。 In FIG. 5, the hydrogen flow rate Ti value is calculated by feedforward control, the pressure Ti value is calculated by feedback control, and the time interval (Ti value) is calculated by adding both together, and this Ti value is used. Thus, the injector driver 48 operates both the injectors (the main supply injector 3 and the auxiliary supply injector 4). For the operation of both injectors, the injector driver 48 allocates the injection amount determined by the Ti value to both injectors, for example, 80% for the main supply injector 3 and 20% for the auxiliary supply injector 4, and the allocated amount. Both injectors may be driven by PWM (Pulse Width Modulation) so as to inject fuel. That is, the injector driver 48 injects 80% determined by the Ti value via the main supply injector 3 by PWM drive, and the remaining 20% is injected through the auxiliary supply injector 4 during the rest period of the main supply injector 3. May be injected by PWM drive so as to fill in (substantially alternately with a temporal phase difference). In this way, hydrogen (anode gas) can be injected by the auxiliary supply injector 4 even during the idle period that occurs when the main supply injector 3 is operating at 100% duty, and the efficiency of the ejector 5 can be improved. it can.

１燃料タンク
２レギュレータ
３主供給インジェクタ（第１インジェクタ）
４補助供給インジェクタ（第２インジェクタ）
５エジェクタ
５ａディフューザ
５ｂ吸込部
５ｃスロート部
５ｄ流入口湾曲部
６キャッチタンク
７逆止弁
８パージ弁
９ドレイン弁
１０燃料電池スタック
１０Ａアノード流路
１０Ｃカソード流路
１１コンプレッサ
１２背圧弁
１３希釈器
２０燃料循環装置
２１，２２，２３，２４配管
３０パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）
４０電子制御装置（ＥＣＵ）
Ｐ圧力センサ
Ｓ燃料電池システム 1 Fuel Tank 2 Regulator 3 Main Supply Injector (First Injector)
4 Auxiliary supply injector (second injector)
5 Ejector 5a Diffuser 5b Suction part 5c Throat part 5d Inlet curved part 6 Catch tank 7 Check valve 8 Purge valve 9 Drain valve 10 Fuel cell stack 10A Anode flow path 10C Cathode flow path 11 Compressor 12 Back pressure valve 13 Diluter 20 Fuel Circulator 21, 22, 23, 24 Piping 30 Power control unit (PCU)
40 Electronic control unit (ECU)
P Pressure sensor S Fuel cell system

Claims

燃料電池システムのアノード系において、燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスを循環させる燃料循環装置であって、
第１流体を間欠的に噴射する第１インジェクタと、
前記第１インジェクタの下流に配置され、前記第１流体の噴射により発生する負圧によって第２流体を吸引し、前記第１流体に合流させて送出するディフューザを有するエジェクタと、
前記ディフューザの上流に配置され、前記ディフューザのスロート部に吸引される前記第２流体の流れに沿って前記第１流体を噴射する１つあるいは複数の第２インジェクタと、を備えており、
前記第１インジェクタは、
該第１インジェクタの軸線が前記ディフューザの軸線と同軸になるよう配置され、
前記第２インジェクタは、
該第２インジェクタの軸線が前記第１インジェクタの軸線と前記ディフューザの前記スロート部で交わるよう配置され、
前記第１インジェクタと前記第２インジェクタとは、時間的な位相差をもって略交互に前記第１流体を噴射する
ことを特徴とする燃料循環装置。 In the anode system of the fuel cell system, a fuel circulation device for circulating the anode off gas discharged from the fuel cell stack,
A first injector for intermittently injecting a first fluid;
An ejector disposed downstream of the first injector, having a diffuser that sucks a second fluid by a negative pressure generated by the injection of the first fluid, joins the first fluid, and sends it out;
Wherein disposed upstream of the diffuser comprises a one or more second injector for injecting the first fluid along the flow of the second fluid to be sucked into the throat portion of the diffuser,
The first injector is
The axis of the first injector is arranged to be coaxial with the axis of the diffuser;
The second injector is
The second injector is arranged such that the axis of the second injector intersects the axis of the first injector at the throat portion of the diffuser,
The fuel circulation device, wherein the first injector and the second injector inject the first fluid substantially alternately with a temporal phase difference.

前記第１流体は、燃料タンクから供給されたアノードガスであり、
前記第２流体は、前記燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスである
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料循環装置。 The first fluid is an anode gas supplied from a fuel tank;
2. The fuel circulation device according to claim 1, wherein the second fluid is an anode off-gas discharged from the fuel cell stack.

前記第１インジェクタおよび前記第２インジェクタにおける前記第１流体の噴射を制御する制御手段と、を備えており、  Control means for controlling injection of the first fluid in the first injector and the second injector,
前記制御手段は、  The control means includes
前記燃料電池スタックの要求電流が、前記第１インジェクタの最大流量に対応する要求電流よりも大きい高負荷時において、  At high load when the required current of the fuel cell stack is larger than the required current corresponding to the maximum flow rate of the first injector,
間欠的に噴射する前記第１インジェクタの休止期間を埋めるように前記第２インジェクタを作動させる  The second injector is operated so as to fill a pause period of the first injector that injects intermittently.
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料循環装置。The fuel circulation device according to claim 1, wherein the fuel circulation device is provided.

前記制御手段は、  The control means includes
前記燃料電池スタックの要求電流が、前記第１インジェクタの最大流量に対応する要求電流よりも小さい低・中負荷時において、  At the time of low / medium load where the required current of the fuel cell stack is smaller than the required current corresponding to the maximum flow rate of the first injector,
間欠的に噴射する前記第１インジェクタの休止期間に前記第２インジェクタを作動させる  The second injector is operated during a pause period of the first injector that injects intermittently.
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料循環装置。The fuel circulation device according to claim 3.