JP5737158B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
酸化剤ガスを燃料電池(2)に供給する酸化剤ガス供給流路(40)と、
燃料電池(2)から排出されるオフ酸化剤ガスの少なくとも一部を、燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスに混入可能な再循環流路(45)と、
燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスに混入させるオフ酸化剤ガスの流量を制御する再循環量制御手段(46、70)と、
酸化剤ガス供給流路(40)を流れる酸化剤ガスの流量に対する、再循環流路(45)を流れるオフ酸化剤ガスの流量の比である循環比を調整する循環比調整手段(46、70)とを備え、
再循環量制御手段(46、70)は、低効率運転モード時に、オフ酸化剤ガスの少なくとも一部を燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスに混入させ、
循環比調整手段(46、70)は、燃料電池(2)の温度が低い程、循環比を増加させることを特徴とする。
これによれば、循環ポンプ(70)の作動量(オフ酸化剤ガス圧送能力)を調整することで、燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスに混入させるオフ酸化剤ガスの流量を調整することができる。なお、循環ポンプ(70)を停止させることで、燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスにオフ酸化剤ガスを混入させないようにもできる。
したがって、オフ酸化剤ガスの少なくとも一部を燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスに混入させるとともに、燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスに混入させるオフ酸化剤ガスの流量を調整する構成を、容易かつ確実に実現することが可能となる。
また、請求項5に記載の発明では、酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池(2)を備え、燃料電池(2)の発電効率を第1効率とする通常運転モードと、燃料電池(2)の発電効率を第1効率より低い第2効率とする低効率運転モードを切替可能に構成されている燃料電池システムにおいて、
酸化剤ガスを燃料電池(2)に供給する酸化剤ガス供給流路(40)と、
燃料電池(2)から排出されるオフ酸化剤ガスの少なくとも一部を、燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスに混入可能な再循環流路(45)と、
燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスに混入させるオフ酸化剤ガスの流量を制御する再循環量制御手段(49)とを備え、
再循環流路(45)は、酸化剤ガス供給流路(40)に接続されており、
再循環量制御手段は、酸化剤ガス供給流路(40)における再循環流路(45)との接続点に設けられ、通路面積を調整可能な可変ノズルから酸化剤ガスを噴射することでオフ酸化剤ガスを吸引し、酸化剤ガスとオフ酸化剤ガスとを混合して吐出するエジェクタ(49)を有して構成されており、
再循環量制御手段(49)は、低効率運転モード時に、オフ酸化剤ガスの少なくとも一部を燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスに混入させることを特徴とする。
このとき、燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスの流量は増加しないので、低効率運転モードを維持することができ、システムに必要な熱量を供給することができる。したがって、各セル(200)間での電圧のバラツキを抑制しつつ、システムに必要な熱量を供給することが可能となる。
さらに、請求項5に記載の発明では、通路面積を調整可能な可変ノズルを備えるエジェクタ(49)を用いて再循環量制御手段を構成しているので、再循環流路(45)を流通するオフ酸化剤ガスの流量を調整する流量調整弁を別途設けることなく、燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスに混入させるオフ酸化剤ガスの流量を調整することが可能となる。
燃料電池(2)から排出されるオフ酸化剤ガスの少なくとも一部を、燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスに混入可能な再循環流路(45)と、
燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスに混入させるオフ酸化剤ガスの流量を制御する再循環量制御手段(46、70)と、
燃料電池(2)から排出されるオフ酸化剤ガスが流通するオフ酸化剤ガス流路(41)とを備え、
オフ酸化剤ガス流路(41)の鉛直方向上方側に、再循環流路(45)の入口側が接続されており、
再循環量制御手段(46、70)は、低効率運転モード時に、オフ酸化剤ガスの少なくとも一部を燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスに混入させることを特徴とする。
このとき、燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスの流量は増加しないので、低効率運転モードを維持することができ、システムに必要な熱量を供給することができる。したがって、各セル(200)間での電圧のバラツキを抑制しつつ、システムに必要な熱量を供給することが可能となる。
さらに、請求項7に記載の発明では、燃料電池(2)から排出されるオフ酸化剤ガスが流通するオフ酸化剤ガス流路(41)の鉛直方向上方側に、再循環流路(45)の入口側を接続しているので、オフ酸化剤ガスに含まれる液体が再循環流路(45)に流入することを抑制できる。このため、液体が燃料電池(2)に流入することにより各セル(200)に供給される酸化剤ガス流量のバラツキが増大することを抑制できる。
燃料電池(2)に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段(81)と、
燃料電池(2)に供給する不活性ガスの流量を制御する不活性ガス流量制御手段(82)と、
燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスの流量に対する、燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスの流量および燃料電池(2)に供給する不活性ガスの流量の合計流量の比である供給ガス比を調整する供給ガス比調整手段(82)とを備え、
不活性ガス量制御手段(82)は、低効率運転モード時に、不活性ガスを燃料電池(2)に供給し、
供給ガス比調整手段(82)は、燃料電池(2)の温度が低い程、供給ガス比を増加させることを特徴とする。
このとき、燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスの流量は増加しないので、低効率運転モードを維持することができ、システムに必要な熱量を供給することができる。したがって、各セル(200)間での電圧のバラツキを抑制しつつ、システムに必要な熱量を供給することが可能となる。
ところで、燃料電池(2)の温度が低い程、燃料電池(2)のセル(200)の内部に生成水が滞留し易い。このことに鑑みて、請求項8に記載の発明では、燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスの流量に対する、燃料電池(2)に供給する酸化剤ガスの流量および燃料電池(2)に供給する不活性ガスの流量の合計流量の比である供給ガス比を、供給ガス比調整手段(82)により燃料電池(2)の温度が低い程、増加させる。
これにより、請求項8に記載の発明では、燃料電池(2)の温度が低くて燃料電池(2)のセル(200)内部に生成水が滞留しやすい場合に、セル(200)内に滞留した生成水をより確実に排出させることができるので、各セル(200)間での電圧のバラツキをより確実に抑制することが可能となる。
以下、本発明の第1実施形態について図1〜図3に基づいて説明する。図1は、本第1実施形態に係る燃料電池システムを示す全体構成図である。この燃料電池システム1は、電気自動車の一種である、いわゆる燃料電池車両に適用されており、車両走行用電動モータ等の電気負荷に電力を供給するものである。
次に、本発明の第2実施形態について図4に基づいて説明する。本第2実施形態は、上記第1実施形態と比較して、カソードオフガスを循環させるために空気循環用エジェクタを用いた点が異なるものである。図4は、本第2実施形態に係る燃料電池システムを示す全体構成図である。
次に、本発明の第3実施形態について図5および図6に基づいて説明する。本第3実施形態は、上記第1実施形態と比較して、カソードオフガスを循環させるために空気循環用ポンプを用いた点が異なるものである。図5は、本第3実施形態に係る燃料電池システムを示す全体構成図である。
次に、本発明の第4実施形態について図7に基づいて説明する。本第4実施形態は、上記第1実施形態と比較して、空気循環配管に気液分離器を設けた点が異なるものである。図7は、本第4実施形態に係る燃料電池システムを示す全体構成図である。
次に、本発明の第5実施形態について図8および図9に基づいて説明する。本第5実施形態は、上記第1実施形態と比較して、空気排出配管41と空気循環配管45との接続部の構成が異なるものである。図8は本第5実施形態に係る燃料電池システムを示す全体構成図、図9は図8のA部拡大図である。
次に、本発明の第6実施形態について図10に基づいて説明する。本第6実施形態は、上記第1実施形態と比較して、燃料電池2に窒素ガスを供給可能に構成されている点が異なるものである。図10は、本第6実施形態に係る燃料電池システムを示す全体構成図である。
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
40 空気供給配管(酸化剤ガス供給流路)
41 空気排出配管(オフ酸化剤ガス流路)
45 空気循環配管(再循環流路)
46 開閉バルブ(流量調整弁、再循環量制御手段、循環比調整手段)
70 空気循環用ポンプ(循環ポンプ、再循環量制御手段、循環比調整手段)
72 気液分離器
81 窒素タンク(不活性ガス供給手段)
82 シャットバルブ(不活性ガス流量制御手段、供給ガス比調整手段)
Claims (8)
- 酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池(2)を備え、
前記燃料電池(2)の発電効率を第1効率とする通常運転モードと、前記燃料電池(2)の発電効率を前記第1効率より低い第2効率とする低効率運転モードを切替可能に構成されている燃料電池システムであって、
前記酸化剤ガスを前記燃料電池(2)に供給する酸化剤ガス供給流路(40)と、
前記燃料電池(2)から排出されるオフ酸化剤ガスの少なくとも一部を、前記燃料電池(2)に供給する前記酸化剤ガスに混入可能な再循環流路(45)と、
前記燃料電池(2)に供給する前記酸化剤ガスに混入させる前記オフ酸化剤ガスの流量を制御する再循環量制御手段(46、70)と、
前記酸化剤ガス供給流路(40)を流れる酸化剤ガスの流量に対する、前記再循環流路(45)を流れる前記オフ酸化剤ガスの流量の比である循環比を調整する循環比調整手段(46、70)とを備え、
前記再循環量制御手段(46、70)は、前記低効率運転モード時に、前記オフ酸化剤ガスの少なくとも一部を前記燃料電池(2)に供給する前記酸化剤ガスに混入させ、
前記循環比調整手段(46、70)は、前記燃料電池(2)の温度が低い程、前記循環比を増加させることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記再循環流路(45)は、前記酸化剤ガス供給流路(40)に接続されており、
前記再循環量制御手段は、前記再循環流路(45)を流通する前記オフ酸化剤ガスの流量を調整する流量調整弁(46)を有して構成されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記再循環流路(45)は、前記酸化剤ガス供給流路(40)に接続されており、
前記再循環量制御手段は、
前記酸化剤ガス供給流路(40)における前記再循環流路(45)との接続点に設けられ、ノズルから前記酸化剤ガスを噴射することで前記オフ酸化剤ガスを吸引し、前記酸化剤ガスと前記オフ酸化剤ガスとを混合して吐出するエジェクタ(49)と、
前記再循環流路(45)を流通する前記オフ酸化剤ガスの流量を調整する流量調整弁(46)とを有して構成されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記再循環流路(45)は、前記酸化剤ガス供給流路(40)に接続されており、
前記再循環量制御手段は、前記オフ酸化剤ガスを前記再循環流路(45)に循環させる循環ポンプ(70)を有して構成されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 - 酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池(2)を備え、
前記燃料電池(2)の発電効率を第1効率とする通常運転モードと、前記燃料電池(2)の発電効率を前記第1効率より低い第2効率とする低効率運転モードを切替可能に構成されている燃料電池システムであって、
前記酸化剤ガスを前記燃料電池(2)に供給する酸化剤ガス供給流路(40)と、
前記燃料電池(2)から排出されるオフ酸化剤ガスの少なくとも一部を、前記燃料電池(2)に供給する前記酸化剤ガスに混入可能な再循環流路(45)と、
前記燃料電池(2)に供給する前記酸化剤ガスに混入させる前記オフ酸化剤ガスの流量を制御する再循環量制御手段(49)とを備え、
前記再循環流路(45)は、前記酸化剤ガス供給流路(40)に接続されており、
前記再循環量制御手段は、前記酸化剤ガス供給流路(40)における前記再循環流路(45)との接続点に設けられ、通路面積を調整可能な可変ノズルから前記酸化剤ガスを噴射することで前記オフ酸化剤ガスを吸引し、前記酸化剤ガスと前記オフ酸化剤ガスとを混合して吐出するエジェクタ(49)を有して構成されており、
前記再循環量制御手段(49)は、前記低効率運転モード時に、前記オフ酸化剤ガスの少なくとも一部を前記燃料電池(2)に供給する前記酸化剤ガスに混入させることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記再循環流路(45)には、気体と液体とを分離して前記液体を回収する気液分離器(72)が設けられていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
- 酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池(2)を備え、
前記燃料電池(2)の発電効率を第1効率とする通常運転モードと、前記燃料電池(2)の発電効率を前記第1効率より低い第2効率とする低効率運転モードを切替可能に構成されている燃料電池システムであって、
前記燃料電池(2)から排出されるオフ酸化剤ガスの少なくとも一部を、前記燃料電池(2)に供給する前記酸化剤ガスに混入可能な再循環流路(45)と、
前記燃料電池(2)に供給する前記酸化剤ガスに混入させる前記オフ酸化剤ガスの流量を制御する再循環量制御手段(46、70)と、
前記燃料電池(2)から排出される前記オフ酸化剤ガスが流通するオフ酸化剤ガス流路(41)とを備え、
前記オフ酸化剤ガス流路(41)の鉛直方向上方側に、前記再循環流路(45)の入口側が接続されており、
前記再循環量制御手段(46、70)は、前記低効率運転モード時に、前記オフ酸化剤ガスの少なくとも一部を前記燃料電池(2)に供給する前記酸化剤ガスに混入させることを特徴とする燃料電池システム。 - 酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池(2)を備え、
前記燃料電池(2)の発電効率を第1効率とする通常運転モードと、前記燃料電池(2)の発電効率を前記第1効率より低い第2効率とする低効率運転モードを切替可能に構成されている燃料電池システムであって、
前記燃料電池(2)に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段(81)と、
前記燃料電池(2)に供給する前記不活性ガスの流量を制御する不活性ガス流量制御手段(82)と、
前記燃料電池(2)に供給する前記酸化剤ガスの流量に対する、前記燃料電池(2)に供給する前記酸化剤ガスの流量および前記燃料電池(2)に供給する前記不活性ガスの流量の合計流量の比である供給ガス比を調整する供給ガス比調整手段(82)とを備え、
前記不活性ガス量制御手段(82)は、前記低効率運転モード時に、前記不活性ガスを前記燃料電池(2)に供給し、
前記供給ガス比調整手段(82)は、前記燃料電池(2)の温度が低い程、前記供給ガス比を増加させることを特徴とする燃料電池システム。
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