JP6507667B2 - 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 - Google Patents
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Description
10 燃料電池スタック
40 酸化剤ガス通路
41 酸化剤ガス供給管
44 ターボコンプレッサ
46 カソードオフガス管
47 調圧弁
113 ディフューザ
Claims (10)
- 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタック内に形成された酸化剤ガス通路の入口に連結された酸化剤ガス供給管と、
前記酸化剤ガス供給管内に配置され、酸化剤ガスを圧送するターボコンプレッサと、
前記酸化剤ガス通路の出口に連結されたカソードオフガス管と、
前記カソードオフガス管内に配置され、前記酸化剤ガス通路の圧力を制御する調圧弁と、
を備え、
前記ターボコンプレッサは、ディフューザの流路面積を互いに異なる第1の流路面積及び第2の流路面積との間で切り替え可能であり、
前記ターボコンプレッサの入口の圧力に対する出口の圧力の比である圧力比及び前記ターボコンプレッサからの酸化剤ガス流量により定まる前記ターボコンプレッサの動作点が属しうる領域内に、前記ディフューザの前記流路面積が前記第1の流路面積のときに前記ターボコンプレッサにサージングが生じない第1の非サージング領域及び前記ターボコンプレッサにサージングが生じうる第1のサージング領域が区画されると共に、前記ディフューザの前記流路面積が前記第2の流路面積のときに前記ターボコンプレッサにサージングが生じない第2の非サージング領域及び前記ターボコンプレッサにサージングが生じうる第2のサージング領域が区画されており、
前記第1の非サージング領域が、前記第2の非サージング領域に重なっている重複領域と前記第2の非サージング領域に重なっていない第1の非重複領域とに区分されると共に、前記第2の非サージング領域が、前記第1の非サージング領域に重なっている前記重複領域と前記第1の非サージング領域に重なっていない第2の非重複領域とに区分されており、
前記ターボコンプレッサの動作点が前記第1の非重複領域内に属するときには前記ディフューザの流路面積を前記第1の流路面積に設定し、前記ターボコンプレッサの動作点が前記第2の非重複領域内に属するときには前記ディフューザの流路面積を前記第2の流路面積に設定し、
前記ターボコンプレッサの動作点が前記第1の非重複領域から前記第2の非重複領域まで移動するとき、又は、前記第2の非重複領域から前記第1の非重複領域まで移動するとき、前記ターボコンプレッサの動作点は前記重複領域を経由し、前記ターボコンプレッサの動作点が前記重複領域内に属するときに前記ターボコンプレッサの前記ディフューザの前記流路面積を前記第1の流路面積と第2の流路面積との間で切り替える、
燃料電池システム。 - 前記調圧弁は、前記酸化剤ガス通路内の圧力が、前記燃料電池スタックに供給すべき酸化剤ガスの流量としての目標酸化剤ガス流量と前記燃料電池スタックの温度とに基づいて定まる目標圧力になるように制御される、
請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記目標圧力は、前記目標酸化剤ガス流量と前記燃料電池スタックの温度とに基づいて、前記燃料電池スタック内の燃料電池単セルのカソード極側の水分量が所定量よりも低くならないように設定される、
請求項2に記載の燃料電池システム。 - 前記第1の流路面積は、前記ディフューザの最大の流路面積であり、前記第2の流路面積は、前記ディフューザの最小の流路面積である、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 - 前記ターボコンプレッサは、
前記ディフューザの流路を構成する一対のディフューザ壁と、
前記一対のディフューザ壁間の距離を変更することで、前記流路面積を変更可能な駆動部と、
を含む、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 - 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタック内に形成された酸化剤ガス通路の入口に連結された酸化剤ガス供給管と、
前記酸化剤ガス供給管内に配置され、酸化剤ガスを圧送するターボコンプレッサと、
前記酸化剤ガス通路の出口に連結されたカソードオフガス管と、
前記カソードオフガス管内に配置され、前記酸化剤ガス通路の圧力を制御する調圧弁と、
を備え、
前記ターボコンプレッサは、ディフューザの流路面積を互いに異なる第1の流路面積及び第2の流路面積との間で切り替え可能であり、
前記ターボコンプレッサの入口の圧力に対する出口の圧力の比である圧力比及び前記ターボコンプレッサからの酸化剤ガス流量により定まる前記ターボコンプレッサの動作点が属しうる領域内に、前記ディフューザの前記流路面積が前記第1の流路面積のときに前記ターボコンプレッサにサージングが生じない第1の非サージング領域及び前記ターボコンプレッサにサージングが生じうる第1のサージング領域が区画されると共に、前記ディフューザの前記流路面積が前記第2の流路面積のときに前記ターボコンプレッサにサージングが生じない第2の非サージング領域及び前記ターボコンプレッサにサージングが生じうる第2のサージング領域が区画されており、
前記第1の非サージング領域が、前記第2の非サージング領域に重なっている重複領域と前記第2の非サージング領域に重なっていない第1の非重複領域とに区分されると共に、前記第2の非サージング領域が、前記第1の非サージング領域に重なっている前記重複領域と前記第1の非サージング領域に重なっていない第2の非重複領域とに区分されている燃料電池システムの制御方法であって、
前記ターボコンプレッサの動作点が前記第1の非重複領域内に属するときには前記ディフューザの流路面積を前記第1の流路面積に設定し、前記ターボコンプレッサの動作点が前記第2の非重複領域内に属するときには前記ディフューザの流路面積を前記第2の流路面積に設定し、
前記ターボコンプレッサの動作点が前記第1の非重複領域から前記第2の非重複領域まで移動するとき、又は、前記第2の非重複領域から前記第1の非重複領域まで移動するとき、前記ターボコンプレッサの動作点は前記重複領域を経由し、前記ターボコンプレッサの動作点が前記重複領域内に属するときに前記ターボコンプレッサの前記ディフューザの前記流路面積を前記第1の流路面積と第2の流路面積との間で切り替える、
燃料電池システムの制御方法。 - 前記調圧弁を、前記酸化剤ガス通路内の圧力が、前記燃料電池スタックに供給すべき酸化剤ガスの流量としての目標酸化剤ガス流量と前記燃料電池スタックの温度とに基づいて定まる目標圧力になるように制御する、
請求項6に記載の燃料電池システムの制御方法。 - 前記目標圧力を、前記目標酸化剤ガス流量と前記燃料電池スタックの温度とに基づいて、前記燃料電池スタック内の燃料電池単セルのカソード極側の水分量が所定量よりも低くならないように設定する、
請求項7に記載の燃料電池システムの制御方法。 - 前記第1の流路面積は、前記ディフューザの最大の流路面積であり、前記第2の流路面積は、前記ディフューザの最小の流路面積である、
請求項6乃至8のいずれか一項に記載の燃料電池システムの制御方法。 - 前記ターボコンプレッサは、
前記ディフューザの流路を構成する一対のディフューザ壁と、
前記一対のディフューザ壁間の距離を変更することで、前記流路面積を変更可能な駆動部と、
を含む、
請求項6乃至9のいずれか一項に記載の燃料電池システムの制御方法。
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