JP5062215B2 - In-vehicle fuel cell system and control method thereof - Google Patents
In-vehicle fuel cell system and control method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP5062215B2 JP5062215B2 JP2009101666A JP2009101666A JP5062215B2 JP 5062215 B2 JP5062215 B2 JP 5062215B2 JP 2009101666 A JP2009101666 A JP 2009101666A JP 2009101666 A JP2009101666 A JP 2009101666A JP 5062215 B2 JP5062215 B2 JP 5062215B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen gas
- flow path
- fuel cell
- pressure
- vehicle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Description
本発明は、自動車等の車両に搭載するのに好適な車載用燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to an in-vehicle fuel cell system suitable for being mounted on a vehicle such as an automobile.
高圧水素ガスタンクや水素吸蔵合金タンクなどからの水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池は、エネルギ効率が高いので、電気自動車などの動力源として有望である。 A fuel cell that generates electric power upon receiving supply of hydrogen gas from a high-pressure hydrogen gas tank or a hydrogen storage alloy tank is highly promising as a power source for electric vehicles and the like because of its high energy efficiency.
しかしながら、このような燃料電池を車両の動力源として用いる場合、燃料電池は勿論のこと、上記した高圧水素ガスタンクもしくは水素吸蔵合金タンクなどの水素ガス供給源や、これら水素ガス供給源から燃料電池に水素ガスを送りこむための水素ガス流路などを含む燃料電池システムを、車両に搭載する必要がある。 However, when such a fuel cell is used as a power source for a vehicle, not only the fuel cell but also a hydrogen gas supply source such as the above-described high-pressure hydrogen gas tank or hydrogen storage alloy tank, and the hydrogen gas supply source to the fuel cell are used. It is necessary to mount a fuel cell system including a hydrogen gas passage for feeding hydrogen gas on a vehicle.
燃料電池システムを車両に搭載する場合、できる限り省スペースで、できる限り軽重量で搭載できることが好ましい。また、可燃性の高い水素ガスを扱うため、高い安全性を確保する必要もある。 When the fuel cell system is mounted on a vehicle, it is preferable that the fuel cell system can be mounted with the smallest possible space and the smallest possible space. Moreover, in order to handle highly flammable hydrogen gas, it is necessary to ensure high safety.
そこで、本発明の目的は、上記した課題を解決し、車両に省スペース,軽重量で搭載することができ、しかも、高い安全性を確保することができる車載用燃料電池システムを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an in-vehicle fuel cell system that can solve the above-described problems and can be mounted on a vehicle with a small space and light weight, and can also ensure high safety. is there.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
本発明の形態の1つは、貯蔵された水素ガスを所定の圧力でもって放出することが可能な水素ガス貯蔵部と、該水素ガス貯蔵部から放出された前記水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス貯蔵部の放出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に位置する特定箇所から、前記車両の外部に向かって延びる第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能なリリーフバルブと、
を備え、
前記リリーフバルブは、該リリーフバルブより前記特定箇所側の流路内に存在する前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記第1の流路から前記第2の流路を介して外部に排出させ、
前記第2の流路の排出口は、排出する前記水素ガスが路面に向かうように、配置されていることを特徴とする。
本発明の第1適用例の燃料電池システムは、貯蔵された水素ガスを所定の圧力でもって放出することが可能な水素ガス貯蔵部と、該水素ガス貯蔵部から放出された前記水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス貯蔵部の放出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に位置する特定箇所から、前記車両の外部に向かって延びる第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能なリリーフバルブと、
を備え、
前記リリーフバルブは、該リリーフバルブより前記特定箇所側の流路内に存在する前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記第1の流路から前記第2の流路を介して外部に排出させることを要旨とする。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
One embodiment of the present invention is a hydrogen gas storage unit capable of releasing stored hydrogen gas at a predetermined pressure, and an electric power received from the supply of the hydrogen gas released from the hydrogen gas storage unit. An in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path connecting the discharge port of the hydrogen gas storage unit and the supply port of the fuel cell, and supplying the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit to the fuel cell; ,
At least one decompression unit disposed in the first flow path to reduce the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
A second channel extending toward the outside of the vehicle from a specific location located between the decompression unit and the fuel cell supply port in the first channel;
A relief valve disposed in the second flow path and capable of flowing and stopping gas by opening and closing;
With
The relief valve is opened when the pressure of the hydrogen gas existing in the flow path on the specific location side of the relief valve exceeds a reference pressure, and the hydrogen gas is removed from the first flow path through the first flow path. 2 to the outside through the flow path,
The discharge port of the second flow path is arranged so that the hydrogen gas to be discharged is directed to the road surface.
A fuel cell system according to a first application example of the present invention includes a hydrogen gas storage unit capable of releasing stored hydrogen gas at a predetermined pressure, and supply of the hydrogen gas released from the hydrogen gas storage unit. A fuel cell system for generating electric power upon receipt of the fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path connecting the discharge port of the hydrogen gas storage unit and the supply port of the fuel cell, and supplying the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit to the fuel cell; ,
At least one decompression unit disposed in the first flow path to reduce the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
A second channel extending toward the outside of the vehicle from a specific location located between the decompression unit and the fuel cell supply port in the first channel;
A relief valve disposed in the second flow path and capable of flowing and stopping gas by opening and closing;
With
The relief valve is opened when the pressure of the hydrogen gas existing in the flow path on the specific location side of the relief valve exceeds a reference pressure, and the hydrogen gas is removed from the first flow path through the first flow path. The gist is to discharge to the outside through the two flow paths.
このように、第1適用例の車載用燃料電池システムでは、水素ガスの圧力が基準圧力を上回った場合に、リリーフバルブが開いて、その圧力の高い水素ガスを外部に排出させる。 As described above, in the in-vehicle fuel cell system according to the first application example , when the pressure of the hydrogen gas exceeds the reference pressure, the relief valve is opened to discharge the hydrogen gas having a high pressure to the outside.
従って、第1適用例の車載用燃料電池システムによれば、減圧部が故障するなどの異常が生じ、水素ガスの圧力が異常に高くなったとしても、直ちにその水素ガスは外部に排出されるため、燃料電池に不具合が生じる恐れがなく、高い安全性を確保することができる。 Therefore, according to the on-vehicle fuel cell system of the first application example , even if an abnormality such as a failure of the decompression unit occurs and the hydrogen gas pressure becomes abnormally high, the hydrogen gas is immediately discharged to the outside. Therefore, there is no fear that the fuel cell will fail, and high safety can be ensured.
本発明の第1適用例の燃料電池システムにおいて、前記第2の流路の排出口は、排出する前記水素ガスが路面に向かうように、配置されていることが好ましい。 In the fuel cell system according to the first application example of the present invention, it is preferable that the discharge port of the second flow path is arranged so that the hydrogen gas to be discharged is directed to the road surface.
このように配置することにより、排出した水素ガスが車両内の一定の場所に溜まることがなく、さらに高い安全性を得ることができる。 By arranging in this way, the discharged hydrogen gas does not accumulate in a certain place in the vehicle, and higher safety can be obtained.
本発明の第2適用例の車載用燃料電池システムは、水素ガスを供給するための水素ガス供給部と、該水素ガス供給部から送出される前記水素ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、残った前記水素ガスを排出する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における特定箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、前記燃料電池から排出される前記水素ガスに含まれる水分を、液体と気体とに分離して、液体のみを除去する気液分離部と、
を備えることを要旨とする。
A vehicle-mounted fuel cell system according to a second application example of the present invention generates a power by receiving a supply of hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply unit for supplying hydrogen gas and the hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply unit. A fuel cell for discharging the remaining hydrogen gas, and an in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path for connecting the supply port of the hydrogen gas supply unit and the supply port of the fuel cell and supplying the fuel cell with the hydrogen gas sent from the hydrogen gas supply unit; ,
A second flow that connects between the discharge port of the fuel cell and a specific location in the first flow path, and flows the hydrogen gas discharged from the fuel cell and returns it to the first flow path. Road,
A gas-liquid separation unit that is disposed in the second flow path and separates the water contained in the hydrogen gas discharged from the fuel cell into a liquid and a gas and removes only the liquid;
It is a summary to provide.
燃料電池から排出される水素オフガスは、ウェットで、かなり多くの水分を含んでいる。そこで、第2適用例の車載用燃料電池システムでは、第2の流路中に配置された気液分離部によって、この水素ガスに含まれる水分を、液体と気体とに分離して、液体のみを除去するようにしている。 The hydrogen off-gas discharged from the fuel cell is wet and contains a considerable amount of moisture. Therefore, in the in-vehicle fuel cell system of the second application example , the gas-liquid separation unit arranged in the second flow path separates the moisture contained in the hydrogen gas into a liquid and a gas, and only the liquid To be removed.
従って、第2適用例の車載用燃料電池システムによれば、水素ガスが循環して燃料電池に供給された際に、含まれる水分が気液混合体として供給されることがなく、燃料電池の発電動作に支障をきたす恐れがない。 Therefore, according to the on-vehicle fuel cell system of the second application example , when hydrogen gas is circulated and supplied to the fuel cell, the contained water is not supplied as a gas-liquid mixture, and the fuel cell system There is no risk of disturbing the power generation operation.
本発明の第3適用例の車載用燃料電池システムは、水素ガスを供給するための水素ガス供給部と、該水素ガス供給部から送出される前記水素ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、残った前記水素ガスを排出する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における特定箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、
前記第1の流路中における前記特定箇所と前記燃料電池の供給口との間に配置され、前記水素ガスに含まれる水分を、液体と気体とに分離して、液体のみを除去する気液分離部と、
を備えることを要旨とする。
An in-vehicle fuel cell system according to a third application example of the present invention generates a power by receiving a supply of hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply unit for supplying hydrogen gas and the hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply unit. A fuel cell for discharging the remaining hydrogen gas, and an in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path for connecting the supply port of the hydrogen gas supply unit and the supply port of the fuel cell and supplying the fuel cell with the hydrogen gas sent from the hydrogen gas supply unit; ,
A second flow that connects between the discharge port of the fuel cell and a specific location in the first flow path, and flows the hydrogen gas discharged from the fuel cell and returns it to the first flow path. Road,
A gas-liquid that is disposed between the specific location in the first flow path and the supply port of the fuel cell and separates the water contained in the hydrogen gas into a liquid and a gas and removes only the liquid. A separation unit;
It is a summary to provide.
第1の流路内を流れる水素ガスの温度が低い場合、循環により、その水素ガスと、第2の流路から戻された水素ガスとが混合されると、水素ガスに含まれていた水分が凝縮してしまい、気液混合体になって燃料電池に供給される恐れがある。そこで、第3適用例の車載用燃料電池システムでは、第1の流路中の特定箇所より燃料電池側、即ち、水素ガス同士が混合される部分に配置された気液分離部によって、水素ガスに含まれる水分を、液体と気体とに分離して、液体のみを除去するようにしている。 When the temperature of the hydrogen gas flowing in the first flow path is low, when the hydrogen gas and the hydrogen gas returned from the second flow path are mixed by circulation, the moisture contained in the hydrogen gas May condense and become a gas-liquid mixture and be supplied to the fuel cell. Therefore, in the in-vehicle fuel cell system according to the third application example , the hydrogen gas is separated by the gas-liquid separation unit disposed on the fuel cell side from the specific location in the first flow path, that is, the portion where the hydrogen gas is mixed. The water contained in is separated into a liquid and a gas, and only the liquid is removed.
従って、第3適用例の車載用燃料電池システムによれば、水素ガスが燃料電池に供給される際に、含まれる水分が気液混合体として供給されることがなく、燃料電池の発電動作に支障をきたす恐れがない。 Therefore, according to the on-vehicle fuel cell system of the third application example , when hydrogen gas is supplied to the fuel cell, the contained moisture is not supplied as a gas-liquid mixture, and the fuel cell power generation operation is performed. There is no risk of hindrance.
本発明の第4適用例の車載用燃料電池システムは、貯蔵された水素ガスを所定の圧力でもって放出することが可能な水素ガス貯蔵部と、該水素ガス貯蔵部から放出された前記水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス貯蔵部の放出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に配置され、前記第1の流路を流れる前記水素ガスの温度を上げる昇温部と、
を備えることを要旨とする。
A vehicle-mounted fuel cell system according to a fourth application example of the present invention includes a hydrogen gas storage unit capable of releasing stored hydrogen gas at a predetermined pressure, and the hydrogen gas released from the hydrogen gas storage unit. A fuel cell system that generates electric power upon receipt of the supply, and is a vehicle-mounted fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path connecting the discharge port of the hydrogen gas storage unit and the supply port of the fuel cell, and supplying the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit to the fuel cell; ,
At least one decompression unit disposed in the first flow path to reduce the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
A temperature raising unit that is disposed between the pressure reducing unit in the first flow path and the supply port of the fuel cell, and raises the temperature of the hydrogen gas flowing through the first flow path;
It is a summary to provide.
減圧部によって水素ガスの圧力を低減すると、水素ガスが急膨張して、温度が急激に低下する場合がある。そこで、第4適用例の車載用燃料電池システムでは、第1の流路中における減圧部よりも燃料電池側に配置された昇温部によって、水素ガスの温度を上げるようにしている。 If the pressure of the hydrogen gas is reduced by the decompression unit, the hydrogen gas may expand rapidly and the temperature may drop rapidly. Therefore, in the in-vehicle fuel cell system according to the fourth application example , the temperature of the hydrogen gas is raised by the temperature raising unit arranged on the fuel cell side with respect to the pressure reducing unit in the first flow path.
従って、第4適用例の車載用燃料電池システムによれば、水素ガスが適正な温度で燃料電池に供給されるため、燃料電池内の温度を下げることがなく、燃料電池において、適正な反応温度で電気化学反応を起こさせることができる。 Therefore, according to the on-vehicle fuel cell system of the fourth application example , since the hydrogen gas is supplied to the fuel cell at an appropriate temperature, the temperature inside the fuel cell is not lowered, and an appropriate reaction temperature is achieved in the fuel cell. Can cause an electrochemical reaction.
本発明の第5適用例の車載用燃料電池システムは、水素ガスを供給するための水素ガス供給部と、該水素ガス供給部から送出される前記水素ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、残った前記水素ガスを排出する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における特定箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、前記第2の流路を流れる前記水素ガスを前記特定箇所に向かって流し、前記水素ガスを循環させるポンプと、
前記水素ガス供給部及び前記ポンプを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの始動時において、前記水素ガス供給部より前記水素ガスを送出させると共に、前記ポンプを駆動させて、前記水素ガスが流れるべき流路内に流れを起こし、該流路内に存在する不純物と送出した前記水素ガスとを攪拌して均一化することを要旨とする。
An in-vehicle fuel cell system according to a fifth application example of the present invention generates a power by receiving a supply of hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply unit for supplying hydrogen gas and the hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply unit. A fuel cell for discharging the remaining hydrogen gas, and an in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path for connecting the supply port of the hydrogen gas supply unit and the supply port of the fuel cell and supplying the fuel cell with the hydrogen gas sent from the hydrogen gas supply unit; ,
A second flow that connects between the discharge port of the fuel cell and a specific location in the first flow path, and flows the hydrogen gas discharged from the fuel cell and returns it to the first flow path. Road,
A pump that is disposed in the second flow path, causes the hydrogen gas flowing through the second flow path to flow toward the specific location, and circulates the hydrogen gas;
A control unit for controlling the hydrogen gas supply unit and the pump;
With
The control unit, when starting the fuel cell system, causes the hydrogen gas to be sent from the hydrogen gas supply unit and drives the pump to cause a flow in the flow path through which the hydrogen gas flows, The gist is to homogenize the impurities present in the flow path and the delivered hydrogen gas by stirring.
また、本発明の第6適用例の制御方法は、水素ガスを供給するための水素ガス供給部と、該水素ガス供給部から送出される前記水素ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、残った前記水素ガスを排出する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムの制御方法であって、
(a)前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における特定箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、前記第2の流路中に配置され、前記第2の流路を流れる前記水素ガスを前記特定箇所に向かって流し、前記水素ガスを循環させるポンプと、を用意する工程と、
(b)前記燃料電池システムの始動時において、前記水素ガス供給部より前記水素ガスを送出させる工程と、
(c)前記ポンプを駆動させて、前記水素ガスが流れるべき流路内に流れを起こし、該流路内に存在する不純物と送出した前記水素ガスとを攪拌して均一化する工程と、
を備えることを要旨とする。
A control method according to a sixth application example of the present invention includes a hydrogen gas supply unit for supplying hydrogen gas, and generates power by receiving the supply of the hydrogen gas sent from the hydrogen gas supply unit. A fuel cell for discharging the remaining hydrogen gas, and a control method for an in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
(A) a first connecting the outlet of the hydrogen gas supply unit and the supply port of the fuel cell and supplying the fuel cell by flowing the hydrogen gas delivered from the hydrogen gas supply unit; Connects between the flow path, the outlet of the fuel cell, and a specific location in the first flow path, and flows the hydrogen gas discharged from the fuel cell and returns it to the first flow path. A second flow path and a pump that is arranged in the second flow path and that flows the hydrogen gas flowing through the second flow path toward the specific location and circulates the hydrogen gas are prepared. Process,
(B) at the time of starting the fuel cell system, sending the hydrogen gas from the hydrogen gas supply unit;
(C) driving the pump to cause a flow in the flow path through which the hydrogen gas flows, and stirring and homogenizing impurities present in the flow path and the delivered hydrogen gas;
It is a summary to provide.
燃料電池システムの始動時には、燃料電池内の水素ガス流路内は窒素などの不純物が含まれる場合がある。このため、水素ガス流路に水素ガスを単に流すだけでは、燃料電池の出力電圧はなかなか所望の電圧まで上がらない。そこで、第5適用例の車載用燃料電池システムまたは第6適用例の制御方法では、燃料電池システムの始動時において、水素ガス供給部より水素ガスを送出させるとともに、前記ポンプを駆動させて、水素ガスが流れるべき流路内に流れを起こし、その流路内に存在する窒素などの不純物と送出した前記水素ガスとを攪拌して均一化するようにしている。
When the fuel cell system is started, the hydrogen gas flow path in the fuel cell may contain impurities such as nitrogen. For this reason, the output voltage of the fuel cell does not readily increase to a desired voltage simply by flowing hydrogen gas through the hydrogen gas flow path. Therefore, in the on- vehicle fuel cell system of the fifth application example or the control method of the sixth application example , when the fuel cell system is started, the hydrogen gas is sent from the hydrogen gas supply unit and the pump is driven to A flow is caused in the flow path where the gas should flow, and impurities such as nitrogen existing in the flow path and the delivered hydrogen gas are agitated and made uniform.
このように、残留している窒素などの不純物と送出した水素ガスとを均一化することにより、燃料電池の出力電圧は直ちに所望の電圧まで立ち上がり、負荷などへ供給することができるようになる。 In this way, by making the remaining impurities such as nitrogen and the delivered hydrogen gas uniform, the output voltage of the fuel cell immediately rises to a desired voltage and can be supplied to a load or the like.
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1の実施例:
A−1.第1の実施例の構成:
A−2.第1の実施例の動作:
B.第2の実施例:
B−1.第2の実施例の構成:
B−2.第2の実施例の動作:
C.変形例:
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
A-1. Configuration of the first embodiment:
A-2. Operation of the first embodiment:
B. Second embodiment:
B-1. Configuration of the second embodiment:
B-2. Operation of the second embodiment:
C. Variations:
A.第1の実施例:
A−1.第1の実施例の構成:
図1は本発明の第1の実施例としての車載用燃料電池システムを示す構成図である。本実施例の燃料電池システムは、自動車などの車両に搭載されるものであって、主として、水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池100と、その燃料電池100に水素ガスを供給する水素吸蔵合金タンク200と、を備えている。
A. First embodiment:
A-1. Configuration of the first embodiment:
FIG. 1 is a block diagram showing an in-vehicle fuel cell system as a first embodiment of the present invention. The fuel cell system according to the present embodiment is mounted on a vehicle such as an automobile, and mainly includes a
このうち、燃料電池100は、水素を含んだ水素ガスの他、酸素を含んだ酸化ガス(例えば、空気)の供給を受けて、水素極と酸素極において、下記に示すような反応式に従って、電気化学反応を起こし、電力を発生させている。
Among these, the
即ち、水素極に水素ガスが、酸素極に酸化ガスがそれぞれ供給されると、水素極側では式(1)の反応が、酸素極側では式(2)の反応がそれぞれ起こり、燃料電池全体としては、式(3)の反応が行なわれる。 That is, when hydrogen gas is supplied to the hydrogen electrode and oxidizing gas is supplied to the oxygen electrode, the reaction of formula (1) occurs on the hydrogen electrode side, and the reaction of formula (2) occurs on the oxygen electrode side. As for, reaction of Formula (3) is performed.
H2 → 2H+ + 2e- …(1)
2H+ + 2e- + (1/2)O2 → H2O …(2)
H2 + (1/2)O2 → H2O …(3)
このような燃料電池100を車両の動力源として用いる場合、燃料電池100から発生された電力によって電動機(図示せず)を駆動し、その発生トルクを車軸(図示せず)に伝達して、車両の推進力を得る。
H 2 → 2H + + 2e − (1)
2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O (2)
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (3)
When such a
また、燃料電池100は、複数の単セルが積層されたスタック構造となっており、1つの単セルは、電解質膜(図示せず)と、それを両側から挟み込む拡散電極(図示せず)である水素極及び酸素極と、さらにそれらを両側から挟み込む2枚のセパレータ(図示せず)と、で構成されている。セパレータの両面には、凹凸が形成されており、挟み込んだ水素極と酸素極との間で、単セル内ガス流路を形成している。このうち、水素極との間で形成される単セル内ガス流路には、前述したごとく供給された水素ガスが、酸素極との間で形成される単セル内ガス流路には、酸化ガスが、それぞれ流れている。
The
一方、水素吸蔵合金タンク200は、内部に水素吸蔵合金(図示せず)を備えている。一般に、水素吸蔵合金は、加熱すると、吸熱反応を生じて水素を放出し、冷やすと、放熱反応を生じて水素を吸蔵する性質がある。従って、水素吸蔵合金から水素を取り出す際には、図示せざる熱交換システムによって、水素吸蔵合金タンク200内の水素吸蔵合金を加熱する。
On the other hand, the hydrogen
なお、水素吸蔵合金は、不純物が存在すると、劣化するため、水素吸蔵合金タンク200内には高純度の水素が蓄えられている。
Since the hydrogen storage alloy deteriorates when impurities are present, high-purity hydrogen is stored in the hydrogen
その他、本実施例の燃料電池システムは、図1に示すように、システム内で水素ガスを流通させるための水素ガス流路と、酸化ガスを流通させるための酸化ガス流路と、制御部50を備えている。
In addition, as shown in FIG. 1, the fuel cell system of the present embodiment includes a hydrogen gas channel for circulating hydrogen gas in the system, an oxidizing gas channel for circulating oxidizing gas, and a
このうち、水素ガス流路は、水素吸蔵合金タンク200の放出口から燃料電池100の供給口に至る本流流路401と、燃料電池100の排出口から後述するポンプ410を介して本流流路401に戻る循環流路403と、本流流路401から分岐して循環流路403に至るバイパス流路405と、循環している水素ガス中の不純物を排出するための排出流路407と、圧力異常時に水素ガスを排出するためのリリーフ流路409と、を備えている。
Among these, the hydrogen gas flow path includes a
本流流路401には、水素吸蔵合金タンク200の放出口にシャットバルブ202が配置されており、流路途中に圧力センサ400とシャットバルブ402と減圧バルブ404が配置されており、燃料電池100の供給口にシャットバルブ102が配置されている。また、循環流路403には、燃料電池100の排出口にシャットバルブ104が配置されており、流路途中に、気液分離器406,シャットバルブ408及びポンプ410がそれぞれ配置されている。さらに、バイパス流路405にはシャットバルブ412が、排出流路407にはシャットバルブ414が、リリーフ流路409にはリリーフバルブ416が、それぞれ配置されている。
In the
一方、酸化ガス流路は、燃料電池100に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給流路501と、燃料電池100から排出された酸素オフガスを排出するための酸素オフガス排出流路503と、を備えている。
On the other hand, the oxidizing gas channel includes an oxidizing
酸化ガス供給流路501には、エアクリーナ502と、コンプレッサ504と、加湿器506と、が配置されている。また、酸素オフガス排出流路503には、気液分離器508と、コンバスタ510と、が配されている。
An
また、制御部50は、圧力センサ400からの検出結果を入力すると共に、各バルブ102,104,202,402,408,412,414と、ポンプ410と、コンプレッサ504と、をそれぞれ制御する。なお、図面を見やすくするために、制御線等は省略されている。
In addition, the
A−2.第1の実施例の動作:
それではまず、酸化ガスの流れについて簡単に説明する。制御部50によってコンプレッサ504を駆動することにより、大気中の空気が酸化ガスとして取り込まれ、エアクリーナ502によって浄化された後、酸化ガス供給流路501を通り、加湿器506を介して燃料電池100に供給される。供給された酸化ガスは、燃料電池100内において、上述した電気化学反応に使用された後、酸素オフガスとして排出される。排出された酸素オフガスは、酸素オフガス排出流路503を通り、後述する気液分離器508やコンバスタ510を介して、車両外部の大気中に排出される。
A-2. Operation of the first embodiment:
First, the flow of the oxidizing gas will be briefly described. By driving the
次に、水素ガスの流れについて詳細に説明する。制御部50によって、水素吸蔵合金タンク200のシャットバルブ202と、燃料電池100のシャットバルブ102,104とは、それぞれ、燃料電池システムの運転時には基本的に開いているが、停止時には閉じている。
Next, the flow of hydrogen gas will be described in detail. The
また、通常運転時には、制御部50によって、これらの他、本流流路401のシャットバルブ402と、循環流路403のシャットバルブ408はそれぞれ開いているが、バイパス流路405のシャットバルブ412と、排出流路407のシャットバルブ414は閉じている。なお、リリーフバルブ416は、後述するように、圧力異常時などの場合以外は閉じている。また、圧力センサ400は、水素吸蔵合金タンク200から放出される水素ガスの圧力を検出している。
In addition, during normal operation, the
通常運転時、前述したとおり、熱交換システムにより水素吸蔵合金タンク200内の水素ガス吸蔵合金を加熱して、水素ガスを放出させ、放出された水素ガスは、本流流路401を通って燃料電池100に供給される。供給された水素ガスは、燃料電池100内において上述した電気化学反応に使用された後、水素オフガスとして排出される。排出された水素オフガスは、循環流路403を通って本流流路401に戻され、再び、燃料電池100に供給される。このとき、循環流路403の途中に設けられているポンプ410が駆動することによって、循環流路403を通る水素オフガスは勢いをつけて本流流路401に送り出される。こうして、通常運転時、水素ガスは、本流流路401及び循環流路403を通って循環している。
During normal operation, as described above, the hydrogen gas storage alloy in the hydrogen
このように、水素オフガスを本流流路401に戻して水素ガスを循環させることにより、燃料電池100で使用される水素量は同じであっても、燃料電池100に供給される水素ガスの見かけの流量が多くなり、流速も速くなるため、燃料電池100に対する水素の供給という観点からは有利となって、燃料電池100の出力電圧も上がる。
In this manner, by returning the hydrogen off-gas to the
また、燃料電池100内では、酸化ガスに含まれる窒素などの不純物が酸素極側から電解質膜を透過して水素極側に漏れ出してくる。従って、仮に、水素ガスを循環させないとすると、燃料電池100内の後段部において、水素極にその不純物が溜まり、その範囲が時間と共に拡大していく。これにより、燃料電池100は発電動作に支障を来し、出力電圧が落ちてしまう恐れがある。しかし、上述したように、水素ガスを循環するようにしていれば、その不純物が、水素ガス流路全体で均一化するため、上記のような不具合を解消することができる。
Further, in the
なお、ポンプ410は、制御部50によって、その駆動が制御されており、燃料電池100の発生した電力の消費量に応じて、循環流路403を流れる水素オフガスの流速を変化させている。
The driving of the
また、水素吸蔵合金タンク200から放出された水素ガスの圧力は、最大1MPaを超えない高圧であるため、このまま水素ガスを燃料電池100に供給すると、圧力が高すぎて、燃料電池100に不具合が生じてしまう。そのため、本流流路401の途中に設けた減圧バルブ404によって、水素ガスの圧力を1MPaから、燃料電池100に適正なおよそ0.2〜0.3MPa程度まで減圧してから、燃料電池100に供給するようにしている。
Further, since the pressure of the hydrogen gas released from the hydrogen
また、前述したように、燃料電池100内の酸素極側では、式(2)に従って水(H2O)が生成され、その水は水蒸気として酸素極側から電解質膜を通して水素極側に入ってくる。従って、燃料電池100から排出される水素オフガスは、ウェットで、かなり多くの水分を含んでいる。従って、この水素オフガスをこのままポンプ410を介して本流流路401に送り出してやると、含まれている水分は、十分に蒸気化されずに気液混合体になって、水素と共に燃料電池100に供給され、燃料電池100の単セル内において張り付いて、水素ガス流路を塞いでしまう恐れがある。水分が単セル内の水素ガス流路を塞いで、水素ガスの流れを止めると、その単セルの出力電圧は落ちるため、燃料電池100全体の発電量も落ちてしまう。
Further, as described above, on the oxygen electrode side in the
そのため、循環流路403の途中に気液分離器406を設け、この気液分離器406によって、水素オフガスに含まれる水分を気液分離し、液体分を除去して、気体(水蒸気)分のみを他の気体と共にポンプ410に送るようにしている。これにより、水素ガスに含まれる水分は気体分のみとなり、燃料電池100には、水分が気液混合体として供給されることがなく、発電動作に支障をきたす恐れがなくなる。
Therefore, a gas-
図2は図1で用いられる気液分離器の一具体例を示す断面図である。多くの水分を含んだ水素オフガスは、流入口602よりシリンダ604内に流入する。流入した水素オフガスはシリンダ604内の内壁に沿って螺旋状に回りながら下降する。このとき、含まれていた水分は凝縮し、液体分は液滴としてシリンダ604の内壁に付着し、それを伝って下に落ち、液だまり608に集められる。一方、気体(水蒸気)分は他の気体と共に、ガス流路610を通って流出口606より流出する。こうして、水分を液体分と気体分とに気液分離することが可能となる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a specific example of the gas-liquid separator used in FIG. The hydrogen off gas containing a large amount of moisture flows into the
また、液だまり908に集められた水は、レベルセンサ(図示せず)などによって、所定の量になったことが検出されたら、オートドレイン機構(図示せず)によって、自動的にコック612を開いて外部に放出される。
Further, when it is detected that the water collected in the liquid pool 908 has reached a predetermined amount by a level sensor (not shown), the
また、前述したように、水素ガス中に含まれる不純物を均一化させるために、水素ガスを循環させている。しかし、このように水素ガスを均一化させたとしても、燃料電池100内において、酸素極側から水素極側には不純物が常時漏れ出してくるため、長時間経てば、均一化された水素ガス中の不純物の濃度は次第に上がり、それに連れて水素の濃度が下がるため、燃料電池100の発電動作に悪影響を及ぼす恐れがある。
Further, as described above, the hydrogen gas is circulated in order to make the impurities contained in the hydrogen gas uniform. However, even if the hydrogen gas is made uniform in this way, the impurities always leak from the oxygen electrode side to the hydrogen electrode side in the
そのため、循環流路403から分岐した排出流路407に、シャットバルブ414を設け、制御部50によって、このシャットバルブ414を定期的に開いて、循環している不純物を含む水素ガスを排出することにより、不純物を含んだ水素ガスを、水素吸蔵合金タンク200からの純粋な水素ガスに置き換えるようにしている。これにより、水素ガス中の不純物の濃度は下がり、逆に水素の濃度は上がるため、燃料電池100の発電を適切に行うことができる。
Therefore, a
また、前述したように、燃料電池100内では、酸素極側から水素極側へ水蒸気も漏れ出してくるため、温度によっては、その水蒸気が凝縮して単セル内で張り付き、水素ガスの流れを止めてしまう恐れもある。しかし、上記したように、シャットバルブ414を開いて、水素ガスを排出すると、その圧力差で水素ガスに急激な流れが生じるため、その勢いで凝縮していた水分を吹き飛ばすこともできる。
Further, as described above, since water vapor also leaks from the oxygen electrode side to the hydrogen electrode side in the
なお、燃料電池100の発電動作中にシャットバルブ414を開けたとしても、燃料電池100の出力電圧は一瞬下がるだけで、大きな電圧低下にはならないため問題はない。シャットバルブ414の開放時間としては、1sec以下が好ましく、例えば、500msec程度がより好ましい。
Even if the
シャットバルブ414から排出された水素ガスは、排出流路407を通って、酸素オフガス排出流路503に送り込まれ、酸素オフガス排出流路503を流れる酸素オフガスと混合される。混合されたガスは、気液分離器508を介してコンバスタ510に流入する。コンバスタ510は、白金触媒512を備えており、燃焼によって、混合ガスに含まれる水素を酸素と反応させて、水素をさらに低減させる。その後、コンバスタ510を流出した混合ガスは大気中に排出される。
The hydrogen gas discharged from the shut
以上が、通常運転時における水素ガスの流れである。次に、低温始動時における水素ガスの流れについて説明する。 The above is the flow of hydrogen gas during normal operation. Next, the flow of hydrogen gas at the time of cold start will be described.
一般に、水素吸蔵合金は、温度が高いほど、放出する水素の圧力は高くなり、温度が低いほど、放出する水素の圧力は低くなる。そのため、水素吸蔵合金タンクは低温になればなるほど、水素が放出されにくくなる。従って、低温始動時には、水素吸蔵合金タンクをヒータなどで急速に暖めて、水素が放出されやすくする必要がある。しかし、このように、ヒータを使って暖める方法では、多大な電気エネルギが必要となるため、車載用の燃料電池システムとしては不適切である。 Generally, in the hydrogen storage alloy, the higher the temperature, the higher the pressure of released hydrogen, and the lower the temperature, the lower the pressure of released hydrogen. Therefore, as the temperature of the hydrogen storage alloy tank becomes lower, hydrogen is less likely to be released. Therefore, when starting at a low temperature, it is necessary to quickly warm the hydrogen storage alloy tank with a heater or the like so that hydrogen is easily released. However, in this way, the method of heating using a heater requires a large amount of electrical energy, and thus is inappropriate as a vehicle-mounted fuel cell system.
そこで、本実施例では、低温始動時には、ヒータなどで暖める代わりに、ポンプ410によって、水素吸蔵合金タンク200から水素ガスを引き出すようにしている。
Therefore, in this embodiment, at the time of low temperature start, hydrogen gas is drawn out from the hydrogen
図3は図1の燃料電池システムの始動時における制御部50の制御内容の一例を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of control contents of the
燃料電池システムの始動時、制御部50は、まず、図3に示すように、水素吸蔵合金タンク200のシャットバルブ202と、燃料電池100のシャットバルブ102及び104を、閉じた状態から開く(ステップS102)。次に、制御部50は、圧力センサ400によって検出された水素ガスの圧力を入力し(ステップS104)、その圧力が予め設定された基準圧力を上回っているか否かを判定する(ステップS106)。
At the start of the fuel cell system, the
そして、周囲温度が適温で、水素吸蔵合金タンク200から十分な圧力の水素ガスが放出されており、その圧力が基準圧力を上回っていれば、前述した通常運転時の運転に移るために、制御部50は、本流流路401のシャットバルブ402と、循環流路403のシャットバルブ408をそれぞれ開き、バイパス流路405のシャットバルブ412と、排出流路407のシャットバルブ414をそれぞれ閉じると共に(ステップS114)、ポンプ410を標準回転で駆動して(ステップS116)、前述したとおりの水素ガスの循環を行わせる。
If the ambient temperature is appropriate and hydrogen gas having a sufficient pressure is released from the hydrogen
しかし、周囲温度が低温で、水素吸蔵合金タンク200から水素ガスが放出されにくく、その圧力が基準圧力を下回っていれば、低温始動時の運転に移り、制御部50は、本流流路401のシャットバルブ402と、循環流路403のシャットバルブ408と、排出流路407のシャットバルブ414をそれぞれ閉じ、バイパス流路405のシャットバルブ412を開く(ステップS108)。そして、さらに、制御部50は、ポンプ410を高回転数で駆動する(ステップS110)。それによって、例え、水素吸蔵合金タンク200の温度が低くて、放出される水素ガスの圧力が低くても、水素吸蔵合金タンク200からは、吸蔵されていた水素ガスが十分に引き出される。引き出された水素ガスは、本流流路401からバイパス流路405に入り、そのあと、循環流路403を通って本流流路401に戻り、燃料電池100に供給される。供給された水素ガスは、燃料電池100内で電気化学反応に供された後、水素オフガスとなって、循環流路403に排出される。なお、水素オフガス中に含まれる不純物の濃度は、時間が経つに連れて上がるので、その不純物を除去するために、時々、シャットバルブ414を開いて、排出流路407から水素オフガスを放出する。
However, if the ambient temperature is low, hydrogen gas is not easily released from the hydrogen
制御部50は、水素吸蔵合金タンク200から放出される水素ガスの圧力が基準圧力を上回るまで、その状態で待機する(ステップS112)。しかし、燃料電池システムが始動して、しばらくすると、図示せざる熱交換システムも十分働くようになって、水素吸蔵合金タンク200内の水素吸蔵合金も加熱されるため、温度が上がり、水素吸蔵合金タンク200から十分な圧力を有する水素ガスが放出されるようになる。すると、その圧力は基準圧力を上回り、制御部50は、本流流路401のシャットバルブ402と、循環流路403のシャットバルブ408をそれぞれ開き、バイパス流路405のシャットバルブ412と、排出流路407のシャットバルブ414をそれぞれ閉じ(ステップS114)、ポンプ410を標準回転で駆動して(ステップS116)、前述した通常運転時の運転に移る。
The
このように、低温始動時には、ポンプ410を用いることによって、多大な電気エネルギを必要とすることなく、水素吸蔵合金タンク200に吸蔵されている水素を取り出すことができる。
Thus, at the time of cold start, by using the
また、本実施例では、通常運転時に水素ガスを循環させるために用いるポンプ410を、低温始動時に水素吸蔵合金タンク200から水素ガスを引き出すために、共用しているため、ポンプを搭載するスペースを節約できると共に、重量の軽減を図ることができる。
Further, in this embodiment, the
また、ポンプ410としては、水素ガスを循環させる場合と、水素ガスを引き出す場合とで、その回転の速さを変えることにより、流速を変えることができるポンプを用いる必要がある。即ち、水素ガスを循環させる場合は、圧縮比(ポンプの吐出圧/ポンプの吸込圧)が低いために、動力は低くて済むが、水素ガスを引き出す場合には、圧縮比が高くなり、必要となる動力は高くなる。
Moreover, as the
以上が、低温始動時における水素ガスの流れである。次に、停止時における作用について説明する。 The above is the flow of hydrogen gas at the time of cold start. Next, the operation when stopped will be described.
前述したとおり、燃料電池100内では、酸素極側から電解質膜を介して水素極側に窒素や水蒸気などの不純物が漏れ出しており、通常運転時に循環している水素ガス中にはそのような不純物がある程度含まれている。その後、燃料電池システムの運転を停止すると、水素吸蔵合金タンク200の運転も停止して、水素吸蔵合金タンク200内の温度は低下する。すると、温度によっては、水素吸蔵合金タンク200内の圧力も低下して負圧となる場合があり、本流流路401やバイパス流路405から水素吸蔵合金タンク200の放出口に向かって逆向きの水素ガスの流れが生じる。従って、本流流路401に設けられたシャットバルブ402やバイパス流路405に設けられたシャットバルブ412として、通常のシャットバルブを用いたのでは、上記した逆向きの流れに対して完全にはシャットできないので、これらシャットバルブ402,412よりも燃料電池100側の水素ガス流路中に残っている水素ガスが、シャットバルブ402,412を介して、水素吸蔵合金タンク200側の水素ガス流路に漏れ出し、それら水素ガスは水素吸蔵合金タンク200内に流れ込む。そして、その水素ガスには、窒素や水蒸気などの不純物も含まれているため、それら不純物も一緒に水素吸蔵合金タンク200内に流れ込むことになり、それら不純物によって水素吸蔵合金タンク200内の水素吸蔵合金が冒される恐れがある。
As described above, in the
そこで、本実施例では、シャットバルブ402,412として、逆流防止機能付きのシャットバルブを用いるようにしている。従って、燃料電池システムの運転停止時に、水素吸蔵合金タンク200に向かって逆向きの水素ガスの流れが生じたとしても、このような逆流防止機能付きシャットバルブを用いることにより、シャットバルブ402,412を介して水素吸蔵合金タンク200側の水素ガス流路に、不純物を含んだ水素ガスが漏れ出すことがなくなるため、水素吸蔵合金タンク200内の水素ガス吸蔵合金を保護することが可能となる。
Therefore, in this embodiment, as the
以上が、停止時における作用である。次に、異常時における作用について説明する。 The above is the operation when stopped. Next, the action at the time of abnormality will be described.
まず、減圧バルブ404が故障するなどの異常が生じた場合には、燃料電池100に供給される水素ガスの圧力が異常に高くなり、燃料電池100に不具合が生じる恐れがある。そのため、本実施例では、本流流路401から分岐したリリーフ流路409の途中に、リリーフバルブ416を設け、減圧バルブ404から燃料電池100に至る本流流路401中の水素ガスの圧力が所定値以上に上がった場合に、リリーフバルブ416が開き、車両外の大気中に水素ガスを排出する。このとき、水素ガスの排出口は、排出した水素ガスが一定の場所に溜まらないようにするために、路面に向かって水素ガスが排出されるような位置に設けられていることが好ましい。このような位置に設けることにより、排出した水素は拡散しやすくなるからである。
First, when an abnormality such as failure of the
次に、車両衝突が起きたり、制御系の故障が生じたりした場合には、最悪の場合、水素漏れなどを起こす恐れがある。そのため、本実施例では、衝突の振動や、制御系の故障などを感知した場合には、制御部50によって、水素吸蔵合金タンク200のシャットバルブ202と、燃料電池100のシャットバルブ102,104が自動的に閉じ、水素ガスの供給を断ち、水素ガスが漏れるのを防ぐようにしている。
Next, when a vehicle collision occurs or a control system failure occurs, in the worst case, there is a risk of hydrogen leakage or the like. Therefore, in this embodiment, when a collision vibration or a control system failure is detected, the
B.第2の実施例:
B−1.第2の実施例の構成:
図4は本発明の第2の実施例としての車載用燃料電池システムを示す構成図である。第1の実施例の燃料電池システムでは、水素ガスの供給源として、水素吸蔵合金タンク200を用いるようにしたが、本実施例の燃料電池システムでは、水素吸蔵合金タンク200に代えて、高圧水素ガスタンク300を用いるようにしている。
B. Second embodiment:
B-1. Configuration of the second embodiment:
FIG. 4 is a block diagram showing an in-vehicle fuel cell system as a second embodiment of the present invention. In the fuel cell system of the first embodiment, the hydrogen
この高圧水素ガスタンク300は、内部に高圧の水素ガスを充填しており、根本に取り付けられたシャットバルブ302を開くと、およそ20〜35MPaの圧力を有する水素ガスが放出される。
The high-pressure
なお、燃料電池100は、第1の実施例と同一の構成であるので、説明は省略する。
Since the
この他、本実施例の燃料電池システムは、図4に示すように、水素ガス流路と、酸化ガス流路と、制御部50を備えているが、酸化ガス流路は、第1の実施例と同一の構成であるので、説明は省略する。
In addition, as shown in FIG. 4, the fuel cell system of the present embodiment includes a hydrogen gas flow path, an oxidizing gas flow path, and a
水素ガス流路は、高圧水素ガスタンク300の放出口から燃料電池100の供給口に至る本流流路401と、燃料電池100の排出口からポンプ410を介して本流流路401に戻る循環流路403と、循環している水素ガス中の不純物を排出するための排出流路407と、圧力異常時に水素ガスを排出するためのリリーフ流路409と、を備えている。本実施例では、水素ガスの供給源として高圧水素ガスタンク300を用いているため、温度に関係なく、高圧の水素ガスを放出することができる。従って、水素吸蔵合金タンク200の場合のように、低温始動時に水素ガスを引き出す必要がないため、バイパス流路405は設けられていない。
The hydrogen gas flow path includes a
本流流路401には、高圧水素ガスタンク300の放出口にシャットバルブ202が配置されており、流路途中に減圧バルブ418,熱交換器420,減圧バルブ422及び気液分離器424がそれぞれ配置されており、燃料電池100の供給口にシャットバルブ102が配置されている。また、循環流路403には、燃料電池100の排出口にシャットバルブ104が配置されており、流路途中に、気液分離器406,ポンプ410及び逆止弁426がそれぞれ配置されている。なお、排出流路407にシャットバルブ414が、リリーフ流路409にリリーフバルブ416が配置されている点は、第1の実施例の場合と同様である。
In the
制御部50は、圧力センサ400からの検出結果を入力すると共に、各バルブ102,104,302,414と、ポンプ410と、コンプレッサ504と、をそれぞれ制御する。なお、図面を見やすくするために、制御線等は省略されている。
The
B−2.第2の実施例の動作:
それでは、水素ガスの流れについて詳細に説明する。なお、酸化ガスの流れについては、第1の実施例の場合と同様であるので、説明は省略する。
B-2. Operation of the second embodiment:
Now, the flow of hydrogen gas will be described in detail. Since the flow of the oxidizing gas is the same as that in the first embodiment, description thereof is omitted.
制御部50によって、高圧水素ガスタンク300のシャットバルブ302と、燃料電池100のシャットバルブ102,104とは、それぞれ、燃料電池システムの運転時には基本的に開いているが、停止時には閉じている。
The
また、通常運転時は、制御部50によって、その他、排出流路407のシャットバルブ414は閉じている。なお、リリーフバルブ416は、第1の実施例の場合と同様に、圧力異常時などの場合以外は閉じている。
In addition, during normal operation, the
通常運転時、前述したとおり、制御部50がシャットバルブ302を開くと、高圧水素ガスタンク300からは水素ガスが放出され、その放出された水素ガスは、本流流路401を通って燃料電池100に供給される。供給された水素ガスは、燃料電池100内において前述の電気化学反応に使用された後、水素オフガスとして排出される。排出された水素オフガスは、循環流路403を通って本流流路401に戻され、再び、燃料電池100に供給される。このとき、第1の実施例の場合と同様に、循環流路403の途中に設けられているポンプ410が駆動することによって、循環流路403を通る水素オフガスは勢いをつけて本流流路401に送り出される。こうして、通常運転時、水素ガスは、本流流路401及び循環流路403を通って循環している。なお、循環流路403中において、本流流路401との接続点と、ポンプ410と、の間には、循環している水素オフガスが逆流しないようにするために、逆止弁426が設けられている。
During normal operation, as described above, when the
また、高圧水素ガスタンク300から放出された水素ガスの圧力は、前述したとおりおよそ20〜35MPaであり、第1の実施例における水素吸蔵合金タンク200の場合と比較しても、遙かに高いため、この高圧の水素ガスを直接、燃料電池100に供給すると、圧力が高すぎて、燃料電池100が壊れてしまう。そのため、本実施例では、第1の実施例の場合より減圧の段数を増やし、1次減圧用の減圧バルブ418と2次減圧用の減圧バルブ422の2つ減圧バルブを、本流流路401の途中に設けて、高圧の水素ガスを2段階で減圧するようにしている。即ち、具体的には、1次減圧用の減圧バルブ418によって、およそ20〜35MPaからおよそ0.8〜1MPaに減圧し、さらに2次減圧用の減圧バルブ422によって、およそ0.8〜1MPaからおよそ0.2〜0.3MPaに減圧する。
Further, the pressure of the hydrogen gas released from the high-pressure
また、このように、1次減圧用の減圧バルブ418によって、高圧の水素ガスをおよそ20〜35MPaからおよそ0.8〜1MPaに減圧するため、水素ガスはおよそ50倍に急膨張して、温度が急激に下がることになる。このような温度低下した水素ガスをそのまま燃料電池100に供給すると、燃料電池100内の温度も低下し、十分な触媒活性が得られないため、電気化学反応が進まず、発電に支障をきたす。そこで、本実施例では、膨張によって温度低下した水素ガスをある程度暖めて、適正な温度で燃料電池100に供給するために、1次減圧用の減圧バルブ418と2次減圧用の減圧バルブ422との間に熱交換器420を配置している。この熱交換器420には、図示していないが、燃料電池100によって暖められた冷却水が供給されており、その暖められた冷却水と温度低下した水素ガスとの間で熱交換が行われるようになっている。こうして、温度低下した水素ガスはこの熱交換器420を通過することによって、ほぼ適正な程度の温度となり、燃料電池100に供給することができる。従って、燃料電池100内では、十分な反応温度が得られるため、電気化学反応が進み、適正な発電動作を行うことができる。
In addition, in this way, since the high-pressure hydrogen gas is reduced from about 20 to 35 MPa to about 0.8 to 1 MPa by the
また、このように、本流流路401を流れる水素ガスは比較的温度が低いため、循環流路403を循環し本流流路401に戻された水素オフガスと混合されると、水素オフガスに含まれていた水分が凝縮してしまい、気液混合体になって燃料電池100に供給される恐れがある。そこで、本実施例では、本流流路401と循環流路403との接続点と、燃料電池100の供給口と、の間に、気液分離器424を設けて、この気液分離器424によって、混合された水素ガスに含まれる水分を気液分離し、液体分を除去して、気体(水蒸気)分のみを他の気体と共に燃料電池100に供給するようにしている。これにより、燃料電池100は発電動作に支障をきたす恐れがなくなる。
Further, as described above, since the hydrogen gas flowing through the
以上が、通常運転時における水素ガスの流れである。次に、始動時における制御について説明する。 The above is the flow of hydrogen gas during normal operation. Next, the control at the time of starting will be described.
燃料電池システムが運転を停止すると、燃料電池100内では、酸素極側から電解質膜を介して水素極側に窒素等の不純物が透過して拡散するため、最終的には、酸化ガス流路は勿論のこと、水素ガス流路も窒素等の不純物を含むことになる。従って、燃料電池システムの始動時には、水素ガス流路内に存在する不純物を抜いて、水素ガスで満たし、短時間で、燃料電池100が適正な発電をできる状態にする必要がある。
When the fuel cell system stops operating, impurities such as nitrogen permeate and diffuse from the oxygen electrode side to the hydrogen electrode side through the electrolyte membrane in the
始動時に水素ガス流路内に存在する不純物を抜く方法としては、例えば、水素ガスを流入する前に、水素ガス流路内に不活性ガスなどのパージガスを流して不純物を押し出す方法が考えられるが、このような方法では、パージガスを流すために、車両内に不活性ガスボンベを積まなければならないので、その分、余分なスペースが必要となると共に、重量も重くなってしまう。 As a method for removing impurities present in the hydrogen gas flow path at the time of startup, for example, a method of extruding impurities by flowing a purge gas such as an inert gas into the hydrogen gas flow path before flowing in the hydrogen gas can be considered. In such a method, since an inert gas cylinder must be stacked in the vehicle in order to flow the purge gas, an extra space is required and the weight is increased accordingly.
そこで、パージガスを流さずに、直接、水素ガス流路内に水素ガスを流して不純物を押し出す方法が考えられる。しかし、このような方法では、水素ガスが不純物を押し出して、燃料電池の出力電圧が所望の電圧になるまでにかなりの時間がかかり、その間、押し出された不純物を抜くために、燃料電池から排出されるガスを外部に捨てると、そのガスには、高濃度の水素が含まれている場合があり、問題があった。 Therefore, a method of extruding impurities by flowing hydrogen gas directly into the hydrogen gas flow path without flowing purge gas can be considered. However, in such a method, it takes a considerable amount of time for the hydrogen gas to push out impurities and the output voltage of the fuel cell to reach the desired voltage, and during that time, the fuel cell is discharged from the fuel cell in order to remove the pushed out impurities. When the generated gas is thrown outside, there is a problem that the gas may contain a high concentration of hydrogen.
そこで、本実施例では、始動時には、水素ガス流路内に水素ガスを流入するだけでなく、水素ガスを循環させるためのポンプ410を駆動して、水素ガス流路内に強制的な流れを起こし、水素ガス流路内に存在する不純物と流入した水素ガスとを攪拌して均一化するようにしている。
Therefore, in this embodiment, at the time of start-up, not only the hydrogen gas flows into the hydrogen gas flow path, but also the
図5は図4の燃料電池システムの始動時における制御部50の制御内容の一例を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing an example of control contents of the
燃料電池システムの始動時、制御部50は、まず、図5に示すように、水素吸蔵合金タンク200のシャットバルブ202と、燃料電池100のシャットバルブ102及び104を、閉じた状態から開く(ステップS202)。すると、高圧水素ガスタンク300から水素ガスが放出され、その放出された水素ガスは、本流流路401内を流れる。次に、制御部50は、ポンプ410を標準回転で駆動して、循環流路403内に強制的に流れを起こして、水素ガス流路内に存在する不純物を移動させ、それら不純物と流入した水素ガスとを循環させて攪拌すると、両者は早期に均一化する。
At the start of the fuel cell system, the
例えば、水素ガス流路内に存在する不純物が大気圧(0.1MPa)であるとすると、水素ガスを2気圧(0,2MPa)に減圧して流すことにより、大気圧と2気圧なので、不純物と水素ガスがほぼ50%ずつの状態になり、この状態で循環させて攪拌し、不純物と水素ガスを均一化させる。 For example, if the impurity present in the hydrogen gas flow path is atmospheric pressure (0.1 MPa), the hydrogen gas is reduced to 2 atmospheres (0, 2 MPa) and flowed, so that the atmospheric pressure is 2 atmospheres. In this state, the hydrogen gas is circulated and stirred to homogenize impurities and hydrogen gas.
このように、不純物と水素ガスを均一化させると、燃料電池100内の各水素電極には等しく水素が供給されるため、燃料電池100は、直ちに、開放端電圧が立ち上がる。この立ち上がりを、制御部50が、電圧センサ(図示せず)からの検出結果に基づいて感知すると(ステップS206)、「発電OK」として、制御部50は、燃料電池100に負荷(図示せず)を接続させる(ステップS208)。その後、制御部50は、シャットバルブ414の開け(ステップS210)、循環しているガス(均一化している不純物と水素ガス)を徐々に排出する。高圧水素ガスタンク300から引き続き水素ガスが流入しているので、循環しているガスは徐々に水素濃度を上げていく。
Thus, when the impurities and hydrogen gas are made uniform, hydrogen is equally supplied to each hydrogen electrode in the
その後、制御部50は、所定時間経過したら(ステップS212)、水素ガス流路内に存在していた不純物はある程度抜け、循環している水素ガスの水素濃度が十分になったとして、シャットバルブ414を閉じる(ステップS214)。そして、通常運転状態となる。
After that, when a predetermined time has elapsed (step S212), the
このように、燃料電池システムの始動時には、水素ガス流路内に水素ガスを流入すると共に、ポンプ410を駆動して、短時間で、燃料電池100の出力電圧を所望の電圧に上げることができる。また、パージガスを必要としないため、パージガス用のボンベなどが不要であり、省スペース化、軽量化を図ることができる。さらに、高濃度の水素ガスを排出することもないので、高い安全性を確保することもできる。
Thus, when starting the fuel cell system, hydrogen gas flows into the hydrogen gas flow path and the
なお、本実施例において、排出流路407に設けられたシャットバルブ414やリリーフ流路409に設けられたリリーフバルブ416の作用は、第1の実施例の場合と同様であるので、説明は省略する。
In this embodiment, the operation of the
C.変形例:
なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
C. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.
上記した第1及び第2の実施例では、循環流路403に気液分離器406を設けていたが、このような構成は、水素ガスの供給源として、水素吸蔵合金タンク200や高圧水素ガスタンク300の代わりに、原燃料を改質して水素ガスを生成する改質器などを用いた燃料電池システムにおいても、適用することができる。
In the first and second embodiments described above, the gas-
また、上記した第2の実施例では、本流流路401に気液分離器424を設けていたが、このような構成は、第1の実施例の燃料電池システムにおいても、適用することができ、また、水素ガス供給源として改質器などを用いた燃料電池システムにおいても、適用することができる。
In the second embodiment described above, the gas-
また、上記した第2の実施例では、減圧バルブ418と422の間に、熱交換器420を設けていたが、減圧バルブ422の下流側に設けるようにしても良い。また、第1の実施例の燃料電池システムにおいても、減圧バルブ404を使用しているので、必要があれば、この減圧バルブ404の下流側にこのような熱交換器を設けるようにしても良い。
In the second embodiment, the
また、上記した第2の実施例では、燃料電池システムの始動時に、図5に示しような制御を行なっていたが、このような制御は、第1の実施例の燃料電池システムにおいても、適用することができ、また、水素ガス供給源として改質器などを用いた燃料電池システムにおいても、適用することができる。但し、第1の実施例の燃料電池システムに適用する場合、低温始動時であれば、まず、ポンプ410によって水素吸蔵合金タンク200から水素ガスを引き出した後、シャットバルブ402,408,412の開閉状態を切り替えて、ポンプ410によって残存している不純物と引き出した水素ガスを循環させ、均一化するようにする。
Further, in the second embodiment described above, the control as shown in FIG. 5 is performed at the start of the fuel cell system. However, such a control is also applied to the fuel cell system of the first embodiment. It can also be applied to a fuel cell system using a reformer or the like as a hydrogen gas supply source. However, when applied to the fuel cell system of the first embodiment, at the time of low temperature start, first, hydrogen gas is drawn from the hydrogen
50…制御部
100…燃料電池
102…シャットバルブ
104…シャットバルブ
200…水素吸蔵合金タンク
202…シャットバルブ
300…高圧水素ガスタンク
302…シャットバルブ
400…圧力センサ
401…本流流路
402…シャットバルブ
403…循環流路
404…減圧バルブ
404…減圧バルブ
405…バイパス流路
406…気液分離器
407…排出流路
408…シャットバルブ
409…リリーフ流路
410…ポンプ
412…シャットバルブ
414…シャットバルブ
416…リリーフバルブ
418…減圧バルブ
420…熱交換器
422…減圧バルブ
424…気液分離器
426…逆止弁
501…酸化ガス供給流路
502…エアクリーナ
503…酸素オフガス排出流路
504…コンプレッサ
506…加湿器
508…気液分離器
510…コンバスタ
512…白金触媒
602…流入口
604…シリンダ
606…流出口
610…ガス流路
612…コック
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記水素ガス貯蔵部の放出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に位置する特定箇所から、前記車両の外部に向かって延びる第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能なリリーフバルブと、
を備え、
前記リリーフバルブは、該リリーフバルブより前記特定箇所側の流路内に存在する前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記第1の流路から前記第2の流路を介して外部に排出させ、
前記第2の流路の排出口は、排出する前記水素ガスが路面に向かうように、配置されている、車載用燃料電池システム。 A hydrogen gas storage unit capable of releasing the stored hydrogen gas at a predetermined pressure; and a fuel cell that generates electric power upon receiving the supply of the hydrogen gas released from the hydrogen gas storage unit. An in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path connecting the discharge port of the hydrogen gas storage unit and the supply port of the fuel cell, and supplying the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit to the fuel cell; ,
At least one decompression unit disposed in the first flow path to reduce the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
A second channel extending toward the outside of the vehicle from a specific location located between the decompression unit and the fuel cell supply port in the first channel;
A relief valve disposed in the second flow path and capable of flowing and stopping gas by opening and closing;
With
The relief valve is opened when the pressure of the hydrogen gas existing in the flow path on the specific location side of the relief valve exceeds a reference pressure, and the hydrogen gas is removed from the first flow path through the first flow path. 2 to the outside through the flow path ,
The in- vehicle fuel cell system , wherein the discharge port of the second flow path is arranged so that the discharged hydrogen gas is directed to the road surface .
前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に位置する特定箇所から、前記車両の外部に向かって延びる第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能なリリーフバルブと、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第3の流路と、
前記第3の流路中に配置され、前記燃料電池から排出される前記水素ガスに含まれる水分を、液体と気体とに分離して、液体のみを除去する気液分離部と、
を備え、
前記リリーフバルブは、該リリーフバルブより前記特定箇所側の流路内に存在する前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記第1の流路から前記第2の流路を介して外部に排出させ、
前記第2の流路の排出口は、排出する前記水素ガスが路面に向かうように、配置されている、車載用燃料電池システム。 A hydrogen gas supply unit for supplying hydrogen gas; and a fuel cell that receives the supply of the hydrogen gas delivered from the hydrogen gas supply unit to generate electric power and discharge the remaining hydrogen gas. An in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path for connecting the supply port of the hydrogen gas supply unit and the supply port of the fuel cell and supplying the fuel cell with the hydrogen gas sent from the hydrogen gas supply unit; ,
At least one decompression unit disposed in the first flow path to reduce the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
A second channel extending toward the outside of the vehicle from a specific location located between the decompression unit and the fuel cell supply port in the first channel;
A relief valve disposed in the second flow path and capable of flowing and stopping gas by opening and closing;
A third flow path connecting the discharge port of the fuel cell and the first flow path, and flowing the hydrogen gas discharged from the fuel cell and returning it to the first flow path;
A gas-liquid separator that is disposed in the third flow path and separates the water contained in the hydrogen gas discharged from the fuel cell into a liquid and a gas, and removes only the liquid;
Equipped with a,
The relief valve is opened when the pressure of the hydrogen gas existing in the flow path on the specific location side of the relief valve exceeds a reference pressure, and the hydrogen gas is removed from the first flow path through the first flow path. 2 to the outside through the flow path,
The in- vehicle fuel cell system , wherein the discharge port of the second flow path is arranged so that the discharged hydrogen gas is directed to the road surface .
前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に位置する特定箇所から、前記車両の外部に向かって延びる第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能なリリーフバルブと、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第3の流路と、
前記第1の流路中における前記第3の流路との接続部と前記燃料電池の供給口との間に配置され、前記水素ガスに含まれる水分を、液体と気体とに分離して、液体のみを除去する気液分離部と、
を備え、
前記リリーフバルブは、該リリーフバルブより前記特定箇所側の流路内に存在する前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記第1の流路から前記第2の流路を介して外部に排出させ、
前記第2の流路の排出口は、排出する前記水素ガスが路面に向かうように、配置されている、車載用燃料電池システム。 A hydrogen gas supply unit for supplying hydrogen gas; and a fuel cell that receives the supply of the hydrogen gas delivered from the hydrogen gas supply unit to generate electric power and discharge the remaining hydrogen gas. An in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path for connecting the supply port of the hydrogen gas supply unit and the supply port of the fuel cell and supplying the fuel cell with the hydrogen gas sent from the hydrogen gas supply unit; ,
At least one decompression unit disposed in the first flow path to reduce the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
A second channel extending toward the outside of the vehicle from a specific location located between the decompression unit and the fuel cell supply port in the first channel;
A relief valve disposed in the second flow path and capable of flowing and stopping gas by opening and closing;
A third flow path connecting the discharge port of the fuel cell and the first flow path, and flowing the hydrogen gas discharged from the fuel cell and returning it to the first flow path;
Arranged between the connecting portion of the first flow path to the third flow path and the supply port of the fuel cell, separating moisture contained in the hydrogen gas into a liquid and a gas; A gas-liquid separator that removes only the liquid;
Equipped with a,
The relief valve is opened when the pressure of the hydrogen gas existing in the flow path on the specific location side of the relief valve exceeds a reference pressure, and the hydrogen gas is removed from the first flow path through the first flow path. 2 to the outside through the flow path,
The in- vehicle fuel cell system , wherein the discharge port of the second flow path is arranged so that the discharged hydrogen gas is directed to the road surface .
前記水素ガス貯蔵部の放出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に位置する特定箇所から、前記車両の外部に向かって延びる第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能なリリーフバルブと、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に配置され、前記第1の流路を流れる前記水素ガスの温度を上げる昇温部と、
を備え、
前記リリーフバルブは、該リリーフバルブより前記特定箇所側の流路内に存在する前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記第1の流路から前記第2の流路を介して外部に排出させ、
前記第2の流路の排出口は、排出する前記水素ガスが路面に向かうように、配置されている、車載用燃料電池システム。 A hydrogen gas storage unit capable of releasing the stored hydrogen gas at a predetermined pressure; and a fuel cell that generates electric power upon receiving the supply of the hydrogen gas released from the hydrogen gas storage unit. An in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path connecting the discharge port of the hydrogen gas storage unit and the supply port of the fuel cell, and supplying the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit to the fuel cell; ,
At least one decompression unit disposed in the first flow path to reduce the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
A second channel extending toward the outside of the vehicle from a specific location located between the decompression unit and the fuel cell supply port in the first channel;
A relief valve disposed in the second flow path and capable of flowing and stopping gas by opening and closing;
A temperature raising unit that is disposed between the pressure reducing unit in the first flow path and the supply port of the fuel cell, and raises the temperature of the hydrogen gas flowing through the first flow path;
Equipped with a,
The relief valve is opened when the pressure of the hydrogen gas existing in the flow path on the specific location side of the relief valve exceeds a reference pressure, and the hydrogen gas is removed from the first flow path through the first flow path. 2 to the outside through the flow path,
The in- vehicle fuel cell system , wherein the discharge port of the second flow path is arranged so that the discharged hydrogen gas is directed to the road surface .
前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に位置する特定箇所から、前記車両の外部に向かって延びる第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能なリリーフバルブと、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第3の流路と、
前記第3の流路中に配置され、前記第3の流路を流れる前記水素ガスを前記第1の流路に向かって流し、前記水素ガスを循環させるポンプと、
前記水素ガス供給部及び前記ポンプを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの始動時において、前記水素ガス供給部より前記水素ガスを送出させると共に、前記ポンプを駆動させて、前記水素ガスが流れるべき流路内に流れを起こし、該流路内に存在する不純物と送出した前記水素ガスとを攪拌して均一化し、
前記リリーフバルブは、該リリーフバルブより前記特定箇所側の流路内に存在する前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記第1の流路から前記第2の流路を介して外部に排出させ、
前記第2の流路の排出口は、排出する前記水素ガスが路面に向かうように、配置されている、車載用燃料電池システム。 A hydrogen gas supply unit for supplying hydrogen gas; and a fuel cell that receives the supply of the hydrogen gas delivered from the hydrogen gas supply unit to generate electric power and discharge the remaining hydrogen gas. An in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A first flow path for connecting the supply port of the hydrogen gas supply unit and the supply port of the fuel cell and supplying the fuel cell with the hydrogen gas sent from the hydrogen gas supply unit; ,
At least one decompression unit disposed in the first flow path to reduce the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
A second channel extending toward the outside of the vehicle from a specific location located between the decompression unit and the fuel cell supply port in the first channel;
A relief valve disposed in the second flow path and capable of flowing and stopping gas by opening and closing;
A third flow path connecting the discharge port of the fuel cell and the first flow path, and flowing the hydrogen gas discharged from the fuel cell and returning it to the first flow path;
Said third disposed in the flow path, said third flow path the hydrogen gas flowing through the flow toward the first flow path, a pump for circulating the hydrogen gas,
A control unit for controlling the hydrogen gas supply unit and the pump;
With
The control unit, when starting the fuel cell system, causes the hydrogen gas to be sent from the hydrogen gas supply unit and drives the pump to cause a flow in the flow path through which the hydrogen gas flows, Stir and homogenize the impurities present in the flow path and the hydrogen gas sent out ,
The relief valve is opened when the pressure of the hydrogen gas existing in the flow path on the specific location side of the relief valve exceeds a reference pressure, and the hydrogen gas is removed from the first flow path through the first flow path. 2 to the outside through the flow path,
The in- vehicle fuel cell system , wherein the discharge port of the second flow path is arranged so that the discharged hydrogen gas is directed to the road surface .
(a)前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に位置する特定箇所から、前記車両の外部に向かって延びる第2の流路と、前記第2の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能なリリーフバルブと、前記燃料電池の排出口と前記第1の流路との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第3の流路と、前記第3の流路中に配置され、前記第3の流路を流れる前記水素ガスを前記第1の流路に向かって流し、前記水素ガスを循環させるポンプと、を用意する工程と、
(b)前記燃料電池システムの始動時において、前記水素ガス供給部より前記水素ガスを送出させる工程と、
(c)前記ポンプを駆動させて、前記水素ガスが流れるべき流路内に流れを起こし、該流路内に存在する不純物と送出した前記水素ガスとを攪拌して均一化する工程と、
(d)前記第2の流路の排出口を、排出する前記水素ガスが路面に向かうように配置して、前記リリーフバルブより前記特定箇所側の流路内に存在する前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に前記リリーフバルブを開いて、前記水素ガスを前記第1の流路から前記第2の流路を介して外部に排出させる工程と
を備える車載用燃料電池システムの制御方法。 A hydrogen gas supply unit for supplying hydrogen gas; and a fuel cell that receives the supply of the hydrogen gas delivered from the hydrogen gas supply unit to generate electric power and discharge the remaining hydrogen gas. , A control method for an in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
(A) a first connecting the outlet of the hydrogen gas supply unit and the supply port of the fuel cell and supplying the fuel cell by flowing the hydrogen gas delivered from the hydrogen gas supply unit; A flow path, at least one pressure-reducing section disposed in the first flow path and reducing the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage section, and the pressure-reducing section in the first flow path And a second flow path extending toward the outside of the vehicle from a specific location located between the fuel cell supply port and the fuel cell supply port, and disposed in the second flow path to flow or stop the gas by opening and closing A relief valve that can be connected to the fuel cell, a discharge port of the fuel cell and the first flow path, and a flow of the hydrogen gas discharged from the fuel cell to flow the first flow path a third flow path to return to, is disposed in the third flow path Flowed toward the hydrogen gas flowing through the third channel to the first channel, preparing a, a pump for circulating the hydrogen gas,
(B) at the time of starting the fuel cell system, sending the hydrogen gas from the hydrogen gas supply unit;
(C) driving the pump to cause a flow in the flow path through which the hydrogen gas flows, and stirring and homogenizing impurities present in the flow path and the delivered hydrogen gas;
(D) The discharge port of the second flow path is arranged so that the hydrogen gas to be discharged is directed to the road surface, and the pressure of the hydrogen gas existing in the flow path on the specific location side from the relief valve is And a step of opening the relief valve when a reference pressure is exceeded and discharging the hydrogen gas from the first flow path to the outside through the second flow path. Method.
貯蔵された水素ガスを放出することが可能な水素ガス貯蔵部と、
該水素ガス貯蔵部から放出された前記水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池と、
前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する流路と、
該流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記流路中において、前記減圧部と前記燃料電池との間の特定箇所における前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記流路から外部に排出させるリリーフバルブと、
前記リリーフバルブを通じて排出される水素ガスが路面に向かうように配置された排出口と
を備える車載用燃料電池システム。 An in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A hydrogen gas storage unit capable of releasing the stored hydrogen gas; and
A fuel cell that generates electric power by receiving the supply of the hydrogen gas released from the hydrogen gas storage unit;
A flow path for supplying the fuel cell by flowing the hydrogen gas released from the hydrogen gas storage unit;
At least one decompression unit disposed in the flow path and reducing the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
Relief that opens when the pressure of the hydrogen gas at a specific location between the pressure reducing unit and the fuel cell exceeds a reference pressure in the flow path, and discharges the hydrogen gas from the flow path to the outside. A valve,
An in- vehicle fuel cell system comprising: a discharge port arranged so that hydrogen gas discharged through the relief valve is directed toward a road surface .
貯蔵された水素ガスを放出することが可能な水素ガス貯蔵部と、
該水素ガス貯蔵部から放出された前記水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池と、
前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する流路と、
該流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記流路中における前記減圧部と前記燃料電池との間に配置され、前記流路を流れる前記水素ガスの温度を上げる昇温部と、
前記流路中において、前記減圧部と前記燃料電池との間の特定箇所における前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記流路から外部に排出させるリリーフバルブと、
前記リリーフバルブを通じて排出される水素ガスが路面に向かうように配置された排出口と
を備える車載用燃料電池システム。 An in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle,
A hydrogen gas storage unit capable of releasing the stored hydrogen gas; and
A fuel cell that generates electric power by receiving the supply of the hydrogen gas released from the hydrogen gas storage unit;
A flow path for supplying the fuel cell by flowing the hydrogen gas released from the hydrogen gas storage unit;
At least one decompression unit disposed in the flow path and reducing the pressure of the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas storage unit;
A temperature raising part that is disposed between the pressure reducing part and the fuel cell in the flow path and raises a temperature of the hydrogen gas flowing through the flow path;
Relief that opens when the pressure of the hydrogen gas at a specific location between the pressure reducing unit and the fuel cell exceeds a reference pressure in the flow path, and discharges the hydrogen gas from the flow path to the outside. A valve,
An in- vehicle fuel cell system comprising: a discharge port arranged so that hydrogen gas discharged through the relief valve is directed toward a road surface .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009101666A JP5062215B2 (en) | 2009-04-20 | 2009-04-20 | In-vehicle fuel cell system and control method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009101666A JP5062215B2 (en) | 2009-04-20 | 2009-04-20 | In-vehicle fuel cell system and control method thereof |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001010519A Division JP4374782B2 (en) | 2001-01-18 | 2001-01-18 | In-vehicle fuel cell system and control method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009164136A JP2009164136A (en) | 2009-07-23 |
| JP5062215B2 true JP5062215B2 (en) | 2012-10-31 |
Family
ID=40966479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009101666A Expired - Fee Related JP5062215B2 (en) | 2009-04-20 | 2009-04-20 | In-vehicle fuel cell system and control method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5062215B2 (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6182886B2 (en) * | 2013-02-06 | 2017-08-23 | 株式会社豊田自動織機 | Fuel cell industrial vehicle |
| CN109962266B (en) * | 2017-12-25 | 2024-06-21 | 宇通客车股份有限公司 | Fuel cell hydrogen supply subsystem and fuel cell system |
| JP7006365B2 (en) | 2018-02-23 | 2022-02-10 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system |
| JP7046741B2 (en) * | 2018-07-03 | 2022-04-04 | ヤンマーパワーテクノロジー株式会社 | Fuel cell system and fuel cell ship |
| JP7127511B2 (en) | 2018-11-27 | 2022-08-30 | トヨタ自動車株式会社 | fuel cell system |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61188863A (en) * | 1985-02-15 | 1986-08-22 | Fuji Electric Co Ltd | Reactant gas supplying device for fuel cell power generating installation |
| JPH03109126A (en) * | 1989-09-21 | 1991-05-09 | Yamaha Motor Co Ltd | Electric automobile using fuel battery |
| JP2956015B2 (en) * | 1990-01-31 | 1999-10-04 | ヤマハ発動機株式会社 | Fuel cell electric vehicle |
| JP2989332B2 (en) * | 1991-08-20 | 1999-12-13 | 三洋電機株式会社 | Fuel cell system |
| JP3378068B2 (en) * | 1993-12-28 | 2003-02-17 | マツダ株式会社 | Fuel cell generator |
| JP2000030725A (en) * | 1998-07-10 | 2000-01-28 | Aqueous Reserch:Kk | Fuel cell stack |
| JP3633472B2 (en) * | 2000-10-26 | 2005-03-30 | 日産自動車株式会社 | Protection device for fuel cell system |
| JP4470346B2 (en) * | 2001-01-18 | 2010-06-02 | トヨタ自動車株式会社 | In-vehicle fuel cell system and hydrogen off-gas discharge method |
-
2009
- 2009-04-20 JP JP2009101666A patent/JP5062215B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2009164136A (en) | 2009-07-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4374782B2 (en) | In-vehicle fuel cell system and control method thereof | |
| JP4470346B2 (en) | In-vehicle fuel cell system and hydrogen off-gas discharge method | |
| CN101390240B (en) | Fuel cell system and water discharge method for the same | |
| US7419735B2 (en) | Fuel cell system, method of controlling the same, and vehicle mounted with the same | |
| JP5319252B2 (en) | Fuel cell vehicle | |
| JP6325033B2 (en) | Control method of fuel cell system | |
| US11024860B2 (en) | Fuel cell system for a vehicle | |
| JP5062215B2 (en) | In-vehicle fuel cell system and control method thereof | |
| US20080199748A1 (en) | Fuel cell power generation device | |
| JP4626097B2 (en) | In-vehicle fuel cell system | |
| JP2002216813A (en) | In-vehicle fuel cell system, fuel cell and hydrogen storage alloy tank | |
| JP2007179949A (en) | Fuel cell system | |
| JP4632055B2 (en) | Fuel cell system and liquid discharge method thereof | |
| US20070037027A1 (en) | Fuel cell power plant | |
| JP2013114997A (en) | Fuel cell system | |
| JP2009277670A (en) | Onboard fuel cell system | |
| JP2006294458A (en) | Fuel cell system | |
| JP4949619B2 (en) | Fuel cell system and operation method thereof | |
| JP2009104955A (en) | Fuel cell system and control method thereof | |
| JP2005129243A (en) | Fuel cell system and fuel cell operating method | |
| JP5055808B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP2006331870A (en) | Fuel cell system | |
| JP4434130B2 (en) | Fuel cell device | |
| JP3601516B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP2008218164A (en) | Fuel cell system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090511 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090511 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111220 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120125 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120710 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120723 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150817 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |