JP7622659B2 - Fuel Cell Systems - Google Patents
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Description
本明細書が開示する技術は、燃料電池システムに関する。 The technology disclosed in this specification relates to a fuel cell system.
燃料電池システムは、燃料電池スタックと燃料タンクとの間に主止弁とインジェクタを備える。なお、説明の都合上、主止弁とインジェクタの間のガス流路を高圧系流路と称する。特許文献1には、主止弁の良否を調べる技術が開示されている。本明細書における主止弁の不良とは、主止弁を閉じる指令を送っても主止弁が完全に閉まらず、燃料タンクから高圧系流路へ燃料ガスが漏れることを意味する。 The fuel cell system is equipped with a main stop valve and an injector between the fuel cell stack and the fuel tank. For convenience of explanation, the gas flow path between the main stop valve and the injector is referred to as the high-pressure system flow path. Patent Document 1 discloses a technology for checking the quality of the main stop valve. In this specification, a defective main stop valve means that the main stop valve does not close completely even when a command to close the main stop valve is sent, causing fuel gas to leak from the fuel tank to the high-pressure system flow path.
特許文献1に開示されている主止弁のチェック処理は以下の通りである。インジェクタを閉じ、主止弁を開く。高圧系流路のガス圧が所定の第1圧に達したら主止弁を閉じる。次にインジェクタを開く。高圧系流路のガス圧が第2圧まで下がったらインジェクタを閉じる。インジェクタと主止弁の両方を閉じたまま一定時間待機する。一定時間後に高圧系流路のガス圧が「第2圧+許容差圧」を超えていたら、主止弁が完全に閉じていないと判断する。 The main stop valve check process disclosed in Patent Document 1 is as follows: Close the injector and open the main stop valve. When the gas pressure in the high-pressure line reaches a predetermined first pressure, close the main stop valve. Next, open the injector. When the gas pressure in the high-pressure line drops to a second pressure, close the injector. Wait for a fixed period of time with both the injector and the main stop valve closed. If the gas pressure in the high-pressure line exceeds "second pressure + allowable differential pressure" after the fixed period of time, it is determined that the main stop valve is not completely closed.
以下では、説明の便宜上、主止弁が完全に閉じるか否かを調べることを主止弁検査と称する。また、説明の便宜上、「燃料電池」を「FC」と表記する場合がある。「燃料電池システム」は「FCシステム」と表記し、「燃料電池スタック」は「FCスタック」と表記する場合がある。 For ease of explanation, below, checking whether the main stop valve closes completely will be referred to as a main stop valve inspection. Also, for ease of explanation, "fuel cell" may be written as "FC." "Fuel cell system" may be written as "FC system," and "fuel cell stack" may be written as "FC stack."
主止弁の良否を調べる際、インジェクタを開くので、起動前のFCスタックに燃料ガスが流れる。FCシステムの規模が大きくなると、高圧系流路の容積も大きくなる。高圧系流路の容積が大きいと、良否チェックの間に大量の燃料ガスがFCスタックに流れる。起動前のFCスタックに多くの燃料ガスが流れ込むと、次の不都合を生じるおそれがある。(1)FCスタックの内圧が過度に高くなる。(2)起動前のFCスタックにおいて、燃料極から空気極へ多くの燃料ガスが漏れる。本明細書は、主止弁検査のときにFCスタックに多くの燃料ガスが滞留することを防止する技術を提供する。 When checking the quality of the main stop valve, the injector is opened, causing fuel gas to flow into the FC stack before startup. As the scale of the FC system increases, the volume of the high-pressure flow passage also increases. If the volume of the high-pressure flow passage is large, a large amount of fuel gas flows into the FC stack during the quality check. If a large amount of fuel gas flows into the FC stack before startup, the following problems may occur: (1) The internal pressure of the FC stack becomes excessively high. (2) In the FC stack before startup, a large amount of fuel gas leaks from the fuel electrode to the air electrode. This specification provides a technology that prevents a large amount of fuel gas from remaining in the FC stack during a main stop valve inspection.
本明細書が開示するFCシステムは、燃料タンク、FCスタック、主止弁、インジェクタ、燃料管、コンプレッサ、排ガス管、排ガス弁、制御器を備える。主止弁は、燃料タンクからの燃料ガスの流出を止める。インジェクタは、FCスタックに供給する燃料ガスの流量を調整する。燃料管は、主止弁とインジェクタを接続する。コンプレッサは、FCスタックへ空気を送る。排ガス管は、FCスタック内の燃料ガスを空気と混合して放出する。排ガス弁は、排ガス管を閉鎖する。制御器は、主止弁とインジェクタとコンプレッサと排ガス弁を制御する。制御器は、主止弁検査(主止弁を開閉した後にインジェクタを開閉し、燃料管内の圧力変化に基づいて主止弁の良否を判定すること)を実行する。制御器は、主止弁検査を実行する間、FCスタックの内圧が所定の閾値圧に達したら排ガス弁を開くとともに、排ガス管から放出される燃料の濃度が所定の上限濃度以下となるようにコンプレッサを駆動する。 The FC system disclosed in this specification comprises a fuel tank, an FC stack, a main stop valve, an injector, a fuel pipe, a compressor, an exhaust pipe, an exhaust valve, and a controller. The main stop valve stops the outflow of fuel gas from the fuel tank. The injector adjusts the flow rate of fuel gas supplied to the FC stack. The fuel pipe connects the main stop valve to the injector. The compressor sends air to the FC stack. The exhaust pipe mixes the fuel gas in the FC stack with air and releases it. The exhaust valve closes the exhaust pipe. The controller controls the main stop valve, the injector, the compressor, and the exhaust valve. The controller performs a main stop valve inspection (opening and closing the main stop valve, then opening and closing the injector, and determining whether the main stop valve is good or bad based on the pressure change in the fuel pipe). While performing the main stop valve inspection, the controller opens the exhaust gas valve when the internal pressure of the FC stack reaches a predetermined threshold pressure, and drives the compressor so that the concentration of fuel released from the exhaust gas pipe is below a predetermined upper limit concentration.
本明細書が開示する燃料電池システムによれば、主止弁検査の間にFCスタック内に多くの燃料ガスが滞留することが防止される。その上、制御器は、排ガスの燃料濃度が上限濃度を超えないようにコンプレッサを制御する。燃料が高濃度で含まれるガスが放出されることがない。 The fuel cell system disclosed in this specification prevents a large amount of fuel gas from accumulating in the FC stack during main stop valve inspection. In addition, the controller controls the compressor so that the fuel concentration in the exhaust gas does not exceed the upper limit concentration. Gas containing a high concentration of fuel is not released.
本明細書が開示するFCシステムは、コンプレッサからFCスタックを迂回して排ガス管へ空気を送るバイパス流路を備えていることも好適である。制御器は、主止弁検査を行う間、バイパス流路を使ってコンプレッサから排ガス管へ空気を送るようにしてもよい。起動前のFCスタック内部が過度に乾燥することが防止できる。 The FC system disclosed in this specification is also preferably equipped with a bypass flow path that sends air from the compressor to the exhaust gas pipe, bypassing the FC stack. The controller may use the bypass flow path to send air from the compressor to the exhaust gas pipe while performing a main stop valve inspection. This can prevent the inside of the FC stack from drying out excessively before startup.
主止弁検査の手順の一例は以下の通りである。制御器は、インジェクタを閉じ主止弁を開いて燃料管の内圧を第1圧まで上げ、次いで主止弁を閉じインジェクタを開いて内圧を下げる。制御器は、燃料管の内圧が下がる間のインジェクタの燃料ガス噴射量を特定する。制御器は、燃料管の内圧が第2圧へ下がるまでに燃料ガス噴射量が所定の噴射量閾値を超えたら主止弁が不良であると判定する。 An example of the procedure for inspecting the main stop valve is as follows: The controller closes the injector and opens the main stop valve to raise the internal pressure of the fuel pipe to a first pressure, then closes the main stop valve and opens the injector to lower the internal pressure. The controller determines the amount of fuel gas injected by the injector while the internal pressure of the fuel pipe is lowering. If the amount of fuel gas injected exceeds a predetermined injection amount threshold before the internal pressure of the fuel pipe drops to a second pressure, the controller determines that the main stop valve is defective.
前述した特許文献1の主止弁検査方法では、燃料管の内圧を第2圧まで下げた後、一定時間の経過を待ち、一定時間経過後に圧力が下がっていれば、主止弁が不良であると判定する。この方法では、良否の判定までに時間を要する。本明細書が開示するFCシステムでは、インジェクタの噴出量と燃料管の圧力変化に基づいて主止弁の良否を判定する。主止弁検査に要する時間を短くすることができる。 In the main stop valve inspection method of Patent Document 1 mentioned above, the internal pressure of the fuel pipe is lowered to the second pressure, and then a fixed time is waited for. If the pressure has dropped after the fixed time has elapsed, it is determined that the main stop valve is defective. With this method, it takes time to determine whether the main stop valve is good or bad. In the FC system disclosed in this specification, the quality of the main stop valve is determined based on the amount of fuel ejected from the injector and the pressure change in the fuel pipe. This makes it possible to shorten the time required for main stop valve inspection.
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 Details and further improvements of the technology disclosed in this specification are explained in the "Description of Embodiments" below.
図面を参照して実施例のFCシステム2を説明する。図1に、FCシステム2のブロック図を示す。FCシステム2は、FCスタック3と複数の燃料タンク4a、4b、コンプレッサ9を備える。燃料タンク4a、4bには燃料(水素)が貯蔵されている。FCシステム2は、燃料タンク4a、4bの燃料と空気中の酸素を反応させて電力を得る。燃料タンク4a、4bから気体の燃料(すなわち燃料ガス)がFCスタック3へ送られ、コンプレッサ9が空気をFCスタック3へ供給する。
An
複数の燃料タンク4a、4bの夫々とFCスタック3は、燃料管7で接続されている。燃料管7には主止弁5a、5b、インジェクタ6が備えられている。主止弁5a、5bは燃料管7の上流側(燃料タンク4a、4bに最も近い側)に配置されており、燃料タンク4a、4bからの燃料ガスの流出を止める。FCスタック3が停止しているときには主止弁5a、5bが閉じられ、FCシステム2の安全が確保される。
The FC
インジェクタ6は燃料管7の下流側(FCスタック3に最も近い側)に配置されており、FCスタック3へ供給する燃料ガスの流量を調整する。なお、インジェクタ6と主止弁5a、5bの間にガスレギュレータが取り付けられる場合もある。その場合は、インジェクタ6とガスレギュレータによって、FCスタック3へ供給する燃料ガスの流量が調整される。ただし、FCスタック3へ供給する燃料ガスの流量を最終的に調整するのはインジェクタ6である。
The
燃料管7は、燃料タンク4a、4bとFCスタック3を連結しているが、説明の便宜上、燃料管7のうち、主止弁5a、5bとインジェクタ6を接続している部分を高圧燃料管7aと称し、FCスタック3とインジェクタ6を接続している部分を低圧燃料管7bと称する。
The
FCスタック3の燃料ガス出口には気液分離器15が接続されている。気液分離器15は、燃料ガス出口から排出されるガスの中から未反応の燃料ガスを分離する。分離された燃料ガスは還流路16で低圧燃料管7bに戻され、再利用される。還流路16にはポンプ14が備えられており、ポンプ14が未反応の燃料ガスを強制的に低圧燃料管7bに戻す。
A gas-
気液分離器15のガス出口には排ガス管17が接続されており、排ガス管17の途中にはマフラ20が取り付けられている。気液分離器15で分離された不純物は、排ガス管17とマフラ20を通じて外部へ放出される。マフラ20には、コンプレッサ9から排空気管19を通じて空気も送られる。気液分離器15で分離される不純物の中にも少しの燃料ガスが残っている。制御器10は、マフラ20から外へ放出される排ガスの中の燃料の濃度を推定し、排ガスに含まれる燃料の濃度推定値が所定の上限濃度以下になるように、コンプレッサ9から空気が送られる。濃度の推定は、従来の技術を使えばよいため、濃度推定についての説明は割愛する。濃度は、濃度センサによって計測されてもよい。以下では、排ガスに含まれる燃料の濃度推定値を単に「燃料の濃度」と称する。
An
排ガス管17の途中には排ガス弁18が取り付けられている。排ガス弁18は、排ガス管17を閉鎖し、排ガスが外へ出ることを止める。
An
コンプレッサ9とFCスタック3は空気管12で連結されている。空気管12と排空気管19はバイパス流路11で連結されている。空気管12には空気供給弁23が取り付けられており、FCスタック3の排空気出口には空気排出弁24が取り付けられている。バイパス流路11にはバイパス弁13が取り付けられている。バイパス弁13を閉じ、空気供給弁23を開き、コンプレッサ9を駆動すると、外の空気がFCスタック3へ送られる。FCスタック3を駆動する場合には、空気排出弁24も開く。空気供給弁23と空気排出弁24を閉じ、バイパス弁13を開き、コンプレッサ9を駆動すると、外の空気がコンプレッサ9からFCスタック3を迂回し、排空気管19を通じて排ガス管17へ送られる。
The
流路には圧力センサ31a、31bが備えられており、FCスタック3には温度センサ32が備えられている。圧力センサ31aは、高圧燃料管7aの内圧を計測する。圧力センサ31bは低圧燃料管7bの内圧を計測する。圧力センサ31a、31b、温度センサ32の計測値は制御器10へ送られる。FCシステム2には他にもいくつかの圧力センサと温度センサが備えられているが、それらの図示と説明は省略する。
The flow path is equipped with
制御器10は、主止弁5a、5b、インジェクタ6、各種の弁(主止弁5a、5b、空気供給弁23、空気排出弁24、バイパス弁13、排ガス弁18)、コンプレッサ9、ポンプ14を制御する。制御器10は、不図示の上位制御器からの出力指令に基づいて、FCスタック3が所定の電力を出力するように、FCスタック3へ供給される燃料ガスの流量と空気の流量を調整する。制御器10は、インジェクタ6を制御することによってFCスタック3へ供給される燃料ガスの流量を調整し、コンプレッサ9を制御することによってFCスタック3へ供給される空気の量を調整する。
The
FCシステム2では、FCスタック3を起動するのに先立って、主止弁5a、5bの良否をチェックする。あるいは、FCスタック3を停止する際に主止弁5a、5bの良否をチェックする。主止弁5a、5bは、制御器10からの指令で開閉するソレノイドタイプの弁である。主止弁5a、5bが不良であるとは、制御器10から主止弁5a、5bに閉鎖指令を送っているにも関わらず、主止弁5a、5bが完全には閉鎖せず、燃料タンク4a、4bの中の燃料ガスが主止弁5a、5bを通じて高圧燃料管7aへ漏れることを意味する。
In the
先に述べたように、主止弁5a、5bの良否を判定する処理を以下では主止弁検査処理と称する。主止弁検査処理の概要は次の通りである。制御器10は、インジェクタ6を閉じたまま主止弁5a、5bを開閉し、その後、主止弁5a、5bを閉じたままインジェクタ6を開閉する。制御器10は、インジェクタ6の開閉と主止弁5a、5bの開閉の間の高圧燃料管7aの内圧変化に基づいて主止弁5a、5bの良否を判定する。主止弁検査処理の具体的な手順を、図2ー4を用いて説明する。
As mentioned above, the process for determining whether the
図2、3は、主止弁検査処理のフローチャートである。図4は、主止弁検査処理と同時並列に実行されるFCスタック内圧監視処理のフローチャートである。 Figures 2 and 3 are flowcharts of the main stop valve inspection process. Figure 4 is a flowchart of the FC stack internal pressure monitoring process, which is executed simultaneously and in parallel with the main stop valve inspection process.
まず、制御器10は、FCスタック内圧監視処理を起動する(ステップS2)。FCスタック内圧監視処理については後述する。続いて制御器10は、インジェクタ6を閉じ、主止弁5a、5bを開く(ステップS3)。主止弁5a、5bを開くと燃料タンク4a、4bから高圧燃料管7aへ燃料ガスが流れ込む。制御器10は、圧力センサ31aの計測値(すなわち、高圧燃料管7aの内圧)をモニタしており、高圧燃料管7aの内圧が所定の第1圧に達したら主止弁5a、5bを閉じる(ステップS4:YES、S5)。
First, the
なお、図2のステップS5に記した「主止弁を閉じる」とは、正確には、制御器10が主止弁に対して閉鎖指令を送ることを意味する。主止弁5a、5bが正常であれば、制御器10の閉鎖指令に対して主止弁5a、5bは完全に閉じ、燃料タンク4a、4bと高圧燃料管7aは完全に遮断される。しかし、制御器10が閉鎖指令を送信しているにも関わらず主止弁5a及び/または主止弁5bが完全に閉じない場合には、燃料タンク4a及び/または燃料タンク4bから高圧燃料管7aへ燃料ガスが漏れ続けることになる。図2、3の処理は、そのような主止弁5a及び/または主止弁5bの閉鎖不良を検知する処理である。
Note that "closing the main stop valve" in step S5 of FIG. 2 means, more precisely, that the
次に制御器10は、インジェクタ6を開く(図3、ステップS12)。インジェクタ6を開くと高圧燃料管7aの中の燃料ガスが低圧燃料管7bへ流れる。制御器10は、インジェクタ6が噴射した燃料ガスの容量(噴射量)を算出する(ステップS13)。インジェクタ6が噴射する流量(単位時間当たりに噴射する燃料ガスの体積)は、温度と圧力に依存する。流量と温度/圧力の関係は既知である。FCスタック3に備えられた温度センサ32の計測値が噴射する燃料ガスの近似温度として利用できる。インジェクタ6におけるガス圧は、インジェクタ6の上流と下流に配置されている圧力センサ31a、31bの計測値から推定する。制御器10は、高圧燃料管7aに取り付けられている圧力センサ31aの計測値からインジェクタ6の上流におけるガス圧を得て、低圧燃料管7bに取り付けられている圧力センサ31bの計測値からインジェクタ6の下流におけるガス圧を得る。制御器10は、インジェクタ6の上流と下流のガス圧から、インジェクタ6の流量に相関するガス圧を推定する。ガス圧の推定についての説明は割愛する。温度センサ32と圧力センサ31a、31bの計測値から、インジェクタ6の流量が求まる。なお、インジェクタ6の流量を求める際に用いるセンサ計測値は、上記の例に限られない。例えば、インジェクタ6の上流または下流に流量センサを備えていれば、流量センサの計測値をそのままインジェクタ6の流量として用いることができる。
Next, the
制御器10は、インジェクタ6を開いている間、インジェクタ6から噴射された燃料ガスの体積(噴射量)を繰り返し算出する(ステップS15、NO、S13)。噴射量は、インジェクタ6を開いたときからの時間と、インジェクタ6の流量から求まる。制御器10は、高圧燃料管7aの内圧が第2圧へ下がるまでに噴射量が所定の噴射量閾値を超えたら、主止弁5a、5bの少なくとも一方が不良であると判定する(ステップS14:NO)。別言すれば、制御器10は、高圧燃料管7aの内圧が第2圧へ下がる前に噴射量が所定の噴射量閾値を超えたら、主止弁5a、5bの少なくとも一方が不良であると判定する。
The
第1圧と第2圧は予め定められている。第2圧は第1圧よりも低い値に設定されている。噴射量閾値は、高圧燃料管7aの内圧を第1圧から第2圧まで下げるのに必要なガス体積に設定されている。従って、インジェクタ6の噴射量が噴射量閾値を超える前に高圧燃料管7aの内圧が第2圧まで下がったら、制御器10は、主止弁5a、5bは正常であると判定する(ステップS14:NO、S15:YES)。この場合、制御器10は、主止弁5a、5bが正常である旨の通知を上位制御器(不図示)に通知する(ステップS16)。そして、制御器10は、インジェクタ6を閉じ(ステップS18)、FCスタック内圧監視処理を終了し(ステップS19)、主止弁検査処理を終了する。
The first pressure and the second pressure are determined in advance. The second pressure is set to a value lower than the first pressure. The injection amount threshold is set to a gas volume required to reduce the internal pressure of the high-
一方、インジェクタ6の噴射量が噴射量閾値を上回っているとき、主止弁5a、5bの少なくとも一方が完全に閉鎖しておらず、燃料タンク4a、4bから高圧燃料管7aへ燃料ガスが漏れていることが判明する。すなわち、制御器10は、主止弁5a、5bの少なくとも一方が閉鎖不良を生じていると判定する。この場合、制御器10は、主止弁5a、5bの不良を上位制御器(不図示)に通知する(ステップS17)。主止弁5aまたは5bの不良が検知された場合、制御器10は、内圧が第2圧まで下がらなくてもインジェクタ6を閉じる(ステップS18)。インジェクタ6を閉じた後、制御器10は、FCスタック内圧監視処理を終了し(ステップS19)、主止弁検査処理を終了する。
On the other hand, when the injection amount of the
ステップS16を経由して主止弁検査処理を終了した場合、上位制御器は、次の通常処理を実行する。主止弁検査処理がFCスタック3の起動前に実施された場合、主止弁が正常であれば、上位制御器は、次にFCスタック3の起動処理を実行する。主止弁検査処理がFCスタックの停止前に実施された場合、主止弁が正常であれば、上位制御器は、次にFCスタック3を停止する処理を実行する。
When the main stop valve inspection process is completed via step S16, the upper controller executes the next normal process. If the main stop valve inspection process is performed before starting up the
一方、ステップS17を経由して主止弁検査処理を終了した場合、上位制御器は、主止弁不良に対応した処理(異常時対応処理)を実行する。主止弁5aまたは5bの不良が検知された場合、上位制御器は、例えばFCシステム2の表示装置に、主旨弁不良を示すメッセージを表示する。あるいは、上位制御器は、FCシステム2の警告ランプを点灯させる。
On the other hand, if the main stop valve inspection process is terminated via step S17, the upper controller executes a process corresponding to a main stop valve malfunction (abnormality response process). If a malfunction of the
図2、3の処理により、主止弁5a、5bが制御器10からの閉鎖指令に応じて完全に閉じるか否かが検査される。
The processing in Figures 2 and 3 checks whether the
続いて、図4を参照してFCスタック内圧監視処理を説明する。図4の処理は、主止弁検査処理の間、繰り返し実行される。より正確には、主止弁検査処理においてインジェクタ6が開いている間、図4の処理が繰り返し実行される。
Next, the FC stack internal pressure monitoring process will be described with reference to FIG. 4. The process of FIG. 4 is repeatedly executed during the main stop valve inspection process. More precisely, the process of FIG. 4 is repeatedly executed while the
制御器10は、FCスタック3の内圧を取得する(ステップS22)。低圧燃料管7bはFCスタック3に直結しているので、低圧燃料管7bの内圧を計測する圧力センサ31bの計測値がFCスタック3の内圧として用いられる。
The
制御器10は、FCスタック3の内圧を所定の閾値圧と比較する(ステップS23)。閾値圧は、FCスタック3を起動するのに適した圧力範囲の上限値に設定されている。図3のステップS12にてインジェクタ6を開くと同時にFCスタック3の内圧は上昇し始める。FCスタック3の内圧が閾値圧に達したら(ステップS23:YES)、制御器10はステップS24、S25の処理を実行する。すなわち、制御器10は、排ガス弁18を開き(ステップS24)、外気へ放出される排ガスに含まれる燃料の濃度が上限濃度以下となるようにコンプレッサ9を駆動する(ステップS25)。
The
なお、FCスタック内圧監視処理の間、制御器10は、空気供給弁23と空気排出弁24を閉じ、バイパス弁13を開いた状態に保持する。バイパス弁13が開かれているので、コンプレッサ9からバイパス流路11を経由して空気が排ガス管17に送られる。FCスタック3の燃料ガスの一部は気液分離器15を経由して排ガス管17を流れる。排ガス管17の途中に取り付けられたマフラ20にて、FCスタック3から排出された燃料ガスは空気と混合され、外気へ放出される。
During the FC stack internal pressure monitoring process, the
ステップS25にて、制御器10は、外気に放出される排ガスに含まれる燃料濃度が所定の上限濃度以下となるように、コンプレッサ9を駆動する。コンプレッサ9の出力を上げればマフラ20に供給される空気量が増え、燃料濃度が下がる。この制御により、規定値(上限濃度)を超える濃度の燃料を含んだ排ガスが放出されることが防止される。
In step S25, the
ステップS23の判断において、FCスタック3の内圧が閾値圧を超えない場合、制御器10は排ガス弁18を開くことなく、また、コンプレッサ9を駆動することなく、処理を終了する(ステップS23:NO、S26)。先に述べたように、制御器10は、図4の処理を繰り返し実行する。
If it is determined in step S23 that the internal pressure of the
実施例のFCシステム2における主止弁検査の利点について説明する。制御器10は、主止弁検査処理を行う間、FCスタック3の内圧が閾値圧に達したら排ガス弁18を開く。同時に制御器10は、排ガス管17から放出される燃料の濃度が上限濃度以下となるようにコンプレッサ9を駆動する。前者の処理により、主止弁検査の間にFCスタック3に多くの燃料ガスが滞留することが回避される。後者の処理により、主止弁検査の間、高濃度の燃料を含む排ガスが外に放出されることが回避される。
The advantages of the main stop valve inspection in the
FCシステム2の規模が大きくなると(FCスタックに接続される燃料タンクの数が多くなると)、高圧燃料管7aの容量が大きくなる。高圧燃料管7aの容量が大きくなると、主止弁検査のときにFCスタック3へ流れ込む燃料ガスの量が多くなる。実施例のFCシステム2における主止弁検査処理は、そのような大規模なFCシステムに好適である。
As the scale of the
実施例の主止弁検査処理では、高圧燃料管7aの内圧と、インジェクタ6を開いている間の噴射量に基づいて主止弁の良否を判定する。インジェクタ6の噴射量に基づくので、短時間で主止弁の良否判定が完了する。実施例の処理は、主止弁の良否を短時間で判定できる。
In the main stop valve inspection process of the embodiment, the quality of the main stop valve is judged based on the internal pressure of the high-
実施例のFCシステム2では、主止弁検査処理の間、FCスタック3の内圧が閾値圧を超えると燃料ガスを放出する。FCスタック3の内圧が過度に高まることが防止される。また、FCスタック3に残った燃料ガスを放出する際、制御器10とコンプレッサ9の働きによって燃料濃度が上限濃度以下になるように希釈される。さらには、燃料希釈用の空気はFCスタック3を迂回してコンプレッサ9から排ガス管17へ送られる。FCスタック3に過度な空気が送られることがないので、FCスタック3の乾燥も防ぐことができる。
In the
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。高圧燃料管7aが、主止弁5a、5bとインジェクタ6を接続する燃料管に相当する。実施例では、主止弁5a、5bを同時に開閉した。一方の主止弁を閉じたまま他方の主止弁を開閉して図2~4の処理を実行し、その後に他方の主止弁を閉じたまま一方の主止弁を開閉して図2~4の処理を実行してもよい。複数の主止弁の良否を個別に判定できる。インジェクタに接続される燃料タンク(主止弁)の数は、3個以上であってもよい。また、FCシステムは、複数の燃料タンクに対して一つの主止弁を備える構成であってもよい。
Notes regarding the technology described in the embodiment are as follows. The high-
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described above in detail, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and variations of the specific examples exemplified above. The technical elements described in this specification or drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Furthermore, the technology exemplified in this specification or drawings can achieve multiple objectives simultaneously, and achieving one of those objectives is itself technically useful.
2:FCシステム 3:FCスタック 4a、4b:燃料タンク 5a、5b:主止弁 6:インジェクタ 7:燃料管 7a:高圧燃料管 7b:低圧燃料管 9:コンプレッサ 10:制御器 11:バイパス流路 12:空気管 13:バイパス弁 14:ポンプ 15:気液分離器 16:還流路 17:排ガス管 18:排ガス弁 19:排空気管 20:マフラ 23:空気供給弁 24:空気排出弁 31a、31b:圧力センサ 32:温度センサ
2: FC system 3:
Claims (3)
燃料電池スタックと、
前記燃料タンクからの燃料ガスの流出を止める主止弁と、
前記燃料電池スタックに供給する前記燃料ガスの流量を調整するインジェクタと、
前記主止弁と前記インジェクタを接続する燃料管と、
前記燃料電池スタックへ空気を送るコンプレッサと、
前記燃料電池スタック内の前記燃料ガスを前記空気と混合して放出する排ガス管と、
前記排ガス管を閉鎖する排ガス弁と、
前記主止弁と前記インジェクタと前記コンプレッサと前記排ガス弁を制御する制御器と、
を備えており、
前記制御器は、前記主止弁を開閉した後に前記インジェクタを開閉し、前記燃料管内の圧力変化に基づいて前記主止弁の良否を判定する主止弁検査を行う間、前記燃料電池スタックの内圧が所定の閾値圧に達したら前記排ガス弁を開くとともに前記排ガス管から放出される燃料の濃度が所定の上限濃度以下となるように前記コンプレッサを駆動する、燃料電池システム。 A fuel tank;
A fuel cell stack;
a main stop valve for stopping the outflow of fuel gas from the fuel tank;
an injector for adjusting a flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell stack;
a fuel pipe connecting the main stop valve and the injector;
a compressor for delivering air to the fuel cell stack;
an exhaust gas pipe that mixes the fuel gas in the fuel cell stack with the air and discharges the mixture;
an exhaust gas valve for closing the exhaust gas pipe;
a controller that controls the main stop valve, the injector, the compressor, and the exhaust gas valve;
Equipped with
The controller opens and closes the injector after opening and closing the main stop valve, and while performing a main stop valve inspection to determine whether the main stop valve is good or bad based on pressure changes in the fuel pipe, opens the exhaust gas valve when the internal pressure of the fuel cell stack reaches a predetermined threshold pressure, and drives the compressor so that the concentration of fuel released from the exhaust gas pipe is below a predetermined upper limit concentration.
前記インジェクタを閉じ前記主止弁を開いて前記燃料管の内圧を第1圧まで上げ、次いで前記主止弁を閉じ前記インジェクタを開き、前記燃料管の内圧が第2圧へ下がるまでに前記インジェクタの燃料ガス噴射量が所定の噴射量閾値を超えたら前記主止弁が不良であると判定する、
請求項1に記載の燃料電池システム。 The controller, in the main stop valve inspection,
closing the injector and opening the main stop valve to raise the internal pressure of the fuel pipe to a first pressure, then closing the main stop valve and opening the injector, and if the amount of fuel gas injected by the injector exceeds a predetermined injection amount threshold before the internal pressure of the fuel pipe drops to a second pressure , it is determined that the main stop valve is defective.
The fuel cell system according to claim 1 .
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