Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7633775B2 - Gas flow rate control device and method, and fuel cell system - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7633775B2 - Gas flow rate control device and method, and fuel cell system - Google Patents

Gas flow rate control device and method, and fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP7633775B2
JP7633775B2 JP2020129548A JP2020129548A JP7633775B2 JP 7633775 B2 JP7633775 B2 JP 7633775B2 JP 2020129548 A JP2020129548 A JP 2020129548A JP 2020129548 A JP2020129548 A JP 2020129548A JP 7633775 B2 JP7633775 B2 JP 7633775B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow rate
gas
map
degassing
fuel cell
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.)
Active
Application number
JP2020129548A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022026197A (en
Inventor
恭平 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Energy Systems and Solutions Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2020129548A priority Critical patent/JP7633775B2/en
Priority to CN202180059748.7A priority patent/CN116134647B/en
Priority to PCT/JP2021/027747 priority patent/WO2022025061A1/en
Publication of JP2022026197A publication Critical patent/JP2022026197A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7633775B2 publication Critical patent/JP7633775B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438Pressure; Ambient pressure; Flow
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746Pressure; Flow
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明の実施の形態は、ガス流量制御装置及び方法、並び、燃料電池システムに関する。 Embodiments of the present invention relate to a gas flow control device and method, and a fuel cell system.

一般的な固体高分子形の燃料電池は、複数の燃料電池セルを積層したセル積層体を備える。このような燃料電池は、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸素含有ガスとを各セル積層体内で化学的に反応させることで、燃料ガスの持つ化学エネルギーから電気エネルギーを生成する。 A typical solid polymer fuel cell has a cell stack in which multiple fuel cells are stacked. Such a fuel cell generates electrical energy from the chemical energy of the fuel gas by chemically reacting a fuel gas containing hydrogen with an oxygen-containing gas containing oxygen within each cell stack.

燃料電池セルは、高分子電解質膜と、高分子電解質膜を挟み込むように設けられるアノード極及びカソード極とを有している。発電を行う際には、上記燃料ガスがアノード極に供給され、上記酸素含有ガスがカソード極に供給される。 The fuel cell has a polymer electrolyte membrane and an anode and a cathode arranged to sandwich the polymer electrolyte membrane. When generating electricity, the fuel gas is supplied to the anode and the oxygen-containing gas is supplied to the cathode.

アノード極から排出される燃料ガスは一般に、アノードオフガスと呼ばれる。このアノードオフガスは通常、未反応の水素を含むことから、燃料ガスの効率的な利用のために燃料電池に再度供給されることがある。 The fuel gas discharged from the anode is generally called anode off-gas. This anode off-gas usually contains unreacted hydrogen, so it may be fed back into the fuel cell to make more efficient use of the fuel gas.

一方で、アノードオフガスの再利用時間が長期になると、アノードオフガスに含まれる窒素の濃度が増加し、その結果、燃料電池の電圧が低下することがある。このため、アノードオフガスを循環させる場合には、リサイクル管に脱気管を接続しておき、必要に応じて脱気管の脱気切換弁を開放することで、アノードオフガスの一部を排出することがある。 On the other hand, if the anode off-gas is reused for a long period of time, the concentration of nitrogen contained in the anode off-gas increases, which can result in a drop in the voltage of the fuel cell. For this reason, when circulating the anode off-gas, a degassing pipe is connected to the recycle pipe, and a portion of the anode off-gas can be discharged as necessary by opening the degassing switch valve of the degassing pipe.

上記のようなリサイクル管及び脱気管を備える燃料電池システムでは、脱気を行わない通常運転の状態と脱気を行う脱気運転の状態とが切り換えられると、燃料電池に供給される燃料ガス及びアノードオフガスの流量が変化する。その結果、アノード極の圧力が変動する。このように圧力に変化が生じた際には、通常であれば、変化後の圧力を元の圧力に戻すべく燃料ガスの流量調節が行われる。 In a fuel cell system equipped with a recycle pipe and a degassing pipe as described above, when switching between a normal operation state in which degassing is not performed and a degassing operation state in which degassing is performed, the flow rates of the fuel gas and anode off-gas supplied to the fuel cell change. As a result, the pressure at the anode electrode fluctuates. When such a change in pressure occurs, normally the flow rate of the fuel gas is adjusted to return the changed pressure to the original pressure.

しかしながら、通常運転時と脱気運転時とでは、流路内の圧力・流量等の運転条件が異なるため、元の圧力への制御をスムーズに行えない場合がある。 However, because the operating conditions, such as the pressure and flow rate within the flow path, differ between normal operation and degassing operation, it may not be possible to smoothly control the pressure back to the original level.

また、燃料電池を長期間運転すると、以前は適正に圧力を制御できていたにもかかわらず、何かしらの原因で、所望の圧力への制御をスムーズに行えなくなる場合もある。このような現象は、脱気運転の際に顕著となる傾向がある。 In addition, when a fuel cell is operated for a long period of time, for some reason it may no longer be possible to smoothly control the pressure to the desired level, even if it was previously able to control the pressure appropriately. This phenomenon tends to be more noticeable during degassing operation.

特開2020-95800号公報JP 2020-95800 A

そこで、本発明が解決しようとする課題は、アノードオフガスの脱気の切り換えが行なわれた場合であっても、燃料電池に対するガス供給状態を、所望の状態に迅速に且つ精度良く制御できるガス流量制御装置及び方法、並び燃料電池システムを提供することにある。 The problem that the present invention aims to solve is to provide a gas flow control device and method, and a fuel cell system, that can quickly and accurately control the gas supply state to the fuel cell to the desired state, even when anode off-gas degassing is switched on.

一実施の形態に係るガス流量制御装置は、流量調節部で流量調節した燃料ガスを燃料電池に供給し、前記燃料電池から流出するアノードオフガスをリサイクル管で前記流量調節部と前記燃料電池との間に循環させる燃料電池システムにおけるガス流量制御装置である。このガス流量制御装置は、前記リサイクル管から分岐して前記アノードオフガスの一部を外部に排出可能な脱気管の状態を検出する検出部と、前記検出部が検出する前記脱気管の状態に応じて、前記流量調節部の制御に用いる複数のマップの中から1つのマップを選択し、選択した前記マップに基づき前記流量調節部の動作を制御することで前記燃料ガスの流量調節を行う流量調節動作制御部と、を備えている。 The gas flow control device according to one embodiment is a gas flow control device in a fuel cell system that supplies fuel gas whose flow rate has been adjusted by a flow rate adjustment unit to a fuel cell and circulates anode off-gas flowing out from the fuel cell between the flow rate adjustment unit and the fuel cell through a recycle pipe. This gas flow control device includes a detection unit that detects the state of a degassing pipe that branches off from the recycle pipe and is capable of discharging a portion of the anode off-gas to the outside, and a flow rate adjustment operation control unit that selects one map from a plurality of maps used to control the flow rate adjustment unit according to the state of the degassing pipe detected by the detection unit, and adjusts the flow rate of the fuel gas by controlling the operation of the flow rate adjustment unit based on the selected map.

一実施の形態に係るガス流量制御方法は、流量調節部で流量調節した燃料ガスを燃料電池に供給し、前記燃料電池から流出するアノードオフガスをリサイクル管で前記流量調節部と前記燃料電池との間に循環させる燃料電池システムにおけるガス流量制御方法である。この方法は、前記リサイクル管から分岐して前記アノードオフガスの一部を外部に排出可能な脱気管の状態を検出する検出工程と、前記検出工程で検出される前記脱気管の状態に応じて、前記流量調節部の制御に用いる複数のマップの中から1つのマップを選択し、選択した前記マップに基づき前記流量調節部の動作を制御することで前記燃料ガスの流量調節を行う流量調節動作制御工程と、を備えている。 A gas flow rate control method according to one embodiment is a gas flow rate control method in a fuel cell system in which fuel gas whose flow rate has been adjusted by a flow rate adjustment unit is supplied to a fuel cell, and anode off-gas flowing out from the fuel cell is circulated between the flow rate adjustment unit and the fuel cell through a recycle pipe. This method includes a detection step for detecting the state of a degassing pipe that branches off from the recycle pipe and is capable of discharging a portion of the anode off-gas to the outside, and a flow rate adjustment operation control step for selecting one map from among a plurality of maps used to control the flow rate adjustment unit according to the state of the degassing pipe detected in the detection step, and adjusting the flow rate of the fuel gas by controlling the operation of the flow rate adjustment unit based on the selected map.

一実施の形態に係る燃料電池システムは、流量調節部で流量調節した燃料ガスを燃料電池に供給し、前記燃料電池から流出するアノードオフガスをリサイクル管で前記流量調節部と前記燃料電池との間に循環させる燃料電池システムであって、前記のガス流量制御装置により、前記流量調節部を制御する、燃料電池システムである。 The fuel cell system according to one embodiment is a fuel cell system that supplies fuel gas whose flow rate is adjusted by a flow rate adjustment unit to a fuel cell, circulates anode off-gas flowing out from the fuel cell between the flow rate adjustment unit and the fuel cell through a recycle pipe, and controls the flow rate adjustment unit using the gas flow control device.

本発明によれば、アノードオフガスの脱気の切り換えが行われた場合であっても、燃料電池に対するガス供給状態を、所望の状態に迅速に且つ精度良く制御できる。 According to the present invention, even when the degassing of anode off-gas is switched, the gas supply state to the fuel cell can be controlled quickly and accurately to the desired state.

一実施の形態に係るガス流量制御装置を備える燃料電池システムの概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system including a gas flow rate control device according to an embodiment; 一実施の形態に係るガス流量制御装置の機能構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a functional configuration of a gas flow rate control device according to an embodiment; 一実施の形態に係るガス流量制御装置に記憶されたマップの例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a map stored in the gas flow rate control device according to the embodiment. 一実施の形態に係るガス流量制御装置の制御モデルの一例を示すブロック線図である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of a control model of a gas flow rate control device according to an embodiment. 一実施の形態に係るガス流量制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an example of an operation of the gas flow rate control device according to the embodiment. 一実施の形態に係るガス流量制御装置がマップを更新する動作を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an operation of updating a map by the gas flow rate control device according to the embodiment.

以下、添付の図面を参照して一実施の形態を詳細に説明する。 One embodiment will be described in detail below with reference to the attached drawings.

図1は、一実施の形態に係るガス流量制御装置200を備える燃料電池システム1の概略構成を示す図である。 Figure 1 is a diagram showing the schematic configuration of a fuel cell system 1 equipped with a gas flow control device 200 according to one embodiment.

<全体構成>
図1に示す燃料電池システム1は、発電中に燃料電池100の燃料極から流出するアノードオフガスを再利用可能なシステムである。この燃料電池システム1は、水素ガス供給管2と、酸素ガス供給管4と、水素リサイクル管6と、脱気管8と、燃料電池100と、水素ガス供給装置102と、流量調節インジェクタ104と、リサイクルブロア106と、脱気切換弁108と、圧力センサ110と、流量検出部112と、ガス流量制御装置200と、を備えている。
<Overall composition>
1 is a system capable of reusing anode off-gas flowing out from the fuel electrode of a fuel cell 100 during power generation. This fuel cell system 1 includes a hydrogen gas supply pipe 2, an oxygen gas supply pipe 4, a hydrogen recycle pipe 6, a degassing pipe 8, a fuel cell 100, a hydrogen gas supply device 102, a flow rate adjustment injector 104, a recycle blower 106, a degassing switching valve 108, a pressure sensor 110, a flow rate detection unit 112, and a gas flow rate control device 200.

水素ガス供給管2は、燃料電池100の燃料極流路100a(図中「アノード」極流路)の入口部J1と水素ガス供給装置102とを接続する配管である。水素ガス供給装置102は貯留した燃料ガスである水素含有ガスを供給する装置であり、例えば水素ボンベ等でもよい。本実施の形態では、水素ガス供給装置102から供給される水素含有ガスの元圧である燃料元圧が一定値に保たれている。 The hydrogen gas supply pipe 2 is a pipe that connects the inlet J1 of the fuel electrode flow path 100a (the "anode" electrode flow path in the figure) of the fuel cell 100 to the hydrogen gas supply device 102. The hydrogen gas supply device 102 is a device that supplies hydrogen-containing gas, which is stored fuel gas, and may be, for example, a hydrogen cylinder. In this embodiment, the fuel source pressure, which is the original pressure of the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen gas supply device 102, is maintained at a constant value.

水素ガス供給管2には流量調節インジェクタ104が設けられており、流量調節インジェクタ104は、水素ガス供給装置102からの水素含有ガスを流量調節して燃料電池100に供給する。本実施の形態では、水素含有ガスの供給流量の調節手段が流量調節インジェクタ104であるが、その他のものが用いられてもよく、例えば流量調節弁等が用いられてもよい。 The hydrogen gas supply pipe 2 is provided with a flow rate adjustment injector 104, which adjusts the flow rate of the hydrogen-containing gas from the hydrogen gas supply device 102 and supplies it to the fuel cell 100. In this embodiment, the flow rate adjustment injector 104 is used as a means for adjusting the supply flow rate of the hydrogen-containing gas, but other means may be used, such as a flow rate adjustment valve.

流量調節インジェクタ104は燃料電池100へ供給する水素含有ガスの流量を調節することができ、燃料電池100の発電量に応じて水素含有ガスの流量を調整できる。なお、水素ガス供給管2における流量調節インジェクタ104の上流側には、遮断弁が設けられてもよい。 The flow rate adjustment injector 104 can adjust the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the fuel cell 100, and can adjust the flow rate of the hydrogen-containing gas according to the amount of power generated by the fuel cell 100. A shutoff valve may be provided upstream of the flow rate adjustment injector 104 in the hydrogen gas supply pipe 2.

酸素ガス供給管4は、燃料電池100内の酸化剤極流路100b(図中「カソード」極流路)の入口部に接続された配管であり、酸素含有ガスを燃料電池100の酸化剤極流路100bに供給する。 The oxygen gas supply pipe 4 is a pipe connected to the inlet of the oxidizer electrode flow passage 100b (the "cathode" electrode flow passage in the figure) in the fuel cell 100, and supplies oxygen-containing gas to the oxidizer electrode flow passage 100b of the fuel cell 100.

水素リサイクル管6は、燃料電池100内の燃料極流路100aの出口部J2と、水素ガス供給管2における流量調節インジェクタ104と燃料電池100との間に設定された合流部J3とを接続する配管である。この水素リサイクル管6が、燃料極流路100aから流出するアノードオフガスを水素ガス供給管2の合流部J3を介して循環させ、これにより、アノードオフガスの再利用が可能となっている。 The hydrogen recycle pipe 6 is a pipe that connects the outlet J2 of the fuel electrode flow path 100a in the fuel cell 100 to the junction J3 set between the flow rate adjustment injector 104 in the hydrogen gas supply pipe 2 and the fuel cell 100. This hydrogen recycle pipe 6 circulates the anode off-gas flowing out from the fuel electrode flow path 100a through the junction J3 of the hydrogen gas supply pipe 2, making it possible to reuse the anode off-gas.

水素リサイクル管6にはリサイクルブロア106が設けられており、リサイクルブロア106が燃料電池100からアノードオフガスを水素リサイクル管6に引き込むことで、アノードオフガスが水素ガス供給管2に循環する。リサイクルブロア106は、例えばダイヤフラム式ポンプ、ルーツ式ポンプ、スクロール式ポンプなどでもよい。 The hydrogen recycle pipe 6 is provided with a recycle blower 106, which draws the anode off-gas from the fuel cell 100 into the hydrogen recycle pipe 6, circulating the anode off-gas to the hydrogen gas supply pipe 2. The recycle blower 106 may be, for example, a diaphragm pump, a Roots pump, or a scroll pump.

脱気管8は、水素リサイクル管6におけるリサイクルブロア106と合流部J3との間に設定された分岐部J4から分岐する配管である。脱気管8には、脱気切換弁108が設けられ、脱気切換弁108が閉じ状態から開き状態に切り換えられることで、アノードオフガスの一部を脱気管8から外部に排出可能となる。 The degassing pipe 8 is a pipe branching off from a branching point J4 that is set between the recycle blower 106 and the junction J3 in the hydrogen recycle pipe 6. A degassing switch valve 108 is provided in the degassing pipe 8, and by switching the degassing switch valve 108 from a closed state to an open state, a portion of the anode off-gas can be discharged from the degassing pipe 8 to the outside.

上述の水素ガス供給管2及び酸素ガス供給管4に接続された燃料電池100は、水素含有ガスを燃料極(アノード極)に供給する燃料極流路100aと、酸素含有ガスを酸化剤極(カソード極)に供給する酸化剤極流路100bとを有し、燃料極に供給される水素含有ガスと、酸化剤極に供給される酸素含有ガスとを用いて発電する。酸素含有ガスは、例えば大気である。本実施の形態では、燃料電池100に負荷300が接続され、燃料電池100が発電した電気エネルギーを負荷300に供給可能となっている。負荷300は、例えばモータや蓄電池等でもよい。 The fuel cell 100 connected to the hydrogen gas supply pipe 2 and oxygen gas supply pipe 4 has a fuel electrode flow path 100a that supplies hydrogen-containing gas to the fuel electrode (anode electrode) and an oxidizer electrode flow path 100b that supplies oxygen-containing gas to the oxidizer electrode (cathode electrode), and generates power using the hydrogen-containing gas supplied to the fuel electrode and the oxygen-containing gas supplied to the oxidizer electrode. The oxygen-containing gas is, for example, air. In this embodiment, a load 300 is connected to the fuel cell 100, and the electric energy generated by the fuel cell 100 can be supplied to the load 300. The load 300 may be, for example, a motor or a storage battery.

ここで、上述したアノードオフガスは燃料電池100の発電中に燃料極流路100aから排出されるガスであり、通常、未反応の水素ガスが含まれている。一方で、アノードオフガスには、酸化剤極に供給された酸素含有ガス中の窒素Nが混入する。このため、循環中のアノードオフガス(水素H+窒素N)の窒素濃度は時間経過と共に増加し、逆にアノードオフガス中の水素濃度は減少する。上述した脱気管8は、不純物濃度が上昇したアノードオフガスを排出することで、燃料電池100に供給される水素含有ガスの水素濃度を復帰させるために設けられている。 Here, the above-mentioned anode off-gas is a gas discharged from the fuel electrode flow path 100a during power generation of the fuel cell 100, and usually contains unreacted hydrogen gas. On the other hand, nitrogen N2 in the oxygen-containing gas supplied to the oxidizer electrode is mixed into the anode off-gas. Therefore, the nitrogen concentration of the circulating anode off-gas (hydrogen H2 + nitrogen N2 ) increases over time, and conversely, the hydrogen concentration in the anode off-gas decreases. The above-mentioned degassing pipe 8 is provided to restore the hydrogen concentration of the hydrogen-containing gas supplied to the fuel cell 100 by discharging the anode off-gas with an increased impurity concentration.

また、圧力センサ110は、水素ガス供給管2における流量調節インジェクタ104と燃料電池100との間の流路内の圧力を検出する。圧力センサ110は、水素ガス供給管2の流路内の水素含有ガスの圧力を検出し、検出した情報をガス流量制御装置200に送信する。 The pressure sensor 110 detects the pressure in the flow path between the flow rate adjustment injector 104 and the fuel cell 100 in the hydrogen gas supply pipe 2. The pressure sensor 110 detects the pressure of the hydrogen-containing gas in the flow path of the hydrogen gas supply pipe 2 and transmits the detected information to the gas flow control device 200.

また、流量検出部112は、水素ガス供給管2を通流する水素含有ガスの流量を検出する。詳しくは、流量検出部112は、水素ガス供給管2における流量調節インジェクタ104と合流部J3との間の部分を通流する水素含有ガスの流量を検出する。そして、流量検出部112は、検出した水素含有ガスの流量の情報をガス流量制御装置200に送信する。本実施の形態では、流量検出部112が例えば羽根車式等の機械的な流量計であるが、流量検出部112はソフトウェアにより構成されてもよい。この場合、例えば、流量検出部112は、流量調節インジェクタ104の動作状況(開度や開閉頻度)に基づき流量を予測するものとして構成されてもよいし、圧力センサ110の指示値に基づき流量を予測するものとしても構成されてもよい。 The flow rate detection unit 112 detects the flow rate of the hydrogen-containing gas flowing through the hydrogen gas supply pipe 2. More specifically, the flow rate detection unit 112 detects the flow rate of the hydrogen-containing gas flowing through the portion of the hydrogen gas supply pipe 2 between the flow rate adjustment injector 104 and the junction J3. The flow rate detection unit 112 then transmits information on the detected flow rate of the hydrogen-containing gas to the gas flow control device 200. In this embodiment, the flow rate detection unit 112 is, for example, a mechanical flow meter such as an impeller type, but the flow rate detection unit 112 may be configured by software. In this case, for example, the flow rate detection unit 112 may be configured to predict the flow rate based on the operating status (opening degree and opening/closing frequency) of the flow rate adjustment injector 104, or may be configured to predict the flow rate based on the indication value of the pressure sensor 110.

また本実施の形態では、発電中の燃料電池100の発電量の情報も、ガス流量制御装置200に送信される。発電量の情報としては燃料電池100の出力電流であってもよい。 In this embodiment, information on the amount of power generated by the fuel cell 100 during power generation is also transmitted to the gas flow control device 200. The information on the amount of power generated may be the output current of the fuel cell 100.

<ガス流量制御装置>
図2は、ガス流量制御装置200の機能構成を示すブロック図である。ガス流量制御装置200は、燃料電池100に供給する水素含有ガスの流量を調節して、燃料電池100に供給する燃料ガスの圧力を所望の圧力に制御するように構成されている。
<Gas flow rate control device>
2 is a block diagram showing the functional configuration of the gas flow rate control device 200. The gas flow rate control device 200 is configured to adjust the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the fuel cell 100, and to control the pressure of the fuel gas supplied to the fuel cell 100 to a desired pressure.

ガス流量制御装置200は、プロセッサを含み、必要なプログラムを記憶部202から読み出して実行することで、各種の機能を実現する。記憶部202は、例えば、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。また、プロセッサという文言は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit: ASIC)、プログラマブル論理デバイス(SPLD、CPLD)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array: FPGA)等の回路を意味する。なお、記憶部202にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成して構わない。 The gas flow control device 200 includes a processor, and realizes various functions by reading and executing necessary programs from the storage unit 202. The storage unit 202 is realized, for example, by a semiconductor memory element such as a random access memory (RAM), a flash memory, a hard disk, an optical disk, etc. The term "processor" refers to a circuit such as a central processing unit (CPU), an application specific integrated circuit (ASIC), a programmable logic device (SPLD, CPLD), or a field programmable gate array (FPGA). Instead of storing a program in the storage unit 202, the program may be directly incorporated into the processor circuit.

図2に示すように、ガス流量制御装置200は、上述した記憶部202と、状態検出部204と、流量取得部205と、発電量検出部206と、圧力検出部208と、流量調節動作制御部210と、アノードオフガス排出量制御部212と、圧力制御部214と、チューニング部216と、を有している。このうちの記憶部202以外の機能部は、記憶部202から呼び出されたプログラムの実行により実現される。 As shown in FIG. 2, the gas flow control device 200 has the above-mentioned memory unit 202, state detection unit 204, flow rate acquisition unit 205, power generation detection unit 206, pressure detection unit 208, flow rate adjustment operation control unit 210, anode off-gas discharge amount control unit 212, pressure control unit 214, and tuning unit 216. Of these, the functional units other than the memory unit 202 are realized by executing a program called from the memory unit 202.

記憶部202は、各種のプログラムを記憶するとともに、流量調節インジェクタ104の制御等に用いる複数のマップを保持するマップ保持部202aを有する。 The memory unit 202 stores various programs and has a map storage unit 202a that stores multiple maps used for controlling the flow rate adjustment injector 104, etc.

図3は、マップ保持部202aに記憶されるマップの例を示しており、具体的には、流量調節インジェクタ104の制御に用いる通常用マップNfm,Nufmと、基準脱気時用マップDfm,Dufmの例を示している。通常用マップNfm,Nufmは、脱気管8からアノードオフガスを排出しない状態である通常運転の場合に用いられるマップであり、基準脱気時用マップDfm,Dufmは、脱気管8からアノードオフガスを排出する状態である脱気運転の場合に用いられるマップである。 Figure 3 shows examples of maps stored in the map storage unit 202a, specifically, examples of normal maps Nfm, Nufm and reference degassing maps Dfm, Dufm used to control the flow rate adjustment injector 104. The normal maps Nfm, Nufm are maps used in normal operation in which anode off-gas is not discharged from the degassing pipe 8, and the reference degassing maps Dfm, Dufm are maps used in degassing operation in which anode off-gas is discharged from the degassing pipe 8.

図3上側に示される通常用マップNfm及び基準脱気時用マップDfmは、燃料電池100で発電可能な発電量と、燃料電池100で所定の発電量(例えば、指定される発電量又は設計値として定められる発電量)を得るために流量調節インジェクタ104が供給する水素含有ガスの流量との関係を定めたものである。 The normal map Nfm and the reference degassing map Dfm shown in the upper part of Figure 3 define the relationship between the amount of power that can be generated by the fuel cell 100 and the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied by the flow rate adjustment injector 104 to obtain a predetermined amount of power generation by the fuel cell 100 (for example, a specified amount of power generation or an amount of power generation determined as a design value).

図3下側に示される通常用マップNufm及び基準脱気時用マップDufmは、燃料電池100で発電可能な発電量と、燃料電池100で所定の発電量を得るために流量調節インジェクタ104が供給する水素含有ガスの燃料利用率との関係を定めたものである。ここで、燃料利用率とは、流量調節インジェクタ104から供給された水素含有ガスが燃料電池100の発電に使用される割合を意味する。燃料利用率は、水素の消費量/供給された水素含有ガスの流量で定められる。水素の消費量は、燃料電池100の実際の発電量から算出できる。 The normal map Nufm and the reference degassing map Dufm shown in the lower part of FIG. 3 define the relationship between the amount of power that can be generated by the fuel cell 100 and the fuel utilization rate of the hydrogen-containing gas supplied by the flow rate adjustment injector 104 to obtain a predetermined amount of power generation by the fuel cell 100. Here, the fuel utilization rate means the proportion of the hydrogen-containing gas supplied by the flow rate adjustment injector 104 that is used for power generation by the fuel cell 100. The fuel utilization rate is determined by the amount of hydrogen consumed divided by the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied. The amount of hydrogen consumed can be calculated from the actual amount of power generation by the fuel cell 100.

本実施の形態では、発電量と水素含有ガスの流量との関係を定めた図3上側に示される通常用マップNfm及び基準脱気時用マップDfmを用いて、流量調節インジェクタ104の制御が行われる。すなわち、燃料電池システム1は、燃料電池100のある発電量を得るために流量調節インジェクタ104から供給される水素含有ガスの流量を制御する。この際、通常用マップNfm及び基準脱気時用マップDfmを参照する。具体的には、基準脱気時用マップDfmを用いた脱気運転を行う場合に、図3に示すように発電量Xが指定されている際には、通常用マップNfmが参照されて流量Yが決定される。 In this embodiment, the flow rate adjustment injector 104 is controlled using the normal map Nfm and the reference degassing map Dfm shown in the upper part of FIG. 3, which define the relationship between the amount of power generation and the flow rate of the hydrogen-containing gas. That is, the fuel cell system 1 controls the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied from the flow rate adjustment injector 104 to obtain a certain amount of power generation from the fuel cell 100. At this time, the normal map Nfm and the reference degassing map Dfm are referenced. Specifically, when performing degassing operation using the reference degassing map Dfm, if the amount of power generation X is specified as shown in FIG. 3, the normal map Nfm is referenced to determine the flow rate Y.

通常用マップNfm及び基準脱気時用マップDfmの図示から明らかなように、指定される発電量(言い換えると、目標の発電量)が大きい程、流量調節インジェクタ104から供給される水素含有ガスの流量が大きく設定される。一方、発電量と水素含有ガスの燃料利用率との関係を定めた図3下側に示される通常用マップNufm及び基準脱気時用マップDufmにおいては、通常用マップNufmが用いられる場合は水素含有ガスの燃料利用率はほぼ一定値となり、基準脱気時用マップDufmが用いられる場合には、指定される発電量が大きい程、流量調節インジェクタ104から供給される水素含有ガスの燃料利用率が大きく設定され、燃料利用率が大きくなるように流量調節インジェクタ104が制御される。 As is clear from the illustration of the normal map Nfm and the map Dfm for reference degassing, the larger the specified amount of power generation (in other words, the target amount of power generation), the larger the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied from the flow rate adjustment injector 104 is set. On the other hand, in the normal map Nufm and the map Dufm for reference degassing shown in the lower part of FIG. 3, which define the relationship between the amount of power generation and the fuel utilization rate of the hydrogen-containing gas, when the normal map Nufm is used, the fuel utilization rate of the hydrogen-containing gas is approximately constant, and when the map Dufm for reference degassing is used, the larger the specified amount of power generation, the larger the fuel utilization rate of the hydrogen-containing gas supplied from the flow rate adjustment injector 104 is set, and the flow rate adjustment injector 104 is controlled so that the fuel utilization rate becomes larger.

図2に戻り、状態検出部204は、脱気管8の状態を検出し、具体的には、脱気管8の状態として、脱気管8からアノードオフガスを排出しない状態(通常運転)、又は、脱気管8からアノードオフガスを排出する状態(脱気運転)を検出する。状態検出部204は、脱気管8を開閉する脱気切換弁108の状態に基づいて、上述のような脱気管8の状態を検出してもよい。 Returning to FIG. 2, the state detection unit 204 detects the state of the degassing pipe 8, and specifically detects the state of the degassing pipe 8 as a state in which anode off-gas is not discharged from the degassing pipe 8 (normal operation) or a state in which anode off-gas is discharged from the degassing pipe 8 (degassing operation). The state detection unit 204 may detect the state of the degassing pipe 8 as described above based on the state of the degassing switching valve 108 that opens and closes the degassing pipe 8.

流量取得部205は、流量検出部112から水素含有ガスの流量の情報を取得する。なお、上述したように流量検出部112がソフトウェアにより構成される場合には、流量検出部112は、流量取得部205と一体化されてもよい。 The flow rate acquisition unit 205 acquires information on the flow rate of the hydrogen-containing gas from the flow rate detection unit 112. Note that, when the flow rate detection unit 112 is configured by software as described above, the flow rate detection unit 112 may be integrated with the flow rate acquisition unit 205.

発電量検出部206は、発電中の燃料電池100から送信される発電量の情報に基づいて、燃料電池100の実際の発電量を検出する。なお、燃料利用率を算出する際には、例えば、燃料電池100の実際の発電量から燃料消費量を特定し、これを流量取得部205で取得した水素含有ガスの流量で割ってもよい。ただし、燃料利用率の算出手法は、これに限られるものではない。 The power generation amount detection unit 206 detects the actual power generation amount of the fuel cell 100 based on the information on the power generation amount transmitted from the fuel cell 100 during power generation. When calculating the fuel utilization rate, for example, the fuel consumption amount may be determined from the actual power generation amount of the fuel cell 100 and divided by the flow rate of the hydrogen-containing gas acquired by the flow rate acquisition unit 205. However, the method of calculating the fuel utilization rate is not limited to this.

圧力検出部208は、圧力センサ110からの情報に基づいて、水素ガス供給管2における流量調節インジェクタ104と燃料電池100との間の流路内の圧力を検出する。 The pressure detection unit 208 detects the pressure in the flow path between the flow rate adjustment injector 104 and the fuel cell 100 in the hydrogen gas supply pipe 2 based on information from the pressure sensor 110.

そして、流量調節動作制御部210は、状態検出部204が検出する脱気管8の状態に応じて、流量調節インジェクタ104の制御に用いる複数のマップ(通常用マップNfm及び基準脱気時用マップDfm)の中から1つのマップを選択し、選択したマップに基づいて流量調節インジェクタ104の動作を制御することで水素含有ガスの流量調節を行う。 Then, the flow rate adjustment operation control unit 210 selects one map from among multiple maps (normal map Nfm and reference degassing map Dfm) used to control the flow rate adjustment injector 104 according to the state of the degassing pipe 8 detected by the state detection unit 204, and adjusts the flow rate of the hydrogen-containing gas by controlling the operation of the flow rate adjustment injector 104 based on the selected map.

詳しくは、流量調節動作制御部210は、脱気管8からアノードオフガスを排出しない状態である通常運転の場合に通常用マップNfmを選択し、脱気管8からアノードオフガスを排出する状態である脱気運転の場合に基準脱気時用マップDfmを選択する。そして、流量調節動作制御部210は、選択した通常用マップNfm又は基準脱気時用マップDfmと、例えば指定される燃料電池100の発電量とから、水素含有ガスの流量を決定して流量調節インジェクタ104を制御するようになっている。 In more detail, the flow rate adjustment operation control unit 210 selects the normal map Nfm in normal operation, in which anode off-gas is not discharged from the degassing pipe 8, and selects the reference degassing map Dfm in degassing operation, in which anode off-gas is discharged from the degassing pipe 8. The flow rate adjustment operation control unit 210 then determines the flow rate of the hydrogen-containing gas based on the selected normal map Nfm or reference degassing map Dfm and, for example, the specified power generation amount of the fuel cell 100, and controls the flow rate adjustment injector 104.

次いで、アノードオフガス排出量制御部212は、リサイクルブロア106を制御することで燃料電池100からのアノードオフガスの排出量を制御するものである。詳しくは、アノードオフガス排出量制御部212は、記憶部202のマップ保持部202aに記憶されたブロア制御マップに基づいてリサイクルブロア106の制御量を調節する。 Next, the anode off-gas discharge amount control unit 212 controls the amount of anode off-gas discharged from the fuel cell 100 by controlling the recycle blower 106. In detail, the anode off-gas discharge amount control unit 212 adjusts the control amount of the recycle blower 106 based on the blower control map stored in the map holding unit 202a of the memory unit 202.

ブロア制御マップは、例えば、燃料電池100のある発電量に対するリサイクルブロア106の風量(回転数)の関係を定めたものである。なお、本実施の形態におけるアノードオフガス排出量制御部212は、リサイクルブロア106をマップ制御で制御するが、PID制御等で制御してもよい。 The blower control map defines, for example, the relationship between the air volume (rotation speed) of the recycle blower 106 and a certain amount of power generation by the fuel cell 100. In this embodiment, the anode off-gas emission control unit 212 controls the recycle blower 106 using map control, but it may also be controlled using PID control or the like.

また、圧力制御部214は、圧力検出部208が検出した圧力と目標圧力との差分に基づく制御、本例ではPID制御により、圧力検出部208が検出した圧力が目標圧力と一致するように流量調節インジェクタ104の動作を制御する。上記目標圧力は、燃料電池100の発電量に応じて定められており、目標圧力と発電量との関係は記憶部202に予め記憶されてもよい。 The pressure control unit 214 also controls the operation of the flow rate adjustment injector 104 based on the difference between the pressure detected by the pressure detection unit 208 and the target pressure, in this example PID control, so that the pressure detected by the pressure detection unit 208 matches the target pressure. The target pressure is determined according to the power generation amount of the fuel cell 100, and the relationship between the target pressure and the power generation amount may be stored in advance in the memory unit 202.

ここで、本実施の形態における流量調節インジェクタ104は、流量調節動作制御部210によるマップ制御と圧力制御部214によるPID制御とで流量調整されることになる。図4は、流量調節インジェクタ104に対するガス流量制御装置200の制御モデルの一例を示すブロック線図である。 Here, in this embodiment, the flow rate of the flow rate adjustment injector 104 is adjusted by map control by the flow rate adjustment operation control unit 210 and PID control by the pressure control unit 214. Figure 4 is a block diagram showing an example of a control model of the gas flow control device 200 for the flow rate adjustment injector 104.

図4に示すように、流量調節インジェクタ104の制御の際には、流量調節動作制御部210に、燃料電池100の発電量及び脱気管8の状態の情報が入力される。一方で、圧力制御部214には、燃料電池100の発電量に基づく目標圧力の情報が入力される。そして、流量調節動作制御部210は、流量調節動作制御部210に対し、選択したマップに基づくフィードフォワード制御を行う。また、圧力制御部214は、流量調節動作制御部210に対し、目標圧力と検出圧力との差分に基づくPIDによるフィードバック制御を行う。すなわち、本実施の形態では、脱気管8の状態変化に対応するフィードフォワード制御を行うことで、制御の応答性を向上させている。 As shown in FIG. 4, when controlling the flow rate adjustment injector 104, information on the power generation amount of the fuel cell 100 and the state of the degassing tube 8 is input to the flow rate adjustment operation control unit 210. Meanwhile, information on the target pressure based on the power generation amount of the fuel cell 100 is input to the pressure control unit 214. The flow rate adjustment operation control unit 210 then performs feedforward control based on the selected map for the flow rate adjustment operation control unit 210. The pressure control unit 214 also performs feedback control by PID based on the difference between the target pressure and the detected pressure for the flow rate adjustment operation control unit 210. That is, in this embodiment, the responsiveness of the control is improved by performing feedforward control corresponding to the change in the state of the degassing tube 8.

以下、チューニング部216について説明する。チューニング部216は、基準脱気時用マップDfm(又はDufm)の特性をチューニングするものである。チューニング部216は、脱気運転の際に、発電量検出部206で検出される燃料電池100の実際の発電量に対して基準脱気時用マップDfmから定まる水素含有ガスの流量(又は燃料利用率)と、流量検出部112で得られる実際の水素含有ガスの流量(又は燃料利用率)と、の差が、予め定められたチューニング開始基準値以上になった場合に、チューニング動作を開始する。 The tuning unit 216 will be described below. The tuning unit 216 tunes the characteristics of the map Dfm (or Dufm) for reference degassing. During degassing operation, the tuning unit 216 starts tuning operation when the difference between the flow rate (or fuel utilization rate) of hydrogen-containing gas determined from the map Dfm for reference degassing with respect to the actual power generation amount of the fuel cell 100 detected by the power generation amount detection unit 206 and the actual flow rate (or fuel utilization rate) of hydrogen-containing gas obtained by the flow rate detection unit 112 becomes equal to or greater than a predetermined tuning start reference value.

基準脱気時用マップDfmと基準脱気時用マップDufmとのチューニング手順は同様のため、以下では、本実施の形態で用いられている基準脱気時用マップDfmに関するチューニング動作を説明する。 The tuning procedures for the reference degassing map Dfm and the reference degassing map Dufm are similar, so the following describes the tuning operation for the reference degassing map Dfm used in this embodiment.

チューニング動作が開始すると、チューニング部216は、現在指定されている燃料電池100の発電量への制御動作を停止させるが、脱気運転を維持させる。その後、チューニング部216は、複数の発電量を指定し、各発電量に対応する基準脱気時用マップDfmに基づく流量制御を、流量調節動作制御部210に実施させる。 When the tuning operation starts, the tuning unit 216 stops the control operation for the currently specified power generation amount of the fuel cell 100, but maintains the degassing operation. After that, the tuning unit 216 specifies multiple power generation amounts, and causes the flow rate adjustment operation control unit 210 to perform flow rate control based on the reference degassing map Dfm corresponding to each power generation amount.

そして、チューニング部216は、発電量検出部206で検出される燃料電池100の実際の発電量に対して基準脱気時用マップDfmから定まる水素含有ガスの流量と、実際の水素含有ガスの流量と、の差を、指定された各発電量に関して取得する。その後、チューニング部216は、取得された複数の上記流量の差に基づいて基準脱気時用マップDfmを変更することで新たな脱気時用マップを生成する。 Then, the tuning unit 216 obtains the difference between the flow rate of the hydrogen-containing gas determined from the reference degassing map Dfm and the actual flow rate of the hydrogen-containing gas for each specified power generation amount, relative to the actual power generation amount of the fuel cell 100 detected by the power generation amount detection unit 206. After that, the tuning unit 216 generates a new degassing map by changing the reference degassing map Dfm based on the obtained differences between the multiple flow rates.

チューニング動作としては、負荷300が要求する燃料電池100の発電量への制御動作を実施しながら、脱気運転が実施されるタイミングのみ、発電量検出部206で検出される燃料電池100の実際の発電量に対して基準脱気時用マップDfmから定まる水素含有ガスの流量と、実際の水素含有ガスの流量と、の差を取得し、指定された各発電量における差を取得できた後、チューニング部216は、取得された複数の上記流量の差に基づいて基準脱気時用マップDfmを変更することで新たな脱気時用マップを生成する。 As a tuning operation, while performing a control operation for the power generation amount of the fuel cell 100 required by the load 300, only at the timing when the degassing operation is performed, the difference between the flow rate of the hydrogen-containing gas determined from the reference degassing map Dfm and the actual flow rate of the hydrogen-containing gas is obtained for the actual power generation amount of the fuel cell 100 detected by the power generation amount detection unit 206, and after obtaining the difference at each specified power generation amount, the tuning unit 216 generates a new degassing map by changing the reference degassing map Dfm based on the obtained difference between the multiple flow rates.

上述のように新たな脱気時用マップを生成する際、本実施の形態では、実際の発電量に対して基準脱気時用マップDfmから定まる水素含有ガスの流量が、実際の水素含有ガスの流量よりも小さい傾向である場合には、例えば流量を増加させる方向に基準脱気時用マップDfmが変更される。一方で、実際の発電量に対して基準脱気時用マップDfmから定まる水素含有ガスの流量が、実際の水素含有ガスの流量よりも大きい傾向である場合には、例えば流量を減少させる方向に基準脱気時用マップDfmが変更される。 When generating a new degassing map as described above, in this embodiment, if the flow rate of hydrogen-containing gas determined from the reference degassing map Dfm for the actual power generation tends to be smaller than the actual flow rate of hydrogen-containing gas, the reference degassing map Dfm is changed, for example, in the direction of increasing the flow rate. On the other hand, if the flow rate of hydrogen-containing gas determined from the reference degassing map Dfm for the actual power generation tends to be larger than the actual flow rate of hydrogen-containing gas, the reference degassing map Dfm is changed, for example, in the direction of decreasing the flow rate.

そして、以上のようにして新たな脱気時用マップを生成した後、チューニング部216は、基準脱気時用マップDfmと新たな脱気時用マップとの変化量が第1基準を越えるか否か、第1基準よりも大きい第2基準を越えるか否か、及び、第2基準よりも大きい第3基準を越えるか否かを判定する。変化量と基準との比較は、例えば、複数の発電量に関しての流量の差の平均値とこれに対応する基準とを比較することで行ってもよいし、複数の発電量に関しての流量の差の累積値とこれに対応する基準とを比較することで行ってもよい。 After generating a new degassing map in the above manner, the tuning unit 216 determines whether the amount of change between the reference degassing map Dfm and the new degassing map exceeds a first standard, whether it exceeds a second standard that is greater than the first standard, and whether it exceeds a third standard that is greater than the second standard. The amount of change may be compared to the standard, for example, by comparing the average value of the flow rate differences for multiple amounts of power generation with the corresponding standard, or by comparing the cumulative value of the flow rate differences for multiple amounts of power generation with the corresponding standard.

そして、基準脱気時用マップDfmと新たな脱気時用マップとの変化量が第1基準を越えない場合、チューニング部216は、既存の基準脱気時用マップDfmを維持する。一方で、変化量が第1基準を越えて且つ第2基準を越えない場合には、チューニング部216は、新たな脱気時用マップを新たな基準脱気時用マップDfmとして設定する。 If the amount of change between the reference deaeration map Dfm and the new deaeration map does not exceed the first standard, the tuning unit 216 maintains the existing reference deaeration map Dfm. On the other hand, if the amount of change exceeds the first standard but does not exceed the second standard, the tuning unit 216 sets the new deaeration map as the new reference deaeration map Dfm.

また、基準脱気時用マップDfmと新たな脱気時用マップとの変化量が第2基準を越えて且つ第3基準を越えない場合には、チューニング部216は、既存の基準脱気時用マップDfmを維持しつつ、アノードオフガス排出量制御部212の制御量をチューニングする。この際、チューニング部216は、上述したブロア制御マップをチューニングすることで、アノードオフガス排出量制御部212の制御量をチューニングすることになる。 In addition, if the amount of change between the reference degassing map Dfm and the new degassing map exceeds the second standard but does not exceed the third standard, the tuning unit 216 tunes the control amount of the anode off-gas emission control unit 212 while maintaining the existing reference degassing map Dfm. At this time, the tuning unit 216 tunes the control amount of the anode off-gas emission control unit 212 by tuning the blower control map described above.

ブロア制御マップのチューニングは、脱気運転を維持しながらブロア制御マップを例えば徐々に変更することで行われ、所定の条件が充足された際に完了する。この所定の条件は、例えば、燃料電池100の実際の発電量に対して基準脱気時用マップDfmから定まる水素含有ガスの流量と、実際の水素含有ガスの流量との差が、上記チューニング開始基準値よりも小さい所定値未満になるという条件でもよい。 Tuning of the blower control map is performed, for example, by gradually changing the blower control map while maintaining the degassing operation, and is completed when a predetermined condition is met. This predetermined condition may be, for example, a condition that the difference between the flow rate of the hydrogen-containing gas determined from the reference degassing map Dfm for the actual power generation amount of the fuel cell 100 and the actual flow rate of the hydrogen-containing gas is less than a predetermined value that is smaller than the tuning start reference value.

そして、上述のようにブロア制御マップのチューニングが完了すると、チューニングされたブロア制御マップは、新たなブロア制御マップとして記憶部202に保持される。保持された新たなブロア制御マップは、その後の脱気運転の際にアノードオフガス排出量制御部212によって使用される。また、この新たなブロア制御マップは、通常運転の際に使用してもよい。そして、本実施の形態の形態におけるチューニング部216は、その後、アノードオフガス排出量制御部212が新たなブロア制御マップを用いて制御を行い且つ流量調節動作制御部210が既存の基準脱気時用マップDfmを用いて制御を行う状態において、再度、基準脱気時用マップDfmに対する上述のチューニング動作を行う。 When tuning of the blower control map is completed as described above, the tuned blower control map is stored in the memory unit 202 as a new blower control map. The new stored blower control map is used by the anode off-gas discharge amount control unit 212 during subsequent degassing operations. This new blower control map may also be used during normal operation. Then, in this embodiment, the tuning unit 216 performs the above-described tuning operation on the reference degassing map Dfm again in a state in which the anode off-gas discharge amount control unit 212 performs control using the new blower control map and the flow rate adjustment operation control unit 210 performs control using the existing reference degassing map Dfm.

すなわち、ブロア制御マップのチューニング後、チューニング部216は、発電量検出部206で検出される燃料電池100の実際の発電量に対して基準脱気時用マップDfmから定まる水素含有ガスの流量と、実際の水素含有ガスの流量と、の差を、指定された各発電量に関して、再度、取得する。そして、チューニング部216は、取得された複数の上記流量の差に基づいて基準脱気時用マップDfmを変更することで新たな脱気時用マップを生成し、基準脱気時用マップDfmと新たな脱気時用マップとの変化量を、再度、第1~第3基準と比較することになる。 That is, after tuning the blower control map, the tuning unit 216 again obtains the difference between the flow rate of hydrogen-containing gas determined from the reference degassing map Dfm and the actual flow rate of hydrogen-containing gas for each specified power generation amount relative to the actual power generation amount of the fuel cell 100 detected by the power generation amount detection unit 206. The tuning unit 216 then generates a new degassing map by changing the reference degassing map Dfm based on the obtained differences in the multiple flow rates, and again compares the amount of change between the reference degassing map Dfm and the new degassing map with the first to third standards.

一方で、基準脱気時用マップDfmと新たな脱気時用マップとの変化量が第3基準を越えた場合には、チューニング部216は、警告を表示するか及び/又は燃料電池システム1を停止させる。本実施の形態では警告が表示される。 On the other hand, if the amount of change between the reference deaeration map Dfm and the new deaeration map exceeds the third standard, the tuning unit 216 displays a warning and/or stops the fuel cell system 1. In this embodiment, a warning is displayed.

また、チューニング部216は、上述したように流量の差がチューニング開始基準値以上になった場合に、以上に説明したチューニング動作を開始するが、一方で、流量の差がチューニング開始基準値を越えない場合であっても、マップを微調整するチューニング機能を有している。 The tuning unit 216 starts the tuning operation described above when the difference in flow rates becomes equal to or greater than the tuning start reference value, as described above, but also has a tuning function that fine-tunes the map even when the difference in flow rates does not exceed the tuning start reference value.

具体的には、チューニング部216は、流量の差がチューニング開始基準値未満の場合であっても、発電量検出部206で検出される燃料電池100の実際の発電量に対して基準脱気時用マップDfmから定まる水素含有ガスの流量と、実際の水素含有ガスの流量と、の差を、記録している。そして、記録した複数の上記差の個数が所定個数以上になったときに、チューニング部216は、記録した複数の上記差に基づいて基準脱気時用マップDfmを変更することで新たな脱気時用マップを生成し、新たな脱気時用マップを新たな基準脱気時用マップDfmとして設定するようになっている。 Specifically, even if the difference in flow rates is less than the tuning start reference value, the tuning unit 216 records the difference between the flow rate of the hydrogen-containing gas determined from the reference degassing map Dfm for the actual power generation amount of the fuel cell 100 detected by the power generation amount detection unit 206 and the actual flow rate of the hydrogen-containing gas. Then, when the number of the recorded differences reaches or exceeds a predetermined number, the tuning unit 216 generates a new degassing map by changing the reference degassing map Dfm based on the recorded differences, and sets the new degassing map as the new reference degassing map Dfm.

以上のようなチューニング部216は、脱気運転時にアノード極の圧力を所望の圧力に制御する際の応答性及び精度が低下した際に、燃料電池システム1を適正な制御を実施できる状態に復旧させるために設けられている。このようなチューニング部216により、燃料電池システム1の信頼性の向上を図ることが可能となる。 The above-described tuning unit 216 is provided to restore the fuel cell system 1 to a state where proper control can be performed when the responsiveness and accuracy of controlling the anode pressure to the desired pressure during degassing operation decreases. Such a tuning unit 216 makes it possible to improve the reliability of the fuel cell system 1.

<動作>
次に、ガス流量制御装置200の動作の一例について説明する。図5は、ガス流量制御装置200の動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、通常運転から脱気運転に切り換えられた後のガス流量制御装置200の動作の一例を説明する。
<Operation>
Next, an example of the operation of the gas flow rate control device 200 will be described. Fig. 5 is a flowchart showing an example of the operation of the gas flow rate control device 200. Here, an example of the operation of the gas flow rate control device 200 after switching from normal operation to degassing operation will be described.

通常運転から脱気運転に切り換えられた場合、脱気運転に切り換えられた旨の情報が状態検出部204から流量調節動作制御部210に送信される。これにより、ステップS101において、まず、流量調節動作制御部210が、基準脱気時用マップDfmを通常用マップNfmから切り換えて選択する。 When the operation is switched from normal operation to degassing operation, information indicating that the operation has been switched to degassing operation is sent from the state detection unit 204 to the flow rate adjustment operation control unit 210. As a result, in step S101, the flow rate adjustment operation control unit 210 first selects the map Dfm for reference degassing from the normal map Nfm.

そして、ステップS102において、流量調節動作制御部210は、基準脱気時用マップDfmと、燃料電池100の発電量の情報とから、水素含有ガスの流量を決定する。 Then, in step S102, the flow rate adjustment operation control unit 210 determines the flow rate of the hydrogen-containing gas based on the reference degassing map Dfm and information on the amount of power generated by the fuel cell 100.

次いで、ステップS103において、流量調節動作制御部210は、ステップS102で決定した水素含有ガスの流量で流量調節インジェクタ104が水素含有ガスを供給するように、流量調節インジェクタ104の動作を制御する。 Next, in step S103, the flow rate adjustment operation control unit 210 controls the operation of the flow rate adjustment injector 104 so that the flow rate adjustment injector 104 supplies hydrogen-containing gas at the flow rate of the hydrogen-containing gas determined in step S102.

また、ステップS104においては、圧力制御部214が、圧力検出部208が検出した圧力が目標圧力と一致するように流量調節インジェクタ104の動作を制御する。 In addition, in step S104, the pressure control unit 214 controls the operation of the flow rate adjustment injector 104 so that the pressure detected by the pressure detection unit 208 matches the target pressure.

その後、ステップS105において、発電量検出部206が、発電中の燃料電池100の現在の発電量を検出するとともに、流量取得部205が、流量検出部112から水素含有ガスの流量を取得する。 Then, in step S105, the power generation amount detection unit 206 detects the current power generation amount of the fuel cell 100 during power generation, and the flow rate acquisition unit 205 acquires the flow rate of the hydrogen-containing gas from the flow rate detection unit 112.

次いで、ステップS106においては、チューニング部216が、発電量検出部206で検出された燃料電池100の実際の発電量に対して基準脱気時用マップDfmから定まる水素含有ガスの流量と、実際の水素含有ガスの流量と、の差を演算する。 Next, in step S106, the tuning unit 216 calculates the difference between the flow rate of the hydrogen-containing gas determined from the reference degassing map Dfm for the actual power generation amount of the fuel cell 100 detected by the power generation amount detection unit 206 and the actual flow rate of the hydrogen-containing gas.

そして、ステップS107において、チューニング部216は、ステップS106で演算した差が、チューニング開始基準値以上であるか否か判定する。ステップS107の判定で、差がチューニング開始基準値未満である場合(NO)には、基準脱気時用マップDfmに異常がない旨が判定され、処理がステップS108に移行される。 Then, in step S107, the tuning unit 216 determines whether the difference calculated in step S106 is equal to or greater than the tuning start reference value. If the determination in step S107 is that the difference is less than the tuning start reference value (NO), it is determined that there is no abnormality in the reference deaeration map Dfm, and the process proceeds to step S108.

そして、ステップS108においては、チューニング部216が、発電量検出部206で検出される燃料電池100の実際の発電量に対して基準脱気時用マップDfmから定まる水素含有ガスの流量と、実際の水素含有ガスの流量と、の差を、記録する。 Then, in step S108, the tuning unit 216 records the difference between the flow rate of the hydrogen-containing gas determined from the reference degassing map Dfm for the actual power generation amount of the fuel cell 100 detected by the power generation amount detection unit 206 and the actual flow rate of the hydrogen-containing gas.

次いで、ステップS109において、チューニング部216は、ステップS108で記録された差の個数が、所定個数以上か否か判定する。ステップS109の判定で、ステップS108で記録された差の個数が、所定個未満である場合(NO)には、処理がステップS110に移行される。 Next, in step S109, the tuning unit 216 determines whether the number of differences recorded in step S108 is equal to or greater than a predetermined number. If the determination in step S109 is that the number of differences recorded in step S108 is less than the predetermined number (NO), the process proceeds to step S110.

そして、ステップS110では、通常運転への切換が監視され、通常運転への切換がない場合には、処理がステップS101に戻される。通常運転への切換が検出された場合には、脱気運転が停止される(エンド)。 Then, in step S110, switching to normal operation is monitored, and if switching to normal operation has not occurred, the process returns to step S101. If switching to normal operation is detected, the degassing operation is stopped (end).

また、ステップS109の判定で、ステップS108で記録された差の個数が、所定個以上になった場合(YES)には、処理がステップS111に移行される。 Also, if the determination in step S109 is that the number of differences recorded in step S108 is equal to or greater than a predetermined number (YES), the process proceeds to step S111.

このステップS111においては、チューニング部216が、ステップS108で記録された差に基づいて基準脱気時用マップDfmを変更することで新たな脱気時用マップを生成し、新たな脱気時用マップを新たな基準脱気時用マップDfmとして設定(更新)する。その後、ステップS110で、通常運転への切換が監視され、通常運転への切換がない場合には、処理がステップS101に戻される。この際、ステップS101では、新たな基準脱気時用マップDfmが用いられる。 In step S111, the tuning unit 216 generates a new deaeration map by changing the reference deaeration map Dfm based on the difference recorded in step S108, and sets (updates) the new deaeration map as the new reference deaeration map Dfm. Then, in step S110, a switch to normal operation is monitored, and if there is no switch to normal operation, the process returns to step S101. At this time, in step S101, the new reference deaeration map Dfm is used.

一方で、ステップS107において、差がチューニング開始基準値以上と判定された場合には、基準脱気時用マップDfmに異常があると判定され、処理がステップS108からステップS112に移行される。そして、チューニング部216による積極的なチューニング動作が開始する。 On the other hand, if it is determined in step S107 that the difference is equal to or greater than the tuning start reference value, it is determined that there is an abnormality in the reference deaeration map Dfm, and the process proceeds from step S108 to step S112. Then, active tuning operation by the tuning unit 216 begins.

チューニング動作の際には、まず、ステップS112において、チューニング部216が、発電量検出部206で検出される燃料電池100の実際の発電量に対して基準脱気時用マップDfmから定まる水素含有ガスの流量と、実際の水素含有ガスの流量と、の差を、指定された複数の発電量に関して取得する。すなわち、複数の発電量に燃料電池100が制御され、各発電量における状態(流量の差)が取得される。 During the tuning operation, first, in step S112, the tuning unit 216 obtains the difference between the flow rate of the hydrogen-containing gas determined from the reference degassing map Dfm and the actual flow rate of the hydrogen-containing gas for the actual power generation amount of the fuel cell 100 detected by the power generation amount detection unit 206 for multiple specified power generation amounts. In other words, the fuel cell 100 is controlled to multiple power generation amounts, and the state (flow rate difference) at each power generation amount is obtained.

次いで、ステップS113において、チューニング部216は、ステップS112で取得した複数の上記流量の差に基づいて基準脱気時用マップDfmを変更することで、新たな脱気時用マップを生成する。 Next, in step S113, the tuning unit 216 generates a new degassing map by changing the reference degassing map Dfm based on the difference between the multiple flow rates obtained in step S112.

そして、ステップS114において、チューニング部216は、基準脱気時用マップDfmと新たな脱気時用マップとの変化量が第1基準を越えるか否かを判定する。ステップS114の判定で、変化量が第1基準を越えない場合(NO)には、基準脱気時用マップDfmに異常がない旨が判定され、処理がステップS110に移行されて、チューニング動作前の状態に戻る。 Then, in step S114, the tuning unit 216 determines whether the amount of change between the reference deaeration map Dfm and the new deaeration map exceeds a first criterion. If the amount of change does not exceed the first criterion (NO) in the determination in step S114, it is determined that there is no abnormality in the reference deaeration map Dfm, and the process proceeds to step S110, returning to the state before the tuning operation.

一方で、ステップS114の判定で、変化量が第1基準を越えた場合(YES)には、処理がステップS115に移行し、チューニング部216は、変化量が第2基準を越えるか否かを判定する。 On the other hand, if the determination in step S114 is that the amount of change exceeds the first criterion (YES), the process proceeds to step S115, where the tuning unit 216 determines whether the amount of change exceeds the second criterion.

そして、ステップS115の判定で、変化量が第2基準を越えない場合(NO)、チューニング部216は、ステップS116において、新たな脱気時用マップを新たな基準脱気時用マップDfmとして設定する。その後、処理がステップS110に移行されて、チューニング動作前の状態に戻る。 If the determination in step S115 is that the amount of change does not exceed the second reference (NO), the tuning unit 216 sets the new deaeration map as the new reference deaeration map Dfm in step S116. Then, the process proceeds to step S110, and the state is returned to before the tuning operation.

一方で、ステップS115の判定で、変化量が第2基準を越えた場合(YES)、チューニング部216は、ステップS117において、変化量が第3基準を越えるか否かを判定する。 On the other hand, if the determination in step S115 indicates that the amount of change exceeds the second criterion (YES), the tuning unit 216 determines in step S117 whether the amount of change exceeds the third criterion.

ステップS117の判定で変化量が第3基準を越えない場合(NO)には、チューニング部216は、ステップS118において、アノードオフガス排出量制御部212の制御量(ブロア制御マップ)をチューニングする。その後、チューニング部216は、ステップS112に戻り、新たな脱気時用マップの生成のための動作を再び行う。 If the amount of change does not exceed the third standard (NO) in the determination in step S117, the tuning unit 216 tunes the control amount (blower control map) of the anode off-gas emission control unit 212 in step S118. Thereafter, the tuning unit 216 returns to step S112 and performs the operation to generate a new deaeration map again.

一方で、ステップS117の判定で変化量が第3基準を越えた場合(YES)、チューニング部216は、ステップS119で警告を表示し、その後、ステップS110に移行し、チューニング動作前の状態に戻る。ステップS117の判定で変化量が第3基準を越えた場合、現在の基準脱気時用マップDfmの異常が顕著であると判定される。そのため、ステップS119の警告表示は、例えばシステムの停止を促す目的で行われる。 On the other hand, if the amount of change is found to exceed the third standard in step S117 (YES), the tuning unit 216 displays a warning in step S119, and then proceeds to step S110, returning to the state before the tuning operation. If the amount of change is found to exceed the third standard in step S117, it is determined that there is a significant abnormality in the current reference deaeration map Dfm. Therefore, the warning display in step S119 is performed, for example, to prompt the user to stop the system.

ここで、図6はガス流量制御装置200がマップを更新する動作の一例を概念的に説明する図である。図6には、具体的には図5におけるステップS112~S116で行われる動作の例が概念的に示されている。 Here, FIG. 6 is a diagram conceptually explaining an example of the operation of the gas flow control device 200 to update the map. Specifically, FIG. 6 conceptually shows an example of the operation performed in steps S112 to S116 in FIG. 5.

図6(A)に示すように、ガス流量制御装置200では、予め通常用マップNfm及び基準脱気時用マップDfmが保存されている。 As shown in FIG. 6(A), the gas flow control device 200 stores in advance a normal map Nfm and a reference degassing map Dfm.

チューニング動作が開始されると、図6(B)に示すように、複数の発電量に関して、発電量検出部206で検出される燃料電池100の実際の発電量に対して基準脱気時用マップDfmから定まる水素含有ガスの流量と、実際の水素含有ガスの流量と、の差が取得される。図6(B)においては、発電量検出部206で検出される燃料電池100の実際の発電量と、これに対して基準脱気時用マップDfmから定まる水素含有ガスの流量との関係が、実線で結ばれている。一方で、図6(B)における○は、実際の水素含有ガスの流量を示しているまた、図6(B)におけるΔは、流量の差のイメージを示す。 When the tuning operation is started, as shown in FIG. 6(B), the difference between the flow rate of the hydrogen-containing gas determined from the map Dfm for reference degassing and the actual flow rate of the hydrogen-containing gas is obtained for the actual power generation amount of the fuel cell 100 detected by the power generation amount detection unit 206 for multiple power generation amounts. In FIG. 6(B), the relationship between the actual power generation amount of the fuel cell 100 detected by the power generation amount detection unit 206 and the flow rate of the hydrogen-containing gas determined from the map Dfm for reference degassing is connected by a solid line. Meanwhile, the circle in FIG. 6(B) indicates the actual flow rate of the hydrogen-containing gas, and the Δ in FIG. 6(B) indicates an image of the difference in flow rate.

そして、図6(C)には、チューニング部216が取得した複数の流量の差に基づいて基準脱気時用マップDfmが変更されることで生成された、新たな脱気時用マップが示されている。そして、基準脱気時用マップDfmと新たな脱気時用マップとの変化量が第1基準を越え且つ第2基準未満であるとき、図6(D)に示すように、新たな脱気時用マップが、新たな基準脱気時用マップDfmとして設定される。 Figure 6 (C) shows a new deaeration map generated by changing the reference deaeration map Dfm based on the difference between the multiple flow rates acquired by the tuning unit 216. When the amount of change between the reference deaeration map Dfm and the new deaeration map exceeds the first standard and is less than the second standard, the new deaeration map is set as the new reference deaeration map Dfm, as shown in Figure 6 (D).

以上に説明したように、本実施の形態に係るガス流量制御装置200は、脱気管8の状態に応じて、流量調節インジェクタ104の制御に用いる通常運転用マップNfmと基準脱気時用マップDfmとを切り換えて選択し、選択したマップに基づき流量調節インジェクタ104の動作を制御する。これにより、アノードオフガスの脱気の切り換えが行われた場合であっても、燃料電池100に対するガス供給状態を、所望の状態に迅速に且つ精度良く制御できる。 As described above, the gas flow control device 200 according to this embodiment selects between the normal operation map Nfm and the reference degassing map Dfm used to control the flow rate adjustment injector 104 depending on the state of the degassing pipe 8, and controls the operation of the flow rate adjustment injector 104 based on the selected map. This allows the gas supply state to the fuel cell 100 to be quickly and accurately controlled to the desired state even when the degassing of the anode off-gas is switched.

また、チューニング部216によって基準脱気時用マップDfmを適宜チューニングできるため、脱気運転時の圧力制御の応答性及び精度が低下した際に、適正な制御を実施できる状態に復旧させることが可能となる。これにより、燃料電池システム1の信頼性の向上させることができる。 In addition, the tuning unit 216 can appropriately tune the map Dfm for reference degassing, so that when the responsiveness and accuracy of pressure control during degassing operation deteriorates, it is possible to restore a state in which proper control can be performed. This improves the reliability of the fuel cell system 1.

以上、一実施の形態を説明したが、上記実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上述の実施の形態及びその他の変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although one embodiment has been described above, the above embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. This new embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. The above-mentioned embodiment and other modifications are included within the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.

1…燃料電池システム、2…水素ガス供給管、4…酸素ガス供給管、6…水素リサイクル管、8…脱気管、100…燃料電池、100a…燃料極流路、100b…酸化剤極流路、102…水素ガス供給装置、104…流量調節インジェクタ、106…リサイクルブロア、108…脱気切換弁、110…圧力センサ、112…流量検出部、200…ガス流量制御装置、202…記憶部、202a…マップ保持部、204…状態検出部、205…流量取得部、206…発電量検出部、208…圧力検出部、210…流量調節動作制御部、212…アノードオフガス排出量制御部、214…圧力制御部、216…チューニング部 1...Fuel cell system, 2...Hydrogen gas supply pipe, 4...Oxygen gas supply pipe, 6...Hydrogen recycle pipe, 8...Deaeration pipe, 100...Fuel cell, 100a...Anode flow path, 100b...Oxidizer electrode flow path, 102...Hydrogen gas supply device, 104...Flow rate adjustment injector, 106...Recycle blower, 108...Deaeration switching valve, 110...Pressure sensor, 112...Flow rate detection unit, 200...Gas flow rate control device, 202...Memory unit, 202a...Map storage unit, 204...Status detection unit, 205...Flow rate acquisition unit, 206...Power generation detection unit, 208...Pressure detection unit, 210...Flow rate adjustment operation control unit, 212...Anode off-gas discharge amount control unit, 214...Pressure control unit, 216...Tuning unit

Claims (15)

流量調節部で流量調節した燃料ガスを燃料電池に供給し、前記燃料電池から流出するアノードオフガスをリサイクル管で前記流量調節部と前記燃料電池との間に循環させる燃料電池システムにおけるガス流量制御装置であって、
前記リサイクル管から分岐して前記アノードオフガスの一部を外部に排出可能な脱気管の状態として、前記脱気管から前記アノードオフガスを排出しない状態、又は、前記脱気管から前記アノードオフガスを排出する状態を検出する検出部と、
前記検出部が検出する前記脱気管の状態に応じて、前記流量調節部の制御に用いる複数のマップの中から1つのマップを選択し、選択した前記マップに基づき前記流量調節部の動作を制御することで前記燃料ガスの流量調節を行う流量調節動作制御部と、を備え、
前記複数のマップには、前記燃料電池の発電量と、前記流量調節部が供給する前記燃料ガスの第1流量との関係を定めた第1通常用マップと、前記燃料電池の発電量と、前記流量調節部が供給する前記燃料ガスの第2流量との関係を定め、通常用マップと同一の前記燃料電池の発電量に対しては、少なくとも一部の前記発電量の範囲では前記第1流量よりも前記第2流量が多くなるように規定した第1基準脱気時用マップと、が少なくとも含まれ、
前記流量調節動作制御部は、前記脱気管から前記アノードオフガスを排出しない状態では、前記第1通常用マップを選択し、前記脱気管から前記アノードオフガスを排出する状態では、前記第1基準脱気時用マップを選択する、ガス流量制御装置。
A gas flow rate control device in a fuel cell system, which supplies a fuel gas whose flow rate has been adjusted by a flow rate adjustment unit to a fuel cell, and circulates an anode off-gas flowing out from the fuel cell between the flow rate adjustment unit and the fuel cell through a recycle pipe,
a detection unit that detects a state of a degassing pipe branched off from the recycle pipe and capable of discharging a portion of the anode off-gas to the outside, the detection unit detecting a state in which the anode off-gas is not discharged from the degassing pipe or a state in which the anode off-gas is discharged from the degassing pipe;
a flow rate adjustment operation control unit that selects one map from a plurality of maps used for controlling the flow rate adjustment unit according to the state of the degassing pipe detected by the detection unit, and adjusts the flow rate of the fuel gas by controlling the operation of the flow rate adjustment unit based on the selected map,
the plurality of maps include at least a first normal map that defines a relationship between an amount of power generated by the fuel cell and a first flow rate of the fuel gas supplied by the flow rate adjustment unit, and a first reference deaeration map that defines a relationship between an amount of power generated by the fuel cell and a second flow rate of the fuel gas supplied by the flow rate adjustment unit, and specifies that for an amount of power generated by the fuel cell that is the same as the normal map, the second flow rate is greater than the first flow rate in at least a portion of the range of the amount of power generated;
The flow rate adjustment operation control unit selects the first normal map when the anode off-gas is not discharged from the degassing pipe, and selects the first reference degassing map when the anode off-gas is discharged from the degassing pipe.
前記複数のマップには、前記燃料電池の発電量に対する前記流量調節部が供給する前記燃料ガスの燃料利用率を固定値として定めた第2通常用マップと、前記燃料電池の発電量と、前記流量調節部が供給する前記燃料ガスの燃料利用率との関係を非線形に定めた第2基準脱気時用マップと、が更に含まれ、
前記流量調節動作制御部は、前記脱気管から前記アノードオフガスを排出しない状態では、前記第2通常用マップを選択し、前記脱気管から前記アノードオフガスを排出する状態では、前記第2基準脱気時用マップを選択する、請求項1に記載のガス流量制御装置。
the plurality of maps further include a second normal map in which a fuel utilization rate of the fuel gas supplied by the flow rate regulator with respect to an amount of power generation of the fuel cell is defined as a fixed value, and a second reference deaeration map in which a relationship between an amount of power generation of the fuel cell and a fuel utilization rate of the fuel gas supplied by the flow rate regulator is defined as a nonlinear relationship,
2. The gas flow control device according to claim 1, wherein the flow rate adjustment operation control unit selects the second normal map when the anode off-gas is not discharged from the degassing pipe, and selects the second reference degassing map when the anode off-gas is discharged from the degassing pipe.
前記検出部は、前記脱気管を開閉する脱気切換弁の状態に基づいて、前記脱気管の状態を検出する、請求項1又は2に記載のガス流量制御装置。 The gas flow control device according to claim 1 or 2, wherein the detection unit detects the state of the degassing tube based on the state of a degassing switching valve that opens and closes the degassing tube. 前記複数のマップには、前記脱気管から前記アノードオフガスを排出しない状態である場合に用いる通常用マップと、前記脱気管から前記アノードオフガスを排出する状態である場合に用いる基準脱気時用マップとが含まれ、
前記基準脱気時用マップの特性をチューニングするチューニング部をさらに備えており、
前記チューニング部は、
前記脱気管の状態が前記アノードオフガスを排出する状態において、前記基準脱気時用マップを使用して、前記流量調節動作制御部により前記流量調節部を制御し、
発電中に検出される前記燃料電池の実際の発電量に対して前記基準脱気時用マップから定まる前記燃料ガスの流量又は燃料利用率と、実際の前記燃料ガスの流量又は燃料利用率と、の差を、複数の発電量に関して取得し、
取得された複数の前記差に基づいて前記基準脱気時用マップを変更することで新たな脱気時用マップを生成し、前記基準脱気時用マップと前記新たな脱気時用マップとの変化量が第1基準を越えた場合に、前記新たな脱気時用マップを新たな基準脱気時用マップとして設定する、請求項3に記載のガス流量制御装置。
the plurality of maps include a normal map used when the anode off-gas is not discharged from the degassing pipe, and a reference degassing map used when the anode off-gas is discharged from the degassing pipe,
The apparatus further includes a tuning unit that tunes the characteristics of the reference degassing map,
The tuning unit includes:
controlling the flow rate regulator by the flow rate regulation operation control unit using the map for reference degassing when the degassing pipe is in a state in which the anode off-gas is discharged;
A difference between the flow rate or fuel utilization rate of the fuel gas determined from the reference degassing map for an actual amount of power generation of the fuel cell detected during power generation is obtained for a plurality of amounts of power generation, and the actual flow rate or fuel utilization rate of the fuel gas is obtained;
4. The gas flow control device according to claim 3, further comprising: a reference degassing map for generating a new degassing map by changing the reference degassing map based on the acquired multiple differences; and when a change between the reference degassing map and the new degassing map exceeds a first reference, the new degassing map is set as a new reference degassing map.
前記チューニング部は、前記基準脱気時用マップと前記新たな脱気時用マップとの変化量が、前記第1基準よりも大きい第2基準を越えた場合に、前記燃料電池から流出する前記アノードオフガスの排出量を制御するアノードオフガス排出量制御部の制御量をチューニングする、請求項4に記載のガス流量制御装置。 The gas flow control device according to claim 4, wherein the tuning unit tunes the control amount of an anode off-gas emission control unit that controls the emission amount of the anode off-gas flowing out from the fuel cell when the amount of change between the reference degassing map and the new degassing map exceeds a second standard that is greater than the first standard. 前記アノードオフガス排出量制御部は、前記アノードオフガスを前記リサイクル管に引き込むリサイクルブロアを制御することで、前記アノードオフガスの排出量を制御するものである、請求項5に記載のガス流量制御装置。 The gas flow control device according to claim 5, wherein the anode off-gas discharge amount control unit controls the discharge amount of the anode off-gas by controlling a recycle blower that draws the anode off-gas into the recycle pipe. 前記アノードオフガス排出量制御部は、ブロア制御マップに基づいて前記リサイクルブロアの制御量を調節し、
前記チューニング部は、前記ブロア制御マップをチューニングすることで、前記アノードオフガス排出量制御部の制御量をチューニングし、
前記チューニング部によってチューニングされた前記ブロア制御マップは、新たなブロア制御マップとして保持される、請求項6に記載のガス流量制御装置。
The anode off-gas discharge control unit adjusts a control amount of the recycle blower based on a blower control map,
the tuning unit tunes a control amount of the anode off-gas discharge amount control unit by tuning the blower control map,
The gas flow rate control device according to claim 6 , wherein the blower control map tuned by the tuning unit is held as a new blower control map.
前記チューニング部は、前記アノードオフガス排出量制御部の制御量をチューニングした後、
発電中に検出される前記燃料電池の実際の発電量に対して前記基準脱気時用マップから定まる前記燃料ガスの流量又は燃料利用率と、実際の前記燃料ガスの流量又は燃料利用率と、の差を、複数の発電量に関して、再度、取得し、
取得された複数の前記差に基づいて前記基準脱気時用マップを変更することで新たな脱気時用マップを生成する、請求項5乃至7のいずれかに記載のガス流量制御装置。
The tuning unit tunes the control amount of the anode off-gas discharge control unit, and then
a difference between the flow rate or fuel utilization rate of the fuel gas determined from the reference degassing map for an actual amount of power generation of the fuel cell detected during power generation and the actual flow rate or fuel utilization rate of the fuel gas is again obtained for a plurality of amounts of power generation;
8. The gas flow rate control device according to claim 5, further comprising: a step of generating a new degassing map by changing the reference degassing map based on the acquired differences.
前記チューニング部は、前記脱気管の状態が前記アノードオフガスを排出する状態において前記燃料電池が発電を行っている際に、発電中に検出され前記燃料電池の実際の発電量に対して前記基準脱気時用マップから定まる前記燃料ガスの流量又は燃料利用率と、実際の前記燃料ガスの流量又は燃料利用率と、の差が、チューニング開始基準値以上になった場合に、チューニング動作を開始する、請求項4乃至8のいずれかに記載のガス流量制御装置。 A gas flow control device according to any one of claims 4 to 8, wherein the tuning unit starts a tuning operation when, while the fuel cell is generating power with the degassing tube in a state where the anode off-gas is discharged, a difference between the fuel gas flow rate or fuel utilization rate detected during power generation and determined from the map for reference degassing with respect to the actual power generation amount of the fuel cell, and the actual fuel gas flow rate or fuel utilization rate, becomes equal to or greater than a tuning start reference value. 前記チューニング部は、発電中に検出される前記燃料電池の実際の発電量に対して前記基準脱気時用マップから定まる前記燃料ガスの流量又は燃料利用率と、実際の前記燃料ガスの流量又は燃料利用率と、の差が、前記チューニング開始基準値未満である場合であっても、
発電中に検出される前記燃料電池の実際の発電量に対して前記基準脱気時用マップから定まる前記燃料ガスの流量又は燃料利用率と、実際の前記燃料ガスの流量又は燃料利用率と、の差を、複数点で記録し、
記録した複数の前記差の個数が所定個数以上になったときに、記録した複数の前記差に基づいて前記基準脱気時用マップを変更することで新たな脱気時用マップを生成する、請求項9に記載のガス流量制御装置。
The tuning unit performs the tuning start reference value even if a difference between the flow rate or fuel utilization rate of the fuel gas determined from the map for reference deaeration with respect to an actual amount of power generation of the fuel cell detected during power generation and the actual flow rate or fuel utilization rate of the fuel gas is less than the tuning start reference value.
A difference between the flow rate or fuel utilization rate of the fuel gas determined from the map for reference degassing time for an actual amount of power generation of the fuel cell detected during power generation and the actual flow rate or fuel utilization rate of the fuel gas is recorded at a plurality of points;
10. The gas flow control device according to claim 9, wherein when a number of the recorded differences reaches a predetermined number or more, a new degassing map is generated by changing the reference degassing map based on the recorded differences.
前記チューニング部は、前記基準脱気時用マップと前記新たな脱気時用マップとの変化量が、前記第2基準よりも大きい第3基準を越えた場合に、警告を表示するか及び/又は前記燃料電池システムを停止させる、請求項5に記載のガス流量制御装置。 The gas flow control device according to claim 5, wherein the tuning unit displays a warning and/or stops the fuel cell system when the amount of change between the reference degassing map and the new degassing map exceeds a third standard that is greater than the second standard. 前記流量調節部と前記燃料電池との間の流路内の圧力を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部が検出した圧力と目標圧力との差分に基づくPID制御により、前記圧力検出部が検出した圧力が前記目標圧力と一致するように前記流量調節部の動作を制御する圧力制御部と、をさらに備える、請求項1乃至11のいずれかに記載のガス流量制御装置。
a pressure detection unit that detects a pressure in a flow path between the flow rate regulator and the fuel cell;
12. The gas flow control device according to claim 1, further comprising: a pressure control unit that controls an operation of the flow rate adjustment unit by PID control based on a difference between the pressure detected by the pressure detection unit and a target pressure so that the pressure detected by the pressure detection unit coincides with the target pressure.
前記目標圧力は、前記燃料電池の発電量に応じて定められている、請求項12に記載のガス流量制御装置。 The gas flow control device according to claim 12, wherein the target pressure is determined according to the amount of power generated by the fuel cell. 流量調節部で流量調節した燃料ガスを燃料電池に供給し、前記燃料電池から流出するアノードオフガスをリサイクル管で前記流量調節部と前記燃料電池との間に循環させる燃料電池システムにおけるガス流量制御方法であって、
前記リサイクル管から分岐して前記アノードオフガスの一部を外部に排出可能な脱気管の状態として、前記脱気管から前記アノードオフガスを排出しない状態、又は、前記脱気管から前記アノードオフガスを排出する状態を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出される前記脱気管の状態に応じて、前記流量調節部の制御に用いる複数のマップの中から1つのマップを選択し、選択した前記マップに基づき前記流量調節部の動作を制御することで前記燃料ガスの流量調節を行う流量調節動作制御工程と、を備え、
前記複数のマップには、前記燃料電池の発電量と、前記流量調節部が供給する前記燃料ガスの第1流量との関係を定めた第1通常用マップと、前記燃料電池の発電量と、前記流量調節部が供給する前記燃料ガスの第2流量との関係を定め、通常用マップと同一の前記燃料電池の発電量に対しては、少なくとも一部の前記発電量の範囲では前記第1流量よりも前記第2流量が多くなるように規定した第1基準脱気時用マップと、が少なくとも含まれ、
前記流量調節動作制御工程では、前記脱気管から前記アノードオフガスを排出しない状態では、前記第1通常用マップを選択し、前記脱気管から前記アノードオフガスを排出する状態では、前記第1基準脱気時用マップを選択する、
ガス流量制御方法。
A gas flow rate control method in a fuel cell system, comprising: supplying a fuel gas whose flow rate has been adjusted by a flow rate adjustment unit to a fuel cell; and circulating an anode off-gas flowing out of the fuel cell between the flow rate adjustment unit and the fuel cell through a recycle pipe, the method comprising the steps of:
a detection step of detecting a state of a degassing pipe branched off from the recycle pipe and capable of discharging a portion of the anode off-gas to the outside, the state being a state in which the anode off-gas is not discharged from the degassing pipe, or a state in which the anode off-gas is discharged from the degassing pipe;
a flow rate adjustment operation control step of selecting one map from a plurality of maps used for controlling the flow rate adjustment unit according to the state of the degassing pipe detected in the detection step, and adjusting the flow rate of the fuel gas by controlling the operation of the flow rate adjustment unit based on the selected map,
the plurality of maps include at least a first normal map that defines a relationship between an amount of power generated by the fuel cell and a first flow rate of the fuel gas supplied by the flow rate adjustment unit, and a first reference deaeration map that defines a relationship between an amount of power generated by the fuel cell and a second flow rate of the fuel gas supplied by the flow rate adjustment unit, and specifies that for an amount of power generated by the fuel cell that is the same as the normal map, the second flow rate is greater than the first flow rate in at least a portion of the range of the amount of power generated;
In the flow rate adjustment operation control step, the first normal map is selected when the anode off-gas is not discharged from the degassing pipe, and the first reference degassing map is selected when the anode off-gas is discharged from the degassing pipe.
Gas flow control method.
流量調節部で流量調節した燃料ガスを燃料電池に供給し、前記燃料電池から流出するアノードオフガスをリサイクル管で前記流量調節部と前記燃料電池との間に循環させる燃料電池システムであって、
請求項1乃至13のいずれかに記載のガス流量制御装置により、前記流量調節部を制御する、燃料電池システム。
A fuel cell system comprising: a fuel gas whose flow rate is adjusted by a flow rate adjustment unit; and an anode off-gas flowing out from the fuel cell is circulated between the flow rate adjustment unit and the fuel cell through a recycle pipe,
A fuel cell system, comprising: a gas flow rate control device according to claim 1 ; and a flow rate regulator that controls the flow rate regulator.
JP2020129548A 2020-07-30 2020-07-30 Gas flow rate control device and method, and fuel cell system Active JP7633775B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020129548A JP7633775B2 (en) 2020-07-30 2020-07-30 Gas flow rate control device and method, and fuel cell system
CN202180059748.7A CN116134647B (en) 2020-07-30 2021-07-27 Gas flow control device and method, and fuel cell system
PCT/JP2021/027747 WO2022025061A1 (en) 2020-07-30 2021-07-27 Gas flowrate control device and method and fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020129548A JP7633775B2 (en) 2020-07-30 2020-07-30 Gas flow rate control device and method, and fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022026197A JP2022026197A (en) 2022-02-10
JP7633775B2 true JP7633775B2 (en) 2025-02-20

Family

ID=80036636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020129548A Active JP7633775B2 (en) 2020-07-30 2020-07-30 Gas flow rate control device and method, and fuel cell system

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP7633775B2 (en)
CN (1) CN116134647B (en)
WO (1) WO2022025061A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004273427A (en) 2003-02-20 2004-09-30 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2016190738A (en) 2015-03-31 2016-11-10 ブラザー工業株式会社 Conveying device

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09181939A (en) * 1995-12-26 1997-07-11 Nikon Corp Apparatus and method for digital clamping of video signal
JP4405243B2 (en) * 2002-11-26 2010-01-27 本田技研工業株式会社 Fuel cell system
JP4731804B2 (en) * 2003-11-05 2011-07-27 本田技研工業株式会社 Discharge method of fuel cell system
JP2007048519A (en) * 2005-08-08 2007-02-22 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2007220343A (en) * 2006-02-14 2007-08-30 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2007280933A (en) * 2006-03-16 2007-10-25 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP5446023B2 (en) * 2006-08-11 2014-03-19 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP5946298B2 (en) * 2012-03-12 2016-07-06 アイシン精機株式会社 Fuel cell system
JP7087925B2 (en) * 2018-11-05 2022-06-21 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP7140664B2 (en) * 2018-12-10 2022-09-21 株式会社東芝 Control device, control method, and fuel cell power generation system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004273427A (en) 2003-02-20 2004-09-30 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2016190738A (en) 2015-03-31 2016-11-10 ブラザー工業株式会社 Conveying device

Also Published As

Publication number Publication date
CN116134647A (en) 2023-05-16
JP2022026197A (en) 2022-02-10
WO2022025061A1 (en) 2022-02-03
CN116134647B (en) 2025-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6400044B2 (en) Fuel cell system and its operation stop method
US9768631B2 (en) Power supply system and voltage control method for fuel cell
US8778549B2 (en) Fuel cell system
JP6229642B2 (en) Power supply system and fuel cell voltage control method
CN101421880A (en) fuel cell system
US10826092B2 (en) Method for operating fuel cell vehicle
JP2016096087A5 (en)
US11069911B2 (en) Fuel cell system and control method of fuel cell system
KR102564015B1 (en) Fuel cell system and method for controlling therof
JP2016134348A (en) Fuel battery system
JP7633775B2 (en) Gas flow rate control device and method, and fuel cell system
EP1845575B1 (en) Fuel cell system and start method thereof
JP7038301B2 (en) Fuel cell system and how to operate the fuel cell system
JP2005116402A (en) Starting method of fuel cell system
JP5304863B2 (en) Fuel cell system
KR101745255B1 (en) Fuel cell purging control method
EP2132819B1 (en) Fuel cell system
JP4561048B2 (en) Fuel cell system
JP2004296374A (en) Fuel cell system
US20050277005A1 (en) Fuel cell system and method of controlling thereof
US8815458B2 (en) Fuel cell system and method for controlling stoppage of fuel cell system
EP1815547A2 (en) Fuel cell system and control method therefor
JP2007115460A (en) Fuel cell system
JP2004111266A (en) Fuel cell system
JP6155795B2 (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230213

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231107

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240430

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240619

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20241004

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20241115

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: 20250110

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250207

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7633775

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150