JP7655874B2 - Fuel Cell Systems - Google Patents
Fuel Cell Systems Download PDFInfo
- Publication number
- JP7655874B2 JP7655874B2 JP2022015903A JP2022015903A JP7655874B2 JP 7655874 B2 JP7655874 B2 JP 7655874B2 JP 2022015903 A JP2022015903 A JP 2022015903A JP 2022015903 A JP2022015903 A JP 2022015903A JP 7655874 B2 JP7655874 B2 JP 7655874B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- air
- buffer tank
- pressure
- cell stack
- 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
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 258
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 55
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 55
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 40
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 31
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 12
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明の実施の形態は、燃料電池システムに関する。 An embodiment of the present invention relates to a fuel cell system.
燃料ガスの有している化学エネルギーを直接電気に変換するシステムとして、燃料電池システムが知られている。この燃料電池システム内の燃料電池は、燃料である水素と酸化剤である酸素とを電気化学的に反応させて、高い発電効率で電気エネルギーを取り出すことが可能である。燃料電池は、要求される発電出力に応じた流量の空気を必要とする。燃料電池に空気を導入するため、燃料電池システムは例えばブロワを備えている。 Fuel cell systems are known as systems that directly convert the chemical energy of fuel gas into electricity. The fuel cells in these systems are capable of extracting electrical energy with high power generation efficiency by electrochemically reacting hydrogen, which is the fuel, with oxygen, which is the oxidant. Fuel cells require a flow rate of air that corresponds to the required power generation output. To introduce air into the fuel cell, the fuel cell system is equipped with, for example, a blower.
ここで、要求される発電出力に対する燃料電池システムの発電出力の応答性向上が求められている。また、燃料電池システムの小型化が求められている。 Here, there is a demand for improving the responsiveness of the fuel cell system's power generation output to the required power generation output. There is also a demand for the fuel cell system to be made smaller.
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、燃料電池システムの発電出力の応答性向上及び小型化を目的とする。 The present invention was made with these points in mind, and aims to improve the responsiveness of the power generation output of a fuel cell system and reduce its size.
本発明による燃料電池システムは、
水素と酸素とを用いて電気を発生させる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに接続された空気流路と、
を備え、
前記空気流路は、所内空気又は制御用空気が導入される圧縮空気導入口を有し、
前記空気流路上には、前記圧縮空気導入口と前記燃料電池スタックとの間に、減圧弁が設けられている。
The fuel cell system according to the present invention comprises:
a fuel cell stack that generates electricity using hydrogen and oxygen;
an air flow path connected to the fuel cell stack;
Equipped with
The air flow path has a compressed air inlet through which facility air or control air is introduced,
A pressure reducing valve is provided on the air flow path between the compressed air inlet and the fuel cell stack.
あるいは、本発明による燃料電池システムは、
水素と酸素とを用いて電気を発生させる複数の燃料電池スタックと、
前記複数の燃料電池スタックに空気を分配する空気分配流路と、
を備え、
前記空気分配流路は、所内空気又は制御用空気が導入される圧縮空気導入口を有し、
前記空気分配流路上には、前記圧縮空気導入口と前記複数の燃料電池スタックとの間に、減圧弁が設けられている。
Alternatively, the fuel cell system according to the present invention comprises:
a plurality of fuel cell stacks that generate electricity using hydrogen and oxygen;
an air distribution passage that distributes air to the plurality of fuel cell stacks;
Equipped with
The air distribution flow path has a compressed air inlet into which facility air or control air is introduced,
A pressure reducing valve is provided on the air distribution flow path between the compressed air inlet and the plurality of fuel cell stacks.
本発明によれば、燃料電池システムの発電出力の応答性を向上させ且つ小型化することができる。 The present invention makes it possible to improve the responsiveness of the power generation output of a fuel cell system and reduce its size.
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態による燃料電池システム１の構成を示すブロック図である。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Figure 1 is a block diagram showing the configuration of a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention.
図１に示す燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、水素供給系２０と、酸素供給系３０と、を備えている。燃料電池スタック１０には、燃料電池スタック１０から電流を取り出すための電源装置２と出力指令値を計算して電源装置２に送る制御装置７０とが接続されている。制御装置７０には、入力部３が接続されている。入力部３を介して、燃料電池システム１に要求される要求発電量が制御装置７０に入力される。制御装置７０は、入力部３から入力された要求発電量に基づいて、出力指令値を計算する。また、制御装置７０は、出力指令値や他の情報に基づいて、燃料電池システム１の各部を制御する。 The fuel cell system 1 shown in FIG. 1 includes a fuel cell stack 10, a hydrogen supply system 20, and an oxygen supply system 30. A power supply device 2 for extracting current from the fuel cell stack 10 and a control device 70 for calculating and sending an output command value to the power supply device 2 are connected to the fuel cell stack 10. An input unit 3 is connected to the control device 70. A required power generation amount required for the fuel cell system 1 is input to the control device 70 via the input unit 3. The control device 70 calculates an output command value based on the required power generation amount input from the input unit 3. The control device 70 also controls each part of the fuel cell system 1 based on the output command value and other information.
燃料電池スタック１０は、水素と酸素とを用いて電気を発生させる。燃料電池スタック１０は、アノード電極（燃料極）１１と、カソード電極１２と、を有している。アノード電極１１には、燃料ガスとして水素が供給される。カソード電極１２には、空気が供給される。燃料電池スタック１０は、水素を空気中の酸素と反応させて水を生成し、この反応により電気を発生させる。この電気は、直流電流として燃料電池スタック１０から出力される。 The fuel cell stack 10 generates electricity using hydrogen and oxygen. The fuel cell stack 10 has an anode electrode (fuel electrode) 11 and a cathode electrode 12. Hydrogen is supplied to the anode electrode 11 as fuel gas. Air is supplied to the cathode electrode 12. The fuel cell stack 10 reacts hydrogen with oxygen in the air to produce water, and generates electricity from this reaction. This electricity is output from the fuel cell stack 10 as direct current.
アノード電極１１への水素の供給は、水素供給系２０によって行われる。また、カソード電極１２への空気の供給は、酸素供給系３０によって行われる。アノード電極１１に供給された水素の残りは、アノード排気として、燃料電池スタック１０から排出される。また、カソード電極１２に供給された空気の残りは、カソード排気として、燃料電池スタック１０から排出される。図示された例では、アノード排気はアノード電極１１に再び供給され、カソード排気は燃料電池システム１の外部に排出される。 Hydrogen is supplied to the anode electrode 11 by a hydrogen supply system 20. Air is supplied to the cathode electrode 12 by an oxygen supply system 30. The remaining hydrogen supplied to the anode electrode 11 is discharged from the fuel cell stack 10 as anode exhaust. The remaining air supplied to the cathode electrode 12 is discharged from the fuel cell stack 10 as cathode exhaust. In the illustrated example, the anode exhaust is supplied again to the anode electrode 11, and the cathode exhaust is discharged outside the fuel cell system 1.
水素供給系２０は、水素貯蔵タンク等の水素供給源２１と、水素流路２２とを含む。水素流路２２は、水素供給源２１と燃料電池スタック１０とを接続する。これにより、水素供給源２１からの水素が、水素流路２２を介して燃料電池スタック１０に供給される。なお、水素流路２２上にはブロワが設けられていてもよく、ブロワを用いて水素供給源２１の水素がアノード電極１１に送り込まれてもよい。水素供給源２１は、燃料電池システム１の内部にあってもよく、外部にあってもよい。 The hydrogen supply system 20 includes a hydrogen supply source 21, such as a hydrogen storage tank, and a hydrogen flow path 22. The hydrogen flow path 22 connects the hydrogen supply source 21 to the fuel cell stack 10. This allows hydrogen from the hydrogen supply source 21 to be supplied to the fuel cell stack 10 via the hydrogen flow path 22. A blower may be provided on the hydrogen flow path 22, and the hydrogen from the hydrogen supply source 21 may be sent to the anode electrode 11 using the blower. The hydrogen supply source 21 may be located inside or outside the fuel cell system 1.
酸素供給系３０は、空気流路３１と、空気流路３１上に設けられた減圧弁３３及びフィルタ装置６０とを含む。空気流路３１は、燃料電池システム１の外部にある所内空気供給装置４０と、燃料電池スタック１０とを接続する。これにより、所内空気供給装置４０からの空気が、空気流路３１を介して燃料電池スタック１０に供給される。より具体的には、空気流路３１は、圧縮空気導入口３２を有する。圧縮空気導入口３２は、所内空気供給装置４０に接続される。圧縮空気導入口３２には、所内空気供給装置４０からの所内空気が導入される。なお、圧縮空気導入口３２は、所内空気供給装置４０の代わりに、制御用空気供給装置に接続されてもよい。この場合、圧縮空気導入口３２には、制御用空気供給装置からの制御用空気が導入される。 The oxygen supply system 30 includes an air flow path 31, and a pressure reducing valve 33 and a filter device 60 provided on the air flow path 31. The air flow path 31 connects the fuel cell stack 10 to an on-site air supply device 40 that is external to the fuel cell system 1. As a result, air from the on-site air supply device 40 is supplied to the fuel cell stack 10 via the air flow path 31. More specifically, the air flow path 31 has a compressed air inlet 32. The compressed air inlet 32 is connected to the on-site air supply device 40. On-site air from the on-site air supply device 40 is introduced into the compressed air inlet 32. The compressed air inlet 32 may be connected to a control air supply device instead of the on-site air supply device 40. In this case, control air from the control air supply device is introduced into the compressed air inlet 32.
なお、所内空気供給装置４０や制御用空気供給装置は、所内空気や制御用空気（工場空気や計装用空気とも呼ばれる）を供給する既知の装置であってよい。また、所内空気供給装置４０や制御用空気供給装置は、燃料電池システム１が配置されるプラント等に既設の装置であってよく、燃料電池システム１に圧縮空気を供給する目的以外の目的で用いられてよい。例えば、所内空気供給装置４０や制御用空気供給装置からの圧縮空気（所内空気や制御用空気、工場空気、計装用空気）は、各種機械の駆動用空気として用いられてもよいし、上記プラント内の設備を清掃するための清掃用空気として用いられてもよい。所内空気供給装置４０や制御用空気供給装置からの圧縮空気の用途は、上述したものに限られない。 The on-site air supply device 40 and the control air supply device may be known devices that supply on-site air or control air (also called factory air or instrument air). The on-site air supply device 40 and the control air supply device may be existing devices in the plant in which the fuel cell system 1 is installed, and may be used for purposes other than supplying compressed air to the fuel cell system 1. For example, the compressed air (house air, control air, factory air, instrument air) from the on-site air supply device 40 or the control air supply device may be used as driving air for various machines, or as cleaning air for cleaning equipment in the plant. The uses of the compressed air from the on-site air supply device 40 and the control air supply device are not limited to those described above.
図示された例では、所内空気供給装置４０には、所内空気供給圧力計５１が接続されている。所内空気供給圧力計５１は、所内空気供給装置４０から空気流路３１に提供される圧縮空気の圧力を計測する。所内空気供給圧力計５１は、燃料電池システム１内の制御装置７０に接続可能であり、計測した圧縮空気の圧力に関する情報を、制御装置７０に送ることができる。 In the illustrated example, an on-site air supply pressure gauge 51 is connected to the on-site air supply device 40. The on-site air supply pressure gauge 51 measures the pressure of the compressed air provided from the on-site air supply device 40 to the air flow path 31. The on-site air supply pressure gauge 51 can be connected to a control device 70 in the fuel cell system 1, and can send information related to the measured compressed air pressure to the control device 70.
減圧弁３３は、空気流路３１上において、圧縮空気導入口３２と燃料電池スタック１０との間に配置されている。減圧弁３３は、所内空気供給装置４０や制御用空気供給装置から提供される圧縮空気を減圧する。ここで、所内空気供給装置４０や制御用空気供給装置から提供される圧縮空気の圧力は、一般に、８００ｋＰａ～４．５ＭＰａ程度である。これに対し、燃料電池スタック１０に供給される空気の圧力として好ましい圧力は、例えば２ｋＰａ～２０ｋＰａ程度である。このように、所内空気供給装置４０や制御用空気供給装置から提供される圧縮空気の圧力は、燃料電池スタック１０に供給される空気の圧力として好ましい圧力と比較して非常に高い。そこで、燃料電池システム１では、所内空気供給装置４０や制御用空気供給装置から提供される圧縮空気を、減圧弁３３を用いて減圧した後、燃料電池スタック１０に供給する。減圧弁３３は、所内空気供給装置４０や制御用空気供給装置から提供される圧縮空気を、例えば２０ｋＰａ～３０ｋＰａ程度まで減圧する。 The pressure reducing valve 33 is disposed on the air flow path 31 between the compressed air inlet 32 and the fuel cell stack 10. The pressure reducing valve 33 reduces the pressure of the compressed air provided from the on-site air supply device 40 or the control air supply device. Here, the pressure of the compressed air provided from the on-site air supply device 40 or the control air supply device is generally about 800 kPa to 4.5 MPa. In contrast, the preferred pressure of the air to be supplied to the fuel cell stack 10 is, for example, about 2 kPa to 20 kPa. Thus, the pressure of the compressed air provided from the on-site air supply device 40 or the control air supply device is very high compared to the preferred pressure of the air to be supplied to the fuel cell stack 10. Therefore, in the fuel cell system 1, the compressed air provided from the on-site air supply device 40 or the control air supply device is reduced in pressure using the pressure reducing valve 33 and then supplied to the fuel cell stack 10. The pressure reducing valve 33 reduces the pressure of the compressed air provided by the on-site air supply device 40 or the control air supply device to, for example, about 20 kPa to 30 kPa.
フィルタ装置６０は、所内空気供給装置４０や制御用空気供給装置から燃料電池システム１に導入される空気中の水分や不純物を除去する。図示された例では、フィルタ装置６０は、空気流路３１上において、圧縮空気導入口３２と減圧弁３３との間に配置されている。 The filter device 60 removes moisture and impurities from the air introduced into the fuel cell system 1 from the on-site air supply device 40 and the control air supply device. In the illustrated example, the filter device 60 is disposed on the air flow path 31 between the compressed air inlet 32 and the pressure reducing valve 33.
このように、図１に示す燃料電池システム１では、酸素供給系３０がブロワ等の空気供給装置を含まず、燃料電池システム１が使用される場所に既設の装置４０から空気の供給を受ける。これにより、燃料電池システム１を小型化することができる。また、一般に、所内空気供給装置４０や制御用空気供給装置は、所内空気や制御用空気を常時生成するものである。このため、燃料電池システム１の圧縮空気導入口３２を所内空気供給装置４０や制御用空気供給装置に接続すれば、直ちに燃料電池スタック１０に空気を供給することができる。このことは、燃料電池システム１の発電出力の応答性の向上に寄与する。なお、燃料電池システム１の酸素供給系３０がブロワを含み、ブロワを用いて燃料電池スタック１０への空気の供給を行う場合、ブロワを起動させてからブロワの風量が所望の風量に達するまでの間は、燃料電池スタック１０に対し十分な空気の供給を行うことができない。このことは、燃料電池システム１の発電出力の応答性の向上を阻害する要因となる。 In this way, in the fuel cell system 1 shown in FIG. 1, the oxygen supply system 30 does not include an air supply device such as a blower, and receives air supply from an existing device 40 at the location where the fuel cell system 1 is used. This allows the fuel cell system 1 to be made smaller. In addition, in general, the on-site air supply device 40 and the control air supply device constantly generate on-site air and control air. Therefore, if the compressed air inlet 32 of the fuel cell system 1 is connected to the on-site air supply device 40 or the control air supply device, air can be immediately supplied to the fuel cell stack 10. This contributes to improving the responsiveness of the power generation output of the fuel cell system 1. Note that, when the oxygen supply system 30 of the fuel cell system 1 includes a blower and supplies air to the fuel cell stack 10 using the blower, sufficient air cannot be supplied to the fuel cell stack 10 from the time the blower is started until the blower's air volume reaches the desired air volume. This is a factor that hinders the improvement of the responsiveness of the power generation output of the fuel cell system 1.
図示された例では、酸素供給系３０は、更に、バッファタンク３４と、流量調節弁３５と、バッファタンク内圧力計５０と、を有する。バッファタンク３４は、空気流路３１上において、減圧弁３３と燃料電池スタック１０との間に設けられ、減圧弁３３で減圧された空気を収容する。バッファタンク３４にはバッファタンク内圧力計５０が接続されている。バッファタンク内圧力計５０は、バッファタンク３４内の圧力を計測する。流量調節弁３５は、空気流路３１上において、バッファタンク３４と燃料電池スタック１０との間に設けられている。流量調節弁３５は、バッファタンク３４から燃料電池スタック１０への空気の流量を調節する。流量調節弁３５は、当該空気の流量を、電源装置２に入力される出力指令値や、電源装置２で計測される電池電流に応じて調節する。流量調節弁３５は、例えば、制御装置７０からの制御信号を受けて当該空気の流量を制御する。 In the illustrated example, the oxygen supply system 30 further includes a buffer tank 34, a flow rate control valve 35, and a buffer tank pressure gauge 50. The buffer tank 34 is provided on the air flow path 31 between the pressure reducing valve 33 and the fuel cell stack 10, and contains air decompressed by the pressure reducing valve 33. The buffer tank 34 is connected to the buffer tank pressure gauge 50. The buffer tank pressure gauge 50 measures the pressure inside the buffer tank 34. The flow rate control valve 35 is provided on the air flow path 31 between the buffer tank 34 and the fuel cell stack 10. The flow rate control valve 35 controls the flow rate of air from the buffer tank 34 to the fuel cell stack 10. The flow rate control valve 35 adjusts the flow rate of the air according to an output command value input to the power supply device 2 and a battery current measured by the power supply device 2. The flow rate control valve 35 controls the flow rate of the air, for example, by receiving a control signal from the control device 70.
減圧弁３３で減圧された空気がバッファタンク３４に収容され、流量調節弁３５によってバッファタンク３４から燃料電池スタック１０への空気の流量が調節されることにより、燃料電池スタック１０に、所望の圧力の空気を所望の流量で安定して供給することができる。 The air decompressed by the pressure reducing valve 33 is stored in the buffer tank 34, and the flow rate of air from the buffer tank 34 to the fuel cell stack 10 is adjusted by the flow control valve 35, so that air at the desired pressure and at the desired flow rate can be stably supplied to the fuel cell stack 10.
また、図示された例では、酸素供給系３０は、更に、補助用コンプレッサ３６と、補助用空気流路３７と、流量調節弁３８と、を有する。補助用コンプレッサ３６は、既知のコンプレッサであってよく、例えば外気を圧縮して２０ｋＰａ～３０ｋＰａ程度の圧縮空気を生成可能である。補助用空気流路３７は、補助用コンプレッサ３６とバッファタンク３４とを接続し、補助用コンプレッサ３６からの圧縮空気をバッファタンク３４に導入する。補助用コンプレッサ３６は、例えば、制御装置７０からの制御信号を受けて起動される。流量調節弁３８は、補助用コンプレッサ３６からバッファタンク３４への空気の流量を調節する。流量調節弁３８は、当該空気の流量を、電源装置２で計測される電池電流に応じて調節する。流量調節弁３８は、例えば、制御装置７０からの制御信号を受けて当該空気の流量を制御する。 In the illustrated example, the oxygen supply system 30 further includes an auxiliary compressor 36, an auxiliary air flow path 37, and a flow rate control valve 38. The auxiliary compressor 36 may be a known compressor, and can compress outside air to generate compressed air of about 20 kPa to 30 kPa, for example. The auxiliary air flow path 37 connects the auxiliary compressor 36 to the buffer tank 34, and introduces the compressed air from the auxiliary compressor 36 into the buffer tank 34. The auxiliary compressor 36 is started upon receiving a control signal from, for example, the control device 70. The flow rate control valve 38 controls the flow rate of air from the auxiliary compressor 36 to the buffer tank 34. The flow rate control valve 38 adjusts the flow rate of the air according to the battery current measured by the power supply device 2. The flow rate control valve 38 controls the flow rate of the air upon receiving a control signal from, for example, the control device 70.
補助用コンプレッサ３６からバッファタンク３４に圧縮空気を導入可能であることにより、何らかの理由で所内空気供給装置４０や制御用空気供給装置から十分に圧縮空気が得られない場合であっても、バッファタンク３４を十分な量の圧縮空気で満たすことができる。したがって、燃料電池スタック１０に、所望の圧力の空気を所望の流量で、より安定して供給することができる。 By being able to introduce compressed air from the auxiliary compressor 36 into the buffer tank 34, even if for some reason sufficient compressed air is not available from the on-site air supply device 40 or the control air supply device, the buffer tank 34 can be filled with a sufficient amount of compressed air. Therefore, air at the desired pressure and at the desired flow rate can be supplied to the fuel cell stack 10 more stably.
次に、図１に示す燃料電池システム１の作用について説明する。まず、燃料電池システム１の圧縮空気導入口３２が所内空気供給装置４０に接続され、所内空気供給装置４０からバッファタンク３４へ空気の供給が開始される。このとき、フィルタ装置６０で水分と不純物が除去された空気が、バッファタンク３４に供給される。また、入力部３から制御装置７０に燃料電池スタック１０に要求される要求発電量が入力されると、制御装置７０は、当該要求発電量に基づいて出力指令値を計算して電源装置２に渡す。これにより、燃料電池スタック１０に水素供給系２０からの水素の供給と酸素供給系３０からの空気の供給とが開始され、燃料電池システム１は発電を開始する。 Next, the operation of the fuel cell system 1 shown in FIG. 1 will be described. First, the compressed air inlet 32 of the fuel cell system 1 is connected to the on-site air supply device 40, and the on-site air supply device 40 starts supplying air to the buffer tank 34. At this time, air from which moisture and impurities have been removed by the filter device 60 is supplied to the buffer tank 34. In addition, when the required power generation amount required for the fuel cell stack 10 is input from the input unit 3 to the control device 70, the control device 70 calculates an output command value based on the required power generation amount and passes it to the power supply device 2. As a result, the supply of hydrogen from the hydrogen supply system 20 and the supply of air from the oxygen supply system 30 to the fuel cell stack 10 starts, and the fuel cell system 1 starts generating power.
燃料電池システム１が発電中、制御装置７０は、バッファタンク内圧力計５０から、バッファタンク３４内の圧力に関する情報を取得する。当該圧力が所定の圧力未満である場合、制御装置７０は、補助用コンプレッサ３６に制御信号を入力して補助用コンプレッサ３６を起動させる。 While the fuel cell system 1 is generating power, the control device 70 obtains information about the pressure inside the buffer tank 34 from the buffer tank pressure gauge 50. If the pressure is less than a predetermined pressure, the control device 70 inputs a control signal to the auxiliary compressor 36 to start the auxiliary compressor 36.
また、燃料電池システム１が発電中、制御装置７０は、電源装置２に入力した出力指令値に基づいて、流量調節弁３５の開度を調節する。 In addition, while the fuel cell system 1 is generating power, the control device 70 adjusts the opening degree of the flow rate control valve 35 based on the output command value input to the power supply device 2.
以上により、制御装置７０で決定された出力指令値に応じた発電出力が、燃料電池スタック１０から得られる。 As a result, the power generation output according to the output command value determined by the control device 70 is obtained from the fuel cell stack 10.
なお、出力指令値は、次のようにして計算される。まず、制御装置７０は、入力部３から入力された要求発電量に対して所定の演算を行う。演算結果が所定の上限値以下であり且つ所定の下限値以上である場合には、制御装置７０は、演算結果を出力指令値として電源装置２に渡す。一方、演算結果が所定の上限値より大きい場合には、制御装置７０は、当該所定の上限値を出力指令値として電源装置２に渡す。また、演算結果が所定の下限値より小さい場合には、制御装置７０は、当該所定の下限値を出力指令値として電源装置２に渡す。なお、所内空気供給装置４０及び補助用コンプレッサ３６が正常に動作していない場合は、後述するように、制御装置７０は出力指令値を０に決定する。 The output command value is calculated as follows. First, the control device 70 performs a predetermined calculation on the required power generation amount input from the input unit 3. If the calculation result is equal to or less than a predetermined upper limit value and equal to or greater than a predetermined lower limit value, the control device 70 passes the calculation result to the power supply unit 2 as an output command value. On the other hand, if the calculation result is greater than the predetermined upper limit value, the control device 70 passes the predetermined upper limit value to the power supply unit 2 as an output command value. If the calculation result is less than the predetermined lower limit value, the control device 70 passes the predetermined lower limit value to the power supply unit 2 as an output command value. If the on-site air supply unit 40 and the auxiliary compressor 36 are not operating normally, the control device 70 sets the output command value to 0, as described below.
なお、出力指令値の計算に用いられる上限値は、次のようにして決定される。通常は、上記上限値は、燃料電池スタック１０の定格発電出力と同じ値に設定されている。しかしながら、燃料電池システム１が発電中にバッファタンク内圧力計５０から得られるバッファタンク３４内の圧力が所定の圧力よりも低い場合には、バッファタンク３１から燃料電池スタック１０に通常よりも少ない流量の空気しか供給することができないため、燃料電池スタック１０はその定格発電出力で発電することができない。このため、制御装置７０は、バッファタンク内圧力計５０によって測定された圧力に対応する新たな上限値を求め、この新たな上限値を用いて出力指令値を決定する。ここで、新たな上限値は、上記定格発電出力よりも低い値である。例えば、新たな上限値は、バッファタンク３１内の圧力が上記測定された圧力であっても燃料電池スタック１０が出力可能な発電出力の最大値である。新たな上限値は、バッファタンク内圧力計５０によって測定された圧力に対して所定の演算を行うことによって求められる。この所定の演算は、制御装置７０の上限値演算部７１で行われる。 The upper limit value used in the calculation of the output command value is determined as follows. Usually, the upper limit value is set to the same value as the rated power output of the fuel cell stack 10. However, if the pressure in the buffer tank 34 obtained from the buffer tank pressure gauge 50 while the fuel cell system 1 is generating power is lower than a predetermined pressure, the fuel cell stack 10 cannot generate power at its rated power output because only a smaller flow rate of air can be supplied from the buffer tank 31 to the fuel cell stack 10 than normal. For this reason, the control device 70 determines a new upper limit value corresponding to the pressure measured by the buffer tank pressure gauge 50, and uses this new upper limit value to determine the output command value. Here, the new upper limit value is a value lower than the rated power output. For example, the new upper limit value is the maximum power output that the fuel cell stack 10 can output even if the pressure in the buffer tank 31 is the measured pressure. The new upper limit value is determined by performing a predetermined calculation on the pressure measured by the buffer tank pressure gauge 50. This predetermined calculation is performed by the upper limit value calculation unit 71 of the control device 70.
新たな上限値が設定されると、制御装置７０から電源装置２に新たな出力指令値が入力され、この新たな出力指令値に基づいて燃料電池スタック１０で発電が行われる。新たな出力指令値は通常の上限値よりも低い新たな上限値を用いて決定されているため、燃料電池スタック１０が発電に必要とする空気の最大流量が低減される。このように、バッファタンク３４内の圧力が低下した場合に電源装置２に入力される出力設定値の上限値が下げられることにより、バッファタンク３４から燃料電池スタック１０に（言い換えると、所内空気供給装置４０や補助用コンプレッサ３６からバッファタンク３４に）供給される空気流量が低下しても、燃料電池システム１は発電動作を継続することができる。なお、燃料電池スタック１０に供給される空気の量が低下して、当該空気の量よりも燃料電池スタック１０で消費される空気の量が多くなると、燃料電池システム１は、発電を継続できなくなるため保護停止される。 When a new upper limit is set, a new output command value is input from the control device 70 to the power supply device 2, and power is generated in the fuel cell stack 10 based on this new output command value. Since the new output command value is determined using a new upper limit value that is lower than the normal upper limit, the maximum flow rate of air required for power generation by the fuel cell stack 10 is reduced. In this way, the upper limit of the output set value input to the power supply device 2 is lowered when the pressure in the buffer tank 34 drops, so that the fuel cell system 1 can continue to generate power even if the flow rate of air supplied from the buffer tank 34 to the fuel cell stack 10 (in other words, from the on-site air supply device 40 or the auxiliary compressor 36 to the buffer tank 34) drops. Note that if the amount of air supplied to the fuel cell stack 10 drops and the amount of air consumed by the fuel cell stack 10 becomes greater than the amount of air, the fuel cell system 1 cannot continue generating power and is therefore protected and stopped.
また、燃料電池システム１が発電中、制御装置７０は、所内空気供給圧力計５１から、所内空気供給装置４０が燃料電池システム１に提供する圧縮空気の圧力に関する情報を取得する。これにより、制御装置７０は、所内空気供給装置４０が正常に動作しているか否かを判定する。具体的には、所内空気供給圧力計５１で測定される上記圧力が極めて低い場合には、制御装置７０は、所内空気供給装置４０が正常に動作していないと判断する。また、燃料電池システム１が発電中、制御装置７０は、補助用コンプレッサ３６が正常に動作しているか否かを判定する。例えば、制御装置７０は、補助用コンプレッサ３６から動作信号を受信しない場合には、補助用コンプレッサ３６が故障して停止していると判断する。所内空気供給装置４０が正常に動作していず、且つ、補助用コンプレッサ３６が停止している場合、燃料電池スタック１０に空気を供給することができない。この場合、制御装置７０は、出力指令値を０と決定して、電源装置２に渡す。これにより、燃料電池システム１の運転を安全に停止させることができる。 While the fuel cell system 1 is generating power, the control device 70 obtains information on the pressure of the compressed air provided by the on-site air supply device 40 to the fuel cell system 1 from the on-site air supply pressure gauge 51. As a result, the control device 70 determines whether the on-site air supply device 40 is operating normally. Specifically, if the pressure measured by the on-site air supply pressure gauge 51 is extremely low, the control device 70 determines that the on-site air supply device 40 is not operating normally. Also, while the fuel cell system 1 is generating power, the control device 70 determines whether the auxiliary compressor 36 is operating normally. For example, if the control device 70 does not receive an operation signal from the auxiliary compressor 36, it determines that the auxiliary compressor 36 has broken down and is stopped. If the on-site air supply device 40 is not operating normally and the auxiliary compressor 36 is stopped, air cannot be supplied to the fuel cell stack 10. In this case, the control device 70 determines the output command value to be 0 and passes it to the power supply device 2. This allows the operation of the fuel cell system 1 to be safely stopped.
なお、所内空気供給装置４０及び補助用コンプレッサ３６が正常に動作しているか否かの判定は、バッファタンク内圧力計５０から得られるバッファタンク３４内の圧力に基づいて行ってもよい。具体的には、バッファタンク内圧力計５０が計測する圧力が極めて低い状態が所定時間継続した場合には、制御装置７０は、所内空気供給装置４０及び補助用コンプレッサ３６のいずれも正常に動作していないと判断してもよい。 The determination of whether the on-site air supply device 40 and the auxiliary compressor 36 are operating normally may be made based on the pressure in the buffer tank 34 obtained from the buffer tank pressure gauge 50. Specifically, if the pressure measured by the buffer tank pressure gauge 50 remains extremely low for a predetermined period of time, the control device 70 may determine that neither the on-site air supply device 40 nor the auxiliary compressor 36 are operating normally.
以上のように、本実施の形態による燃料電池システム１は、水素と酸素とを用いて電気を発生させる燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０に接続された空気流路３１と、を備えている。空気流路３１は、所内空気又は制御用空気が導入される圧縮空気導入口３２を有している。空気流路３１上には、圧縮空気導入口３２と燃料電池スタック１０との間に、減圧弁３３が設けられている。このような燃料電池システム１によれば、燃料電池システム１がブロワ等の空気供給装置を含む場合と比較して、燃料電池システム１を小型化することができる。また、燃料電池システム１の発電出力の応答性を向上させることができる。 As described above, the fuel cell system 1 according to this embodiment includes a fuel cell stack 10 that generates electricity using hydrogen and oxygen, and an air flow path 31 connected to the fuel cell stack 10. The air flow path 31 has a compressed air inlet 32 through which on-site air or control air is introduced. A pressure reducing valve 33 is provided on the air flow path 31 between the compressed air inlet 32 and the fuel cell stack 10. With this fuel cell system 1, the fuel cell system 1 can be made smaller than when the fuel cell system 1 includes an air supply device such as a blower. In addition, the responsiveness of the power generation output of the fuel cell system 1 can be improved.
また、本実施の形態による燃料電池システム１において、空気流路３１上には、減圧弁３３と燃料電池スタック１０との間に、減圧弁３３で減圧された空気を収容するバッファタンク３４と、バッファタンク３４から燃料電池スタック１０への空気の流量を調節する流量調節弁３５と、が設けられている。このような燃料電池システム１によれば、燃料電池スタック１０に、所望の圧力の空気を所望の流量で安定して供給することができる。 In addition, in the fuel cell system 1 according to this embodiment, a buffer tank 34 that stores the air decompressed by the pressure reducing valve 33 and a flow rate control valve 35 that controls the flow rate of air from the buffer tank 34 to the fuel cell stack 10 are provided on the air flow path 31 between the pressure reducing valve 33 and the fuel cell stack 10. With this fuel cell system 1, air at a desired pressure and at a desired flow rate can be stably supplied to the fuel cell stack 10.
また、本実施の形態による燃料電池システム１は、バッファタンク３４に圧縮空気を導入する補助用コンプレッサ３６を更に備えている。このような燃料電池システム１によれば、何らかの理由で所内空気供給装置４０や制御用空気供給装置から十分な圧縮空気が得られない場合であっても、バッファタンク３４を十分な量の圧縮空気で満たすことができる。したがって、燃料電池スタック１０に、所望の圧力の空気を所望の流量で、より安定して供給することができる。 The fuel cell system 1 according to this embodiment further includes an auxiliary compressor 36 that introduces compressed air into the buffer tank 34. With this fuel cell system 1, even if for some reason sufficient compressed air cannot be obtained from the on-site air supply device 40 or the control air supply device, the buffer tank 34 can be filled with a sufficient amount of compressed air. Therefore, air at the desired pressure and at the desired flow rate can be more stably supplied to the fuel cell stack 10.
また、本実施の形態による燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０に要求される要求発電量及び所定の上限値に基づいて当該所定の上限値以下の出力指令値を算出して燃料電池スタック１０に当該出力指令値に応じた発電出力で発電させる制御装置７０と、バッファタンク３４内の圧力を計測する圧力計５０と、を更に備えている。制御装置７０は、圧力計５０によって計測されたバッファタンク３４内の圧力が所定の圧力より低い場合、上記所定の上限値を下げて新たな出力指令値を算出し、燃料電池スタック１０に当該新たな出力指令値に応じた発電出力で発電させる。この場合、バッファタンク３４から燃料電池スタック１０に（言い換えると、所内空気供給装置４０や補助用コンプレッサ３６からバッファタンク３４に）供給される空気流量が低下しても、燃料電池システム１は発電動作を継続することができる。 The fuel cell system 1 according to this embodiment further includes a control device 70 that calculates an output command value below a predetermined upper limit based on the required power generation amount required of the fuel cell stack 10 and a predetermined upper limit value, and causes the fuel cell stack 10 to generate power at a power generation output according to the output command value, and a pressure gauge 50 that measures the pressure in the buffer tank 34. When the pressure in the buffer tank 34 measured by the pressure gauge 50 is lower than the predetermined pressure, the control device 70 lowers the predetermined upper limit value and calculates a new output command value, and causes the fuel cell stack 10 to generate power at a power generation output according to the new output command value. In this case, even if the air flow rate supplied from the buffer tank 34 to the fuel cell stack 10 (in other words, from the on-site air supply device 40 or the auxiliary compressor 36 to the buffer tank 34) decreases, the fuel cell system 1 can continue to generate power.
また、本実施の形態による燃料電池システム１は、バッファタンク３４内の圧力を計測する圧力計５０と、補助用コンプレッサ３６と、補助用コンプレッサ３６で圧縮された空気をバッファタンク３４に導入する補助用空気流路３７と、を更に備えている。補助用コンプレッサ３６は、圧力計５０によって計測されたバッファタンク３４内の圧力が所定の圧力より低い場合に起動される。補助用コンプレッサ３６からバッファタンク３４に圧縮空気を導入可能であることにより、何らかの理由で所内空気供給装置４０や制御用空気供給装置から十分に圧縮空気が得られない場合であっても、バッファタンク３４を十分な量の圧縮空気で満たすことができる。したがって、燃料電池スタック１０に、所望の圧力の空気を所望の流量で、より安定して供給することができる。 The fuel cell system 1 according to this embodiment further includes a pressure gauge 50 for measuring the pressure in the buffer tank 34, an auxiliary compressor 36, and an auxiliary air flow path 37 for introducing the air compressed by the auxiliary compressor 36 into the buffer tank 34. The auxiliary compressor 36 is activated when the pressure in the buffer tank 34 measured by the pressure gauge 50 is lower than a predetermined pressure. By being able to introduce compressed air from the auxiliary compressor 36 into the buffer tank 34, the buffer tank 34 can be filled with a sufficient amount of compressed air even if, for some reason, sufficient compressed air cannot be obtained from the on-site air supply device 40 or the control air supply device. Therefore, air at a desired pressure and at a desired flow rate can be more stably supplied to the fuel cell stack 10.
また、本実施の形態による燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０に要求される要求発電量に基づいて出力指令値を算出して、燃料電池スタック１０に当該出力指令値に応じた発電出力で発電させる制御装置７０と、バッファタンク３４内の圧力を計測する圧力計５０と、を更に備えている。制御装置７０は、圧力計５０によって計測されるバッファタンク３４内の圧力が所定の圧力より低い状態が所定時間継続された場合、燃料電池システム１を停止させる。圧力計５０によって計測されるバッファタンク３４内の圧力が所定の圧力より低い状態が所定時間継続された場合、所内空気供給装置４０が正常に動作していず、且つ、補助用コンプレッサ３６が故障しているため、燃料電池スタック１０に空気を供給することができない。この場合に制御装置７０によって燃料電池システム１を停止させることにより、燃料電池システム１の運転を安全に停止させることができる。 The fuel cell system 1 according to this embodiment further includes a control device 70 that calculates an output command value based on the required power generation amount required of the fuel cell stack 10 and causes the fuel cell stack 10 to generate power with a power generation output according to the output command value, and a pressure gauge 50 that measures the pressure in the buffer tank 34. The control device 70 stops the fuel cell system 1 when the pressure in the buffer tank 34 measured by the pressure gauge 50 remains lower than a predetermined pressure for a predetermined time. When the pressure in the buffer tank 34 measured by the pressure gauge 50 remains lower than a predetermined pressure for a predetermined time, the on-site air supply device 40 is not operating normally and the auxiliary compressor 36 is broken, so air cannot be supplied to the fuel cell stack 10. In this case, the control device 70 stops the fuel cell system 1, thereby safely stopping the operation of the fuel cell system 1.
次に、図２を参照して、本実施の形態による燃料電池システムの変形例について説明する。図２に示す変形例の燃料電池システム１は、バッファタンク３４と補助用コンプレッサ３６と流量調節弁３８の位置が減圧弁３３の上流となっている点、補助用コンプレッサの位置変更による所内空気供給設備４０への空気の逆流防止を目的として酸素供給系３０が逆止弁６１を含む点で異なっている。他の構成は、図１に示す燃料電池システム１と略同一である。図２に示す変形例において、図１に示す実施形態と同一の部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 Next, a modified example of the fuel cell system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 2. The modified fuel cell system 1 shown in FIG. 2 differs in that the buffer tank 34, auxiliary compressor 36, and flow control valve 38 are located upstream of the pressure reducing valve 33, and that the oxygen supply system 30 includes a check valve 61 to prevent backflow of air to the on-site air supply equipment 40 due to a change in the position of the auxiliary compressor. The other configurations are substantially the same as those of the fuel cell system 1 shown in FIG. 1. In the modified example shown in FIG. 2, the same parts as those in the embodiment shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図２に示す燃料電池システム１によっても、図１に示す燃料電池システム１と同様の効果を得ることができる。 The fuel cell system 1 shown in FIG. 2 can achieve the same effects as the fuel cell system 1 shown in FIG. 1.
次に、図３を参照して、本実施の形態による燃料電池システムの他の変形例について説明する。図３に示す変形例の燃料電池システム１００は、複数の燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂを含む点で異なっている。また、図３に示す変形例の燃料電池システム１００は、その酸素供給系３００が、複数の燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂに空気を分配する空気分配流路３１０を含む点で異なっている。また、図３に示す変形例の燃料電池システム１００は、その水素供給系２００が、水素供給源２１と複数の水素流路２２Ａ，２２Ｂを含む点で異なっている。他の構成は、図１に示す燃料電池システム１と略同一である。図３に示す変形例において、図１に示す実施形態と同一の部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 Next, referring to FIG. 3, another modified example of the fuel cell system according to the present embodiment will be described. The modified fuel cell system 100 shown in FIG. 3 differs in that it includes a plurality of fuel cell stacks 10A, 10B. The modified fuel cell system 100 shown in FIG. 3 also differs in that its oxygen supply system 300 includes an air distribution channel 310 that distributes air to the plurality of fuel cell stacks 10A, 10B. The modified fuel cell system 100 shown in FIG. 3 also differs in that its hydrogen supply system 200 includes a hydrogen supply source 21 and a plurality of hydrogen channels 22A, 22B. The other configurations are substantially the same as the fuel cell system 1 shown in FIG. 1. In the modified example shown in FIG. 3, the same parts as those in the embodiment shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図３に示すように、変形例の燃料電池システム１００は、第１燃料電池スタック１０Ａと、第２燃料電池スタック１０Ｂと、水素供給系２００と、酸素供給系３００と、を備えている。各燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂには、当該燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂから電流を取り出すための電源装置２Ａ，２Ｂが接続されている。各電源装置２Ａ，２Ｂは、制御装置７０に接続されている。 As shown in FIG. 3, the modified fuel cell system 100 includes a first fuel cell stack 10A, a second fuel cell stack 10B, a hydrogen supply system 200, and an oxygen supply system 300. Power supply devices 2A and 2B are connected to the fuel cell stacks 10A and 10B to extract current from the fuel cell stacks 10A and 10B. Each power supply device 2A and 2B is connected to a control device 70.
制御装置７０には、入力部３を介して、燃料電池システム１００に要求される要求発電量が制御装置７０に入力される。制御装置７０は、入力部３から入力された要求発電量に基づいて、各燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂの出力指令値を計算する。また、制御装置７０は、図１に示す燃料電池システム１の制御装置７０と同様に、燃料電池システム１００の各部を制御する。 The required power generation amount required for the fuel cell system 100 is input to the control device 70 via the input unit 3. The control device 70 calculates the output command values of each fuel cell stack 10A, 10B based on the required power generation amount input from the input unit 3. The control device 70 also controls each part of the fuel cell system 100 in the same manner as the control device 70 of the fuel cell system 1 shown in FIG. 1.
第１燃料電池スタック１０Ａ及び第２燃料電池スタック１０Ｂは、図１に示す燃料電池スタック１０と同様に構成されている。水素供給系２００は、それぞれ、第１燃料電池スタック１０Ａのアノード電極１１及び第２燃料電池スタック１０Ｂのアノード電極１１へ水素を供給するものである。水素供給系２００は、水素供給源２１と水素流路２２Ａ，２２Ｂとを含む。第１水素流路２２Ａは、水素供給源２１と第１燃料電池スタック１０Ａとを接続する。これにより、水素供給源２１からの水素が、第１水素流路２２Ａを介して第１燃料電池スタック１０Ａに供給される。第２水素流路２２Ｂは、水素供給源２１と第２燃料電池スタック１０Ｂとを接続する。これにより、水素供給源２１からの水素が、第２水素流路２２Ｂを介して第２燃料電池スタック１０Ｂに供給される。 The first fuel cell stack 10A and the second fuel cell stack 10B are configured in the same manner as the fuel cell stack 10 shown in FIG. 1. The hydrogen supply system 200 supplies hydrogen to the anode electrode 11 of the first fuel cell stack 10A and the anode electrode 11 of the second fuel cell stack 10B, respectively. The hydrogen supply system 200 includes a hydrogen supply source 21 and hydrogen flow paths 22A and 22B. The first hydrogen flow path 22A connects the hydrogen supply source 21 to the first fuel cell stack 10A. As a result, hydrogen from the hydrogen supply source 21 is supplied to the first fuel cell stack 10A via the first hydrogen flow path 22A. The second hydrogen flow path 22B connects the hydrogen supply source 21 to the second fuel cell stack 10B. As a result, hydrogen from the hydrogen supply source 21 is supplied to the second fuel cell stack 10B via the second hydrogen flow path 22B.
酸素供給系３００は、第１燃料電池スタック１０Ａのカソード電極１２及び第２燃料電池スタック１０Ｂのカソード電極１２に空気を供給するものである。図３に示す例では、酸素供給系３００は、第１燃料電池スタック１０Ａ及び第２燃料電池スタック１０Ｂに空気を分配する空気分配流路３１０と、空気分配流路３１０上に設けられた減圧弁３３と、を含む。空気分配流路３１０は、燃料電池システム１００の外部にある所内空気供給装置４０または制御用空気供給装置と、複数の燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂとを接続する。これにより、所内空気供給装置４０または制御用空気供給装置からの空気が、空気分配流路３１０を介して、複数の燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂに供給される。より具体的には、空気分配流路３１０は、本流路３１１と、本流路３１１の下流側端部に接続する第１分流路３１２及び第２分流路３１３と、を有する。本流路３１１の上流側端部には、所内空気供給装置４０または制御用空気供給装置に接続される圧縮空気導入口３２が設けられている。第１分流路３１２及び第２分流路３１３の下流側端部は、それぞれ、第１燃料電池スタック１０Ａ及び第２燃料電池スタック１０Ｂに接続する。 The oxygen supply system 300 supplies air to the cathode electrode 12 of the first fuel cell stack 10A and the cathode electrode 12 of the second fuel cell stack 10B. In the example shown in FIG. 3, the oxygen supply system 300 includes an air distribution passage 310 that distributes air to the first fuel cell stack 10A and the second fuel cell stack 10B, and a pressure reducing valve 33 provided on the air distribution passage 310. The air distribution passage 310 connects the on-site air supply device 40 or the control air supply device outside the fuel cell system 100 to the multiple fuel cell stacks 10A and 10B. As a result, air from the on-site air supply device 40 or the control air supply device is supplied to the multiple fuel cell stacks 10A and 10B through the air distribution passage 310. More specifically, the air distribution passage 310 has a main passage 311 and a first branch passage 312 and a second branch passage 313 connected to the downstream end of the main passage 311. The upstream end of the main flow path 311 is provided with a compressed air inlet 32 that is connected to the on-site air supply device 40 or the control air supply device. The downstream ends of the first branch flow path 312 and the second branch flow path 313 are connected to the first fuel cell stack 10A and the second fuel cell stack 10B, respectively.
減圧弁３３は、空気分配流路３１０上において、圧縮空気導入口３２と燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂとの間に配置されている。図示された例では、減圧弁３３は、本流路３１１上に配置されている。減圧弁３３は、所内空気供給装置４０や制御用空気供給装置から提供される圧縮空気を減圧する。 The pressure reducing valve 33 is disposed on the air distribution flow path 310 between the compressed air inlet 32 and the fuel cell stacks 10A, 10B. In the illustrated example, the pressure reducing valve 33 is disposed on the main flow path 311. The pressure reducing valve 33 reduces the pressure of the compressed air provided by the on-site air supply device 40 and the control air supply device.
図３に示す燃料電池システム１００も、酸素供給系３００がブロワ等の空気供給装置を含まない。このため、燃料電池システム１００が小型化され得る。また、所内空気供給装置４０や制御用空気供給装置から空気の供給を受けるため、燃料電池システム１００の発電出力の応答性を向上させることができる。 In the fuel cell system 100 shown in FIG. 3, the oxygen supply system 300 does not include an air supply device such as a blower. This allows the fuel cell system 100 to be made more compact. In addition, since air is supplied from the on-site air supply device 40 and the control air supply device, the responsiveness of the power generation output of the fuel cell system 100 can be improved.
図示された例では、酸素供給系３００は、更に、バッファタンク３４と、流量調節弁３５Ａ，３５Ｂと、を有する。バッファタンク３４は、空気分配流路３１０上において、減圧弁３３と燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂとの間に設けられ、減圧弁３３で減圧された空気を収容する。図示された例では、バッファタンク３４は、本流路３１１上に配置されている。流量調節弁３５Ａ，３５Ｂは、空気分配流路３１０上において、バッファタンク３４と燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂとの間に設けられている。図示された例では、酸素供給系３００は、第１流量調節弁３５Ａおよび第２流量調節弁３５Ｂを含む。第１流量調節弁３５Ａおよび第２流量調節弁３５Ｂは、それぞれ、第１分流路３１２上及び第２分流路３１３上に設けられている。第１流量調節弁３５Ａおよび第２流量調節弁３５Ｂは、それぞれ、バッファタンク３４から第１燃料電池スタック１０Ａ及び第２燃料電池スタック１０Ｂへの空気の流量を調節する。流量調節弁３５Ａ，３５Ｂは、当該空気の流量を、対応する燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂの電源装置２Ａ，２Ｂに入力される出力指令値や、対応する燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂの電源装置２Ａ，２Ｂで計測される電池電流に応じて調節する。流量調節弁３５Ａ，３５Ｂは、例えば、制御装置７０からの制御信号を受けて当該空気の流量を制御する。 In the illustrated example, the oxygen supply system 300 further includes a buffer tank 34 and flow rate control valves 35A and 35B. The buffer tank 34 is provided on the air distribution flow path 310 between the pressure reducing valve 33 and the fuel cell stacks 10A and 10B, and stores the air depressurized by the pressure reducing valve 33. In the illustrated example, the buffer tank 34 is disposed on the main flow path 311. The flow rate control valves 35A and 35B are provided on the air distribution flow path 310 between the buffer tank 34 and the fuel cell stacks 10A and 10B. In the illustrated example, the oxygen supply system 300 includes a first flow rate control valve 35A and a second flow rate control valve 35B. The first flow rate control valve 35A and the second flow rate control valve 35B are provided on the first branch flow path 312 and the second branch flow path 313, respectively. The first flow rate control valve 35A and the second flow rate control valve 35B respectively adjust the flow rate of air from the buffer tank 34 to the first fuel cell stack 10A and the second fuel cell stack 10B. The flow rate control valves 35A and 35B adjust the flow rate of the air according to the output command value input to the power supply devices 2A and 2B of the corresponding fuel cell stacks 10A and 10B and the battery current measured in the power supply devices 2A and 2B of the corresponding fuel cell stacks 10A and 10B. The flow rate control valves 35A and 35B control the flow rate of the air by receiving a control signal from the control device 70, for example.
減圧弁３３で減圧された空気がバッファタンク３４に収容され、流量調節弁３５Ａ，３５Ｂによってバッファタンク３４から各燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂへの空気の流量が調節されることにより、各燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂに、所望の圧力の空気を所望の流量で安定して供給することができる。なお、図３に示す例では、酸素供給系３００は分流路３１２，３１３と同じ数の流量調節弁３５Ａ，３５Ｂを有するが、これに限られない。例えば、酸素供給系３００は、ただ１つの流量調節弁３５を有していてもよい。この場合、流量調節弁３５は、本流路３１１上において、バッファタンク３４の下流側（バッファタンク３４と分流路３１２，３１３との間）に設けられてよい。この場合も、流量調節弁３５によって、バッファタンク３４から各燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂへの空気の流量を調節することができる。 The air decompressed by the pressure reducing valve 33 is stored in the buffer tank 34, and the flow rate of air from the buffer tank 34 to each fuel cell stack 10A, 10B is adjusted by the flow rate control valves 35A, 35B, so that air of the desired pressure can be stably supplied to each fuel cell stack 10A, 10B at the desired flow rate. In the example shown in FIG. 3, the oxygen supply system 300 has the same number of flow rate control valves 35A, 35B as the branch paths 312, 313, but this is not limited to this. For example, the oxygen supply system 300 may have only one flow rate control valve 35. In this case, the flow rate control valve 35 may be provided on the main path 311 downstream of the buffer tank 34 (between the buffer tank 34 and the branch paths 312, 313). In this case, the flow rate of air from the buffer tank 34 to each fuel cell stack 10A, 10B can be adjusted by the flow rate control valve 35.
また、図示された例では、酸素供給系３００は、更に、補助用コンプレッサ３６と、補助用空気流路３７と、流量調節弁３８と、を有する。 In the illustrated example, the oxygen supply system 300 further includes an auxiliary compressor 36, an auxiliary air flow path 37, and a flow control valve 38.
なお、図３に示す例では、燃料電池システム１００は２つの燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂを含むが、これに限られない。燃料電池システム１００は、３つ以上の燃料電池スタック１０を含んでよい。この場合、燃料電池システム１００の空気分配流路３１０は燃料電池スタック１０と同じ数の分流路を有してよく、各分流路に流量調節弁３５が設けられてよい。また、図３に示す例において、燃料電池システム１００は、複数の水素供給系２０を有していてもよい。この場合、各燃料電池スタック１０に対して１つの水素供給系２０が設けられていてよい。 In the example shown in FIG. 3, the fuel cell system 100 includes two fuel cell stacks 10A, 10B, but is not limited to this. The fuel cell system 100 may include three or more fuel cell stacks 10. In this case, the air distribution channel 310 of the fuel cell system 100 may have the same number of branch channels as the fuel cell stacks 10, and a flow control valve 35 may be provided in each branch channel. In the example shown in FIG. 3, the fuel cell system 100 may have multiple hydrogen supply systems 20. In this case, one hydrogen supply system 20 may be provided for each fuel cell stack 10.
また、図４に示すように、バッファタンク３４、補助用コンプレッサ３６及び流量調節弁３８を、減圧弁３３の上流側に設けてもよい。この場合、図４に示すように、所内空気供給設備４０への空気の逆流防止を目的として、酸素供給系３００が逆止弁６１を含んでもよい。 Also, as shown in FIG. 4, the buffer tank 34, the auxiliary compressor 36, and the flow control valve 38 may be provided upstream of the pressure reducing valve 33. In this case, as shown in FIG. 4, the oxygen supply system 300 may include a check valve 61 to prevent backflow of air to the on-site air supply equipment 40.
次に、図３に示す燃料電池システム１００の作用について説明する。まず、燃料電池システム１００の圧縮空気導入口３２が所内空気供給装置４０に接続され、所内空気供給装置４０からバッファタンク３４へ空気の供給が開始される。このとき、フィルタ装置６０で水分と不純物が除去された空気が、バッファタンク３４に供給される。また、入力部３から制御装置７０に燃料電池システム１００に要求される要求発電量が入力されると、制御装置７０は、当該要求発電量に基づいて出力指令値を計算して電源装置２に渡す。これにより、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂに水素供給系２００からの水素の供給と酸素供給系３００からの空気の供給とが開始され、燃料電池システム１００は発電を開始する。 Next, the operation of the fuel cell system 100 shown in FIG. 3 will be described. First, the compressed air inlet 32 of the fuel cell system 100 is connected to the on-site air supply device 40, and the on-site air supply device 40 starts supplying air to the buffer tank 34. At this time, air from which moisture and impurities have been removed by the filter device 60 is supplied to the buffer tank 34. In addition, when the required power generation amount required of the fuel cell system 100 is input from the input unit 3 to the control device 70, the control device 70 calculates an output command value based on the required power generation amount and passes it to the power supply device 2. As a result, the supply of hydrogen from the hydrogen supply system 200 and the supply of air from the oxygen supply system 300 to the fuel cell stacks 10A and 10B starts, and the fuel cell system 100 starts generating power.
燃料電池システム１００が発電中、制御装置７０は、バッファタンク内圧力計５０から、バッファタンク３４内の圧力に関する情報を取得する。当該圧力が所定値未満である場合、制御装置７０は、補助用コンプレッサ３６に制御信号を入力して補助用コンプレッサ３６を起動させる。 While the fuel cell system 100 is generating power, the control device 70 obtains information about the pressure inside the buffer tank 34 from the buffer tank pressure gauge 50. If the pressure is less than a predetermined value, the control device 70 inputs a control signal to the auxiliary compressor 36 to start the auxiliary compressor 36.
また、燃料電池システム１００が発電中、制御装置７０は、電源装置２Ａに入力した出力指令値に基づいて流量調節弁３５Ａの開度を調節し、電源装置２Ｂに入力した出力指令値に基づいて流量調節弁３５Ｂの開度を調節する。 In addition, while the fuel cell system 100 is generating power, the control device 70 adjusts the opening degree of the flow rate control valve 35A based on the output command value input to the power supply unit 2A, and adjusts the opening degree of the flow rate control valve 35B based on the output command value input to the power supply unit 2B.
以上により、制御装置７０で決定された出力指令値に応じた発電出力が、各燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂから得られる。 As a result, power generation output according to the output command value determined by the control device 70 is obtained from each fuel cell stack 10A, 10B.
なお、出力指令値は、次のようにして計算される。まず、制御装置７０は、入力部３から要求発電量が入力されると、各燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂの定格発電出力を考慮して、各燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂに要求される要求発電量を求める。次に、制御装置７０は、第１燃料電池スタック１０Ａに要求される要求発電量に対して所定の演算を行う。演算結果が所定の上限値以下であり且つ所定の下限値以上である場合には、制御装置７０は、演算結果を出力指令値として電源装置２Ａに渡す。一方、演算結果が所定の上限値より大きい場合には、制御装置７０は、当該所定の上限値を出力指令値として電源装置２Ａに渡す。また、演算結果が所定の下限値より小さい場合には、制御装置７０は、当該所定の下限値を出力指令値として電源装置２Ａに渡す。同様に、制御装置７０は、第２燃料電池スタック１０Ｂに要求される要求発電量に対して所定の演算を行う。演算結果が所定の上限値以下であり且つ所定の下限値以上である場合には、制御装置７０は、演算結果を出力指令値として電源装置２Ｂに渡す。一方、演算結果が所定の上限値より大きい場合には、制御装置７０は、当該所定の上限値を出力指令値として電源装置２Ｂに渡す。また、演算結果が所定の下限値より小さい場合には、制御装置７０は、当該所定の下限値を出力指令値として電源装置２Ｂに渡す。なお、所内空気供給装置４０及び補助用コンプレッサ３６が正常に動作していない場合は、後述するように、制御装置７０は出力指令値を０に決定する。 The output command value is calculated as follows. First, when the required power generation amount is input from the input unit 3, the control device 70 calculates the required power generation amount required for each fuel cell stack 10A, 10B, taking into account the rated power generation output of each fuel cell stack 10A, 10B. Next, the control device 70 performs a predetermined calculation on the required power generation amount required for the first fuel cell stack 10A. If the calculation result is equal to or less than a predetermined upper limit value and equal to or greater than a predetermined lower limit value, the control device 70 passes the calculation result to the power supply device 2A as an output command value. On the other hand, if the calculation result is greater than the predetermined upper limit value, the control device 70 passes the predetermined upper limit value to the power supply device 2A as an output command value. Also, if the calculation result is less than the predetermined lower limit value, the control device 70 passes the predetermined lower limit value to the power supply device 2A as an output command value. Similarly, the control device 70 performs a predetermined calculation on the required power generation amount required for the second fuel cell stack 10B. If the calculation result is equal to or less than a predetermined upper limit and equal to or greater than a predetermined lower limit, the control device 70 passes the calculation result to the power supply unit 2B as an output command value. On the other hand, if the calculation result is greater than the predetermined upper limit, the control device 70 passes the predetermined upper limit to the power supply unit 2B as an output command value. If the calculation result is less than the predetermined lower limit, the control device 70 passes the predetermined lower limit to the power supply unit 2B as an output command value. Note that if the on-site air supply unit 40 and the auxiliary compressor 36 are not operating normally, the control device 70 sets the output command value to 0, as described below.
なお、出力指令値の計算に用いられる上限値は、次のようにして決定される。通常は、電源装置２Ａに入力される出力指令値の計算に用いられる上限値は、第１燃料電池スタック１０Ａの定格発電出力と同じ値に設定されている。また、電源装置２Ｂに入力される出力指令値の計算に用いられる上限値は、第２燃料電池スタック１０Ｂの定格発電出力と同じ値に設定されている。しかしながら、燃料電池システム１００が発電中にバッファタンク内圧力計５０から得られるバッファタンク３４内の圧力が所定の圧力よりも低い場合には、バッファタンク３１から燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂに通常よりも少ない流量の空気しか供給することができないため、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂはその定格発電出力で発電することができない。このため、制御装置７０は、バッファタンク内圧力計５０によって測定された圧力に対応する新たな上限値を、各燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂについて求め、この新たな上限値を用いて各電源装置２Ａ，２Ｂに入力される出力指令値を決定する。ここで、電源装置２Ａに入力される新たな上限値は、第１燃料電池スタック１０Ａの定格発電出力よりも低い値である。また、電源装置２Ｂに入力される新たな上限値は、第２燃料電池スタック１０Ｂの定格発電出力よりも低い値である。例えば、新たな上限値は、バッファタンク３１内の圧力が上記測定された圧力であっても各燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂが出力可能な発電出力の最大値である。新たな上限値は、バッファタンク内圧力計５０によって測定された圧力に対して所定の演算を行うことによって求められる。この所定の演算は、制御装置７０の上限値演算部７１で行われる。 The upper limit value used in the calculation of the output command value is determined as follows. Usually, the upper limit value used in the calculation of the output command value input to the power supply device 2A is set to the same value as the rated power output of the first fuel cell stack 10A. Also, the upper limit value used in the calculation of the output command value input to the power supply device 2B is set to the same value as the rated power output of the second fuel cell stack 10B. However, if the pressure in the buffer tank 34 obtained from the buffer tank pressure gauge 50 while the fuel cell system 100 is generating power is lower than a predetermined pressure, only a smaller flow rate of air than normal can be supplied from the buffer tank 31 to the fuel cell stacks 10A and 10B, so that the fuel cell stacks 10A and 10B cannot generate power at their rated power output. For this reason, the control device 70 determines a new upper limit value corresponding to the pressure measured by the buffer tank pressure gauge 50 for each fuel cell stack 10A and 10B, and uses this new upper limit value to determine the output command value input to each power supply device 2A and 2B. Here, the new upper limit value input to the power supply device 2A is a value lower than the rated power output of the first fuel cell stack 10A. Also, the new upper limit value input to the power supply device 2B is a value lower than the rated power output of the second fuel cell stack 10B. For example, the new upper limit value is the maximum power output that each fuel cell stack 10A, 10B can output even if the pressure in the buffer tank 31 is the pressure measured above. The new upper limit value is found by performing a predetermined calculation on the pressure measured by the buffer tank internal pressure gauge 50. This predetermined calculation is performed by the upper limit value calculation unit 71 of the control device 70.
新たな上限値が設定されると、制御装置７０から電源装置２Ａ，２Ｂに新たな出力指令値が入力され、この新たな出力指令値に基づいて燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂで発電が行われる。新たな出力指令値は通常の上限値よりも低い新たな上限値を用いて決定されているため、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂが発電に必要とする空気の最大流量が低減される。このように、バッファタンク３４内の圧力が低下した場合に電源装置２に入力される出力設定値の上限値が下げられることにより、バッファタンク３４から燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂに（言い換えると、所内空気供給装置４０や補助用コンプレッサ３６からバッファタンク３４に）供給される空気流量が低下しても、燃料電池システム１００は発電動作を継続することができる。 When a new upper limit is set, a new output command value is input from the control device 70 to the power supply devices 2A and 2B, and power generation is performed in the fuel cell stacks 10A and 10B based on this new output command value. Because the new output command value is determined using a new upper limit value that is lower than the normal upper limit, the maximum flow rate of air required for power generation by the fuel cell stacks 10A and 10B is reduced. In this way, by lowering the upper limit of the output set value input to the power supply device 2 when the pressure in the buffer tank 34 drops, the fuel cell system 100 can continue generating power even if the flow rate of air supplied from the buffer tank 34 to the fuel cell stacks 10A and 10B (in other words, from the on-site air supply device 40 or the auxiliary compressor 36 to the buffer tank 34) drops.
また、燃料電池システム１００が発電中、制御装置７０は、所内空気供給圧力計５１から、所内空気供給装置４０が燃料電池システム１００に提供する圧縮空気の圧力に関する情報を取得する。これにより、制御装置７０は、所内空気供給装置４０が正常に動作しているか否かを判定する。具体的には、所内空気供給圧力計５１で測定される上記圧力が極めて低い場合には、制御装置７０は、所内空気供給装置４０が正常に動作していないと判断する。また、燃料電池システム１００が発電中、制御装置７０は、補助用コンプレッサ３６が正常に動作しているか否かを判定する。例えば、制御装置７０は、補助用コンプレッサ３６から動作信号を受信しない場合には、補助用コンプレッサ３６が故障して停止していると判断する。所内空気供給装置４０が正常に動作していず、且つ、補助用コンプレッサ３６が停止している場合、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂに空気を供給することができない。この場合、制御装置７０は、各電源装置２Ａ，２Ｂに入力する出力指令値を０と決定して、電源装置２Ａ，２Ｂに渡す。これにより、燃料電池システム１００の運転を安全に停止させることができる。 Also, while the fuel cell system 100 is generating electricity, the control device 70 obtains information from the on-site air supply pressure gauge 51 regarding the pressure of the compressed air provided by the on-site air supply device 40 to the fuel cell system 100. As a result, the control device 70 determines whether the on-site air supply device 40 is operating normally. Specifically, if the pressure measured by the on-site air supply pressure gauge 51 is extremely low, the control device 70 determines that the on-site air supply device 40 is not operating normally. Also, while the fuel cell system 100 is generating electricity, the control device 70 determines whether the auxiliary compressor 36 is operating normally. For example, if the control device 70 does not receive an operation signal from the auxiliary compressor 36, it determines that the auxiliary compressor 36 has broken down and is stopped. If the on-site air supply device 40 is not operating normally and the auxiliary compressor 36 is stopped, air cannot be supplied to the fuel cell stacks 10A, 10B. In this case, the control device 70 determines the output command value to be input to each power supply device 2A, 2B as 0 and passes it to the power supply devices 2A, 2B. This allows the operation of the fuel cell system 100 to be stopped safely.
なお、所内空気供給装置４０及び補助用コンプレッサ３６が正常に動作しているか否かの判定は、バッファタンク内圧力計５０から得られるバッファタンク３４内の圧力に基づいて行ってもよい。具体的には、バッファタンク内圧力計５０が計測する圧力が極めて低いままである場合には、制御装置７０は、所内空気供給装置４０及び補助用コンプレッサ３６のいずれも正常に動作していないと判断してもよい。 The determination of whether the on-site air supply device 40 and the auxiliary compressor 36 are operating normally may be made based on the pressure in the buffer tank 34 obtained from the buffer tank pressure gauge 50. Specifically, if the pressure measured by the buffer tank pressure gauge 50 remains extremely low, the control device 70 may determine that neither the on-site air supply device 40 nor the auxiliary compressor 36 are operating normally.
以上のように、変形例による燃料電池システム１００は、水素と酸素とを用いて電気を発生させる複数の燃料電池スタック１０Ａ、１０Ｂと、複数の燃料電池スタック１０Ａ、１０Ｂに空気を分配する空気分配流路３１０と、を備えている。空気分配流路３１０は、所内空気又は制御用空気が導入される圧縮空気導入口３２を有している。空気分配流路３１０上には、圧縮空気導入口３２と複数の燃料電池スタック１０Ａ、１０Ｂとの間に、減圧弁３３が設けられている。このような燃料電池システム１００によっても、燃料電池システム１００がブロワ等の空気供給装置を含む場合と比較して、燃料電池システム１００を小型化することができる。また、燃料電池システム１００の発電出力の応答性を向上させることができる。 As described above, the fuel cell system 100 according to the modified example includes a plurality of fuel cell stacks 10A, 10B that generate electricity using hydrogen and oxygen, and an air distribution passage 310 that distributes air to the plurality of fuel cell stacks 10A, 10B. The air distribution passage 310 has a compressed air inlet 32 through which the facility air or control air is introduced. A pressure reducing valve 33 is provided on the air distribution passage 310 between the compressed air inlet 32 and the plurality of fuel cell stacks 10A, 10B. This fuel cell system 100 can also be made smaller than when the fuel cell system 100 includes an air supply device such as a blower. In addition, the responsiveness of the power generation output of the fuel cell system 100 can be improved.
また、変形例による燃料電池システム１００において、空気分配流路３１０上には、減圧弁３３と複数の燃料電池スタック１０Ａ、１０Ｂとの間に、減圧弁３３で減圧された空気を収容可能なバッファタンク３４と、バッファタンク３４から各燃料電池スタック１０Ａ、１０Ｂへの空気の流量を調節する流量調節弁３５Ａ，３５Ｂと、が設けられている。このような燃料電池システム１００によれば、各燃料電池スタック１０Ａ、１０Ｂに、所望の圧力の空気を所望の流量で安定して供給することができる。 In addition, in the fuel cell system 100 according to the modified example, a buffer tank 34 capable of storing air decompressed by the pressure reducing valve 33 and flow rate control valves 35A, 35B for controlling the flow rate of air from the buffer tank 34 to each of the fuel cell stacks 10A, 10B are provided on the air distribution passage 310 between the pressure reducing valve 33 and the multiple fuel cell stacks 10A, 10B. With this fuel cell system 100, air at a desired pressure and flow rate can be stably supplied to each of the fuel cell stacks 10A, 10B.
また、変形例による燃料電池システム１００は、バッファタンク３４に圧縮空気を導入する補助用コンプレッサ３６を更に備えている。このような燃料電池システム１００によれば、何らかの理由で所内空気供給装置４０や制御用空気供給装置から十分な圧縮空気が得られない場合であっても、バッファタンク３４を十分な量の圧縮空気で満たすことができる。したがって、各燃料電池スタック１０Ａ、１０Ｂに、所望の圧力の空気を所望の流量で、より安定して供給することができる。 The fuel cell system 100 according to the modified example further includes an auxiliary compressor 36 that introduces compressed air into the buffer tank 34. With this fuel cell system 100, even if for some reason sufficient compressed air cannot be obtained from the on-site air supply device 40 or the control air supply device, the buffer tank 34 can be filled with a sufficient amount of compressed air. Therefore, air at the desired pressure and at the desired flow rate can be more stably supplied to each fuel cell stack 10A, 10B.
上述した実施の形態やその変形は、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。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、上述した実施の形態やその変形を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。 The above-described embodiments and their modifications are within the scope and spirit of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims. Naturally, the above-described embodiments and their modifications can be combined in part as appropriate within the spirit of the present invention.
１，１００：燃料電池システム、２：電源装置、３：入力部、１０，１０Ａ，１０Ｂ：燃料電池スタック、１１：アノード電極、１２：カソード電極、２０，２０Ａ，２０Ｂ：水素供給系、２１：水素供給源、２２：水素流路、３０，３００：酸素供給系、３１：空気流路、３２：圧縮空気導入口、３３：減圧弁、３４：バッファタンク、３５，３５Ａ，３５Ｂ：流量調節弁、３６：補助用コンプレッサ、３７：補助用空気流路、３８：流量調節弁、４０：所内空気供給装置、５０：バッファタンク内圧力計、５１：所内空気供給圧力計、６０：フィルタ装置、６１：逆止弁、７０：制御装置、７１：上限値演算部、３１０：空気分配流路、３１１：本流路、３１２：第１分流路、３１３：第２分流路 1,100: fuel cell system, 2: power supply unit, 3: input unit, 10, 10A, 10B: fuel cell stack, 11: anode electrode, 12: cathode electrode, 20, 20A, 20B: hydrogen supply system, 21: hydrogen supply source, 22: hydrogen flow path, 30, 300: oxygen supply system, 31: air flow path, 32: compressed air inlet, 33: pressure reducing valve, 34: buffer tank, 35, 35A, 35B: flow control valve, 36: auxiliary compressor, 37: auxiliary air flow path, 38: flow control valve, 40: on-site air supply unit, 50: buffer tank pressure gauge, 51: on-site air supply pressure gauge, 60: filter unit, 61: check valve, 70: control unit, 71: upper limit calculation unit, 310: air distribution flow path, 311: main flow path, 312: first branch flow path, 313: second branch flow path
Claims (7)
水素と酸素とを用いて電気を発生させる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに接続された空気流路と、
を備え、
前記空気流路は、所内空気又は制御用空気が導入される圧縮空気導入口を有し、
前記所内空気及び前記制御用空気は、前記燃料電池システムが配置される施設に既設の装置から供給される空気であり、
前記空気流路上には、前記圧縮空気導入口と前記燃料電池スタックとの間に、減圧弁が設けられ、
前記空気流路上には、前記減圧弁と前記燃料電池スタックとの間に、前記減圧弁で減圧された空気を収容するバッファタンクと、前記バッファタンクから前記燃料電池スタックへの空気の流量を調節する流量調節弁と、が設けられている、燃料電池システム。 1. A fuel cell system comprising:
a fuel cell stack that generates electricity using hydrogen and oxygen;
an air flow path connected to the fuel cell stack;
Equipped with
The air flow path has a compressed air inlet through which facility air or control air is introduced,
the indoor air and the control air are air supplied from existing devices in a facility in which the fuel cell system is installed,
a pressure reducing valve is provided on the air flow path between the compressed air inlet and the fuel cell stack ;
a buffer tank for storing air reduced in pressure by the pressure reducing valve, and a flow rate control valve for controlling the flow rate of air from the buffer tank to the fuel cell stack, the buffer tank being disposed on the air flow path between the pressure reducing valve and the fuel cell stack.
水素と酸素とを用いて電気を発生させる複数の燃料電池スタックと、
前記複数の燃料電池スタックに空気を分配する空気分配流路と、
を備え、
前記空気分配流路は、所内空気又は制御用空気が導入される圧縮空気導入口を有し、
前記所内空気及び前記制御用空気は、前記燃料電池システムが配置される施設に既設の装置から供給される空気であり、
前記空気分配流路上には、前記圧縮空気導入口と前記複数の燃料電池スタックとの間に、減圧弁が設けられ、
前記空気分配流路上には、前記減圧弁と前記複数の燃料電池スタックとの間に、前記減圧弁で減圧された空気を収容可能なバッファタンクと、前記バッファタンクから各燃料電池スタックへの空気の流量を調節する流量調節弁と、が設けられている、燃料電池システム。 1. A fuel cell system comprising:
a plurality of fuel cell stacks that generate electricity using hydrogen and oxygen;
an air distribution passage that distributes air to the plurality of fuel cell stacks;
Equipped with
The air distribution flow path has a compressed air inlet into which facility air or control air is introduced,
the indoor air and the control air are air supplied from existing devices in a facility in which the fuel cell system is installed,
a pressure reducing valve is provided on the air distribution flow path between the compressed air inlet and the plurality of fuel cell stacks ;
a buffer tank capable of storing air reduced in pressure by the pressure reducing valve, and a flow control valve for controlling the flow rate of air from the buffer tank to each fuel cell stack, the buffer tank being disposed on the air distribution path between the pressure reducing valve and the plurality of fuel cell stacks.
前記バッファタンク内の圧力を計測する圧力計と、
を更に備え、
前記制御装置は、前記圧力計によって計測された前記バッファタンク内の圧力が所定の圧力より低い場合、前記上限値を下げて新たな出力指令値を算出し、前記燃料電池スタックに当該新たな出力指令値に応じた発電出力で発電させる、請求項１～４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 a control device that calculates an output command value equal to or less than a predetermined upper limit value based on a required power generation amount required of the fuel cell stack and the predetermined upper limit value, and causes the fuel cell stack to generate power at a power generation output according to the output command value;
A pressure gauge that measures the pressure in the buffer tank;
Further comprising:
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein, when the pressure in the buffer tank measured by the pressure gauge is lower than a predetermined pressure, the control device lowers the upper limit value, calculates a new output command value, and causes the fuel cell stack to generate power at a power generation output according to the new output command value.
補助用コンプレッサと、
前記補助用コンプレッサで圧縮された空気を前記バッファタンクに導入する補助用空気流路と、
を更に備え、
前記補助用コンプレッサは、前記圧力計によって計測された前記バッファタンク内の圧力が所定の圧力より低い場合に起動される、請求項１～５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 A pressure gauge that measures the pressure in the buffer tank;
An auxiliary compressor;
an auxiliary air flow path that introduces air compressed by the auxiliary compressor into the buffer tank;
Further comprising:
6. The fuel cell system according to claim 1 , wherein the auxiliary compressor is activated when the pressure in the buffer tank measured by the pressure gauge is lower than a predetermined pressure.
前記バッファタンク内の圧力を計測する圧力計と、
を更に備え、
前記制御装置は、前記圧力計によって計測される前記バッファタンク内の圧力が所定の圧力より低い状態が所定時間継続された場合、前記燃料電池システムを停止させる、請求項１～６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 a control device that calculates an output command value based on a required power generation amount required for the fuel cell stack and causes the fuel cell stack to generate power at a power generation output according to the output command value;
A pressure gauge that measures the pressure in the buffer tank;
Further comprising:
7. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control device stops the fuel cell system when the pressure in the buffer tank measured by the pressure gauge remains lower than a predetermined pressure for a predetermined period of time.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022015903A JP7655874B2 (en) | 2022-02-03 | 2022-02-03 | Fuel Cell Systems |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022015903A JP7655874B2 (en) | 2022-02-03 | 2022-02-03 | Fuel Cell Systems |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023113490A JP2023113490A (en) | 2023-08-16 |
| JP7655874B2 true JP7655874B2 (en) | 2025-04-02 |
Family
ID=87566322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022015903A Active JP7655874B2 (en) | 2022-02-03 | 2022-02-03 | Fuel Cell Systems |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7655874B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102024200041A1 (en) * | 2024-01-03 | 2025-07-03 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Electrochemical system, central fluid supply module and process |
| CN120709427B (en) * | 2025-08-27 | 2025-12-12 | 氢质氢离(北京)氢能科技有限公司 | Hydrogen fuel cell air path flow detection control system and method |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004265828A (en) | 2003-03-04 | 2004-09-24 | Nittetsu Elex Co Ltd | Humidification gas supply method |
| JP2005348499A (en) | 2004-06-02 | 2005-12-15 | Suzuki Motor Corp | Control device for vehicle equipped with fuel cell |
| JP2006073444A (en) | 2004-09-06 | 2006-03-16 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2007157479A (en) | 2005-12-05 | 2007-06-21 | Mitsubishi Materials Corp | Fuel cell |
| JP2009087862A (en) | 2007-10-02 | 2009-04-23 | Mitsubishi Materials Corp | Method for stopping operation of fuel cell and fuel cell power generator |
| JP2019129110A (en) | 2018-01-26 | 2019-08-01 | マイクロコントロールシステムズ株式会社 | Device and method which can supply electric power/low oxygen gas |
| JP2020035609A (en) | 2018-08-29 | 2020-03-05 | ヤンマー株式会社 | Fuel cell system and fuel cell ship |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08167418A (en) * | 1994-12-12 | 1996-06-25 | Toshiba Corp | Power plant control method and fuel cell power plant control apparatus using the method |
-
2022
- 2022-02-03 JP JP2022015903A patent/JP7655874B2/en active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004265828A (en) | 2003-03-04 | 2004-09-24 | Nittetsu Elex Co Ltd | Humidification gas supply method |
| JP2005348499A (en) | 2004-06-02 | 2005-12-15 | Suzuki Motor Corp | Control device for vehicle equipped with fuel cell |
| JP2006073444A (en) | 2004-09-06 | 2006-03-16 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2007157479A (en) | 2005-12-05 | 2007-06-21 | Mitsubishi Materials Corp | Fuel cell |
| JP2009087862A (en) | 2007-10-02 | 2009-04-23 | Mitsubishi Materials Corp | Method for stopping operation of fuel cell and fuel cell power generator |
| JP2019129110A (en) | 2018-01-26 | 2019-08-01 | マイクロコントロールシステムズ株式会社 | Device and method which can supply electric power/low oxygen gas |
| JP2020035609A (en) | 2018-08-29 | 2020-03-05 | ヤンマー株式会社 | Fuel cell system and fuel cell ship |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023113490A (en) | 2023-08-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2598361C2 (en) | Management of operation of pem-fuel-cell-stack backup electric generator | |
| JP2501872B2 (en) | Method for converting inert gas of fuel electrode when fuel cell is shut down | |
| JP7655874B2 (en) | Fuel Cell Systems | |
| US9112198B2 (en) | Closed loop type fuel cell system | |
| WO2019216047A1 (en) | Carbon dioxide supply system | |
| JP2004303717A (en) | Fuel cell system | |
| WO2009016985A1 (en) | Fuel cell system and its control method | |
| JP5236966B2 (en) | Fuel cell and operation method thereof | |
| JP2019207869A (en) | Fuel cell system | |
| JP2003331889A (en) | Fuel cell system | |
| WO2017047251A1 (en) | Fuel cell system | |
| US20080292928A1 (en) | Method for purging pem-type fuel cells | |
| JP5082790B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP2004185969A (en) | Fuel cell system | |
| JP5411901B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP2009522724A (en) | Air draw through fuel cell fuel recycle loop | |
| JP2023184385A (en) | Fuel cell system and its purge control method | |
| JP2008235204A (en) | Fuel cell system | |
| JP2006147525A (en) | Fuel cell system | |
| JP7481960B2 (en) | Fuel Cell Systems | |
| JP6971623B2 (en) | Fuel cell power generation system and control method of fuel cell power generation system | |
| JP5650919B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP2008235206A (en) | Fuel cell system | |
| KR102711110B1 (en) | Automatic control device and method for stabilizing hydrogen supply to fuel cells | |
| JP4886161B2 (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: 20240311 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240930 |
|
| 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: 20241127 |
|
| 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: 20250221 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250321 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7655874 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |