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JP2007317472A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2007317472A
JP2007317472A JP2006145109A JP2006145109A JP2007317472A JP 2007317472 A JP2007317472 A JP 2007317472A JP 2006145109 A JP2006145109 A JP 2006145109A JP 2006145109 A JP2006145109 A JP 2006145109A JP 2007317472 A JP2007317472 A JP 2007317472A
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fuel cell
gas
bypass
path
bypass valve
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Application number
JP2006145109A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomotaka Ishikawa
智隆 石川
Naohisa Tsuchiya
尚久 土屋
Hiroyuki Yumiya
浩之 弓矢
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system enhancing sound deadening effect during opening of a bypass valve. <P>SOLUTION: In the fuel cell system equipped with a bypass passage 17 connecting a supply passage 11 and an exhaust passage 12 so that oxidative gas flows by bypassing a fuel cell 2; a bypass valve 18 opening and closing the bypass passage 17, the length of at least one of the supply passage 11, the exhaust passage 12 and the bypass passage 17 is adjusted so that the oxidative gas and oxidative offgas, their phases are shifted each other, are joined during opening of the bypass valve 18. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池に対して酸化ガスをバイパス可能な燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system capable of bypassing an oxidizing gas to a fuel cell.

燃料電池自動車などに搭載される燃料電池は、アノードに供給された燃料ガス中の水素とカソードに供給された酸化ガス中の酸素との化学反応によって、電力を発生する。一般に、燃料電池から排出される燃料オフガスは、水素希釈器を通り、水素濃度が低減された状態で大気中へ排出される。一方、燃料電池から排出される酸化オフガスは、希釈器を通ることなく、そのまま大気中へと排出される。   A fuel cell mounted on a fuel cell vehicle or the like generates electric power by a chemical reaction between hydrogen in fuel gas supplied to the anode and oxygen in oxidizing gas supplied to the cathode. In general, the fuel off-gas discharged from the fuel cell passes through a hydrogen diluter and is discharged into the atmosphere with a reduced hydrogen concentration. On the other hand, the oxidizing off gas discharged from the fuel cell is discharged directly into the atmosphere without passing through the diluter.

ところが、発電効率が低い状態で燃料電池を運転している場合には、アノードから水素が排出されるだけでなくカソードからも水素(主にポンピング水素)が排出されることもあり、酸化オフガス中に水素が含まれる可能性がある。このような場合には、酸化オフガスをそのまま大気中へと排出することは環境上好ましくない。   However, when the fuel cell is operated with low power generation efficiency, not only hydrogen is discharged from the anode but also hydrogen (mainly pumping hydrogen) is discharged from the cathode. May contain hydrogen. In such a case, it is not environmentally preferable to discharge the oxidizing off gas to the atmosphere as it is.

酸化オフガス中の水素濃度を低減できるようにした燃料電池システムとして、例えば特許文献1に記載のものが知られている。この燃料電池システムは、酸化ガスの供給路と酸化オフガスの排気路とを連通するバイパス路と、バイパス路を開閉するバイパス弁と、排気路の下流端部に設けた消音器と、を備える。燃料電池システムは、酸化オフガス中の水素濃度が高まったときにバイパス弁を開弁し、エアコンプレッサにより酸化ガスを酸化オフガスに導入することで、酸化オフガス中の水素濃度を低減するようにしている。
特開2004−172027号公報
As a fuel cell system capable of reducing the hydrogen concentration in the oxidizing off gas, for example, the one described in Patent Document 1 is known. This fuel cell system includes a bypass passage that communicates an oxidizing gas supply passage and an oxidizing off-gas exhaust passage, a bypass valve that opens and closes the bypass passage, and a silencer provided at a downstream end of the exhaust passage. The fuel cell system opens the bypass valve when the hydrogen concentration in the oxidizing off gas increases, and introduces the oxidizing gas into the oxidizing off gas by an air compressor, thereby reducing the hydrogen concentration in the oxidizing off gas. .
JP 2004-172027 A

このような従来の燃料電池システムでは、バイパス弁の開弁中に、エアコンプレッサからの脈動音等の音は燃料電池を通らずにバイパス路から排気路へと伝達され得る。このため、バイパス弁の開弁中に酸化ガスと酸化オフガスとが合流することによって、共鳴が発生し、大きな音が発生するおそれがあった。もっとも、従来の燃料電池システムには消音器が設けられているが、この消音器は排気が大気放出されるときに消音効果を奏するものであり、バイパス弁の開弁に伴って発生し得る音までは充分に消音できるものではなかった。   In such a conventional fuel cell system, during opening of the bypass valve, sound such as pulsation sound from the air compressor can be transmitted from the bypass path to the exhaust path without passing through the fuel cell. For this reason, when the oxidant gas and the oxidant off-gas merge while the bypass valve is opened, resonance may occur and a loud sound may be generated. However, the conventional fuel cell system is provided with a silencer. This silencer has a silencing effect when the exhaust gas is released into the atmosphere, and the sound that can be generated when the bypass valve is opened. Until then, it was not able to mute enough.

本発明は、バイパス弁が開弁中の消音効果を高めることができる燃料電池システムを提供することをその目的としている。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of enhancing the silencing effect while the bypass valve is open.

上記目的を達成するべく、本発明の燃料電池システムは、燃料電池に供給される酸化ガスが流れる供給路と、供給路に設けられ、酸化ガスを燃料電池に圧送する供給機と、燃料電池から排出される酸化オフガスが流れる排出路と、酸化ガスが燃料電池をバイパスして流れるように、供給路と排出路とを接続するバイパス路と、バイパス路を開閉するバイパス弁と、を備えた燃料電池システムにおいて、供給路、排出路及びバイパス路の少なくとも一つは、バイパス弁の開弁中に互いに位相のずれた酸化ガスと酸化オフガスとが合流するように、管路長が調整されているものである。   In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention includes a supply path through which an oxidizing gas supplied to a fuel cell flows, a supply device provided in the supply path, for pumping the oxidizing gas to the fuel cell, and a fuel cell. A fuel provided with a discharge path through which discharged oxidation off-gas flows, a bypass path that connects the supply path and the discharge path so that the oxidizing gas flows through the fuel cell, and a bypass valve that opens and closes the bypass path In the battery system, at least one of the supply path, the discharge path, and the bypass path is adjusted in pipe length so that the oxidant gas and the oxidant off-gas that are out of phase with each other are merged during the opening of the bypass valve. Is.

かかる構成によれば、互いに位相のずれた酸化ガスと酸化オフガスとが合流するため、酸化ガスがもたらす音と酸化オフガスがもたらす音とが、お互いに打ち消すように減衰することが可能となる。これにより、酸化ガスと酸化オフガスとの合流によって大きな音が発生するのを抑制でき、バイパス弁が開弁中の消音効果を高めることができる。また、バイパス路に消音器や音源を別途設けなくても済むようになる。   According to such a configuration, the oxidizing gas and the oxidizing off gas that are out of phase with each other merge, so that the sound caused by the oxidizing gas and the sound caused by the oxidizing off gas can be attenuated so as to cancel each other. Thereby, it is possible to suppress the generation of a loud sound due to the merging of the oxidizing gas and the oxidizing off gas, and it is possible to enhance the silencing effect while the bypass valve is open. In addition, it is not necessary to provide a silencer or a sound source separately on the bypass path.

好ましくは、本発明の燃料電池システムは、バイパス弁を開閉制御する制御装置を備える。   Preferably, the fuel cell system of the present invention includes a control device that controls opening and closing of the bypass valve.

この構成によれば、例えば燃料電池システムの状況に応じて、バイパス弁の開閉を適切に制御できる。   According to this configuration, for example, the opening / closing of the bypass valve can be appropriately controlled according to the state of the fuel cell system.

上記目的を達成するべく、本発明の他の燃料電池システムは、燃料電池に供給される酸化ガスが流れる供給路と、供給路に設けられ、酸化ガスを燃料電池に圧送する供給機と、燃料電池から排出される酸化オフガスが流れる排出路と、酸化ガスが燃料電池をバイパスして流れるように、供給路と排出路とを接続するバイパス路と、バイパス路を開閉するバイパス弁と、を備えた燃料電池システムにおいて、バイパス弁の開弁中に酸化ガスと酸化オフガスとの合流により共鳴が発生しないように、バイパス弁を開閉制御する制御装置を備えたものである。   In order to achieve the above object, another fuel cell system of the present invention includes a supply path through which an oxidizing gas supplied to the fuel cell flows, a supply device provided in the supply path, for pumping the oxidizing gas to the fuel cell, a fuel A discharge path through which the oxidizing off-gas discharged from the battery flows, a bypass path that connects the supply path and the discharge path so that the oxidizing gas flows through the fuel cell, and a bypass valve that opens and closes the bypass path The fuel cell system further includes a control device that controls the opening and closing of the bypass valve so that resonance does not occur due to the merging of the oxidizing gas and the oxidizing off gas during the opening of the bypass valve.

この構成によれば、共鳴を考慮してバイパス弁を開閉制御するため、酸化ガスと酸化オフガスとの合流によって大きな音が発生するのを抑制できる。これにより、バイパス路に別個の装置(消音器や音源)を設けなくとも、バイパス弁が開弁中の消音効果を高めることができる。   According to this configuration, since the bypass valve is controlled to open and close in consideration of resonance, it is possible to suppress generation of a loud sound due to the merging of the oxidizing gas and the oxidizing off gas. Thereby, even if a separate device (a silencer or a sound source) is not provided in the bypass path, the silencing effect while the bypass valve is open can be enhanced.

好ましくは、制御装置は、バイパス弁の開弁中に酸化ガスと酸化オフガスとの合流により共鳴が発生する弁開度をスキップするように、バイパス弁を開閉制御する。   Preferably, the control device controls the opening and closing of the bypass valve so as to skip a valve opening at which resonance occurs due to the merging of the oxidizing gas and the oxidizing off gas while the bypass valve is open.

こうすることで、共鳴が発生しない弁開度でバイパス弁を開閉することができる。   By doing so, the bypass valve can be opened and closed with a valve opening at which resonance does not occur.

上記した本発明の燃料電池システムの一態様によれば、制御装置は、燃料電池システムの運転時にバイパス弁を閉弁し、燃料電池システムの起動時にバイパス弁を開弁することが好ましい。より好ましくは、制御装置は、燃料電池システムの起動時であって所定の低温時にのみ、バイパス弁を開弁する。   According to one aspect of the fuel cell system of the present invention described above, the control device preferably closes the bypass valve when the fuel cell system is in operation and opens the bypass valve when the fuel cell system is started. More preferably, the control device opens the bypass valve only when the fuel cell system is activated and at a predetermined low temperature.

また、本発明の燃料電池システムの別の一態様によれば、制御装置は、燃料電池システムの通常運転に比して電力損失の大きな低効率運転を行う際、バイパス弁を開弁することが好ましい。   Further, according to another aspect of the fuel cell system of the present invention, the control device can open the bypass valve when performing the low-efficiency operation with a large power loss compared to the normal operation of the fuel cell system. preferable.

この構成によれば、消音効果を高めつつ、低効率発電時であっても酸化オフガスを酸化ガスで希釈できる。これにより、排出路から、規制範囲を超えた燃料ガス(例えば水素ガス)が外部に排出されることを抑制できる。   According to this configuration, it is possible to dilute the oxidizing off gas with the oxidizing gas while enhancing the silencing effect even during low-efficiency power generation. Thereby, it can suppress that the fuel gas (for example, hydrogen gas) exceeding the regulation range is discharged | emitted from the discharge path outside.

燃料電池システムが低効率運転を行うと、燃料電池の自己発熱が促進される。そこで、低効率運転は、所定の低温時にのみ行われることが好ましい。   When the fuel cell system operates at low efficiency, self-heating of the fuel cell is promoted. Therefore, it is preferable that the low efficiency operation is performed only at a predetermined low temperature.

かかる構成によれば、効率よく燃料電池を暖機することができる。   According to this configuration, the fuel cell can be warmed up efficiently.

上記した本発明の燃料電池システムは、供給機の下流側の供給路に設けられ、酸化ガスを加湿する加湿器を更に備え、供給路とバイパス路との供給側接続部は、加湿器よりも上流側に位置していることが好ましい。   The above-described fuel cell system of the present invention further includes a humidifier that is provided in a supply path on the downstream side of the supply machine and humidifies the oxidizing gas, and the supply-side connection portion between the supply path and the bypass path is more than the humidifier. It is preferable that it is located upstream.

また、本発明の燃料電池システムは、排出路に設けられた調圧弁を更に備えることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the fuel cell system of the present invention further includes a pressure regulating valve provided in the discharge path.

以上説明したように、本発明の燃料電池システムによれば、バイパス弁が開弁中の消音効果を高めることができる。   As described above, according to the fuel cell system of the present invention, it is possible to enhance the silencing effect while the bypass valve is open.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。この燃料電池システムは、燃料電池に対して酸化ガスをバイパス可能なものであり、バイパスした酸化ガスと酸化オフガスとの合流によって、大きな音が発生しないように構成されたものである。   Hereinafter, a fuel cell system according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. This fuel cell system can bypass the oxidizing gas with respect to the fuel cell, and is configured not to generate a loud sound due to the merging of the bypassed oxidizing gas and the oxidizing off gas.

<第1実施形態>
図1は、燃料電池システム1の構成図である。
本実施形態の燃料電池システム1は、燃料電池自動車(FCHV)、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両に搭載することができるが、もちろん車両のみならず各種移動体(例えば、船舶や飛行機、ロボットなど)や定置型電源にも適用可能である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system 1.
The fuel cell system 1 of the present embodiment can be mounted on a vehicle such as a fuel cell vehicle (FCHV), an electric vehicle, and a hybrid vehicle. Of course, not only the vehicle but also various moving bodies (for example, ships, airplanes, robots, etc.) ) And stationary power sources.

燃料電池システム1は、燃料電池2と、酸化ガスとしての空気(酸素)を燃料電池2に供給する酸化ガス配管系3と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池2に供給する燃料ガス配管系4と、燃料電池2に冷媒を供給して燃料電池2を冷却する冷媒配管系5と、システム1の電力を充放電する電力系6と、システム全体を統括制御する制御装置7と、を備えている。   The fuel cell system 1 includes a fuel cell 2, an oxidizing gas piping system 3 that supplies air (oxygen) as an oxidizing gas to the fuel cell 2, and a fuel gas piping system that supplies hydrogen gas as a fuel gas to the fuel cell 2. 4, a refrigerant piping system 5 that supplies the refrigerant to the fuel cell 2 to cool the fuel cell 2, a power system 6 that charges and discharges the power of the system 1, and a control device 7 that performs overall control of the entire system. ing.

燃料電池2は、例えば固体高分子電解質型で構成され、多数の単セルを積層したスタック構造を備えている。単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極(カソード)を有し、他方の面に燃料極(アノード)を有し、さらに空気極及び燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有している。一方のセパレータの酸化ガス流路2aに酸化ガスが供給され、他方のセパレータの燃料ガス流路2bに燃料ガスが供給される。供給された燃料ガス及び酸化ガスの電気化学反応により、燃料電池2は電力を発生する。燃料電池2での電気化学反応は発熱反応であり、固体高分子電解質型の燃料電池2の温度は、およそ60〜80℃となる。   The fuel cell 2 is formed of, for example, a solid polymer electrolyte type and has a stack structure in which a large number of single cells are stacked. The single cell has an air electrode (cathode) on one surface of an electrolyte made of an ion exchange membrane, a fuel electrode (anode) on the other surface, and a pair of the air electrode and the fuel electrode sandwiched from both sides. Of separators. An oxidizing gas is supplied to the oxidizing gas channel 2a of one separator, and a fuel gas is supplied to the fuel gas channel 2b of the other separator. The fuel cell 2 generates electric power by the electrochemical reaction of the supplied fuel gas and oxidizing gas. The electrochemical reaction in the fuel cell 2 is an exothermic reaction, and the temperature of the solid polymer electrolyte fuel cell 2 is approximately 60 to 80 ° C.

酸化ガス配管系3は、燃料電池2に供給される酸化ガスが流れる供給路11と、燃料電池2から排出された酸化オフガスが流れる排出路12と、酸化ガスが燃料電池2をバイパスして流れるバイパス路17と、を有している。供給路11の下流端は酸化ガス流路2aの上流端に連通し、排出路12の上流端は酸化ガス流路2aの下流端に連通している。酸化オフガスには、燃料電池2の空気極側で生成されるポンピング水素などが含まれる(詳細は後述する。)。また、酸化オフガスは、燃料電池2の電池反応により生成された水分を含むため高湿潤状態となっている。   The oxidizing gas piping system 3 includes a supply path 11 through which the oxidizing gas supplied to the fuel cell 2 flows, a discharge path 12 through which the oxidizing off gas discharged from the fuel cell 2 flows, and the oxidizing gas flows bypassing the fuel cell 2. And a bypass 17. The downstream end of the supply path 11 communicates with the upstream end of the oxidizing gas flow path 2a, and the upstream end of the discharge path 12 communicates with the downstream end of the oxidizing gas flow path 2a. The oxidizing off gas includes pumping hydrogen generated on the air electrode side of the fuel cell 2 (details will be described later). Further, the oxidizing off gas is in a highly moist state because it contains moisture generated by the cell reaction of the fuel cell 2.

供給路11には、エアクリーナ13を介して酸化ガス(外気)を取り込むコンプレッサ14(供給機)と、コンプレッサ14により燃料電池2に圧送される酸化ガスを加湿する加湿器15と、が設けられている。加湿器15は、供給路11を流れる低湿潤状態の酸化ガスと、排出路12を流れる高湿潤状態の酸化オフガスとの間で水分交換を行い、燃料電池2に供給される酸化ガスを適度に加湿する。   The supply path 11 is provided with a compressor 14 (feeder) that takes in the oxidizing gas (outside air) via the air cleaner 13 and a humidifier 15 that humidifies the oxidizing gas pumped to the fuel cell 2 by the compressor 14. Yes. The humidifier 15 exchanges moisture between the low-humidity oxidizing gas flowing in the supply passage 11 and the high-humidity oxidizing off-gas flowing in the discharge passage 12, and appropriately supplies the oxidizing gas supplied to the fuel cell 2. Humidify.

燃料電池2に供給される酸化ガスの背圧は、カソード出口付近の排出路12に配設された背圧調整弁16によって調圧される。背圧調整弁16の近傍には、排出路12内の圧力を検出する圧力センサP1が設けられている。酸化オフガスは、背圧調整弁16及び加湿器15を経て最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。   The back pressure of the oxidizing gas supplied to the fuel cell 2 is regulated by a back pressure regulating valve 16 disposed in the discharge path 12 near the cathode outlet. In the vicinity of the back pressure adjusting valve 16, a pressure sensor P1 for detecting the pressure in the discharge passage 12 is provided. The oxidizing off gas passes through the back pressure regulating valve 16 and the humidifier 15 and is finally exhausted into the atmosphere outside the system as exhaust gas.

バイパス路17は、供給路11と排出路12とを接続している。バイパス路17と供給路11との供給側接続部Bは、コンプレッサ14と加湿器15との間に位置している。また、バイパス路17と排出路12との排出側接続部Cは、加湿器15の下流側に位置している。バイパス路17には、モータ又はソレノイドなどで駆動する開閉弁(シャット弁)であるバイパス弁18が設けられている。バイパス弁18は、制御装置7に接続されており、バイパス路17を開閉する。なお、以下の説明では、バイパス弁18の開弁により、バイパス路17の下流へとバイパスされる酸化ガスを「バイパスエア」と称呼する。   The bypass path 17 connects the supply path 11 and the discharge path 12. A supply side connection B between the bypass path 17 and the supply path 11 is located between the compressor 14 and the humidifier 15. Further, the discharge side connection portion C between the bypass path 17 and the discharge path 12 is located on the downstream side of the humidifier 15. The bypass passage 17 is provided with a bypass valve 18 that is an on-off valve (shut valve) driven by a motor or a solenoid. The bypass valve 18 is connected to the control device 7 and opens and closes the bypass path 17. In the following description, the oxidizing gas that is bypassed downstream of the bypass passage 17 by opening the bypass valve 18 is referred to as “bypass air”.

なお、バイパス弁18の一次側と二次側との差圧は大きいため、仮にバイパス弁18の閉弁時に弁体と弁座との間に隙間が僅かに存在すると、バイパス弁18の二次側へのバイパスエアの漏れ量が多くなってしまう。バイパス弁18の閉弁時のシール効果が十分でないと、バイパス弁18が閉弁している通常運転時(詳細は後述する。)において、コンプレッサ14の効率を低下させてしまう。そこで、好ましいバイパス弁18の態様としては、セルフシーリング構造を有するポペットタイプで構成することが好ましい。こうすることで、バイパス弁18の一次側と二次側との大きな差圧を有効に利用して、バイパス弁18の閉弁時のシール効果を高めることができる。   Since the differential pressure between the primary side and the secondary side of the bypass valve 18 is large, if there is a slight gap between the valve body and the valve seat when the bypass valve 18 is closed, the secondary pressure of the bypass valve 18 The amount of bypass air leakage to the side will increase. If the sealing effect when the bypass valve 18 is closed is not sufficient, the efficiency of the compressor 14 is reduced during normal operation in which the bypass valve 18 is closed (details will be described later). Therefore, as a preferred embodiment of the bypass valve 18, it is preferable to configure the poppet type having a self-sealing structure. By doing so, a large differential pressure between the primary side and the secondary side of the bypass valve 18 can be effectively used to enhance the sealing effect when the bypass valve 18 is closed.

燃料ガス配管系4は、水素供給源21と、水素供給源21から燃料電池2に供給される水素ガスが流れる供給路22と、燃料電池2から排出された水素オフガス(燃料オフガス)を供給路22の合流点Aに戻すための循環路23と、循環路23内の水素オフガスを供給路22に圧送するポンプ24と、循環路23に分岐接続されたパージ路25と、を有している。元弁26を開くことで水素供給源21から供給路22に流出した水素ガスは、調圧弁27その他の減圧弁、及び遮断弁28を経て、燃料電池2に供給される。パージ路25には、水素オフガスを水素希釈器(図示省略)に排出するためのパージ弁33が設けられている。   The fuel gas piping system 4 includes a hydrogen supply source 21, a supply path 22 through which hydrogen gas supplied from the hydrogen supply source 21 to the fuel cell 2 flows, and a supply path for supplying hydrogen offgas (fuel offgas) discharged from the fuel cell 2. 22, a circulation path 23 for returning to the junction point A of 22, a pump 24 that pumps the hydrogen off-gas in the circulation path 23 to the supply path 22, and a purge path 25 that is branched and connected to the circulation path 23. . The hydrogen gas flowing out from the hydrogen supply source 21 to the supply path 22 by opening the main valve 26 is supplied to the fuel cell 2 through the pressure regulating valve 27 and other pressure reducing valves and the shutoff valve 28. The purge passage 25 is provided with a purge valve 33 for discharging the hydrogen off gas to a hydrogen diluter (not shown).

冷媒配管系5は、燃料電池2内の冷却流路2cに連通する冷媒流路41と、冷媒流路41に設けられた冷却ポンプ42と、燃料電池2から排出される冷媒を冷却するラジエータ43と、ラジエータ43をバイパスするバイパス流路44と、ラジエータ43及びバイパス流路44への冷却水の通流を設定する切替え弁45と、を有している。冷媒流路41は、燃料電池2の冷媒入口の近傍に設けられた温度センサ46と、燃料電池2の冷媒出口の近傍に設けられた温度センサ47と、を有している。温度センサ47が検出する冷媒温度は、燃料電池2の内部温度(以下、燃料電池2の温度という。)を反映する。冷却ポンプ42は、モータ駆動により、冷媒流路41内の冷媒を燃料電池2に循環供給する。   The refrigerant piping system 5 includes a refrigerant channel 41 communicating with the cooling channel 2 c in the fuel cell 2, a cooling pump 42 provided in the refrigerant channel 41, and a radiator 43 that cools the refrigerant discharged from the fuel cell 2. And a bypass passage 44 that bypasses the radiator 43, and a switching valve 45 that sets the flow of cooling water to the radiator 43 and the bypass passage 44. The refrigerant flow path 41 includes a temperature sensor 46 provided near the refrigerant inlet of the fuel cell 2 and a temperature sensor 47 provided near the refrigerant outlet of the fuel cell 2. The refrigerant temperature detected by the temperature sensor 47 reflects the internal temperature of the fuel cell 2 (hereinafter referred to as the temperature of the fuel cell 2). The cooling pump 42 circulates and supplies the refrigerant in the refrigerant channel 41 to the fuel cell 2 by driving the motor.

電力系6は、高圧DC/DCコンバータ61、バッテリ62、トラクションインバータ63、トラクションモータ64、及び各種の補機インバータ65,66,67を備えている。高圧DC/DCコンバータ61は、直流の電圧変換器であり、バッテリ62から入力された直流電圧を調整してトラクションインバータ63側に出力する機能と、燃料電池2又はトラクションモータ64から入力された直流電圧を調整してバッテリ62に出力する機能と、を有する。高圧DC/DCコンバータ61のこれらの機能により、バッテリ62の充放電が実現される。また、高圧DC/DCコンバータ61により、燃料電池2の出力電圧が制御される。   The power system 6 includes a high-voltage DC / DC converter 61, a battery 62, a traction inverter 63, a traction motor 64, and various auxiliary inverters 65, 66, and 67. The high-voltage DC / DC converter 61 is a direct-current voltage converter that adjusts the direct-current voltage input from the battery 62 and outputs it to the traction inverter 63 side, and the direct-current input from the fuel cell 2 or the traction motor 64. And a function of adjusting the voltage and outputting it to the battery 62. The charge / discharge of the battery 62 is realized by these functions of the high-voltage DC / DC converter 61. Further, the output voltage of the fuel cell 2 is controlled by the high voltage DC / DC converter 61.

トラクションインバータ63は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ64に供給する。トラクションモータ64(動力発生装置)は、例えば三相交流モータである。トラクションモータ64は、燃料電池システム1が搭載される例えば車両100の主動力源を構成し、車両100の車輪101L,101Rに連結されている。補機インバータ65、66、67は、それぞれ、コンプレッサ14、ポンプ24、冷却ポンプ42のモータの駆動を制御する。   The traction inverter 63 converts a direct current into a three-phase alternating current and supplies it to the traction motor 64. The traction motor 64 (power generation device) is, for example, a three-phase AC motor. The traction motor 64 constitutes, for example, a main power source of the vehicle 100 on which the fuel cell system 1 is mounted, and is connected to the wheels 101L and 101R of the vehicle 100. The auxiliary machine inverters 65, 66, and 67 control the driving of the motors of the compressor 14, the pump 24, and the cooling pump 42, respectively.

制御装置7は、内部にCPU,ROM,RAMを備えたマイクロコンピュータとして構成される。CPUは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して、後述する低効率運転の制御など、種々の処理や制御を行う。ROMは、CPUで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。RAMは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。   The control device 7 is configured as a microcomputer having a CPU, ROM, and RAM therein. The CPU performs desired processing according to the control program, and performs various processes and controls such as control of low-efficiency operation described later. The ROM stores control programs and control data processed by the CPU. The RAM is mainly used as various work areas for control processing.

制御装置7は、ガス系統(3,4)や冷媒系統5に用いられる圧力センサ(P1)及び温度センサ(46,47)、燃料電池システム1が置かれる環境の外気温を検出する外気温センサ51、並びに、車両100のアクセル開度を検出するアクセル開度センサなどの各種センサからの検出信号を入力し、各構成要素に制御信号を出力する。また、制御装置7は、低温始動時など燃料電池2を暖機する必要がある場合には、ROMに格納されている各種マップを利用して発電効率の低い運転を行う。   The control device 7 includes a pressure sensor (P1) and temperature sensors (46, 47) used in the gas system (3, 4) and the refrigerant system 5, and an outside air temperature sensor that detects the outside air temperature in the environment where the fuel cell system 1 is placed. 51, and detection signals from various sensors such as an accelerator opening sensor that detects the accelerator opening of the vehicle 100 are input, and a control signal is output to each component. In addition, when it is necessary to warm up the fuel cell 2 such as when starting at a low temperature, the control device 7 performs an operation with low power generation efficiency using various maps stored in the ROM.

図2は、燃料電池2の出力電流(以下、「FC電流」という。)と出力電圧(以下、「FC電圧」という。)との関係を示す図である。図2は、燃料電池システム1が比較的発電効率の高い運転(以下、「通常運転」という。)を行った場合を実線で示し、燃料電池システム1が比較的発電効率の低い運転(以下、「低効率運転」という。)を行った場合を点線で示している。   FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the output current (hereinafter referred to as “FC current”) of the fuel cell 2 and the output voltage (hereinafter referred to as “FC voltage”). FIG. 2 shows the case where the fuel cell system 1 is operated with relatively high power generation efficiency (hereinafter referred to as “normal operation”) as a solid line, and the fuel cell system 1 is operated with relatively low power generation efficiency (hereinafter referred to as “normal operation”). The case of “low efficiency operation”) is indicated by a dotted line.

燃料電池システム1を通常運転する場合には、電力損失を抑えて高い発電効率が得られるように、エアストイキ比を1.0以上(理論値)に設定した状態で燃料電池2を運転する(図2の実線部分参照)。ここで、エアストイキ比とは酸素余剰率をいい、水素と過不足なく反応するのに必要な酸素に対して供給される酸素がどれだけ余剰であるかを示す。   When the fuel cell system 1 is normally operated, the fuel cell 2 is operated in a state where the air stoichiometric ratio is set to 1.0 or more (theoretical value) so that high power generation efficiency can be obtained while suppressing power loss (see FIG. (See solid line part 2). Here, the air stoichiometric ratio means an oxygen surplus ratio, and indicates how much oxygen is supplied to oxygen necessary for reacting with hydrogen without excess or deficiency.

これに対し、燃料電池2を暖機する場合には、電力損失を大きくして燃料電池2の温度を上昇させるべく、エアストイキ比を1.0未満(理論値)に設定した状態で燃料電池2を運転する(図2の点線部分参照)。エアストイキ比を低く設定して低効率運転を行うと、水素と酸素との反応によって取り出せるエネルギーのうち、電力損失分(すなわち熱損失分)が積極的に増大されるため、燃料電池2を迅速に暖機することができる一方、燃料電池2の空気極にはポンピング水素が発生する。   On the other hand, when the fuel cell 2 is warmed up, the fuel cell 2 is set with the air stoichiometric ratio set to less than 1.0 (theoretical value) in order to increase the power loss and raise the temperature of the fuel cell 2. (See the dotted line portion in FIG. 2). When the air stoichiometric ratio is set to a low value and the low efficiency operation is performed, the power loss (that is, the heat loss) of the energy that can be extracted by the reaction between hydrogen and oxygen is positively increased. While it is possible to warm up, pumping hydrogen is generated at the air electrode of the fuel cell 2.

図3は、ポンピング水素の発生メカニズムを説明するための図であり、(A)は通常運転時の電池反応を示し、(B)は低効率運転時の電池反応を示している。
燃料電池2の各単セル80は、電解質膜81と、この電解質膜81を挟持するアノード及びカソードを備えている。水素(H2)を含む燃料ガスはアノードに供給され、酸素(O2)を含む酸化ガスはカソードに供給される。アノードへ燃料ガスが供給されると、下記式(1)の反応が進行して、水素が水素イオンと電子に乖離する。アノードで生成された水素イオンは電解質膜81を透過してカソードへ移動する一方、電子はアノードから外部回路を通ってカソードへ移動する。
アノード: H2 →2H+ + 2e- ・・・(1)
3A and 3B are diagrams for explaining the generation mechanism of pumping hydrogen, in which FIG. 3A shows a battery reaction during normal operation, and FIG. 3B shows a battery reaction during low-efficiency operation.
Each single cell 80 of the fuel cell 2 includes an electrolyte membrane 81 and an anode and a cathode that sandwich the electrolyte membrane 81. A fuel gas containing hydrogen (H 2 ) is supplied to the anode, and an oxidizing gas containing oxygen (O 2 ) is supplied to the cathode. When fuel gas is supplied to the anode, the reaction of the following formula (1) proceeds, and hydrogen is separated from hydrogen ions and electrons. Hydrogen ions generated at the anode pass through the electrolyte membrane 81 and move to the cathode, while electrons move from the anode through the external circuit to the cathode.
Anode: H 2 → 2H + + 2e (1)

ここで、図3(A)に示す通常運転の場合、すなわちカソードへの酸化ガスの供給が十分な場合には(エアストイキ比≧1.0)、下記式(2)が進行して酸素、水素イオン及び電子から水が生成される。
カソード: 2H+ + 2e- + (1/2)O2 → H2O ・・・(2)
Here, in the case of the normal operation shown in FIG. 3A, that is, when the supply of the oxidizing gas to the cathode is sufficient (air stoichiometric ratio ≧ 1.0), the following equation (2) proceeds and oxygen, hydrogen Water is produced from ions and electrons.
Cathode: 2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O (2)

一方、図3(B)に示す低効率運転の場合、すなわちカソードへの酸化ガスの供給が不足している場合には(エアストイキ比<1.0)、不足する酸化ガス量に応じて下記式(3)が進行し、水素イオンと電子が再結合して水素が生成される。生成された水素は、酸化オフガスとともにカソードから排出されることになる。なお、乖離した水素イオンと電子が再結合することによってカソードで生成される水素、すなわちカソードにおいて生成されるアノードガスをポンピング水素と呼ぶ。
カソード: 2H+ + 2e- → H2 ・・・(3)
On the other hand, in the case of the low-efficiency operation shown in FIG. 3B, that is, when the supply of the oxidizing gas to the cathode is insufficient (air stoichiometric ratio <1.0), the following formula is set according to the insufficient oxidizing gas amount. (3) proceeds and hydrogen ions and electrons recombine to generate hydrogen. The produced hydrogen is discharged from the cathode together with the oxidizing off gas. Note that hydrogen generated at the cathode by recombination of dissociated hydrogen ions and electrons, that is, the anode gas generated at the cathode is called pumping hydrogen.
Cathode: 2H + + 2e → H 2 (3)

このように、カソードへの酸化ガスの供給が不足した状態では酸化オフガスにポンピング水素が含まれる。そこで、燃料電池システム1が低効率運転を行う際には、制御装置7はバイパス弁18を開弁制御し、コンプレッサ13により供給される酸化ガスの一部をバイパス路17に分流させるようにしている。この分流されたバイパスエアによって酸化オフガス中の水素濃度を希釈して、水素濃度が安全な範囲にまで低減された酸化オフガスを排出路12から外部に排気するようにしている。   Thus, in a state where supply of the oxidizing gas to the cathode is insufficient, pumping hydrogen is included in the oxidizing off gas. Therefore, when the fuel cell system 1 performs low-efficiency operation, the control device 7 controls the opening of the bypass valve 18 so that a part of the oxidizing gas supplied by the compressor 13 is diverted to the bypass passage 17. Yes. The dilute bypass air dilutes the hydrogen concentration in the oxidation off gas, and the oxidation off gas with the hydrogen concentration reduced to a safe range is exhausted from the discharge path 12 to the outside.

なお、低効率運転は、主として燃料電池2を暖機することを目的として、燃料電池システム1の起動時に行われるものであり、特に低温起動時にのみ行われるものである。例えば、燃料電池システム1の起動時に外気温センサ51により検出された外気温が、所定の低温(例えば0℃以下)であったときに、燃料電池システム1の低効率運転が行われ、その後、燃料電池2の暖機が完了したところで、燃料電池システム1は、低効率運転から通常運転に移行する。バイパス弁18は、低効率運転を行う燃料電池システム1の起動時に開弁し、低効率運転後の通常運転では、閉弁する。   The low-efficiency operation is performed at the time of starting the fuel cell system 1 mainly for the purpose of warming up the fuel cell 2, and is performed only at the time of starting at a low temperature. For example, when the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor 51 at the start of the fuel cell system 1 is a predetermined low temperature (for example, 0 ° C. or less), the fuel cell system 1 is operated at a low efficiency. When the warm-up of the fuel cell 2 is completed, the fuel cell system 1 shifts from the low efficiency operation to the normal operation. The bypass valve 18 is opened when the fuel cell system 1 that performs low-efficiency operation is started, and is closed during normal operation after the low-efficiency operation.

ただし、他の実施態様では、通常運転の際にもバイパス弁18を開弁するようにしてもよい。その好ましい一例を説明する。
車両100の減速時など、トラクションモータ64を発電機として機能させて回生制動する際には、燃料電池2の出力が停止され、バッテリ62に電力(回生パワー)が充電される。しかし、回生時にバッテリ62の充電量が満タンである場合には、電力系6において回生パワーが余剰状態となる。そこで、回生時にバッテリ62が充電できない状態である場合には、コンプレッサ14を余剰に駆動して余剰の回生パワーを消費すると共に、バイパス弁18を開弁して燃料電池2に余剰な酸化ガスが供給されないようにすることが好ましい。
However, in other embodiments, the bypass valve 18 may be opened during normal operation. A preferred example will be described.
When the traction motor 64 functions as a generator and performs regenerative braking, such as when the vehicle 100 is decelerated, the output of the fuel cell 2 is stopped and the battery 62 is charged with electric power (regenerative power). However, when the amount of charge of the battery 62 is full during regeneration, the regenerative power in the electric power system 6 becomes a surplus state. Therefore, when the battery 62 cannot be charged during regeneration, the compressor 14 is driven excessively to consume excess regeneration power, and the bypass valve 18 is opened to cause excess oxidizing gas to be generated in the fuel cell 2. It is preferable not to supply.

図4は、酸化ガス配管系3を拡大して示す構成図である。
上記のように、バイパス弁18が開弁すると、酸化ガスは供給側接続部Bで分流され、酸化ガスの一部がバイパスエアとして排出側接続部Cへと流れていくと共に、酸化ガスの残りが反応ガスとして燃料電池2内の酸化ガス流路2aに供給されていく。酸化ガス流路2aを流れて排出路12へと排出された酸化オフガスは、調圧弁16等を経て排出側接続部Cへと流れていく。したがって、排出側接続部Cでは、バイパスエアと酸化オフガスとが合流する。
FIG. 4 is an enlarged configuration diagram showing the oxidizing gas piping system 3.
As described above, when the bypass valve 18 is opened, the oxidizing gas is diverted at the supply side connecting portion B, and a part of the oxidizing gas flows to the discharge side connecting portion C as bypass air, while the remaining oxidizing gas remains. Is supplied to the oxidizing gas flow path 2a in the fuel cell 2 as a reaction gas. The oxidizing off-gas flowing through the oxidizing gas flow path 2a and discharged to the discharge path 12 flows to the discharge side connection portion C through the pressure regulating valve 16 and the like. Therefore, in the discharge side connection portion C, the bypass air and the oxidizing off gas merge.

ここで、仮にバイパスエアが圧損体を通れば、バイパスエアがもたらす音(例えばコンプレッサ14からの脈動音等の音)は結果的にある程度消音される。しかし、バイパスエアは、加湿器15などの圧損体を通らずに排出側接続部Cへと流れていくため、バイパスエアと酸化オフガスとの合流によって、音が非常に大きくなる可能性がある。そこで、本実施形態では、バイパス弁18が開弁中に、大きな音が発生しないような配管構造となっている。   Here, if the bypass air passes through the pressure loss body, the sound produced by the bypass air (for example, sound such as pulsation sound from the compressor 14) is muted to some extent as a result. However, since the bypass air flows to the discharge side connection portion C without passing through the pressure loss body such as the humidifier 15, there is a possibility that the sound becomes very loud due to the merge of the bypass air and the oxidizing off gas. Therefore, in this embodiment, the piping structure is such that no loud noise is generated while the bypass valve 18 is open.

すなわち、本実施形態の配管構造では、供給路11、排出路12及びバイパス路17の少なくとも一つの管路長が調整され、互いに位相のずれたバイパスエアと酸化オフガスとが排出側接続部Cで合流するようになっている。   That is, in the piping structure of the present embodiment, the length of at least one of the supply path 11, the discharge path 12 and the bypass path 17 is adjusted, and the bypass air and the oxidant off-gas that are out of phase with each other are discharged from the discharge side connection portion C. It has come to join.

具体的には、バイパスエアが排出側接続部Cにもたらす音波f1(換言すれば、バイパス弁18の開弁中にバイパス路17から排出側接続部Cにもたらされる音波)の位相と、酸化オフガスが排出側接続部Cにもたらす音波f2(換言すれば、バイパス弁18の開弁中に排出路12から排出側接続部Cにもたらされる音波)の位相とは、お互いにずれており、好ましくは、両者が全く反対(逆位相)となっている。こうすることで、バイパスエアがもたらす音と酸化オフガスがもたらす音とが、お互いに打ち消すように減衰するため、酸化ガスと酸化オフガスとの合流によって大きな音が発生するのを抑制できる。 Specifically, the phase of the sound wave f 1 that the bypass air brings to the discharge side connection portion C (in other words, the sound wave that is brought from the bypass passage 17 to the discharge side connection portion C while the bypass valve 18 is opened) and the oxidation The phase of the sound wave f 2 that the off gas brings to the discharge side connection portion C (in other words, the sound wave that is brought from the discharge passage 12 to the discharge side connection portion C while the bypass valve 18 is open) is shifted from each other. Preferably, both are completely opposite (reverse phase). By doing so, the sound brought about by the bypass air and the sound brought about by the oxidation off gas are attenuated so as to cancel each other, so that it is possible to suppress the generation of a loud sound due to the merging of the oxidation gas and the oxidation off gas.

ここで、仮に、バイパスエアがもたらす音が鈍音(周波数が一定)であり且つ酸化オフガスがもたらす音が鈍音であるとし、両者が一定の波長λであるとする。この場合、音波f1と音波f2とを逆位相にするためには、例えば、次の式(10)〜(15)のいずれかの配管構造とすればよい。なお、もちろんこれらに限るものではない。
1−M1≒λ/2 ・・・(10)
1−M2≒λ/2 ・・・(11)
1−M3≒λ/2 ・・・(12)
2−M1≒λ/2 ・・・(13)
2−M2≒λ/2 ・・・(14)
2−M3≒λ/2 ・・・(15)
Here, it is assumed that the sound produced by the bypass air is a dull sound (frequency is constant) and the sound produced by the oxidizing off gas is a dull sound, and both have a constant wavelength λ. In this case, in order to make the sound wave f 1 and the sound wave f 2 have opposite phases, for example, any one of the following pipe structures (10) to (15) may be used. Of course, the present invention is not limited to these.
L 1 −M 1 ≈λ / 2 (10)
L 1 −M 2 ≈λ / 2 (11)
L 1 −M 3 ≈λ / 2 (12)
L 2 −M 1 ≈λ / 2 (13)
L 2 −M 2 ≈λ / 2 (14)
L 2 −M 3 ≈λ / 2 (15)

ここで、L1は、コンプレッサ14の吐出し口から供給側接続部Bを経由して排出側接続部Cにいたる部分の、供給路11及びバイパス路17の配管長さである。L2は、バイパス弁18の流出口から排出側接続部Cにいたる部分の、バイパス路17の配管長さである。M1は、燃料電池2のカソード出口(排出路12の上流端)から排出側接続部Cにいたる部分の、排出路12の配管長さである。M2は、背圧調整弁16の流出口から排出側接続部Cにいたる部分の、排出路12の配管長さである。M3は、加湿器15の流出口から排出側接続部Cにいたる部分の、排出路12の配管長さである。 Here, L 1 is the piping length of the supply path 11 and the bypass path 17 in the part from the discharge port of the compressor 14 via the supply side connection part B to the discharge side connection part C. L 2 is the pipe length of the bypass passage 17 in the portion from the outlet of the bypass valve 18 to the discharge side connection portion C. M 1 is the pipe length of the discharge path 12 in the portion from the cathode outlet (upstream end of the discharge path 12) of the fuel cell 2 to the discharge side connection C. M 2 is the pipe length of the discharge passage 12 at the portion from the outlet of the back pressure regulating valve 16 to the discharge side connection portion C. M 3 is the pipe length of the discharge path 12 in the portion from the outlet of the humidifier 15 to the discharge side connection portion C.

以上、本実施形態の燃料電池システム1によれば、低効率運転時であっても酸化オフガス中の水素濃度をバイパスエアにより低減できると共に、バイパスエアと酸化オフガスとの合流に伴う大きな音の発生を抑制できる。したがって、簡易な配管構造によって、バイパス弁18が開弁中の消音効果を高めることができる。   As described above, according to the fuel cell system 1 of the present embodiment, the hydrogen concentration in the oxidizing off gas can be reduced by the bypass air even during the low-efficiency operation, and the generation of a loud sound accompanying the merging of the bypass air and the oxidizing off gas is generated. Can be suppressed. Therefore, the noise reduction effect while the bypass valve 18 is opened can be enhanced with a simple piping structure.

<第2実施形態>
次に、第2実施形態に係る燃料電池システム1について、相違点を中心に簡単に説明する。第1実施形態との相違点は、配管構造以外の方法で、バイパスエアと酸化オフガスとの合流に伴う大きな音の発生を抑制したことである。
Second Embodiment
Next, the fuel cell system 1 according to the second embodiment will be briefly described focusing on the differences. The difference from the first embodiment is that generation of a loud sound accompanying the merging of the bypass air and the oxidizing off gas is suppressed by a method other than the piping structure.

具体的には、本実施形態のバイパス弁18は、弁開度を調整可能な可変バルブで構成されている。可変バルブとしては、例えばバタフライ弁を用いることができる。なお、弁開度とは、弁体と弁座との間の開口面積と言い換えることもできる。バイパス弁18は、制御装置7に接続されており、制御装置7によって弁開度を多段階、連続的(無段階)又はリニアに切り替えられるように構成されている。   Specifically, the bypass valve 18 of the present embodiment is configured by a variable valve that can adjust the valve opening. For example, a butterfly valve can be used as the variable valve. In addition, the valve opening degree can also be restated as an opening area between the valve body and the valve seat. The bypass valve 18 is connected to the control device 7, and is configured so that the control device 7 can switch the valve opening degree in a multistage, continuous (stepless) or linear manner.

バイパス弁18の弁開度によっては、バイパス弁18の開弁中にバイパスエアと酸化オフガスとの合流により共鳴が発生し得る。この共鳴によって、酸化ガス配管系3では大きな音が発生することになる。そこで、このような事態を回避するべく、本実施形態では、制御装置7が、バイパス弁18の開弁中にバイパスエアと酸化オフガスとの合流により共鳴が発生しないように、バイパス弁18を開閉制御するようにしている。共鳴が発生しないようにバイパス弁18を開いたり閉じたりするには、その共鳴が発生する弁開度を瞬間的にスキップするように、つまりその弁開度で一定時間停止しないようにすればよい。なお、共鳴が発生する弁開度は事前の評価により得ておき、制御装置7のROMに記憶させておけばよい。   Depending on the valve opening degree of the bypass valve 18, resonance may occur due to the merge of the bypass air and the oxidizing off gas while the bypass valve 18 is opened. Due to this resonance, a loud noise is generated in the oxidizing gas piping system 3. Therefore, in order to avoid such a situation, in this embodiment, the control device 7 opens and closes the bypass valve 18 so that resonance does not occur due to the merge of the bypass air and the oxidizing off gas while the bypass valve 18 is opened. I try to control it. In order to open and close the bypass valve 18 so that resonance does not occur, the valve opening at which the resonance occurs may be skipped instantaneously, that is, the valve opening may not be stopped for a certain period of time. . It should be noted that the valve opening at which resonance occurs is obtained in advance and stored in the ROM of the control device 7.

このように、本実施形態によれば、共鳴を考慮してバイパス弁18を開閉制御するため、第1実施形態と同様に、バイパスエアと酸化オフガスとの合流によって大きな音が発生するのを抑制できる。   As described above, according to the present embodiment, since the bypass valve 18 is controlled to open and close in consideration of resonance, the generation of a loud sound due to the merge of the bypass air and the oxidizing off gas is suppressed as in the first embodiment. it can.

<変形例>
上記した各実施形態では、システム起動時に低効率運転を行う場合を例示したが、例えばシステム要求電力が所定値以下になった場合やシステム停止指示があった場合に低効率運転を行っても良い。
<Modification>
In each of the above-described embodiments, the case where the low-efficiency operation is performed at the time of starting the system is illustrated. However, the low-efficiency operation may be performed when the system required power becomes a predetermined value or less or when there is a system stop instruction, for example. .

また、バイパス路17に別途、可変のバルブを設け、可変のバルブを調整することにより、バイパスエアと酸化オフガスの音波の位相をずらすようにしてもよい。さらに、一般的な拡張型又は共鳴型の消音器をバイパス弁18の下流のバイパス路17上に設けて、この消音器によってバイパスエアがもたらす音を低減するようにしてもよい。   Alternatively, a variable valve may be separately provided in the bypass passage 17, and the phase of the sound waves of the bypass air and the oxidizing off gas may be shifted by adjusting the variable valve. Further, a general expansion type or resonance type silencer may be provided on the bypass passage 17 downstream of the bypass valve 18 so as to reduce the noise caused by the bypass air.

本実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。It is a block diagram of the fuel cell system which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るFC電流とFC電圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between FC electric current and FC voltage concerning this embodiment. 本実施形態に係るポンピング水素の発生メカニズムを説明するための図であり、(A)は通常運転時の電池反応を示し、(B)は低効率運転時の電池反応を示す。It is a figure for demonstrating the generation | occurrence | production mechanism of the pumping hydrogen which concerns on this embodiment, (A) shows the battery reaction at the time of normal operation, (B) shows the battery reaction at the time of low efficiency operation. 本実施形態に係る酸化ガス配管系を拡大して示す構成図である。It is a block diagram which expands and shows the oxidizing gas piping system which concerns on this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1:燃料電池システム、2:燃料電池、7:制御装置、11:供給路、12:排出路、14:コンプレッサ(供給機)、15:加湿器、16:背圧調整弁(調圧弁)、17:バイパス路、18:バイパス弁、B:供給側接続部、C:排出側接続部   1: fuel cell system, 2: fuel cell, 7: control device, 11: supply path, 12: discharge path, 14: compressor (supply machine), 15: humidifier, 16: back pressure regulating valve (pressure regulating valve), 17: Bypass path, 18: Bypass valve, B: Supply side connection, C: Discharge side connection

Claims (10)

燃料電池に供給される酸化ガスが流れる供給路と、
前記供給路に設けられ、前記酸化ガスを前記燃料電池に圧送する供給機と、
前記燃料電池から排出される酸化オフガスが流れる排出路と、
前記酸化ガスが前記燃料電池をバイパスして流れるように、前記供給路と前記排出路とを接続するバイパス路と、
前記バイパス路を開閉するバイパス弁と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記供給路、前記排出路及び前記バイパス路の少なくとも一つは、前記バイパス弁の開弁中に互いに位相のずれた酸化ガスと酸化オフガスとが合流するように、管路長が調整されている、燃料電池システム。
A supply path through which oxidizing gas supplied to the fuel cell flows;
A feeder that is provided in the supply path and pumps the oxidizing gas to the fuel cell;
An exhaust path through which the oxidizing off-gas exhausted from the fuel cell flows;
A bypass path connecting the supply path and the discharge path so that the oxidizing gas flows bypassing the fuel cell;
In a fuel cell system comprising a bypass valve for opening and closing the bypass path,
At least one of the supply path, the discharge path, and the bypass path is adjusted in pipe length so that the oxidant gas and the oxidant off-gas that are out of phase with each other are merged during the opening of the bypass valve. , Fuel cell system.
前記バイパス弁を開閉制御する制御装置を備えた、請求項1に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, further comprising a control device that controls opening and closing of the bypass valve. 燃料電池に供給される酸化ガスが流れる供給路と、
前記供給路に設けられ、前記酸化ガスを前記燃料電池に圧送する供給機と、
前記燃料電池から排出される酸化オフガスが流れる排出路と、
前記酸化ガスが前記燃料電池をバイパスして流れるように、前記供給路と前記排出路とを接続するバイパス路と、
前記バイパス路を開閉するバイパス弁と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記バイパス弁の開弁中に酸化ガスと酸化オフガスとの合流により共鳴が発生しないように、前記バイパス弁を開閉制御する制御装置を備えた、燃料電池システム。
A supply path through which oxidizing gas supplied to the fuel cell flows;
A feeder that is provided in the supply path and pumps the oxidizing gas to the fuel cell;
An exhaust path through which the oxidizing off-gas exhausted from the fuel cell flows;
A bypass path connecting the supply path and the discharge path so that the oxidizing gas flows bypassing the fuel cell;
In a fuel cell system comprising a bypass valve for opening and closing the bypass path,
A fuel cell system comprising a control device that controls opening and closing of the bypass valve so that resonance does not occur due to the merging of the oxidizing gas and the oxidizing off gas during the opening of the bypass valve.
前記制御装置は、前記バイパス弁の開弁中に酸化ガスと酸化オフガスとの合流により共鳴が発生する弁開度をスキップするように、前記バイパス弁を開閉制御する、請求項3に記載の燃料電池システム。   The fuel according to claim 3, wherein the control device controls the opening and closing of the bypass valve so as to skip a valve opening degree at which resonance occurs due to the merging of the oxidizing gas and the oxidizing off gas while the bypass valve is opened. Battery system. 前記制御装置は、当該燃料電池システムの運転時に前記バイパス弁を閉弁し、当該燃料電池システムの起動時に前記バイパス弁を開弁する、請求項2ないし4のいずれか一項に記載の燃料電池システム。   5. The fuel cell according to claim 2, wherein the control device closes the bypass valve when the fuel cell system is in operation and opens the bypass valve when the fuel cell system is activated. 6. system. 前記制御装置は、当該燃料電池システムの起動時であって所定の低温時にのみ、前記バイパス弁を開弁する、請求項5に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 5, wherein the control device opens the bypass valve only when the fuel cell system is activated and at a predetermined low temperature. 前記制御装置は、当該燃料電池システムの通常運転に比して電力損失の大きな低効率運転を行う際、前記バイパス弁を開弁する、請求項2ないし4のいずれか一項に記載の燃料電池システム。   The fuel cell according to any one of claims 2 to 4, wherein the control device opens the bypass valve when performing a low-efficiency operation with a large power loss as compared with a normal operation of the fuel cell system. system. 前記低効率運転は、所定の低温時にのみ行われる、請求項7に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 7, wherein the low efficiency operation is performed only at a predetermined low temperature. 前記供給機の下流側の前記供給路に設けられ、前記酸化ガスを加湿する加湿器を更に備え、
前記供給路と前記バイパス路との供給側接続部は、前記加湿器よりも上流側に位置している、請求項1ないし8のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
A humidifier that is provided in the supply path downstream of the supply machine and humidifies the oxidizing gas;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 8, wherein a supply side connection portion between the supply path and the bypass path is located upstream of the humidifier.
前記排出路に設けられた調圧弁を更に備えた、請求項1ないし9のいずれか一項に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 9, further comprising a pressure regulating valve provided in the discharge path.
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