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公開番号2024073255
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-29
出願番号2022184358
出願日2022-11-17
発明の名称燃料電池システム
出願人株式会社アイシン
代理人弁理士法人アイテック国際特許事務所
主分類H01M 8/04858 20160101AFI20240522BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】専用の圧力計を用いることなく、良好な精度でアノード側またはカソード側に作用する圧力を推定する。
【解決手段】
燃料電池システムは、原燃料ガス、改質水および酸化剤ガスのうちの少なくとも一つの流量を検出する流量検出部を備え、原燃料ガス供給部または酸化剤ガス供給部のポンプの駆動状態を取得し、取得したポンプの駆動状態と流量検出部により検出された流量とに基づいて、ポンプの駆動状態と流量とアノード側またはカソード側に作用する圧力との関係を用いて、アノード側またはカソード側に作用する圧力を推定する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池と、水蒸気を用いて原燃料ガスを前記燃料ガスに改質する改質部と、改質水を蒸発させて前記水蒸気を生成する蒸発部と、前記燃料電池から排出されるオフガスを燃焼させる燃焼部と、を含む発電モジュールと、
ポンプの駆動により前記改質水を前記蒸発部に供給する改質水供給部と、
ポンプの駆動により前記原燃料ガスを前記改質部に供給する原燃料ガス供給部と、
ポンプの駆動により前記酸化剤ガスを前記燃料電池のカソード側に供給する酸化剤ガス供給部と、
前記原燃料ガス、前記改質水および前記酸化剤ガスのうちの少なくとも一つの流量を検出する流量検出部と、
前記原燃料ガス供給部または前記酸化剤ガス供給部のポンプの駆動状態を取得し、取得した前記ポンプの駆動状態と前記流量検出部により検出された流量とに基づいて、前記ポンプの駆動状態に基づく値と前記流量に基づく値と前記燃料電池の前記アノード側または前記カソード側に作用する圧力の値との関係を用いて、前記燃料電池の前記アノード側または前記カソード側に作用する圧力を推定し、推定した前記圧力に基づいて前記原燃料ガス供給部と前記改質水供給部と前記酸化剤ガス供給部とを制御する制御部と、
を備える燃料電池システム。
続きを表示(約 1,800 文字)【請求項2】
請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池、前記改質部、前記蒸発部、前記燃焼部、前記燃焼部から排出される燃焼排ガスおよび前記酸化剤ガス供給部から供給される酸化剤ガスのうち少なくとも一つの温度を検出する温度検出部を備え、
前記制御部は、取得した前記ポンプの駆動状態と前記流量検出部により検出された流量と前記温度検出部により検出された温度とに基づいて、前記ポンプの駆動状態に基づく値と前記流量に基づく値と前記温度に基づく値と前記燃料電池の前記アノード側または前記カソード側に作用する圧力の値との関係を用いて、前記燃料電池の前記アノード側または前記カソード側に作用する圧力を推定する、
燃料電池システム。
【請求項3】
アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池と、水蒸気を用いて原燃料ガスを前記燃料ガスに改質する改質部と、改質水を蒸発させて前記水蒸気を生成する蒸発部と、前記燃料電池から排出されるオフガスを燃焼させる燃焼部と、を含む発電モジュールと、
ポンプの駆動により前記改質水を前記蒸発部に供給する改質水供給部と、
ポンプの駆動により前記原燃料ガスを前記改質部に供給する原燃料ガス供給部と、
ポンプの駆動により前記酸化剤ガスを前記燃料電池のカソード側に供給する酸化剤ガス供給部と、
前記燃料電池、前記改質部、前記蒸発部、前記燃焼部、前記燃焼部から排出される燃焼排ガスおよび前記酸化剤ガス供給部から供給される酸化剤ガスのうち少なくとも一つの温度を検出する温度検出部と、
前記原燃料ガス供給部または前記酸化剤ガス供給部のポンプの駆動状態を取得し、取得した前記ポンプの駆動状態と前記温度検出部により検出された温度とに基づいて、前記ポンプの駆動状態に基づく値と前記温度に基づく値と前記燃料電池の前記アノード側または前記カソード側に作用する圧力の値との関係を用いて、前記燃料電池の前記アノード側または前記カソード側に作用する圧力を推定し、推定した前記圧力に基づいて前記原燃料ガス供給部と前記改質水供給部と前記酸化剤ガス供給部とを制御する制御部と、
を備える燃料電池システム。
【請求項4】
アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池と、水蒸気を用いて原燃料ガスを前記燃料ガスに改質する改質部と、改質水を蒸発させて前記水蒸気を生成する蒸発部と、前記燃料電池から排出されるオフガスを燃焼させる燃焼部と、を含む発電モジュールと、
ポンプの駆動により前記改質水を前記蒸発部に供給する改質水供給部と、
ポンプの駆動により前記原燃料ガスを前記改質部に供給する原燃料ガス供給部と、
ポンプの駆動により前記酸化剤ガスを前記燃料電池のカソード側に供給する酸化剤ガス供給部と、
前記原燃料ガス供給部または前記酸化剤ガス供給部のポンプの駆動状態としてデューティおよび回転数を取得し、取得した前記ポンプのデューティおよび回転数に基づいて、前記ポンプのデューティに基づく値と前記ポンプの回転数に基づく値と前記燃料電池の前記アノード側または前記カソード側に作用する圧力の値との関係を用いて、前記燃料電池の前記アノード側または前記カソード側に作用する圧力を推定し、推定した前記圧力に基づいて前記原燃料ガス供給部と前記改質水供給部と前記酸化剤ガス供給部とを制御する制御部と、
を備える燃料電池システム。
【請求項5】
請求項1ないし4いずれか1項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記アノード側または前記カソード側に作用する圧力が所定圧力を超える場合に、当該圧力が低下するように前記原燃料ガス供給部と前記改質水供給部と前記酸化剤ガス供給部とを制御する、
燃料電池システム。
【請求項6】
請求項1ないし4いずれか1項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記アノード側または前記カソード側に作用する圧力に基づいて前記アノード側に作用する圧力と前記カソード側に作用する圧力との差圧を推定し、推定した前記差圧が所定差圧を超える場合に、当該差圧が低下するように前記原燃料ガス供給部と前記改質水供給部と前記酸化剤ガス供給部とを制御する、
燃料電池システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本明細書は、燃料電池システムについて開示する。
続きを表示(約 2,800 文字)【背景技術】
【0002】
従来、この種の燃料電池システムとしては、燃料電池スタックと、燃料電池スタックのアノードに水素ガスを供給する水素ガス供給配管と、水素ガス供給配管に設けられた水素ガス圧調整弁と、水素ガス供給配管におけるアノード入口側に設けられたアノード圧力計と、コンプレッサにより燃料電池スタックのカソードに空気ガスを供給する空気供給配管と、空気供給配管に設けられた空気ガス圧力調整弁と、空気供給配管におけるカソード入口側に設けられたカソード圧力計と、要求出力に応じて水素ガス圧力と空気ガス圧力との圧力差が所定の圧力差範囲内に保たれるように水素ガス圧力調整弁および空気ガス圧力調整弁とを制御する制御装置と、を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このシステムでは、アノード圧力計で測定されたアノード圧力により水素ガス圧調整弁の開度を制御することで、水素ガス供給配管を介して供給される水素ガスを、燃料電池システムが運転できる範囲で定められた所定の圧力に調節して燃料電池スタックのアノードへ供給する。また、カソード圧力計で測定されたカソード圧力により空気ガス圧力調整弁の開度、コンプレッサの回転数を制御することで、空気供給配管を介して供給される空気を、燃料電池システムが運転できる範囲で定められた所定の圧力に調整して燃料電池スタックのカソードへ供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2006-278046号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述した燃料電池システムでは、水素ガス供給配管のアノード入口側と空気供給配管のカソード入口側とにそれぞれ専用の圧力計が必要であり、システムが大型化すると共にコスト増を招いてしまう。
【0005】
本開示の燃料電池システムは、専用の圧力計を用いることなく、良好な精度でアノード側またはカソード側に作用する圧力を推定することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の燃料電池システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【0007】
本開示の第1の燃料電池システムは、
アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池と、水蒸気を用いて原燃料ガスを前記燃料ガスに改質する改質部と、改質水を蒸発させて前記水蒸気を生成する蒸発部と、前記燃料電池から排出されるオフガスを燃焼させる燃焼部と、を含む発電モジュールと、
ポンプの駆動により前記改質水を前記蒸発部に供給する改質水供給部と、
ポンプの駆動により前記原燃料ガスを前記改質部に供給する原燃料ガス供給部と、
ポンプの駆動により前記酸化剤ガスを前記燃料電池のカソード側に供給する酸化剤ガス供給部と、
前記原燃料ガス、前記改質水および前記酸化剤ガスのうちの少なくとも一つの流量を検出する流量検出部と、
前記原燃料ガス供給部または前記酸化剤ガス供給部のポンプの駆動状態を取得し、取得した前記ポンプの駆動状態と前記流量検出部により検出された流量とに基づいて、前記ポンプの駆動状態に基づく値と前記流量に基づく値と前記燃料電池の前記アノード側または前記カソード側に作用する圧力の値との関係を用いて、前記燃料電池の前記アノード側または前記カソード側に作用する圧力を推定し、推定した前記圧力に基づいて前記原燃料ガス供給部と前記改質水供給部と前記酸化剤ガス供給部とを制御する制御部と、
を備えることを要旨とする。
【0008】
この本開示の第1の燃料電池システムでは、原燃料ガス、改質水および酸化剤ガスのうちの少なくとも一つの流量を検出する流量検出部を備え、原燃料ガス供給部または酸化剤ガス供給部のポンプの駆動状態を取得し、取得したポンプの駆動状態と流量検出部により検出された流量とに基づいて、ポンプの駆動状態と流量と圧力との関係を用いて、アノード側またはカソード側に作用する圧力を推定する。これにより、専用の圧力計を用いることなく、良好な精度でアノード側またはカソード側に作用する圧力を推定することができる。なお、「関係」には、回帰関係が含まれる(以下、同じ)。
【0009】
こうした本開示の第1の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池、前記改質部、前記蒸発部、前記燃焼部および前記燃焼部から排出される燃焼排ガス、前記酸化剤ガス供給部から供給される酸化剤ガスのうち少なくとも一つの温度を検出する温度検出部を備え、前記制御部は、取得した前記ポンプの駆動状態と前記流量検出部により検出された流量と前記温度検出部により検出された温度とに基づいて、前記ポンプの駆動状態に基づく値と前記流量に基づく値と前記温度に基づく値と前記燃料電池の前記アノード側または前記カソード側に作用する圧力の値との関係を用いて、前記燃料電池の前記アノード側または前記カソード側に作用する圧力を推定してもよい。こうすれば、圧力推定の精度をより向上させることができる。
【0010】
本開示の第2の燃料電池システムは、
アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池と、水蒸気を用いて原燃料ガスを前記燃料ガスに改質する改質部と、改質水を蒸発させて前記水蒸気を生成する蒸発部と、前記燃料電池から排出されるオフガスを燃焼させる燃焼部と、を含む発電モジュールと、
ポンプの駆動により前記改質水を前記蒸発部に供給する改質水供給部と、
ポンプの駆動により前記原燃料ガスを前記改質部に供給する原燃料ガス供給部と、
ポンプの駆動により前記酸化剤ガスを前記燃料電池のカソード側に供給する酸化剤ガス供給部と、
前記燃料電池、前記改質部、前記蒸発部、前記燃焼部、前記燃焼部から排出される燃焼排ガスおよび前記酸化剤ガス供給部から供給される酸化剤ガスのうち少なくとも一つの温度を検出する温度検出部と、
前記原燃料ガス供給部または前記酸化剤ガス供給部のポンプの駆動状態を取得し、取得した前記ポンプの駆動状態と前記温度検出部により検出された温度とに基づいて、前記ポンプの駆動状態に基づく値と前記温度に基づく値と前記燃料電池の前記アノード側または前記カソード側に作用する圧力の値との関係を用いて、前記燃料電池の前記アノード側または前記カソード側に作用する圧力を推定し、推定した前記圧力に基づいて前記原燃料ガス供給部と前記改質水供給部と前記酸化剤ガス供給部とを制御する制御部と、
を備えることを要旨とする。
(【0011】以降は省略されています)

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