JP2005183281A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池自動車やハイブリッド自動車などの移動体用電源として用いられる燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system used as a power source for moving bodies such as fuel cell vehicles and hybrid vehicles.
近年、高効率の電力供給源として開発が進められているさまざまな燃料電池システムのうち、プロトン伝導性を有する高分子電解質膜を用い、燃料ガスおよび酸化剤ガスを大気圧に近い圧力で燃料電池本体に供給する、例えば大気圧運転型燃料電池システムは、簡略な構造で高い出力密度が得られ、且つ圧縮機などの補機損失を低い状態に維持して運転することが可能なことから、特に自動車などの移動体用電源として注目されている。 Among various fuel cell systems that have been developed as high-efficiency power supply sources in recent years, fuel cells and oxidant gases are used at a pressure close to atmospheric pressure using a polymer electrolyte membrane having proton conductivity. For example, an atmospheric pressure operation type fuel cell system supplied to the main body can obtain a high output density with a simple structure and can be operated while maintaining a low loss of auxiliary equipment such as a compressor. In particular, it is attracting attention as a power source for mobile objects such as automobiles.
従来の大気圧運転型の燃料電池システムにおいては、ガス通路と冷却水通路が多孔質集電板を介して隣接しているため、供給される冷却水の圧力は、圧力レギュレータにより供給されるガスの圧力（大気圧）より低い圧力、例えば３０ｋＰａだけ低い圧力に保持され、冷却水が必要以上にガス通路に移動しないように運転される（特許文献１参照）。
ところで、自動車などの移動体は、その走行経路に高度差があり、時には２０００ｍを越える高地を走行することを想定しておく必要がある。大気圧には高度１０００ｍ毎に約１００ｍｂ程度低下する性質があり、大気圧に対し一定の圧力だけ低い圧力で冷却水を循環させる必要のある大気圧運転型燃料電池システムにおいては、大気圧の低下に伴って循環する冷却水の圧力が低下するため、循環ポンプ内部でキャビテーションが発生したり、あるいは冷却水循環系内で冷却水の減圧沸騰が生じる。したがって、燃料電池の冷却を十分に行えなくなるばかりでなく、冷却系部品が損傷を受け部品の寿命特性が著しく低下するという課題が発生する。また、酸化剤ガスとして例えば大気圧の空気が供給される燃料電池発電装置においては、大気圧の低下に伴って空気中の酸素分圧が低下することが原因となって燃料電池の出力が低下するため、高地で走行に必要な馬力が得られなくなるという事態が発生することも予想される。 By the way, it is necessary to assume that a moving body such as an automobile has a difference in altitude in its travel route and sometimes travels in a highland exceeding 2000 m. Atmospheric pressure has the property of decreasing by about 100 mb for every 1000 m altitude, and in atmospheric pressure operation type fuel cell systems where it is necessary to circulate cooling water at a constant pressure lower than atmospheric pressure, the atmospheric pressure decreases. Accordingly, the pressure of the cooling water circulating decreases, so that cavitation occurs inside the circulation pump, or decompression boiling of the cooling water occurs in the cooling water circulation system. Therefore, not only can the fuel cell not be sufficiently cooled, but there is a problem that the cooling system parts are damaged and the life characteristics of the parts are significantly reduced. In addition, in a fuel cell power generation apparatus to which, for example, atmospheric pressure air is supplied as an oxidant gas, the output of the fuel cell decreases due to a decrease in oxygen partial pressure in the air as the atmospheric pressure decreases. For this reason, it is expected that a horsepower necessary for traveling at high altitudes cannot be obtained.
これらを解決する一手段として、燃料電池の運転圧力（燃料ガス、および酸化剤ガス、および冷却水の供給圧力）を上昇させて運転する方法がある。しかしながら、昇圧運転時は、燃料電池の内部の圧力と周辺大気の圧力差が大きくなるため、その分燃料電池本体の耐圧力性能を向上させなければならず、燃料電池構造の複雑化、燃料電池本体の重量増大、大型化、コストの増大を招くことになる。 As one means for solving these problems, there is a method of operating by increasing the operating pressure of the fuel cell (supply pressure of fuel gas, oxidant gas, and cooling water). However, since the pressure difference between the internal pressure of the fuel cell and the ambient atmosphere becomes large during the boost operation, the pressure resistance performance of the fuel cell main body must be improved accordingly. This increases the weight of the main body, increases the size, and increases the cost.
請求項１の発明は、燃料ガスが供給される燃料極と酸化剤ガスが供給される酸化剤極とに挟持された電解質膜、一方の面に燃料ガス通路が設けられた燃料極集電板、および一方の面に酸化剤ガス通路が設けられた酸化剤極集電板を有する単位セルを複数積層してなる燃料電池本体を備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池本体の少なくともいずれか一方の集電板は、前記ガス通路を設けた面の他方の面に冷却水通路を設けた多孔集電であるとともに、前記燃料電池本体の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記冷却水通路に対し前記燃料電池本体に供給されるガスよりも低い圧力で冷却水を循環させる冷却水循環手段と、大気圧を検出する大気圧検出手段と、前記大気圧検出手段で検出された大気圧検出値が大気圧基準値より低い場合は、前記冷却水の温度を前記検出された大気圧検出値に応じて設定される温度まで低下させる冷却水温度制御を実行する制御手段とを備えることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, an electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode supplied with a fuel gas and an oxidant electrode supplied with an oxidant gas, and a fuel electrode current collector plate provided with a fuel gas passage on one surface , And a fuel cell system comprising a fuel cell body comprising a plurality of unit cells each having an oxidant electrode current collector plate provided with an oxidant gas passage on one side, wherein at least one of the fuel cell bodies One of the current collector plates is a porous current collector in which a cooling water passage is provided on the other surface of the surface on which the gas passage is provided, and fuel gas supply means for supplying fuel gas to the fuel electrode of the fuel cell body And an oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the oxidant electrode of the fuel cell main body, and cooling for circulating cooling water at a lower pressure than the gas supplied to the fuel cell main body with respect to the cooling water passage Detects water circulation and atmospheric pressure When the atmospheric pressure detection means and the atmospheric pressure detection value detected by the atmospheric pressure detection means are lower than the atmospheric pressure reference value, the temperature of the cooling water is set to a temperature set according to the detected atmospheric pressure detection value. And control means for executing cooling water temperature control to be reduced.
請求項２の発明は、上記請求項１の構成を備えた燃料電池システムであって、制御手段では、前記大気圧検出手段で検出された大気圧検出値が大気圧基準値より低い場合に、前記検出された大気圧検出値に応じて設定される冷却水の流量まで増加させる冷却水流量制御を実行することを特徴とする。
The invention of
請求項３の発明は、上記請求項１の構成に、さらに 前記冷却水の圧力を検出する冷却水圧力検出手段を備え、制御手段では、前記検出された大気圧検出値が大気圧基準値より低い場合に、前記前記酸化剤ガスの供給圧力に対し一定値だけ低い圧力に設定された基準となる冷却水圧力に対し、前記検出された大気圧検出値に応じて設定される圧力であって、前記大気圧検出値に対応して前記酸化剤ガスの供給圧力を超えない範囲で設定される冷却水の圧力まで昇圧させる冷却水圧力制御を実行することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the structure of the first aspect further includes a cooling water pressure detecting means for detecting the pressure of the cooling water, and the control means detects the detected atmospheric pressure value from an atmospheric pressure reference value. When the pressure is low, the pressure is set according to the detected atmospheric pressure detection value with respect to the reference cooling water pressure set to a pressure lower than the supply pressure of the oxidant gas by a certain value. The cooling water pressure control is executed to increase the pressure to the cooling water pressure set in a range not exceeding the supply pressure of the oxidant gas corresponding to the detected atmospheric pressure value.
請求項１の発明によれば、大気圧検出値が大気圧基準値より低い場合には、冷却水温度制御を実行して、冷却水を所定の設定温度まで低下させるようにしたので、高地においても燃料電池の冷却水系でのキャビテーション、減圧沸騰の発生を抑制しながら燃料電池を運転することができる。また、冷却水温度の低下に伴い、供給されるガス温度も低下するため、大気圧低下に伴う酸化剤ガスの酸素分圧の低下を補うことができ、高地における燃料電池の性能低下を抑制することができる。 According to the first aspect of the present invention, when the atmospheric pressure detection value is lower than the atmospheric pressure reference value, the cooling water temperature control is executed to reduce the cooling water to a predetermined set temperature. In addition, the fuel cell can be operated while suppressing the occurrence of cavitation and vacuum boiling in the cooling water system of the fuel cell. Moreover, since the gas temperature to be supplied also decreases as the cooling water temperature decreases, the decrease in the oxygen partial pressure of the oxidant gas accompanying the atmospheric pressure decrease can be compensated, and the performance deterioration of the fuel cell in the high altitude is suppressed. be able to.
請求項２の発明によれば、大気圧検出値が大気圧基準値より低い場合には、冷却水流量制御を実行して冷却水の流量を増加させることにより、冷却水を所定の設定温度となるまで低下させるようにしたので、上記請求項１と同じ効果を得ることができる。とくに本発明においては、冷却水の流量を増大するように制御するため、燃料電池本体の冷却水入口と冷却水出口における冷却水の温度差が小さくなり、燃料電池本体をより均一に冷却することができるため、高地でも安定した燃料電池の運転を行うことができる。
According to the invention of
請求項３の発明によれば、大気圧検出値が大気圧基準値より低い場合には、冷却水圧力制御を実行して冷却水の圧力を所定範囲で昇圧させることにより、冷却水を所定の設定温度となるまで低下させるようにしたので、上記請求項１と同じ効果を得ることができる。とくに本発明においては、冷却水の圧力を適宜に設定することにより、燃料電池の冷却水系でのキャビテーション、減圧沸騰の発生をさらに抑制することができる。
According to the invention of
以下、本発明に係わる燃料電池システムを実施するための最良の形態を示す実施例として、本発明を移動体用燃料電池システムに適用した場合の実施例を説明する。 Hereinafter, as an example showing the best mode for carrying out the fuel cell system according to the present invention, an example in which the present invention is applied to a mobile fuel cell system will be described.
図１は、実施例１に係わる燃料電池システムの概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment.
燃料電池本体１は、単セルを複数積層して構成した燃料電池スタックである。単セルの構成例を図２に示す。高分子電解質膜３の両表面側には、アノード側電極となる燃料極４と、カソード側電極となる酸化剤極５とが高分子電解質膜３と一体に形成されている。燃料極４の外側の面には、燃料ガスとして水素に富む改質ガスの通路（以下、燃料ガス通路）６ａが設けられた多孔質導電性物質で形成された集電板６が配置されている。また酸化剤極５の外側の面には、酸化剤ガスとして空気の通路（以下、酸化剤ガス通路）７ａが設けられた多孔質導電性物質で形成された集電板７が配置されている。さらに、これら集電板６、７のガス通路が設けられた面の他方の面には、冷却水を通流させる冷却水通路６ｂ、７ｂが設けられている。これら高分子電解質膜３、燃料極４、酸化剤極５、および集電板６、７の積層体により単セル２が構成されている。そして、このような単セル２を電気絶縁板８を介して複数直列に積層することにより燃料電池本体１が構成されている。
The fuel cell main body 1 is a fuel cell stack configured by stacking a plurality of single cells. A configuration example of a single cell is shown in FIG. On both surface sides of the
ここで、燃料極側の集電板６の燃料ガス通路６ａには、燃料ガスとして水素に富む水素ガスが燃料ガス供給手段９から大気圧で供給され、酸化剤極側の集電板７の酸化剤ガス通路７ａには、ブロア１０から酸化剤ガスとして空気が大気圧で供給される。また両極の集電板６、７の冷却水通路６ｂ、７ｂには冷却水循環ポンプ１１により冷却水が供給され、熱交換により燃料電池本体１の運転温度を例えば８５℃程度に維持すると共に、両極の集電板を介して、通流するガスと冷却水の間で水分が移動することにより、両極を通流するガスの湿度が燃料電池の運転に最適な状態に維持される。この様に大気圧運転型の燃料電池システムにおいては、ガス通路と冷却水通路とが集電板を介して隣接しているため、供給される冷却水の圧力は、冷却水圧力レギュレータ１２により供給されるガスの圧力（大気圧）より低い圧力、例えば３０ｋＰａだけ低い圧力に保持され、冷却水が必要以上にガス通路に移動しないように運転される。
Here, hydrogen gas rich in hydrogen as fuel gas is supplied from the fuel gas supply means 9 to the
なお、燃料電池本体１の燃料極４から排出される未利用の燃料ガスはエゼクタポンプ２８を用いて再度燃料電池本体１の燃料極４へ循環供給され、燃料電池本体１の酸化剤極５から排出される未利用の空気（酸素）はそのまま大気中へ排出される。
The unused fuel gas discharged from the
また、燃料電池本体１を冷却する冷却装置（冷却水循環手段）１３は、燃料電池本体１と冷却水とで熱交換を行う熱交換部（冷却水通路６ｂ、７ｂに対応）１４と、冷却水循環ポンプ１１と、冷却水に含まれる気体成分を分離除去すると共に冷却水を貯蔵する気液分離器１５と、冷却水を外気により冷却するラジエータ１６とを備え、これらが上記の順に接続されると共に、熱交換部１４と冷却水循環ポンプ１１とを接続する冷却水循環管路１７に冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段１８を設け、気液分離器１５とラジエータ１６とを接続する冷却水循環管路１９に、ラジエータ１６をバイパスするバイパス管路２０を通流する冷却水の流量を制御するラジエータバイパス弁２１を設け、さらにラジエータ１６と熱交換部１４とを接続する冷却水循環管路２２に冷却水の圧力を制御する冷却水圧力レギュレータ１２を設けることにより構成される。
A cooling device (cooling water circulation means) 13 for cooling the fuel cell main body 1 includes a heat exchanging section (corresponding to the
冷却水圧力レギュレータ１２の基準圧検知部１２Ａと気液分離器１５の気層部１５Ａは、燃料電池本体１の酸化剤極５に空気を供給するブロア１０および燃料電池本体１につながる空気供給管２３に接続されている。冷却水圧力レギュレータ１２の制御弁１２Ｂが燃料電池本体１に供給される空気の圧力に応じて制御されることにより、冷却水循環管路１７、２２を循環する冷却水の圧力は、燃料電池本体１に供給される空気の圧力に対してある一定の値、例えば３０ｋＰａだけ低くなるように保持される。また、大気側に開放されたブロア１０のブロア吸気管２４には大気圧検出手段２５が設けられている。
The reference
制御装置（制御手段）２６は、燃料電池システム全体を制御するコントローラであり、本実施例では、入力装置として、冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段１８、および大気圧を検出する大気圧検出手段２５が接続されている。また、制御対象となる出力装置として、冷却水循環ポンプ１１、ラジエータバイパス弁２１、およびラジエータ冷却ファン２７が接続されている。
The control device (control means) 26 is a controller that controls the entire fuel cell system. In this embodiment, as an input device, a cooling water temperature detection means 18 that detects the temperature of the cooling water, and a large pressure that detects the atmospheric pressure. An atmospheric
制御装置２６は、所定時間毎に上記入力装置での検出値を取り込み、この検出値に基づいて上記各出力装置に指令を送り、燃料電池システムの運転を制御する。本実施例における制御装置２６は、冷却水温度制御として、大気圧検出手段２５で検出された大気圧検出値Ｐａが大気圧基準値Ｐｏより低い場合は、図４に示す大気圧−冷却水設定温度マップから大気圧検出値Ｐａに応じて設定される温度（冷却水設定温度）Ｔｓｅｔを検索し、冷却水温度Ｔｃｏｏｌが冷却水設定温度Ｔｓｅｔに保持されるように、ラジエータバイパス弁２１の開閉およびラジエータ冷却ファン２７のＯＮ−ＯＦＦを制御するようにしている。
The
次に、図３のフローチャートを参照しながら、制御装置２６による冷却水温度制御の動作について説明する。
Next, the operation of the coolant temperature control by the
図３は、実施例１の制御装置２６により実行される大気圧低下時の冷却水温度制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば３０秒毎）に繰り返し実行されている。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a cooling water temperature control routine executed by the
この冷却水温度制御ルーチンが実行されると、制御装置２６は、まずブロア吸気管２４に取り付けられた大気圧検出手段２５から大気圧検出値Ｐａを読み込み（ステップＳ１００）、読み込んだ大気圧検出値Ｐａが大気圧基準値Ｐｏより低いか否かを判断する（ステップＳ１０１）。ここで、大気圧基準値Ｐｏは、冷却水の設定温度を低下させて運転する必要があるか否かを判定するためのものであり、海面上における標準大気圧から大気圧検出手段の検出誤差、気温による補正等を減じた値に予め定められている。大気圧検出値Ｐａが大気圧基準値Ｐｏより低いときには、冷却水設定温度を低下させる必要があると判断して、まず冷却水循環管路１７に取り付けられた冷却水温度検出手段１８から冷却水温度Ｔｃｏｏｌを読み込み（ステップＳ１０２）、続いて図４に示す大気圧−冷却水設定温度マップから大気圧検出値Ｐａに対する冷却水設定温度Ｔｓｅｔを検索する（ステップＳ１０３）。次に、検出した冷却水温度Ｔｃｏｏｌが検索した冷却水設定温度Ｔｓｅｔより高いか否かを判断する（ステップＳ１０４）。ここで、検出した冷却水温度Ｔｃｏｏｌが検索した冷却水設定温度Ｔｓｅｔより高い場合、制御装置２６はラジエータバイパス弁２１を閉じる処理を実行し（ステップＳ１０５）、バイパス管路２０を冷却水循環管路２２から切り離すことでバイパス管路２０を循環する冷却水の全量がラジエータ１６に通流するように制御する。この制御により、ラジエータ１６を介して冷却水からより多くの熱量が外気に放熱されるため、冷却水の温度が低下することになる。
When this cooling water temperature control routine is executed, the
また、ステップＳ１０４で、検出した冷却水温度Ｔｃｏｏｌが検索した冷却水設定温度Ｔｓｅｔ以下の場合には、ラジエータバイパス弁２１を開く処理を実行し（ステップＳ１０９）、バイパス管路２０を冷却水循環管路２２に接続して、循環する冷却水の全量がラジエータ１６を通流しないようにする。この処理により燃料電池本体１で加熱された冷却水の熱が外気に放熱されることがなくなるために冷却水温度が上昇し、燃料電池本体１が必要以上に冷却されることを防ぐことができる。
In step S104, when the detected cooling water temperature Tcool is equal to or lower than the searched cooling water set temperature Tset, a process of opening the
この後、再び冷却水温度Ｔｃｏｏｌを読み込み（ステップＳ１０６）、冷却水温度Ｔｃｏｏｌが冷却水設定温度Ｔｓｅｔにまで低下したかどうかを判断する（ステップＳ１０７）。ここで、冷却水温度Ｔｃｏｏｌが冷却水設定温度Ｔｓｅｔより高い場合には、ラジエータ冷却ファン２７をＯＮする制御を実行し（ステップＳ１０８）、ラジエータ１６を通過する風量を上昇させることで、さらに冷却水からの放熱を促進し冷却水の温度を低下させる。一方、冷却水温度Ｔｃｏｏｌが冷却水設定温度Ｔｓｅｔより低い場合には、ラジエータ冷却ファン２７をＯＦＦする制御を実行し（ステップＳ１１０）、冷却水の過冷却を防ぐとともに、ラジエータ冷却ファン２７の駆動電力を不必要に消費しないようにする。
Thereafter, the cooling water temperature Tcool is read again (step S106), and it is determined whether or not the cooling water temperature Tcool has decreased to the cooling water set temperature Tset (step S107). Here, when the cooling water temperature Tcool is higher than the cooling water set temperature Tset, control for turning on the
以上の動作で本ルーチンを終了する。なお、ラジエータバイパス弁２１の開閉処理（ステップＳ１０５、およびステップＳ１０９）の後、ラジエータファンＯＮ−ＯＦＦ判定のための冷却水温度Ｔｃｏｏｌ読み込み処理（ステップＳ１０６）を実行するまでの間に、所定の時間、例えば２０秒間だけ遅れを持たせると、さらに不必要なラジエータ冷却ファン２７の駆動電力を消費せずに冷却水の温度を低下させる事ができる。
This routine is completed by the above operation. It should be noted that after the opening / closing process of the radiator bypass valve 21 (steps S105 and S109), a predetermined time is elapsed until the cooling water temperature Tcool reading process (step S106) for determining the radiator fan ON / OFF is executed. For example, if there is a delay of only 20 seconds, the temperature of the cooling water can be lowered without consuming unnecessary driving power of the
また、図示していないが、ステップＳ１０１において大気圧検出値Ｐａが大気圧基準値Ｐｏ以上であると判断された場合は、ラジエータバイパス弁２１およびラジエータ冷却ファン２７の少なくとも一つ、あるいは両方を組み合わせて制御することにより、燃料電池を高効率かつ高出力な状態で運転できるように設定された冷却水温度Ｔｏに制御される。
Although not shown, when it is determined in step S101 that the atmospheric pressure detection value Pa is equal to or higher than the atmospheric pressure reference value Po, at least one of the
以上の冷却水温度制御ルーチンを実行して冷却水温度を低下させた場合の、燃料電池の性能低下を抑制する効果を図５に沿って説明する。図５において、大気圧基準値Ｐｏにおける冷却水温度をＴｏ、燃料電池本体１の酸化剤極５の入口近傍での供給空気中の酸素分圧をＰｏ２−０とする。冷却水温度をＴｏとしたままで大気圧が低下すると、燃料電池本体１の酸化剤極入口近傍での供給空気中の酸素分圧はＰｏ２−ａｌｔまで低下してしまうため、燃料電池の出力が低下する。この出力低下は燃料電池の拡散分極が発生する高電流密度の領域においてより顕著となる。この状態から、上記のような制御を実行して冷却水温度をＴｓｅｔまで低下させると、燃料電池本体１の酸化剤極５に供給される空気の温度も低下するため、酸化剤極５の入口近傍での供給空気中の酸素分圧はＰｏ２−ｓｅｔまで上昇することになり、大気圧低下時に生じる燃料電池出力の低下を抑制することができる。
The effect of suppressing the performance deterioration of the fuel cell when the cooling water temperature control routine is executed to lower the cooling water temperature will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the coolant temperature at the atmospheric pressure reference value Po is To, and the oxygen partial pressure in the supply air near the inlet of the
したがって、本実施例によれば、高地においても燃料電池の冷却系でのキャビテーション、減圧沸騰の発生を抑制することができるとともに、大気圧低下に伴う供給空気中の酸素分圧の低下を補うことができるため、高地における燃料電池の性能低下を抑制することができる。 Therefore, according to this embodiment, it is possible to suppress the occurrence of cavitation and vacuum boiling in the cooling system of the fuel cell even at high altitudes, and to compensate for the decrease in the oxygen partial pressure in the supply air accompanying the decrease in atmospheric pressure. Therefore, it is possible to suppress the performance deterioration of the fuel cell in the highland.
次に、実施例１（図１）と同様に構成された燃料電池システムにおいて、制御装置２６による冷却水流量制御の動作を実施例２として説明する。
Next, in the fuel cell system configured similarly to the first embodiment (FIG. 1), the operation of the coolant flow rate control by the
本実施例における制御装置２６は、冷却水流量制御として、大気圧検出手段２５により検出された大気圧検出値Ｐａが大気圧基準値Ｐｏより低い場合は、図４に示す大気圧−冷却水設定温度マップから大気圧検出値Ｐａに応じて設定される冷却水設定温度Ｔｓｅｔを検索すると共に、図７に示す大気圧−ポンプ目標回転数マップをもとに冷却水流量Ｑが大気圧検出値Ｐａに応じて設定される循環流量Ｑｓｅｔとなるように冷却水循環ポンプ１１の回転数Ｒを制御して、冷却水温度Ｔｃｏｏｌが冷却水設定温度Ｔｓｅｔに保持されるようにしている。その他のシステム構成は、実施例１と同じなので説明を省略する。
When the atmospheric pressure detection value Pa detected by the atmospheric pressure detection means 25 is lower than the atmospheric pressure reference value Po as the cooling water flow rate control, the
図６は、実施例２の制御装置２６により実行される大気圧低下時の冷却水流量制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば５秒毎）に繰り返し実行されている。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a cooling water flow rate control routine executed by the
この冷却水流量制御ルーチンが実行されると、制御装置２６は、まずブロア吸気管２４に取り付けられた大気圧検出手段２５から大気圧検出値Ｐａを読み込み（ステップＳ２００）、読み込んだ大気圧検出値Ｐａが大気圧基準値Ｐｏより低いか否かを判断する（ステップＳ２０１）。ここで、大気圧検出値Ｐａが大気圧基準値Ｐｏより低いときには、冷却水循環管路１７に取り付けられた冷却水温度検出手段１８から冷却水温度Ｔｃｏｏｌを読み込み（ステップＳ２０２）、続いて図４に示す大気圧−冷却水設定温度マップから大気圧検出値Ｐａに対する冷却水設定温度Ｔｓｅｔを検索する（ステップＳ２０３）。次に、検出した冷却水温度Ｔｃｏｏｌが検索した設定温度Ｔｓｅｔより高いか否かを判断する（ステップＳ２０４）。ここで、検出した冷却水温度Ｔｃｏｏｌが検索した設定温度Ｔｓｅｔより高い場合、制御装置２６は冷却水循環ポンプ１１の回転数（ポンプ回転数Ｒ）を、図７に示すＲｓｅｔに上昇させる処理を実行し（ステップＳ２０５）、本ルーチンを終了する。
When this cooling water flow rate control routine is executed, the
これにより、冷却水の循環流量がＱｓｅｔまで増大し、冷却水温度がＴｓｅｔまで低下すると共に、図８に示すように、燃料電池本体１の入口冷却水温度と出口冷却水温度の差ΔＴｆｃが減少するため、実施例１と同様の効果に加えて、燃料電池本体１内の温度分布がより均一となり、燃料電池を安定して運転する事ができる。 Thereby, the circulating flow rate of the cooling water increases to Qset, the cooling water temperature decreases to Tset, and the difference ΔTfc between the inlet cooling water temperature and the outlet cooling water temperature of the fuel cell main body 1 decreases as shown in FIG. Therefore, in addition to the same effects as in the first embodiment, the temperature distribution in the fuel cell main body 1 becomes more uniform, and the fuel cell can be operated stably.
一方、ステップＳ２０４において、検出した冷却水温度Ｔｃｏｏｌが検索した設定温度Ｔｓｅｔ以下の場合、制御装置２６は冷却水循環ポンプ１１の回転数を低下させ（ステップＳ２０６）、本ルーチンを終了する。
On the other hand, when the detected cooling water temperature Tcool is equal to or lower than the set temperature Tset searched in step S204, the
また、図示していないが、ステップＳ２０１において大気圧検出値Ｐａが大気圧基準値Ｐｏ以上であると判断された場合は、冷却水循環ポンプ１１を制御することにより、燃料電池を高効率かつ高出力な状態で運転できるように設定された冷却水流量Ｑｏに制御される。
Although not shown, when it is determined in step S201 that the atmospheric pressure detection value Pa is equal to or greater than the atmospheric pressure reference value Po, the fuel cell is controlled with high efficiency and high output by controlling the cooling
したがって、本実施例によれば、高地においても燃料電池の冷却系でのキャビテーション、減圧沸騰の発生を抑制することができるとともに、大気圧低下に伴う供給空気中の酸素分圧の低下を補うことができるため、高地における燃料電池の性能低下を抑制することができる。とくに、本実施例においては、燃料電池本体の入口冷却水温度と出口冷却水温度の差が小さくなり、燃料電池本体をより均一に冷却することができるため、高地でも安定した燃料電池の運転を行うことができる。 Therefore, according to this embodiment, it is possible to suppress the occurrence of cavitation and vacuum boiling in the cooling system of the fuel cell even at high altitudes, and to compensate for the decrease in the oxygen partial pressure in the supply air accompanying the decrease in atmospheric pressure. Therefore, it is possible to suppress the performance deterioration of the fuel cell in the highland. In particular, in the present embodiment, the difference between the inlet cooling water temperature and the outlet cooling water temperature of the fuel cell main body is reduced, and the fuel cell main body can be cooled more uniformly. It can be carried out.
次に、実施例３について説明する。図９は、実施例３に係わる燃料電池システムの概略構成図である。 Next, Example 3 will be described. FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to the third embodiment.
本実施例では、燃料電池本体１の熱交換部１４と冷却水循環ポンプ１１とを接続する冷却水循環管路１７に冷却水圧力検出手段２９を設けると共に、ブロア１０と気液分離器１５の気層部１５Ａと燃料電池本体１の酸化剤極５に連通する空気供給管２３に供給空気圧力検出手段３０を設け、さらに図１の冷却水圧力レギュレータ１２に換えて、図示しないステップモータで駆動され多段階の開度調節が可能な冷却水圧力調整弁３１を設けた構成としている。
In the present embodiment, the cooling water pressure detection means 29 is provided in the cooling
本実施例における制御装置２６は、冷却水圧力制御として、大気圧検出手段２５により検出された大気圧検出値Ｐａが大気圧基準値Ｐｏより低い場合は、図１１に示す大気圧−冷却水補正設定圧力マップから大気圧検出値Ｐａに応じて設定される冷却水設定圧力Ｐｃｏｏｌ−ｓｅｔを検索すると共に、冷却水圧力検出手段２９で検出される冷却水圧力Ｐｃｏｏｌが冷却水設定圧力Ｐｃｏｏｌ−ｓｅｔとなるように冷却水圧力調整弁３１の開閉を制御して、冷却水温度Ｔｃｏｏｌが冷却水設定温度Ｔｓｅｔに保持されるようにしている。ただし、冷却水設定圧力Ｐｃｏｏｌ−ｓｅｔは、図１１に示すように、供給空気圧力（図中一点鎖線）に対し一定値だけ低い圧力に設定された冷却水基準設定圧力（図中破線）に対し、大気圧検出値Ｐａに対応して供給空気圧力を超えない範囲で設定される冷却水補正設定圧力（図中実線）から検索される。その他のシステム構成は実施例１と同じであり、同等部分には同一符号を付している。
When the atmospheric pressure detection value Pa detected by the atmospheric pressure detection means 25 is lower than the atmospheric pressure reference value Po as the cooling water pressure control, the
図１０は、実施例３の制御装置２６により実行される大気圧低下時の冷却水圧力制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば１秒毎）に繰り返し実行されている。
FIG. 10 is a flowchart illustrating a cooling water pressure control routine performed when the atmospheric pressure drops, which is executed by the
この冷却水圧力制御ルーチンが実行されると、制御装置２６は、まずブロア吸気管２４に取り付けられた大気圧検出手段２５から大気圧検出値Ｐａを読み込み（ステップＳ３００）、読み込んだ大気圧検出値Ｐａが大気圧基準値Ｐｏより低いか否かを判断する（ステップＳ３０１）。ここで、大気圧検出値Ｐａが大気圧基準値Ｐｏより低いときには、まず冷却水循環管路１７に取り付けられた冷却水圧力検出手段２９から冷却水圧力Ｐｃｏｏｌを読み込む処理を実行し（ステップＳ３０２）、続いて図１１に示す大気圧−冷却水設定圧力マップから大気圧検出値Ｐａに対する冷却水設定圧力Ｐｃｏｏｌ−ｓｅｔを検索する（ステップＳ３０３）。次に、検出した冷却水圧力Ｐｃｏｏｌが検索した冷却水設定圧力Ｐｃｏｏｌ−ｓｅｔより高いか否かを判断する（ステップＳ３０４）。ここで、検出した冷却水圧力Ｐｃｏｏｌが検索した冷却水設定圧力Ｐｃｏｏｌ−ｓｅｔより低い場合、制御装置２６は冷却水圧力調整弁３１を１段階開く処理を実行し（ステップＳ３０５）、本ルーチンを終了する。一方、検出した冷却水圧力Ｐｃｏｏｌが検索した設定圧力Ｐｓｅｔ以上である場合、制御装置２６は冷却水圧力調整弁３１を１段階閉じる処理を実行し（ステップＳ３０６）、本ルーチンを終了する。
When this cooling water pressure control routine is executed, the
本実施例では図１１に示すように、冷却水設定圧力Ｐｃｏｏｌ−ｓｅｔは、供給空気圧力検出手段３０で検出される供給空気圧力を超えない範囲で大気圧が低くなればなるほど高くなるように設定されているため、実施例１と同様の効果に加えて、燃料電池本体１の内部での湿度コントロールのバランスを極力崩すことなしに冷却水循環ポンプ１１のキャビテーションあるいは、冷却水循環系内での減圧沸騰を回避することできる。
In this embodiment, as shown in FIG. 11, the cooling water set pressure Pcool-set is set so as to increase as the atmospheric pressure decreases within a range not exceeding the supply air pressure detected by the supply air pressure detection means 30. Therefore, in addition to the same effects as in the first embodiment, the cavitation of the cooling
また、図示していないが、ステップＳ３０１において大気圧検出値Ｐａが大気圧基準値Ｐｏ以上であると判断された場合は、冷却水圧力調整弁３１を制御することにより燃料電池を高効率かつ高圧力な状態で運転できるように設定された冷却水圧力Ｐｃｏｏｌに制御される。
Although not shown, when it is determined in step S301 that the atmospheric pressure detection value Pa is equal to or higher than the atmospheric pressure reference value Po, the fuel cell is made highly efficient and high by controlling the cooling water
したがって、本実施例によれば、高地においても燃料電池の冷却系でのキャビテーション、減圧沸騰の発生を抑制することができるとともに、大気圧低下に伴う供給空気中の酸素分圧の低下を補うことができるため、高地における燃料電池の性能低下を抑制することができる。とくに、本実施例においては、冷却水設定圧力Ｐｃｏｏｌ−ｓｅｔを適宜に設定することにより、燃料電池の冷却水系でのキャビテーション、減圧沸騰の発生をさらに抑制することができる。 Therefore, according to this embodiment, it is possible to suppress the occurrence of cavitation and vacuum boiling in the cooling system of the fuel cell even at high altitudes, and to compensate for the decrease in the oxygen partial pressure in the supply air accompanying the decrease in atmospheric pressure. Therefore, it is possible to suppress the performance deterioration of the fuel cell in the highland. In particular, in this embodiment, by appropriately setting the cooling water set pressure Pcool-set, it is possible to further suppress the occurrence of cavitation and vacuum boiling in the cooling water system of the fuel cell.
次に、実施例４について説明する。図１２は、実施例４に係わる燃料電池システムの概略構成図である。 Next, Example 4 will be described. FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to the fourth embodiment.
本実施例では、制御装置２６に、燃料電池本体１の負荷を検出する負荷検出回路と、ブロア１０の回転数を制御する制御回路（いずれも図示せず）を追加した構成としている。
In this embodiment, the
本実施例における制御装置２６は、上記実施例１に記載した冷却水温度制御に加えて、空気供給量制御として、大気圧検出手段により検出された大気圧検出値Ｐａが大気圧基準値Ｐｏより低い場合は、図１４に示す大気圧、冷却水温度−燃料電池出口近傍酸素分圧マップから、大気圧検出値Ｐａに応じて設定される設定空気利用率Ｕｓｅｔを検索すると共に、燃料電池本体１の負荷等から算出した空気利用率Ｕａが設定空気利用率Ｕｓｅｔとなるようにブロア１０の回転数を制御している。その他のシステム構成は実施例３と同じであり、同等部分に同一符号を付している。
In addition to the cooling water temperature control described in the first embodiment, the
図１３は、実施例４の制御装置２６により実行される大気圧低下時の空気供給量制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば１秒毎）に繰り返し実行されている。
FIG. 13 is a flowchart illustrating an air supply amount control routine performed when the atmospheric pressure drops, which is executed by the
この空気供給量制御ルーチンが実行されると、制御装置２６は、まずブロア吸気管２４に取り付けられた大気圧検出手段２５から大気圧検出値Ｐａを読み込み（ステップＳ４００）、読み込んだ大気圧検出値Ｐａが大気圧基準値Ｐｏより低いか否かを判断する（ステップＳ４０１）。ここで、大気圧検出値Ｐａが大気圧基準値Ｐｏより低いときには、まず冷却水循環管路１７に取り付けられた冷却水圧力検出手段２９から冷却水温度Ｔｃｏｏｌを読み込む処理を実行し（ステップＳ４０２）、図４に示す大気圧−冷却水設定温度マップから大気圧検出値Ｐａに対する冷却水設定温度Ｔｓｅｔを検索する（ステップＳ４０３）。続いて、例えば実施例１に記載したような冷却水温度制御を実行して、冷却水温度Ｔｃｏｏｌを冷却水設定温度Ｔｓｅｔに低下させる（ステップＳ４０４）。
When this air supply amount control routine is executed, the
次に、制御装置２６は燃料電池本体１の負荷、およびブロア１０の回転数を検出し（ステップＳ４０５、Ｓ４０６）、これらの検出値から空気利用率Ｕａを算出する（ステップＳ４０７）。続いて、図１４に示す大気圧、冷却水温度−燃料電池出口近傍酸素分圧マップ（空気利用率マップ）から、大気圧検出値Ｐａに対する設定空気利用率Ｕｓｅｔを検索する（ステップＳ４０８）。次に、ステップＳ４０７で算出した空気利用率Ｕａが設定空気利用率Ｕｓｅｔより高いか否かを判断する（ステップＳ４０９）。ここで、算出した空気利用率Ｕａが設定空気利用率Ｕｓｅｔより高い場合、制御装置２６はブロア１０の回転数を上昇する処理を実行し（ステップＳ４１０）、本ルーチンを終了する。一方、算出した空気利用率Ｕａが設定空気利用率Ｕｓｅｔ以上である場合、制御装置２６はブロア１０の回転数を低下させる処理を実行し（ステップＳ４１１）、本ルーチンを終了する。ここで、図１４に示すように、設定空気利用率Ｕｓｅｔは、大気圧基準値Ｐｏ且つ基準となる冷却水温度Ｔｏにおける燃料電池出口近傍の酸素分圧と同等、あるいは同等に近づくように設定されており、大気圧低下に伴う燃料電池本体１の酸化剤極における酸素濃度の低下を抑制して、高地での燃料電池の出力低下を回避することができる。
Next, the
また、図示していないが、ステップＳ４０１において大気圧検出値Ｐａが大気圧基準値Ｐｏ以上であると判断された場合は、ブロア１０の回転数等を制御することにより燃料電池の出力に応じた冷却水温度および空気利用率で運転できるように制御される。
Although not shown, when it is determined in step S401 that the atmospheric pressure detection value Pa is equal to or higher than the atmospheric pressure reference value Po, the number of revolutions of the
したがって、本実施例によれば、高地においても燃料電池の冷却系でのキャビテーション、減圧沸騰の発生を抑制することができるとともに、大気圧低下に伴う供給空気中の酸素分圧の低下を補うことができるため、高地における燃料電池の性能低下を抑制することができる。とくに本実施例においては、冷却水温度制御と空気供給量制御とを組み合わせて制御するようにしたので、より標高の高い地域でも燃料電池の冷却系でのキャビテーション、減圧沸騰の発生を確実に抑制することができると共に、さらに安定した運転を持続させることができる。 Therefore, according to this embodiment, it is possible to suppress the occurrence of cavitation and vacuum boiling in the cooling system of the fuel cell even at high altitudes, and to compensate for the decrease in the oxygen partial pressure in the supply air accompanying the decrease in atmospheric pressure. Therefore, it is possible to suppress the performance deterioration of the fuel cell in the highland. In particular, in this embodiment, since the control of the cooling water temperature control and the air supply amount control are combined, the occurrence of cavitation and vacuum boiling in the fuel cell cooling system is reliably suppressed even in regions with higher altitudes. And more stable operation can be maintained.
上記空気供給量制御ルーチンでは、ステップＳ４０４において、実施例１に記載したような冷却水温度制御を実行する例について示したが、この冷却水温度制御に換えて、実施例２に記載した冷却水流量制御や、実施例３に記載した冷却水圧力制御と組み合わせてもよい。 In the air supply amount control routine, an example in which the cooling water temperature control as described in the first embodiment is executed in step S404 has been described. Instead of the cooling water temperature control, the cooling water described in the second embodiment is used. You may combine with flow control and the cooling water pressure control described in Example 3.
さらに、実施例１に記載した冷却水温度制御、実施例２に記載した冷却水流量制御、ならびに実施例３に記載した冷却水圧力制御のいずれか２つ以上を組み合わせて運転するようにしてもよい。 Further, the cooling water temperature control described in the first embodiment, the cooling water flow rate control described in the second embodiment, and the cooling water pressure control described in the third embodiment may be combined and operated. Good.
１…燃料電池本体
２…単セル
３…高分子電解質膜
４…燃料極
５…酸化剤極
６、７…集電板
６ａ…燃料ガス通路
６ｂ、７ｂ…冷却水通路
７ａ…酸化剤ガス通路
８…電気絶縁板
９…燃料ガス供給手段
１０…ブロア
１１…冷却水循環ポンプ
１２…冷却水圧力レギュレータ
１２Ａ…基準圧検知部
１２Ｂ…制御弁
１４…熱交換部
１５…気液分離器
１５Ａ…気層部
１６…ラジエータ
１７…冷却水循環管路
１８…冷却水温度検出手段
１９…冷却水循環管路
２０…バイパス管路
２１…ラジエータバイパス弁
２２…冷却水循環管路
２３…空気供給管
２４…ブロア吸気管
２５…大気圧検出手段
２６…制御装置
２７…ラジエータ冷却ファン
２８…エゼクタポンプ
２９…冷却水圧力検出手段
３０…供給空気圧力検出手段
３１…冷却水圧力調整弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell
Claims (4)
前記燃料電池本体の少なくともいずれか一方の集電板は、前記ガス通路を設けた面の他方の面に冷却水通路を設けた多孔集電であるとともに、
前記燃料電池本体の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池本体の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記冷却水通路に対し前記燃料電池本体に供給されるガスよりも低い圧力で冷却水を循環させる冷却水循環手段と、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、
前記大気圧検出手段で検出された大気圧検出値が大気圧基準値より低い場合は、前記冷却水の温度を前記検出された大気圧検出値に応じて設定される温度まで低下させる冷却水温度制御を実行する制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 An electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode supplied with fuel gas and an oxidant electrode supplied with oxidant gas, a fuel electrode current collector plate provided with a fuel gas passage on one side, and oxidized on one side A fuel cell system including a fuel cell main body formed by laminating a plurality of unit cells having an oxidant electrode current collector plate provided with an agent gas passage,
The current collector plate of at least one of the fuel cell main body is a porous current collector provided with a cooling water passage on the other surface of the surface provided with the gas passage,
Fuel gas supply means for supplying fuel gas to the fuel electrode of the fuel cell body;
An oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the oxidant electrode of the fuel cell body;
Cooling water circulation means for circulating cooling water at a pressure lower than the gas supplied to the fuel cell main body with respect to the cooling water passage;
Atmospheric pressure detection means for detecting atmospheric pressure;
When the atmospheric pressure detection value detected by the atmospheric pressure detection means is lower than the atmospheric pressure reference value, the cooling water temperature is lowered to a temperature set according to the detected atmospheric pressure detection value. Control means for performing control;
A fuel cell system comprising:
前記燃料電池本体の少なくともいずれか一方の集電板は、前記ガス通路を設けた面の他方の面に冷却水通路を設けた多孔集電であるとともに、
前記燃料電池本体の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池本体の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記冷却水通路に対し前記燃料電池本体に供給されるガスよりも低い圧力で冷却水を循環させる冷却水循環手段と、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、
前記大気圧検出手段で検出された大気圧検出値が大気圧基準値より低い場合は、前記検出された大気圧検出値に応じて設定される冷却水の流量まで増加させる冷却水流量制御を実行する制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 An electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode supplied with fuel gas and an oxidant electrode supplied with oxidant gas, a fuel electrode current collector plate provided with a fuel gas passage on one side, and oxidized on one side A fuel cell system including a fuel cell main body formed by laminating a plurality of unit cells having an oxidant electrode current collector plate provided with an agent gas passage,
The current collector plate of at least one of the fuel cell main body is a porous current collector provided with a cooling water passage on the other surface of the surface provided with the gas passage,
Fuel gas supply means for supplying fuel gas to the fuel electrode of the fuel cell body;
An oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the oxidant electrode of the fuel cell body;
Cooling water circulation means for circulating cooling water at a pressure lower than the gas supplied to the fuel cell main body with respect to the cooling water passage;
Atmospheric pressure detection means for detecting atmospheric pressure;
When the atmospheric pressure detection value detected by the atmospheric pressure detection means is lower than the atmospheric pressure reference value, the cooling water flow rate control is executed to increase the cooling water flow rate set according to the detected atmospheric pressure detection value. Control means to
A fuel cell system comprising:
前記燃料電池本体の少なくともいずれか一方の集電板は、前記ガス通路を設けた面の他方の面に冷却水通路を設けた多孔集電であるとともに、
前記燃料電池本体の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池本体の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記冷却水通路に対し前記燃料電池本体に供給されるガスよりも低い圧力で冷却水を循環させる冷却水循環手段と、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、
前記冷却水の圧力を検出する冷却水圧力検出手段を備え、
前記検出された大気圧検出値が大気圧基準値より低い場合は、前記前記酸化剤ガスの供給圧力に対し一定値だけ低い圧力に設定された基準となる冷却水圧力に対し、前記検出された大気圧検出値に応じて設定される圧力であって、前記大気圧検出値に対応して前記酸化剤ガスの供給圧力を超えない範囲で設定される冷却水の圧力まで昇圧させる冷却水圧力制御を実行する制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 An electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode supplied with fuel gas and an oxidant electrode supplied with oxidant gas, a fuel electrode current collector plate provided with a fuel gas passage on one side, and oxidized on one side A fuel cell system including a fuel cell main body formed by laminating a plurality of unit cells having an oxidant electrode current collector plate provided with an agent gas passage,
At least one of the current collector plates of the fuel cell body is a porous current collector provided with a cooling water passage on the other surface of the surface provided with the gas passage,
Fuel gas supply means for supplying fuel gas to the fuel electrode of the fuel cell body;
An oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the oxidant electrode of the fuel cell body;
Cooling water circulating means for circulating cooling water at a pressure lower than the gas supplied to the fuel cell main body with respect to the cooling water passage;
Atmospheric pressure detection means for detecting atmospheric pressure;
Comprising cooling water pressure detecting means for detecting the pressure of the cooling water,
If the detected atmospheric pressure detection value is lower than the atmospheric pressure reference value, the detected atmospheric pressure is detected with respect to a reference cooling water pressure set to a pressure lower than the supply pressure of the oxidant gas by a certain value. Cooling water pressure control for increasing the pressure to a cooling water pressure that is set according to the atmospheric pressure detection value and that does not exceed the supply pressure of the oxidant gas corresponding to the atmospheric pressure detection value Control means for executing
A fuel cell system comprising:
When the atmospheric pressure detection value detected by the atmospheric pressure detection means is lower than the atmospheric pressure reference value, the control means further detects the atmospheric pressure at which the air utilization rate of the fuel cell body is detected by the atmospheric pressure detection means. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein an air supply amount control for increasing the air utilization rate to be set according to the detected value is executed.
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