JP2008171623A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
【課題】反応ガス供給手段よりも上流側の反応ガスの漏れを検知することができる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池10と、燃料電池10に反応ガスを供給するための反応ガス供給系3と、反応ガス供給系3の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する反応ガス供給手段35と、反応ガス供給手段35を駆動制御する制御手段4と、反応ガス供給手段35よりも上流側の反応ガス漏れを検知する漏れ検知手段4とを備え、反応ガス供給手段35は下流側への単位時間当たりのガス供給流量が既定であり、漏れ検知手段4は、反応ガス供給手段35における下流側への単位時間当たりのガス供給流量と、反応ガス供給手段35のガス供給に伴う該反応ガス供給手段35よりも上流側のガス状態量変化とから、反応ガス供給手段35よりも上流側のガス漏れを検知する。
【選択図】図1A fuel cell system capable of detecting leakage of a reaction gas upstream of a reaction gas supply means.
SOLUTION: A fuel cell 10, a reaction gas supply system 3 for supplying a reaction gas to the fuel cell 10, and a reaction gas supply for adjusting the gas state on the upstream side of the reaction gas supply system 3 and supplying the reaction gas to the downstream side Means 35, a control means 4 for driving and controlling the reaction gas supply means 35, and a leak detection means 4 for detecting a reaction gas leak upstream of the reaction gas supply means 35. The reaction gas supply means 35 is provided on the downstream side. The gas supply flow rate per unit time is predetermined, and the leak detection means 4 has the gas supply flow rate per unit time downstream of the reaction gas supply means 35 and the gas supplied by the reaction gas supply means 35. A gas leak upstream of the reaction gas supply means 35 is detected from the change in the gas state quantity upstream of the reaction gas supply means 35.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、下流側への単位時間当たりのガス供給流量が既定の反応ガス供給手段を備えた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system provided with a reaction gas supply means having a predetermined gas supply flow rate per unit time to the downstream side.
現在、反応ガス(燃料ガス及び酸化ガス)の供給を受けて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが提案され、実用化されている。かかる燃料電池システムには、水素タンク等の燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料供給流路が設けられており、この燃料供給流路に、上流側のガス状態を調整して下流側に供給する燃料供給手段として、燃料ガスの供給を高い応答性で適切に制御可能なインジェクタを設ける技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、燃料電池システムにおいては、燃料ガスの漏れを検知する必要があり、特に燃料ガスの圧力が高い燃料供給手段よりも上流側の燃料ガスの漏れを検知することが必要になってくるが、上記した技術には、インジェクタの故障時の対応制御についての開示はあるものの、このような燃料供給手段よりも上流側の燃料ガスの漏れを検知する点についての開示はなかった。 By the way, in the fuel cell system, it is necessary to detect the leakage of the fuel gas, and in particular, it is necessary to detect the leakage of the fuel gas upstream of the fuel supply means having a high fuel gas pressure. Although the above-described technology discloses disclosure of response control in the event of an injector failure, there has been no disclosure regarding detection of leakage of fuel gas upstream from such fuel supply means.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、反応ガス供給手段よりも上流側の反応ガス(特に、燃料ガス)の漏れを検知することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of detecting leakage of a reaction gas (particularly, fuel gas) upstream of the reaction gas supply means. To do.
前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、該燃料電池に反応ガスを供給するための反応ガス供給系と、該反応ガス供給系の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する反応ガス供給手段と、該反応ガス供給手段の動作を制御する制御手段と、前記反応ガス供給手段よりも上流側の反応ガス漏れを検知する漏れ検知手段と、を備える燃料電池システムであって、前記反応ガス供給手段は下流側への単位時間当たりのガス供給流量が既定であり、前記漏れ検知手段は、前記反応ガス供給手段における下流側への単位時間当たりのガス供給流量と、前記反応ガス供給手段のガス供給に伴う該反応ガス供給手段よりも上流側のガス状態量変化と、に基づいて該反応ガス供給手段よりも上流側の反応ガス漏れを検知するものである。 To achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell, a reaction gas supply system for supplying a reaction gas to the fuel cell, and a gas state upstream of the reaction gas supply system. A reaction gas supply means for supplying the reaction gas to the downstream side, a control means for controlling the operation of the reaction gas supply means, and a leak detection means for detecting a reaction gas leak upstream of the reaction gas supply means. In the fuel cell system, the reaction gas supply means has a predetermined gas supply flow rate per unit time to the downstream side, and the leak detection means is a gas per unit time to the downstream side in the reaction gas supply means. Based on the supply flow rate and the change in the gas state quantity upstream of the reaction gas supply means accompanying the gas supply of the reaction gas supply means, the reaction gas leakage upstream of the reaction gas supply means is detected. It is intended.
かかる構成によれば、反応ガス供給手段が下流側に反応ガスを供給するとそのガス供給流量に応じて、反応ガス供給手段よりも上流側のガス状態量が変化することになるため、反応ガス供給手段として下流側への単位時間当たりのガス供給流量が既定のものを用いることで、反応ガス供給手段による下流側へのガス供給流量を割り出し、これと、これに伴う上流側のガス状態量の変化と、に基づいて反応ガス供給手段よりも上流側の反応ガス漏れを検知することができる。 According to such a configuration, when the reaction gas supply means supplies the reaction gas downstream, the gas state quantity upstream of the reaction gas supply means changes according to the gas supply flow rate. By using a predetermined gas supply flow rate per unit time to the downstream side as a means, the gas supply flow rate to the downstream side by the reactive gas supply means is determined, and the upstream gas state quantity associated therewith is determined. Based on the change, the reaction gas leakage upstream of the reaction gas supply means can be detected.
前記漏れ検知手段は、前記単位時間当たりのガス供給流量から前記ガス状態量変化を減じて得られる反応ガス漏れ量が所定の基準値よりも大きいときに、前記反応ガス漏れが有ると判断してもよい。 The leak detection means determines that the reaction gas leak is present when a reaction gas leakage amount obtained by subtracting the gas state change from the gas supply flow rate per unit time is greater than a predetermined reference value. Also good.
前記反応ガスは、例えば燃料ガスである。また、前記反応ガス供給手段は、弁体を電磁駆動力で所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整可能な電磁駆動式の開閉弁、例えばインジェクタでもよい。 The reaction gas is, for example, a fuel gas. The reactive gas supply means may be an electromagnetically driven on-off valve, such as an injector, which can adjust the gas flow rate and gas pressure by driving the valve body with an electromagnetic driving force at a predetermined driving cycle and separating it from the valve seat. Good.
本発明によれば、反応ガス供給手段よりも上流側の反応ガス(例えば、燃料ガス)の漏れを検知することができる。 According to the present invention, it is possible to detect leakage of a reactive gas (for example, fuel gas) upstream of the reactive gas supply means.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システム1について説明する。本実施形態においては、本発明を燃料電池車両(移動体)の車載発電システムに適用した例について説明することとする。まず、図1を用いて、本発明の実施形態に係る燃料電池システム1の構成について説明する。 Hereinafter, a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to an on-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle (moving body) will be described. First, the configuration of the fuel cell system 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施形態に係る燃料電池システム1は、図1に示すように、反応ガス(酸化ガス及び燃料ガス)の供給を受けて電力を発生する燃料電池10を備えるとともに、燃料電池10に酸化ガスとしての空気を供給する酸化ガス配管系2、燃料電池10に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系3、システム全体を統合制御する制御装置4等を備えている。
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 according to the present embodiment includes a
燃料電池10は、反応ガスの供給を受けて発電する単電池を所要数積層して構成したスタック構造を有している。燃料電池10により発生した電力は、PCU(Power Control Unit)11に供給される。PCU11は、燃料電池10とトラクションモータ12との間に配置されるインバータやDC‐DCコンバータ等を備えている。また、燃料電池10には、発電中の電流を検出する電流センサ13が取り付けられている。
The
酸化ガス配管系2は、加湿器20により加湿された酸化ガス(空気)を燃料電池10に供給する空気供給流路21と、燃料電池10から排出された酸化オフガスを加湿器20に導く空気排出流路22と、加湿器20から外部に酸化オフガスを導くための排気流路23と、を備えている。空気供給流路21には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器20に圧送するコンプレッサ24が設けられている。
The oxidant
水素ガス配管系3は、高圧(例えば70MPa)の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク30と、水素タンク30の水素ガスを燃料電池10に供給するための燃料供給流路としての水素供給流路31と、燃料電池10から排出された水素オフガスを水素供給流路31に戻すための循環流路32と、を備えている。水素ガス配管系3は、本発明における反応ガス供給系の一実施形態である。
The hydrogen
なお、水素タンク30に代えて、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、を燃料供給源として採用することもできる。また、水素吸蔵合金を有するタンクを燃料供給源として採用してもよい。
Instead of the
水素供給流路31には、水素タンク30からの水素ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁33と、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ34と、インジェクタ35と、が設けられている。また、インジェクタ35の上流側には、水素供給流路31内の水素ガスの圧力及び温度を検出する一次側圧力センサ41及び温度センサ42が設けられている。また、インジェクタ35の下流側であって水素供給流路31と循環流路32との合流部の上流側には、水素供給流路31内の水素ガスの圧力を検出する二次側圧力センサ43が設けられている。
The hydrogen
レギュレータ34は、その上流側圧力(一次圧)を、予め設定した二次圧に調圧する装置である。本実施形態においては、一次圧を減圧する機械式の減圧弁をレギュレータ34として採用している。機械式の減圧弁の構成としては、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする公知の構成を採用することができる。
The
インジェクタ35は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ35は、水素ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向(気体流れ方向)に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体と、を備えている。
The
本実施形態においては、インジェクタ35の弁体は電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動され、このソレノイドに給電されるパルス状励磁電流のオン・オフにより、噴射孔の開口面積(開口状態)を2段階以上の多段階又は無段階に切り替えることができるようになっている。制御装置4から出力される制御信号によってインジェクタ35のガス噴射時間及びガス噴射時期が制御されることにより、水素ガスの流量及び圧力が高精度に制御される。
In the present embodiment, the valve body of the
インジェクタ35は、その下流に要求されるガス流量を供給するために、インジェクタ35のガス流路に設けられた弁体の開口面積(開度)及び開放時間の少なくとも一方を変更することにより、下流側(燃料電池10側)に供給されるガス流量(又は水素モル濃度)を調整する。
なお、インジェクタ35の弁体の開閉によりガス流量が調整されるとともに、インジェクタ35下流に供給されるガス圧力がインジェクタ35上流のガス圧力より減圧されるため、インジェクタ35を調圧弁(減圧弁、レギュレータ)と解釈することもできる。また、本実施形態では、ガス要求に応じて所定の圧力範囲の中で要求圧力に一致するようにインジェクタ35の上流ガス圧の調圧量(減圧量)を変化させることが可能な可変調圧弁と解釈することもできる。
Since the gas flow rate is adjusted by opening and closing the valve body of the
循環流路32には、気液分離器36及び排気排水弁37を介して、排出流路38が接続されている。気液分離器36は、水素オフガスから水分を回収するものである。排気排水弁37は、制御装置4からの指令によって作動することにより、気液分離器36で回収した水分と、循環流路32内の不純物を含む水素オフガスと、を外部に排出(パージ)するものである。
A
また、循環流路32には、循環流路32内の水素オフガスを加圧して水素供給流路31側へ送り出す水素ポンプ39が設けられている。なお、排気排水弁37及び排出流路38を介して排出される水素オフガスは、希釈器40によって希釈されて排気流路23内の酸化オフガスと合流するようになっている。
In addition, the
制御装置4は、車両に設けられた加速操作装置(アクセル等)の操作量を検出し、加速要求値(例えばトラクションモータ12等の負荷装置からの要求発電量)等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する制御手段として機能する他、本実施形態においては更に、インジェクタ35よりも上流側の燃料ガス漏れを検知する漏れ検知手段としても機能する。
The control device 4 detects an operation amount of an acceleration operation device (accelerator or the like) provided in the vehicle, receives control information such as an acceleration request value (for example, a required power generation amount from a load device such as the traction motor 12), In addition to functioning as control means for controlling the operation of various devices in the system, the present embodiment further functions as leakage detection means for detecting fuel gas leakage upstream of the
なお、負荷装置とは、トラクションモータ12のほかに、燃料電池10を作動させるために必要な補機装置(例えばコンプレッサ24、水素ポンプ39、冷却ポンプのモータ等)、車両の走行に関与する各種装置(変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等)で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置(エアコン)、照明、オーディオ等を含む電力消費装置を総称したものである。
In addition to the
制御装置4は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、CPU、ROM、RAM、HDD、入出力インタフェース及びディスプレイ等を備えるものであり、ROMに記録された各種制御プログラムをCPUが読み込んで実行することにより、各種制御動作が実現されるようになっている。 The control device 4 is configured by a computer system (not shown). Such a computer system includes a CPU, ROM, RAM, HDD, input / output interface, display, and the like, and various control operations are realized by the CPU reading and executing various control programs recorded in the ROM. It is like that.
具体的には、制御装置4は、図2に示すように、燃料電池10の運転状態(電流センサ13で検出した燃料電池10の発電時の電流値)に基づいて、燃料電池10で消費される水素ガスの量(以下「水素消費量」という)を算出する(燃料消費量算出機能:B1)。本実施形態においては、燃料電池10の電流値と水素消費量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置4の演算周期毎に水素消費量を算出して更新することとしている。
Specifically, as shown in FIG. 2, the control device 4 is consumed by the
また、制御装置4は、燃料電池10の運転状態(電流センサ13で検出した燃料電池10の発電時の電流値)に基づいて、インジェクタ35下流位置における水素ガスの目標圧力値(燃料電池10への目標ガス供給圧)を算出する(目標圧力値算出機能:B2)。本実施形態においては、燃料電池10の電流値と目標圧力値との関係を表す特定のマップを用いて、制御装置4の演算周期毎に、二次側圧力センサ43が配置された位置(圧力調整が要求される位置である圧力調整位置)における目標圧力値を算出して更新することとしている。
Further, the control device 4 determines the target pressure value of hydrogen gas (to the fuel cell 10) at the downstream position of the
また、制御装置4は、算出した目標圧力値と、二次側圧力センサ43で検出したインジェクタ35下流位置(圧力調整位置)の検出圧力値と、の偏差に基づいてフィードバック補正流量を算出する(フィードバック補正流量算出機能:B3)。フィードバック補正流量は、目標圧力値と検出圧力値との偏差を低減させるために水素消費量に加算される水素ガス流量(圧力差低減補正流量)である。本実施形態においては、PI制御等の目標追従型制御則を用いて、制御装置4の演算周期毎にフィードバック補正流量を算出して更新することとしている。
Further, the control device 4 calculates the feedback correction flow rate based on the deviation between the calculated target pressure value and the detected pressure value at the downstream position (pressure adjustment position) of the
また、制御装置4は、前回算出した目標圧力値と、今回算出した目標圧力値と、の偏差に対応するフィードフォワード補正流量を算出する(フィードフォワード補正流量算出機能:B4)。フィードフォワード補正流量は、目標圧力値の変動に起因する水素ガス流量の変動分(圧力差対応補正流量)である。本実施形態においては、目標圧力値の偏差とフィードフォワード補正流量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置4の演算周期毎にフィードフォワード補正流量を算出して更新することとしている。 Moreover, the control apparatus 4 calculates the feedforward correction | amendment flow volume corresponding to the deviation of the target pressure value calculated last time and the target pressure value calculated this time (feedforward correction | amendment flow volume calculation function: B4). The feedforward correction flow rate is a change in the hydrogen gas flow rate due to the change in the target pressure value (correction flow corresponding to the pressure difference). In the present embodiment, the feedforward correction flow rate is calculated and updated every calculation cycle of the control device 4 using a specific calculation formula representing the relationship between the deviation of the target pressure value and the feedforward correction flow rate. .
また、制御装置4は、インジェクタ35の上流のガス状態(一次側圧力センサ41で検出した水素ガスの圧力及び温度センサ42で検出した水素ガスの温度)に基づいてインジェクタ35の上流の静的流量を算出する(静的流量算出機能:B5)。本実施形態においては、インジェクタ35の上流側の水素ガスの圧力及び温度と静的流量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置4の演算周期毎に静的流量を算出して更新することとしている。
Further, the control device 4 determines the static flow rate upstream of the
また、制御装置4は、インジェクタ35の上流のガス状態(水素ガスの圧力及び温度)及び印加電圧に基づいてインジェクタ35の無効噴射時間を算出する(無効噴射時間算出機能:B6)。ここで無効噴射時間とは、インジェクタ35が制御装置4から制御信号を受けてから実際に噴射を開始するまでに要する時間を意味する。本実施形態においては、インジェクタ35の上流側の水素ガスの圧力及び温度と印加電圧と無効噴射時間との関係を表す特定のマップを用いて、制御装置4の演算周期毎に無効噴射時間を算出して更新することとしている。
Further, the control device 4 calculates the invalid injection time of the
また、制御装置4は、水素消費量と、フィードバック補正流量と、フィードフォワード補正流量と、を加算することにより、インジェクタ35の噴射流量を算出する(噴射流量算出機能:B7)。そして、制御装置4は、インジェクタ35の噴射流量を静的流量で除した値にインジェクタ35の駆動周期を乗じることにより、インジェクタ35の基本噴射時間を算出するとともに、この基本噴射時間と無効噴射時間とを加算してインジェクタ35の総噴射時間を算出する(総噴射時間算出機能:B8)。
Further, the control device 4 calculates the injection flow rate of the
ここで、駆動周期とは、インジェクタ35の噴射孔の開閉状態を表す段状(オン・オフ)波形の周期を意味する。本実施形態においては、制御装置4により駆動周期を一定の値に設定している。
Here, the drive cycle means a stepped (on / off) waveform cycle representing the open / close state of the injection hole of the
そして、制御装置4は、以上の手順を経て算出したインジェクタ35の総噴射時間を実現させるための制御信号を出力することにより、インジェクタ35のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御して、燃料電池10に供給される水素ガスの流量及び圧力を調整する。すなわち、インジェクタ35は、当該インジェクタ35よりも下流側への単位時間当たりのガス供給流量が既定の反応ガス供給手段である。
And the control apparatus 4 controls the gas injection time and gas injection timing of the
燃料電池システム1の通常運転時においては、水素タンク30から水素ガスが水素供給流路31を介して燃料電池10の燃料極に供給されるとともに、加湿調整された空気が空気供給流路21を介して燃料電池10の酸化極に供給されることにより、発電が行われる。この際、燃料電池10から引き出すべき電力(要求電力)が制御装置4で演算され、その発電量に応じた量の水素ガス及び空気が燃料電池10内に供給されるようになっている。
During normal operation of the fuel cell system 1, hydrogen gas is supplied from the
次に、燃料電池システム1の制御装置4によるインジェクタ(燃料供給手段)35よりも上流側の水素ガス(燃料ガス)の漏れ検知について説明する。 Next, detection of leakage of hydrogen gas (fuel gas) upstream of the injector (fuel supply means) 35 by the control device 4 of the fuel cell system 1 will be described.
インジェクタ35は、開作動時の単位時間当たりの噴射量つまりガス供給流量が既定であるため、制御装置4は、図3に示すように、所定の検知開始タイミングであるt1時点から所定の検知終了タイミングであるt2時点までの間のインジェクタ35の各開作動によるガス供給流量を積算することで、t1時点からt2時点までの間のインジェクタ35による下流側へのガス供給流量ΔQinj〔NL〕を算出する。
Since the
一方、上記したインジェクタ35のt1時点からt2時点までの噴射で、インジェクタ35よりも上流側のt1時点での状態量Qt1が、t2時点には状態量Qt2に変化することになり、この状態量変化ΔQt2-t1=Qt2−Qt1〔NL〕を以下のように求める。
On the other hand, with the injection from the time point t1 to the time point t2 of the
インジェクタ35よりも上流側の容積Vは既定であるため、これとインジェクタ35の上流側の一次側圧力センサ41及び温度センサ42により検出されるt1時点の水素ガスの圧力Pt1及び温度Tt1とから、t1時点でのガス状態量Qt1を気体の状態方程式に基づく次式により算出する。
Since the volume V upstream of the
Qt1=Z(Pt1V)/(RTt1) Q t1 = Z (P t1 V) / (RT t1 )
ここで、Rは気体定数である。また、Zは圧縮係数であり、予め実験等で設定された圧縮係数Zと圧力P及び温度Tとの関係を示すマップからt1時点での圧力Pt1及び温度Tt1で決まるZをマップから求めて代入する。 Here, R is a gas constant. Z is a compression coefficient, and Z determined by the pressure P t1 and temperature T t1 at time t1 is obtained from the map from a map showing the relationship between the compression coefficient Z, pressure P, and temperature T set in advance by experiments or the like. And assign.
同様にして、t2時点の水素ガスの圧力Pt2及び温度Tt2から、t2時点でのガス状態量Qt2を、マップからt2時点での圧力Pt2及び温度Tt2で決まるZを次式に代入して算出する。 Similarly, from the pressure P t2 and temperature T t2 of the hydrogen gas at time t2, the gas state quantity Q t2 at time t2 is calculated from the map, and Z determined by the pressure P t2 and temperature T t2 at time t2 from the map is Substitute and calculate.
Qt2=Z(Pt2V)/(RTt2) Q t2 = Z (P t2 V) / (RT t2 )
次に、t1時点からt2時点までのインジェクタ35のガス供給に伴うインジェクタ35よりも上流側のガス状態量変化(物質量変化)ΔQt2-t1を次式により算出する。
Next, the gas state quantity change (substance quantity change) ΔQ t2−t1 upstream of the
ΔQt2-t1=Qt2−Qt1〔NL〕 ΔQ t2-t1 = Q t2 -Q t1 [NL]
続いて、制御装置4は、上記のようにして求めたインジェクタ35の噴射による下流側へのt1時点からt2時点までのガス供給流量ΔQinjと、インジェクタ35の下流側へのガス噴射に伴うインジェクタ35よりも上流側のガス状態量変化ΔQt2-t1とから、インジェクタ35よりも上流側の水素ガス漏れ量ΔQLeakを次式により算出する。
Subsequently, the control device 4 determines the gas supply flow rate ΔQ inj from the time point t1 to the time point t2 by the injection of the
ΔQLeak=ΔQt2-t1−ΔQinj〔NL〕 ΔQ Leak = ΔQ t2−t1 −ΔQ inj [NL]
そして、インジェクタ35よりも上流側に水素ガスの漏れがなければ、ΔQt2-t1=ΔQinjとなり、ΔQLeak=0となるため、制御装置4は、測定誤差等を考慮し水素ガスの漏れとして許容できる量として設定された基準値ΔQjdg〔NL〕と、水素ガス漏れ量ΔQLeakとの比較から、インジェクタ35よりも上流側の水素ガス漏れの有無を判断する。
If there is no hydrogen gas leak upstream of the
つまり、ΔQLeak>ΔQjdgであれば、制御装置4は、インジェクタ35よりも上流側に水素ガスの漏れがあると判定する。他方、ΔQLeak>ΔQjdgでなければ、制御装置4は、インジェクタ35よりも上流側に水素ガスの漏れはないと判定する。
That is, if ΔQ Leak > ΔQ jdg , the control device 4 determines that hydrogen gas leaks upstream from the
あるいは、単位時間当たりの漏れ速度ΔQLeak/(t2−t1)〔NL/sec〕を算出し、この漏れ速度が、測定誤差等を考慮して水素ガスの漏れ速度として許容できる基準速度よりも大きければ、インジェクタ35よりも上流側に水素ガスの漏れがあると判定し、大きくなければ、インジェクタ35よりも上流側に水素ガスの漏れがないと判定するようにしても良い。
Alternatively, the leak rate per unit time ΔQ Leak / (
そして、制御装置4は、水素ガスの漏れがあると判定した場合には、水素タンク30の遮断弁33を閉じて水素ガスの供給を停止するとともにアラームを発生させる等の処理を行う。
When it is determined that there is hydrogen gas leakage, the control device 4 performs processing such as closing the
以上説明した実施形態に係る燃料電池システム1によれば、インジェクタ35が下流側にガスを供給するとそのガス供給流量に応じて、インジェクタ35よりも上流側のガス状態量が変化することになるため、下流側への単位時間当たりのガス供給流量が既定のインジェクタ35を用いていることを利用して、インジェクタ35による下流側へのガス供給流量を割り出し、これと、これに伴う上流側のガス状態量の変化とに基づいてインジェクタ35よりも上流側の水素ガス漏れを検知することができる。
According to the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, when the
なお、インジェクタ35以外の反応ガス(燃料ガス)供給手段であっても、下流側への単位時間当たりのガス供給流量が既定のものを用いれば、上記した水素ガスの漏れ検知の方法を適用して当該反応ガス供給手段よりも上流側のガス漏れを検知することが可能である。
Even if the reaction gas (fuel gas) supply means other than the
1…燃料電池システム、3…水素ガス配管系(反応ガス供給系)、4…制御装置(制御手段、漏れ検知手段)、10…燃料電池、35…インジェクタ(反応ガス供給手段)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 3 ... Hydrogen gas piping system (reaction gas supply system), 4 ... Control apparatus (control means, leak detection means), 10 ... Fuel cell, 35 ... Injector (reaction gas supply means).
Claims (4)
前記反応ガス供給手段は下流側への単位時間当たりのガス供給流量が既定であり、
前記漏れ検知手段は、前記反応ガス供給手段における下流側への単位時間当たりのガス供給流量と、前記反応ガス供給手段のガス供給に伴う該反応ガス供給手段よりも上流側のガス状態量変化と、に基づいて該反応ガス供給手段よりも上流側の反応ガス漏れを検知する燃料電池システム。 A fuel cell, a reaction gas supply system for supplying a reaction gas to the fuel cell, a reaction gas supply means for adjusting a gas state on the upstream side of the reaction gas supply system and supplying the gas to the downstream side, and the reaction gas A fuel cell system comprising: control means for controlling the operation of the supply means; and leak detection means for detecting a reaction gas leak upstream of the reaction gas supply means,
The reaction gas supply means has a predetermined gas supply flow rate per unit time to the downstream side,
The leak detection means includes a gas supply flow rate per unit time to the downstream side in the reaction gas supply means, and a gas state quantity change upstream of the reaction gas supply means accompanying the gas supply of the reaction gas supply means. Based on the above, a fuel cell system that detects a reaction gas leak upstream of the reaction gas supply means.
前記漏れ検知手段は、前記単位時間当たりのガス供給流量から前記ガス状態量変化を減じて得られる反応ガス漏れ量が所定の基準値よりも大きいときに、前記反応ガス漏れが有ると判断する燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The leak detection means determines that the reaction gas leak is present when a reaction gas leak amount obtained by subtracting the gas state change from the gas supply flow rate per unit time is greater than a predetermined reference value. Battery system.
前記反応ガスは燃料ガスである燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2,
The fuel cell system, wherein the reaction gas is a fuel gas.
前記反応ガス供給手段は、弁体を電磁駆動力で所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整可能なインジェクタである燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
The reaction gas supply means is a fuel cell system that is an injector capable of adjusting a gas flow rate and a gas pressure by driving a valve body with an electromagnetic driving force at a predetermined driving cycle and separating the valve body from a valve seat.
Priority Applications (1)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010146978A (en) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
| JP2015122149A (en) * | 2013-12-20 | 2015-07-02 | 株式会社デンソー | Fuel gas leak detector and fuel battery vehicle |
| JP2023104303A (en) * | 2022-01-17 | 2023-07-28 | トヨタ自動車株式会社 | fuel cell system |
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2007
- 2007-01-10 JP JP2007002350A patent/JP2008171623A/en active Pending
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| JP7622659B2 (en) | 2022-01-17 | 2025-01-28 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel Cell Systems |
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