(57)【要約】【課題】燃料電池システム中のアノード排気ガスブリード弁を制御するためのシステムと方法とを提供すること。【解決手段】そのシステムと方法は、アノード排気ガス中のガス組成を推定すること、所望の弁流量係数を計算するためにインバースバルブモデルを用いること、またその結果、所望の弁流量係数になる流量でアノード排気ガスをブリードすることを含む。その方法はアノード排気ガス中の窒素の分圧を決定すること、アノード排気ガス中の水蒸気と水素の分圧を計算すること、およびアノード排気ガス中の窒素、水蒸気および水素の気体モル分率を計算することを含む。その方法は、所望の弁流量係数を決定するために窒素、水蒸気および水素の気体モル分率を用いること、およびいつブリード弁を開閉するかを決定するために所望の弁流量係数を用いることも含む。【選択図】図１
2008047518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システム内の燃料電池スタックからアノード排気ガスをブリードするブリード弁を制御する方法であって、
前記アノード排気ガス中の窒素の分圧を決定するステップと、
前記アノード排気ガス中の水蒸気および水素の前記分圧を計算するステップと、
前記窒素、前記水蒸気および前記水素の前記分圧を用いて前記アノード排気ガス中の前記窒素、前記水蒸気および前記水素の気体モル分率を計算するステップと、
前記アノード排気ガス中の前記窒素、水蒸気および前記水素の前記気体モル分率を用いて所望の弁流量係数を計算するステップと、
前記ブリード弁をいつ開閉するかを決定するために前記所望の弁流量係数を用いるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記所望の弁流量係数を計算するステップが、前記気体モル分率とインバースバルブモデルとを用いるステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記インバースバルブモデルを用いるステップが、サブクリティカルな流れに対する１つのインバースモデルと、クリティカルな流れに対する１つのインバースバルブモデルとを用いるステップを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記サブクリティカルな流れに対して、式：
【数１】
2008047518.tif 000021
が使用され、
前記クリティカルな流れに対して、式：
【数２】
2008047518.tif 000022
が使用され、
ここでＱが流量であり、Ｃｖが前記弁流量係数であり、Ｐ１が上流側の圧力であり、Ｙが膨張因子であり、ｘが圧力降下比であり、ｘｔが終端圧力降下比であり、Ｓｇが前記ブリード弁を通り抜けるガスの比重であり、Ｔがガスの温度である請求項３に記載の方法。
【請求項５】
さらに、前記アノード排気ガス中の窒素の流量を計算するステップと、前記窒素の前記分圧を更新するために前記窒素の前記流量を積分するステップとを含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記アノード排気ガス中の窒素の前記流量を決定するステップが、式：
【数３】
2008047518.tif 000023
を用いるステップを含み、ここで、ＶＮ２が前記アノード排気ガス中の窒素の体積流量であり、ＰＮ２が透過係数であり、Ａが膜の面積であり、ΔＰＮ２が前記膜の前後での透過する窒素の分圧差であり、ｔが前記膜の厚さである請求項１に記載の方法。
【請求項７】
水蒸気および水素の前記分圧を計算するステップが、前記水蒸気の前記分圧を決定するのに前記アノード排気ガスが１００％の相対湿度にあると推定するステップと、前記窒素および前記水蒸気の前記分圧を用いて前記水素の前記分圧を決定するステップとを含み、前記窒素、前記水蒸気および前記水素の前記分圧を組み合わせたものが前記アノード排気ガス中の全静圧である請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ブリード弁が全開流量係数が既知である、パルス幅が変調されるソレノイド弁であり、前記ソレノイド弁のデューティサイクルが前記所望の弁流量係数と前記全開流量係数の比である請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記燃料電池システムが車両上にある請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
燃料電池システムであって、
アノード供給口とアノード排出口を含む燃料電池スタックと、
前記アノード排出口からのアノード排気ガスを周期的にブリードするブリード弁と、
前記ブリード弁を制御する制御器とを含み、
前記制御器が前記アノード排気ガス中の窒素の分圧を決定し、
前記アノード排気ガス中の水蒸気および水素の前記分圧を計算し、
前記窒素、前記水蒸気および前記水素の前記分圧を用いて前記アノード排気ガス中の前記窒素、前記水蒸気および前記水素の気体モル分率を計算し、
前記アノード排気ガス中の前記窒素、前記水蒸気および前記水素の前記気体モル分率を用いて所望の弁流量係数を決定し、
前記所望の弁流量係数を用いて前記ブリード弁をいつ開閉するかを決定する燃料電池システム。
【請求項１１】
前記制御器が、前記気体モル分率とインバースバルブモデルとを用いて前記所望の弁流量係数を計算する請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記制御器がサブクリティカルな流れに対する１つのインバースモデルと、クリティカルな流れに対する１つのインバースバルブモデルとを用いる請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記サブクリティカルな流れに対して、式：
【数４】
2008047518.tif 000024
が使用され、
前記クリティカルな流れに対して、式：
【数５】
2008047518.tif 000025
が使用され、
ここでＱが流量であり、０．０２８３１７標準毎時立方メートル（標準毎時立方フィートＳＣＦＨ）単位であり、Ｃｖが前記弁流量係数であり、Ｐ１が上流側の圧力であり、Ｙが膨張因子であり、ｘが圧力降下比であり、ｘｔが終端圧力降下比であり、Ｓｇが前記ブリード弁を通り抜けるガスの比重であり、Ｔがガスの温度である請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
さらに、前記制御器が前記アノード排気ガス中の窒素の流量を計算し、前記窒素の前記分圧を更新するために前記窒素の前記流量を積分する請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記制御器が、式：
【数６】
2008047518.tif 000026
を用いて前記アノード排気ガス中の前記窒素の流量を決定し、ここで、ＶＮ２が前記アノード排気ガス中の窒素の体積流量であり、ＰＮ２が透過係数であり、Ａが膜の面積であり、ΔＰＮ２が前記膜の前後での透過する窒素の分圧差であり、ｔが前記膜の厚さである請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記制御器が、前記水蒸気の前記分圧を決定するのに再循環ガスが１００％の相対湿度にあると推定し、前記窒素および前記水蒸気の前記分圧を用いて前記水素の前記分圧を決定し、前記窒素、前記水蒸気および前記水素の前記分圧を組み合わせたものが前記アノード排気ガス中の全静圧である請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ブリード弁が全開流量係数が既知である、パルス幅が変調されるソレノイド弁であり、前記制御器が前記ソレノイド弁のデューティサイクルを前記所望の弁流量係数と前記全開流量係数の比として設定する請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
前記燃料電池システムが車両上にある請求項１０に記載のシステム。
【請求項１９】
燃料電池システムであって、
アノード供給口とアノード排出口を含む燃料電池スタックと、
前記アノード排出口からのアノード排気ガスを周期的にブリードするブリード弁と、
前記ブリード弁を制御する制御器とを含み、
前記制御器が前記アノード排気ガス中のガス組成を推定するモデルと、所望の弁流量係数を計算するためにインバースバルブモデルとを使用し、その結果所望のアノード化学量論になる流量で前記アノード排気ガスがブリードされる燃料電池システム。
【請求項２０】
前記制御器がサブクリティカルな流れに対する１つのインバースモデルと、クリティカルな流れに対する１つのインバースバルブモデルとを用いる請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に燃料電池システムのアノード再循環ループに対するアノード排気ブリードをいつ実行するかを決めるためのシステムと方法に関し、さらに詳細にはその方法がアノード排気ガス中のガス組成を推定するモデルと、所望のアノード化学量論になるアノード排気ガスをある流量でブリードするために所望の弁流量係数を計算するインバースバルブモデルとを用いることを含む、燃料電池システムのアノード再循環ループに対するアノード排気ブリードをいつ実行するかを決めるシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素はクリーンであり、燃料電池内で効率的に電気を発生するのに使用可能であることから非常に魅力的な燃料である。水素燃料電池は、それらの間に電解質を伴うアノードとカソードとを含む電気化学装置である。アノードは水素ガスを受け取り、カソードは酸素または空気を受け取る。水素ガスはアノードで解離し自由プロトンおよび電子を発生させる。プロトンは電解質を通過しカソードに達する。プロトンはカソード内で酸素および電子と反応し水を生成する。アノードからの電子は電解質を通過できず、したがって負荷を介して導かれ仕事を行ってからカソードに送られる。
【０００３】
プロトン交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）は車両用に一般的な燃料電池である。ＰＥＭＦＣは、一般にパーフルオロスルホン酸膜などの固体ポリマー電解質プロトン伝導膜を含む。典型的には、アノードおよびカソードは炭素粒子上に担持され、またアイオノマーと混合された細かく分割された触媒粒子、通常は白金（Ｐｔ）を含む。触媒混合物は膜の反対側に堆積される。アノード触媒混合物、カソード触媒混合物および膜の組み合わせが、膜電極接合体（ＭＥＡ）を特徴づける。ＭＥＡは製造するのに比較的高くつき、効率的動作に対し一定の条件を必要とする。
【０００４】
典型的には、幾つもの燃料電池が、所望の電力を発生させるために燃料電池スタック中に組み合わされる。例えば、通常、車両用燃料電池スタックは２００または、それより多いスタックされた燃料電池を有してよい。燃料電池スタックはカソード供給反応ガス、通常は、圧縮機によってスタックに押し込まれた空気の流れを受け取る。酸素の全てがスタックによって消費されるのではなく、空気の中にはスタック副産物として水を含んでよいカソード排気ガスとして排出されるものもある。燃料電池スタックはスタックのアノード側に流入するアノード水素反応ガスも受け取る。スタックは冷却流体が流れる流路も含む。
【０００５】
燃料電池スタックはスタック内の幾つものＭＥＡの間に配置された一連の流れ場つまりバイポーラプレートを含む。バイポーラプレートはスタック内の隣接燃料電池用にアノード側とカソード側を含む。ＭＥＡのアノード側にアノードガスを流すことを可能にするアノード反応ガス流路が、バイポーラプレートのアノード側に設けられている。ＭＥＡのカソード側にカソードガスを流すことを可能にするカソード反応ガス流路が、バイポーラプレートのカソード側に設けられている。バイポーラプレートはそこを通して冷却流体が流れる流路も含む。
【０００６】
燃料電池スタック内でアノード流路中の水素の分布は、適切な燃料電池スタック動作のためにはほぼ一定であるべきことが望ましい。したがって、アノードガス分布が入手しやすいようにスタックの一定のアウトプット負荷に対して必要であるより多い水素を燃料電池スタック中に供給することが当技術分野では知られている。しかし、この要求のために、アノード排気ガス中の水素の量は、かなりなものとなり、水素が廃棄されたとするとシステム効率が低いということになってしまう。したがって、当技術分野では、廃棄される水素を再利用するためにアノード排気ガスをアノード供給口に戻して再循環させることが知られている。
【０００７】
ＭＥＡは多孔性であり、したがって窒素クロスオーバと当業界では呼ばれている、空気中の窒素が、スタックのカソード側からそれを通して浸透しスタックのアノード側に集まることを可能にする。燃料電池スタックのアノード側で窒素が水素を薄め、その結果、窒素濃度が８０％などの一定の百分率を超えて増加すると、燃料電池スタックが不安定になり、働かなくなる恐れがある。当技術分野ではスタックのアノード側から窒素を取り除くために燃料電池スタックのアノード排出口にブリード弁を設けることが知られている。ブリード水素は燃焼器または環境などの任意の適切な場所に送ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
燃料電池スタックを最適化条件の下で動作し、システム性能を最大化するためには、アノード再循環ガス中に十分大きな量の水素と一定の再循環率とが達成される必要がある。しかし、現在、燃料電池システムに適した水素濃度センサまたは流量センサはない。したがって動作パラメータの再循環流とアノード水素濃度を直接制御することはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の教示に従って、アノード排気ガス中のガス組成を推定すること、所望の弁流量係数を計算するためにインバースバルブモデルを用いること、またその結果、所望の弁流量係数になる流量でアノード排気ガスをブリードすることを含む燃料電池システムのアノード排気ガスブリード弁を制御するためのシステムと方法とが開示される。その方法はアノード排気ガス中の窒素の分圧を決定すること、およびアノード排気中の窒素の流量を計算するために窒素の分圧を用いることを含む。その方法はアノード排気ガス中の水蒸気と水素の分圧を計算すること、再循環ガス中の窒素、水蒸気および水素の気体モル分率を計算するために窒素、水蒸気および水素の分圧を用いることも含む。その方法は、所望の弁流量係数を決定するためにアノード排気ガス中の窒素、水蒸気および水素の気体モル分率を用いること、およびいつブリード弁を開閉するかを決定するために所望の弁流量係数を用いることも含む。
【００１０】
本発明の追加的特徴が、添付の図面と併せてなされる以下の説明と付随する特許請求範囲から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
燃料電池システム内でアノードブリード弁を制御する方法に向けられた本発明の実施形
態の以下の説明は、実際、単に例示であり、決して本発明あるいは、その適用例または用途を限定することを意図しない。例えば、以下に説明されるブリード弁を制御する本発明の方法は、アノード再循環を使用する燃料電池システムに適用される。しかし、当業者には理解されるであろうが、ブリード弁を制御する方法はアノード流シフトシステムなどの別の燃料電池システムにも用途を持つことになる。
【００１２】
図１は燃料電池スタック１２を含む燃料電池システム１０の概略図である。水素源１４から水素ガスが混合合流点１６に供給され、次いでライン１８の燃料電池スタック１２のアノード側に送られる。アノード排気ガスは、ライン２０の燃料電池スタック１２から排出され、ブリード弁２６に送られる。再循環ポンプ３０が、弁２６を介してアノード排気ガスを混合合流点１６にポンプで送りこみ水素源１４からのフレッシュ水素と混合されアノード再循環ループをもたらす。再循環ループ内の圧力は、スタック１２のカソード側の圧力とおよそ等しくなるように制御される必要がある。混合合流点１６の所で水素源１４からのフレッシュ水素と再循環アノード排気ガスとが適切に混合されスタック１２のアノード側の圧力を設定する。フレッシュ燃料対再循環燃料の比率が、動作条件、再循環ポンプ体積流量等、などの多くの因子によって決まる。
【００１３】
前述したように、スタック性能に影響を及ぼす燃料電池スタック１２のカソード側からの窒素クロスオーバが、アノード側で水素を薄める。したがって再循環される窒素の量を減少させるためにアノード排気ガスを周期的にブリードすることが必要である。窒素ブリードの間、バルブ２６はアノード排気ガスの一部を再循環ループから排気ライン２８へ流路を切り換えるように制御される。燃料電池負荷にアノードガスの再循環率を適合させ、水分管理を適切に維持し、燃料電池システム上の寄生負荷を減少させるように水素供給ガス流を適合させることは有益である。
【００１４】
アノードガス再循環を監視するために様々のセンサがシステム１０に設けられている。特に圧力センサ３６がライン２０内のアノード再循環ループ中の圧力を測定し、圧力センサ２４が再循環ポンプ３０前後の圧力を測定する。さらに温度センサ３８がライン１８内の再循環ループ中の再循環ガスの温度を測定する。ウォータトラップ３２がアノード排気ガスから副産品の水も除去する。アノード排気ガス中にあり供給ライン１８に戻って再循環される水蒸気は、特にスタック１２の供給側で必要な膜の加湿に役立つ。以下の説明に基づいて制御器３４が水素源１４からのフレッシュ水素の量と、ポンプ３０のスピードと、ブリード弁２６の位置を制御する。制御器３４は、圧力センサ３６、２４および温度センサ３８からの測定信号も受け取る。
【００１５】
以上の説明に基づいて、排気ライン２８にアノード排気ガスブリードをいつ実施するかを制御器３４が分かるようにすることが望ましい。システムの中には再循環ループ中の水素濃度が５０％などの所定の百分率未満に低下すると、制御器３４が窒素の量を減少させるためにある所定の期間ブリード弁２６を開放することになるものもある。
【００１６】
以下に詳細に説明されることになるが、制御器３４にはライン２０中のアノード排気ガスのガス組成を推定するモデルと、所望のアノード化学量論を達成する流量でアノード再循環ガスをブリードさせる必要がある所望の弁流量係数ＣＶを計算するインバースバルブモデルとを用いる。次いで制御器３４は所望の弁流量係数ＣＶを得るようにブリード弁２６を制御する。以下に説明されるモデルは再循環ガスをブリード弁２６からブリードするのに特に適用されるが、アノード再循環を使用しないでよい他の燃料電池システム設計にも用途を有する。
【００１７】
窒素クロスオーバは、
【００１８】
【数１】
2008047518.tif 000003
【００１９】
のように燃料電池内の膜前後の窒素の分圧と膜の透過性の関数であり、
ここで、ＶＮ２はアノード再循環ガスの窒素体積流量、ＰＮ２は隔膜中の透過係数、Ａは平方センチメートル単位の膜の面積、ΔｐＮ２は１３３３．２２４Ｐａ単位（ｃｍＨｇ単位）の膜前後の窒素の分圧差、ｔはセンチメートル単位の膜厚である。この計算では、特にカソード供給ガスが７９％の窒素を含み、アノード排気ガスは１００％加湿されているという一定の仮定がおかれている。
【００２０】
次いで、式（１）をモデルとするアルゴリズムを再循環ガスの中の窒素の体積流量を計算するのに用いることができる。図２はそのようなアルゴリズムに対する流れ図４０である。アルゴリズムでは、アノード供給口と排出口にまたがる圧力、再循環ガスの温度および再循環ガスの体積に基づいてボックス４２で、任意であるが妥当にアノード窒素分圧の初期条件（通常はゼロ）を設定する。アルゴリズムでは、カソード供給口と排出口にまたがる圧力と温度との関数としてボックス４４で平均カソード窒素分圧も分かっている。ボックス４６でカソード窒素分圧とアノード窒素分圧が減算され、カソードとアノードの間の窒素分圧の差である駆動力ΔｐＮ２が決まる。膜透過係数ＰＮ２はその温度と膜材料に固有の別の因子との関数としてボックス４８で決定される。次いで膜の面積Ａと膜厚ｔに基づき膜透過係数ＰＮ２と駆動力ΔｐＮ２とが用いられアノード再循環ループを介する窒素体積流量が決まる。制御器３４がブリードを命じる場合、アノード再循環ガスから排気への窒素流量がボックス５０の所で計算された流量から減算器５２によって減らされる。次いでアノード再循環ループ中の窒素含有率がボックス５６で積分され、それがアノード内の窒素のモル分率とボックス４２用に窒素分圧の更新された計算値とを与える。
【００２１】
窒素分圧モデルは、スタック１２のアノード排出口の所で窒素分圧をＰＮ２を推定するために窒素クロスオーバ率を用いる。温度に基づいて、再循環ガス中の水蒸気の分圧が計算できる。残りの分圧が水素燃料分圧であると推定される。次いで、これらの分圧がこれらの気体に対するモル分率を計算するのに用いることができる。気体モル分率とインバースバルブモデルとが、所望の弁流量係数ＣＶを計算するのに用いられ、その結果、所望のアノード化学量論になる流量でアノード再循環ガスがブリードされる。
【００２２】
圧縮性流体の流れは、ダーシー（Ｄａｒｃｙ）の式から導くことができ、すなわち
【００２３】
【数２】
2008047518.tif 000004
【００２４】
ここで、Ｑは０．０２８３１７標準毎時立方メートル（標準毎時立方フィートＳＣＦＨ）単位での流量であり、ＣＶは１５．５５℃（６０°Ｆ）の、差圧６８９４．８Ｐａ（１ｐｓｉｄ）での弁の０．００３７８５３立方メートル毎分水（米ガロン毎分水）単位の流量係数であり、Ｐ１は絶対６８９４．８Ｐａ（１ｐｓｉａ）単位の上流側圧力であり、Ｙは膨張因子であり、ｘは圧力降下比であり、Ｓｇは弁２６を通るガスの比重であり、Ｔ１は
【００２５】
【数３】
2008047518.tif 000005
【００２６】
におけるガスの温度であり、Ｆｐは管係数であり、Ｚは圧縮因子である。弁入口と出口の管が適切な寸法である場合には、管係数Ｆｐはほぼ１に等しい。またこの適用範囲でのガスおよび圧力に対し圧縮因子も約１である。
【００２７】
比重Ｓｇは、ガスの分子量ＭＷ対空気の分子量ＭＷの比であり、すなわち
【００２８】
【数４】
2008047518.tif 000006
【００２９】
再循環ガスの分子量ＭＷｇａｓはそれらのガスの気体モル分率にその気体の分子量を掛けたものの和であり、すなわち、
ＭＷｇａｓ＝ｍｆＨ２２．０１６＋ｍｆＨ２Ｏ１８．０１５＋ｍｆＮ２２８．０１３＋ｍｆＯ２３１．９９９      （４）
これから次式を得る、
【００３０】
【数５】
2008047518.tif 000007
【００３１】
ここでｍｆはモル分率であり、さらに
ｍｆＨ２＋ｍｆＨ２Ｏ＋ｍｆＮ２＋ｍｆＯ２＝１    （６）
膨張因子Ｙは次式で与えられる、すなわち
【００３２】
【数６】
2008047518.tif 000008
【００３３】
ここで、
【００３４】
【数７】
2008047518.tif 000009
【００３５】
さらに、ｘは圧力降下比であり、ｘｔは終端圧力降下比であり、Ｆｋは比熱因子の比であり、Ｋは比熱の比である。この適用範囲の気体および圧力に対して、比熱の比は約１．３９であり、したがってＦｋは、ほぼ１である。
【００３６】
圧力降下比ｘは以下で与えられる、すなわち、
【００３７】
【数８】
2008047518.tif 000010
【００３８】
ここでＰ２は絶対６８９４．８Ｐａ（１ｐｓｉａ）単位の下流側圧力である。ｘｔの値は終端圧力降下比であり、弁の幾何学形状に固有であり実験的に決定されてよい。
ｘ＜Ｆｋ＊ｘｔの場合に流れはサブクリティカル（常流）で、ｘ＞Ｆｋ＊ｘｔでの場合に流れはクリティカル（限界流）である。後の場合Ｆｋ＊ｘｔがｘの代わりに用いられる。以上の説明から、サブクリティカルな流れに対する流れＱとクリティカルな流れに対する流れＱは以下のように単純化でき、すなわち
【００３９】
【数９】
2008047518.tif 000011
【００４０】
【数１０】
2008047518.tif 000012
【００４１】
上の式を並べ替え、サブクリティカルとクリティカルな流れの２つに対する弁流量係数Ｃvを解くと以下が得られる、すなわち
【００４２】
【数１１】
2008047518.tif 000013
【００４３】
【数１２】
2008047518.tif 000014
【００４４】
知られているように、
【００４５】
【数１３】
2008047518.tif 000015
【００４６】
【数１４】
2008047518.tif 000016
【００４７】
は毎秒モルでスタック１２によって消費される水素の流量であり、Ｉはアンペア単位の電流であり、Ｆａはクーロン／モルでのファラデー数であり、Ｈ２＿ｂｌｅｅｄはブリード弁２６を通してブリードされる水素の量であり、Ｈ２＿ｃｏｎｓｕｍｅｄはスタック１２によって消費される水素の量である。
【００４８】
上で説明したアノードモデルから気体モル分率が分かる。したがってアノード排気流量
が次式で解ける、
【００４９】
【数１５】
2008047518.tif 000017
【００５０】
【数１６】
2008047518.tif 000018
【００５１】
次いで、アノード排気流量値は、（適切な単位変換の後で）
【００５２】
【数１７】
2008047518.tif 000019
【００５３】
として、式（１１）および式（１２）の中に代入され、サブクリティカルとクリティカルな流れの２つに対する所望の弁流量係数Ｃｖを得ることができる。流れがサブクリティカルまたはクリティカルの場合にＣｖが決定され、次いで適切な式が１つのＣｖ値に対して使用される。
【００５４】
次いで制御器３４は、所望の弁流量係数Ｃｖを実現するようにブリード弁２６を制御する。ブリード弁２６は可変オリフィスピンテル弁であってよい。一実施形態では、ブリード弁２６は既知の全開弁流量係数Ｃｖ＿ｖａｌｖｅを有するソレノイド弁である。弁２６は効果的なＣｖを得るために変調されたパルス幅であってよい。弁２６のデューティサイクルが、所望の弁流量係数Ｃｖ対全開弁流量係数Ｃｖ＿ｖａｌｖｅの比に設定されることになり、すなわち、
【００５５】
【数１８】
2008047518.tif 000020
【００５６】
図３は以上の説明に基づくブリード弁２６を制御する制御方式を示す流れ図６０である。制御アルゴニズムは、まずボックス６２でアノード化学量論設定値を決める。次いでアルゴニズムはボックス６６のスタック負荷に基づいてボックス６４で水素ブリード流量を計算する。次いでアルゴニズムはボックス５６からのアノード再循環ループ中の積分された窒素含有率を用いてボックス６８で全ブリード流量を計算する。次いでアルゴニズムは、ボックス７２でブリード弁２６を制御するためにボックス７０で弁流量係数Ｃｖを計算する。
【００５７】
前述の検討は、本発明の単に例示的な実施形態を開示し、説明している。別の特許請求の範囲において定義される本発明の趣旨と範囲を逸脱せずに、そのような検討と添付の図面および特許請求の範囲から、そこで、様々な変更、修正、変形が為されてよいことを当業者は容易に理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態によるブリード弁を制御する制御技術を使用する燃料電池システム内のアノード再循環ループの概略図である。
【図２】アノード排気ガス組成を推定する制御方式を示している流れ図である。
【図３】ブリード弁を制御する制御方式を示している流れ図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  燃料電池システム
１２  燃料電池スタック
１４  水素源
１６  混合合流点
１８  ライン
２０  ライン
２４  圧力センサ
２６  ブリード弁
２８  排気ライン
３０  再循環ポンプ
３２  ウォータトラップ
３４  制御器
３６  圧力センサ
３８  温度センサ
４０  流れ図
４２  ボックス
４４  ボックス
４６  ボックス
４８  ボックス
５０  ボックス
５２  減算器
５４  ブリード
５６  ボックス
６０  流れ図
６２  ボックス
６６  ボックス
６４  ボックス
６８  ボックス
７２  ボックス
７０  ボックス
【図１】
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【図２】
2008047518.tif 000028
【図３】
2008047518.tif 000029
【外国語明細書】
2008047518000001.pdf