【手続補正書】
【提出日】平成19年11月12日(2007.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
燃料電池のアノード側に、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
燃料電池のカソード側に、酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、
酸化ガス供給装置と燃料電池のカソード側ガス入口とを接続する入口側流路と、
燃料電池のカソード側ガス出口から排気側へ接続される出口側流路と、
入口側流路と出口側流路を接続し、燃料電池と並列に配置されるバイパス流路と、
入口側流路又は出口側流路の少なくとも一方に設けられ、カソード側のガス流量を調整する調整弁と、
バイパス流路に設けられ、バイパス流路のガス流量を調整するバイパス弁と、
燃料電池の運転を制御する制御部と、
を含む燃料電池運転システムであって、
制御部は、
予め求められているバイパス弁の流量特性に、バイパス弁の開度とバイパス流路のガス流量とを適用し、バイパス弁の上流と下流との間の差圧であるバイパス弁差圧を求める手段と、
予め求められている燃料電池のカソード側流量特性と調整弁の流量特性との両方の特性に、バイパス弁差圧と、カソード側ガス流量とを適用し、調整弁の開度を求める手段と、
を有することを特徴とする燃料電池運転システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池運転システムにおいて、
燃料ガスを水素とし、
制御部は、さらに、
燃料電池に要求される出力電力に基づいて、燃料電池の内部においてカソード側のポンピング水素量を求める手段と、
燃料電池に要求される出力電力に基づいてカソード側ガス入口に供給するガス流量を求める手段と、
求められたポンピング水素量に基づき、バイパス流路に流すガス流量を求める手段と、
を有することを特徴とする燃料電池運転システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池運転システムにおいて、
制御部は、さらに、
アノード側における未反応の燃料ガス流量である未反応水素流量を求める手段を有し、
バイパス流路に流すガス流量を求める手段は、
ポンピング水素量と、アノード側における未反応水素流量とに基づいて、バイパス流路に流すガス流量を求めることを特徴とする燃料電池運転システム。
【請求項４】
請求項２に記載の燃料電池運転システムにおいて、
制御部は、さらに、
求められた調整弁の開度の下で運転された燃料電池の実際の発電出力と、燃料電池に要求された出力電力との偏差に基づいて、調整弁の開度を補正する手段を有することを特徴とする燃料電池運転システム。
【請求項５】
請求項２に記載の燃料電池運転システムにおいて、
ポンピング水素量を求める手段は、燃料電池の電流値と、燃料電池の電気化学反応の理論的なエア必要量に対する増量係数であるストイキ値とに基づいてポンピング水素量を求めることを特徴とする燃料電池運転システム。
【請求項６】
燃料電池と、
燃料電池のアノード側に、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
燃料電池のカソード側に、酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、
酸化ガス供給装置と燃料電池のカソード側ガス入口とを接続する入口側流路と、
燃料電池のカソード側ガス出口から排気側へ接続される出口側流路と、
入口側流路と出口側流路を接続し、燃料電池と並列に配置されるバイパス流路と、
入口側流路又は出口側流路の少なくとも一方に設けられ、カソード側のガス流量を調整する調整弁と、
バイパス流路に設けられ、バイパス流路のガス流量を調整するバイパス弁と、
燃料電池の運転を制御する制御部と、
を含む燃料電池運転システムにおける弁開度算出方法であって、
燃料ガスを水素として、
燃料電池に要求される出力電力に基づいて、燃料電池内部においてカソード側のポンピング水素量を求める工程と、
燃料電池に要求される出力電力に基づいてカソード側ガス入口に供給するガス流量を求める工程と、
求められたポンピング水素量に基づき、バイパス流路に流すガス流量を求める工程と、
予め求められているバイパス弁の流量特性に、バイパス弁の開度とバイパス流路のガス流量とを適用し、バイパス弁の上流と下流との間の差圧であるバイパス弁差圧を求める工程と、
予め求められている燃料電池のカソード側流量特性と調整弁の流量特性との両方の特性に、バイパス弁差圧と、カソード側ガス流量とを適用し、調整弁の開度を求める工程と、
を有することを特徴とする燃料電池運転システムにおける弁開度算出方法。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池運転システムにおける弁開度算出方法において、
さらに、
アノード側における未反応の燃料ガス流量である未反応水素流量を求める工程を有し、
バイパス流路に流すガス流量を求める工程は、ポンピング水素量と、アノード側における未反応水素流量とに基づいて、バイパス流路に流すガス流量を求めることを特徴とする燃料電池運転システムにおける弁開度算出方法。
【請求項８】
請求項６に記載の燃料電池運転システムにおける弁開度算出方法において、
ポンピング水素量を求める工程は、燃料電池の電流値と、燃料電池の電気化学反応の理論的なエア必要量に対する増量係数であるストイキ値とに基づいてポンピング水素量を求めることを特徴とする燃料電池運転システムにおける弁開度算出方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、本発明に係る燃料電池運転システムにおいて、燃料ガスを水素として、制御部は、さらに、燃料電池に要求される出力電力に基づいて、燃料電池の内部においてカソード側のポンピング水素量を求める手段と、燃料電池に要求される出力電力に基づいてカソード側ガス入口に供給するガス流量を求める手段と、求められたポンピング水素量に基づき、バイパス流路に流すガス流量を求める手段と、を有することが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池運転システムにおいて、制御部は、さらに、アノード側における未反応の燃料ガス流量である未反応水素流量を求める手段を有し、バイパス流路に流すガス流量を求める手段は、ポンピング水素量と、アノード側における未反応水素流量とに基づいて、バイパス流路に流すガス流量を求めることを特徴とすることが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池運転システムにおいて、制御部は、さらに、求められた調整弁の開度の下で運転された燃料電池の実際の発電出力と、燃料電池に要求された出力電力との偏差に基づいて、調整弁の開度を補正する手段を有することが好ましい。
また、本発明に係る燃料電池運転システムにおいて、ポンピング水素量を求める手段は、燃料電池の電流値と、燃料電池の電気化学反応の理論的なエア必要量に対する増量係数であるストイキ値とに基づいてポンピング水素量を求めることが好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池運転システムにおける弁開度算出方法は、燃料電池と、燃料電池のアノード側に、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、燃料電池のカソード側に、酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、酸化ガス供給装置と燃料電池のカソード側ガス入口とを接続する入口側流路と、燃料電池のカソード側ガス出口から排気側へ接続される出口側流路と、入口側流路と出口側流路を接続し、燃料電池と並列に配置されるバイパス流路と、入口側流路又は出口側流路の少なくとも一方に設けられ、カソード側のガス流量を調整する調整弁と、バイパス流路に設けられ、バイパス流路のガス流量を調整するバイパス弁と、燃料電池の運転を制御する制御部と、を含む燃料電池運転システムにおける弁開度算出方法であって、燃料ガスを水素として、燃料電池に要求される出力電力に基づいて、燃料電池内部においてカソード側のポンピング水素量を求める工程と、燃料電池に要求される出力電力に基づいてカソード側ガス入口に供給するガス流量を求める工程と、求められたポンピング水素量に基づき、バイパス流路に流すガス流量を求める工程と、予め求められているバイパス弁の流量特性に、バイパス弁の開度とバイパス流路のガス流量とを適用し、バイパス弁の上流と下流との間の差圧であるバイパス弁差圧を求める工程と、予め求められている燃料電池のカソード側流量特性と調整弁の流量特性との両方の特性に、バイパス弁差圧と、カソード側ガス流量とを適用し、調整弁の開度を求める工程と、を有することを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、本発明に係る燃料電池運転システムにおける弁開度算出方法において、さらに、アノード側における未反応の燃料ガス流量である未反応水素流量を求める工程を有し、バイパス流路に流すガス流量を求める工程は、ポンピング水素量と、アノード側における未反応水素流量とに基づいて、バイパス流路に流すガス流量を求めることが好ましい。
また、本発明に係る燃料電池運転システムにおける弁開度算出方法において、ポンピング水素量を求める工程は、燃料電池の電流値と、燃料電池の電気化学反応の理論的なエア必要量に対する増量係数であるストイキ値とに基づいてポンピング水素量を求めることが好ましい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
また、燃料ガスを水素として、燃料電池に要求される出力電力に基づいて、燃料電池の内部においてカソード側のポンピング水素量を求め、燃料電池に要求される出力電力に基づいてカソード側ガス入口に供給するガス流量を求め、求められたポンピング水素量に基づき、水素希釈のためにバイパス流路に流すガス流量を求める。したがって、バイパス弁の特性に入力するバイパスガス流量も、圧力センサ等を用いることなく求めることができる。これらの求め方も、計算式の形式に入力データを適用し所望の出力値を算出してもよく、ルックアップテーブルの形式を用いて入力データに対する出力データを取得してもよく、あるいはＲＯＭ等を用いて入力データを所望の出力データに変換させてもよい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、燃料ガスを水素として、バイパス流路に流すガス流量は、ポンピング水素量と、アノード側における未反応水素流量とに基づいて求めるものとするので、ポンピング水素と、アノード側で未反応水素として排出されるガスの両方を希釈する場合のバイパスガス流量も、圧力センサ等を用いることなく求めることができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、求められた調整弁の開度の下で運転された燃料電池の実際の発電出力と、燃料電池に要求された出力電力との偏差に基づいて、調整弁の開度を補正することとするので、弁の開度のずれをフィードバックにより補正することができる。
また、燃料電池の電流値と、燃料電池の電気化学反応の理論的なエア必要量に対する増量係数であるストイキ値とに基づいてポンピング水素量を求めることとするので、ポンピング水素量も、圧力センサ等を用いることなく求めることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
すなわち、制御部７０は、弁開度指令を求めるために、カソード側のポンピング水素量を求めるポンピング水素量取得モジュール７２と、全エア送気量を求める全エア送気量算出モジュール７４と、ＦＣエア量算出モジュール７６と、バイパスエア量算出モジュール７８と、バイパス弁６２の両端の圧力差を求める入口出口差圧取得モジュール８０と、調整弁の開度等を求める調整弁開度取得モジュール８２と、調整弁の開度をＦＣ発電量からフィードバックして補正する調整弁開度フィードバックモジュール８４を含んで構成される。これらの機能はソフトウェアで実現でき、具体的には、対応する燃料電池運転プログラム、あるいはそれに含まれる弁凍結防止プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアで実現することもできる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
２つ目は、ポンピング水素量マップである。ポンピング水素量マップは、燃料電池反応において、カソード側における水素量を、ＦＣ電流を変数としてテーブル形式で表わすものである。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
図５は、ポンピング水素量マップ１１２を説明する図である。ポンピング水素とは、カソード側における水素のことで、その量は、ＦＣ電流に関係し、ＦＣ電流が大きいほどポンピング水素量が増加することが知られ、実験的にその関係式が求められる。図５（ａ）はその関係式の例を示す図である。ＦＣ電流は、燃料電池に要求される出力電力に基づいて定まるので、要求発電量入力部６６から取得された要求出力電力に基づいて、以下のようにポンピング水素量を求めることができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
したがって、図６（ａ）と（ｂ）とから、バイパス弁の開度と、バイパスエア量と、ＦＣエア量とを与えれば、調整弁６０の開度が一義的に求められることが分かる。特に、バイパス開度を固定、例えば全開とすれば、調整弁開度はバイパスエア量と、ＦＣエア量とから求めることができる。図６（ｃ）は、バイパス弁開度を全開としたときの調整弁開度マップ１１４の例を示す図である。調整弁開度マップ１１４は、ＦＣエア量とバイパスエア量の２つの入力データから調整弁開度を読み出すテーブルである。バイパス弁開度が全開でない場合にも、所定のバイパス弁開度ごとに調整弁開度マップを作成することができる。