燃料电池系统技术方案

提供能减少电动马达的消耗电力并抑制燃料电池堆的发电效率下降的燃料电池系统。直到旋转轴(14)的转速达到浮起转速为止，控制装置(30)以使三通阀(33)成为容许空气经由供给流路(18)从电动压缩机(12)向燃料电池堆(11)的流动及空气经由供给流路(18)及旁通流路(32)从电动压缩机(12)向排出流路(24)的流动这双方的流动的第1切换状态的方式控制三通阀(33)的阀切换位置。直到旋转轴的转速达到浮起转速为止，控制装置以使经由导入流路(25)向涡轮机室(23)导入的排出气体的流动变为使得通过排出气体而涡轮机效率成为最大的方式控制压力调整阀(26)的开度，涡轮机叶轮(19)通过排出气体而旋转。

Fuel cell system

Fuel cell systems that reduce the power consumption of electric motors and inhibit the decline in power generation efficiency of fuel cell stacks are provided. Until the rotating speed of the rotating shaft (14) reaches the floating speed, the control device (30) enables the three-way valve (33) to become the first switching state of the flow of air from the electric compressor (12) to the fuel cell stack (11) via the supply flow path (18) and the air from the electric compressor (12) to the discharge flow path (24), which controls the three-way valve (33). Valve switching position. Until the rotating speed of the rotating shaft reaches the floating starting speed, the control device controls the opening of the pressure regulating valve (26) in such a way that the flow of the exhaust gas introduced into the turbine chamber (23) via the inlet flow path (25) becomes the maximum efficiency of the turbine through the exhaust gas, and the turbine impeller (19) rotates through the exhaust gas.

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统
本专利技术涉及燃料电池系统。
技术介绍
近年来，搭载有如下的燃料电池系统的车辆得到了实用化，该燃料电池系统具备使作为燃料气体的氢与作为氧化剂气体的空气所含的氧发生化学反应来进行发电的燃料电池堆。燃料电池系统具备压缩空气的电动压缩机。电动压缩机具有壳体、收置于壳体内的旋转轴、收置于壳体内并且使旋转轴旋转的电动马达、及收置于壳体内并且通过旋转轴旋转而驱动从而压缩空气的压缩部。另外，在燃料电池系统中，也存在具备如下的涡轮机的燃料电池系统，该涡轮机具有通过从燃料电池堆排出的排出气体而旋转的涡轮机叶轮。涡轮机叶轮与电动压缩机的旋转轴同轴连结。在这样的燃料电池系统中，通过利用排出气体的动能使涡轮机叶轮旋转而变换为旋转能。由该涡轮机产生的旋转能减少使旋转轴旋转的电动马达的负荷。由此，能够减少使旋转轴旋转所需的电动马达的消耗电力。涡轮机具备收置涡轮机叶轮的涡轮机室和使与涡轮机室相连的流路的流路截面积可变且调整向涡轮机室导入的排出气体的压力的压力调整阀(喷嘴叶片)。压力调整阀通过调整向涡轮机室导入的排出气体的压力来调整涡轮机叶轮的转速。另外，在燃料电池系统中，为了调整燃料电池堆内的湿度而调整向燃料电池堆供给的空气的压力。向该燃料电池堆供给的空气的压力的调整通过利用压力调整阀调整与涡轮机室相连的流路的流路截面积来进行。在燃料电池系统中，将氢及空气向燃料电池堆供给，通过使氢与氧发生化学反应来进行发电，因此，若在向燃料电池堆供给的空气及氢中混入油等，则燃料电池堆的发电效率可能会下降。因而，例如在专利文献1中，为了将旋转轴支撑为能够相对于壳体旋转而使用不需要油的空气动压轴承。直到旋转轴的转速达到预定值为止，空气动压轴承以与旋转轴接触的状态支撑旋转轴。并且，如果旋转轴的转速达到预定值，则通过在旋转轴与空气动压轴承之间产生的动压而导致旋转轴相对于空气动压轴承浮起，空气动压轴承以与旋转轴不接触的状态支撑旋转轴。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2013-93134号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，在使用了空气动压轴承的情况下，直到旋转轴的转速达到旋转轴会相对于空气动压轴承浮起的浮起转速为止，由于旋转轴以与空气动压轴承接触的状态旋转，所以会在电动马达上施加大的负荷，使旋转轴旋转所需的电动马达的消耗电力会增大。另外，直到旋转轴的转速达到浮起转速为止，由于旋转轴以与空气动压轴承接触的状态旋转，所以该状态持续得越久，则旋转轴与空气动压轴承进行滑动的时间越长，耐久性越会恶化。由此，优选的是尽可能缩短到旋转轴的转速达到浮起转速为止的时间，但若使旋转轴的转速急剧上升，则由电动压缩机的压缩部压缩后的空气会向燃料电池堆过剩地供给，燃料电池堆内的湿度会下降而招致燃料电池堆的发电效率的下降。本专利技术是为了解决所述课题而完成的，其目的在于，提供一种能够减少电动马达的消耗电力并且能够抑制燃料电池堆的发电效率的下降的燃料电池系统。用于解决课题的方案解决所述课题的燃料电池系统具备：电动压缩机，压缩氧化剂气体；燃料电池堆，被供给由所述电动压缩机压缩后的所述氧化剂气体；涡轮机，具有通过从所述燃料电池堆排出的排出气体而旋转的涡轮机叶轮；供给流路，将所述电动压缩机与所述燃料电池堆连接并且将由所述电动压缩机压缩后的所述氧化剂气体向所述燃料电池堆供给；及排出流路，将所述燃料电池堆与所述涡轮机连接并且供从所述燃料电池堆排出的排出气体流动，所述电动压缩机具有：壳体；旋转轴，收置于所述壳体内；电动马达，收置于所述壳体内并且使所述旋转轴旋转；及压缩部，收置于所述壳体内并且连结于所述旋转轴，通过所述旋转轴旋转而驱动从而压缩所述氧化剂气体，所述涡轮机叶轮连结于所述旋转轴并且通过所述排出气体而旋转，所述涡轮机具有：涡轮机室，收置所述涡轮机叶轮；导入流路，将所述涡轮机室与所述排出流路相连并且将在所述排出流路中流动的排出气体向所述涡轮机室导入；及压力调整阀，调整所述导入流路的流路截面积而调整向所述燃料电池堆供给的所述氧化剂气体的压力，所述旋转轴由空气动压轴承支撑为能够相对于所述壳体旋转，其中，所述燃料电池系统具备：旁通流路，绕过所述燃料电池堆而将所述供给流路与所述排出流路相连；流路切换部，直到所述旋转轴的转速达到所述旋转轴会相对于所述空气动压轴承浮起的浮起转速为止，以容许所述氧化剂气体经由所述供给流路从所述电动压缩机向所述燃料电池堆的流动及所述氧化剂气体经由所述供给流路及所述旁通流路从所述电动压缩机向所述排出流路的流动这双方的流动的方式切换供所述氧化剂气体流动的流路；及阀开度调整部，直到所述旋转轴的转速达到所述浮起转速为止，以使经由所述导入流路向所述涡轮机室导入的排出气体的流动变为使得通过所述排出气体而所述涡轮机的效率成为最大的方式调整所述压力调整阀的开度。在此，“涡轮机的效率”是指排出气体的动能通过使涡轮机叶轮旋转而变换为旋转能的比例。也就是说，表示涡轮机自身的性能。由此，在直到旋转轴的转速达到浮起转速为止的期间，由于以使涡轮机的效率成为最大的方式调整压力调整阀的开度，所以通过涡轮机叶轮旋转而产生的旋转能减少使旋转轴旋转的电动马达的负荷，能够减少使旋转轴旋转所需的电动马达的消耗电力。另外，在直到旋转轴的转速达到浮起转速为止的期间，由于在供给流路中流动的氧化剂气体的一部分经由旁通流路向排出流路流动，所以能够抑制在直到旋转轴的转速达到浮起转速为止的期间由电动压缩机的压缩部压缩后的氧化剂气体向燃料电池堆过剩地供给。其结果，能够抑制燃料电池堆内的湿度下降，能够抑制燃料电池堆的发电效率的下降。在所述燃料电池系统中优选：在所述旋转轴的转速达到所述浮起转速之后，所述流路切换部容许所述氧化剂气体经由所述供给流路从所述电动压缩机向所述燃料电池堆的流动，且切断所述氧化剂气体经由所述供给流路及所述旁通流路从所述电动压缩机向所述排出流路的流动。由此，在旋转轴的转速达到浮起转速之后，能够将由电动压缩机的压缩部压缩后的氧化剂气体全部经由供给流路从电动压缩机向燃料电池堆供给。在所述燃料电池系统中优选：在所述旋转轴的转速达到所述浮起转速之后，所述阀开度调整部以使得成为所述燃料电池堆的要求发电量的方式调整所述压力调整阀的开度。由此，在旋转轴的转速达到浮起转速之后，能够在燃料电池堆中进行与要求发电量相应的发电。专利技术效果根据本专利技术，能够减少电动马达的消耗电力，并且能够抑制燃料电池堆的发电效率的下降。附图说明图1是实施方式的燃料电池系统的概略结构图。图2是另一实施方式的燃料电池系统的概略结构图。标号说明10…燃料电池系统，11…燃料电池堆，12…电动压缩机，13…壳体，14…旋转轴，15…电动马达，16…压缩部，18…供给流路，19…涡轮机叶轮，20…涡轮机，23…涡轮机室，24…排出流路，25…导入流路，26…压力调整阀，30…构成流路切换部并且作为阀开度调整部发挥功能的控制装置，31…空气动压轴承，32…旁通流路，33…构成流路切换部的三通阀。具体实施方式以下，按照图1来说明将燃料电池系统具体化的一实施方式。本实施方式的燃料电池系统例如搭载于燃料电池车等车辆。如图1所示，燃料电池系统10具备燃料电池堆11和压缩作为氧化剂气体的空气的电动压缩机12。向燃料电池堆11供给由电动压缩机12压缩后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池系统，具备：电动压缩机，压缩氧化剂气体；燃料电池堆，被供给由所述电动压缩机压缩后的所述氧化剂气体；涡轮机，具有通过从所述燃料电池堆排出的排出气体而旋转的涡轮机叶轮；供给流路，将所述电动压缩机与所述燃料电池堆连接并且将由所述电动压缩机压缩后的所述氧化剂气体向所述燃料电池堆供给；及排出流路，将所述燃料电池堆与所述涡轮机连接并且供从所述燃料电池堆排出的排出气体进行流动，所述电动压缩机具有：壳体；旋转轴，收置于所述壳体内；电动马达，收置于所述壳体内并且使所述旋转轴旋转；及压缩部，收置于所述壳体内并且连结于所述旋转轴，通过所述旋转轴进行旋转来驱动从而压缩所述氧化剂气体，所述涡轮机叶轮连结于所述旋转轴并且通过所述排出气体而旋转，所述涡轮机具有：涡轮机室，收置所述涡轮机叶轮；导入流路，将所述涡轮机室与所述排出流路相连并且将在所述排出流路中流动的排出气体向所述涡轮机室导入；及压力调整阀，调整所述导入流路的流路截面积来调整向所述燃料电池堆供给的所述氧化剂气体的压力，所述旋转轴由空气动压轴承支撑为能够相对于所述壳体旋转，所述燃料电池系统的特征在于，具备：旁通流路，绕过所述燃料电池堆而将所述供给流路与所述排出流路相连；流路切换部，直到所述旋转轴的转速达到所述旋转轴会相对于所述空气动压轴承浮起的浮起转速为止，以容许所述氧化剂气体经由所述供给流路从所述电动压缩机向所述燃料电池堆的流动及所述氧化剂气体经由所述供给流路及所述旁通流路从所述电动压缩机向所述排出流路的流动这双方的流动的方式，切换供所述氧化剂气体进行流动的流路；及阀开度调整部，直到所述旋转轴的转速达到所述浮起转速为止，以使经由所述导入流路向所述涡轮机室导入的排出气体的流动变为使得通过所述排出气体而所述涡轮机的效率成为最大的方式，调整所述压力调整阀的开度。...

【技术特征摘要】
2017.09.07 JP 2017-1719571.一种燃料电池系统，具备：电动压缩机，压缩氧化剂气体；燃料电池堆，被供给由所述电动压缩机压缩后的所述氧化剂气体；涡轮机，具有通过从所述燃料电池堆排出的排出气体而旋转的涡轮机叶轮；供给流路，将所述电动压缩机与所述燃料电池堆连接并且将由所述电动压缩机压缩后的所述氧化剂气体向所述燃料电池堆供给；及排出流路，将所述燃料电池堆与所述涡轮机连接并且供从所述燃料电池堆排出的排出气体进行流动，所述电动压缩机具有：壳体；旋转轴，收置于所述壳体内；电动马达，收置于所述壳体内并且使所述旋转轴旋转；及压缩部，收置于所述壳体内并且连结于所述旋转轴，通过所述旋转轴进行旋转来驱动从而压缩所述氧化剂气体，所述涡轮机叶轮连结于所述旋转轴并且通过所述排出气体而旋转，所述涡轮机具有：涡轮机室，收置所述涡轮机叶轮；导入流路，将所述涡轮机室与所述排出流路相连并且将在所述排出流路中流动的排出气体向所述涡轮机室导入；及压力调整阀，调整所述导入流路的流路截面积来调整向所述燃料电池堆供给的所述氧化剂气体的压力，所述旋转轴由空气动压轴承支撑为能够相对于所述壳体旋转，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木润也，冈崎和贵，森英文，
申请(专利权)人：株式会社丰田自动织机，
类型：发明
国别省市：日本,JP