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JP2005276578A - Fluid supply system - Google Patents

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JP2005276578A JP2004086775A JP2004086775A JP2005276578A JP 2005276578 A JP2005276578 A JP 2005276578A JP 2004086775 A JP2004086775 A JP 2004086775A JP 2004086775 A JP2004086775 A JP 2004086775A JP 2005276578 A JP2005276578 A JP 2005276578A
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water
reforming water
reformed
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JP2004086775A
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Japanese (ja)
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Junichi Yokoyama
順一 横山
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Toyota Motor Corp
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To properly detect normal supply and abnormal supply of fluid to system forming apparatuses without relying on a flow sensor or the like, by suppressing influence of disturbance. <P>SOLUTION: A fuel cell system including a stack 1 is equipped with a water pump 11 to supply water to be reformed to a reforming apparatus 2 through a water line 5, a temperature sensor 15 to detect the temperature of the water to be reformed in the water line 5, an inside temperature sensor 17 to detect the inside temperature of the reforming apparatus 2, and a controller 20. The controller 20 controls the water pump 11 so as to give periodical fluctuation to the supply condition of the water to be reformed. The controller 20 determines abnormal supply of the water to be reformed to the reforming apparatus 2 based on the detected temperature of the water to be reformed and the detected inside temperature. If the supply of the water to be reformed is determined abnormal, the controller 20 stops the operation of this system. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、所定の構成機器に配管を通じて流体を供給する流体供給手段を備えた流体供給システムに関する。   The present invention relates to a fluid supply system including fluid supply means for supplying a fluid to a predetermined component device through a pipe.

従来、燃料電池システムは、燃料電池や改質器などの各種機器より構成される。燃料電池は、燃料ガスとなる改質ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電を行う。改質器は、改質原料しての原料ガスと改質水の供給を受けて改質ガスを生成する。ここで、燃料電池システムを安定的に運転させるためには、上記した燃料電池や改質器などの構成機器に所要の流体を安定供給する必要がある。例えば、燃料電池については、改質ガスや酸化剤ガスの供給流量を安定化させる必要がある。また、改質器については、原料ガスや改質水の供給流量、熱回収用冷媒の循環流量を安定化させる必要がある。これら流体の供給装置として、昇圧ポンプなどを使用した場合、ある程度の脈動は避けられないが、配管内にオリフィスや流量調整バルブを設置するなどして脈動を低減させる試みがなされている。   Conventionally, a fuel cell system is composed of various devices such as a fuel cell and a reformer. A fuel cell generates power by receiving supply of a reformed gas and an oxidant gas as fuel gas. The reformer receives the supply of the raw material gas as the reforming raw material and the reforming water, and generates the reformed gas. Here, in order to stably operate the fuel cell system, it is necessary to stably supply a required fluid to the above-described components such as the fuel cell and the reformer. For example, for a fuel cell, it is necessary to stabilize the supply flow rate of the reformed gas or oxidant gas. Further, regarding the reformer, it is necessary to stabilize the supply flow rate of the raw material gas or reforming water and the circulation flow rate of the heat recovery refrigerant. When a booster pump or the like is used as a supply device for these fluids, some pulsation is unavoidable, but attempts have been made to reduce pulsation by installing an orifice or a flow rate adjusting valve in the pipe.

下記の特許文献1に記載の燃料電池発電機においては、改質器への改質水供給流量を安定に保つために、水ポンプから吐出される改質水を改質器へ移送する配管途中に絞り機構が設けられる。   In the fuel cell generator described in Patent Document 1 below, in order to keep the reforming water supply flow rate to the reformer stable, the piping in which the reforming water discharged from the water pump is transferred to the reformer Is provided with a diaphragm mechanism.

下記の特許文献2に記載の燃料電池システムにおいては、配管途中にオリフィスなどの圧力損失部が設けられ、その圧力損失部前後における圧力差が検出される。そして、検出された圧力差などに基づき流体流量を制御することにより、流体流量の安定化が図られている。   In the fuel cell system described in Patent Document 2 below, a pressure loss part such as an orifice is provided in the middle of the piping, and a pressure difference before and after the pressure loss part is detected. The fluid flow rate is stabilized by controlling the fluid flow rate based on the detected pressure difference or the like.

下記の特許文献3には、燃料電池システムとは異分野の油圧ブレーキ装置において、ポンプ異常の有無を高精度に判別するために、ポンプ作動に応じて油圧センサで検出される液圧脈動に基づいてポンプ異常を判別することが記載される。   Patent Document 3 listed below is based on the hydraulic pulsation detected by a hydraulic sensor in response to pump operation in order to accurately determine whether there is a pump abnormality in a hydraulic brake device in a field different from the fuel cell system. It is described that the pump abnormality is determined.

下記の特許文献4には、産業機械用エンジンなどの分野で使用される流体検出装置に係り、脈動的に液体が流れる流通路に接する状態で圧電素子を設け、流通路内の脈動圧が圧電素子に作用して得られる電圧に基づいて流通路の不具合(異常)を検出することが記載される。   Patent Document 4 below relates to a fluid detection device used in the field of industrial machinery engines, etc., and is provided with a piezoelectric element in contact with a flow passage through which liquid flows pulsatingly, and the pulsation pressure in the flow passage is piezoelectric. It is described that a malfunction (abnormality) of a flow path is detected based on a voltage obtained by acting on an element.

特開2003−132920号公報(第2−3頁、図1)JP 2003-132920 A (page 2-3, FIG. 1) 特開2003−151602号公報(第2,5頁、図1,2)JP 2003-151602 A (2nd and 5th pages, FIGS. 1 and 2) 特開平11−11297号公報(第2−5頁,図1,3)Japanese Patent Laid-Open No. 11-11297 (page 2-5, FIGS. 1 and 3) 特開平1−197623号公報(第1−4頁、図1,5)JP-A-1-197623 (page 1-4, FIGS. 1 and 5)

ところが、上記した特許文献1及び2には、ポンプなどの供給装置の故障や配管内の圧力損失上昇などにより、ガスや水などの流体の供給自体が停止することを想定した解決技術が何も記載されていない。また、燃料電池システムにおいて、各種構成機器に供給される流体の流量を安定化させることは、同システムを安定運転するために重要な条件ではある。しかし、流体の供給自体の停止を検出できなければ、システムの運転継続が不可能になるばかりか、システムの構成部品を破損させるおそれがあった。   However, the above-mentioned Patent Documents 1 and 2 do not have any solution technology that assumes that the supply of a fluid such as gas or water stops due to a failure of a supply device such as a pump or an increase in pressure loss in a pipe. Not listed. In a fuel cell system, stabilizing the flow rate of fluid supplied to various components is an important condition for stable operation of the system. However, if the stop of the fluid supply itself cannot be detected, not only the operation of the system cannot be continued, but also the components of the system may be damaged.

一方、上記した特許文献3及び4には、ポンプや流通路の異常を検出するために、油圧センサや圧電素子などの流体検出手段が配管に設置される。しかし、その流体検出手段自体が故障している場合は、流体の供給が停止しているにもかかわらず流体検出手段が誤って出力するときは、供給停止状態を適正に検出することができない(第1のケース)。また、流体の供給が行われているにもかかわらず流体検出手段の出力が誤ってゼロになるときは、供給状態を適正に検出することができない(第2のケース)。このような場合、流体検出手段それ自体が故障であるか否かの判別はつきにくく、前記第1のケースでは、燃料電池システムにおける他の構成部品の故障につながるおそれがある。また、前記第2のケースでは、流体検出手段の故障と同時に速やかに燃料電池システムの運転を停止させる必要がある。   On the other hand, in Patent Documents 3 and 4 described above, fluid detection means such as a hydraulic sensor and a piezoelectric element are installed in the pipe in order to detect abnormality of the pump and the flow path. However, if the fluid detection means itself is out of order, the supply stop state cannot be properly detected when the fluid detection means outputs erroneously even though the fluid supply is stopped ( First case). Further, when the output of the fluid detection means is erroneously zero even though the fluid is being supplied, the supply state cannot be detected properly (second case). In such a case, it is difficult to determine whether or not the fluid detection unit itself is in failure, and in the first case, there is a risk of failure of other components in the fuel cell system. In the second case, it is necessary to stop the operation of the fuel cell system immediately upon failure of the fluid detection means.

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、流量計や圧力センサなどの流体検出手段に頼ることなく、あるいは流体検出手段に付加的に用いることにより、システムの構成機器に対する流体の正常な供給と流体の供給異常とを、外乱の影響を抑制して適正に検出することを可能とした流体供給システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is not to rely on fluid detection means such as a flow meter or a pressure sensor, or to be used in addition to the fluid detection means. It is an object of the present invention to provide a fluid supply system capable of properly detecting a normal supply of fluid and an abnormal supply of fluid with respect to disturbance while suppressing the influence of disturbance.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、所定の構成機器に配管を通じて所定の流体を供給するための流体供給手段と、配管の途中に設けられ流体を加熱又は冷却するための流体温度変更手段と、流体温度変更手段と構成機器の間の配管における流体の状態を検出するための検出手段とを備え、流体の供給状態に所定の変動を与えたときの検出手段により検出された流体の状態に基づき、構成機器に対する流体の供給異常を判断するための異常判断手段とを備えることを趣旨とする。
ここで、流体の供給異常とは、配管における流体の流量が少なくなることを意味し、その原因として、流体供給手段による流体供給量が少なくなる場合、配管から流体が漏れる場合、配管内に異物が詰まったり、フィルタ類が目詰まりしたりする場合などが挙げられる。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is directed to a fluid supply means for supplying a predetermined fluid to a predetermined component device through a pipe, and for heating or cooling the fluid provided in the middle of the pipe. Fluid temperature changing means, and a detecting means for detecting a fluid state in a pipe between the fluid temperature changing means and the component device, and the detection means when a predetermined fluctuation is given to the fluid supply state It is intended to include an abnormality determining means for determining an abnormality in supply of fluid to the constituent devices based on the state of the fluid.
Here, the fluid supply abnormality means that the flow rate of the fluid in the pipe decreases, and as a cause thereof, when the amount of fluid supplied by the fluid supply means decreases, when fluid leaks from the pipe, foreign matter in the pipe May be clogged or the filters may be clogged.

上記発明の構成によれば、流体の供給状態に所定の変動が与えられるとき、構成機器に流体が正常に供給される場合は、流体温度変更手段と構成機器の配管において検出手段により検出される流体の状態は、流体の供給状態の変動に応じて変動することになる。一方、構成機器に流体が正常に供給されない場合、すなわち供給異常となる場合は、検出手段により検出される流体の状態は、流体の供給状態の変動に応じない変動を示すことになる。異常判断手段は、このような流体の状態に基づき、構成機器に対する流体の供給異常を判断することになる。また、流体検出手段が故障した場合でも、異常判断手段により流体の供給が正常であると判断出きる場合は、システムの運転の継続も可能となり、流体検出手段の故障であると判別可能となる。   According to the configuration of the above invention, when a predetermined fluctuation is given to the supply state of the fluid, if the fluid is normally supplied to the component equipment, the detection is performed by the detection means in the fluid temperature changing means and the piping of the component equipment. The state of the fluid varies according to the variation of the fluid supply state. On the other hand, when the fluid is not normally supplied to the component device, that is, when the supply is abnormal, the state of the fluid detected by the detecting means shows a variation that does not correspond to the variation of the fluid supply state. The abnormality determination means determines a fluid supply abnormality to the component device based on such a fluid state. Further, even when the fluid detection means fails, if the abnormality determination means determines that the fluid supply is normal, the system can continue to operate, and it can be determined that the fluid detection means is faulty. .

上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、検出手段は、流体の温度を検出する手段であることを趣旨とする。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the detection means is means for detecting the temperature of the fluid.

上記発明の構成によれば、請求項1に記載の発明の作用に加え、流体の供給状態に与えられた変動は、流体が流体温度変更手段により加熱又は冷却されることで、流体の温度状態の変動に反映される。従って、流体の温度を検出する手段を用いて流体の供給状態の変動を有効に検出することが可能となる。   According to the configuration of the invention described above, in addition to the operation of the invention described in claim 1, the fluctuation given to the supply state of the fluid is caused by the fluid being heated or cooled by the fluid temperature changing means. It is reflected in the fluctuations. Therefore, it is possible to effectively detect the fluctuation of the supply state of the fluid using the means for detecting the temperature of the fluid.

上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、流体の供給状態とは、流体の圧力であることを趣旨とする。   In order to achieve the above object, the invention described in claim 3 is the invention described in claim 1 or 2, wherein the fluid supply state is the pressure of the fluid.

上記発明の構成によれば、請求項1又は2に記載の発明の作用に加え、流体の供給異常が配管に異物などが詰まることである場合には、流体の圧力を変動させることで、異物を除去することも可能となる。   According to the configuration of the invention described above, in addition to the operation of the invention according to claim 1 or 2, in the case where the fluid supply abnormality is that the foreign matter is clogged in the pipe, the foreign matter is changed by changing the pressure of the fluid. Can also be removed.

上記目的を達成するために、請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、燃料電池システムの流体供給装置又は冷却装置に用いることを趣旨とする。   In order to achieve the above object, the invention described in claim 4 is used in the fluid supply device or the cooling device of the fuel cell system in the invention described in any one of claims 1 to 3.

上記発明の構成によれば、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明の作用に加え、燃料電池システムにおける流体供給の異常検出に有効となる。   According to the configuration of the above invention, in addition to the operation of the invention according to any one of claims 1 to 3, it is effective for detecting an abnormality in fluid supply in the fuel cell system.

請求項1に記載の発明によれば、流体供給システムにおいて、流量計などの流体検出手段に頼ることなく、あるいは流体検出手段に付加的に用いることにより、システムの構成機器に対する流体の正常な供給と流体の供給異常とを、外乱の影響を抑制して適正に検出することができる。   According to the first aspect of the present invention, in the fluid supply system, normal supply of fluid to the components of the system can be achieved without relying on fluid detection means such as a flow meter or in addition to fluid detection means. And fluid supply abnormality can be properly detected while suppressing the influence of disturbance.

請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加え、流体の温度を検出する手段を用いてシステムの構成機器に対する流体の正常な供給と流体の供給異常とを有効に検出することができる。   According to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect of the invention, the normal supply of the fluid and the abnormal supply of the fluid to the components constituting the system using the fluid temperature detecting means are performed. It can be detected effectively.

請求項3に記載の発明によれば、請求項1又は2に記載の発明の効果に加え、配管に異物などが詰まるなどの軽微な供給異常を解消することができる。   According to the invention described in claim 3, in addition to the effect of the invention described in claim 1 or 2, it is possible to eliminate minor supply abnormality such as foreign matter clogging in the pipe.

請求項4に記載の発明によれば、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明の効果に加え、燃料電池システムにおける流体供給の異常検出に有効に使用することができる。   According to the invention described in claim 4, in addition to the effect of the invention described in any one of claims 1 to 3, it can be effectively used for detecting abnormality of fluid supply in the fuel cell system.

[第1実施形態]
以下、本発明の流体供給システムを燃料電池システムに具体化した第1実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment in which a fluid supply system of the present invention is embodied in a fuel cell system will be described in detail with reference to the drawings.

図1に燃料電池システムの概略構成図を示す。この燃料電池システムは、燃料電池(スタック)1と、そのスタック1に改質器2から水素を含む改質ガスを供給する改質ガスライン3と、スタック1に酸素を含む酸化剤ガス(カソードエア)を供給するカソードエアライン4と、改質器2に改質水を供給する改質水ライン5と、改質器2に改質原料(原料ガス)を供給する原料ガスライン6とを備える。スタック1を通ったカソードエアは、排気として排出される。改質ガスライン3は、スタック1を経由する第1改質ガスライン3aと、スタック1を経由しない第2改質ガスライン3bとに分岐する。   FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a fuel cell system. This fuel cell system includes a fuel cell (stack) 1, a reformed gas line 3 for supplying a reformed gas containing hydrogen from a reformer 2 to the stack 1, and an oxidant gas (cathode) containing oxygen in the stack 1. A cathode air line 4 for supplying air), a reforming water line 5 for supplying reforming water to the reformer 2, and a source gas line 6 for supplying reforming raw material (raw material gas) to the reformer 2. Prepare. The cathode air that has passed through the stack 1 is discharged as exhaust. The reformed gas line 3 branches into a first reformed gas line 3 a that passes through the stack 1 and a second reformed gas line 3 b that does not pass through the stack 1.

スタック1は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜と、その電解質膜の両面に設けられた一対の電極であるアノード及びカソードとを備える。そして、スタック1は、改質ガスとカソードエアの供給を受け、これらのガスを電気化学的に反応させることにより、発電と発熱を行うようになっている。   The stack 1 includes a polymer electrolyte membrane that selectively transports hydrogen ions, and an anode and a cathode that are a pair of electrodes provided on both surfaces of the electrolyte membrane. The stack 1 is supplied with the reformed gas and the cathode air, and generates and generates heat by causing these gases to react electrochemically.

本発明の構成機器に相当する改質器2は、原料ガスと改質水の供給を受けて改質ガスを生成し、そのガスを改質ガスライン3へ導出する。この改質器2は、改質部、シフト部及び選択酸化部より構成される。また、改質器2は、暖機用の燃焼部7を備える。燃焼部7には、燃焼原料(天然ガス等)と、第1及び第2の改質ガスライン3a,3bを経由した改質ガスが燃料ガスとして供給される。また、燃焼部7には、燃焼エアが供給される。   The reformer 2 corresponding to the component device of the present invention receives the supply of the raw material gas and the reformed water, generates the reformed gas, and guides the gas to the reformed gas line 3. The reformer 2 includes a reforming unit, a shift unit, and a selective oxidation unit. The reformer 2 includes a warming-up combustion unit 7. The combustion section 7 is supplied with combustion raw materials (natural gas or the like) and reformed gas via the first and second reformed gas lines 3a and 3b as fuel gas. In addition, combustion air is supplied to the combustion unit 7.

本発明の配管としての改質水ライン5には、その上流側から順に、水タンク10、水ポンプ11、水精製器12、流量センサ13、蒸発部14及び温度センサ15が設けられる。水タンク10には、改質原料となる改質水が貯留される。水ポンプ11は、水タンク10の改質水を改質水ライン5を通じて改質器2へ圧送する。水ポンプ11は、モータを駆動源とし、そのモータの回転速度を変えることにより、改質水の圧送出力(吐出流量)を調整するようになっている。水ポンプ11は、本発明の流体供給手段及び圧送手段に相当する。水精製器12は、水タンク10から供給される改質水を濾過するものであり、フィルタと純水器により構成される。流量センサ13は、改質水ライン5における改質水流量Qwを検出する。蒸発部14は、改質器2に供給される改質水を蒸発させるものである。この蒸発部14は、改質器2の燃焼部7から排気ライン16を通じて排出される排気を流すことで加熱される。この実施形態で、蒸発部14は、改質ライン5の途中に設けられ改質水を加熱するための本発明の流体温度変更手段に相当する。
温度センサ15は、蒸発部14の出口の改質水ライン5における改質水の温度(改質水温度T1)を検出するためのものであり、本発明の検出手段に相当する。この温度センサ15の下流側では、改質水ライン5に原料ガスライン6が合流する。この合流により、改質水蒸気と原料ガスとが混合され、改質ガスを生成するための原料として改質器2に供給される。尚、水タンク10から蒸発部14に至る水ポンプ11、水精製器12、流量センサ13の配置は、図1に図示した順序でなくてもかまわない。
In the reformed water line 5 as the pipe of the present invention, a water tank 10, a water pump 11, a water purifier 12, a flow rate sensor 13, an evaporator 14 and a temperature sensor 15 are provided in this order from the upstream side. The water tank 10 stores reformed water that serves as a reforming raw material. The water pump 11 pumps the reformed water in the water tank 10 to the reformer 2 through the reformed water line 5. The water pump 11 uses a motor as a drive source, and adjusts the pumping output (discharge flow rate) of the reforming water by changing the rotation speed of the motor. The water pump 11 corresponds to the fluid supply means and the pressure feeding means of the present invention. The water purifier 12 filters the reformed water supplied from the water tank 10 and includes a filter and a pure water device. The flow sensor 13 detects the reformed water flow rate Qw in the reformed water line 5. The evaporating unit 14 evaporates the reforming water supplied to the reformer 2. The evaporation unit 14 is heated by flowing exhaust gas discharged from the combustion unit 7 of the reformer 2 through the exhaust line 16. In this embodiment, the evaporating section 14 corresponds to the fluid temperature changing means of the present invention provided in the middle of the reforming line 5 for heating the reforming water.
The temperature sensor 15 is for detecting the temperature of the reformed water (reformed water temperature T1) in the reformed water line 5 at the outlet of the evaporator 14, and corresponds to the detection means of the present invention. On the downstream side of the temperature sensor 15, the raw material gas line 6 joins the reformed water line 5. Due to this merging, the reformed steam and the raw material gas are mixed and supplied to the reformer 2 as a raw material for generating the reformed gas. Note that the arrangement of the water pump 11, the water purifier 12, and the flow sensor 13 from the water tank 10 to the evaporation unit 14 may not be in the order shown in FIG.

一方、改質器2の内部には、その内部温度T2を検出するための内部温センサ17が設けられる。   On the other hand, an internal temperature sensor 17 for detecting the internal temperature T2 is provided inside the reformer 2.

上記した改質器2、水ポンプ11、流量センサ13、温度センサ15及び内部温センサ17は、コントローラ20に電気的に接続される。コントローラ20は、改質水の供給状態に所定の変動を与えるために水ポンプ11を制御する。具体的には、コントローラ20は、改質水の供給流量及び供給圧力に一定間隔で脈動を与えるために、水ポンプ11の出力を制御する。また、コントローラ20は、温度センサ15で検出される改質水温度T1と内部温センサ17で検出される内部温度T2とに基づき、改質器2に対する改質水の供給異常を判断する。この判断を実行するコントローラ20は、本発明の異常判断手段に相当する。更に、コントローラ20は、改質水の供給異常と判断したとき、本システムの運転を停止させる。この制御を実行するコントローラ20は、運転停止制御手段に相当する。加えて、コントローラ20には、報知器21が接続される。この報知器21は、ブザーとランプより構成される。コントローラ20は、各種異常などを検出したときに報知器21を動作させる。   The reformer 2, the water pump 11, the flow sensor 13, the temperature sensor 15, and the internal temperature sensor 17 are electrically connected to the controller 20. The controller 20 controls the water pump 11 in order to give a predetermined fluctuation to the supply state of the reforming water. Specifically, the controller 20 controls the output of the water pump 11 in order to give a pulsation to the supply flow rate and supply pressure of reforming water at regular intervals. Further, the controller 20 determines an abnormal supply of reforming water to the reformer 2 based on the reforming water temperature T1 detected by the temperature sensor 15 and the internal temperature T2 detected by the internal temperature sensor 17. The controller 20 that executes this determination corresponds to the abnormality determination means of the present invention. Furthermore, the controller 20 stops the operation of the system when it is determined that the reforming water supply is abnormal. The controller 20 that executes this control corresponds to an operation stop control means. In addition, an alarm device 21 is connected to the controller 20. The alarm 21 is composed of a buzzer and a lamp. The controller 20 operates the alarm device 21 when various abnormalities are detected.

次に、改質水の供給異常検出に係る制御について具体的に説明する。図2に、コントローラ20が実行する制御プログラムをフローチャートに示す。   Next, a specific description will be given of control related to detection of reforming water supply abnormality. FIG. 2 is a flowchart showing a control program executed by the controller 20.

ステップ100で、コントローラ20は、この燃料電池システムを起動させると、ステップ110で、水ポンプ11を一定出力で起動させる。   When the fuel cell system is activated in step 100, the controller 20 activates the water pump 11 with a constant output in step 110.

次に、ステップ120で、コントローラ20は、水ポンプ11の出力に周期的な変動を与える。すなわち、コントローラ20は、水ポンプ11に対する指示流量を周期的に変動させる。これにより、水ポンプ11から改質水ライン5へ吐出される改質水の流量及び圧力に周期的な変動が与えられる。この改質水流量の変動は、安定したシステム運転を実現するために支障を来さない程度のものである。この周期的な変動は、図3のタイムチャートに示すように、水ポンプ11の指示流量に対して改質水流量がパルス波状に増大する変動でもよく、パルス波状に減少する変動でもよく、あるいは、図4のタイムチャートに示すように、水ポンプ11の指示流量に対して改質流量がサイン波状に増減する変動でもよい。   Next, in step 120, the controller 20 gives a periodic fluctuation to the output of the water pump 11. That is, the controller 20 periodically changes the command flow rate for the water pump 11. Thereby, periodic fluctuations are given to the flow rate and pressure of the reforming water discharged from the water pump 11 to the reforming water line 5. The variation in the reforming water flow rate is such that it does not cause a problem in order to realize a stable system operation. As shown in the time chart of FIG. 3, the periodic fluctuation may be a fluctuation in which the reforming water flow rate increases in a pulse wave shape with respect to the instruction flow rate of the water pump 11, or a fluctuation in which the reforming water flow rate decreases in a pulse wave shape. As shown in the time chart of FIG. 4, the reforming flow rate may be a variation in which the reforming flow rate increases or decreases in a sine wave shape with respect to the command flow rate of the water pump 11.

次に、ステップ130で、コントローラ20は、流量センサ13で改質水流量Qwの検出があるか否かを判断する。そして、改質水流量Qwの検出がある場合、改質水の供給が正常であるとして、コントローラ20は、ステップ120の処理へ戻る。一方、改質水流量Qwの検出がない場合、コントローラ20は、処理をステップ140へ移行する。   Next, in step 130, the controller 20 determines whether or not the reforming water flow rate Qw is detected by the flow rate sensor 13. Then, when the reforming water flow rate Qw is detected, the controller 20 returns to the process of step 120 assuming that the supply of the reforming water is normal. On the other hand, when the reforming water flow rate Qw is not detected, the controller 20 proceeds to step 140.

ステップ140で、コントローラ20は、温度センサ15により検出される改質水温度T1に周期的な変化があるか否かを判断する。そして、検出される改質水温度T1に周期的な変化がない場合、改質水の流量及び圧力に周期的な変動が与えられているにもかかわらず改質水温度T1に変化がないことから、改質水の供給異常であるとして、処理をステップ150へ移行する。   In step 140, the controller 20 determines whether or not there is a periodic change in the reforming water temperature T1 detected by the temperature sensor 15. When the detected reforming water temperature T1 does not have a periodic change, the reforming water temperature T1 does not change even though the flow rate and pressure of the reforming water are periodically changed. Therefore, the process proceeds to step 150 assuming that the supply of reforming water is abnormal.

そして、コントローラ20は、ステップ150で、改質水の供給異常であることを報知するために報知器21を動作させ、ステップ160で、本システムの運転を停止させる。   In step 150, the controller 20 operates the alarm device 21 to notify that the reforming water supply is abnormal. In step 160, the controller 20 stops the operation of the system.

一方、ステップ140で、改質水温度T1の検出値に変化がある場合、流量センサ13に故障があるとして、ステップ170で報知器21を動作させて流量センサ13の故障を報知する。   On the other hand, if there is a change in the detected value of the reforming water temperature T1 in step 140, it is determined that there is a failure in the flow sensor 13, and the alarm 21 is operated in step 170 to notify the failure of the flow sensor 13.

次に、ステップ180で、コントローラ20は、内部温センサ17により検出される内部温度T2が所定の上限温度Tmaxより高いか否かを判断する。そして、この内部温度T2が上限温度Tmaxよりも高い場合、改質水の供給異常であるとして、コントローラ20は、ステップ150で、改質水の供給異常であることを報知するために報知器21を動作させ、ステップ160で、本システムの運転を停止させる。   Next, in step 180, the controller 20 determines whether or not the internal temperature T2 detected by the internal temperature sensor 17 is higher than a predetermined upper limit temperature Tmax. If the internal temperature T2 is higher than the upper limit temperature Tmax, the controller 20 determines in step 150 that the reforming water supply is abnormal. In step 160, the operation of the system is stopped.

一方、ステップ180で、内部温度T2が上限値Tmaxより高くない場合、改質水の供給には異常がないとして、コントローラ20は、ステップ190で、内部温度T2が上限値Tmaxを超えない範囲内で、本システムの運転を継続させる。   On the other hand, if the internal temperature T2 is not higher than the upper limit value Tmax in step 180, the controller 20 determines that there is no abnormality in the supply of reforming water, and the controller 20 determines that the internal temperature T2 does not exceed the upper limit value Tmax in step 190. The system will continue to operate.

ここで、上記処理の実行結果の一例を、図5〜7のタイムチャートに示す。図5のタイムチャートにおいて、時刻t0で、燃料電池システムの運転が起動し、時刻t1で、水ポンプ11が起動すると、流量センサ13で検出される改質水流量Qwが立ち上がる。これに伴い、温度センサ15及び内部温センサ17で検出される改質水温度T1、内部温度T2がそれぞれ徐々に上昇し始める。   Here, an example of the execution result of the above process is shown in the time charts of FIGS. In the time chart of FIG. 5, when the operation of the fuel cell system starts at time t0 and the water pump 11 starts at time t1, the reformed water flow rate Qw detected by the flow rate sensor 13 rises. As a result, the reforming water temperature T1 and the internal temperature T2 detected by the temperature sensor 15 and the internal temperature sensor 17 start to gradually increase.

その後、時刻t2以降で、水ポンプ11の指示流量が周期的に変動すると、その変動に応じて改質水流量Qwが周期的に変化し、その変化に若干遅れた位相で改質水温度T1も周期的に変化する。この場合、改質器2には改質水が正常に供給されていることから、改質器2の内部温度T2はほぼ一定値で推移することになる。   Thereafter, when the indicated flow rate of the water pump 11 periodically changes after time t2, the reformed water flow rate Qw periodically changes in accordance with the change, and the reforming water temperature T1 is slightly delayed from the change. Also changes periodically. In this case, since the reforming water is normally supplied to the reformer 2, the internal temperature T2 of the reformer 2 changes at a substantially constant value.

また、図6のタイムチャートにおいて、時刻t2を過ぎた時刻t3で、改質水の供給異常が発生し、流量センサ13で検出される改質水流量Qwがゼロに落ちる。このとき、改質水ライン5を改質水が流れなくなることで、温度センサ15で検出される改質水温度T1が、蒸発部14での加熱により上昇し始める。そして、その後の改質水温度T1に周期的な変化が判断されないことから、時刻t4で、改質水の供給異常であるとして燃料電池システムの運転が停止する。   In addition, in the time chart of FIG. 6, at the time t3 after the time t2, the reforming water supply abnormality occurs, and the reforming water flow rate Qw detected by the flow sensor 13 falls to zero. At this time, the reforming water temperature T <b> 1 detected by the temperature sensor 15 starts to rise due to heating in the evaporating unit 14 because the reforming water does not flow through the reforming water line 5. Then, since the periodic change in the reforming water temperature T1 is not determined thereafter, the operation of the fuel cell system is stopped at time t4 because the reforming water supply is abnormal.

例えば、改質器2の改質部が燃焼部7により暖機された状態で、改質水が供給されなくなり、水蒸気が生成できなくなると、改質部、シフト部などの触媒表面や改質器2の内部にカーボンが析出してしまい、水素が生成されなくなる。そればかりでなく、改質器2の内部で目詰まりを起こしてガスが十分に流れなくなり、改質器2が損傷して交換が必要になってしまう。上記のように、この実施形態では、改質水の供給異常が起きた場合に、それを早期に検出してシステムの運転を速やかに停止するので、改質器2が損傷を受けることがない。   For example, when the reforming part of the reformer 2 is warmed up by the combustion part 7 and no reforming water is supplied and steam cannot be generated, the catalyst surface or reforming part such as the reforming part or the shift part Carbon is deposited inside the vessel 2 and hydrogen is not generated. In addition, clogging occurs inside the reformer 2 and gas does not flow sufficiently, and the reformer 2 is damaged and needs to be replaced. As described above, in this embodiment, when an abnormality occurs in the supply of reforming water, it is detected at an early stage and the operation of the system is immediately stopped, so that the reformer 2 is not damaged. .

一方、図7のタイムチャートにおいて、時刻t3で、流量センサ13が故障して、その検出値がゼロに落ちる。このとき、改質水ライン5を改質水が正常に流れることで、その後に温度センサ15で検出される改質水温度T1に周期的な変化が判断され、内部温センサ17で検出される内部温度T2がほぼ一定で推移することが判断される。この場合、流量センサ13が故障していても、内部温度T2が上限値Tmaxを超えない範囲内で、システムの運転に支障がないので、システムの運転をそのまま継続する。これに対し、図7(d)に2点鎖線で示すように、時刻t5で、内部温度T2が上限値Tmaxを超えると、改質水の供給異常であるとして、システムの運転が停止する。   On the other hand, in the time chart of FIG. 7, at time t3, the flow sensor 13 breaks down and the detected value falls to zero. At this time, when the reforming water normally flows through the reforming water line 5, a periodic change in the reforming water temperature T <b> 1 detected by the temperature sensor 15 after that is determined and detected by the internal temperature sensor 17. It is determined that the internal temperature T2 changes substantially constant. In this case, even if the flow sensor 13 is out of order, there is no problem in the operation of the system within the range where the internal temperature T2 does not exceed the upper limit value Tmax, so the operation of the system is continued as it is. On the other hand, as indicated by a two-dot chain line in FIG. 7D, when the internal temperature T2 exceeds the upper limit value Tmax at time t5, the system operation is stopped as an abnormal supply of reforming water.

以上説明したこの実施形態の燃料電池システムによれば、システムの起動後に、コントローラ20が水ポンプ11を制御することで、改質水ライン5を通じて改質器2に供給される改質水の供給状態に周期的な変動が与えられる。ここで、改質器2に改質水が正常に供給される場合、温度センサ15で検出される改質水温度T1は、改質水の供給状態の周期的な変動に応じて変化することになる。また、内部温センサ17で検出される内部温度T2は、改質器2の安定した運転状態に応じてほぼ一定に推移することになる。   According to the fuel cell system of this embodiment described above, supply of reforming water supplied to the reformer 2 through the reforming water line 5 by the controller 20 controlling the water pump 11 after the system is started. Periodic fluctuations are given to the state. Here, when the reforming water is normally supplied to the reformer 2, the reforming water temperature T1 detected by the temperature sensor 15 changes according to the periodic fluctuation of the reforming water supply state. become. Further, the internal temperature T2 detected by the internal temperature sensor 17 changes substantially constant according to the stable operation state of the reformer 2.

一方、改質器2に改質水が正常に供給されない場合、すなわち供給異常となる場合は、温度センサ15で検出される改質水温度T1は、水ポンプ11の指示流量が周期的な変動を伴うものであるにもかかわらず、その変動に応じない状態を示すことになる。また、内部温センサ17で検出される内部温度T2は、改質水が供給異常であることの影響を受けて上限値Tmaxを超える不安定な状態となる。コントローラ20は、このような改質水温度T1及び内部温度T2の挙動に基づいて改質水が供給異常であることを判断する。このため、流量センサ13の検出に頼ることなく、改質器2に対する改質水の正常な供給と改質水の供給異常とを、環境温度の変化などの外乱の影響を抑制して適正に検出することができる。   On the other hand, when the reforming water is not normally supplied to the reformer 2, that is, when there is a supply abnormality, the reforming water temperature T1 detected by the temperature sensor 15 is such that the indicated flow rate of the water pump 11 varies periodically. In spite of the fact that it is accompanied, the state that does not respond to the fluctuation is shown. Further, the internal temperature T2 detected by the internal temperature sensor 17 is in an unstable state exceeding the upper limit value Tmax due to the influence of abnormal supply of reforming water. The controller 20 determines that the supply of reforming water is abnormal based on the behavior of the reforming water temperature T1 and the internal temperature T2. For this reason, without relying on the detection of the flow sensor 13, the normal supply of reforming water to the reformer 2 and the abnormal supply of reforming water are properly controlled while suppressing the influence of disturbances such as changes in environmental temperature. Can be detected.

また、この実施形態において、水ポンプ11により改質水の供給状態に与えられた変動は、改質水が蒸発部14により加熱されることで、改質水の温度状態の変動に反映される。従って、改質水温度T1を検出する温度センサ15を用いて改質水の供給状態の変動を有効に検出することが可能となる。このため、温度センサ15を用いて改質器2に対する改質水の正常な供給と流体の供給異常とを有効に検出することができる。   Further, in this embodiment, the fluctuation given to the reformed water supply state by the water pump 11 is reflected in the temperature state fluctuation of the reforming water when the reforming water is heated by the evaporation unit 14. . Therefore, it is possible to effectively detect the variation in the supply state of the reforming water using the temperature sensor 15 that detects the reforming water temperature T1. For this reason, it is possible to effectively detect normal supply of reforming water to the reformer 2 and fluid supply abnormality using the temperature sensor 15.

また、この実施形態では、改質水の供給状態としての圧力状態を水ポンプ11で変動させるようにしている。このため、改質水の供給異常が、改質ライン5に異物などが詰まることである場合、改質水の圧力を変動させることで、その異物を除去することも可能となる。このため、改質ライン5に異物などが詰まるなどの軽微な供給異常を解消することができ、供給異常による燃料電池システムの停止を抑制することができる。   In this embodiment, the pressure state as the supply state of the reforming water is changed by the water pump 11. For this reason, when the supply abnormality of reforming water is that the foreign material etc. are clogged in the reforming line 5, the foreign material can also be removed by changing the pressure of the reforming water. For this reason, it is possible to eliminate a minor supply abnormality such as the reforming line 5 being clogged with foreign matter, and to suppress the stop of the fuel cell system due to the supply abnormality.

また、この実施形態では、流量センサ13を併用して改質水の流量を検出しているが、そのセンサ13の故障も改質水の供給異常と区別して検出することができる。従って、流量センサ13が故障しても温度センサ15と内部温センサ17が正常である場合には、システムの運転を継続して流量センサ13の交換タイミングを計ることができる。このため、流量センサ13を交換するまでの間で、燃料電池システムを停止させることなく運転して本システムを使い続けることができる。   Further, in this embodiment, the flow rate of the reforming water is detected by using the flow rate sensor 13 together, but a failure of the sensor 13 can also be detected separately from the abnormal supply of the reforming water. Therefore, even if the flow sensor 13 fails, if the temperature sensor 15 and the internal temperature sensor 17 are normal, the operation of the system can be continued and the replacement timing of the flow sensor 13 can be measured. Therefore, the fuel cell system can be operated without being stopped until the flow sensor 13 is replaced and the system can be used continuously.

更に、この実施形態の燃料電池システムによれば、改質水の供給異常が検出されたとき、コントローラ20が、直ちに本システムの運転を停止させる。このため、改質水の供給異常により、改質器2や本システム自体が損傷を受けることを未然に防止することができる。   Furthermore, according to the fuel cell system of this embodiment, when an abnormal supply of reforming water is detected, the controller 20 immediately stops the operation of the system. For this reason, it is possible to prevent the reformer 2 and the system itself from being damaged due to the supply of reforming water.

[第2実施形態]
次に、本発明の流体供給システムを燃料電池システムに具体化した第2実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment in which the fluid supply system of the present invention is embodied in a fuel cell system will be described in detail with reference to the drawings.

尚、この実施形態において、前記第1実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。   In this embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Hereinafter, different points will be mainly described.

この実施形態のシステムは、改質水ライン5において流量センサ13が省略されることと、改質水の供給異常に対処するための制御プログラムの点で第1実施形態と構成が異なる。図8にその制御プログラムをフローチャートに示す。   The system of this embodiment is different in configuration from the first embodiment in that the flow rate sensor 13 is omitted in the reforming water line 5 and a control program for coping with supply abnormality of reforming water. FIG. 8 is a flowchart showing the control program.

このフローチャートにおいて、ステップ200〜220の処理は、図2のフローチャートのステップ100〜120の処理と同じである。   In this flowchart, the processing in steps 200 to 220 is the same as the processing in steps 100 to 120 in the flowchart of FIG.

その後、ステップ230で、コントローラ20は、温度センサ15で検出される改質水温度T1に周期的な変化があるか否かを判断する。そして、検出される改質水温度T1に周期的な変化がある場合、コントローラ20は、ステップ220の処理へ戻る。一方、検出される改質水温度T1に周期的な変化がない場合、コントローラ20は、処理をステップ240へ移行する。   Thereafter, in step 230, the controller 20 determines whether or not there is a periodic change in the reforming water temperature T1 detected by the temperature sensor 15. If the detected reforming water temperature T1 has a periodic change, the controller 20 returns to the process of step 220. On the other hand, if there is no periodic change in the detected reforming water temperature T1, the controller 20 proceeds to step 240.

ステップ240で、コントローラ20は、内部温センサ17で検出される内部温度T2が所定の上限温度Tmaxより高いか否かを判断する。そして、この内部温度T2が上限温度Tmaxよりも高い場合、改質水の供給異常であるとして、コントローラ20は、ステップ250で、改質水の供給異常であることを報知するために報知器21を動作させ、ステップ260で、本システムの運転を停止させる。   In step 240, the controller 20 determines whether or not the internal temperature T2 detected by the internal temperature sensor 17 is higher than a predetermined upper limit temperature Tmax. If the internal temperature T2 is higher than the upper limit temperature Tmax, the controller 20 determines in step 250 that the reforming water supply is abnormal, in order to notify the reforming water supply abnormality in step 250. In step 260, the operation of the system is stopped.

一方、ステップ240で、内部温度T2が上限値Tmaxよりも高くない場合、改質水の供給には異常がないとして、コントローラ20は、ステップ270で、内部温度T2が上限値Tmaxを超えない範囲内で、本システムの運転を継続させる。   On the other hand, if the internal temperature T2 is not higher than the upper limit value Tmax in step 240, it is determined that there is no abnormality in the supply of reforming water, and the controller 20 determines in step 270 that the internal temperature T2 does not exceed the upper limit value Tmax. The system will continue to operate.

従って、この実施形態のように、改質水ライン5に流量センサを持たない燃料電池システムでも、改質器2に対する改質水の正常な供給と改質水の供給異常とを、環境温度の変化などの外乱の影響を抑制して適正に検出することができる。   Therefore, even in a fuel cell system that does not have a flow rate sensor in the reforming water line 5 as in this embodiment, normal supply of reforming water to the reformer 2 and abnormal supply of reforming water The influence of disturbances such as changes can be suppressed and detected appropriately.

また、この実施形態の燃料電池システムでも、改質水の供給異常が検出されたときは、直ちに本システムの運転が停止するので、改質器2を含む本システムが、改質水不足の影響を受けることがない。このため、改質水の供給異常により、改質器2や本システムが損傷を受けることを未然に防止することができる。   Further, even in the fuel cell system of this embodiment, when an abnormal supply of reforming water is detected, the operation of the system is immediately stopped, so that the system including the reformer 2 is affected by the lack of reforming water. I do not receive it. For this reason, it is possible to prevent the reformer 2 and the present system from being damaged due to abnormal supply of reforming water.

尚、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもができる。   In addition, this invention is not limited to each said embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of invention, it can also implement as follows.

(1)前記各実施形態では、所定の構成機器としての改質器2に所定の流体としての改質水を供給する構成において、改質水の供給異常を検出することについて説明した。これに対し、所定の構成機器としての燃料電池(スタック)や改質器に、所定の流体である冷却水を供給し、その冷却水を流体温度変更手段としての熱交換器で熱交換するように構成した冷却装置において、冷却水の供給異常を検出できるように構成してもよい。   (1) In each of the embodiments described above, the detection of the supply abnormality of the reforming water has been described in the configuration in which the reforming water as the predetermined fluid is supplied to the reformer 2 as the predetermined constituent device. On the other hand, cooling water as a predetermined fluid is supplied to a fuel cell (stack) or a reformer as a predetermined component device, and heat is exchanged with the heat exchanger as a fluid temperature changing means. The cooling device configured as described above may be configured to detect an abnormality in the supply of cooling water.

(2)前記各実施形態では、本発明の流体供給システムを燃料電池システムに採用して燃料電池システムにおける流体供給の異常検出に有効に使用することができたが、燃料電池システム以外のシステムにおいて流体の供給異常を検出するために使用してもよい。   (2) In each of the above-described embodiments, the fluid supply system of the present invention is employed in the fuel cell system and can be effectively used for detecting an abnormality in fluid supply in the fuel cell system. It may be used to detect fluid supply anomalies.

第1実施形態に係り、燃料電池システムを示す概略構成図。1 is a schematic configuration diagram illustrating a fuel cell system according to a first embodiment. 制御プログラムを示すフローチャート。The flowchart which shows a control program. 水ポンプ指示流量及び改質水流量の変動を示すタイムチャート。The time chart which shows the fluctuation | variation of the water pump instruction | indication flow volume and the reforming water flow volume. 水ポンプ指示流量及び改質水流量の変動を示すタイムチャート。The time chart which shows the fluctuation | variation of the water pump instruction | indication flow volume and the reforming water flow volume. 処理実行結果の一例を示すタイムチャート。The time chart which shows an example of a process execution result. 処理実行結果の一例を示すタイムチャート。The time chart which shows an example of a process execution result. 処理実行結果の一例を示すタイムチャート。The time chart which shows an example of a process execution result. 第2実施形態に係り、制御プログラムを示すフローチャート。The flowchart which concerns on 2nd Embodiment and shows a control program.

符号の説明Explanation of symbols

2 改質器(構成機器)
5 改質水ライン(配管)
11 水ポンプ (流体供給手段)
14 蒸発部(流体温度変更手段)
15 温度センサ(検出手段)
20 コントローラ(異常判断手段)
T1 改質水温度
2 Reformer (component equipment)
5 Reformed water line (pipe)
11 Water pump (fluid supply means)
14 Evaporating part (fluid temperature changing means)
15 Temperature sensor (detection means)
20 Controller (Abnormality judgment means)
T1 reforming water temperature

Claims (4)

所定の構成機器に配管を通じて所定の流体を供給するための流体供給手段と、
前記配管の途中に設けられ前記流体を加熱又は冷却するための流体温度変更手段と、
前記流体温度変更手段と前記構成機器の間の前記配管における前記流体の状態を検出するための検出手段と
を備え、
前記流体の供給状態に所定の変動を与えたときの前記検出手段により検出された流体の状態に基づき、前記構成機器に対する前記流体の供給異常を判断するための異常判断手段と
を備えることを特徴とする流体供給システム。
Fluid supply means for supplying a predetermined fluid through a pipe to a predetermined component;
Fluid temperature changing means for heating or cooling the fluid provided in the middle of the piping;
Detecting means for detecting the state of the fluid in the pipe between the fluid temperature changing means and the component device;
And an abnormality determining means for determining an abnormality in supplying the fluid to the component device based on the state of the fluid detected by the detecting means when a predetermined fluctuation is given to the supply state of the fluid. Fluid supply system.
前記検出手段は、前記流体の温度を検出する手段であることを特徴とする請求項1に記載の流体供給システム。 The fluid supply system according to claim 1, wherein the detection unit is a unit that detects a temperature of the fluid. 前記流体の供給状態とは、前記流体の圧力であることを特徴とする請求項1又は2に記載の流体供給システム。 The fluid supply system according to claim 1, wherein the fluid supply state is a pressure of the fluid. 燃料電池システムの流体供給装置又は冷却装置に用いることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の流体供給システム。 The fluid supply system according to any one of claims 1 to 3, wherein the fluid supply system is used for a fluid supply device or a cooling device of a fuel cell system.
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