JP2001351652A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2001351652A
JP2001351652A JP2000166182A JP2000166182A JP2001351652A JP 2001351652 A JP2001351652 A JP 2001351652A JP 2000166182 A JP2000166182 A JP 2000166182A JP 2000166182 A JP2000166182 A JP 2000166182A JP 2001351652 A JP2001351652 A JP 2001351652A
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JP
Japan
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cell stack
fuel cell
temperature
casing
supplied
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2000166182A
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Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Mizuno
裕 水野
Masahisa Kuranishi
雅久 倉西
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Yamaha Motor Co Ltd
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system which can prevent a cell stack from freezing even under the circumstance of very low temperature, and secure the durability of total system. SOLUTION: For the fuel cell system 1 composed of a plurality of laminated and bound cell, with a cell stack body 7 to which hydrogen gas and air for reaction is supplied, at least the cell stack body 7 is housed in a easing 10, and a heater is arranged inside the wall of the easing 10 or inside the easing 10, and the heater is made to generate heat when the temperature of the cell stack body or the temperature inside the easing become lower than the freezing temperature of generated water.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電動車両に
おいて駆動モータの電源となるとともに、二次電池の充
電源となる燃料電池システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system serving as a power source for a drive motor and a charging source for a secondary battery in an electric vehicle, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池システムとして、従来、複数の
セルを積層締結してなるセルスタック体に、水素ガス及
び反応用空気を供給し、内部での化学反応により電力を
発生するようにしたものがある。このような燃料電池シ
ステムを自動二輪車等の車両に搭載し、該燃料電池シス
テムにより発生した電力を駆動モータに供給し、該駆動
モータで車両を走行させるようにしたものが開発されつ
つある。
2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell system in which hydrogen gas and reaction air are supplied to a cell stack formed by stacking and fastening a plurality of cells to generate electric power by an internal chemical reaction. There is. A fuel cell system such as this is mounted on a vehicle such as a motorcycle, and the electric power generated by the fuel cell system is supplied to a drive motor, and the vehicle is driven by the drive motor.

【0003】[0003]

【発明が解決すようとする課題】上述のような燃料電池
システムを搭載した車両の場合、非走行時のように燃料
電池システムを停止している間に、外気温度が氷点下以
下というような低温になると、上記セルスタック体内の
発電により生成した水が凍結して該セルスタック体内部
に損傷を与え、そのためセルスタック体ひいては燃料電
池システムの耐久性が低下する恐れがあり、極端な場合
はそのまま破損して使用不能となることが考えられる。
In the case of a vehicle equipped with the above-described fuel cell system, while the fuel cell system is stopped, such as when the vehicle is not running, the temperature of the outside air is below freezing. In this case, the water generated by the power generation in the cell stack body freezes and damages the inside of the cell stack body, which may reduce the durability of the cell stack body and thus the fuel cell system. It may be damaged and become unusable.

【0004】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、極低温環境下であってもセルスタック
体の凍結を防止でき、システム全体の耐久性を確保でき
る燃料電池システムを提供することを課題としている。
[0004] The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and a fuel cell system capable of preventing freezing of a cell stack body even in an extremely low temperature environment and ensuring durability of the entire system. The task is to provide.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、複数
のセルを積層締結してなり水素ガス及び反応用空気が供
給されるセルスタック体を備えた燃料電池システムにお
いて、少なくとも上記セルスタック体をケーシング内に
収容し、該ケーシングの壁内又は該ケーシング内にヒー
タを配設し、上記セルスタック体温度又はケージング内
温度が所定の生成水の凍結温度以下に低下したとき上記
ヒータを発熱させるようにしたことを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system provided with a cell stack in which a plurality of cells are stacked and fastened and supplied with hydrogen gas and reaction air. The body is accommodated in a casing, and a heater is arranged in the wall of the casing or in the casing. When the temperature of the cell stack body or the temperature in the caging falls below a predetermined freezing temperature of generated water, the heater is heated. The feature is that it is made to be.

【0006】請求項2の発明は、請求項1において、上
記ヒータは、空気を供給すると酸化反応により発熱し、
水素を供給すると還元反応により再生する酸化/還元剤
からなる再生式発熱部材であり、上記ケーシングの壁内
に充填されていることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the heater generates heat by an oxidation reaction when air is supplied,
A regenerative heating element made of an oxidizing / reducing agent that is regenerated by a reduction reaction when hydrogen is supplied, and is characterized by being filled in the wall of the casing.

【0007】請求項3の発明は、請求項1において、上
記ヒータは、通電により発熱する電熱式のものであり、
上記ケーシング内に配設されていることを特徴としてい
る。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the heater is of an electrothermal type that generates heat when energized.
It is characterized by being disposed in the casing.

【0008】[0008]

【発明の作用効果】請求項1の発明によれば、セルスタ
ック体をケーシング内に収容し、該セルスタック体温度
又はケージング内温度が凍結温度以下に低下したときヒ
ータを発熱させてケーシング内を暖めるようにしたの
で、セルスタック体内の発電により生成した水が凍結し
て該セルスタック体内部に損傷を与えてセルスタック体
ひいては燃料電池システムの耐久性が低下するといった
問題を回避できる。
According to the first aspect of the present invention, the cell stack is housed in the casing, and when the temperature of the cell stack or the internal temperature of the caging falls below the freezing temperature, the heater is heated to generate heat inside the casing. Since the cell stack is warmed, it is possible to avoid a problem that water generated by power generation in the cell stack freezes and damages the inside of the cell stack, thereby lowering the durability of the cell stack and eventually the fuel cell system.

【0009】またセルスタック体等をケーシングで囲む
とともに、セルスタック体温度等が凍結温度以下に低下
したときにのみヒータを発熱させるようにしたので、必
要な熱量が少なくて済む。
Further, since the cell stack and the like are surrounded by the casing and the heater is heated only when the temperature of the cell stack and the like falls below the freezing temperature, the required amount of heat is small.

【0010】また請求項2の発明によれば、上記ヒータ
を、再生式発熱部材、例えば空気を供給すると酸化反応
により発熱し、水素を供給すると還元反応により再生す
る酸化/還元剤で構成したので、発熱部材を交換するこ
となく繰り返し使用でき、また燃料電池使用中に還元作
用を行うことにより特別な還元時間を必要とすることが
ない。
According to the second aspect of the present invention, the heater is made of a regenerative heating member, for example, an oxidizing / reducing agent that generates heat by an oxidation reaction when air is supplied and regenerates by a reduction reaction when hydrogen is supplied. It can be used repeatedly without replacing the heat generating member, and does not require a special reduction time by performing the reduction action while the fuel cell is in use.

【0011】請求項3の発明によれば、電熱式のヒータ
を設けたので、セルスタック体の凍結を容易確実に防止
でき、また該凍結防止構造が簡単である。
According to the third aspect of the present invention, since the electric heater is provided, freezing of the cell stack can be easily and reliably prevented, and the freeze preventing structure is simple.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図1〜図3は本発明の第1実
施形態を説明するための図であり、図1は本実施形態の
燃料電池駆動システムを搭載した自動二輪車の側面図、
図2は燃料電池システムの模式図、図3はセルスタック
体を収容するケーシングの断面側面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 to 3 are views for explaining a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a side view of a motorcycle equipped with a fuel cell drive system of the present embodiment,
FIG. 2 is a schematic diagram of a fuel cell system, and FIG. 3 is a cross-sectional side view of a casing that houses a cell stack body.

【0013】図2において、本実施形態の燃料電池駆動
システムは、燃料電池システム(FC)1と、駆動装置
2とで構成されており、燃料電池システム1で発生した
電力を駆動装置2の駆動モータ3に供給することにより
図1に示す自動二輪車20を走行させるとともに、上記
電力によりバッテリ(二次電池)28を充電するように
なっている。そして運転者のスロットル操作による要求
出力に対し、上記燃料電池システム1の発電能力が不足
する場合には、この不足分がバッテリ28からの電力に
より補われる。
Referring to FIG. 2, the fuel cell drive system according to the present embodiment includes a fuel cell system (FC) 1 and a drive unit 2. The power generated by the fuel cell system 1 is used to drive the drive unit 2. By supplying the electric power to the motor 3, the motorcycle 20 shown in FIG. 1 is caused to travel, and a battery (secondary battery) 28 is charged by the electric power. When the power generation capacity of the fuel cell system 1 is insufficient with respect to the output required by the driver's throttle operation, the shortage is compensated for by the electric power from the battery 28.

【0014】上記駆動装置2は、上記燃料電池システム
1から供給された電力を、車両用メインコントローラ2
aにより、上記自動二輪車20のスロットルグリップか
らの入力指令に応じてDC/DC変換器(電力調整部)
2bを介してモータ3に供給し、該自動二輪車20を走
行させるとともに、上記電力によりバッテリ(二次電
池)28を充電するように構成されている。なお、2c
はヒューズ、TB はバッテリ温度を検出する温度センサ
である。
The driving device 2 converts the electric power supplied from the fuel cell system 1 into a vehicle main controller 2.
a, a DC / DC converter (power adjustment unit) in accordance with an input command from the throttle grip of the motorcycle 20
The power is supplied to the motor 3 via the motor 2b to drive the motorcycle 20, and the battery (secondary battery) 28 is charged by the electric power. 2c
Is a fuse, and TB is a temperature sensor for detecting the battery temperature.

【0015】上記燃料電池システム1は、水素を水素供
給系6によりセルスタック体7に供給するとともに、水
を水供給系8により上記セルスタック体7内に循環供給
し、さらに冷却用の空気を空気供給系9により上記セル
スタック体7内に供給することにより電気を発生するよ
うになっている。上記セルスタック体7は、カーボン製
で間に高分子膜(例えばイオン交換樹脂膜)を挟んでな
る多数のセルを、間に冷却空気通路を設けて積層したも
のである。なお1aは該燃料電池システム1の各種制御
を行うFCコントローラである。
In the fuel cell system 1, hydrogen is supplied to the cell stack 7 by a hydrogen supply system 6, water is circulated and supplied into the cell stack 7 by a water supply system 8, and air for cooling is further supplied. The air is supplied into the cell stack body 7 by the air supply system 9 to generate electricity. The cell stack 7 is formed by laminating a large number of cells made of carbon and sandwiching a polymer film (for example, an ion exchange resin film) with a cooling air passage therebetween. Reference numeral 1a denotes an FC controller that performs various controls of the fuel cell system 1.

【0016】上記水素供給系6は、水素ボンベ17内の
水素を閉止バルブ18,流量調整バルブ19,バッファ
タンク40を介して上記セルスタック体7に供給し、こ
こを通過した水素を触媒燃焼器41で燃焼させ、外部に
排出するようになっている。なお、42aは開閉バル
ブ、Taはケーシング10内の温度を検出する温度セン
サ、Tcはセルスタック体7内の温度を検出する温度セ
ンサ、Aoはセルスタック体7から供給される電流値を
検出する電流センサ、Vはセルスタック体7の両端電圧
を検出する電圧センサ、5は逆流防止用ダイオードであ
る。
The hydrogen supply system 6 supplies the hydrogen in the hydrogen cylinder 17 to the cell stack body 7 via a shut-off valve 18, a flow control valve 19, and a buffer tank 40. The fuel is burned at 41 and discharged to the outside. Reference numeral 42a denotes an open / close valve, Ta denotes a temperature sensor for detecting the temperature in the casing 10, Tc denotes a temperature sensor for detecting the temperature in the cell stack 7, and Ao detects a current value supplied from the cell stack 7. A current sensor, V is a voltage sensor for detecting a voltage between both ends of the cell stack 7, and 5 is a backflow prevention diode.

【0017】上記水供給系8は、水タンク43内の水を
冷却加湿用の水ポンプ44により上記セルスタック体7
に供給し、ここを通過した水を水分回収用の熱交換器4
5を介して水タンク43内に戻すように構成されてい
る。
The water supply system 8 is provided with a water pump 44 for cooling and humidifying the water in the water tank 43 so that the cell stack 7 is cooled.
Water, and the water passing through the heat exchanger 4
5 so as to return to the inside of the water tank 43.

【0018】上記空気供給系9は、後述の通風路25b
に導入された外気をバッテリ28の周囲に導入するとと
もに、上記通風路25b内に配置された冷却ファン31
からの外気を切替え弁38を介して水分回収用熱交換器
45に供給し、ここで水分が除去されてドライエアとな
った空気をブロア46により上記セルスタック体7内に
供給するようになっている。なお上記外気から分離され
た水分は上記水タンク43内に回収される。
The air supply system 9 has a ventilation passage 25b to be described later.
Is introduced around the battery 28 and the cooling fan 31 disposed in the ventilation passage 25b.
Is supplied to a moisture recovery heat exchanger 45 via a switching valve 38, and the air from which moisture has been removed to become dry air is supplied into the cell stack body 7 by a blower 46. I have. The water separated from the outside air is collected in the water tank 43.

【0019】図1に示す自動二輪車20に上記燃料電池
システム1及び駆動装置2が搭載されており、該自動二
輪車20は以下の概略構造を有する。車体フレーム21
は、前端のヘッドパイプ21aから後方斜め下方に延び
るメインパイプ21bの下端に左,右一対のサイドパイ
プ21c,21cを接続し、該サイドパイプ21c,2
1cを略水平に後方に延長して低床の足載部21dを形
成し、これをさらに後方斜め上方に延長したタイプのも
のである。
The fuel cell system 1 and the driving device 2 are mounted on a motorcycle 20 shown in FIG. 1. The motorcycle 20 has the following general structure. Body frame 21
Connects a pair of left and right side pipes 21c, 21c to the lower end of a main pipe 21b extending obliquely downward from the front end of the head pipe 21a.
1c is extended substantially horizontally rearward to form a low-floor footrest 21d, which is further extended obliquely rearward and upward.

【0020】上記ヘッドパイプ21aにより前フォーク
22が左右操向自在に枢支され、該前フォーク22の下
端で前輪23が軸支され、上端に操向ハンドル24が固
定されている。また上記サイドパイプ21cの上方には
シート30が搭載されており、上記前フォーク22の周
囲,車体フレーム21の左右側部は樹脂製の車体カバー
25で囲まれている。
A front fork 22 is pivotally supported by the head pipe 21a so as to be steerable left and right. A front wheel 23 is pivotally supported at a lower end of the front fork 22, and a steering handle 24 is fixed to an upper end. A seat 30 is mounted above the side pipe 21c, and the periphery of the front fork 22 and the left and right sides of the body frame 21 are surrounded by a resin body cover 25 made of resin.

【0021】また上記サイドパイプ21cの後方斜め上
方延長部によりユニットスイング式のモータユニット2
6の前端部が枢支されており、該モータユニット26の
後端部で後輪27が軸支されている。該モータユニット
26は、その軸芯を車幅方向に向けて配置されたモータ
3と車両左側部にて後方に延びる伝動ケース29とを一
体的に結合したものである。
A unit swing type motor unit 2 is formed by an obliquely upward extension of the side pipe 21c.
6 is pivotally supported, and a rear end of the motor unit 26 is pivotally supported by a rear wheel 27. The motor unit 26 is formed by integrally connecting the motor 3 whose axis is oriented in the vehicle width direction and a transmission case 29 extending rearward on the left side of the vehicle.

【0022】また上記車体フレーム21の左右の足載部
21d,21d間に架設された支持フレーム21e,2
1e上に、上記燃料電池システム1のセルスタック体7
及び上記駆動装置2のバッテリ28等が収容されたケー
シング10が搭載されている。なお、図3では収容物の
図示を省略している。また該ケーシング10の上側に上
記水タンク43が、また車体後部に上記水素ボンベ17
が搭載されている。なお18は開閉弁、19は圧力調整
弁である。
Further, support frames 21e, 2 erected between the left and right foot rests 21d, 21d of the body frame 21 are provided.
1e, the cell stack 7 of the fuel cell system 1
Further, a casing 10 accommodating the battery 28 and the like of the driving device 2 is mounted. In FIG. 3, the illustration of the contents is omitted. The water tank 43 is provided above the casing 10, and the hydrogen cylinder 17 is provided at the rear of the vehicle body.
Is installed. Reference numeral 18 denotes an on-off valve, and 19 denotes a pressure regulating valve.

【0023】そして上記車体カバー25内には上記ケー
シング10に向けて走行風を導入する導風路25bが形
成されており、該導風路25bの導風口25aは車両前
方に向けて開口している。上記導風路25bの上記ケー
シング10入口部に上記冷却ファン31が配置されてい
る。100は余剰空気排出用小孔である。なお、ケーシ
ング10を出た冷却風は上記水素ボンベ17が配置され
た導出路25c内を通って導出口25dから外部に排出
される。
In the vehicle body cover 25, a wind guide passage 25b for introducing a traveling wind toward the casing 10 is formed, and a wind guide opening 25a of the wind guide passage 25b is opened toward the front of the vehicle. I have. The cooling fan 31 is arranged at an inlet of the casing 10 in the air guide passage 25b. 100 is a small hole for discharging excess air. Note that the cooling air that has exited the casing 10 is discharged to the outside through the outlet 25d through the outlet 25c in which the hydrogen cylinder 17 is disposed.

【0024】上記ケーング10は、上部に開口11aを
有する収納部11と、該収納部11にヒンジ12aによ
り上記開口11aを開閉可能に装着された蓋体12とで
構成されている。なお、12cは蓋体12を閉状態に固
定するロックである。
The caning 10 comprises a storage section 11 having an opening 11a at an upper portion, and a lid 12 mounted on the storage section 11 such that the opening 11a can be opened and closed by a hinge 12a. Reference numeral 12c is a lock for fixing the lid 12 in a closed state.

【0025】上記収納部11,及び蓋体12はステンレ
ス鋼板等で製作された二重壁構造の収納枠体11a,蓋
枠体12a内に酸化/還元剤として機能する鉄粉11
b,12bを充填したものであり、また上記収納枠体1
1aの二重壁内に上記切替え弁38が埋設されている。
The storage portion 11 and the lid 12 are a double-walled storage frame 11a made of stainless steel plate or the like, and an iron powder 11 functioning as an oxidizing / reducing agent in a lid frame 12a.
b, 12b, and the storage frame 1
The switching valve 38 is embedded in the double wall 1a.

【0026】上記切替え弁38は、上述のセルスタック
体7に連通するメイン口38a、上記ケーシンク10内
に換気用空気を供給する換気口38b、ケーシング10
のパネル内に内部の酸化/還元材の酸化用空気を供給す
る発熱口38cを有し、冷却ファン31からの外気を該
各口に適宜切替えて供給するようになっている。なお、
39aは上記熱交換器45と水タンク43との間から排
気する排気管、39bは上記換気口38bからケーシン
グ10内供給された換気用空気を排気する排気管、39
cは上記収納枠体11a内と蓋枠体12a内とを連通す
る連通孔である。
The switching valve 38 includes a main port 38 a communicating with the cell stack 7, a ventilation port 38 b for supplying ventilation air into the casing 10, and a casing 10.
The panel has a heat generating port 38c for supplying air for oxidizing the internal oxidizing / reducing material, and the outside air from the cooling fan 31 is appropriately switched and supplied to each port. In addition,
An exhaust pipe 39a exhausts air from between the heat exchanger 45 and the water tank 43, an exhaust pipe 39b exhausts ventilation air supplied from the ventilation port 38b into the casing 10, and 39b.
c is a communication hole that communicates the inside of the storage frame 11a and the inside of the lid frame 12a.

【0027】また39dは、上記二重壁内に充填された
鉄粉11b,12bに還元用の水素を供給するための水
素供給口である。この水素供給口39dには、電磁開閉
弁39eを備えた水素供給管39fによって上記バッフ
ァタンク40を介して水素ボンベ17が接続されてい
る。
Reference numeral 39d denotes a hydrogen supply port for supplying hydrogen for reduction to the iron powders 11b and 12b filled in the double wall. The hydrogen cylinder 17 is connected to the hydrogen supply port 39d via the buffer tank 40 by a hydrogen supply pipe 39f provided with an electromagnetic on-off valve 39e.

【0028】また、上記収納枠体11aの壁内には温度
センサ50a,水素濃度センサ50bが配設されてい
る。さらにまた上記収納枠体11aの底壁には、排水バ
ルブ51aを有する水溜51が設けられている。なお、
上記排水バルブ51aは酸化用空気を二重壁内に供給す
る際には該空気の供給を容易にするために開かれる。
A temperature sensor 50a and a hydrogen concentration sensor 50b are provided in the wall of the storage frame 11a. Further, a water reservoir 51 having a drain valve 51a is provided on a bottom wall of the storage frame 11a. In addition,
When the oxidizing air is supplied into the double wall, the drain valve 51a is opened to facilitate the supply of the air.

【0029】次に本実施形態の動作及び作用効果につい
て説明する。本実施形態自動二輪車20で走行開始する
と、まずバッテリ28の電力によって駆動モータ3が後
輪を駆動開始する。そして一定の条件が整ったところで
燃料電池システム1が起動する。この場合、反応水がセ
ルスタック体7の水通路に供給され、また水素ボンベ1
7内の水素ガスがセルスタック体7の水素ガス通路に供
給される。このようにセルスタック体7に反応用水及び
水素ガスが供給され、内部における化学反応により電気
が発生し、該電気が上記駆動モータ3に供給されるとと
もに、上記バッテリ28が充電される。
Next, the operation and effects of the present embodiment will be described. When the motorcycle 20 starts traveling, first, the drive motor 3 starts driving the rear wheels by the electric power of the battery 28. Then, when certain conditions are satisfied, the fuel cell system 1 starts. In this case, the reaction water is supplied to the water passage of the cell stack 7 and the hydrogen cylinder 1
The hydrogen gas in 7 is supplied to the hydrogen gas passage of the cell stack 7. As described above, the reaction water and the hydrogen gas are supplied to the cell stack body 7, electricity is generated by a chemical reaction in the inside, the electricity is supplied to the drive motor 3, and the battery 28 is charged.

【0030】また走行風の一部はケーシング10内を通
って空気排出口25dから排出される。そしてセルスタ
ック体7の温度は常時上記FCコントローラ1aに読み
込まれており、該セルスタック体温度が所定値以上にな
ると、該コントローラ1aが冷却ファン31を起動し、
走行風がセルスタック体7の冷却通路内にも供給され、
該セルスタック体7は上記化学反応に適した温度範囲に
保持される。
A part of the traveling wind passes through the casing 10 and is discharged from the air discharge port 25d. The temperature of the cell stack 7 is always read by the FC controller 1a. When the temperature of the cell stack becomes a predetermined value or more, the controller 1a starts the cooling fan 31,
The traveling wind is also supplied into the cooling passage of the cell stack body 7,
The cell stack 7 is kept in a temperature range suitable for the chemical reaction.

【0031】そして本実施形態では、夜間等の非走行時
に外気温度が低下する等により、温度センサTcで検出
されたセルスタック体7の温度、あるいは温度センサ5
0aで検出されたケーシング10の壁内温度が、予め設
定された凍結温度、例えば零度より低下すると、上記上
記コントローラ1aが、上記切替えバルブ38を、上記
換気口38b,メイン口38aを閉じ、かつ発熱口38
cを開く位置に切り替えるとともに、排気バルブ51a
を開く。またこのとき冷却ファン31を起動させる。
In the present embodiment, the temperature of the cell stack 7 detected by the temperature sensor Tc or the temperature of the temperature sensor 5
When the temperature inside the wall of the casing 10 detected at 0a falls below a preset freezing temperature, for example, zero degree, the controller 1a closes the switching valve 38, closes the ventilation port 38b and the main port 38a, and Heating port 38
c to the open position and the exhaust valve 51a
open. At this time, the cooling fan 31 is started.

【0032】これにより外気がケーシング10の壁内に
供給され、内部の鉄粉11b,12bが酸化して発熱
し、該発熱によりケーシング10内が暖められる。そし
て上記セルスタック体温度又は壁内温度が上記凍結温度
より所定値以上に上昇すると上記コントローラ1aが上
記切替えバルブ38の発熱口38cを閉じて酸化用空気
の供給を停止させる。これにより上記鉄粉11b,12
bの発熱は停止する。
As a result, outside air is supplied into the wall of the casing 10, and the internal iron powders 11b and 12b are oxidized and generate heat, and the inside of the casing 10 is warmed by the generated heat. When the temperature of the cell stack or the temperature in the wall rises above the freezing temperature by a predetermined value or more, the controller 1a closes the heating port 38c of the switching valve 38 and stops the supply of the oxidizing air. Thereby, the iron powders 11b, 12
The heat generation of b stops.

【0033】なお、上記壁内への酸化用空気の供給停止
については、供給開始から所定時間経過したときに自動
的に停止するようにしてもよい。
The supply of the oxidizing air into the wall may be automatically stopped when a predetermined time has elapsed from the start of the supply.

【0034】そして上述の酸化用空気の供給回数が所定
値に達するか、又は酸化用空気の供給にも関わらず壁内
温度が上昇し難くなった場合に、鉄粉11b,12bの
還元が行われる。これは、上述の条件成立よりコントロ
ーラ1aが電磁開閉弁39eを開き、これにより水素ガ
スが壁内の鉄粉11b,12bに供給される。
When the number of times of the supply of the oxidizing air reaches a predetermined value, or when the temperature in the wall hardly rises despite the supply of the oxidizing air, the iron powders 11b and 12b are reduced. Will be This is because the controller 1a opens the electromagnetic on-off valve 39e when the above conditions are satisfied, and thereby hydrogen gas is supplied to the iron powders 11b and 12b in the wall.

【0035】その結果、上記酸化した鉄粉11b,12
bが還元されて発熱前の状態に再生され、再び発熱可能
となる。このとき水素濃度センサ50bの検出水素濃度
が所定値に達すると上記還元行程が終了したとして水素
ガスの供給は停止される。なお、該還元作用により発生
した水は上記水溜め51に溜まり、排水弁51aを介し
て排水される。
As a result, the oxidized iron powder 11b, 12
b is reduced and regenerated to a state before heat generation, and heat can be generated again. At this time, when the hydrogen concentration detected by the hydrogen concentration sensor 50b reaches a predetermined value, the supply of the hydrogen gas is stopped, assuming that the reduction step has been completed. The water generated by the reducing action is stored in the water reservoir 51 and is discharged through a drain valve 51a.

【0036】このように本実施形態では、セルスタック
体内温度が凍結温度まで低下した場合にはケーシング1
0内を昇温させるようにしたので、セルスタック体7内
の反応用水が凍結して該セルスタック体7の内部に損傷
を与えてセルスタック体7ひいては燃料電池システムの
耐久性が低下するといった問題を回避できる。
As described above, in the present embodiment, when the temperature inside the cell stack falls to the freezing temperature, the casing 1
Since the temperature inside the cell stack body 7 is increased, the reaction water in the cell stack body 7 freezes and damages the inside of the cell stack body 7, thereby lowering the durability of the cell stack body 7 and thus the fuel cell system. Avoid problems.

【0037】またケーシング10の二重壁内に酸化/還
元剤を充填しておき、空気の供給により酸化して発熱
し、該酸化を水素ガスの供給により還元して酸化前の状
態に戻すといった発熱,再生を繰り返すように構成した
ので、ケーシング内の保温構造が極めて簡単であり、コ
スト上昇を回避できる。
The double wall of the casing 10 is filled with an oxidizing / reducing agent, oxidized by the supply of air to generate heat, and the oxidization is reduced by the supply of hydrogen gas to return to the state before oxidation. Since the heat generation and the regeneration are configured to be repeated, the heat retaining structure in the casing is extremely simple, and the cost increase can be avoided.

【0038】ここで上記実施形態では燃料電池システム
全体を保温するようにしたが、図4に示すように、セル
スタック体7のみをケーシングで囲むようにしても良
い。なお、図4中、図2と同一符号は同一又は相当部分
を示す。
Here, in the above embodiment, the entire fuel cell system is kept warm. However, as shown in FIG. 4, only the cell stack 7 may be surrounded by a casing. 4, the same reference numerals as those in FIG. 2 indicate the same or corresponding parts.

【0039】図4において、ケーシング10′は、セル
スタック体7の周囲のみを囲むように構成されており、
該ケーシング10′内に鉄粉11bが充填されている。
そしてこの鉄粉11bに開閉弁39e,水素供給管39
fを介して水素が供給可能になっている。
In FIG. 4, the casing 10 'is configured to surround only the periphery of the cell stack 7;
The casing 10 'is filled with iron powder 11b.
The on-off valve 39e and the hydrogen supply pipe 39
Hydrogen can be supplied via f.

【0040】本実施形態においても、ケーシング内又は
セルスタック体内が所定の凍結温度以下に低下すると上
記鉄粉11bに空気が供給され、該鉄粉11bが発熱し
てセルスタック体7を昇温させる。そして空気を供給し
ても発熱しにくくなった等の所定条件が満たされると、
鉄粉11bに水素を供給して該鉄粉11bを還元させ
る。
Also in this embodiment, when the inside of the casing or the cell stack falls below a predetermined freezing temperature, air is supplied to the iron powder 11b, and the iron powder 11b generates heat to raise the temperature of the cell stack 7. . And, when predetermined conditions such as hardly generating heat even when air is supplied are satisfied,
Hydrogen is supplied to the iron powder 11b to reduce the iron powder 11b.

【0041】このようにセルスタック体のみを昇温させ
るようにした場合にも上記実施形態と同様にセルスタッ
ク体7の凍結を防止して該セルスタック体ひいては燃料
電池システムの耐久性の低下を回避できる。
In the case where only the temperature of the cell stack is increased, the freezing of the cell stack 7 is prevented in the same manner as in the above-described embodiment, and the durability of the cell stack is reduced. Can be avoided.

【0042】上記各実施形態では、ケーシング10内を
昇温させるための構造として、ケーシング10の壁内に
鉄粉(酸化/還元材)を充填した場合を説明したが、本
発明の昇温構造は、図5に示すように、酸化/還元材に
限定されない。なお、図5中、図3と同一符号は同一又
は相当部分を示す。
In each of the above embodiments, the case where the wall of the casing 10 is filled with iron powder (oxidizing / reducing material) has been described as a structure for raising the temperature inside the casing 10. Is not limited to an oxidizing / reducing material as shown in FIG. In FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. 3 indicate the same or corresponding parts.

【0043】図5において、ケーシング10の収納部1
1及び蓋体12の壁内に断熱材11b′,12b′が充
填されており、また底面上に電熱式のヒータ52が配設
されている。なお、52aはオンオフスイッチである。
In FIG. 5, the housing 1 of the casing 10
Heat insulation materials 11b 'and 12b' are filled in the walls of the housing 1 and the lid 12, and an electric heater 52 is provided on the bottom surface. Incidentally, 52a is an on / off switch.

【0044】本実施形態では、セルスタック体内温度又
はケーシング内温度が所定の凍結温度以下に低下する
と、上記コントローラが上記オンオフスイッチ52aを
オンオフ制御してヒータ52を発熱させ、もってケーシ
ング内を昇温させる。これにより上述の例と同様に、セ
ルスタック体7の凍結による損傷,耐久性低下の問題を
防止できる。
In this embodiment, when the temperature in the cell stack or the temperature in the casing falls below a predetermined freezing temperature, the controller controls the on / off switch 52a to turn on / off the heater 52 to generate heat, thereby raising the temperature in the casing. Let it. As a result, similarly to the above-described example, it is possible to prevent the cell stack body 7 from being damaged by freezing and from being deteriorated in durability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態による燃料電池システム
を搭載した自動二輪車の側面図である。
FIG. 1 is a side view of a motorcycle equipped with a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】上記燃料電池システムのブロック構成図であ
る。
FIG. 2 is a block diagram of the fuel cell system.

【図3】上記燃料電池システムを収容するケーシングの
断面側面図である。
FIG. 3 is a sectional side view of a casing that houses the fuel cell system.

【図4】上記第1実施形態の変形例のブロック構成図で
ある。
FIG. 4 is a block diagram of a modification of the first embodiment.

【図5】本発明の第2実施形態によるケーシングの断面
側面図である。
FIG. 5 is a sectional side view of a casing according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電池システム 7 セルスタック体 10 ケーシング 11b,12b 鉄粉(再生式発熱部材−酸化/還元
材) 52 電熱式ヒータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 7 Cell stack body 10 Casing 11b, 12b Iron powder (regenerative heating member-oxidation / reduction material) 52 Electric heater

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のセルを積層締結してなり水素ガス
及び反応用空気が供給されるセルスタック体を備えた燃
料電池システムにおいて、少なくとも上記セルスタック
体をケーシング内に収容し、該ケーシングの壁内又は該
ケーシング内にヒータを配設し、上記セルスタック体温
度又はケージング内温度が所定の生成水の凍結温度以下
に低下したとき上記ヒータを発熱させるようにしたこと
を特徴とする燃料電池システム。
1. A fuel cell system comprising a cell stack in which a plurality of cells are stacked and fastened and supplied with hydrogen gas and reaction air, at least the cell stack is housed in a casing, and A fuel cell, wherein a heater is disposed in a wall or in the casing, and the heater generates heat when the temperature of the cell stack or the temperature in the caging falls below a freezing temperature of a predetermined generated water. system.
【請求項2】 請求項1において、上記ヒータは、空気
を供給すると酸化反応により発熱し、水素を供給すると
還元反応により再生する酸化/還元剤からなる再生式発
熱部材であり、上記ケーシングの壁内に充填されている
ことを特徴とする燃料電池システム。
2. The casing according to claim 1, wherein the heater is a regenerative heating member made of an oxidizing / reducing agent that generates heat by an oxidation reaction when air is supplied and regenerates by a reduction reaction when hydrogen is supplied. A fuel cell system, wherein the fuel cell system is filled.
【請求項3】 請求項1において、上記ヒータは、通電
により発熱する電熱式のものであり、上記ケーシング内
に配設されていることを特徴とする燃料電池システム。
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the heater is of an electrothermal type that generates heat when energized, and is disposed in the casing.
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