JP2002056866A - Fuel cell system considering freeze proofing of cooling system - Google Patents

Fuel cell system considering freeze proofing of cooling system

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JP2002056866A
JP2002056866A JP2000240981A JP2000240981A JP2002056866A JP 2002056866 A JP2002056866 A JP 2002056866A JP 2000240981 A JP2000240981 A JP 2000240981A JP 2000240981 A JP2000240981 A JP 2000240981A JP 2002056866 A JP2002056866 A JP 2002056866A
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cell system
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unit
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和久 國武
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博道 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new technology for separating the water from the antifreeze cooling material to be used for cooling a fuel cell to use the separated water for the fuel cell. SOLUTION: When starting a fuel cell system, a water supply unit 130 separates the water from the antifreeze cooling material CL by using a water separating unit 80, and supplies the separated water to a fuel gas supply unit 110. In normal operation, separation of the water from the antifreeze cooling material CL is stopped, and the water generated by the electrochemical reaction inside the fuel cell 50 is supplied to the fuel gas supply unit 110.

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】この発明は、燃料電池システ
ムの冷却系の凍結防止技術に関する。
The present invention relates to a technology for preventing freezing of a cooling system of a fuel cell system.

【0002】[0002]

【従来の技術】水素と酸素の電気化学反応を利用して発
電を行う燃料電池は、次世代のエネルギ源として期待さ
れている。燃料電池の運転時(発電時)には、電気化学
反応に伴ってかなりの熱が発生する。そこで、通常の燃
料電池システムは、燃料電池を冷却するための冷却装置
を備えている。
2. Description of the Related Art Fuel cells that generate electric power by utilizing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen are expected as next-generation energy sources. During operation of the fuel cell (at the time of power generation), considerable heat is generated due to the electrochemical reaction. Therefore, a normal fuel cell system includes a cooling device for cooling the fuel cell.

【0003】燃料電池システムの冷却装置としては、例
えば本出願人により開示された特開平8−184877
号公報に記載されたものが知られている。この装置で
は、水とエチレングリコールとを含む不凍性の冷却材を
用いて燃料電池を冷却している。また、この燃料電池シ
ステムは、水分離装置を用いて不凍性冷却材から水を分
離し、分離した水を燃料ガスの加湿に用いている点に特
徴がある。
As a cooling device for a fuel cell system, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-184877 disclosed by the present applicant has been disclosed.
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. H10-264, pp. 157-334 is known. In this device, the fuel cell is cooled using an antifreeze coolant containing water and ethylene glycol. Further, this fuel cell system is characterized in that water is separated from an antifreeze coolant using a water separator, and the separated water is used for humidifying fuel gas.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術で
は、燃料電池システムの運転中は、加湿用の水を得るた
めに、常に不凍液から水を分離しなければならないとい
う問題があった。このため、例えば、水分離装置におけ
る分離が不完全で、分離された水の中にエチレングリコ
ールがわずかに混入するような場合には、不凍液の濃度
(エチレングリコールの濃度)が次第に低下してしま
い、この結果、冷却材の凍結防止効果も低下してしまう
という問題があった。
In the above-mentioned prior art, there is a problem that during operation of the fuel cell system, water must be always separated from the antifreeze in order to obtain water for humidification. Therefore, for example, when the separation in the water separator is incomplete and ethylene glycol is slightly mixed into the separated water, the concentration of the antifreeze (the concentration of ethylene glycol) gradually decreases. As a result, there is a problem that the effect of preventing the coolant from freezing is also reduced.

【0005】また、この従来の技術では、改質装置にお
いて使用される水は、冷却系とは別個に設けられた水タ
ンクから供給されている。このため、その水タンクの凍
結防止対策を別途行う必要があるという問題もあった。
[0005] In this conventional technique, water used in the reformer is supplied from a water tank provided separately from the cooling system. For this reason, there is a problem that it is necessary to separately take measures to prevent freezing of the water tank.

【0006】本発明は、上述した従来の課題を解決する
ためになされたものであり、燃料電池の冷却に用いる不
凍性冷却材から水を分離して、燃料電池用の水として利
用するための新たな技術を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and is intended to separate water from an antifreeze coolant used for cooling a fuel cell and use the separated water as fuel cell water. The purpose is to provide a new technology.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃
料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池内におけ
る電気化学反応に用いられる反応ガスを供給するための
反応ガス供給部と、水と不凍化剤とを含む不凍性冷却材
を用いて前記燃料電池を冷却するための冷却部と、前記
反応ガス供給部に水を供給するための水供給部と、を備
えている。水供給部は、前記不凍性冷却材から水を分離
するための水分離部を有しており、(i)所定の第1の
運転状態においては、前記水分離部を用いて前記不凍性
冷却材から水を分離して、分離された水を前記反応ガス
供給部に供給し、(ii)所定の第2の運転状態におい
ては、前記不凍性冷却材からの水の分離を停止するとと
もに、前記燃料電池内の電気化学反応で生成された水を
前記反応ガス供給部に供給する。
In order to achieve at least a part of the above object, a fuel cell system according to the present invention comprises a fuel cell and a reaction used for an electrochemical reaction in the fuel cell. A reaction gas supply unit for supplying a gas, a cooling unit for cooling the fuel cell using an antifreeze coolant containing water and an antifreezing agent, and water supply to the reaction gas supply unit And a water supply unit for performing the operation. The water supply unit has a water separation unit for separating water from the antifreeze coolant, and (i) in the first predetermined operation state, uses the water separation unit to perform the antifreeze operation. Separating the water from the non-freezing coolant, and supplying the separated water to the reaction gas supply unit, and (ii) stopping the separation of the water from the anti-freezing coolant in a predetermined second operation state. At the same time, water generated by the electrochemical reaction in the fuel cell is supplied to the reaction gas supply unit.

【0008】この燃料電池システムでは、第1の運転状
態では不凍性冷却材から水を分離して反応ガス供給部に
供給するが、第2の運転状態では不凍性冷却材からの水
の分離を停止して、燃料電池内の電気化学反応で生成さ
れた水を反応ガス供給部に供給するので、第2の運転状
態において常に水分離部を運転し続ける必要が無い、と
いう利点がある。
In this fuel cell system, water is separated from the antifreeze coolant in the first operation state and supplied to the reaction gas supply unit, but water is supplied from the antifreeze coolant in the second operation state. Since the separation is stopped and the water generated by the electrochemical reaction in the fuel cell is supplied to the reaction gas supply unit, there is an advantage that the water separation unit does not need to be constantly operated in the second operation state. .

【0009】なお、前記第1の運転状態は、前記燃料電
池システムの始動時を含むものとすることができる。こ
のとき、始動時を含む第1の運転状態において、不凍性
冷却材から水を分離し、分離された水を用いて反応ガス
供給部に供給することになるので、始動時において燃料
電池システム内に水が少ない場合にも、必要な量の水を
不凍性冷却材から分離して供給することが可能である。
[0009] The first operating state may include a time when the fuel cell system is started. At this time, in the first operation state including the start-up time, water is separated from the antifreeze coolant and supplied to the reaction gas supply unit using the separated water. If the water inside is low, it is possible to supply the required amount of water separately from the antifreeze coolant.

【0010】また、前記第1の運転状態は所定の第1の
温度が第1のしきい値未満である状態を含み、前記第2
の運転状態は前記第1の温度が前記第1のしきい値を超
える状態を含むようにしてもよい。第1のしきい値を0
℃に近い温度に設定すれば、水が凍結する可能性が高い
か否かに応じて、水の供給形態を変更することができ、
この結果、水の凍結をより容易に防止することが可能で
ある。
The first operating state includes a state in which a predetermined first temperature is lower than a first threshold, and
May include a state in which the first temperature exceeds the first threshold value. Set the first threshold to 0
If the temperature is set close to ° C., it is possible to change the water supply mode depending on whether or not the water is likely to freeze,
As a result, freezing of water can be more easily prevented.

【0011】なお、前記水供給部は、前記第1の運転状
態において、前記水分離部の入口側と出口側の少なくと
も一方における前記不凍性冷却材の圧力を調整すること
によって、前記水分離部において分離される水量を調整
する水量調整部を有することが好ましい。この形態で
は、水分離部によって生成される水の量を制御すること
が可能であり、燃料電池システム内に存在する水の量を
調整することが可能である。
In the first operation state, the water supply unit adjusts the pressure of the antifreeze coolant on at least one of an inlet side and an outlet side of the water separation unit, thereby controlling the water separation. It is preferable to have a water amount adjusting unit for adjusting the amount of water separated in the unit. In this mode, the amount of water generated by the water separation unit can be controlled, and the amount of water existing in the fuel cell system can be adjusted.

【0012】また、前記水供給部は、さらに、前記不凍
性冷却材を収容するための冷却材タンクと、前記水分離
部から排出される不凍性冷却材を前記冷却材タンクに回
収するための配管系とを有することが好ましい。この形
態では、不凍性冷却材の収容や回収をより容易に行うこ
とができる。
Further, the water supply section further collects the coolant tank for containing the antifreeze coolant and the antifreeze coolant discharged from the water separation section in the coolant tank. It is preferable to have a piping system for this. In this embodiment, the storage and recovery of the antifreeze coolant can be performed more easily.

【0013】前記水供給部は、さらに、前記水分離部で
分離された水を収容するための水タンクを有しており、
前記水タンク内の水を前記反応ガス供給部に供給するこ
とが好ましい。水タンクを設けるようにすれば、水の収
容や供給、回収をより容易に行うことができる。
[0013] The water supply unit further includes a water tank for storing the water separated by the water separation unit.
Preferably, water in the water tank is supplied to the reaction gas supply unit. If a water tank is provided, storage, supply, and recovery of water can be performed more easily.

【0014】前記水供給部は、前記燃料電池の運転が停
止した後に、前記水タンク内の水を前記冷却部内の前記
不凍性冷却材中に回収することが好ましい。また、前記
水供給部は、前記燃料電池の運転が停止した後に、前記
燃料電池内の電気化学反応で生成されていた水を前記冷
却部内の前記不凍性冷却材中に回収することが好まし
い。このような形態では、燃料電池システムの運転が停
止しているときには、燃料電池システム内に水が単独で
存在することが無いので、凍結防止効果をより高めるこ
とが可能である。
It is preferable that the water supply unit recovers the water in the water tank into the antifreeze coolant in the cooling unit after the operation of the fuel cell is stopped. Further, it is preferable that, after the operation of the fuel cell is stopped, the water supply unit recovers water generated by an electrochemical reaction in the fuel cell into the antifreeze coolant in the cooling unit. . In such an embodiment, when the operation of the fuel cell system is stopped, water does not exist alone in the fuel cell system, so that the freezing prevention effect can be further enhanced.

【0015】なお、前記水供給部は、前記不凍性冷却材
中への水の回収を、前記燃料電池の運転が停止した後に
所定の第2の温度が第2のしきい値以下になったときに
実行するようにしてもよい。こうすれば、水の凍結防止
のために必要なときにのみ、不凍性冷却材中への水の回
収を行うことができる。従って、凍結の恐れが少ないと
きには、燃料電池システムの始動時において不凍性冷却
材から水を分離する必要性を低減することが可能であ
る。
[0015] The water supply unit may be configured to recover the water in the antifreeze coolant such that a predetermined second temperature becomes equal to or lower than a second threshold value after the operation of the fuel cell is stopped. May be executed at the time of execution. In this way, it is possible to recover water into the antifreeze coolant only when necessary to prevent water from freezing. Therefore, when the possibility of freezing is small, it is possible to reduce the need to separate water from the antifreeze coolant at the time of starting the fuel cell system.

【0016】また、前記水供給部は、前記燃料電池シス
テムの始動時においても、前記水供給部内に所定量以上
の水が存在するときには、前記不凍性冷却材からの水の
分離を中止するようにしてもよい。こうすれば、水の分
離のための時間を省略できるので、燃料電池システムの
始動期間を短縮することが可能である。
Further, even when the fuel cell system is started, when a predetermined amount or more of water is present in the water supply unit, the water supply unit stops separating water from the antifreeze coolant. You may do so. By doing so, the time for separating water can be omitted, and thus the start-up period of the fuel cell system can be shortened.

【0017】前記水供給部は、さらに、凍結防止のため
に前記水分離部を加熱する加熱部を有するようにしても
よい。この形態では、凍結防止をより確実に行うことが
可能である。
The water supply section may further include a heating section for heating the water separation section to prevent freezing. In this mode, it is possible to more reliably prevent the freezing.

【0018】なお、燃料電池システムは、さらに、前記
不凍性冷却材中の前記不凍化剤の濃度を実質的に示す濃
度指標値を測定するための濃度測定部と、前記不凍化剤
の濃度の測定値に応じて、前記不凍化剤と水のいずれか
を前記冷却部に補給する必要があることを示す警告を行
う警告部と、を備えるようにしてもよい。この形態で
は、使用者に不凍化剤や水の補給を警告することが可能
である。
The fuel cell system further includes a concentration measuring unit for measuring a concentration index value substantially indicating a concentration of the antifreezing agent in the antifreezing coolant, And a warning unit for giving a warning indicating that it is necessary to supply either one of the antifreezing agent and water to the cooling unit according to the measured value of the concentration of the water. In this mode, it is possible to warn the user of the replenishment of the antifreeze and the water.

【0019】なお、前記警告部は、前記不凍化剤の濃度
の測定値から前記不凍化剤を補給する必要があると判断
される場合においても、所定の第3の温度が第3のしき
い値以上のときには前記警告の発生を中止するようにし
てもよい。この形態では、凍結の恐れが少ないときに警
告が中止されるので、使用者に不要な心配を与える回数
を低減することが可能である。
[0019] The warning unit is configured to keep the predetermined third temperature at the third level even when it is determined from the measured value of the concentration of the antifreezing agent that the antifreezing agent needs to be replenished. When the threshold value is exceeded, the generation of the warning may be stopped. In this embodiment, the warning is stopped when there is little possibility of freezing, so that it is possible to reduce the number of times of giving the user unnecessary worries.

【0020】なお、本発明は、種々の態様で実現するこ
とが可能であり、例えば、燃料電池システムや、燃料電
池システムの運転方法、燃料電池のための反応ガス生成
方法、燃料電池のための冷却材の処理方法等の種々の態
様で実現することができる。
The present invention can be realized in various modes, for example, a fuel cell system, a method of operating a fuel cell system, a method for generating a reaction gas for a fuel cell, and a method for producing a fuel cell. It can be realized in various modes such as a method of treating a coolant.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて以下の順序で説明する。 A.第1実施例: B.第2実施例: C.変形例:
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described based on examples in the following order. A. First embodiment: B. Second embodiment: C.I. Modification:

【0022】A.第1実施例:図1は、本発明の第1実
施例としての燃料電池システム100の構成を示すブロ
ック図である。この燃料電池システム100は、燃料電
池50と、燃料電池50に燃料ガスFGを供給するため
の燃料ガス供給部110と、不凍性冷却材CLを用いて
燃料電池50を冷却するための冷却部120と、不凍性
冷却材CLから水を抽出して燃料ガス供給部110に水
を供給する水供給部130と、を備えている。これらの
各部の動作は、図示しないコントローラによって制御さ
れている。後述する各種の動作は、このコントローラの
制御の下で自動的に実行される。
A. First Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 100 according to a first embodiment of the present invention. The fuel cell system 100 includes a fuel cell 50, a fuel gas supply unit 110 for supplying the fuel gas FG to the fuel cell 50, and a cooling unit for cooling the fuel cell 50 using the antifreeze coolant CL. 120, and a water supply unit 130 that extracts water from the antifreeze coolant CL and supplies water to the fuel gas supply unit 110. The operation of each of these units is controlled by a controller (not shown). Various operations described later are automatically executed under the control of the controller.

【0023】燃料ガス供給部110は、改質のための原
燃料OFを貯蔵する原燃料タンク20と、原燃料OFを
改質して水素リッチガス(「改質ガス」とも呼ぶ)HR
Gを生成する改質器30と、水素リッチガスHRGを加
湿するための加湿器40と、を備えている。なお、原燃
料OFとしては、メタノールやガソリン、天然ガス、エ
ーテルなどのような炭素水素系化合物(炭化水素を含む
化合物)を使用することができる。
The fuel gas supply unit 110 includes a raw fuel tank 20 that stores a raw fuel OF for reforming, and a hydrogen-rich gas (also referred to as “reformed gas”) HR that reforms the raw fuel OF.
A reformer 30 for generating G and a humidifier 40 for humidifying the hydrogen-rich gas HRG are provided. Note that as the raw fuel OF, a hydrocarbon compound (compound containing hydrocarbon) such as methanol, gasoline, natural gas, or ether can be used.

【0024】加湿器40で加湿された燃料ガスFGは、
配管42を経由して燃料電池50内の燃料ガス通路に導
入される。また、燃料電池50内の空気通路には、図示
しないエアーポンプによって空気ARが供給される。燃
料電池50内では、燃料ガスFG内の水素と、空気AR
内の酸素との電気化学反応によって発電が行われる。
The fuel gas FG humidified by the humidifier 40 is
The fuel gas is introduced into the fuel gas passage in the fuel cell 50 via the pipe 42. Air AR is supplied to an air passage in the fuel cell 50 by an air pump (not shown). In the fuel cell 50, the hydrogen in the fuel gas FG and the air AR
Electric power is generated by an electrochemical reaction with oxygen inside.

【0025】冷却部120は、不凍性冷却材CLの熱を
大気中に放出するための熱交換器60と、冷却材CLを
収容する冷却材タンク70と、循環路72に沿って冷却
材CLを循環させるポンプ74と、を備えている。不凍
性冷却材CLとしては、例えば水と、エチレングリコー
ルなどの不凍化剤(凝固点降下剤)とを含む水溶液が使
用可能である。
The cooling unit 120 includes a heat exchanger 60 for releasing the heat of the antifreeze coolant CL to the atmosphere, a coolant tank 70 containing the coolant CL, and a coolant along the circulation path 72. A pump 74 for circulating CL. As the antifreeze coolant CL, for example, an aqueous solution containing water and an antifreeze (freezing point depressant) such as ethylene glycol can be used.

【0026】水供給部130は、冷却部120で用いら
れている不凍性冷却材CLから水を分離するための水分
離部80と、水分離部80で分離された分離水SWを一
時的に収容するための水タンク90とを有している。水
分離部80としては、例えば中空糸膜などの濾過膜を用
いて水溶液から水を抽出する装置を利用することができ
る。水分離部80の原水側80aには、冷却材タンク7
0内の不凍性冷却材CLが、配管82を経由してポンプ
84によって供給される。水分離後の排水CLaは、戻
り配管83を経由して冷却材タンク70内に回収され
る。なお、戻り配管83には、圧力や流量を調整するた
めの電動調整弁86が設けられている。
The water supply unit 130 temporarily separates the water separation unit 80 for separating water from the antifreeze coolant CL used in the cooling unit 120 and the separated water SW separated by the water separation unit 80. And a water tank 90 for accommodating therein. As the water separation unit 80, for example, a device that extracts water from an aqueous solution using a filtration membrane such as a hollow fiber membrane can be used. The raw water side 80a of the water separation unit 80 has a coolant tank 7
The antifreeze coolant CL within 0 is supplied by a pump 84 via a pipe 82. The wastewater CLa after the water separation is collected in the coolant tank 70 via the return pipe 83. The return pipe 83 is provided with an electric adjustment valve 86 for adjusting the pressure and the flow rate.

【0027】水分離部80の分離水側80bに浸みだし
た分離水SWは、配管89を経由して水タンク90に収
容される。また、燃料電池50の電気化学反応の結果と
して生成された水(以下、「FC生成水」と呼ぶ)FC
Wも、配管92を経由して水タンク90内に収容され
る。水タンク90に収容された水WRは、ポンプ36に
よって配管34を経由して改質器30に供給され、ま
た、他のポンプ46によって配管44を経由して加湿器
40にも供給される。改質器30に供給される水WR
は、改質器30内の水蒸気改質反応に利用される。加湿
器40に供給される水WRは水素リッチガスHRGの加
湿に利用され、加湿後のガスが燃料ガスFGとして燃料
電池50に供給される。
The separated water SW that has infiltrated into the separated water side 80 b of the water separating section 80 is stored in a water tank 90 via a pipe 89. Further, water generated as a result of the electrochemical reaction of the fuel cell 50 (hereinafter referred to as “FC generated water”) FC
W is also stored in the water tank 90 via the pipe 92. The water WR stored in the water tank 90 is supplied to the reformer 30 via the pipe 34 by the pump 36, and is also supplied to the humidifier 40 via the pipe 44 by another pump 46. Water WR supplied to reformer 30
Is used for the steam reforming reaction in the reformer 30. The water WR supplied to the humidifier 40 is used for humidifying the hydrogen-rich gas HRG, and the humidified gas is supplied to the fuel cell 50 as a fuel gas FG.

【0028】なお、水タンク90の底部には、水タンク
90内の水を冷却材タンク70に回収するための戻し配
管94が設けられている。この戻し配管94には、電動
開閉弁96が設けられている。燃料電池50の発電中
は、この電動開閉弁96は閉状態に保たれる。従って、
水タンク90に注入された水は水タンク90内に収容さ
れ、ポンプ36,46によって燃料ガス供給部110に
供給される。一方、燃料電池システム100が完全に停
止した状態では、通常は、水タンク90内の水WRは戻
し配管94を経由して冷却材タンク70に戻される。従
って、燃料電池システム100が停止した状態では、こ
の燃料電池システム100内に純水は存在しない。な
お、本明細書における「純水」は、完全な純水である必
要は無く、ある程度の不純物が混入しているものも含む
広い意味を有する。換言すれば、「純水」とは、水溶液
でない水を意味している。なお、本明細書中では、「純
水」を単に「水」と呼ぶこともある。
At the bottom of the water tank 90, a return pipe 94 for collecting water in the water tank 90 into the coolant tank 70 is provided. The return pipe 94 is provided with an electric on-off valve 96. During the power generation of the fuel cell 50, the electric on-off valve 96 is kept closed. Therefore,
The water injected into the water tank 90 is stored in the water tank 90 and supplied to the fuel gas supply unit 110 by the pumps 36 and 46. On the other hand, when the fuel cell system 100 is completely stopped, the water WR in the water tank 90 is usually returned to the coolant tank 70 via the return pipe 94. Therefore, when the fuel cell system 100 is stopped, pure water does not exist in the fuel cell system 100. Note that the “pure water” in the present specification does not need to be completely pure water, but has a broad meaning including one containing some impurities. In other words, “pure water” means water that is not an aqueous solution. In this specification, “pure water” may be simply referred to as “water”.

【0029】水分離部80の周囲は、凍結防止用のヒー
タ88が巻かれている。このヒータ88は、分離水側8
0bの配管89を加熱するように配置されていてもよ
い。また、水タンク90や、他の水用の配管34,4
4,92にも、凍結防止用のヒータを設けるようにして
もよい。
Around the water separating section 80, a heater 88 for preventing freezing is wound. The heater 88 is connected to the separated water side 8.
0b may be arranged to heat the pipe 89. Further, the water tank 90 and other water pipes 34, 4
4, 92, a heater for preventing freezing may be provided.

【0030】図2は、第1実施例の燃料電池システム1
00の始動期間における水の供給状態を示す説明図であ
る。ここで、「始動期間」とは、始動時以後のある程度
の長さの期間を意味している。太線で描かれている配管
系は水の供給のために使用されている配管系を示してお
り、破線で描かれている配管系は現在使用されていない
配管系を示している。前述したように、燃料電池システ
ム100が停止した状態では、水タンク90内に純水は
存在しない。そこで、燃料電池システム100の始動時
には、水分離部80を用いて不凍性冷却材CLから水を
分離して、水タンク90内に収容する。
FIG. 2 shows a fuel cell system 1 according to the first embodiment.
It is explanatory drawing which shows the supply state of water in the starting period of 00. Here, the “starting period” means a period of a certain length after starting. A piping system drawn with a thick line indicates a piping system used for supplying water, and a piping system drawn with a broken line indicates a piping system that is not currently used. As described above, pure water does not exist in the water tank 90 when the fuel cell system 100 is stopped. Therefore, when the fuel cell system 100 is started, water is separated from the antifreeze coolant CL using the water separation unit 80 and stored in the water tank 90.

【0031】水分離部80による純水の分離量は、原水
側80aの入口側圧力と出口側圧力とに依存する。従っ
て、純水の分離量は、入口側圧力と出口側圧力とのうち
の少なくとも一方を調整することによって制御すること
ができる。例えば、入口側配管82に設けられたポンプ
84を制御することによって、原水側80aの入口側圧
力を調整することが可能である。また、出口側配管に設
けられた調整弁86の開度を調整することによって、原
水側80aの出口側圧力を調整することが可能である。
なお、入口側配管82に、調整弁や可変オリフィスなど
のような流体抵抗を調整できる装置を設けてもよい。ま
た、出口側の調整弁96の代わりに、ポンプや可変オリ
フィスを用いることも可能である。
The amount of pure water separated by the water separator 80 depends on the inlet pressure and the outlet pressure of the raw water 80a. Therefore, the amount of pure water separated can be controlled by adjusting at least one of the inlet pressure and the outlet pressure. For example, by controlling a pump 84 provided in the inlet pipe 82, the inlet pressure of the raw water side 80a can be adjusted. Further, by adjusting the opening of the adjustment valve 86 provided in the outlet pipe, the outlet pressure of the raw water side 80a can be adjusted.
The inlet pipe 82 may be provided with a device capable of adjusting the fluid resistance, such as an adjusting valve or a variable orifice. Also, a pump or a variable orifice can be used instead of the outlet-side regulating valve 96.

【0032】水タンク90内にある程度の水が溜まる
と、ポンプ36,46によって水WRを改質器30と加
湿器40に供給し、燃料ガス供給部110を運転して燃
料ガスFGの生成を開始する。この時点を判断するため
には、水タンク90に水位計を設けておくことが好まし
い。燃料ガスFGの供給が始まると、燃料電池50が始
動する。この後、燃料電池50の始動期間が終了する
と、燃料電池システム100が以下に説明する通常運転
に移行する。
When a certain amount of water is accumulated in the water tank 90, the water WR is supplied to the reformer 30 and the humidifier 40 by the pumps 36 and 46, and the fuel gas supply unit 110 is operated to generate the fuel gas FG. Start. In order to determine this point, it is preferable to provide a water level gauge in the water tank 90. When the supply of the fuel gas FG starts, the fuel cell 50 starts. Thereafter, when the startup period of the fuel cell 50 ends, the fuel cell system 100 shifts to the normal operation described below.

【0033】図3は、第1実施例の燃料電池システム1
00の通常運転時における水の供給状態を示す説明図で
ある。通常運転状態では、燃料ガスFG内の水蒸気の一
部は、排気ガスとともに外部に放出されて消失する。し
かし、燃料電池50内の電気化学反応によってFC生成
水FCWが常に生成されており、このFC生成水FCW
は、燃料電池システム100からの水の消失量を上回っ
ているのが普通である。そこで、通常運転時には、水分
離部80による水の分離処理を停止し、FC生成水FC
Wを改質器30と加湿器40に供給する。
FIG. 3 shows a fuel cell system 1 according to the first embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state of water supply during normal operation of the water supply system of FIG. In the normal operation state, part of the water vapor in the fuel gas FG is released to the outside together with the exhaust gas and disappears. However, the FC generated water FCW is always generated by the electrochemical reaction in the fuel cell 50, and the FC generated water FCW
Typically exceeds the amount of water lost from the fuel cell system 100. Therefore, during normal operation, the water separation process by the water separation unit 80 is stopped, and the FC generated water FC
W is supplied to the reformer 30 and the humidifier 40.

【0034】ところで、水分離部80による水の分離は
完全ではなく、分離水SW側にエチレングリコールなど
の凝固点降下剤がわずかに漏れ出す可能性もある。しか
し、本実施例では、通常運転時には、不凍性冷却材CL
から水を分離しないので、水の分離を継続することによ
って不凍性冷却材CL中の不凍化剤の濃度が過度に低下
してしまい、冷却材CLの不凍性が損なわれる、という
心配が無い。また、通常運転時には、水分離部80のた
めのポンプ84を停止するので、このポンプ84を運転
するための動力を節約できるという利点もある。
By the way, the water separation by the water separation unit 80 is not complete, and there is a possibility that a freezing point depressant such as ethylene glycol may slightly leak to the separated water SW side. However, in the present embodiment, during normal operation, the antifreeze coolant CL
Since the water is not separated from the water, the concentration of the antifreeze in the antifreeze coolant CL may be excessively reduced by continuing the separation of the water, and the antifreeze of the coolant CL may be impaired. There is no. In addition, since the pump 84 for the water separation unit 80 is stopped during the normal operation, there is an advantage that the power for operating the pump 84 can be saved.

【0035】なお、通常運転時においても水分離部80
の運転を停止せずに続行しておき、余分な水は、水タン
ク90から配管94を経由して冷却材タンク70に戻す
ようにしてもよい。このときも、分離された水が冷却材
CL中に戻されるので、実質的には冷却材CLからの水
の分離処理を停止しているものと考えることができる。
It should be noted that even during normal operation, the water separation unit 80
May be continued without stopping, and excess water may be returned from the water tank 90 to the coolant tank 70 via the pipe 94. Also at this time, since the separated water is returned into the coolant CL, it can be considered that the process of separating water from the coolant CL is substantially stopped.

【0036】なお、通常運転時に水分離部80の運転を
停止している場合にも、必要に応じて水分離部80の運
転を再開して、水タンク90に分離水SWを補給するよ
うにしてもよい。例えば、水タンク90に水位計を設け
ておき、水タンク90内の水位がある程度以下になった
ときに、水分離部80を運転するようにしてもよい。こ
うすれば、改質器30や加湿器40に供給すべき水が不
足することがないという利点がある。
Even when the operation of the water separation unit 80 is stopped during the normal operation, the operation of the water separation unit 80 is restarted as necessary to supply the water tank 90 with the separated water SW. You may. For example, a water level gauge may be provided in the water tank 90, and the water separating unit 80 may be operated when the water level in the water tank 90 becomes lower than a certain level. This has the advantage that there is no shortage of water to be supplied to the reformer 30 or the humidifier 40.

【0037】燃料電池50による発電が停止すると、シ
ステム100内の純水を水タンク90内に貯蔵しておく
必要が無くなる。また、凍結防止のためには、純水がシ
ステム100内に存在しないことが好ましい。そこで、
燃料電池50の運転が停止した後には、電動開閉弁96
が開き、これによって、水タンク90内の水が配管94
を経由して冷却材タンク70に回収される。また、水分
離部80の分離水側80bの水も、水タンク90と配管
94を経由して冷却材タンク70に回収される。なお、
水分離部80の分離水側80bの底部にも、冷却材タン
ク70に水を戻すための配管を設けておくようにしても
よい。このように、水タンク90と水分離部80内の水
を冷却材タンク70に回収すれば、燃料電池システム1
00内に純水が存在しなくなるので、気温が低下しても
純水が凍結するおそれがないという利点がある。
When the power generation by the fuel cell 50 is stopped, it becomes unnecessary to store the pure water in the system 100 in the water tank 90. Further, it is preferable that pure water does not exist in the system 100 to prevent freezing. Therefore,
After the operation of the fuel cell 50 is stopped, the electric on-off valve 96
Is opened, whereby the water in the water tank 90
And is collected in the coolant tank 70 via the Further, the water on the separated water side 80b of the water separation unit 80 is also collected in the coolant tank 70 via the water tank 90 and the pipe 94. In addition,
A pipe for returning water to the coolant tank 70 may also be provided at the bottom of the separated water side 80b of the water separation unit 80. As described above, if the water in the water tank 90 and the water separator 80 is collected in the coolant tank 70, the fuel cell system 1
Since the pure water no longer exists in 00, there is an advantage that the pure water does not freeze even if the temperature decreases.

【0038】なお、燃料電池50の運転の停止後におい
ても、特定の温度(気温や水温など)が0℃に近い所定
のしきい値よりも高いときには水タンク90の水をその
まま貯蔵しておき、特定の温度がそのしきい値以下にな
ったときに冷却材タンク70への水の回収を初めて行う
ようにしてもよい。こうすれば、水が凍結しない程度の
温度(気温または水温)のときに、水タンク90内に水
が貯蔵されたままで保たれるので、その後の燃料電池シ
ステム100の始動の際に、水分離部80を用いて水を
分離する必要がなくなるという利点がある。この結果、
燃料電池システム100の始動時間を短縮することがで
きる。なお、「0℃に近い温度」とは、好ましくは約0
℃〜約+5℃の範囲の温度を意味する。
Note that even after the operation of the fuel cell 50 is stopped, when the specific temperature (air temperature, water temperature, etc.) is higher than a predetermined threshold value close to 0 ° C., the water in the water tank 90 is stored as it is. Alternatively, water may be collected in the coolant tank 70 for the first time when the specific temperature falls below the threshold value. By doing so, the water is kept stored in the water tank 90 at a temperature (air temperature or water temperature) at which the water does not freeze, so that when the fuel cell system 100 is subsequently started, water separation is performed. There is an advantage that there is no need to separate water using the unit 80. As a result,
The startup time of the fuel cell system 100 can be reduced. The “temperature close to 0 ° C.” is preferably about 0 ° C.
A temperature in the range of from about 0C to about + 5C.

【0039】以上のように、第1実施例では、燃料電池
システム100の始動時には不凍性冷却材CLから水を
分離した水を用いて改質器30や加湿器40に水を供給
し、一方、通常運転時には不凍性冷却材CLからの水の
分離を停止して、燃料電池50からのFC生成水FCW
を改質器30や加湿器40に供給するようにしている。
従って、通常運転時において、水分離部80を常に運転
させる必要がないという利点がある。この結果、仮に水
分離部80の分離水側80bに凝固点降下剤が浸み出し
ているとしても、不凍性冷却材CLの濃度が過度に低下
することがないという利点がある。
As described above, in the first embodiment, when the fuel cell system 100 is started, water is supplied to the reformer 30 and the humidifier 40 by using water separated from the antifreeze coolant CL. On the other hand, during normal operation, the separation of water from the antifreeze coolant CL is stopped, and the FC generated water FCW from the fuel cell 50 is stopped.
Is supplied to the reformer 30 and the humidifier 40.
Therefore, there is an advantage that it is not necessary to always operate the water separation unit 80 during normal operation. As a result, even if the freezing point depressant seeps into the separated water side 80b of the water separation unit 80, there is an advantage that the concentration of the antifreeze coolant CL does not excessively decrease.

【0040】また、第1実施例では、燃料電池システム
100の停止後に、システム内の水を不凍性冷却材CL
中に回収するようにしたので、気温が低下してもシステ
ム内の水が凍結する恐れが少ないという利点がある。
In the first embodiment, after the fuel cell system 100 is stopped, the water in the system is replaced with the antifreeze coolant CL.
Since the water is collected inside, there is an advantage that the water in the system is less likely to freeze even when the temperature decreases.

【0041】B.第2実施例:図4は、本発明の第2実
施例としての燃料電池システム100aの構成を示すブ
ロック図である。この燃料電池システム100aでは、
水分離部80の不凍性冷却材CLの入口側配管82と出
口側配管83に、それぞれ流量計85,87が設けられ
ている。また、燃料電池50から水タンク90に至るF
C生成水用の配管92にも流量計93が設けられてい
る。さらに、冷却材タンク70には、不凍性冷却材CL
中の不凍化剤(凝固点降下剤)の濃度を測定するための
濃度センサ76が設けられている。冷却部120は、外
気温を測定するための温度センサ77と、センサ76,
77からの信号に応じて警報を表示する警報パネル78
とを有している。第2実施例の燃料電池システム100
aのその他の構成は、図1に示した第1実施例の燃料電
池システム100と同じである。
B. Second Embodiment FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 100a according to a second embodiment of the present invention. In this fuel cell system 100a,
Flow meters 85 and 87 are provided on the inlet-side pipe 82 and the outlet-side pipe 83 of the antifreeze coolant CL of the water separator 80, respectively. Further, F from the fuel cell 50 to the water tank 90
A flow meter 93 is also provided in the pipe 92 for the C generated water. Further, the coolant tank 70 contains the antifreeze coolant CL.
A concentration sensor 76 is provided for measuring the concentration of the antifreezing agent (freezing point depressant) therein. The cooling unit 120 includes a temperature sensor 77 for measuring the outside air temperature, a sensor 76,
Alarm panel 78 for displaying an alarm in response to a signal from 77
And Second Embodiment Fuel Cell System 100
Other configurations of a are the same as those of the fuel cell system 100 of the first embodiment shown in FIG.

【0042】第2実施例の燃料電池システム100aで
は、流量計85,87での流量の差から、分離水SWの
生成量を精度良く推定することが可能である。従って、
ポンプ84や調整弁86等を用いて、分離水SWの生成
量を精度良く制御することができる。
In the fuel cell system 100a of the second embodiment, it is possible to accurately estimate the generation amount of the separated water SW from the difference between the flow rates of the flow meters 85 and 87. Therefore,
By using the pump 84, the regulating valve 86, and the like, the amount of generated separated water SW can be accurately controlled.

【0043】また、流量計93を用いてFC生成水FC
Wの生成量を測定できるので、ここで測定されたFC生
成水FCWの量が所定値に達しているか否かを容易に判
断することができる。従って、例えば、FC生成水FC
Wの量の測定値が所定値以上になったときに、水分離部
80の運転を停止させることが可能である。なお、流量
計93が無い場合にも、燃料電池50の発電量からFC
生成水FCWの量を予測することは可能である。従っ
て、燃料電池50の発電量からFC生成水FCWの生成
量を予測し、その予測量が所定値以上になったときに、
水分離部80の運転を停止するようにしてもよい。
Further, using the flow meter 93, the FC produced water FC
Since the amount of W generated can be measured, it can be easily determined whether or not the amount of FC generated water FCW measured here has reached a predetermined value. Therefore, for example, FC generated water FC
When the measured value of the amount of W becomes equal to or more than a predetermined value, the operation of the water separation unit 80 can be stopped. It should be noted that even when the flow meter 93 is not provided, the amount of FC
It is possible to predict the amount of generated water FCW. Therefore, the generation amount of FC generated water FCW is predicted from the power generation amount of the fuel cell 50, and when the predicted amount is equal to or more than a predetermined value,
The operation of the water separation unit 80 may be stopped.

【0044】ところで、不凍性冷却材CL中の不凍化剤
の濃度には、適正な範囲がある。すなわち、不凍化剤の
濃度が高すぎると、冷却部120の循環特性が低下する
可能性がある。一方、不凍化剤の濃度が低すぎると、不
凍性が低下する。そこで、第2実施例では、濃度センサ
76を用いて不凍化剤の濃度を測定し、その測定値が所
定の適正範囲外になると、警報パネル78に警告を表示
する。例えば、燃料電池システム100aが車両に搭載
されている場合には、運転席のインストルメントパネル
上にこの警告が表示される。
The concentration of the antifreezing agent in the antifreeze coolant CL has an appropriate range. That is, if the concentration of the antifreezing agent is too high, the circulation characteristics of the cooling unit 120 may deteriorate. On the other hand, if the concentration of the antifreezing agent is too low, the antifreezing property is reduced. Therefore, in the second embodiment, the concentration of the antifreezing agent is measured using the concentration sensor 76, and when the measured value is out of the predetermined appropriate range, a warning is displayed on the warning panel 78. For example, when the fuel cell system 100a is mounted on a vehicle, this warning is displayed on an instrument panel in a driver's seat.

【0045】この警告は、不凍化剤(例えばエチレング
リコール)を補給する必要があることや、水を補給する
必要があることを運転者に通知するためのものである。
なお、不凍化剤を補給する必要があることを示す警告
は、温度センサ77で測定された外気温が0℃に近い所
定のしきい値(例えば5℃)以上のときには、その警告
の発生が中止されるようにしてもよい。この理由は、こ
のような場合には不凍化剤を補給しなくても冷却材CL
が凍結する恐れが少ないためである。なお、警告の発生
を中止するための条件としては、上記以外の種々の条件
を設定することが可能である。例えば、外気温が0℃に
近い所定のしきい値(例えば5℃)以上である時間が、
所定期間(例えば24時間)以上継続しているときに、
警告の発生を中止するようにしてもよい。
This warning is for notifying the driver that it is necessary to supply an antifreezing agent (for example, ethylene glycol) or to supply water.
The warning indicating that the antifreezing agent needs to be supplied is issued when the outside air temperature measured by the temperature sensor 77 is equal to or higher than a predetermined threshold value close to 0 ° C. (for example, 5 ° C.). May be stopped. The reason is that in such a case, the coolant
Is less likely to freeze. Various conditions other than those described above can be set as conditions for stopping the generation of the warning. For example, the time when the outside air temperature is equal to or higher than a predetermined threshold value (for example, 5 ° C.) close to 0 ° C.
When it has continued for a predetermined period (for example, 24 hours),
The generation of the warning may be stopped.

【0046】なお、濃度センサ76以外のセンサを用い
て、不凍性冷却材CL中の不凍化剤の濃度を実質的に示
す濃度指標値(例えば導電率など)を測定することも可
能である。
It is also possible to use a sensor other than the concentration sensor 76 to measure a concentration index value (for example, conductivity) substantially indicating the concentration of the antifreezing agent in the antifreeze coolant CL. is there.

【0047】C.変形例:なお、この発明は上記の実施
例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲において種々の態様において実施することが
可能であり、例えば次のような変形も可能である。
C. Modifications: The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be carried out in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are also possible. is there.

【0048】C1.変形例1:上記各実施例の構成要素
の一部は省略することが可能である。例えば、水タンク
90を省略し、水分離部80で分離された分離水を、そ
のまま配管を経由して改質器30や加湿器40に供給す
るようにしてもよい。但し、水タンク90を設けるよう
にすれば、水の回収や分配が容易になるという利点があ
る。
C1. Modification Example 1 Some of the components of the above embodiments can be omitted. For example, the water tank 90 may be omitted, and the separated water separated by the water separation unit 80 may be supplied to the reformer 30 or the humidifier 40 via a pipe as it is. However, if the water tank 90 is provided, there is an advantage that the collection and distribution of water becomes easy.

【0049】C2.変形例2:燃料ガス供給部110と
しては、改質器30を用いて原燃料ガスを改質するタイ
プの装置に限らず、水素ガスを供給する任意の装置を利
用することが可能である。例えば、原燃料タンク20と
改質器30の代わりに、水素ガスタンクや水素貯蔵合金
などのように水素を貯蔵する水素貯蔵部を利用すること
ができる。この場合には、改質用の水は不要なので、不
凍性冷却材CLから分離された水は主に加湿用に用いら
れる。
C2. Modification Example 2 As the fuel gas supply unit 110, not only a device that reforms the raw fuel gas using the reformer 30 but also any device that supplies hydrogen gas can be used. For example, instead of the raw fuel tank 20 and the reformer 30, a hydrogen storage unit that stores hydrogen such as a hydrogen gas tank or a hydrogen storage alloy can be used. In this case, since the water for reforming is unnecessary, the water separated from the antifreeze coolant CL is mainly used for humidification.

【0050】C3.変形例3:上記各実施例では、始動
時には水分離部80を用いて分離した水を燃料ガス供給
部110に供給し、通常運転時には水の分離を停止して
FC生成水FCWを燃料ガス供給部110に供給してい
た。しかし、このような運転状態による水の供給態様の
切り替えは、これ以外の条件を用いて行うことも可能で
ある。例えば、特定箇所の温度(外気温や冷却材CLの
温度など)が、0℃に近い所定のしきい値よりも低いと
きには、通常運転時においても、水分離部80を用いて
分離した水を燃料ガス供給部110に供給するようにし
てもよい。また、その特定箇所の温度がしきい値よりも
高いときには、通常運転時においては水の分離を停止
し、FC生成水FCWを燃料ガス供給部110に供給す
るようにすればよい。このような態様によれば、外気温
が低いときにFC生成水が凍結してしまい、燃料ガス供
給部110に水を供給できなくなることを防止できると
いう利点がある。
C3. Modified Example 3: In each of the above embodiments, the water separated by using the water separation unit 80 is supplied to the fuel gas supply unit 110 at the time of startup, and the water separation is stopped during normal operation to supply the FC generated water FCW with the fuel gas. To the unit 110. However, the switching of the water supply mode according to such an operation state can be performed using other conditions. For example, when the temperature of a specific portion (such as the outside air temperature or the temperature of the coolant CL) is lower than a predetermined threshold value close to 0 ° C., the water separated using the water separation unit 80 is also used during normal operation. You may make it supply to the fuel gas supply part 110. Further, when the temperature of the specific portion is higher than the threshold value, the separation of water is stopped during the normal operation, and the FC generated water FCW may be supplied to the fuel gas supply unit 110. According to such an embodiment, there is an advantage that it is possible to prevent the FC generated water from freezing when the outside air temperature is low, so that water cannot be supplied to the fuel gas supply unit 110.

【0051】また、燃料電池システム100の始動時に
おいても、水供給部130内に(すなわち水タンク90
内に)ある程度以上の水が貯蔵されている場合には、水
分離部80による水の分離を行わないようにしてもよ
い。こうすれば、始動期間を短縮することができるとい
う利点がある。
When the fuel cell system 100 is started, the water supply unit 130 (ie, the water tank 90)
If a certain amount or more of water is stored, the water separation unit 80 may not perform water separation. This has the advantage that the starting period can be shortened.

【0052】以上の説明から理解できるように、水供給
部130は、所定の第1の運転状態においては不凍性冷
却材から水を分離して、分離された水を燃料ガス供給部
に供給し、一方、所定の第2の運転状態においては、不
凍性冷却材からの水の分離を停止するとともに、FC生
成水を燃料ガス供給部に供給するようにすればよい。
As can be understood from the above description, the water supply unit 130 separates water from the antifreeze coolant in the predetermined first operation state, and supplies the separated water to the fuel gas supply unit. On the other hand, in the predetermined second operation state, the separation of the water from the antifreeze coolant may be stopped, and the FC generated water may be supplied to the fuel gas supply unit.

【0053】C4.変形例4:上記実施例では、水素リ
ッチガスHRGを加湿器40で加湿する構成例を示した
が、加湿器40無しの構成も可能である。この場合、水
タンク90からの水WRの供給は、改質器30のみとな
る。加湿器40を省略できる理由は、改質器30で生成
される水素リッチガスHRGには水分がもともと含まれ
ているからである。すなわち、改質器30で生成される
水素リッチガスHRGに新たに水分を添加すること無く
燃料電池に燃料ガスとして供給する燃料電池システムの
構成が可能である。
C4. Modification Example 4 In the above-described embodiment, the configuration example in which the hydrogen-rich gas HRG is humidified by the humidifier 40 has been described. In this case, the supply of the water WR from the water tank 90 is performed only by the reformer 30. The reason that the humidifier 40 can be omitted is that the hydrogen-rich gas HRG generated by the reformer 30 originally contains moisture. That is, it is possible to configure a fuel cell system that supplies the fuel gas to the fuel cell as a fuel gas without newly adding moisture to the hydrogen-rich gas HRG generated by the reformer 30.

【0054】一方では、燃料電池に供給される空気AR
を加湿するシステムも提案されている。上記実施例で
は、水素リッチガスHRGの供給路(すなわち燃料ガス
FGの供給路)に加湿器40を設けていたが、これに加
えて、燃料電池用の空気ARの供給路にも加湿器を設け
るようにしてもよい。この場合には、水供給部130
は、不凍性冷却材CLから分離された水やFC生成水
を、空気ARの供給部(酸化ガス供給部)にも供給する
ことになる。なお、燃料ガスFGの供給路には加湿器を
設けずに、空気ARの供給路にのみ加湿器を設けるよう
にしてもよい。また、燃料ガスFGの供給路と、空気A
Rの供給路のいずれにも加湿器が設けられていない構成
としてもよい。
On the other hand, the air AR supplied to the fuel cell
Humidification systems have also been proposed. In the above embodiment, the humidifier 40 is provided in the supply path of the hydrogen-rich gas HRG (that is, the supply path of the fuel gas FG). In addition, the humidifier is also provided in the supply path of the air AR for the fuel cell. You may do so. In this case, the water supply unit 130
Will also supply the water separated from the antifreeze coolant CL and the FC generated water to the supply unit (oxidizing gas supply unit) of the air AR. Note that a humidifier may be provided only in the supply path of the air AR without providing a humidifier in the supply path of the fuel gas FG. Further, the supply path of the fuel gas FG and the air A
The humidifier may not be provided in any of the R supply paths.

【0055】上述の説明から理解できるように、本発明
の水供給部は、燃料電池に反応ガスを供給するための反
応ガス供給部に、不凍性冷却材CLから分離された水や
FC生成水を供給するように構成されていればよい。こ
こで、「反応ガス」とは、燃料電池内の電気化学反応に
利用されるガスを意味しており、水素を含む燃料ガスと
酸素を含む酸化ガスとを含んでいる。また、「反応ガス
供給部」は、水素を含む燃料ガスを供給する燃料ガス供
給部と、酸素を含む酸化ガスを供給する酸化ガス供給部
とを含んでいる。
As can be understood from the above description, the water supply section of the present invention is provided with a reaction gas supply section for supplying a reaction gas to the fuel cell, and is provided with water separated from the antifreeze coolant CL and FC generation. What is necessary is just to be comprised so that water may be supplied. Here, the “reaction gas” means a gas used for an electrochemical reaction in the fuel cell, and includes a fuel gas containing hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen. Further, the “reaction gas supply unit” includes a fuel gas supply unit that supplies a fuel gas containing hydrogen and an oxidizing gas supply unit that supplies an oxidizing gas containing oxygen.

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

【図1】本発明の一実施例としての燃料電池システム1
00の構成を示すブロック図。
FIG. 1 shows a fuel cell system 1 according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of 00.

【図2】第1実施例の燃料電池システム100の始動期
間における水の供給状態を示す説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a water supply state during a start-up period of the fuel cell system 100 according to the first embodiment.

【図3】第1実施例の燃料電池システム100の通常の
運転時における水の供給状態を示す説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a water supply state during normal operation of the fuel cell system 100 according to the first embodiment.

【図4】本発明の第2実施例としての燃料電池システム
100aの構成を示すブロック図。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 100a as a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20…原燃料タンク 30…改質器 34…配管 36…ポンプ 40…加湿器 44…配管 46…ポンプ 50…燃料電池 60…熱交換器 70…冷却材タンク 72…循環路 74…ポンプ 76…濃度センサ 77…温度センサ 78…警報パネル 80…水分離部 80a…原水側 80b…分離水側 82…入口側配管 83…出口側配管 84…ポンプ 85…流量計 86…電動調整弁 87…流量計 88…ヒータ 89…配管 90…水タンク 92…配管 93…流量計 94…配管 96…電動開閉弁 100,100a…燃料電池システム 110…燃料ガス供給部 120…冷却部(冷却系) 130…水供給部 AR…空気 CL…不凍性冷却材 FCW…FC生成水 FG…燃料ガス HRG…水素リッチガス OF…原燃料 SW…分離水 WR…水 20 ... raw fuel tank 30 ... reformer 34 ... pipe 36 ... pump 40 ... humidifier 44 ... pipe 46 ... pump 50 ... fuel cell 60 ... heat exchanger 70 ... coolant tank 72 ... circulation path 74 ... pump 76 ... concentration Sensor 77 Temperature sensor 78 Alarm panel 80 Water separation unit 80a Raw water side 80b Separated water side 82 Inlet piping 83 Outlet piping 84 Pump 85 Flow meter 86 Electric regulating valve 87 Flow meter 88 ... Heater 89 ... Pipe 90 ... Water tank 92 ... Pipe 93 ... Flow meter 94 ... Pipe 96 ... Electric open / close valve 100,100a ... Fuel cell system 110 ... Fuel gas supply unit 120 ... Cooling unit (cooling system) 130 ... Water supply unit AR: Air CL: Antifreeze coolant FCW: FC generated water FG: Fuel gas HRG: Hydrogen rich gas OF: Raw fuel SW: Separated water WR: Water

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 博道 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 中田 俊秀 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 5H027 AA02 BA05 BA06 KK08 KK31 KK48 MM12  ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Hiromichi Sato 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (72) Inventor Toshihide Nakata 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation F Terms (reference) 5H027 AA02 BA05 BA06 KK08 KK31 KK48 MM12

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料電池システムであって、 燃料電池と、 前記燃料電池内における電気化学反応に用いられる反応
ガスを供給するための反応ガス供給部と、 水と不凍化剤とを含む不凍性冷却材を用いて前記燃料電
池を冷却するための冷却部と、 前記反応ガス供給部に水を供給するための水供給部と、
を備えており、 前記水供給部は、前記不凍性冷却材から水を分離するた
めの水分離部を有しており、 前記水供給部は、(i)所定の第1の運転状態において
は、前記水分離部を用いて前記不凍性冷却材から水を分
離して、分離された水を前記反応ガス供給部に供給し、
(ii)所定の第2の運転状態においては、前記不凍性
冷却材からの水の分離を停止するとともに、前記燃料電
池内の電気化学反応で生成された水を前記反応ガス供給
部に供給することを特徴とする燃料電池システム。
1. A fuel cell system, comprising: a fuel cell; a reaction gas supply unit for supplying a reaction gas used for an electrochemical reaction in the fuel cell; and a water and an antifreezing agent. A cooling unit for cooling the fuel cell using a frost coolant, a water supply unit for supplying water to the reaction gas supply unit,
Wherein the water supply unit has a water separation unit for separating water from the antifreeze coolant, and the water supply unit (i) in a predetermined first operation state Is used to separate water from the antifreeze coolant using the water separation unit, and supply the separated water to the reaction gas supply unit;
(Ii) in the second predetermined operating state, stopping the separation of water from the antifreeze coolant and supplying water generated by an electrochemical reaction in the fuel cell to the reaction gas supply unit. A fuel cell system comprising:
【請求項2】 請求項1記載の燃料電池システムであっ
て、 前記第1の運転状態は、前記燃料電池システムの始動時
を含む、燃料電池システム。
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the first operating state includes a time when the fuel cell system is started.
【請求項3】 請求項1または2記載の燃料電池システ
ムであって、 前記第1の運転状態は所定の第1の温度が第1のしきい
値未満である状態を含み、前記第2の運転状態は前記第
1の温度が前記第1のしきい値を超える状態を含む、燃
料電池システム。
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the first operating state includes a state in which a predetermined first temperature is lower than a first threshold value, and the second operating state includes a state in which the second temperature is lower than a first threshold value. The operating state includes a state in which the first temperature exceeds the first threshold value.
【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の燃
料電池システムであって、 前記水供給部は、前記第1の運転状態において、前記水
分離部の入口側と出口側の少なくとも一方における前記
不凍性冷却材の圧力を調整することによって、前記水分
離部において分離される水量を調整する水量調整部を有
する、燃料電池システム。
4. The fuel cell system according to claim 1, wherein the water supply unit is at least one of an inlet side and an outlet side of the water separation unit in the first operation state. A fuel cell system, comprising: a water amount adjusting unit that adjusts an amount of water separated in the water separating unit by adjusting a pressure of the antifreeze coolant in (1).
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかに記載の燃
料電池システムであって、 前記水供給部は、さらに、 前記不凍性冷却材を収容するための冷却材タンクと、 前記水分離部から排出される不凍性冷却材を前記冷却材
タンクに回収するための配管系とを有する、燃料電池シ
ステム。
5. The fuel cell system according to claim 1, wherein the water supply unit further comprises: a coolant tank for containing the antifreeze coolant; and the water separation unit. A piping system for collecting the antifreeze coolant discharged from the section into the coolant tank.
【請求項6】 請求項1ないし5のいずれかに記載の燃
料電池システムであって、 前記水供給部は、さらに、前記水分離部で分離された水
を収容するための水タンクを有しており、前記水タンク
内の水を前記反応ガス供給部に供給する、燃料電池シス
テム。
6. The fuel cell system according to claim 1, wherein the water supply unit further includes a water tank for storing the water separated by the water separation unit. A fuel cell system for supplying water in the water tank to the reaction gas supply unit.
【請求項7】 請求項6記載の燃料電池システムであっ
て、 前記水供給部は、前記燃料電池の運転が停止した後に、
前記水タンク内の水を前記冷却部内の前記不凍性冷却材
中に回収する、燃料電池システム。
7. The fuel cell system according to claim 6, wherein the water supply unit stops operating the fuel cell.
A fuel cell system for collecting water in the water tank into the antifreeze coolant in the cooling unit.
【請求項8】 請求項1ないし7のいずれかに記載の燃
料電池システムであって、 前記水供給部は、前記燃料電池の運転が停止した後に、
前記燃料電池内の電気化学反応で生成されていた水を前
記冷却部内の前記不凍性冷却材中に回収する、燃料電池
システム。
8. The fuel cell system according to claim 1, wherein the water supply unit stops operating the fuel cell.
A fuel cell system, wherein water generated by an electrochemical reaction in the fuel cell is collected in the antifreeze coolant in the cooling unit.
【請求項9】 請求項8記載の燃料電池システムであっ
て、 前記水供給部は、前記不凍性冷却材中への水の回収を、
前記燃料電池の運転が停止した後に所定の第2の温度が
第2のしきい値以下になったときに実行する、燃料電池
システム。
9. The fuel cell system according to claim 8, wherein the water supply unit collects water into the antifreeze coolant,
A fuel cell system which is executed when a predetermined second temperature becomes equal to or lower than a second threshold after the operation of the fuel cell is stopped.
【請求項10】 請求項9記載の燃料電池システムであ
って、 前記水供給部は、前記燃料電池システムの始動時におい
ても、前記水供給部内に所定量以上の水が存在するとき
には、前記不凍性冷却材からの水の分離を中止する、燃
料電池システム。
10. The fuel cell system according to claim 9, wherein the water supply unit is configured to stop the water supply unit when a predetermined amount or more of water is present in the water supply unit even when the fuel cell system is started. A fuel cell system that stops the separation of water from freezing coolant.
【請求項11】 請求項1ないし10のいずれかに記載
の燃料電池システムであって、 前記水供給部は、さらに、凍結防止のために前記水分離
部を加熱する加熱部を有する、燃料電池システム。
11. The fuel cell system according to claim 1, wherein the water supply unit further includes a heating unit that heats the water separation unit to prevent freezing. system.
【請求項12】 請求項1ないし11のいずれかに記載
の燃料電池システムであって、さらに、 前記不凍性冷却材中の前記不凍化剤の濃度を実質的に示
す濃度指標値を測定するための濃度測定部と、 前記不凍化剤の濃度の測定値に応じて、前記不凍化剤と
水のいずれかを前記冷却部に補給する必要があることを
示す警告を行う警告部と、を備える燃料電池システム。
12. The fuel cell system according to claim 1, further comprising: measuring a concentration index value substantially indicating a concentration of the antifreezing agent in the antifreeze coolant. A concentration measurement unit for performing, according to the measured value of the concentration of the antifreeze agent, a warning unit that warns that it is necessary to replenish the cooling unit with either the antifreeze agent or water And a fuel cell system comprising:
【請求項13】 請求項12記載の燃料電池システムで
あって、 前記警告部は、前記不凍化剤の濃度の測定値から前記不
凍化剤を補給する必要があると判断される場合において
も、所定の第3の温度が第3のしきい値以上のときには
前記警告の発生を中止する、燃料電池システム。
13. The fuel cell system according to claim 12, wherein the warning unit determines that it is necessary to replenish the antifreezing agent from a measured value of the concentration of the antifreezing agent. Also, when the predetermined third temperature is equal to or higher than a third threshold, the generation of the warning is stopped.
【請求項14】 燃料電池と、前記燃料電池内における
電気化学反応に用いられる反応ガスを供給するための反
応ガス供給部と、水と不凍化剤とを含む不凍性冷却材を
用いて前記燃料電池を冷却するための冷却部とを備える
燃料電池システムの運転方法であって、 (i)所定の第1の運転状態においては、前記不凍性冷
却材から水を分離して、分離された水を前記反応ガス供
給部に供給し、(ii)所定の第2の運転状態において
は、前記不凍性冷却材からの水の分離を停止するととも
に、前記燃料電池内の電気化学反応で生成された水を前
記反応ガス供給部に供給することを特徴とする燃料電池
システムの運転方法。
14. A fuel cell, a reactant gas supply unit for supplying a reactant gas used for an electrochemical reaction in the fuel cell, and an antifreeze coolant containing water and an antifreeze agent. A method of operating a fuel cell system comprising: a cooling unit for cooling the fuel cell, wherein (i) in a first predetermined operating state, separating water from the antifreeze coolant; (Ii) in a predetermined second operation state, stopping the separation of water from the antifreeze coolant and the electrochemical reaction in the fuel cell. Supplying the water generated in step (1) to the reaction gas supply unit.
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