JP2002093445A - Fuel cell device and its operation method - Google Patents

Fuel cell device and its operation method

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JP2002093445A
JP2002093445A JP2000275638A JP2000275638A JP2002093445A JP 2002093445 A JP2002093445 A JP 2002093445A JP 2000275638 A JP2000275638 A JP 2000275638A JP 2000275638 A JP2000275638 A JP 2000275638A JP 2002093445 A JP2002093445 A JP 2002093445A
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JP
Japan
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fuel cell
temperature
air
heating
cell device
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JP2000275638A
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Japanese (ja)
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Koichi Shiraishi
剛一 白石
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Equos Research Co Ltd
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Equos Research Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve power generation efficiency at the startup and to thaw ice in a fuel cell device at a low temperature such as the freezing point, in a fuel cell device for feeding the air to a fuel cell at normal pressure. SOLUTION: For this fuel cell device provided with the fuel cell 1 and an air feeding means 30 for feeding the air to the air electrode thereof at normal pressure, a temperature sensing means 5 for sensing the temperature of the fuel cell, and an air heating means 60 for heating the fed air based on the temperature sensed thereby. Since the fuel cell is warmed by the fed air, high heating capability can be set without increasing the size of the device, the power generation efficiency at the startup can be improved and a warming period for thawing the ice in the device can be reduced.

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、燃料電池装置とそ
の運転方法に関し、特に低温時において燃料電池を効率
良く発電させる技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system and a method of operating the same, and more particularly to a technique for efficiently generating power in a fuel cell at a low temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池の一形式として、高分子固体電
解質膜を用いるものがある。この形式の燃料電池は、発
電ロスによる発熱が小さいため、常温での発電効率が良
好である反面、低温では、発電効率が極端に低くなると
いう特性を有する。したがって、この燃料電池は、冷機
状態での始動直後に十分な発電能力を発揮させることが
困難である。
2. Description of the Related Art As one type of fuel cell, there is a type using a polymer solid electrolyte membrane. This type of fuel cell has good power generation efficiency at normal temperature because heat generation due to power generation loss is small, but has a characteristic that power generation efficiency becomes extremely low at low temperatures. Therefore, it is difficult for this fuel cell to exhibit sufficient power generation capacity immediately after starting in a cold state.

【0003】こうした冷機状態への対応に関して、従
来、燃料電池装置の循環冷却水を加熱し、これを用いて
燃料電池を暖機する技術がある。その1つとしては、冷
却水を加熱して燃料電池に供給し、暖機する方法で、例
えば特開平7−94202号公報に開示の技術では、冷
却水循環系の貯水タンクにヒータを内臓させ、始動時に
このヒータを二次電池又は燃料電池からの電力供給で作
動させるものである。また、他の方法として、加圧式の
空気供給方式を採る燃料電池装置において、空気供給コ
ンプレッサの断熱圧縮に伴う熱で暖められた空気を送り
暖機するという方法もある。
In order to cope with such a cold state, conventionally, there is a technique of heating circulating cooling water of a fuel cell device and warming up the fuel cell using the same. One of them is a method of heating cooling water and supplying it to the fuel cell to warm it up. For example, in the technology disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-94202, a heater is built in a water storage tank of a cooling water circulation system. At the time of starting, this heater is operated by power supply from a secondary battery or a fuel cell. As another method, in a fuel cell device employing a pressurized air supply system, there is a method in which air warmed by heat associated with adiabatic compression of an air supply compressor is sent and warmed up.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
冷却水を加熱して燃料電池に供給する技術では、冷却媒
体及び冷却装置の熱容量が大きく、しかも燃料電池セル
全体を暖めるため、暖気に要する動力が大きくなる。ま
た、冷却循環系を有するため、燃料電池セルのスタック
やシステム全体が大型になる。他方、断熱圧縮に伴う熱
で暖機する方式では、加圧方式であることから、供給で
きる空気量に制限があり、加熱量が小さい。また、供給
空気温度が高くなり、局所的に高温な部分ができ、電
極、電解質膜、シール材の破損の恐れがある。
However, in the above-described technology of heating the cooling water and supplying it to the fuel cell, the heat capacity of the cooling medium and the cooling device is large, and the power required for warm-up is increased because the entire fuel cell is warmed. Becomes larger. In addition, since a cooling circulation system is provided, the stack of fuel cells and the entire system become large. On the other hand, in the method of warming up with heat accompanying the adiabatic compression, the amount of air that can be supplied is limited and the amount of heating is small because of the pressurization method. In addition, the supply air temperature increases, and a high-temperature portion is locally formed, which may cause damage to the electrodes, the electrolyte membrane, and the sealant.

【0005】そこで本発明は、空気を燃料電池セルに供
給する燃料電池装置において、燃料電池装置を供給空気
で暖機することで、始動時の燃料電池の発電効率を向上
させ、又は氷点下など低温下での装置内の水を解凍する
装置を提供することを第1の目的とする。次に本発明
は、上記燃料電池装置において、始動時の燃料電池の発
電効率を向上させ、又は氷点下など低温下での装置内の
水を解凍する運転方法を提供することを第2の目的とす
る。
Accordingly, the present invention provides a fuel cell device for supplying air to a fuel cell, in which the power generation efficiency of the fuel cell at the time of starting is improved by warming up the fuel cell device with the supplied air, or a low temperature such as below freezing. It is a primary object to provide a device for thawing water in the device below. A second object of the present invention is to provide an operation method for improving the power generation efficiency of the fuel cell at the time of start-up or thawing water in the device at a low temperature such as below freezing in the fuel cell device. I do.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、燃料電池セルと、該燃料電池セルの空気
極に空気を供給する空気供給手段とを備える燃料電池装
置において、前記燃料電池セルの温度を検出する温度検
出手段と、該温度検出手段により検出される燃料電池セ
ルの温度に基づいて供給空気を加熱する空気加熱手段が
設けられたことを構成とする。
According to the present invention, there is provided a fuel cell apparatus comprising a fuel cell and air supply means for supplying air to an air electrode of the fuel cell. Temperature detection means for detecting the temperature of the fuel cell, and air heating means for heating the supply air based on the temperature of the fuel cell detected by the temperature detection means are provided.

【0007】上記構成において、空気供給手段は、回転
ファンとするのが有効である。
In the above configuration, it is effective that the air supply means is a rotating fan.

【0008】上記いずれかの構成において、温度検出手
段は、燃料電池セルからの排出空気の温度を検出する構
成とするのが有効である。
In any of the above structures, it is effective that the temperature detecting means is configured to detect the temperature of the air discharged from the fuel cell.

【0009】あるいは、上記温度検出手段は、燃料電池
セルへの供給空気の温度を検出する構成としてもよい。
Alternatively, the temperature detecting means may be configured to detect a temperature of air supplied to the fuel cell.

【0010】また、上記いずれかの構成において、空気
供給手段は、温度検出手段により検出される燃料電池セ
ルの温度に基づいて供給空気の量を制御する構成を採る
と更に有効である。
Further, in any of the above configurations, it is further effective that the air supply means is configured to control the amount of supply air based on the temperature of the fuel cell detected by the temperature detection means.

【0011】また、上記いずれかの構成において、空気
加熱手段は、温度検出手段により検出される燃料電池セ
ルの温度に基づいて供給空気の加熱量を制御する構成を
採るのも有効である。
In any of the above configurations, it is also effective to employ a configuration in which the air heating means controls the heating amount of the supplied air based on the temperature of the fuel cell detected by the temperature detection means.

【0012】更に、上記いずれかの構成において、燃料
電池セルの空気極の表面に水を液体の状態で供給する水
供給手段を備え、該水供給手段は、空気加熱手段と燃料
電池セルとの間に配置された構成を採るのも有効であ
る。
Further, in any one of the above structures, there is provided a water supply means for supplying water in a liquid state to the surface of the air electrode of the fuel cell, wherein the water supply means is provided between the air heating means and the fuel cell. It is also effective to adopt a configuration arranged between them.

【0013】次に本発明は、燃料電池セルの空気極に、
空気供給手段により空気を供給しつつ、温度検出手段に
より検出される燃料電池セルの温度に応じて空気加熱手
段により供給空気を加熱する燃料電池装置の運転方法に
おいて、前記温度検出手段により検出される燃料電池セ
ルの温度が、設定下限温度を下回るときに、前記加熱手
段を作動させ、設定上限温度を上回るときに、前記加熱
手段の作動を停止させることを構成とする。
[0013] Next, the present invention provides an air electrode of a fuel cell,
In the operating method of the fuel cell device, in which the supply air is heated by the air heating means according to the temperature of the fuel cell detected by the temperature detection means while the air is supplied by the air supply means, the temperature is detected by the temperature detection means When the temperature of the fuel cell is lower than the set lower limit temperature, the heating unit is operated, and when the temperature exceeds the set upper limit temperature, the operation of the heating unit is stopped.

【0014】上記の方法において、設定上限温度と設定
下限温度との間に所定の温度差をもたせた構成にするの
が有効である。
In the above method, it is effective to adopt a configuration in which a predetermined temperature difference is provided between the set upper limit temperature and the set lower limit temperature.

【0015】上記いずれかの方法において、温度検出手
段により検出される燃料電池セルの温度が、燃料電池発
電可能最低温度になると燃料電池の発電を開始する構成
するのが有効である。
In any one of the above methods, it is effective to start the fuel cell power generation when the temperature of the fuel cell detected by the temperature detecting means becomes the lowest temperature at which fuel cell power generation is possible.

【0016】上記いずれかの方法において、燃料電池発
電可能最低温度は、設定下限温度より低温とするのが有
効である。
In any of the above methods, it is effective that the lowest temperature at which fuel cell power can be generated is lower than the set lower limit temperature.

【0017】[0017]

【発明の作用及び効果】前記請求項1記載の構成では、
燃料電池セルに供給される空気を燃料電池セルの温度に
応じて加熱することで、燃料電池セルを供給空気で暖機
することができるため、装置の大型化を招くことなく、
高い加熱能力を設定することができ、それにより始動時
の燃料電池の発電効率を向上させ、又は氷点下など低温
下での装置内の氷を解凍する暖機時間を短くすることが
できる。
According to the structure of the first aspect,
By heating the air supplied to the fuel cell in accordance with the temperature of the fuel cell, the fuel cell can be warmed up by the supply air, without increasing the size of the device.
A high heating capacity can be set, thereby improving the power generation efficiency of the fuel cell at the time of starting or shortening the warm-up time for thawing the ice in the device at a low temperature such as below freezing.

【0018】そして、請求項2に記載の構成とすると、
加圧式の空気供給に比べて供給空気の流量の確保が容易
となるため、低温時にも燃料電池セルの温度に応じた十
分な加熱容量を得ることができる。
[0018] Then, with the configuration according to the second aspect,
Since it is easier to secure the flow rate of the supply air than in the case of pressurized air supply, a sufficient heating capacity according to the temperature of the fuel cell can be obtained even at a low temperature.

【0019】更に、請求項3に記載の構成とすると、燃
料電池セルの温度をその反応状態を反映する排出空気の
温度で検出することで、温度に応じた的確な加熱を行な
うことができる。
Further, according to the configuration of the third aspect, the temperature of the fuel cell is detected by the temperature of the exhaust air reflecting the reaction state, whereby accurate heating according to the temperature can be performed.

【0020】また、請求項4に記載の構成とすると、燃
料電池セルへの供給空気の温度を検出することで、より
適性に燃料電池セルの温度を制御することができるよう
になり、それにより迅速に燃料電池の始動や氷点下など
低温下での装置内の氷の解凍を行なうことができる。
Further, according to the structure of the fourth aspect, the temperature of the fuel cell can be more appropriately controlled by detecting the temperature of the air supplied to the fuel cell, whereby the temperature of the fuel cell can be controlled more appropriately. It is possible to quickly start the fuel cell and thaw ice in the device at a low temperature such as below freezing.

【0021】更に、請求項5に記載の構成とすると、空
気加熱手段による加熱下で、供給空気の温度を空気供給
手段による供給量の制御でも調整可能となるため、燃料
電池セルの温度を所定の値にする制御がより容易とな
る。
Further, according to the fifth aspect of the present invention, the temperature of the supply air can be adjusted by controlling the supply amount by the air supply means under heating by the air heating means. Control becomes easier.

【0022】また、請求項6に記載の構成とすると、空
気供給手段により供給される空気量に対して、供給空気
の温度を空気加熱手段による加熱量の制御で調整可能と
なるため、燃料電池セルの温度を所定の値にする制御が
より容易となる。
Further, according to the structure of the sixth aspect, the temperature of the supplied air can be adjusted by controlling the amount of air supplied by the air supply means by controlling the amount of heating by the air heating means. Control of setting the cell temperature to a predetermined value becomes easier.

【0023】更に、請求項7に記載の構成とすると、燃
料電池セルの空気極の表面に供給される水も加熱された
供給空気で温めることができるため、より一層燃料電池
セルの温度を所定の値にする制御が容易となる。
Further, with the configuration according to the seventh aspect, the water supplied to the surface of the air electrode of the fuel cell can be heated by the heated supply air, so that the temperature of the fuel cell is further reduced to a predetermined temperature. Control becomes easy.

【0024】次に、請求項8に記載の構成とすると、加
熱手段の単純なオン・オフ制御で燃料電池セルの温度を
設定下限温度と設定上限温度の範囲内に保つ運転が可能
となる。これにより、装置の大型化を招くことなく、始
動時の燃料電池の発電効率を向上させ、又は氷点下など
低温下での装置内の氷を解凍することができる。
Next, with the configuration described in claim 8, the operation of keeping the temperature of the fuel cell within the range between the set lower limit temperature and the set upper limit temperature by simple on / off control of the heating means becomes possible. This makes it possible to improve the power generation efficiency of the fuel cell at the time of startup or to thaw ice in the device at a low temperature, such as below freezing, without increasing the size of the device.

【0025】そして、請求項9に記載の構成とすると、
設定上限温度と設定下限温度との間に所定の幅をもたせ
ることで、温度制御の不安定を防ぐことができる。
According to a ninth aspect of the present invention,
By providing a predetermined width between the set upper limit temperature and the set lower limit temperature, instability of the temperature control can be prevented.

【0026】また、請求項10に記載の構成とすると、
燃料電池の運転を発電可能最低温度から迅速に開始させ
ることができ、供給空気の加熱によるエネルギロスを防
ぐことができる。
Further, according to the structure of the tenth aspect,
The operation of the fuel cell can be started quickly from the lowest temperature at which power can be generated, and energy loss due to heating of supply air can be prevented.

【0027】また、請求項11に記載の構成とすると、
設定下限温度が燃料電池発電可能最低温度より高い温度
となるため、燃料電池が発電を開始しない時期からの不
要な供給空気の加熱によるエネルギロスを防ぐことがで
きる。
[0027] Further, according to the eleventh aspect,
Since the set lower limit temperature is higher than the fuel cell power generation possible minimum temperature, it is possible to prevent energy loss due to unnecessary heating of supply air from the time when the fuel cell does not start power generation.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態を説明する。図1は本発明の一実施形態に係る
燃料電池装置のシステム構成を示す。この装置は、燃料
電池セル(Fuel Cell)1と、燃料電池セル1
の図示しない燃料極に水素タンク20の水素吸収蔵合金
(MH)を熱交換器21により加熱して燃料ガスとして
の水素を供給する燃料供給系2と、燃料電池セル1の図
示しない空気極に酸化ガスとしての空気を供給する空気
供給系3と、燃料電池セル1に水を供給する水供給系4
とを主たる構成要素として備えている。更に、本発明の
特徴に従い、燃料電池セル1の温度を検出する温度検出
手段5と、温度検出手段5により検出される燃料電池セ
ル1の温度に基づいて供給空気を加熱する空気加熱手段
6が設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a system configuration of a fuel cell device according to one embodiment of the present invention. This device comprises a fuel cell (Fuel Cell) 1 and a fuel cell 1
A fuel supply system 2 for supplying hydrogen as a fuel gas by heating a hydrogen absorbing alloy (MH) of a hydrogen tank 20 to a fuel electrode (not shown) by a heat exchanger 21 and an air electrode (not shown) of the fuel cell 1. An air supply system 3 for supplying air as oxidizing gas and a water supply system 4 for supplying water to the fuel cell 1
And as main components. Further, according to the features of the present invention, a temperature detecting means 5 for detecting the temperature of the fuel cell 1 and an air heating means 6 for heating the supply air based on the temperature of the fuel cell 1 detected by the temperature detecting means 5 are provided. Is provided.

【0029】この形態では、空気供給系3の空気供給手
段30は、常圧で空気を供給する回転ファン(以下、空
気供給ファンという)で構成されている。また、温度検
出手段5は、燃料電池セル1の排出空気の温度T3を検
出する温度センサとされている。更に、この装置の水供
給系4における水供給手段40は、水噴射ノズルで構成
され、空気加熱手段6と燃料電池セル1との間に配置さ
れて、燃料電池セル1の空気極の表面に水を液体の状態
で供給するものとされている。
In this embodiment, the air supply means 30 of the air supply system 3 is constituted by a rotating fan (hereinafter, referred to as an air supply fan) for supplying air at normal pressure. Further, the temperature detecting means 5 is a temperature sensor that detects the temperature T3 of the exhaust air of the fuel cell 1. Further, the water supply means 40 in the water supply system 4 of this apparatus is constituted by a water injection nozzle, is disposed between the air heating means 6 and the fuel cell 1, and is provided on the surface of the air electrode of the fuel cell 1. It is assumed that water is supplied in a liquid state.

【0030】燃料電池本体1の温度に基づいて供給空気
を加熱する空気加熱手段6は、ヒータ60で構成され、
このヒータ60は、付帯設備の駆動電源を構成する二次
電池としてのバッテリ7に接続され、その接続回路に介
挿されたリレー61の開閉によりオン・オフ制御可能と
されている。また、燃料電池セル1とインバータ制御の
モータ等からなる外部負荷Rとを接続する回路には他の
リレー11が介挿され、このリレー11は、空気加熱手
段6の制御と関連制御可能とされている。
The air heating means 6 for heating the supply air based on the temperature of the fuel cell main body 1 comprises a heater 60,
The heater 60 is connected to a battery 7 as a secondary battery constituting a driving power supply for the incidental equipment, and can be turned on and off by opening and closing a relay 61 inserted in the connection circuit. In addition, another relay 11 is inserted in a circuit connecting the fuel cell 1 and an external load R such as an inverter-controlled motor. The relay 11 can be controlled in association with the control of the air heating means 6. ing.

【0031】図2に燃料電池セル1と空気供給系3の接
続関係を模式化して示すように、燃料電池セル1は筐体
10内に収容されている。燃料電池セル1は、空気の流
れ方向の長さ(縦方向寸法)が、空気の流れを横断する
方向の長さ(横方向寸法)より短い板状の各セルモジュ
ールを立てた状態で多数積層集合させたスタックとして
構成されている。各セルモジュールは、固体高分子電解
質を燃料極と空気極とで挟持したものを、更にカーボン
ブラックのセパレータで挟持した構成とされている。そ
して、各セルモジュールの燃料極は、モジュールを横断
する通孔を介して水素ガスの導入配管に接続され、空気
極は、各モジュールの縁部の空気導入溝を経て筐体10
内に開いた構成とされている。空気供給手段30と筐体
10とはマニホールド31で接続されており、マニホー
ルド31の終端が筐体10の上部に開口している。筐体
10の下部は、図1に示す熱交換器21に排気ダクト1
2を介して連結されている。水噴射ノズル40は筐体1
0の上部で水を供給空気の流れを横断する向きで水平方
向に噴射するように複数配置されている。
As shown schematically in FIG. 2, the connection relationship between the fuel cell 1 and the air supply system 3, the fuel cell 1 is housed in a housing 10. In the fuel cell 1, a large number of plate-shaped cell modules having a length in the air flow direction (vertical dimension) shorter than the length in the direction crossing the air flow (horizontal dimension) are stacked. It is configured as an aggregated stack. Each cell module has a configuration in which a solid polymer electrolyte sandwiched between a fuel electrode and an air electrode is further sandwiched between carbon black separators. The fuel electrode of each cell module is connected to a hydrogen gas introduction pipe through a through hole crossing the module, and the air electrode is connected to the casing 10 through the air introduction groove at the edge of each module.
It is configured to open inside. The air supply means 30 and the housing 10 are connected by a manifold 31, and the end of the manifold 31 is opened at the upper part of the housing 10. The lower part of the housing 10 is connected to the heat exchanger 21 shown in FIG.
2 are connected. Water injection nozzle 40 is housing 1
A plurality of water jets are arranged at the upper part of the cylinder 0 so as to inject water horizontally in a direction crossing the flow of the supply air.

【0032】こうした構成からなる燃料電池装置は、水
素供給バルブ22を開いて、水素吸蔵合金に吸蔵させた
水素を燃料電池セル1の燃料極に燃料ガスとして供給す
る一方、空気供給ファン30を起動させて、図2に矢印
で示すように、空気を空気供給ファン30から吸引さ
せ、空気マニホールド31経由で筐体10に送り込む操
作で供給空気の一部が酸化ガスとして燃料電池セル1の
空気極に供給されて発電が行われる。この発電状態で、
必要に応じて連続又は間欠的に水供給系の水噴射ノズル
40から筐体10の上部に、主として冷却のために水を
噴射させることで、燃料電池セル1への水の供給が行わ
れる。筐体10内で燃料電池セル1を抜けた加熱された
空気は、ダクト12を通って熱交換器21(以下、図1
参照)に入り、そこで水素タンク20の水素吸蔵合金
(MH)に伝熱して、図示しない水凝縮器で除湿され
て、最終的に排気ダクトから排出される。
In the fuel cell device having such a configuration, the hydrogen supply valve 22 is opened to supply the hydrogen occluded in the hydrogen storage alloy to the fuel electrode of the fuel cell 1 as fuel gas, while activating the air supply fan 30. Then, as shown by arrows in FIG. 2, air is sucked from the air supply fan 30, and a part of the supply air is converted into an oxidizing gas by the operation of sending the air into the housing 10 via the air manifold 31 as an air electrode. And power is generated. In this power generation state,
Water is supplied to the fuel cell 1 by continuously or intermittently injecting water from the water injection nozzle 40 of the water supply system into the upper part of the housing 10 for cooling, as needed. The heated air that has passed through the fuel cell 1 in the casing 10 passes through the duct 12 and passes through the heat exchanger 21 (hereinafter, FIG. 1).
), Where the heat is transferred to the hydrogen storage alloy (MH) in the hydrogen tank 20, dehumidified by a water condenser (not shown), and finally discharged from the exhaust duct.

【0033】上記のように空気供給ファン30により常
圧で空気が燃料電池セル1に供給される燃料電池装置に
おいて、特に始動時又は氷点下など低温下での燃料電池
の発電を効率よく行なわせるために、燃料電池装置を加
熱し、また、装置内の氷を解凍する必要がある。そこ
で、本発明に従う以下に述べるような運転制御が行なわ
れる。
In the fuel cell device in which air is supplied to the fuel cell 1 at normal pressure by the air supply fan 30 as described above, in particular, in order to efficiently generate power from the fuel cell at start-up or at a low temperature such as below freezing. In addition, it is necessary to heat the fuel cell device and to thaw the ice in the device. Therefore, the following operation control according to the present invention is performed.

【0034】図3は始動時の暖機運転の内容を示すフロ
ーチャートである。このフローは、イグニションスイッ
チのオンで開始されるものとし、当初のステップS1で
空気供給ファン30のオンにより燃料電池セル1への空
気供給を開始する。次いでステップS2により水素供給
バルブ22を開いて水素の供給を開始し、ステップS3
により、予め定めたヒータ暖機開始温度としての設定下
限温度(以下、設定温度1という)を基準とする空気出
口温度T3の判定を、温度検出手段5の検出値に基づき
開始する。この判定により空気出口温度T3が設定温度
1未満の場合に、以下の暖機モードの運転を開始する。
FIG. 3 is a flowchart showing the contents of the warm-up operation at the time of starting. This flow is started when the ignition switch is turned on, and the air supply to the fuel cell 1 is started by turning on the air supply fan 30 in the initial step S1. Next, in step S2, the hydrogen supply valve 22 is opened to start supplying hydrogen, and in step S3
Accordingly, the determination of the air outlet temperature T3 based on the preset lower limit temperature (hereinafter, referred to as a preset temperature 1) as a predetermined heater warm-up start temperature is started based on the detection value of the temperature detector 5. When the air outlet temperature T3 is lower than the set temperature 1 by this determination, the following warm-up mode operation is started.

【0035】暖機モードの運転に入ると、ステップS4
でリレー61のオンによりヒータ60を作動させ、次の
ステップS5により空気出口温度T3を、これも予め定
めた発電可能最低温度としての設定温度2との比較で監
視する。ステップS5の監視判断により設定温度2を超
えたことが確認されると、ステップS6によるリレー1
1のオンにより燃料電池発電を開始し、更に次のステッ
プS7により、今度は空気出口温度T3を、予め定めた
ヒータ暖機終了温度としての設定上限温度(以下、設定
温度3という)との比較で監視する。上記の各設定温度
の関係は、燃料電池発電可能最低温度は−30°C〜1
0°Cであることから、設定温度1は−30°C〜10
°C程度で燃料電池発電可能最低温度より高くし、設定
温度3は設定温度1+2°C程度とするのが望ましい。
したがって、各設定温度間には、設定温度2<設定温度
1<設定温度3の関係が成立する。また、設定温度1と
設定温度3の値の間に所定の温度差をもたせているの
は、ヒータ60のオン・オフ制御の安定性を確保するた
めである。ステップS7の監視判断により設定温度3を
超えたことが確認されると、ステップS8によりリレー
61のオフによりヒータ60の作動を停止させ、通常運
転へ移行する。途中、ステップS3の空気出口温度T3
の判断が不成立の設定温度1以上の場合には、暖機モー
ドの運転を行なわずに、直接通常運転へ移行する。
When the operation enters the warm-up mode, step S4 is executed.
Then, the heater 60 is operated by turning on the relay 61, and the air outlet temperature T3 is monitored in the next step S5 by comparison with the preset temperature 2 which is also a predetermined minimum power generation possible temperature. If it is confirmed by the monitoring judgment in step S5 that the temperature has exceeded the set temperature 2, the relay 1 in step S6
1 to start fuel cell power generation, and in the next step S7, compare the air outlet temperature T3 with a preset upper limit temperature (hereinafter referred to as a preset temperature 3) as a predetermined heater warm-up end temperature. To monitor. The relationship between the above set temperatures is as follows.
Since it is 0 ° C., the set temperature 1 is −30 ° C. to 10
It is preferable that the temperature is set higher than the lowest temperature at which fuel cell power can be generated at about ° C and the set temperature 3 is set at about 1 + 2 ° C.
Therefore, a relationship of set temperature 2 <set temperature 1 <set temperature 3 is established between the set temperatures. The reason why the predetermined temperature difference is provided between the set temperature 1 and the set temperature 3 is to ensure the stability of the ON / OFF control of the heater 60. When it is confirmed that the temperature has exceeded the set temperature 3 by the monitoring judgment in step S7, the operation of the heater 60 is stopped by turning off the relay 61 in step S8, and the operation shifts to the normal operation. On the way, the air outlet temperature T3 in step S3
If the determination is not satisfied at the set temperature 1 or higher, the operation directly shifts to the normal operation without performing the warm-up mode operation.

【0036】このようにして当初のイグニションスイッ
チのオン時の制御を経て定常状態となった後は、次の図
4に示す定常時の制御を行なう。図4は定常時の暖機運
転の内容を示すフローチャートである。このフローは、
当初のステップS9でリレー61のオン判定によりヒー
タ60が作動中であるか否かの判断を行なう。この判定
は、当初は不成立となるので、ステップ10に進み、空
気出口温度T3が設定温度1未満であるか否かの判断を
行なう。この設定温度は、先の設定温度1と同じでもよ
いし、始動時と定常時で条件が異なるのに合わせて異な
る設定としてもよい。この判断が成立すると、次のステ
ップS11によりリレー61のオンによりヒータ60を
作動させ、リターンする。そして、次回のルーチンから
はステップS9の判断が成立するようになるので、今度
はステップS12により空気出口温度T3が設定温度3
を超えたか否かの判断を行なう。この設定温度3につい
ても先の設定温度3と同じでもよいし、異なる設定とし
てもよい。この判断は当初は不成立となるので、そのま
まリターンする。やがてステップS12の判断が成立し
たところでステップS13によりリレー61をオフとし
てヒータ60の作動を止め、リターンする。その後のこ
のルーチンは、空気出口温度T3が設定温度1未満とな
る寒冷状態を条件として、空気出口温度T3をリレー6
1のオン・オフによるヒータ60の作動・停止制御で、
設定温度1と設定温度3との間に保つ図5に示す温度保
持を行なうことになる。
After the initial state of the ignition switch is turned on and the state becomes a steady state as described above, the steady state control shown in FIG. 4 is performed. FIG. 4 is a flowchart showing the contents of the warm-up operation in a steady state. This flow is
In the initial step S9, it is determined whether or not the heater 60 is operating by determining that the relay 61 is on. Since this determination is initially unsatisfied, the routine proceeds to step 10, where it is determined whether or not the air outlet temperature T3 is lower than the set temperature 1. This set temperature may be the same as the previously set temperature 1, or may be set differently according to different conditions at the time of starting and at the time of steady state. When this determination is made, the heater 60 is operated by turning on the relay 61 in the next step S11, and the process returns. Then, since the determination in step S9 is established from the next routine, the air outlet temperature T3 is set to the set temperature 3 in step S12.
Is determined as to whether or not the number has been exceeded. This set temperature 3 may be the same as the previous set temperature 3 or may be set differently. Since this determination is initially unsatisfied, the process returns. Eventually, when the determination in step S12 is established, the relay 61 is turned off in step S13, the operation of the heater 60 is stopped, and the process returns. Thereafter, the air outlet temperature T3 is controlled by the relay 6 under the condition that the air outlet temperature T3 is lower than the set temperature 1.
In the operation / stop control of the heater 60 by turning on / off of 1,
The temperature shown in FIG. 5 is maintained between the set temperature 1 and the set temperature 3.

【0037】かくして、この第1実施形態によれば、燃
料電池セル1の空気極に、空気供給ファン30により空
気を供給しつつ、温度検出手段5により検出される燃料
電池セル1の温度に応じてヒータ60により供給空気を
加熱する燃料電池装置において、温度検出手段5により
検出される燃料電池セル1の温度T3が、設定温度1を
下回るときに、ヒータ60を作動させ、設定温度3を上
回るときに、ヒータ60を停止させる運転が行なわれ
る。そして、上記運転に際して、設定温度3と設定温度
1との間に所定の幅(本実施形態において、2°C程
度)が保たれ安定した制御が行なわれる。また、この運
転では、温度検出手段5により検出される燃料電池セル
1の温度T3が、燃料電池発電可能最低温度に対応させ
た設定温度2になると燃料電池の発電が開始される。こ
の燃料電池発電可能最低温度は、設定温度1より低温で
ある。
Thus, according to the first embodiment, while supplying air to the air electrode of the fuel cell 1 by the air supply fan 30, the temperature of the fuel cell 1 detected by the temperature detecting means 5 varies. When the temperature T3 of the fuel cell 1 detected by the temperature detecting means 5 falls below the set temperature 1, the heater 60 is activated to heat the supply air with the heater 60, and the heater 60 is heated above the set temperature 3. At times, an operation of stopping the heater 60 is performed. In the above operation, a predetermined width (about 2 ° C. in the present embodiment) is maintained between the set temperature 3 and the set temperature 1, and stable control is performed. In this operation, when the temperature T3 of the fuel cell 1 detected by the temperature detecting means 5 reaches the set temperature 2 corresponding to the lowest temperature at which fuel cell power generation is possible, power generation of the fuel cell is started. The lowest temperature at which fuel cell power generation is possible is lower than the set temperature 1.

【0038】上記第1実施形態では、専ら温度条件によ
りヒータ60をオン・オフ制御する最も単純な方式で本
発明を具体化したが、燃料電池セル1の温度は、ヒータ
60をオンとして加熱下でも供給空気量を変化させるこ
とで制御可能である。そこで、次にヒータオン状態の下
で、供給空気量を制御する第2実施形態を説明する。
In the first embodiment, the present invention is embodied by the simplest method of controlling ON / OFF of the heater 60 exclusively based on the temperature condition. However, the temperature of the fuel cell 1 is controlled by turning the heater 60 ON. However, it can be controlled by changing the supply air amount. Therefore, a second embodiment for controlling the amount of supplied air while the heater is on will be described next.

【0039】図6は第2実施形態のシステム構成を示
す。このシステムの基本構成は、前記第1実施形態と同
様であるので、以下相違点を主に説明する。なお、図6
において、水供給系の図示は省略されている。この形態
では、先の第1実施形態のヒータ制御用のリレーに代え
て、空気供給ファン30とヒータ60とを関連制御する
電力調整回路8が設けられている。また、この関連制御
のために、外気温を反映する空気供給ファン30の入口
側の空気温度T1と、ヒータ60の出口側の温度、すな
わち燃料電池入口側の空気温度T2を検出する温度検出
手段5A,5Bが追加されている。
FIG. 6 shows a system configuration of the second embodiment. Since the basic configuration of this system is the same as that of the first embodiment, the differences will be mainly described below. FIG.
, The illustration of the water supply system is omitted. In this embodiment, a power adjusting circuit 8 for controlling the air supply fan 30 and the heater 60 in relation to each other is provided instead of the heater control relay of the first embodiment. Further, for this related control, a temperature detecting means for detecting the air temperature T1 on the inlet side of the air supply fan 30 reflecting the outside air temperature and the temperature on the outlet side of the heater 60, that is, the air temperature T2 on the fuel cell inlet side. 5A and 5B are added.

【0040】図7はこの形態における始動時の暖機運転
の内容を示すフローチャートである。このフローもステ
ップS1による空気供給ファン30のオンで開始する。
次のステップS2では、空気出口温度T3が予め設定さ
れたヒ−タ60を起動するための温度、すなわち下限設
定温度より低いか否かを判定する。この判断が成立する
低温時は、ステップS3によりヒータ60を作動させ
る。次のステップS4は、空気供給ファン入口温度T1
と目標とする燃料電池入口空気温度(T2狙い値とい
う)との差から加熱量△t を求める処理である。このT
2狙い値は、燃料電池に供給されるのに最も適した温度
として設定する固定値であり、例えば10°C〜30°
C程度に設定する。次のステップS5では、空気供給フ
ァン30から供給する空気流量を決定するために、 必要空気流量(g/s)=ヒータ発熱量(J/s)/
(△t(K)×空気比熱(J/g・K)) を求める。ここで、ヒータ発熱量はオン・オフの制御な
ので固定値,空気比熱は1.0(J/g・K)である。
上記の式に補正係数kを入れる必要がある場合もある。
そのときは、 必要空気流量(g/s)=k×ヒータ発熱量(J/s)
/(△t(K)×空気比熱(J/g・K)) となる。こうして得られた必要空気流量により、次のス
テップS6で空気供給ファン30ヘの供給電力を決定す
る。そして、ステップS7で空気供給ファン30ヘ電力
を供給する。
FIG. 7 is a flowchart showing the contents of the warm-up operation at the time of starting in this embodiment. This flow also starts when the air supply fan 30 is turned on in step S1.
In the next step S2, it is determined whether or not the air outlet temperature T3 is lower than a preset temperature for starting the heater 60, that is, lower than a lower limit set temperature. When the temperature is low at which this determination is made, the heater 60 is operated in step S3. The next step S4 is an air supply fan inlet temperature T1.
This is a process for obtaining the heating amount Δt from the difference between the target fuel cell inlet air temperature (referred to as T2 target value). This T
2 The target value is a fixed value set as a temperature most suitable for being supplied to the fuel cell, for example, 10 ° C to 30 °.
Set to about C. In the next step S5, in order to determine the air flow rate supplied from the air supply fan 30, the required air flow rate (g / s) = heater heating value (J / s) /
(△ t (K) × specific heat of air (J / g · K)) Here, the heater calorific value is a fixed value and the air specific heat is 1.0 (J / g · K) because of on / off control.
It may be necessary to include the correction factor k in the above equation.
At that time, the required air flow rate (g / s) = k x the heat value of the heater (J / s)
/ (△ t (K) × specific heat of air (J / g · K)). The power supply to the air supply fan 30 is determined in the next step S6 based on the required air flow rate thus obtained. Then, in step S7, electric power is supplied to the air supply fan 30.

【0041】こうしてステップS8により、燃料電池入
口空気温度T2がT2狙い値に達しているか否か(T2
狙い値−T2>0)を判定する。この判定が成立の場合
は、燃料電池入口空気温度T2が低すぎることになるの
で、次のステップS10で空気流量を減らす(実際は
(T2狙い値−T2)×Pゲインに応じて空気流量を減
らす)。一方、ステップS8による判定が不成立の場
合、ステップS9によりT2狙い値−T2<0 かどうか
を判定する。この判定が成立する場合は、燃料電池入口
空気温度T2が高すぎることになるので、ステップS1
1で空気流量を増やす(実際は(T2狙い値−T2)×
Pゲインに応じて空気流量を増やす)。こうした制御の
下に、ステップS12で空気出口温度T3が予め設定さ
れたヒータ60を停止させる温度、すなわち設定上限温
度に達したか否かを監視する。この監視判断が成立する
までステップS4以降の処理を繰り返す。そして、ステ
ップS12の判断が成立したところでステップS13に
進み、ヒータ60をオフとし、通常運転へ移行する。
Thus, at step S8, it is determined whether or not the fuel cell inlet air temperature T2 has reached the target value T2 (T2
(Target value−T2> 0) is determined. If this determination is made, the fuel cell inlet air temperature T2 is too low, so the air flow rate is reduced in the next step S10 (actually, the air flow rate is reduced according to (T2 target value-T2) × P gain). ). On the other hand, if the determination in step S8 is not satisfied, it is determined in step S9 whether or not T2 target value−T2 <0. If this determination is made, it means that the fuel cell inlet air temperature T2 is too high.
1 to increase the air flow rate (actually (target value of T2-T2) x
Increase the air flow according to the P gain). Under such control, it is monitored in step S12 whether or not the air outlet temperature T3 has reached a preset temperature for stopping the heater 60, that is, whether or not it has reached a set upper limit temperature. The process from step S4 is repeated until the monitoring judgment is established. When the determination in step S12 is established, the process proceeds to step S13, where the heater 60 is turned off, and the operation shifts to the normal operation.

【0042】上記第2実施形態と同様の制御を逆に供給
空気量一定の状態で、ヒータ60の発熱量の制御で行な
うこともできる。そこで、次にこうした制御形態を採る
第3実施形態を説明する。この場合の制御内容は、実質
前記第2実施形態の空気供給量の制御をヒータ発熱量の
制御に置き換えたものとなるので、第2実施形態と対応
するステップについては同様のステップ番号を付して説
明に代え、置き換えに相当する部分のステップについて
は、同様の番号に「’」を付して以下に説明する。
Conversely, the same control as in the second embodiment can be performed by controlling the amount of heat generated by the heater 60 with the supply air amount constant. Therefore, a third embodiment employing such a control form will be described next. The control content in this case is substantially the same as that of the second embodiment except that the control of the air supply amount is replaced with the control of the heater heat generation amount. Therefore, the steps corresponding to those in the second embodiment are given the same step numbers. Instead of the description, the steps corresponding to the replacement will be described below by attaching the same numbers with “′”.

【0043】この運転制御におけるステップS’5で
は、ヒータ60から供給する発熱量を決定するために、 ヒータ発熱量(J/s)=空気流量(g/s)×(△t
(K)×空気比熱(J/g・K)) を求める。ここで、空気流量は特に制御を行なわない固
定値、空気比熱は1 .0(J /g・K )である。この場
合も上式に補正係数kを入れる必要がある場合もある。
そのときは、 ヒータ発熱量(J/s)=k×空気流量(g/s)÷
(△t(K)×空気比熱(J/g・K)) となる。次のステップS’6は、ヒータ発熱量によりヒ
ータ60への供給電力を決定する処理である。また、ス
テップS’7は、ヒータ60ヘ電力を供給する処理であ
る。更に、ステップS’10は、ヒータ60ヘの供給電
力を増やす処理となる(実際は(T2狙い値−T2)×
Pゲインに応じて供給電力を増やす)。同様にステップ
S’11もヒータヘの供給電力を減らす(実際は(T2
狙い値−T2)×Pゲインに応じて供給電力を減らす)
処理となる。
At step S'5 in this operation control, the heater heat value (J / s) = air flow rate (g / s) .times. (. DELTA.t
(K) × specific heat of air (J / g · K)). Here, the air flow rate is a fixed value that is not particularly controlled, and the air specific heat is 1. 0 (J / g · K). Also in this case, it may be necessary to include the correction coefficient k in the above equation.
At that time, the heat value of the heater (J / s) = k × air flow rate (g / s) ÷
(△ t (K) × specific heat of air (J / g · K)). The next step S′6 is a process of determining the power to be supplied to the heater 60 based on the amount of heat generated by the heater. Step S′7 is a process of supplying power to the heater 60. Further, step S′10 is a process of increasing the power supplied to the heater 60 (actually, (T2 target value−T2) ×
The supply power is increased according to the P gain). Similarly, in step S′11, the power supplied to the heater is reduced (actually, (T2
(Target value-T2) × Reduce supply power according to P gain)
Processing.

【0044】上記各実施形態における空気加熱手段60
の具体的構成としては、図2に示すように、空気供給フ
ァン30の出口のところに配して、通過する空気を直接
加熱する構造が一般的であり、この場合は、電熱線を蛇
行状あるいは渦巻き状に配して、圧損の増加を防ぎなが
ら接触面積を確保する方法が有効である。他の構造とし
て、図9に示すように、空気加熱手段60を空気供給マ
ニホールド31の水噴射ノズル40の更に上部に配置し
て、供給空気を加熱する構造も圧損の低減の点で有効で
あり、この場合は、格子状に電熱線を張り巡らせた構造
とするのも一法である。当然に、供給空気の加熱が可能
な他の方法を採ることもできる。
The air heating means 60 in each of the above embodiments.
As a specific configuration, as shown in FIG. 2, a structure is generally arranged at the outlet of the air supply fan 30 to directly heat the passing air. In this case, the heating wire is formed in a meandering shape. Alternatively, a method of arranging in a spiral shape to secure a contact area while preventing an increase in pressure loss is effective. As another structure, as shown in FIG. 9, a structure in which the air heating means 60 is disposed further above the water injection nozzle 40 of the air supply manifold 31 to heat the supply air is also effective in reducing the pressure loss. In this case, it is one method to adopt a structure in which heating wires are stretched in a grid pattern. Of course, other methods capable of heating the supply air can be employed.

【0045】以上詳述したように、前記各実施形態の燃
料電池装置によれば、常圧で燃料電池セル1に供給され
る空気を燃料電池セル1の温度に応じて加熱すること
で、燃料電池セル1を供給空気で暖機することができる
ため、装置の大型化を招くことなく、高い加熱能力を設
定することができ、それにより始動時の燃料電池の発電
効率を向上させ、又は氷点下など低温下での装置内の氷
を解凍する暖機時間を短くすることができる。特に、空
気供給温度が上限値以下となるようにした場合の加熱量
を加圧コンプレッサと常圧ファンとで比較して図10に
示すように、加熱量は空気流量、温度に比例して大きく
なることから、前記各実施形態のような常圧空気供給タ
イプの燃料電池の場合は、加圧型の燃料電池に比べて少
ない動力で大量に空気を送れる点で有利となる。また、
セパレータの形状が、空気流路に対して縦方向に短くな
っているので、一般的な流路が折れ曲がった螺旋状にな
っているような流路長が長い方式に比べて、燃料電池セ
ル1内の温度分布が小さくなる。また、内部マニホール
ド型では、空気流路の入口が細いため、入口部分が集中
的に暖められてしまうのに対して、本形態では、外部マ
ニホールド方式を採っているため、燃料電池セルを均等
に効率良く加熱ができる。
As described in detail above, according to the fuel cell device of each of the above-described embodiments, the air supplied to the fuel cell 1 at normal pressure is heated in accordance with the temperature of the fuel cell 1, so that the fuel Since the battery cells 1 can be warmed up by the supply air, a high heating capacity can be set without increasing the size of the device, thereby improving the power generation efficiency of the fuel cell at the time of starting or reducing the temperature below the freezing point. For example, the warm-up time for thawing the ice in the device under low temperature can be shortened. In particular, comparing the heating amount when the air supply temperature is set to be equal to or lower than the upper limit value between the pressurized compressor and the normal pressure fan, as shown in FIG. 10, the heating amount is increased in proportion to the air flow rate and the temperature. Therefore, in the case of the fuel cell of the normal pressure air supply type as in each of the above-described embodiments, it is advantageous in that a large amount of air can be sent with less power than the pressurized fuel cell. Also,
Since the shape of the separator is shortened in the vertical direction with respect to the air flow path, the fuel cell unit 1 has a longer length than a general flow path in which the flow path length is formed as a bent spiral. The temperature distribution inside becomes smaller. In addition, in the internal manifold type, the inlet portion of the air flow path is narrow, so that the inlet portion is heated intensively. On the other hand, in the present embodiment, since the external manifold system is employed, the fuel cells are evenly distributed. Heating can be performed efficiently.

【0046】以上、本発明を特定の実施形態を参照して
詳述したが、本発明はこの形態に限定されることなく、
特許請求の範囲に記載の事項に基づき、更に種々の改変
が可能なものである。例えば、燃料電池セルの温度を検
出する温度検出手段は、燃料電池セルのセパレータの温
度を直接検出するものであってもよい。また、加熱運転
を行なう時期としては、実施形態に挙げた低温始動時
(氷点下環境)、外気温度が低い場合(供給温度で凍結
の恐れがある場合)に限らず、燃料電池の運転停止時と
して、温風で燃料電池セルのスタック内の水分除去に用
いることもできる。更に、運転制御の内容については、
第2実施形態の供給空気量の制御と、第3実施形態の加
熱量の制御を組合せたものとすることもできる。
Although the present invention has been described in detail with reference to a specific embodiment, the present invention is not limited to this embodiment.
Various modifications are possible based on the matters described in the claims. For example, the temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell may directly detect the temperature of the separator of the fuel cell. In addition, the timing of performing the heating operation is not limited to the low-temperature start (sub-zero temperature environment) described in the embodiment, the case where the outside air temperature is low (there is a possibility of freezing at the supply temperature), and the time when the fuel cell operation is stopped. Alternatively, hot air can be used to remove water from the fuel cell stack. Furthermore, regarding the contents of operation control,
The control of the supply air amount according to the second embodiment and the control of the heating amount according to the third embodiment may be combined.

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

【図1】本発明の第1実施形態に係る燃料電池装置のシ
ステム構成図である。
FIG. 1 is a system configuration diagram of a fuel cell device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1実施形態における燃料電池セルと空気供給
系の関連構造を示す模式断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a related structure between a fuel cell and an air supply system in the first embodiment.

【図3】第1実施形態のシステムによる始動運転方法を
示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a starting operation method by the system according to the first embodiment.

【図4】第1実施形態のシステムによる定常運転方法を
示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing a steady operation method by the system of the first embodiment.

【図5】第1実施形態のシステムによる設定温度と加熱
手段のオン・オフの関係を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between a set temperature and ON / OFF of a heating unit according to the system of the first embodiment.

【図6】本発明の第2実施形態に係る燃料電池装置のシ
ステム構成図である。
FIG. 6 is a system configuration diagram of a fuel cell device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】第2実施形態のシステムによる始動運転方法を
示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart illustrating a starting operation method by the system according to the second embodiment.

【図8】本発明の第3実施形態の始動運転方法を示すフ
ローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart illustrating a starting operation method according to a third embodiment of the present invention.

【図9】第1実施形態に対する空気加熱手段の配置変更
形態を示す模式断面図である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a modified configuration of the air heating means with respect to the first embodiment.

【図10】空気供給流量と供給可能熱量の関係を示すグ
ラフである。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the air supply flow rate and the amount of heat that can be supplied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電池セル 5 温度検出手段 30 空気供給ファン(空気供給手段) 40 水噴射ノズル(水供給手段) 60 ヒータ(空気加熱手段) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 5 Temperature detection means 30 Air supply fan (air supply means) 40 Water injection nozzle (water supply means) 60 Heater (air heating means)

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料電池セルと、該燃料電池セルの空気
極に空気を供給する空気供給手段とを備える燃料電池装
置において、 前記燃料電池セルの温度を検出する温度検出手段と、 該温度検出手段により検出される燃料電池セルの温度に
基づいて供給空気を加熱する空気加熱手段が設けられた
ことを特徴とする燃料電池装置。
1. A fuel cell device comprising: a fuel cell; and air supply means for supplying air to an air electrode of the fuel cell; temperature detecting means for detecting a temperature of the fuel cell; An air heating means for heating supply air based on the temperature of the fuel cell detected by the means is provided.
【請求項2】 前記空気供給手段は、回転ファンである
ことを特徴とする、請求項1記載の燃料電池装置。
2. The fuel cell device according to claim 1, wherein said air supply means is a rotating fan.
【請求項3】 前記温度検出手段は、燃料電池セルから
の排出空気の温度を検出することを特徴とする、請求項
1又は2記載の燃料電池装置。
3. The fuel cell device according to claim 1, wherein the temperature detecting unit detects a temperature of air discharged from the fuel cell.
【請求項4】 前記温度検出手段は、燃料電池セルへの
供給空気の温度を検出することを特徴とする、請求項
1、2又は3記載の燃料電池装置。
4. The fuel cell device according to claim 1, wherein the temperature detecting means detects a temperature of air supplied to the fuel cell.
【請求項5】 前記空気供給手段は、温度検出手段によ
り検出される燃料電池セルの温度に基づいて供給空気の
量を制御することを特徴とする、請求項1〜4のいずれ
か1項記載の燃料電池装置。
5. The air supply unit according to claim 1, wherein the air supply unit controls an amount of supplied air based on a temperature of the fuel cell detected by the temperature detection unit. Fuel cell device.
【請求項6】 前記空気加熱手段は、温度検出手段によ
り検出される燃料電池セルの温度に基づいて供給空気の
加熱量を制御することを特徴とする、請求項1〜5のい
ずれか1項記載の燃料電池装置。
6. The air heating unit according to claim 1, wherein the heating unit controls the heating amount of the supply air based on the temperature of the fuel cell detected by the temperature detecting unit. The fuel cell device according to claim 1.
【請求項7】 前記燃料電池セルの空気極の表面に水を
液体の状態で供給する水供給手段を備え、該水供給手段
は、空気加熱手段と燃料電池セルとの間に配置された、
請求項1、2又は3記載の燃料電池装置。
7. A water supply means for supplying water in a liquid state to a surface of an air electrode of the fuel cell, wherein the water supply means is disposed between the air heating means and the fuel cell.
The fuel cell device according to claim 1, 2 or 3.
【請求項8】 燃料電池セルの空気極に、空気供給手段
により空気を供給しつつ、温度検出手段により検出され
る燃料電池セルの温度に応じて空気加熱手段により供給
空気を加熱する燃料電池装置の運転方法において、 前記温度検出手段により検出される燃料電池セルの温度
が、設定下限温度を下回るときに、前記加熱手段を作動
させ、設定上限温度を上回るときに、前記加熱手段の作
動を停止させることを特徴とする燃料電池装置の運転方
法。
8. A fuel cell device which supplies air to an air electrode of a fuel cell by an air supply means and heats supplied air by an air heating means in accordance with the temperature of the fuel cell detected by the temperature detection means. In the operating method, when the temperature of the fuel cell detected by the temperature detecting means is lower than a set lower limit temperature, the heating means is operated, and when the temperature exceeds a set upper limit temperature, the operation of the heating means is stopped. A method for operating a fuel cell device, comprising:
【請求項9】 前記設定上限温度と設定下限温度との間
に所定の温度差をもたせたことを特徴とする、請求項8
記載の燃料電池装置の運転方法。
9. The apparatus according to claim 8, wherein a predetermined temperature difference is provided between the set upper limit temperature and the set lower limit temperature.
An operating method of the fuel cell device according to the above.
【請求項10】 前記温度検出手段により検出される燃
料電池セルの温度が、燃料電池発電可能最低温度になる
と燃料電池の発電を開始することを特徴とする請求項8
又は9記載の燃料電池装置の運転方法。
10. The fuel cell system according to claim 8, wherein when the temperature of the fuel cell detected by the temperature detecting means becomes the lowest temperature at which fuel cell power generation is possible, power generation of the fuel cell is started.
Or a method for operating the fuel cell device according to item 9.
【請求項11】 前記燃料電池発電可能最低温度は、設
定下限温度より低温であることを特徴とする、請求項1
0記載の燃料電池装置の運転方法。
11. The fuel cell power generation minimum temperature is lower than a set lower limit temperature.
0. The operation method of the fuel cell device according to 0.
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