JP2002305013A - Fuel cell warm-up device - Google Patents

Fuel cell warm-up device

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JP2002305013A
JP2002305013A JP2001108106A JP2001108106A JP2002305013A JP 2002305013 A JP2002305013 A JP 2002305013A JP 2001108106 A JP2001108106 A JP 2001108106A JP 2001108106 A JP2001108106 A JP 2001108106A JP 2002305013 A JP2002305013 A JP 2002305013A
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air
hydrogen
temperature
supply
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Mitsuru Kai
満 甲斐
Tomoki Kobayashi
知樹 小林
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable for the whole fuel cell to be warmed up in early stage by warming up also an anode side together with a cathode side when the fuel cell is warmed up. SOLUTION: This device is provided with an air-supplying means 2 to supply a supply air A to the cathode of the fuel cell 1, and a hydrogen-supplying means 3 to supply a supply hydrogen H to the anode of the fuel cell 1. The air-supply means 2 has an air compressor 21 to pressurize the supply air A and also an air passage to connect the air compressor 21 and the cathode of the fuel cell 1. The hydrogen-supply means 3 has a hydrogen passage to connect an anode- supply device 31 to supply the supply hydrogen H with the anode of the fuel cell 1. A heat exchanger 5 to transmit the heat of the supply air A to the supply hydrogen H is interposed between the air passage and the hydrogen passage.

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、燃料電池を暖機す
る燃料電池暖機装置に関する。
The present invention relates to a fuel cell warm-up device for warming up a fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電気自動車の動力源などとして、
クリーンでエネルギ効率の優れた燃料電池が注目されて
いる。この燃料電池では、カソード側に酸素を供給する
とともにアノード側に水素を供給し、水素と酸素の反応
によって電気を発生する。カソード側に酸素を供給する
ためには、酸素を含んでいる空気を、たとえばコンプレ
ッサによって燃料電池に供給している。このとき、コン
プレッサの加圧力によって空気は昇温させられる。燃料
電池は、所定の温度(固定高分子型の場合は80〜90
℃)で効率よく発電するが、コンプレッサで加圧された
空気はたとえば120℃程度まで上昇する。この温度の
空気をそのまま燃料電池に供給すると、効率よい発電を
実現できないので、燃料電池に供給する前の空気を放熱
器に通し、所定の温度まで冷却してから燃料電池に供給
するようにしている。
2. Description of the Related Art In recent years, as a power source of an electric vehicle,
Attention has been focused on clean and energy-efficient fuel cells. In this fuel cell, oxygen is supplied to the cathode side and hydrogen is supplied to the anode side, and electricity is generated by a reaction between hydrogen and oxygen. In order to supply oxygen to the cathode side, air containing oxygen is supplied to the fuel cell by, for example, a compressor. At this time, the air is heated by the pressure of the compressor. The fuel cell has a predetermined temperature (80 to 90 in the case of the fixed polymer type).
C), but the air pressurized by the compressor rises to, for example, about 120 ° C. If air at this temperature is supplied to the fuel cell as it is, efficient power generation cannot be realized, so air before being supplied to the fuel cell is passed through a radiator, cooled to a predetermined temperature, and then supplied to the fuel cell. I have.

【0003】ところで、燃料電池の始動時においては、
燃料電池も冷えており、効率よい発電を実現する温度よ
りも低くなっている。このため、燃料電池の始動時に燃
料電池を所定温度まで迅速に加温(暖機)する必要があ
る。殊に、燃料電池が電気自動車に搭載される場合は一
層迅速に暖機する必要がある。
[0003] By the way, when starting the fuel cell,
The fuel cell is also cold, lower than the temperature at which efficient power generation is achieved. Therefore, it is necessary to quickly heat (warm up) the fuel cell to a predetermined temperature when starting the fuel cell. In particular, when the fuel cell is mounted on an electric vehicle, it is necessary to warm up the vehicle more quickly.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料電池を
暖機するにあたっては、コンプレッサで暖められた高温
の空気をそのまま燃料電池に送ることが考えられる。高
温の空気が燃料電池に供給されることによって、燃料電
池が早期に暖機される。
Meanwhile, when warming up the fuel cell, it is conceivable that high-temperature air warmed by the compressor is directly sent to the fuel cell. By supplying hot air to the fuel cell, the fuel cell is quickly warmed up.

【0005】しかし、高温の空気は、燃料電池に送った
としても燃料電池におけるカソード側にしか送られな
い。このため、燃料電池のアノード側は、燃料電池の膜
を介してカソード側の熱が伝達されることによって暖め
られることになる。したがって、アノード側の暖機がカ
ソード側よりも遅くなってしまい、結局は燃料電池全体
としての暖機を早期に行うことができないという問題が
あった。
[0005] However, even if high-temperature air is sent to the fuel cell, it is sent only to the cathode side of the fuel cell. Therefore, the anode side of the fuel cell is warmed by transferring the heat of the cathode side via the membrane of the fuel cell. Therefore, the warming-up of the anode side is slower than that of the cathode side, and as a result, there is a problem that the warming-up of the entire fuel cell cannot be performed early.

【0006】そこで、本発明の課題は、燃料電池を暖機
する際に、カソード側とともに、アノード側も暖機する
ことにより、燃料電池の全体を早期に暖機できるように
することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to warm up the fuel cell as well as the anode side as well as the cathode side so that the entire fuel cell can be warmed up at an early stage.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決した本発
明のうちの請求項1に係る発明は、燃料電池のカソード
極に対して空気を供給する空気供給手段と、前記燃料電
池のアノード極に対して水素を供給する水素供給手段を
備え、前記空気供給手段は、前記空気を圧送するコンプ
レッサを有するとともに、前記コンプレッサと前記燃料
電池のカソード極を繋ぐ空気通路を有し、前記水素供給
手段は、前記水素を供給する水素供給源と前記燃料電池
のアノード極を繋ぐ水素通路を有し、前記空気通路と前
記水素通路との間に、前記空気の熱を前記水素に伝達す
る熱交換器が介在されていることを特徴とする燃料電池
暖機装置。である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an air supply unit for supplying air to a cathode of a fuel cell, and an anode for the fuel cell. A hydrogen supply unit that supplies hydrogen to the air supply unit, the air supply unit includes a compressor that pumps the air, and an air passage that connects the compressor and a cathode of the fuel cell. A heat exchanger that has a hydrogen passage connecting a hydrogen supply source that supplies the hydrogen and an anode electrode of the fuel cell, and that transfers heat of the air to the hydrogen between the air passage and the hydrogen passage. A fuel cell warm-up device, wherein a fuel cell warm-up device is interposed. It is.

【0008】請求項1に係る発明では、燃料電池のカソ
ード極側に空気を供給するための空気通路と、アノード
極側に水素を供給するための水素通路との間に、空気の
熱を水素の伝達する熱交換器が介在されている。空気通
路を流れる空気は、コンプレッサの断熱圧縮により昇温
させられている。このため、熱交換器を介して空気の熱
を水素に伝達して水素を昇温させることができる。そし
て、水素を昇温させることにより、燃料電池のアノード
極側をも素早く暖機することができ、燃料電池全体とし
て迅速に暖機を完了させることができる。
According to the first aspect of the present invention, the heat of the air is transferred between the air passage for supplying air to the cathode side of the fuel cell and the hydrogen passage for supplying hydrogen to the anode side. A heat exchanger that transmits the heat is interposed. The temperature of the air flowing through the air passage is increased by adiabatic compression of the compressor. Therefore, the heat of the air can be transferred to the hydrogen via the heat exchanger to raise the temperature of the hydrogen. By raising the temperature of hydrogen, the anode side of the fuel cell can also be quickly warmed up, and the warming-up of the entire fuel cell can be completed quickly.

【0009】請求項2に係る発明は、前記空気通路は、
主通路とバイパス通路を備え、前記主通路には、前記空
気を冷却する放熱器が設けられており、前記空気が通る
通路を、前記主通路と前記バイパス通路の間で切り替え
て、前記燃料電池に供給される空気の熱量を調整する熱
量調整手段を有することを特徴とする請求項1に記載の
燃料電池暖機装置である。
According to a second aspect of the present invention, the air passage includes:
The fuel cell includes a main passage and a bypass passage, and a radiator for cooling the air is provided in the main passage, and a passage through which the air passes is switched between the main passage and the bypass passage. The fuel cell warm-up device according to claim 1, further comprising a calorie adjusting means for adjusting a calorific value of air supplied to the fuel cell.

【0010】請求項2に係る発明では、空気通路には、
放熱器が設けられた主通路と、放熱器を迂回して設けら
れたバイパス通路とを備えている。そして、空気が通る
通路を主通路とバイパス通路の間で切り替えて、燃料電
池に供給される空気の熱量を熱量調整手段で調整してい
る。このため、燃料電池に対して好適な温度の空気およ
び水素を燃料電池に供給することができる。
In the invention according to claim 2, the air passage has:
It has a main passage provided with a radiator and a bypass passage provided around the radiator. The passage through which the air passes is switched between the main passage and the bypass passage, and the calorific value of the air supplied to the fuel cell is adjusted by the calorie adjusting means. Therefore, air and hydrogen at a temperature suitable for the fuel cell can be supplied to the fuel cell.

【0011】請求項3に係る発明は、前記燃料電池の暖
機状態に応じて、前記熱量調整手段を制御する制御装置
が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の燃
料電池暖機装置である。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel cell warm-up apparatus according to the second aspect, further comprising a control device for controlling the heat amount adjusting means in accordance with a warm-up state of the fuel cell. Machine device.

【0012】請求項3に係る発明においては、燃料電池
の暖機状態に応じて、熱量調整手段によって、空気が流
れる通路を、主通路とバイパス通路の間で切り替えて、
燃料電池に供給される空気の熱量を調整している。この
ため、燃料電池の暖機状態に応じて適切な温度の空気お
よび水素を燃料電池に供給することができる。なお、燃
料電池の暖機状態は、たとえば燃料電池から排出される
排出空気の温度によって特定することができる。
In the invention according to claim 3, the passage through which the air flows is switched between the main passage and the bypass passage by the calorific value adjusting means in accordance with the warm-up state of the fuel cell.
The amount of heat of the air supplied to the fuel cell is adjusted. Therefore, air and hydrogen at appropriate temperatures can be supplied to the fuel cell according to the warm-up state of the fuel cell. The warm-up state of the fuel cell can be specified by, for example, the temperature of the exhaust air discharged from the fuel cell.

【0013】請求項4に係る発明は、前記燃料電池の周
囲における外気温に基づいて前記熱量調整手段を制御す
る制御装置が設けられていることを特徴とする請求項2
に記載の燃料電池暖機装置である。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a control device for controlling the heat amount adjusting means based on an outside air temperature around the fuel cell.
3. The fuel cell warm-up device according to item 1.

【0014】燃料電池に供給する空気を好適な温度に昇
温するにあたり、外気温が低い時には、熱量を多くする
必要がある、逆に、外気温が高い場合には熱量は少なく
て済む。そこで、請求項4に係る発明では、外気温に基
づいて、熱量調整手段を制御する。具体的には、外気温
が低い場合には、バイパス通路に流す空気の流量を増や
し、外気温が高い場合には、主通路に流す空気の流量を
増やすように制御する。こうして、好適な温度の空気を
燃料電池に対して供給するようにすることができる。
In raising the temperature of the air supplied to the fuel cell to a suitable temperature, it is necessary to increase the amount of heat when the outside air temperature is low. Conversely, when the outside air temperature is high, the amount of heat need be small. Therefore, in the invention according to claim 4, the calorie adjusting means is controlled based on the outside air temperature. Specifically, when the outside air temperature is low, the flow rate of the air flowing through the bypass passage is increased, and when the outside air temperature is high, the flow rate of the air flowing through the main passage is increased. Thus, it is possible to supply air at a suitable temperature to the fuel cell.

【0015】請求項5に係る発明は、前記燃料電池の発
電量に応じて前記熱量調整手段を制御する制御装置が設
けられていることを特徴とする請求項2に記載の燃料電
池暖機装置である。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell warm-up device according to the second aspect, further comprising a control device for controlling the heat amount adjusting means in accordance with the amount of power generated by the fuel cell. It is.

【0016】燃料電池の発電量が多いと、消費する水素
も増加するので、水素の消費量の増減に応じて空気の熱
量も増減させるのが好適である。そこで、請求項におい
ては、燃料電池の発電量に応じて熱量調整手段を制御す
るようにしている。具体的には、燃料電池の発電量が大
きいときには、水素消費量も多いので、この多くの水素
に熱を与えるために、バイパス通路に流す空気の流量を
増加させて、空気の熱量を増やす。逆に、燃料電池の発
電量が小さいときには、水素消費量は少ないので、熱を
与える水素も少なくなる。したがって空気に与える熱の
量は少なくて済むので、主通路に流す空気の量を増加さ
せる。こうして、燃料電池に対して好適な温度の空気お
よび水素を供給することができる。
If the amount of power generated by the fuel cell is large, the amount of hydrogen consumed also increases. Therefore, it is preferable to increase or decrease the calorific value of air in accordance with an increase or decrease in the amount of hydrogen consumption. Therefore, in the claims, the calorific value adjusting means is controlled according to the amount of power generated by the fuel cell. Specifically, when the amount of power generated by the fuel cell is large, the amount of hydrogen consumption is also large. Therefore, in order to apply heat to the large amount of hydrogen, the amount of heat of air is increased by increasing the flow rate of air flowing through the bypass passage. Conversely, when the amount of power generated by the fuel cell is small, the amount of hydrogen consumed is small, so that the amount of hydrogen that gives heat is also small. Therefore, the amount of heat applied to the air can be reduced, so that the amount of air flowing through the main passage is increased. Thus, air and hydrogen at a suitable temperature can be supplied to the fuel cell.

【0017】請求項6に係る発明は、前記バイパス通路
には、開度を調整可能にした絞りが設けられていること
を特徴とする請求項1から請求項5のうちのいずれか1
項に記載の燃料電池暖機装置である。
According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a throttle whose opening is adjustable is provided in the bypass passage.
It is a fuel cell warm-up device described in the paragraph.

【0018】請求項6に係る発明においては、バイパス
通路に開度を調整可能にした絞り弁が設けられている。
このため、バイパス通路の管の幅(径)を狭めたり広げ
たりすることができる。バイパス通路の管路の幅を広げ
ることにより、コンプレッサの出側の圧力を高めること
ができるので、バイパス通路の管の幅によって空気の温
度を制御することができる。こうして、バイパス通路の
管の幅(径)を調整することで、燃料電池に供給される
空気および水素を適切な温度に制御することができる。
In the invention according to claim 6, a throttle valve whose opening degree can be adjusted is provided in the bypass passage.
For this reason, the width (diameter) of the pipe of the bypass passage can be reduced or increased. Since the pressure on the outlet side of the compressor can be increased by increasing the width of the pipe of the bypass passage, the temperature of the air can be controlled by the width of the pipe of the bypass passage. Thus, by adjusting the width (diameter) of the pipe of the bypass passage, the air and hydrogen supplied to the fuel cell can be controlled to appropriate temperatures.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
燃料電池暖機装置を、図面を参照して詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a fuel cell warm-up device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0020】〔第1実施形態〕まず、第1実施形態の燃
料電池暖機装置を説明する。この第1実施形態で参照す
る図面において、図1は第1実施形態の燃料電池暖機装
置を含む燃料電池システムの全体構成図であり、図2は
燃料電池の構成を模式化した説明図である。
[First Embodiment] First, a fuel cell warm-up device according to a first embodiment will be described. In the drawings referred to in the first embodiment, FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system including a fuel cell warm-up device of the first embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram schematically illustrating the configuration of a fuel cell. is there.

【0021】図1に示す燃料電池システムFCSは、燃
料電池1、空気供給装置2、水素供給装置3、制御装置
4、アノードカソード熱交換器(以下「熱交換器」とい
う)5などから構成される燃料電池1を中核とした発電
システムである。なお、燃料電池暖機装置GS(GS
1)は、空気供給装置2および制御装置4から構成され
る。本実施形態における燃料電池システムFCSは、自
動車(燃料電池電気自動車)に搭載されるものとする。
The fuel cell system FCS shown in FIG. 1 comprises a fuel cell 1, an air supply device 2, a hydrogen supply device 3, a control device 4, an anode-cathode heat exchanger (hereinafter referred to as "heat exchanger") 5, and the like. This is a power generation system having a fuel cell 1 as a core. The fuel cell warm-up device GS (GS
1) includes an air supply device 2 and a control device 4. It is assumed that the fuel cell system FCS according to the present embodiment is mounted on an automobile (fuel cell electric vehicle).

【0022】図2に示すように、燃料電池1は、電解質
膜1cを挟んでカソード極側(酸素極側)とアノード極
側(水素極側)とに分けられ、それぞれの側に白金系の
触媒を含んだ電極が設けられ、カソード電極1bおよび
アノード電極1dを形成している。電解質膜1cとして
は固体高分子膜、例えばプロトン交換膜であるパーフロ
ロカーボンスルホン酸膜が使われる。この電解質膜1c
は、固体高分子中にプロトン交換基を多数持ち、飽和含
水することにより常温で20Ω-プロトン以下の低い比
抵抗を示し、プロトン導伝性電解質として機能する。
As shown in FIG. 2, the fuel cell 1 is divided into a cathode side (oxygen side) and an anode side (hydrogen side) with an electrolyte membrane 1c interposed therebetween. An electrode containing a catalyst is provided to form a cathode electrode 1b and an anode electrode 1d. As the electrolyte membrane 1c, a solid polymer membrane, for example, a perfluorocarbon sulfonic acid membrane which is a proton exchange membrane is used. This electrolyte membrane 1c
Has a large number of proton exchange groups in a solid polymer, shows a low specific resistance of 20 Ω-proton or less at room temperature by being saturated with water, and functions as a proton conductive electrolyte.

【0023】また、カソード電極1bの外側にはカソー
ド電極1bに酸化剤ガスとしての供給空気Aを通流する
カソード極側ガス通路1aが設けられ、アノード電極1
dの外側にはアノード電極1dに燃料ガスとしての供給
水素Hを通流するアノード極側ガス通路1eが設けられ
ている。カソード極側ガス通路1aの入口および出口は
空気供給装置2に接続され、アノード極側ガス通路1e
の入口および出口は水素供給装置3に接続されている。
なお、この図2における燃料電池1は、その構成を模式
化して1枚の単セルとして表現してあるが、実際の燃料
電池1は、単セルを200枚程度積層した積層体として
構成される。また、燃料電池1は、発電の際に電気化学
反応により発熱するため、燃料電池1を冷却する図示し
ない冷却装置を有する。
Outside the cathode electrode 1b, there is provided a cathode electrode side gas passage 1a through which supply air A as an oxidizing gas flows through the cathode electrode 1b.
Outside the electrode d, an anode electrode-side gas passage 1e through which the supply hydrogen H as a fuel gas flows to the anode electrode 1d is provided. The inlet and outlet of the cathode-side gas passage 1a are connected to the air supply device 2, and the anode-side gas passage 1e
Are connected to a hydrogen supply device 3.
The configuration of the fuel cell 1 in FIG. 2 is schematically illustrated as one single cell, but the actual fuel cell 1 is configured as a stacked body in which about 200 single cells are stacked. . Further, the fuel cell 1 has a cooling device (not shown) for cooling the fuel cell 1 because the fuel cell 1 generates heat due to an electrochemical reaction during power generation.

【0024】この燃料電池1は、カソード極側ガス通路
1aに供給空気Aが通流され、アノード極側ガス通路1
eに供給水素Hが供給されると、アノード電極1dで水
素が触媒作用でイオン化してプロトンが生成し、生成し
たプロトンは、電解質膜1c中を移動してカソード電極
1bに到達する。そして、カソード電極1bに到達した
プロトンは、供給空気Aの酸素の酸素イオンと反応して
水を生成する。生成した水および未使用の酸素を含む供
給空気Aは、排出空気Aeとして燃料電池1のカソード
極側の出口から排出される(排出空気Aeは多量の水分
を含む)。また、アノード電極1dでは水素がイオン化
する際に電子e-が生成するが、この生成した電子e-
は、モータなどの外部負荷Mを経由してカソード電極1
bに達する。
In the fuel cell 1, supply air A flows through the cathode-side gas passage 1a, and the anode-side gas passage 1a
When the supply hydrogen H is supplied to e, the hydrogen is ionized by the catalytic action at the anode electrode 1d to generate protons, and the generated protons move through the electrolyte membrane 1c and reach the cathode electrode 1b. Then, the protons reaching the cathode electrode 1b react with oxygen ions of the oxygen of the supply air A to generate water. The supply air A containing the generated water and unused oxygen is discharged from the outlet on the cathode side of the fuel cell 1 as the discharge air Ae (the discharge air Ae contains a large amount of water). At the anode electrode 1d, electrons e- are generated when hydrogen is ionized, and the generated electrons e-
Is a cathode electrode 1 via an external load M such as a motor.
reaches b.

【0025】次に、図1に示すように、空気供給装置2
は、本発明のコンプレッサである空気圧縮器21、バイ
パス弁22、放熱器23、絞り弁24、カソード加湿器
25、およびカソード背圧弁26を備えている。このう
ち、放熱器23は、バイパス弁22とカソード加湿器2
5の間における主通路W1に設けられており、放熱器2
3は、供給空気Aを冷却するために循環供給する冷却水
を冷却するラジエータ23Aを備えている。また、絞り
弁24は、放熱器23を迂回して形成されたバイパス通
路W2に設けられており、放熱器23とカソード加湿器
25の間には熱交換器5が介在されている。したがっ
て、バイパス通路W2を通過する供給ガスは、放熱器2
3を通過しないようになっている。ここで、バイパス通
路W2の断面積は、主通路W1の断面積よりも小さくさ
れている。したがって、供給空気Aがバイパス通路W2
を流れる際には、主通路W1を流れる際よりも、空気圧
縮器21の出口側の圧力が高まる。その結果、供給空気
Aがより高温に昇温させられる。ここで、具体的には、
バイパス通路W2の断面積は、主通路W1の断面積の半
分以下に設定するのが望ましい。そのほか、空気供給装
置2は、供給空気Aや放熱器23に供給される冷却水の
温度を検出する温度センサT1〜T4を有している。
Next, as shown in FIG.
Has an air compressor 21, a bypass valve 22, a radiator 23, a throttle valve 24, a cathode humidifier 25, and a cathode back pressure valve 26, which are the compressors of the present invention. The radiator 23 includes the bypass valve 22 and the cathode humidifier 2.
5 is provided in the main passage W1 between the radiators 2
3 is provided with a radiator 23A for cooling the cooling water circulated to cool the supply air A. The throttle valve 24 is provided in a bypass passage W <b> 2 formed around the radiator 23, and the heat exchanger 5 is interposed between the radiator 23 and the cathode humidifier 25. Therefore, the supply gas passing through the bypass passage W2 is
3 does not pass. Here, the cross-sectional area of the bypass passage W2 is smaller than the cross-sectional area of the main passage W1. Therefore, the supply air A is supplied to the bypass passage W2.
, The pressure on the outlet side of the air compressor 21 is higher than when flowing through the main passage W1. As a result, the supply air A is heated to a higher temperature. Here, specifically,
The cross-sectional area of the bypass passage W2 is desirably set to half or less of the cross-sectional area of the main passage W1. In addition, the air supply device 2 has temperature sensors T1 to T4 for detecting the temperature of the supply air A and the cooling water supplied to the radiator 23.

【0026】空気圧縮器21は、図示しないスーパーチ
ャージャおよびこれを駆動するモータなどから構成され
ているコンプレッサである。空気圧縮器21には、たと
えば図示しないエアクリーナを通してごみなどを取り除
き、燃料電池1で酸化剤ガスとして使用される供給空気
Aを断熱圧縮して燃料電池に圧送する。この断熱圧縮の
際に供給空気Aが加熱される。このように加熱された供
給空気Aが、燃料電池1の暖機に貢献する。
The air compressor 21 is a compressor including a supercharger (not shown) and a motor for driving the supercharger. The air compressor 21 removes dust and the like through an air cleaner (not shown), and adiabatically compresses the supply air A used as the oxidant gas in the fuel cell 1 and sends it to the fuel cell. During the adiabatic compression, the supply air A is heated. The supply air A heated in this way contributes to the warm-up of the fuel cell 1.

【0027】バイパス弁22は、流路切り替え弁からな
り、制御装置4から出力される切り替え信号に基づい
て、供給空気Aを流す通路を、主通路W1とバイパス通
路W2の間で切り替えて、どちらに供給空気Aを流すか
を決定する。
The bypass valve 22 is composed of a flow path switching valve, and switches a passage through which the supply air A flows between the main passage W1 and the bypass passage W2 based on a switching signal output from the control device 4. Is determined whether the supply air A is to be flowed.

【0028】放熱器23には、冷却水が流れる冷却水流
路が設けられており、この冷却水と熱交換することによ
って、燃料電池1の通常運転時において空気圧縮器21
から供給される供給空気Aを冷却している。この放熱器
23にはラジエータ23Aが接続されており、ラジエー
タ23Aでは、放熱器23で供給空気Aを冷却してその
熱により昇温させられた冷却水を、たとえば冷却ファン
で冷却している。燃料電池1の通常運転時における空気
圧縮器21から供給される供給空気Aの温度は通常12
0℃程度であるが、燃料電池1は80〜90℃程度の温
度で運転される。このため、供給空気Aは、60〜75
℃程度に冷却されて燃料電池1に導入される。
The radiator 23 is provided with a cooling water flow path through which cooling water flows. By exchanging heat with the cooling water, the air compressor 21 is operated during normal operation of the fuel cell 1.
Is cooled. A radiator 23A is connected to the radiator 23. The radiator 23A cools the supply water A by the radiator 23 and cools the cooling water heated by the heat with a cooling fan, for example. The temperature of supply air A supplied from air compressor 21 during normal operation of fuel cell 1 is normally 12
Although it is about 0 ° C., the fuel cell 1 is operated at a temperature of about 80 to 90 ° C. Therefore, the supply air A is 60 to 75
It is cooled to about ° C and introduced into the fuel cell 1.

【0029】絞り弁24は、開度を調整可能にした開度
調整弁であり、その開度を調整することにより、供給空
気Aが通過するバイパス通路W2の一部の径を狭めるこ
とができるようになっている。
The throttle valve 24 is an opening adjustment valve whose opening is adjustable. By adjusting the opening, the diameter of a part of the bypass passage W2 through which the supply air A passes can be reduced. It has become.

【0030】カソード加湿器25は、燃料電池排出ガス
供給型のものであり、たとえば多数、具体的には500
0本の中空糸膜が束ねられてなる中空糸膜束がハウジン
グ内に収容されており、中空糸膜内を供給空気Aが通過
し、ハウジング内であって中空糸膜の外側を排出空気A
eが通過する。燃料電池1では、発電に伴い水が発生し
て、排出空気Aeには大量の水分が含まれているので、
この水分を供給空気Aに水分交換して供給空気Aを加湿
する。なお、カソード加湿器25としては、このような
燃料電池排出ガス供給型のもののほか、図示しないベン
チュリ、水貯蔵タンク、ベンチュリと水貯蔵タンクを接
続するサイフォン管などから構成され(一種のキャブレ
タ)、水貯蔵タンクに貯蔵された加湿用の水をベンチュ
リ効果で吸い上げて噴霧し、供給空気Aを加湿するもの
など、適宜公知のものを用いてもよい。
The cathode humidifier 25 is of a fuel cell exhaust gas supply type, for example, a large number, specifically 500
A hollow fiber membrane bundle in which zero hollow fiber membranes are bundled is housed in a housing, and supply air A passes through the hollow fiber membrane, and discharge air A passes inside the housing and outside the hollow fiber membrane.
e passes. In the fuel cell 1, water is generated along with power generation, and the discharged air Ae contains a large amount of water.
The water is exchanged with the supply air A to humidify the supply air A. The cathode humidifier 25 includes a fuel cell exhaust gas supply type, a venturi (not shown), a water storage tank, a siphon pipe connecting the venturi and the water storage tank (a type of carburetor), and the like. A known device such as a device for sucking up and spraying the humidifying water stored in the water storage tank by the Venturi effect and humidifying the supply air A may be used.

【0031】カソード背圧弁26は、図示しないバタフ
ライ弁およびこれを駆動するステッピングモータなどか
ら構成され、燃料電池1から排出される排出空気Aeの
圧力(吐出圧)をカソード背圧弁26の開度を減少・増
加することにより制御する。ちなみに、カソード背圧弁
26の開度を減少すると燃料電池1の排出圧力が高ま
り、これに対応して排出空気Aeの温度上昇幅が増加す
る。また、カソード背圧弁26の開度を増加すると燃料
電池1の排出圧力が低くなり、これに対応して排出空気
Aeの温度上昇幅が減少する。
The cathode back pressure valve 26 is composed of a butterfly valve (not shown) and a stepping motor for driving the same. Control by decreasing / increasing. Incidentally, when the opening degree of the cathode back pressure valve 26 is reduced, the discharge pressure of the fuel cell 1 increases, and the temperature rise of the discharge air Ae increases accordingly. Further, when the opening degree of the cathode back pressure valve 26 is increased, the discharge pressure of the fuel cell 1 decreases, and the temperature rise of the discharge air Ae decreases correspondingly.

【0032】温度センサT1〜T4は、いずれもサーミ
スタなどから構成される。このうち、温度センサT1
は、燃料電池1のカソード極側の入口における供給空気
Aの温度を検出する。また、温度センサT2は、燃料電
池のカソード側の出口における排出空気Aeの温度を検
出する。さらに、温度センサT3は、ラジエータ23A
から放熱器23に対して供給される冷却水の温度を検出
する。そして、温度センサT4は、熱交換器5に供給さ
れる供給空気Aの温度を検出する。これらの温度センサ
T1〜T4は、それぞれ検出した検出信号を制御装置4
に送信する。なお、温度センサT2で検出した排出空気
Aeの温度T2によって燃料電池1の暖機状態が判断さ
れる。さらに、温度センサT3で検出した放熱器23に
おける冷却水の温度T3によって外気温が判断される。
Each of the temperature sensors T1 to T4 is composed of a thermistor or the like. Among them, the temperature sensor T1
Detects the temperature of the supply air A at the cathode-side entrance of the fuel cell 1. The temperature sensor T2 detects the temperature of the exhaust air Ae at the cathode outlet of the fuel cell. Further, the temperature sensor T3 is connected to the radiator 23A.
The temperature of the cooling water supplied to the radiator 23 from is detected. Then, the temperature sensor T4 detects the temperature of the supply air A supplied to the heat exchanger 5. These temperature sensors T1 to T4 output the detected signals respectively to the control device 4.
Send to The warm-up state of the fuel cell 1 is determined based on the temperature T2 of the exhaust air Ae detected by the temperature sensor T2. Further, the outside air temperature is determined based on the temperature T3 of the cooling water in the radiator 23 detected by the temperature sensor T3.

【0033】また、図1に示すように、水素供給装置3
は、アノード供給装置31、アノード循環装置32、ア
ノード加湿器33などから構成される。
Further, as shown in FIG.
Comprises an anode supply device 31, an anode circulation device 32, an anode humidifier 33, and the like.

【0034】アノード供給装置31は、たとえば水素ガ
スボンベおよびレギュレータを備える。水素ガスボンベ
は、図示しない高圧水素容器から構成され、燃料電池1
のアノード極側に導入される供給水素Hを貯蔵する。貯
蔵する供給水素Hは純水素であり、圧力は15〜20M
PaG(150〜200kg/cm2G)である。なお、水素
ガスボンベは、水素吸蔵合金を内蔵し1MPaG(10
kg/cm2G)程度の圧力で水素を貯蔵する水素吸蔵合金タ
イプである場合もある。レギュレータは、図示しないダ
イヤフラムや圧力調整バネなどから構成され、高圧で貯
蔵された供給水素Hを所定の圧力まで減圧させ、一定圧
力で使用できるようにする圧力制御弁である。
The anode supply device 31 includes, for example, a hydrogen gas cylinder and a regulator. The hydrogen gas cylinder is composed of a high-pressure hydrogen container (not shown),
The supply hydrogen H introduced to the anode electrode side is stored. The supply hydrogen H to be stored is pure hydrogen, and the pressure is 15-20M.
PaG (150-200 kg / cm2G). The hydrogen gas cylinder contains a hydrogen storage alloy and has a pressure of 1 MPaG (10 MPa).
It may be a hydrogen storage alloy type that stores hydrogen at a pressure of about kg / cm2G). The regulator is a pressure control valve composed of a diaphragm, a pressure adjusting spring, and the like (not shown), and reduces the supply hydrogen H stored at a high pressure to a predetermined pressure so that the supply hydrogen H can be used at a constant pressure.

【0035】アノード循環装置32は、たとえば水素循
環ポンプからなる。この水素循環ポンプは、図示しない
エジェクタなどから構成され、燃料電池1のアノード極
側に向かう供給水素Hの流れを利用して、燃料電池1で
燃料ガスとして使用された後の供給水素H、つまり燃料
電池1のアノード極側から排出される排出水素Heを吸
引し循環させる。なお、排出水素Heを循環使用するの
は、供給水素Hが、アノード供給装置31における水素
ガスボンベに貯蔵されている純水素だからである。
The anode circulation device 32 comprises, for example, a hydrogen circulation pump. This hydrogen circulation pump is constituted by an ejector or the like (not shown), and utilizes the flow of the supply hydrogen H toward the anode electrode side of the fuel cell 1 to supply hydrogen H used as fuel gas in the fuel cell 1, that is, Discharged hydrogen He discharged from the anode side of the fuel cell 1 is sucked and circulated. The reason why the discharged hydrogen He is circulated is that the supply hydrogen H is pure hydrogen stored in the hydrogen gas cylinder in the anode supply device 31.

【0036】次に、制御装置4は、図示しないCPU、
メモリ、入出力インタフェイス、A/D変換器、バスな
どから構成されており、燃料電池システムFCSを統括
的に制御するとともに、燃料電池1に供給する供給空気
Aの温度を制御する。制御装置4は、前記の通り温度セ
ンサT1〜T4より出力される検出信号を受信する。ま
た、制御装置4は、空気圧縮器21、バイパス弁22、
絞り弁24、およびカソード背圧弁26に対する制御信
号を送信する。本実施形態では、制御装置4がバイパス
弁22を切り替えるとともに、絞り弁24の絞り開度を
調整する。そうして、空気圧縮器21から供給される供
給空気Aが流れる通路を主通路W1とバイパス通路W2
の間で切り替える。また、バイパス通路W2を流す場合
には、絞り弁24の開度を調整して、供給空気Aの温度
を調整する。したがって、これらのバイパス弁22およ
び絞り弁24が本発明の熱量調整手段を構成する。
Next, the control device 4 includes a CPU (not shown)
It comprises a memory, an input / output interface, an A / D converter, a bus, etc., and controls the fuel cell system FCS as a whole and controls the temperature of the supply air A supplied to the fuel cell 1. The control device 4 receives the detection signals output from the temperature sensors T1 to T4 as described above. Further, the control device 4 includes an air compressor 21, a bypass valve 22,
Control signals for the throttle valve 24 and the cathode back pressure valve 26 are transmitted. In the present embodiment, the control device 4 switches the bypass valve 22 and adjusts the throttle opening of the throttle valve 24. Thus, the passage through which the supply air A supplied from the air compressor 21 flows is divided into the main passage W1 and the bypass passage W2.
Switch between. When flowing through the bypass passage W2, the opening degree of the throttle valve 24 is adjusted to adjust the temperature of the supply air A. Therefore, the bypass valve 22 and the throttle valve 24 constitute the heat amount adjusting means of the present invention.

【0037】熱交換器5は、空気圧縮器21と燃料電池
1のカソード極を繋ぐ空気通路と、アノード供給装置3
1と燃料電池1のアノード極を繋ぐ水素通路の間に介在
されて設けられている。この熱交換器5は、供給空気A
が流れる空気流路と、供給水素Hが流れる水素流路とを
備えており、空気流路を流れる供給空気Aの熱が水素流
路を流れる供給水素Hに対して伝達されるようになって
いる。
The heat exchanger 5 includes an air passage connecting the air compressor 21 and the cathode of the fuel cell 1 and an anode supply device 3.
1 and a hydrogen passage connecting the anode electrode of the fuel cell 1. This heat exchanger 5 is provided with supply air A
And a hydrogen flow path through which the supply hydrogen H flows, so that the heat of the supply air A flowing through the air flow path is transmitted to the supply hydrogen H flowing through the hydrogen flow path. I have.

【0038】次に、第1の実施形態に係る燃料電池1の
始動時おける燃料電池暖機装置GS1の動作の一例を、
図3を参照して説明する(適宜図1参照)。
Next, an example of the operation of the fuel cell warm-up device GS1 when starting the fuel cell 1 according to the first embodiment will be described.
This will be described with reference to FIG. 3 (see FIG. 1 as appropriate).

【0039】図3は、燃料電池暖機装置の制御フローを
示すフローチャートである。なお、燃料電池1に供給さ
れる供給空気Aの目標温度は65℃〜80℃である。
FIG. 3 is a flowchart showing a control flow of the fuel cell warm-up device. Note that the target temperature of the supply air A supplied to the fuel cell 1 is 65 ° C to 80 ° C.

【0040】燃料電池を始動する際、イグニッションス
イッチをONにすると(S1)、空気圧縮器21が駆動
する。空気圧縮器21が駆動する際、温度センサT1,
T2によって燃料電池1の入側における供給空気Aの温
度および燃料電池1の出側における排出空気Aeの温度
を検出する(S2)。続いて、温度センサT2で検出さ
れた排出空気Aeの温度T2が15℃を超えるかを判断
するとともに、温度センサT1で検出された供給空気A
の温度T1よりも排出空気の温度T2の方が高いかを判
断する(S3)。排出空気Aeの温度が15℃を超えて
入れば、燃料電池1が暖まっていることを示すので、燃
料電池1の暖機は特に必要ないと判断できる。一方、供
給空気Aの温度よりも排出空気Aeの温度の方が高い場
合も同様に、燃料電池1が暖まっていると考えられるの
で、燃料電池1の暖機は不要と判断できる。そこで、排
出空気Aeの温度が15℃を超えるか、あるいは排出空
気Aeの温度T2が供給空気Aの温度T1よりも高いか
のいずれかの条件を満たすときに、燃料電池1の暖機は
不要と判断する。そして、空気圧縮器21の駆動を継続
しながら、燃料電池1のアイドル運転を開始する(S
5)。ここまでの処理が、イグニッションスイッチをO
Nにした直後に行われる。
When the ignition switch is turned on when starting the fuel cell (S1), the air compressor 21 is driven. When the air compressor 21 is driven, the temperature sensors T1,
The temperature of the supply air A at the inlet of the fuel cell 1 and the temperature of the exhaust air Ae at the outlet of the fuel cell 1 are detected by T2 (S2). Subsequently, it is determined whether the temperature T2 of the exhaust air Ae detected by the temperature sensor T2 exceeds 15 ° C., and the supply air A detected by the temperature sensor T1 is determined.
It is determined whether the temperature T2 of the discharged air is higher than the temperature T1 of (S3). If the temperature of the exhaust air Ae exceeds 15 ° C., it indicates that the fuel cell 1 has been warmed, and it can be determined that warming up of the fuel cell 1 is not particularly necessary. On the other hand, when the temperature of the exhaust air Ae is higher than the temperature of the supply air A, the fuel cell 1 is also considered to be warmed up, so that it can be determined that warming up of the fuel cell 1 is unnecessary. Therefore, when the temperature of the exhaust air Ae exceeds 15 ° C. or the temperature T2 of the exhaust air Ae is higher than the temperature T1 of the supply air A, the fuel cell 1 does not need to be warmed up. Judge. Then, the idling operation of the fuel cell 1 is started while the driving of the air compressor 21 is continued (S
5). The process up to this point is when the ignition switch
This is performed immediately after setting N.

【0041】また、ステップS4で排出空気Aeの温度
T2が15℃以下であり、かつ排出空気Aeの温度が供
給空気Aの温度T1以下であると判断された場合には、
放熱器23における冷却水の温度を温度センサT3で検
出する(S6)。いま、冷却水の温度は外気温とほぼ等
しいと考えられるが、冷却水の温度が15℃を超えてい
れば、燃料電池1の暖機は不要と考えられる。そこで、
冷却水の温度T3が15℃を超えているか否かを判断す
る(S7)。その結果、冷却水の温度T3が15℃を超
えている場合には、燃料電池1の暖機は不要であると判
断できるので、空気圧縮器21の駆動を継続するととも
に、燃料電池1のアイドル運転を開始する(S5)。ま
た、ステップS7で冷却水の温度T3が15℃以下であ
ると判断された場合には、バイパス弁22をONにして
(S8)、低温始動モードに入り(S9)、空気圧縮器
21から供給される供給空気Aをバイパス通路W2に流
す。なお、バイパス弁22をONにすることにより、供
給空気Aがバイパス通路W2を通り、バイパス弁22を
OFFにすることにより、供給空気Aが主通路W1を流
れるように、通路が切り替えられる。供給空気Aがバイ
パス通路W2を流れることにより、供給空気Aは放熱器
23を迂回して燃料電池1に供給される。放熱器23を
迂回して供給される供給空気Aは、放熱器23によって
冷却されないので、空気圧縮器21で暖められた空気を
そのまま燃料電池1に供給することができる。
If it is determined in step S4 that the temperature T2 of the exhaust air Ae is equal to or lower than 15 ° C. and the temperature of the exhaust air Ae is equal to or lower than the temperature T1 of the supply air A,
The temperature of the cooling water in the radiator 23 is detected by the temperature sensor T3 (S6). Now, the temperature of the cooling water is considered to be substantially equal to the outside air temperature. However, if the temperature of the cooling water exceeds 15 ° C., it is considered that the fuel cell 1 does not need to be warmed up. Therefore,
It is determined whether the temperature T3 of the cooling water exceeds 15 ° C. (S7). As a result, when the temperature T3 of the cooling water is higher than 15 ° C., it can be determined that the fuel cell 1 does not need to be warmed up. The operation is started (S5). If it is determined in step S7 that the temperature T3 of the cooling water is equal to or lower than 15 ° C., the bypass valve 22 is turned on (S8), and a low-temperature start mode is entered (S9). The supplied air A flows through the bypass passage W2. When the bypass valve 22 is turned on, the supply air A passes through the bypass passage W2, and when the bypass valve 22 is turned off, the passage is switched such that the supply air A flows through the main passage W1. When the supply air A flows through the bypass passage W2, the supply air A bypasses the radiator 23 and is supplied to the fuel cell 1. Since the supply air A supplied around the radiator 23 is not cooled by the radiator 23, the air heated by the air compressor 21 can be supplied to the fuel cell 1 as it is.

【0042】ここで、燃料電池に供給される供給空気A
は、熱交換器5を通過している。この熱交換器5には、
燃料電池1のアノード側に供給される供給水素Hも流れ
ている。いま、この供給水素Hは、空気圧縮器21で暖
められる前の供給空気Aとほぼ同じ程度の温度であり、
暖められた供給空気Aよりも温度が低い。また、通常、
供給水素Hの流量は、供給空気Aの流量よりも非常に少
ない。これらの供給空気Aと供給水素Hがともに熱交換
器5を通過することにより、供給空気Aの熱が供給水素
Hに伝達され、供給水素Hが暖められて供給空気Aとほ
ぼ同じ温度になる。このため、供給空気Aは、供給水素
Hをも暖めるための熱量を有することが求められるの
で、供給空気Aは、燃料電池1に供給される温度である
65〜80℃よりも高い温度まで暖められる。
Here, the supply air A supplied to the fuel cell
Pass through the heat exchanger 5. In this heat exchanger 5,
The supply hydrogen H supplied to the anode side of the fuel cell 1 is also flowing. Now, this supply hydrogen H is almost the same temperature as the supply air A before being heated by the air compressor 21,
The temperature is lower than the warmed supply air A. Also, usually
The flow rate of the supply hydrogen H is much smaller than the flow rate of the supply air A. When both the supply air A and the supply hydrogen H pass through the heat exchanger 5, the heat of the supply air A is transmitted to the supply hydrogen H, and the supply hydrogen H is warmed to have substantially the same temperature as the supply air A. . For this reason, the supply air A is required to have a heat quantity for warming the supply hydrogen H, and the supply air A is heated to a temperature higher than 65 to 80 ° C. which is the temperature supplied to the fuel cell 1. Can be

【0043】こうして、空気圧縮器21で供給空気Aを
暖めるとともに、供給空気Aの熱で供給水素Hを暖めな
がら供給空気Aを燃料電池1のカソード側に供給し供給
水素Hを燃料電池1のアノード極側に供給することによ
り、燃料電池1を全体的に均一に暖機することができ
る。したがって、燃料電池1が所定の発電能力を発揮し
うるまで燃料電池1を暖機するための時間を短くするこ
とができる。こうして、燃料電池1が迅速に暖機され
る。なお、低温始動モードでは、空気圧縮器21は、通
常のアイドル時の電力(たとえば500W)よりも大き
い電力(たとえば5kW)で運転され、空気圧縮器21
の断熱圧縮による加熱量を増加している。また、絞り弁
24の開度は、たとえば温度センサT1で検出される燃
料電池1に供給される直前の供給空気Aの温度に基づい
て適宜決定される。
In this way, the supply air A is supplied to the cathode side of the fuel cell 1 while the supply air A is heated by the air compressor 21 and the supply hydrogen A is heated by the heat of the supply air A. By supplying the fuel to the anode, the fuel cell 1 can be uniformly warmed up as a whole. Therefore, the time for warming up the fuel cell 1 until the fuel cell 1 can exhibit a predetermined power generation capacity can be shortened. Thus, the fuel cell 1 is quickly warmed up. In the low-temperature start mode, the air compressor 21 is operated with electric power (for example, 5 kW) larger than normal idling electric power (for example, 500 W).
The amount of heating by the adiabatic compression of is increased. Further, the opening degree of the throttle valve 24 is appropriately determined, for example, based on the temperature of the supply air A immediately before being supplied to the fuel cell 1 detected by the temperature sensor T1.

【0044】かかる低温始動モード中において、温度セ
ンサT1によって燃料電池1に供給される直前の供給空
気Aの温度T1を検出し、温度センサT2によって燃料
電池1から排出された排出空気Aeの温度を検出する
(S10)。そして、燃料電池1に供給される供給空気
Aの前回の温度と比較した供給空気上昇温度ΔT1およ
び燃料電池1から排出される排出空気Aeの前回の温度
と比較した排出空気上昇温度ΔT2を算出する。それか
ら、これらの供給空気上昇温度ΔT1および排出空気上
昇温度ΔT2がそれぞれ0℃を超えているかを判断する
(S11)。その結果、供給空気上昇温度ΔT1および
排出空気上昇温度ΔT2のいずれかが0℃以下となって
いる場合には、ステップS9に戻って低温始動モードが
継続する。
During the low temperature start mode, the temperature T1 of the supply air A immediately before being supplied to the fuel cell 1 is detected by the temperature sensor T1, and the temperature of the exhaust air Ae discharged from the fuel cell 1 is detected by the temperature sensor T2. It is detected (S10). Then, a supply air rise temperature ΔT1 compared with the previous temperature of the supply air A supplied to the fuel cell 1 and a discharge air rise temperature ΔT2 compared with the previous temperature of the exhaust air Ae discharged from the fuel cell 1 are calculated. . Then, it is determined whether each of the supply air rise temperature ΔT1 and the discharge air rise temperature ΔT2 exceeds 0 ° C. (S11). As a result, when either the supply air rise temperature ΔT1 or the discharge air rise temperature ΔT2 is equal to or lower than 0 ° C., the process returns to step S9 and the low temperature start mode is continued.

【0045】また、供給空気上昇温度ΔT1および排出
空気上昇温度ΔT2がいずれも0℃を超えた時点で、温
度センサT3で放熱器23の冷却水の温度T3を検出す
る(S12)。そして、冷却水の温度T3が15℃未満
であるか否かを判断する(S13)。その結果、冷却水
の水温T3が15℃未満である場合には、放熱器23が
まだ暖まっていないので、放熱器23に供給空気Aを流
すと、供給空気Aが冷えてしまう。このため、低温始動
モードは解除した後(S14)、放熱器23を迂回する
べく、絞り弁24の絞りを全開にして(S15)、供給
空気Aをすべてバイパス通路W2に流す。そして、空気
圧縮器21の駆動を継続しながら、燃料電池1のアイド
ル運転を開始する(S16)。このときの空気圧縮器2
1は、たとえば500Wの電力で運転される。
When the supply air rise temperature ΔT1 and the discharge air rise temperature ΔT2 both exceed 0 ° C., the temperature T3 of the cooling water of the radiator 23 is detected by the temperature sensor T3 (S12). Then, it is determined whether the temperature T3 of the cooling water is lower than 15 ° C. (S13). As a result, when the water temperature T3 of the cooling water is lower than 15 ° C., the radiator 23 has not been warmed up yet. Therefore, when the supply air A flows through the radiator 23, the supply air A cools. For this reason, after the low temperature start mode is released (S14), the throttle of the throttle valve 24 is fully opened to bypass the radiator 23 (S15), and the supply air A is entirely flown into the bypass passage W2. Then, the idling operation of the fuel cell 1 is started while the driving of the air compressor 21 is continued (S16). Air compressor 2 at this time
1 is operated with an electric power of 500 W, for example.

【0046】そして、放熱器23の冷却水の温度T3を
検出し(S17)、冷却水の温度T3が15℃未満であ
るか否かを判断する(S18)。その結果、冷却水の温
度T3が15℃未満のときは、ステップS16に戻っ
て、燃料電池1のアイドル運転を継続する。こうして、
冷却水の温度が15℃以上になるまでフィードバック制
御を行い、冷却水の温度T3の温度が15℃以上となる
まで、同様の作業が繰り返される。また、冷却水の温度
T3が15℃以上となったときには、放熱器23が冷え
た状態ではなくなったと判断できるので、図5に示すス
テップS19に進む。
Then, the temperature T3 of the cooling water of the radiator 23 is detected (S17), and it is determined whether the temperature T3 of the cooling water is lower than 15 ° C. (S18). As a result, when the temperature T3 of the cooling water is lower than 15 ° C., the process returns to step S16, and the idle operation of the fuel cell 1 is continued. Thus,
Feedback control is performed until the temperature of the cooling water becomes 15 ° C. or more, and the same operation is repeated until the temperature of the cooling water T3 becomes 15 ° C. or more. When the temperature T3 of the cooling water is equal to or higher than 15 ° C., it can be determined that the radiator 23 is no longer in a cooled state, and the process proceeds to step S19 shown in FIG.

【0047】一方、ステップS13において、放熱器2
3の冷却水の温度T3が15℃以上であると判断された
場合には、放熱器23は冷えた状態ではないので、その
ままステップS19に進む。
On the other hand, in step S13, the radiator 2
When it is determined that the temperature T3 of the cooling water of No. 3 is equal to or higher than 15 ° C., since the radiator 23 is not in a cooled state, the process directly proceeds to step S19.

【0048】ステップ19では、燃料電池1が低温始動
モードにあるか否かを判断している。低温判断の結果、
始動モードにない場合は、ステップS20を飛び越して
ステップS21に進む。一方、ステップS19で低温始
動モードにあると判断された場合には、始動モードを解
除する(S20)。低温始動モードを解除したらバイパ
ス弁22をOFFにして、空気圧縮器21から供給され
る空気を主通路W1に流す。主通路W1を流れる供給空
気Aは、放熱器23によって所定の温度に温度調整させ
られてから、燃料電池1に供給される。そして、空気圧
縮器21の駆動を継続するとともに、燃料電池1のアイ
ドル運転を行う(S22)。そして、燃料電池1の暖機
が終了する(S23)。
In step 19, it is determined whether or not the fuel cell 1 is in the low temperature start mode. As a result of the low temperature judgment,
If not in the start mode, the process skips step S20 and proceeds to step S21. On the other hand, if it is determined in step S19 that the vehicle is in the low-temperature start mode, the start mode is released (S20). When the low-temperature start mode is released, the bypass valve 22 is turned off, and the air supplied from the air compressor 21 flows through the main passage W1. The supply air A flowing through the main passage W1 is supplied to the fuel cell 1 after the temperature is adjusted to a predetermined temperature by the radiator 23. Then, the driving of the air compressor 21 is continued, and the idle operation of the fuel cell 1 is performed (S22). Then, the warm-up of the fuel cell 1 ends (S23).

【0049】このように、本実施形態では、空気圧縮器
21によって暖められ、燃料電池1のカソード側に供給
空気Aと、燃料電池1のアノード側に供給される供給水
素Hをそれぞれ熱交換器5に通す。熱交換器5では、供
給空気Aの熱が供給水素に伝達されて、供給水素Hが暖
められる。したがって、燃料電池1のカソード側を介す
ることなく燃料電池1のアノード側を直接暖機すること
ができる。したがって、燃料電池1の全体としての暖気
を迅速に行うことができる。
As described above, in the present embodiment, the supply air A supplied to the cathode side of the fuel cell 1 and the supply hydrogen H supplied to the anode side of the fuel cell 1 are heated by the air compressor 21, respectively. Pass through 5. In the heat exchanger 5, the heat of the supply air A is transmitted to the supply hydrogen, and the supply hydrogen H is heated. Therefore, the anode side of the fuel cell 1 can be directly warmed up without passing through the cathode side of the fuel cell 1. Therefore, it is possible to quickly warm up the fuel cell 1 as a whole.

【0050】また、燃料電池1の暖機の完了を判断する
にあたり、燃料電池1から排出される排出空気Aeの温
度のほか、たとえば空気圧縮器21の入側に設けられた
図示しない温度センサで外気温を測定し、この外気温に
基づいてバイパス弁22の制御を行うこともできる。外
気温が低い場合には、燃料電池1に対して好適な温度と
なるまで空気の温度を上昇させるために、空気に与える
熱の量を増やす必要がある。そのため、外気温が低い場
合には、バイパス通路W2に流す供給空気Aの流量を増
加させるように制御を行う。逆に、外気温が高い場合に
は、主通路W1に流す供給空気Aの流量を増やす。この
ようにして、供給空気Aの温度を適切に調整することが
できる。
When judging the completion of the warm-up of the fuel cell 1, the temperature of the exhaust air Ae discharged from the fuel cell 1 and a temperature sensor (not shown) provided on the inlet side of the air compressor 21, for example, are used. It is also possible to measure the outside air temperature and control the bypass valve 22 based on the outside air temperature. When the outside air temperature is low, it is necessary to increase the amount of heat applied to the air in order to raise the temperature of the air until the temperature becomes suitable for the fuel cell 1. Therefore, when the outside air temperature is low, control is performed so as to increase the flow rate of the supply air A flowing through the bypass passage W2. Conversely, when the outside air temperature is high, the flow rate of the supply air A flowing through the main passage W1 is increased. Thus, the temperature of the supply air A can be appropriately adjusted.

【0051】また、本実施形態における通常走行時にお
ける暖機処理について説明する。この通常走行時におけ
る暖機処理は、図1に示す燃料電池暖機装置GS1にお
いて行われるので、適宜図1を参照する。図6(a)
は、通常時における暖機処理を説明するためのフローチ
ャートである。図6(a)に示すように、燃料電池1が
通常モードにあるときには(S30)、温度センサT4
で熱交換器5に供給される供給空気Aの温度T4を検出
し、供給空気Aの温度が60℃未満であるか否かを判断
する(S31)。燃料電池1が通常モードにあるときに
は、供給空気Aを放熱器23で冷却するためにバイパス
弁22はOFFとなっており、供給空気Aは主通路W1
を流れている。ここで、熱交換器5に供給される供給空
気Aの温度が60℃未満である場合には、燃料電池1に
供給するための供給空気の適正温度範囲である65〜8
0℃の範囲内にある温度の供給空気Aを燃料電池1に供
給することができない。一方、ステップS31におい
て、供給空気Aの温度T4が60℃以上である場合に
は、燃料電池1に対して適正な温度範囲にある供給空気
Aを燃料電池1に供給することができる。このためバイ
パス弁22はOFFのままとし(S32)、供給空気A
を主通路W1に流したままとしてそのまま終了する。
The warm-up process during normal running in this embodiment will be described. Since the warm-up process during the normal running is performed in the fuel cell warm-up device GS1 shown in FIG. 1, reference is made to FIG. FIG. 6 (a)
5 is a flowchart for explaining a warm-up process in a normal state. As shown in FIG. 6A, when the fuel cell 1 is in the normal mode (S30), the temperature sensor T4
Detects the temperature T4 of the supply air A supplied to the heat exchanger 5, and determines whether the temperature of the supply air A is lower than 60 ° C. (S31). When the fuel cell 1 is in the normal mode, the bypass valve 22 is turned off in order to cool the supply air A by the radiator 23, and the supply air A is supplied to the main passage W1.
Is flowing. Here, when the temperature of the supply air A supplied to the heat exchanger 5 is lower than 60 ° C., the appropriate temperature range of the supply air for supplying the fuel cell 1 is 65 to 8.
The supply air A at a temperature within the range of 0 ° C. cannot be supplied to the fuel cell 1. On the other hand, in step S31, when the temperature T4 of the supply air A is equal to or higher than 60 ° C., the supply air A in the temperature range appropriate for the fuel cell 1 can be supplied to the fuel cell 1. Therefore, the bypass valve 22 is kept OFF (S32), and the supply air A
Is kept flowing through the main passage W1, and the process is terminated.

【0052】また、温度センサT4で検出された供給空
気Aの温度T4が60℃未満であるときには、暖かい供
給空気Aを燃料電池1に供給する必要性があるので、バ
イパス弁22をONにして(S33)、供給空気Aをバ
イパス通路W2に流す。バイパス通路W2を流れる供給
空気Aは、放熱器23を迂回して燃料電池1に供給され
るので、暖かいままで燃料電池1に供給される。また、
供給空気Aをバイパス通路W2に流すに際し、バイパス
通路W2に、設けられた絞り弁24で空気圧縮器21の
出側における圧力を調整する。このときの絞り弁24の
開度は熱交換器5の入側直前における供給空気Aの温度
T4をパラメータとする関数f(T4)によって決定す
る(S34)。このときに用いられる関数を図6(b)
に示す。図6(b)に示すように、熱交換器5の直前に
おける供給空気Aの温度T4が60℃未満の領域におい
ては、供給空気Aの温度T4が低いほど、絞り弁24の
絞り開度を絞る(小さくする)。絞り弁24の絞り開度
を絞ることにより、空気圧縮器21の出側における供給
空気Aの圧力を大きくすることができ、もって供給空気
Aをさらに高い温度まで昇温させることができる。した
がって、燃料電池1に供給する供給空気Aの温度を上昇
させることができる。
When the temperature T4 of the supply air A detected by the temperature sensor T4 is lower than 60 ° C., it is necessary to supply the warm supply air A to the fuel cell 1, so that the bypass valve 22 is turned on. (S33), the supply air A flows through the bypass passage W2. The supply air A flowing through the bypass passage W2 is supplied to the fuel cell 1 while bypassing the radiator 23, so that the supply air A is supplied to the fuel cell 1 while being warm. Also,
When the supply air A flows through the bypass passage W2, the pressure at the outlet side of the air compressor 21 is adjusted by a throttle valve 24 provided in the bypass passage W2. At this time, the opening degree of the throttle valve 24 is determined by a function f (T4) using the temperature T4 of the supply air A immediately before the inlet of the heat exchanger 5 as a parameter (S34). The function used at this time is shown in FIG.
Shown in As shown in FIG. 6B, in a region where the temperature T4 of the supply air A immediately before the heat exchanger 5 is lower than 60 ° C., the lower the temperature T4 of the supply air A, the more the throttle opening of the throttle valve 24 decreases. Squeeze (reduce). By reducing the throttle opening of the throttle valve 24, the pressure of the supply air A on the outlet side of the air compressor 21 can be increased, and the supply air A can be heated to a higher temperature. Therefore, the temperature of the supply air A supplied to the fuel cell 1 can be increased.

【0053】そして、供給空気Aの温度T3が60℃に
近づくにつれて絞り弁24の絞り開度を開いていく(大
きくする)。絞り弁24の絞り開度を開くことにより、
空気圧縮器21の出側における供給空気Aの圧力が小さ
くなり、もって供給空気Aの温度の上昇量が減少する。
したがって、燃料電池1に供給される供給空気Aとして
適切な温度となるように制御することができる。
Then, as the temperature T3 of the supply air A approaches 60 ° C., the throttle opening of the throttle valve 24 is opened (increased). By opening the throttle opening of the throttle valve 24,
The pressure of the supply air A on the outlet side of the air compressor 21 decreases, and the amount of increase in the temperature of the supply air A decreases.
Therefore, the supply air A supplied to the fuel cell 1 can be controlled so as to have an appropriate temperature.

【0054】このような制御を行うことにより、通常時
における燃料電池の暖機処理を終了する(S35)。こ
うして、燃料電池1の通常運転時においても、燃料電池
1の暖機を行うことができる。
By performing such control, the warm-up process of the fuel cell in the normal state is terminated (S35). Thus, the fuel cell 1 can be warmed up even during the normal operation of the fuel cell 1.

【0055】〔第2実施形態〕次に、本発明の第2実施
形態について説明する。なお、第1実施形態と同一性の
ある要素・部材などについては、同一の符号を付してそ
の説明を省略する。図7は、第2の実施形態に係る燃料
電池暖機装置を含む燃料電池システムの全体構成図であ
る。
[Second Embodiment] Next, a second embodiment of the present invention will be described. Elements and members that are the same as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. FIG. 7 is an overall configuration diagram of a fuel cell system including the fuel cell warm-up device according to the second embodiment.

【0056】図7に示すように、第2実施形態の燃料電
池暖機装置GS2は、図1に示す前記第1実施形態にお
ける熱交換器5に代えて、第1,第2共通配管41,4
2が設けられている点で、前記第1実施形態と異なる。
第2実施形態では、これらの共通配管41,42が、供
給空気の熱を供給水素に伝達する熱交換器となる。ま
た、第2実施形態では、絞り弁24が設けられていな
い。
As shown in FIG. 7, the fuel cell warm-up device GS2 of the second embodiment is different from the heat exchanger 5 of the first embodiment shown in FIG. 4
2 is provided, which is different from the first embodiment.
In the second embodiment, these common pipes 41 and 42 serve as heat exchangers that transfer the heat of the supply air to the supply hydrogen. In the second embodiment, the throttle valve 24 is not provided.

【0057】この第2実施形態では、空気圧縮器21か
ら供給された供給空気Aは、放熱器23を介して第1共
通配管41に導入される。第1共通配管41を出た供給
空気Aは、カソード加湿器25を通過して、第2共通配
管42に導入される。第2共通配管42から出た供給空
気Aは、燃料電池1のカソード極側に供給される。燃料
電池1のカソード極側から排出された排出空気Aeは、
前記第1実施形態と同一の経路を経て排出される。
In the second embodiment, the supply air A supplied from the air compressor 21 is introduced into the first common pipe 41 via the radiator 23. The supply air A that has exited the first common pipe 41 passes through the cathode humidifier 25 and is introduced into the second common pipe 42. The supply air A flowing out of the second common pipe 42 is supplied to the cathode side of the fuel cell 1. The exhaust air Ae discharged from the cathode side of the fuel cell 1 is
It is discharged via the same route as in the first embodiment.

【0058】一方、アノード供給装置31から供給され
た供給水素Hは、アノード循環装置32を経て、第1共
通配管41に導入される。ここで、第1共通配管41の
断面図を図8に示す。図8に示すように、第1共通配管
41は、二重管の構造をなしており、内管41Aの内側
は供給水素が通過する水素流路HFとなっている。ま
た、内管41Aの外側であって外管41Bの内側が供給
空気が通過する空気流路AFとなっている。このような
単純な二重管の構造となっており、供給空気および供給
水素がそれぞれ空気流路AFおよび水素流路HFで同一
方向を向いて並流することにより、供給空気Aの熱が供
給水素Hに伝達されるようになっている。本実施形態で
は、供給空気Aと供給水素は並行して流れるが、もちろ
ん対向して流れるようにしてもよい。
On the other hand, the supply hydrogen H supplied from the anode supply device 31 is introduced into the first common pipe 41 via the anode circulation device 32. Here, a cross-sectional view of the first common pipe 41 is shown in FIG. As shown in FIG. 8, the first common pipe 41 has a double pipe structure, and the inside of the inner pipe 41A is a hydrogen flow path HF through which the supplied hydrogen passes. Further, the outside of the inner tube 41A and the inside of the outer tube 41B constitute an air flow path AF through which supply air passes. With such a simple double pipe structure, the supply air A and the supply hydrogen flow in the same direction in the air flow path AF and the hydrogen flow path HF, respectively, so that the heat of the supply air A is supplied. It is transmitted to hydrogen H. In the present embodiment, the supply air A and the supply hydrogen flow in parallel, but of course, they may flow in opposition.

【0059】第1共通配管41を出た供給水素Hは、ア
ノード加湿器33を通過して第2共通配管42に導入さ
れる。第2共通配管42は、第1共通配管同様、図8に
示すように、内管42Aと外管42Bを備えており、内
管42Aの内側に供給水素Hが流れる水素流路HFが形
成され、内管42Aの外側で外管42Bの内側に供給空
気が流れる空気流路AFが形成されている。こうしてそ
れぞれの流路を流れる供給空気と供給水素の間で、供給
空気から供給水素に対して熱が伝達されるようになって
いる。
The supply hydrogen H flowing out of the first common pipe 41 passes through the anode humidifier 33 and is introduced into the second common pipe 42. Like the first common pipe, the second common pipe 42 includes an inner pipe 42A and an outer pipe 42B as shown in FIG. 8, and a hydrogen flow path HF through which the supply hydrogen H flows is formed inside the inner pipe 42A. An air passage AF through which supply air flows is formed outside the inner tube 42A and inside the outer tube 42B. Thus, heat is transmitted from the supply air to the supply hydrogen between the supply air and the supply hydrogen flowing through the respective flow paths.

【0060】第2共通配管42を出た供給空気は、燃料
電池1のアノード極側に供給される。燃料電池1のアノ
ード極側から排出された排出水素はHeは、アノード循
環装置32に導入され、循環利用される。
The supply air flowing out of the second common pipe 42 is supplied to the anode side of the fuel cell 1. The He discharged from the anode side of the fuel cell 1 is introduced into the anode circulation device 32 and is recycled.

【0061】本実施形態に係る燃料電池暖機装置GS2
においても、前記第1実施形態と同様にして、温度セン
サT1〜T4より出力される各温度信号に基づいて、バ
イパス弁22およびカソード背圧弁26を制御してい
る。このため、燃料電池1に対して適切な温度の供給空
気Aおよび供給水素Hを供給することにより、迅速に燃
料電池1を暖機することができる。
The fuel cell warm-up device GS2 according to the present embodiment
In the same manner as in the first embodiment, the bypass valve 22 and the cathode back pressure valve 26 are controlled based on each temperature signal output from the temperature sensors T1 to T4. Therefore, by supplying the supply air A and the supply hydrogen H at appropriate temperatures to the fuel cell 1, the fuel cell 1 can be quickly warmed up.

【0062】また、本実施形態においては、共通配管4
1,42を用いて供給空気Aの熱を供給水素Hに伝えて
供給水素Hを暖めているので、前記第1実施形態のよう
に、熱交換器5を用いる場合と比較して、装置全体を小
型化することができる。
In this embodiment, the common pipe 4
Since the heat of the supply air A is transmitted to the supply hydrogen H using the heat exchangers 1 and 42 to warm the supply hydrogen H, the entire apparatus is compared with the case where the heat exchanger 5 is used as in the first embodiment. Can be reduced in size.

【0063】なお、本発明は、前記した発明の実施の形
態に限定されることなく、広く変形実施することができ
る。たとえば、前記各実施形態では、燃料電池1に供給
される供給空気の温度や放熱器における冷却器の冷却水
の温度に基づいて、バイパス弁や絞り弁などの制御を行
っている。これに対して、たとえば燃料電池から発電さ
れる発電量に基づいて、燃料電池の状態を把握し、燃料
電池に供給する供給空気および供給水素の温度を制御す
ることができる。具体的に、たとえば燃料電池の発電量
が大きくなると、水素消費量もそれに伴って多くなる。
したがって、燃料電池に供給する供給水素量も多くなる
ので、この多くの水素に熱を与えるために、バイパス通
路に流す空気の流量を増加させて、空気の熱量を増や
す。逆に、燃料電池の発電量が小さいときには、水素消
費量は少ないので、熱を与える水素も少なくなる。した
がって空気に与える熱の量は少なくて済むので、主通路
に流す空気の量を増加させる。こうして、燃料電池に対
して好適な温度の空気および水素を供給することができ
る。なお、燃料電池から発電される発電量は、たとえば
図示しないECUによって検出することができる。
The present invention can be widely modified without being limited to the above-described embodiments. For example, in each of the above embodiments, the control of the bypass valve and the throttle valve is performed based on the temperature of the supply air supplied to the fuel cell 1 and the temperature of the cooling water of the cooler in the radiator. On the other hand, for example, based on the amount of power generated from the fuel cell, the state of the fuel cell can be grasped, and the temperature of supply air and supply hydrogen supplied to the fuel cell can be controlled. Specifically, for example, when the amount of power generation of the fuel cell increases, the amount of hydrogen consumption also increases accordingly.
Therefore, the amount of hydrogen supplied to the fuel cell also increases, and in order to apply heat to this much hydrogen, the flow rate of air flowing through the bypass passage is increased to increase the amount of heat of air. Conversely, when the amount of power generated by the fuel cell is small, the amount of hydrogen consumed is small, so that the amount of hydrogen that gives heat is also small. Therefore, the amount of heat applied to the air can be reduced, so that the amount of air flowing through the main passage is increased. Thus, air and hydrogen at a suitable temperature can be supplied to the fuel cell. The amount of power generated by the fuel cell can be detected by, for example, an ECU (not shown).

【0064】また、前記実施形態では、熱量調整手段と
して主通路とバイパス通路を切り替えるバイパス弁を用
いたが、たとえば主通路とバイパス通路に流す空気の量
を調整する流量調整弁などを用いることもできる。
In the above embodiment, a bypass valve for switching between the main passage and the bypass passage is used as the heat amount adjusting means. However, for example, a flow regulating valve for adjusting the amount of air flowing through the main passage and the bypass passage may be used. it can.

【0065】また、水素供給装置は、水素タンクから燃
料電池に水素を供給する構成としたが、メタノールなど
の液体原燃料を改質器により改質して水素リッチな燃料
ガスを製造し、これを燃料電池に供給する構成としても
よい。
Although the hydrogen supply device is configured to supply hydrogen from the hydrogen tank to the fuel cell, a liquid fuel such as methanol is reformed by a reformer to produce a hydrogen-rich fuel gas. May be supplied to the fuel cell.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上説明した本発明のうち請求項1に記
載の発明によれば、このため、熱交換器を介して空気の
熱を水素に伝達して水素を昇温させることができる。そ
して、水素を昇温させることにより、燃料電池のアノー
ド極側をも素早く暖機することができ、燃料電池全体と
して迅速に暖機を完了させることができる。
According to the first aspect of the present invention described above, the heat of the air can be transferred to the hydrogen via the heat exchanger to raise the temperature of the hydrogen. By raising the temperature of hydrogen, the anode side of the fuel cell can also be quickly warmed up, and the warming-up of the entire fuel cell can be completed quickly.

【0067】請求項3に係る発明によれば、燃料電池の
暖機状態に応じて適切な温度の空気および水素を燃料電
池に供給することができる。
According to the third aspect of the invention, air and hydrogen at appropriate temperatures can be supplied to the fuel cell according to the warm-up state of the fuel cell.

【0068】請求項4に係る発明によれば、外気温に基
づいて空気の熱量を調整するので、外気温が変化した場
合であっても、好適な温度の空気および水素を燃料電池
に供給することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the amount of heat of the air is adjusted based on the outside air temperature, even if the outside air temperature changes, air and hydrogen at a suitable temperature are supplied to the fuel cell. be able to.

【0069】請求項5に係る発明によれば、燃料電池の
発電量に基づいて空気の熱量を調整するので、燃料電池
の発電量が増減して水素消費量が増減した場合であって
も、適切な温度の水素および空気を燃料電池に供給する
ことができる。
According to the fifth aspect of the present invention, the amount of heat of air is adjusted based on the amount of power generated by the fuel cell. Appropriate temperatures of hydrogen and air can be supplied to the fuel cell.

【0070】請求項6に係る発明によれば、バイパス通
路の管の幅(径)を調整することで、燃料電池に供給さ
れる空気および水素を適切な温度に制御することができ
る。
According to the sixth aspect of the invention, by adjusting the width (diameter) of the pipe of the bypass passage, it is possible to control the temperature of the air and hydrogen supplied to the fuel cell to an appropriate temperature.

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

【図1】第1実施形態の燃料電池暖機装置を含む燃料電
池システムの全体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system including a fuel cell warm-up device according to a first embodiment.

【図2】図1の燃料電池の構成を模式化した説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically illustrating a configuration of the fuel cell of FIG. 1;

【図3】第1実施形態の燃料電池暖機装置の制御フロー
の一部を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing a part of a control flow of the fuel cell warm-up device of the first embodiment.

【図4】第1実施形態の燃料電池暖機装置の制御フロー
の他の一部を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart illustrating another part of the control flow of the fuel cell warm-up device of the first embodiment.

【図5】第1実施形態の燃料電池暖機装置の制御フロー
のさらに他の一部を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing yet another part of the control flow of the fuel cell warm-up device of the first embodiment.

【図6】(a)は、通常モードの暖機処理を示すフロー
チャート、(b)は、カソード加湿器供給空気の温度と
絞り弁の絞り開度との関係を示すグラフである。
FIG. 6A is a flowchart showing a warm-up process in a normal mode, and FIG. 6B is a graph showing a relationship between a temperature of air supplied to a cathode humidifier and a throttle opening of a throttle valve.

【図7】第2実施形態の燃料電池暖機装置を含む燃料電
池システムの全体構成図である。
FIG. 7 is an overall configuration diagram of a fuel cell system including a fuel cell warm-up device of a second embodiment.

【図8】共通配管の断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a common pipe.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電池 2 空気供給装置 3 水素供給装置 4 制御装置 5 熱交換器 21 空気圧縮器(コンプレッサ) 22 バイパス弁(熱量調整手段) 24 絞り弁(熱量調整手段) 41,42 共通配管(熱交換器) W1 主通路 W2 バイパス通路 A 供給空気 H 供給水素 FCS 燃料電池システム GS(GS1,GS2) 燃料電池暖機装置 REFERENCE SIGNS LIST 1 fuel cell 2 air supply device 3 hydrogen supply device 4 control device 5 heat exchanger 21 air compressor (compressor) 22 bypass valve (heat amount adjustment means) 24 throttle valve (heat amount adjustment means) 41, 42 common pipe (heat exchanger) ) W1 Main passage W2 Bypass passage A Supply air H Supply hydrogen FCS Fuel cell system GS (GS1, GS2) Fuel cell warm-up device

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Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料電池のカソード極に対して空気を供
給する空気供給手段と、前記燃料電池のアノード極に対
して水素を供給する水素供給手段を備え、 前記空気供給手段は、前記空気を圧送するコンプレッサ
を有するとともに、前記コンプレッサと前記燃料電池の
カソード極を繋ぐ空気通路を有し、 前記水素供給手段は、前記水素を供給する水素供給源と
前記燃料電池のアノード極を繋ぐ水素通路を有し、 前記空気通路と前記水素通路との間に、前記空気の熱を
前記水素に伝達する熱交換器が介在されていることを特
徴とする燃料電池暖機装置。
1. An air supply unit for supplying air to a cathode of a fuel cell, and a hydrogen supply unit for supplying hydrogen to an anode of the fuel cell, wherein the air supply unit supplies the air with A compressor having a compressor for pumping and having an air passage connecting the compressor and a cathode of the fuel cell, wherein the hydrogen supply means includes a hydrogen supply source for supplying the hydrogen and a hydrogen passage connecting an anode of the fuel cell. And a heat exchanger for transmitting heat of the air to the hydrogen is interposed between the air passage and the hydrogen passage.
【請求項2】 前記空気通路は、主通路とバイパス通路
を備え、前記主通路には、前記空気を冷却する放熱器が
設けられており、 前記空気が通る通路を、前記主通路と前記バイパス通路
の間で切り替えて、前記燃料電池に供給される空気の熱
量を調整する熱量調整手段を有することを特徴とする請
求項1に記載の燃料電池暖機装置。
2. The air passage includes a main passage and a bypass passage, and a radiator that cools the air is provided in the main passage. The passage through which the air passes includes the main passage and the bypass. The fuel cell warm-up device according to claim 1, further comprising a heat amount adjusting unit that switches between passages to adjust the heat amount of the air supplied to the fuel cell.
【請求項3】 前記燃料電池の暖機状態に応じて、前記
熱量調整手段を制御する制御装置が設けられていること
を特徴とする請求項2に記載の燃料電池暖機装置。
3. The fuel cell warm-up device according to claim 2, further comprising a control device that controls the heat amount adjusting means according to a warm-up state of the fuel cell.
【請求項4】 外気温に基づいて前記熱量調整手段を制
御する制御装置が設けられていることを特徴とする請求
項2に記載の燃料電池暖機装置。
4. The fuel cell warm-up device according to claim 2, further comprising a control device for controlling the heat amount adjusting means based on an outside air temperature.
【請求項5】 前記燃料電池の発電量に応じて前記熱量
調整手段を制御する制御装置が設けられていることを特
徴とする請求項2に記載の燃料電池暖機装置。
5. The fuel cell warm-up device according to claim 2, further comprising a control device that controls the heat amount adjusting means according to the amount of power generated by the fuel cell.
【請求項6】 前記バイパス通路には、開度を調整可能
にした絞りが設けられていることを特徴とする請求項1
から請求項5のうちのいずれか1項に記載の燃料電池暖
機装置。
6. The throttle according to claim 1, wherein a throttle whose opening is adjustable is provided in the bypass passage.
The fuel cell warm-up device according to any one of claims 1 to 5.
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