JP2004179153A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2004179153A
JP2004179153A JP2003367116A JP2003367116A JP2004179153A JP 2004179153 A JP2004179153 A JP 2004179153A JP 2003367116 A JP2003367116 A JP 2003367116A JP 2003367116 A JP2003367116 A JP 2003367116A JP 2004179153 A JP2004179153 A JP 2004179153A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
heat medium
hydrogen
way valve
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003367116A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Taro Yokoi
太郎 横井
Yasuhiro Taniguchi
育宏 谷口
Hiromasa Sakai
弘正 酒井
Masashi Matoba
雅司 的場
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2003367116A priority Critical patent/JP2004179153A/en
Publication of JP2004179153A publication Critical patent/JP2004179153A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make an discharge circulating gas possible to be utilized to heat a heating medium without causing the boiling of the heating medium, high-pressurizing of the heating medium passage, and degeneration or the like of the heating medium. <P>SOLUTION: At a cold-start, the fuel cell system is warmed up by giving heat of a high-temperature combustion gas generated by a combustor 5 to the heating medium to control the temperature of the fuel cell system with a heat exchanger 6, and discharge is carried out via a gas discharge three-way valve 21 to discharge a high-temperature combustion gas generated by the combustor 5 without passing through the heat exchanger 6 in carrying out hydrogen purge. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

本発明は、電力の発生を抑制する電力発生抑制物質を効果的に除去できる燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell device that can effectively remove a power generation suppressing substance that suppresses power generation.

従来から燃料電池へ供給する水素等の燃料ガス(以下、水素という)を循環供給するとき、循環経路に電力の発生を抑制する不純物即ち電力発生抑制物質が蓄積される毎にこれを循環ガスと共に大気へ排出するものが知られている(特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, when a fuel gas such as hydrogen supplied to a fuel cell (hereinafter referred to as hydrogen) is circulated and supplied, an impurity that suppresses the generation of electric power, that is, a power generation suppressing substance is accumulated along with the circulating gas in a circulation path. There is known one that discharges to the atmosphere (see Patent Document 1).

これは、循環経路内の不純物の量が所定量を超えるとみなされる一定運転時間毎、循環経路が閉サイクル故に徐々に不純物が蓄積され電極反応面に付着することや相対的に水素の分圧が低下すること等の理由により電気化学的反応が阻害されて燃料電池の出力電圧が所定以上に低下するとき、若しくは、水素濃度が所定濃度以下に低下するときには、循環経路内のガスを大気開放弁により大気に放出するようにしている。
特開2000−243417号公報
This is because during a certain operation time when the amount of impurities in the circulation path is considered to exceed a predetermined amount, impurities are gradually accumulated and adhere to the electrode reaction surface due to the closed cycle of the circulation path, and the partial pressure of hydrogen is relatively high. When the electrochemical reaction is hindered due to a decrease in hydrogen and the output voltage of the fuel cell drops above a predetermined level, or when the hydrogen concentration drops below a predetermined level, the gas in the circulation path is released to the atmosphere. Release to the atmosphere by a valve.
JP 2000-243417 A

しかしながら、上記従来例では、循環経路内の不純物量が所定値以上となるとき循環経路内のガスを大気へ放出するが、循環経路内には大気中では含有率の低い水素が含まれている等の理由から、規制物質ではないもののそのまま排出することは好ましくなく、また、水素をメタノールやガソリン等の燃料を改質して作り出す場合、微量ではあるものの水素ガス中に燃料成分が含まれている場合があり、大気環境の観点よりそのまま放出することは好ましくないものであった。   However, in the above conventional example, when the amount of impurities in the circulation path is equal to or more than a predetermined value, the gas in the circulation path is released to the atmosphere, but the circulation path contains hydrogen having a low content in the atmosphere. For reasons such as, it is not preferable to discharge it as it is not a regulated substance, and when hydrogen is produced by reforming fuel such as methanol or gasoline, a small amount of hydrogen gas contains fuel components. In some cases, it is not preferable to release the substance as it is from the viewpoint of the atmospheric environment.

望ましくは、循環経路内のガスを空気等の酸化ガスと混合して燃焼器等で燃焼せしめて水蒸気等の状態にして排出することがよく、その際の燃焼器からの燃焼熱は燃焼ガスを熱交換器を経由させることで、燃料電池の熱媒体を昇温させること等に再利用することが考えられる。   Desirably, the gas in the circulation path is mixed with an oxidizing gas such as air, burned in a combustor or the like, and discharged in the form of water vapor or the like. By passing through the heat exchanger, it is conceivable to reuse the heat medium of the fuel cell for raising the temperature.

その場合、熱媒体が熱交換器を流通していれば熱媒体の昇温代は比較的少なくて済む。しかしながら、たまたま熱交換器側に熱媒体の流れがない場合には、発生した燃焼熱が極一部の熱媒体へ与えられ熱媒体の温度が高温となり熱媒体の沸騰により熱媒体通路の異常高圧によるシステムの故障や熱媒体の熱分解による変質等を生じる虞があることを考慮する必要がある。   In such a case, if the heat medium is flowing through the heat exchanger, the heat medium can be heated in a relatively small amount. However, when the heat medium does not flow on the heat exchanger side, the generated heat of combustion is given to a very small portion of the heat medium, and the temperature of the heat medium becomes high. It is necessary to consider that there is a possibility of causing a system failure due to the above or a deterioration due to thermal decomposition of the heat medium.

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の変質等を生じることなく排出循環ガスを熱媒体の加熱に利用可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and it is possible to use the exhaust circulating gas for heating the heat medium without causing the heat medium to boil, increasing the pressure of the heat medium passage, and altering the heat medium. It is intended to provide a battery system.

本発明の第1の発明は、燃料電池へ水素を供給する水素供給手段内のガスを水素パージ手段により燃焼ガス発生手段を介して排出し、燃焼ガス発生手段により酸素とを反応させて高温の燃焼ガスを発生させ、冷間始動時には熱交換手段により前記燃焼ガスの熱を燃料電池システムの温度をコントロールする熱媒体へ与えて加熱することで燃料電池システムを暖機する燃料電池システムにおいて、燃焼ガスを熱交換手段を通過させずに排出させる熱交換手段バイパス手段を設け、水素パージ実行時は燃焼ガスを熱交換手段をバイパスさせて排出するようにした。   According to a first aspect of the present invention, a gas in a hydrogen supply unit that supplies hydrogen to a fuel cell is discharged through a combustion gas generation unit by a hydrogen purge unit, and reacted with oxygen by the combustion gas generation unit to generate a high-temperature gas. In a fuel cell system in which a combustion gas is generated, and the heat of the combustion gas is supplied to a heat medium that controls the temperature of the fuel cell system by a heat exchange means during a cold start and heated to warm up the fuel cell system, A heat exchange means bypass means for discharging the gas without passing through the heat exchange means is provided, and when performing hydrogen purging, the combustion gas is discharged by bypassing the heat exchange means.

本発明の第2の発明は、燃料電池へ水素を供給する水素供給手段内のガスを水素パージ手段により燃焼ガス発生手段を介して排出し、燃焼ガス発生手段により高温の燃焼ガスを発生させ、冷間始動時には熱交換手段により燃焼ガスの熱を熱媒体へ与えて加熱することで燃料電池システムを暖機可能であり、また、熱媒体通路切換え手段により熱媒体の通路を前記熱交換手段側もしくは熱交換手段をバイパスして熱媒体を流通させる熱交換手段バイパス通路側へ流通させる燃料電池システムにおいて、熱媒体の通路を熱交換手段バイパス通路側としている場合でも、所定量は熱交換手段側へも熱媒体を流通させるようにした。   According to a second aspect of the present invention, a gas in a hydrogen supply unit that supplies hydrogen to a fuel cell is discharged through a combustion gas generation unit by a hydrogen purge unit, and a high-temperature combustion gas is generated by the combustion gas generation unit. At the time of cold start, the fuel cell system can be warmed up by applying heat of the combustion gas to the heat medium by the heat exchange means and heating it, and the heat medium passage switching means closes the heat medium passage to the heat exchange means side. Alternatively, in the fuel cell system in which the heat medium is passed to the heat exchange unit bypass passage side in which the heat medium is passed by bypassing the heat exchange unit, even when the heat medium passage is set to the heat exchange unit bypass passage side, the predetermined amount is set to the heat exchange unit side. The heat medium was also circulated.

本発明の第3の発明は、燃料電池へ水素を供給する水素供給手段内のガスを水素パージ手段により燃焼ガス発生手段を介して排出し、燃焼ガス発生手段により酸素とを反応させて高温の燃焼ガスを発生させ、冷間始動時には熱交換手段により前記燃焼ガスの熱を燃料電池システムの温度をコントロールする熱媒体へ与えて加熱することで燃料電池システムを暖機可能であり、熱交換手段をバイパスして熱媒体を流通させる熱交換手段バイパス通路と熱媒体の通路を熱交換手段側もしくは熱交換手段バイパス通路側へ切換える熱媒体通路切換え手段とを備える燃料電池システムにおいて、水素パージが要求されたときに熱媒体が熱交換手段バイパス通路側を流通していた場合は、熱媒体通路を熱交換手段側へ切換えてから水素パージを行うようにした。   According to a third aspect of the present invention, a gas in a hydrogen supply unit for supplying hydrogen to a fuel cell is discharged through a combustion gas generation unit by a hydrogen purge unit, and is reacted with oxygen by the combustion gas generation unit to generate a high-temperature gas. It is possible to warm up the fuel cell system by generating combustion gas and applying heat of the combustion gas to a heat medium for controlling the temperature of the fuel cell system by a heat exchange means at the time of a cold start, thereby heating the fuel cell system. In a fuel cell system comprising a heat exchange means bypass passage for bypassing the heat medium and flowing the heat medium and a heat medium passage switching means for switching the heat medium passage to the heat exchange means side or the heat exchange means bypass passage side, hydrogen purge is required. If the heat medium is flowing through the heat exchange means bypass passage at the time of the heat exchange, the heat medium passage is switched to the heat exchange means and the hydrogen purge is performed. It was.

したがって、本発明の第1の発明では、冷間始動時には燃焼ガス発生手段により発生させた高温の燃焼ガスの熱を熱交換手段により燃料電池システムの温度をコントロールする熱媒体へ与えて加熱することで燃料電池システムを暖機し、水素パージ実行時には燃焼ガス発生手段により発生させた高温の燃焼ガスを熱交換手段を通過させずに排出させる熱交換手段バイパス手段を介して排出するため、水素パージ時に発生する熱は熱交換器へ供給されずに大気へ排出され、熱交換器内へ熱媒体の流通が停止している場合でも熱媒体の一部が過加熱されることなく、熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の変質などのトラブルを回避することができる。   Therefore, according to the first aspect of the present invention, at the time of a cold start, the heat of the high-temperature combustion gas generated by the combustion gas generation means is given to the heat medium for controlling the temperature of the fuel cell system by the heat exchange means and heated. In order to discharge the hot combustion gas generated by the combustion gas generating means without passing through the heat exchanging means through the heat exchanging means bypass means, the hydrogen purging is performed. The generated heat is discharged to the atmosphere without being supplied to the heat exchanger, and even when the flow of the heat medium into the heat exchanger is stopped, part of the heat medium is not overheated, It is possible to avoid problems such as boiling, high pressure of the heat medium passage, and deterioration of the heat medium.

本発明の第2の発明では、燃料電池へ水素を供給する水素供給手段内のガスを水素パージ手段により燃焼ガス発生手段を介して排出し、燃焼ガス発生手段により高温の燃焼ガスを発生させ、冷間始動時には熱交換手段により燃焼ガスの熱を熱媒体へ与えて加熱することで燃料電池システムを暖機可能であり、また、熱媒体通路切換え手段により熱媒体の通路を前記熱交換手段側もしくは熱交換手段をバイパスして熱媒体を流通させる熱交換手段バイパス通路側へ流通させる燃料電池システムにおいて、熱媒体の通路を熱交換手段バイパス通路側としている場合でも、所定量は熱交換手段側へも熱媒体を流通させるようにしたため、暖機が終了した通常運転時であっても燃焼器作動中は常に所定量の熱媒体が熱交換器を流通することとなり、熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の変質などのトラブルを回避することができる。   In the second invention of the present invention, the gas in the hydrogen supply means for supplying hydrogen to the fuel cell is discharged through the combustion gas generation means by the hydrogen purge means, and the combustion gas generation means generates high-temperature combustion gas. At the time of cold start, the fuel cell system can be warmed up by applying heat of the combustion gas to the heat medium by the heat exchange means and heating it, and the heat medium passage switching means closes the heat medium passage to the heat exchange means side. Alternatively, in the fuel cell system in which the heat medium is passed to the heat exchange unit bypass passage side in which the heat medium is passed by bypassing the heat exchange unit, even when the heat medium passage is set to the heat exchange unit bypass passage side, the predetermined amount is set to the heat exchange unit side. Since the heat medium is also allowed to flow through the heat exchanger, a predetermined amount of the heat medium always flows through the heat exchanger during the operation of the combustor, even during the normal operation in which the warming-up is completed. Body boiling, high pressure of the heat medium passage, it is possible to avoid problems such as deterioration of the heat medium.

本発明の第3の発明では、燃料電池へ水素を供給する水素供給手段内のガスを水素パージ手段により燃焼ガス発生手段を介して排出し、燃焼ガス発生手段により酸素とを反応させて高温の燃焼ガスを発生させ、冷間始動時には熱交換手段により前記燃焼ガスの熱を燃料電池システムの温度をコントロールする熱媒体へ与えて加熱することで燃料電池システムを暖機可能であり、熱交換手段をバイパスして熱媒体を流通させる熱交換手段バイパス通路と熱媒体の通路を熱交換手段側もしくは熱交換手段バイパス通路側へ切換える熱媒体通路切換え手段とを備える燃料電池システムにおいて、水素パージが要求されたときに熱媒体が熱交換手段バイパス通路側を流通していた場合は、熱媒体通路を熱交換手段側へ切換えてから水素パージを行うため、水素パージに伴って発生する熱は熱交換手段を介して多量の熱媒体によって奪われることとなり、ポンプの仕事を増やすことなく熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の変質などのトラブルを回避することができる。   According to the third aspect of the present invention, the gas in the hydrogen supply means for supplying hydrogen to the fuel cell is discharged through the combustion gas generation means by the hydrogen purge means, and is reacted with oxygen by the combustion gas generation means to generate a high-temperature gas. It is possible to warm up the fuel cell system by generating combustion gas and applying heat of the combustion gas to a heat medium for controlling the temperature of the fuel cell system by a heat exchange means at the time of a cold start, thereby heating the fuel cell system. In a fuel cell system comprising a heat exchange means bypass passage for bypassing the heat medium and flowing the heat medium and a heat medium passage switching means for switching the heat medium passage to the heat exchange means side or the heat exchange means bypass passage side, hydrogen purge is required. When the heat medium was flowing through the heat exchange means bypass passage side when the heat exchange was performed, the heat medium passage was switched to the heat exchange means side, and then hydrogen purging was performed. The heat generated by the hydrogen purging is removed by a large amount of heat medium through the heat exchange means, and the heat medium can be boiled without increasing the work of the pump, the pressure of the heat medium passage is increased, and the heat medium is deteriorated. Troubles can be avoided.

以下、本発明の燃料電池システムを各実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the fuel cell system of the present invention will be described based on each embodiment.

(第1実施形態)
図1〜図4は、本発明を適用した燃料電池システムの第1実施形態を示し、図1はシステム構成図、図2は制御ブロック図、図3は「加熱運転実行判断手段」の制御フローチャート、図4は「加熱運転手段」の制御フローチャートである。
(1st Embodiment)
1 to 4 show a first embodiment of a fuel cell system to which the present invention is applied. FIG. 1 is a system configuration diagram, FIG. 2 is a control block diagram, and FIG. 3 is a control flowchart of "heating operation execution determination means". FIG. 4 is a control flowchart of the "heating operation means".

図1において、燃料電池システムは、水素と酸素(空気)の供給を受けて電力を発生する燃料電池1と、燃料電池1に水素を循環供給する水素供給手段としての水素供給系統2と、燃料電池1に酸素を含む空気を供給する酸化ガス供給系統3と、燃料電池1に熱媒体を供給する温度調節手段としての熱媒体供給系統4と、パージされた不純物を含む排水素を排酸素とともに燃焼させる燃焼ガス発生手段としての燃焼器5と、燃焼器5の燃焼ガスと熱媒体との間で熱交換する熱交換手段としての熱交換器6とより構成している。燃料電池1には、その温度を検出する温度センサ7と、燃料電池1の発電状態を検出する電力計8が配置され、いずれの検出信号もコントロールユニット9に入力されている。   In FIG. 1, a fuel cell system includes a fuel cell 1 that generates electric power by receiving supply of hydrogen and oxygen (air), a hydrogen supply system 2 as a hydrogen supply unit that circulates and supplies hydrogen to the fuel cell 1, and a fuel cell system. An oxidizing gas supply system 3 for supplying air containing oxygen to the cell 1; a heat medium supply system 4 as a temperature control means for supplying a heat medium to the fuel cell 1; It comprises a combustor 5 as a combustion gas generating means for burning, and a heat exchanger 6 as a heat exchange means for exchanging heat between the combustion gas of the combustor 5 and the heat medium. A temperature sensor 7 for detecting the temperature of the fuel cell 1 and a wattmeter 8 for detecting a power generation state of the fuel cell 1 are arranged in the fuel cell 1, and both detection signals are input to the control unit 9.

前記水素供給系統2は、図示しない高圧貯蔵タンクからの燃料ガスとしての水素を水素調圧弁10で予め設定した圧力に減圧して燃料電池1の燃料極に供給する。燃料電池1の燃料極から排出された排水素は循環通路11を経由して戻され、エゼクタ12により新たに供給された水素と混合されて再び燃料電池1の燃料極に供給される。循環経路11は前記燃焼器5にパージ手段としてのパージ弁13を介して連通され、パージ弁13が開放するとき、循環経路11中のガスが燃焼器5に供給されるようになっている。水素調圧弁10、パージ弁13はコントロールユニット9により制御される。   The hydrogen supply system 2 supplies hydrogen as a fuel gas from a high-pressure storage tank (not shown) to a fuel electrode of the fuel cell 1 after reducing the pressure to a preset pressure by a hydrogen pressure regulating valve 10. Exhaust hydrogen discharged from the fuel electrode of the fuel cell 1 is returned through the circulation passage 11, mixed with hydrogen newly supplied by the ejector 12, and supplied to the fuel electrode of the fuel cell 1 again. The circulation path 11 is connected to the combustor 5 via a purge valve 13 as a purge means. When the purge valve 13 is opened, the gas in the circulation path 11 is supplied to the combustor 5. The hydrogen pressure regulating valve 10 and the purge valve 13 are controlled by the control unit 9.

酸化ガス供給系統3は、外気を取り込み、図示しない電動機で駆動されるコンプレッサ14で圧縮して送出し、燃料電池1の酸化剤極に供給し、酸化剤極から排出される排空気は前記燃焼器5に供給される。   The oxidizing gas supply system 3 takes in the outside air, compresses and sends it out by a compressor 14 driven by an electric motor (not shown), supplies it to the oxidant electrode of the fuel cell 1, and discharges the exhaust air discharged from the oxidant electrode to the combustion Is supplied to the vessel 5.

前記熱媒体供給系統4は、燃料電池1の図示しない熱媒体通路に熱媒体を流動させることで燃料電池1の温度を制御するものであり、コントロールユニット9によってその流量を制御された熱媒体を圧送するポンプ16と燃料電池1から三方弁17を経由して排出された熱媒体を冷却するラジエータ18とを燃料電池1の熱媒体通路に直列接続して構成している。ラジエータ18にはラジエータファン19が設けられ、コントロールユニット9により回転が制御されてラジエータ18への通風量を制御することでラジエータ18を通過する熱媒体の温度を制御するようにしている。   The heat medium supply system 4 controls the temperature of the fuel cell 1 by flowing the heat medium through a heat medium passage (not shown) of the fuel cell 1. The heat medium whose flow rate is controlled by the control unit 9 is supplied to the heat medium supply system 4. A pump 16 for pressure feeding and a radiator 18 for cooling a heat medium discharged from the fuel cell 1 via a three-way valve 17 are connected in series to a heat medium passage of the fuel cell 1. The radiator 18 is provided with a radiator fan 19, the rotation of which is controlled by the control unit 9 to control the amount of air flow to the radiator 18, thereby controlling the temperature of the heat medium passing through the radiator 18.

前記三方弁17は、ラジエータ18を迂回する熱交換用通路20への分岐点に配置され、燃料電池1から排出された熱媒体を、熱交換用通路20へ流通させるか、若しくは、熱交換器6をバイパスするラジエータ18側へ流通させるか、コントロールユニット9により切換選択される。熱交換用通路20を主路とすると、ラジエータ18側の通路は熱交換器バイパス通路となる。熱交換用通路20の途中には熱交換手段としての熱交換器6が配置され、熱交換器6は後述するように内部を通過する熱媒体を加熱可能である。熱交換器6はポンプ16によって常時熱媒体が流通する熱媒体供給系統4に配置されることなく熱媒体が常時は流れない熱交換器用通路20に配置されているため、通常時の熱媒体の流通には熱交換器6による圧損が常に生じることがなく、ポンプ16が常時無駄な仕事をすることによる効率の低下を防止している。   The three-way valve 17 is arranged at a branch point to a heat exchange passage 20 that bypasses the radiator 18, and allows the heat medium discharged from the fuel cell 1 to flow through the heat exchange passage 20, or a heat exchanger. 6 is switched to the radiator 18 side which bypasses, or is switched and selected by the control unit 9. Assuming that the heat exchange passage 20 is the main passage, the passage on the radiator 18 side is a heat exchanger bypass passage. A heat exchanger 6 as heat exchange means is disposed in the middle of the heat exchange passage 20, and the heat exchanger 6 can heat a heat medium passing therethrough as described later. The heat exchanger 6 is disposed in the heat exchanger passage 20 through which the heat medium does not always flow without being disposed in the heat medium supply system 4 through which the heat medium always flows by the pump 16. Pressure loss due to the heat exchanger 6 does not always occur in the circulation, and a decrease in efficiency due to the pump 16 constantly performing useless work is prevented.

前記コントロールユニット9は、燃料電池1の温度センサ7よりの温度信号に基づき三方弁17を切換制御する。温度センサ7よりの温度信号が所定温度よりも高い場合には、三方弁17はラジエータ18側(熱交換器バイパス通路)へ切換えられ、熱媒体はラジエータ18へ導かれ、冷却される。前記設定温度は、燃料電池システムが安定して運転可能な温度帯の中から適宜決定する。温度センサ7よりの温度信号が設定温度よりも低かった場合には、三方弁17は熱交換用通路20へ切換えられ、熱媒体は熱交換器6へ導かれる。   The control unit 9 controls switching of the three-way valve 17 based on a temperature signal from the temperature sensor 7 of the fuel cell 1. When the temperature signal from the temperature sensor 7 is higher than a predetermined temperature, the three-way valve 17 is switched to the radiator 18 side (heat exchanger bypass passage), and the heat medium is guided to the radiator 18 and cooled. The set temperature is appropriately determined from a temperature range in which the fuel cell system can operate stably. When the temperature signal from the temperature sensor 7 is lower than the set temperature, the three-way valve 17 is switched to the heat exchange passage 20, and the heat medium is guided to the heat exchanger 6.

前記熱交換器6は、熱交換面の一方に熱媒体が供給され、熱交換面の他方に前記燃焼器5よりの燃焼ガスが排気三方弁21を経由して選択的に供給され、燃焼ガスの熱を熱媒体に供給して熱交換を行う。熱交換器6に熱交換用通路20を経由して供給される熱媒体は、前記したように、設定温度より低い場合であり、熱媒体を加温して燃料電池1の温度を昇温させる。熱媒体が設定温度より低い場合は、燃料電池1の温度が低温であり、発電不能であるか効率が非常に悪いときに相当する。   In the heat exchanger 6, a heat medium is supplied to one of the heat exchange surfaces, and the combustion gas from the combustor 5 is selectively supplied to the other of the heat exchange surfaces via the exhaust three-way valve 21. Is supplied to the heat medium to perform heat exchange. As described above, the heat medium supplied to the heat exchanger 6 through the heat exchange passage 20 is lower than the set temperature, and the heat medium is heated to increase the temperature of the fuel cell 1. . The case where the heat medium is lower than the set temperature corresponds to the case where the temperature of the fuel cell 1 is low and the power generation is impossible or the efficiency is very poor.

前記燃焼器5は、前記パージ弁13が開放されることにより、循環経路11から排出される循環ガスを燃料電池1の酸化ガス供給系統3の排空気により燃焼させ、排気三方弁21を経由させて燃焼ガスを外気へ排出するか若しくは熱交換器6に供給するよう選択される。排気三方弁21はコントロールユニット9により切換位置が制御されるものであり、通常は燃焼ガスを外気へ排出する外気側位置に位置し、前記熱媒体供給系統4の三方弁17が熱交換器6側に切換えられるときに熱交換器側位置に切換えられる。排気三方弁21が熱交換器側位置に切換えられて燃焼器5の燃焼ガスが熱交換器6に供給されると、燃焼ガスの熱で熱媒体を加熱する。なお、パージ弁13が開放されている間は、燃料電池1の燃料極の循環ガスは排出され、燃料電池1での発電は行われない。   When the purge valve 13 is opened, the combustor 5 burns the circulating gas discharged from the circulation path 11 with the exhaust air from the oxidizing gas supply system 3 of the fuel cell 1 and passes through the exhaust three-way valve 21. To exhaust the combustion gas to the outside air or supply it to the heat exchanger 6. The switching position of the exhaust three-way valve 21 is controlled by the control unit 9, and is usually located at an outside air side where the combustion gas is discharged to the outside air. The three-way valve 17 of the heat medium supply system 4 is connected to the heat exchanger 6. When it is switched to the heat exchanger side, it is switched to the heat exchanger side position. When the exhaust three-way valve 21 is switched to the position on the heat exchanger side and the combustion gas of the combustor 5 is supplied to the heat exchanger 6, the heat medium is heated by the heat of the combustion gas. In addition, while the purge valve 13 is open, the circulating gas of the fuel electrode of the fuel cell 1 is discharged, and power generation in the fuel cell 1 is not performed.

以上の構成の燃料電池システムは、コントロールユニット9で一定周期毎に実行される図2の制御ブロック図により制御される。   The fuel cell system having the above configuration is controlled by the control block diagram of FIG.

図2において、コントロールユニット9は、先ず、加熱運転実行判断手段25により熱媒体を加熱運転するか否かを判定し、次いで、加熱運転手段26により、前記判定結果に応じて、加熱運転、または、通常運転の継続を実行する。図3は前記加熱運転実行判断手段25のフローチャートであり、図4は前記加熱運転手段26のフローチャートである。以下に各手段での詳細な制御手順を図3、4に基づいて説明する。   In FIG. 2, the control unit 9 first determines whether or not to perform the heating operation on the heat medium by the heating operation execution determination unit 25, and then performs the heating operation or the heating operation by the heating operation unit 26 according to the determination result. And the continuation of the normal operation is executed. FIG. 3 is a flowchart of the heating operation execution determining means 25, and FIG. 4 is a flowchart of the heating operation means 26. Hereinafter, a detailed control procedure of each means will be described with reference to FIGS.

図3に示す加熱運転実行判断手段は、先ず、ステップS11で、燃料電池1の温度TFCを温度センサ7よりの温度信号TFCから読み込む。   First, the heating operation execution determining means shown in FIG. 3 reads the temperature TFC of the fuel cell 1 from the temperature signal TFC from the temperature sensor 7 in step S11.

ステップS12では、読み込んだ温度信号TFCが所定温度SLTFCよりも高いか否かを判定する。温度信号TFCが所定温度SLTFCより、高ければステップS14に進み、高くなければステップS13へ進む。   In step S12, it is determined whether or not the read temperature signal TFC is higher than a predetermined temperature SLTFC. If the temperature signal TFC is higher than the predetermined temperature SLTFC, the process proceeds to step S14, and if not, the process proceeds to step S13.

ステップS13では、加熱運転フラグFCOLDを1(加熱運転許可)として本フローを終了し、ステップS14では、加熱運転フラグFCOLDを0(加熱運転不許可)として処理を終了する。   In step S13, the heating operation flag FCOLD is set to 1 (heating operation permission), and the flow ends, and in step S14, the heating operation flag FCOLD is set to 0 (heating operation not permitted), and the process ends.

図4に示す加熱運転手段は、先ず、ステップS21で、加熱運転実行判断手段で設定した加熱運転フラグFCOLDが1か0かを判定し、0であれば加熱運転不可なのでステップS24に進み、1であればステップS22へ進む。   The heating operation means shown in FIG. 4 first determines in step S21 whether the heating operation flag FCOLD set by the heating operation execution determination means is 1 or 0. If so, the process proceeds to step S22.

ステップS24では、排気三方弁21を外気側位置として、一連の処理を終了する。   In step S24, the exhaust gas three-way valve 21 is set to the outside air side position, and a series of processing ends.

ステップS22では、加熱運転をするために、パージ弁13を開とし、水素調圧弁10を暖機に必要な熱量が燃焼器5から発生するに十分な量の水素を供給するよう調整し、燃焼器5に空気を供給するようコンプレッサ14の運転を継続する。これにより、燃焼器5には、暖機に必要な熱量を発生するのに十分な量の水素と空気とが供給されて高温の燃焼ガスを発生させる。また、熱媒体供給系統4の三方弁17を熱交換器6側に切換え、ポンプ16を運転する。熱媒体は、ポンプ16、燃料電池1、三方弁17、熱交換用通路20、熱交換器6と流れる。これらの処理後にステップS23へ進む。   In step S22, in order to perform the heating operation, the purge valve 13 is opened, and the hydrogen pressure regulating valve 10 is adjusted so that the amount of heat necessary for warming up is supplied from the combustor 5 with a sufficient amount of hydrogen. The operation of the compressor 14 is continued to supply air to the vessel 5. Thus, the combustor 5 is supplied with a sufficient amount of hydrogen and air to generate heat required for warming up, and generates high-temperature combustion gas. Further, the three-way valve 17 of the heat medium supply system 4 is switched to the heat exchanger 6 side, and the pump 16 is operated. The heat medium flows through the pump 16, the fuel cell 1, the three-way valve 17, the heat exchange passage 20, and the heat exchanger 6. After these processes, the process proceeds to step S23.

ステップS23では、排気三方弁21を熱交換器側位置に切換えて一連の処理を終了する。燃焼器5で得られた高温の燃焼ガスが熱交換器6を通過する。燃焼ガスの熱は、熱交換器6を介して熱媒体へ伝達され、高温となった熱媒体は燃料電池1へ導かれる。このため、燃料電池1は急速に昇温され、効率よく運転できる温度まで短時間で到達する。   In step S23, the exhaust three-way valve 21 is switched to the heat exchanger side position, and a series of processing ends. The high-temperature combustion gas obtained in the combustor 5 passes through the heat exchanger 6. The heat of the combustion gas is transmitted to the heat medium via the heat exchanger 6, and the high-temperature heat medium is guided to the fuel cell 1. Therefore, the temperature of the fuel cell 1 is rapidly increased, and reaches a temperature at which the fuel cell 1 can operate efficiently in a short time.

以上の処理において、本願はステップS23およびステップS24を特徴とする。即ち、加熱運転をする場合にのみ、燃焼ガスを熱交換器6へ導き、それ以外は熱交換器6を介さずに大気へ排出するため、水素パージ等の加熱運転以外の運転時における燃焼ガスの熱が熱媒体へ伝達することを防ぐことができ、熱媒体の過加熱、沸騰、熱媒体通路の高圧化による破損、熱媒体の変質などを抑制することが可能となる。   In the above processing, the present application is characterized by step S23 and step S24. That is, the combustion gas is guided to the heat exchanger 6 only when the heating operation is performed, and the combustion gas is discharged to the atmosphere without passing through the heat exchanger 6 otherwise. Can be prevented from being transmitted to the heat medium, and overheating and boiling of the heat medium, breakage due to high pressure of the heat medium passage, deterioration of the heat medium, and the like can be suppressed.

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。   In the present embodiment, the following effects can be obtained.

(ア)冷間始動時には燃焼ガス発生手段としての燃焼器5により発生させた高温の燃焼ガスの熱を熱交換手段としての熱交換器6により燃料電池システムの温度をコントロールする熱媒体へ与えて加熱することで燃料電池システムを暖機し、水素パージ実行時には燃焼器5により発生させた高温の燃焼ガスを熱交換器6を通過させずに排出させる熱交換手段バイパス手段としての排気三方弁21を介して排出するため、水素パージ時に発生する熱は熱交換器6へ供給されずに大気へ排出されて、熱交換器6内へ熱媒体の流通が停止している場合でも熱媒体の一部が過加熱されることがなく、熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の変質などのトラブルを回避することができる。   (A) At the time of a cold start, heat of the high-temperature combustion gas generated by the combustor 5 as the combustion gas generating means is given to the heat medium for controlling the temperature of the fuel cell system by the heat exchanger 6 as the heat exchange means. The three-way exhaust valve 21 as a heat exchange means bypass means for heating the fuel cell system by heating and discharging the high-temperature combustion gas generated by the combustor 5 without passing through the heat exchanger 6 when executing the hydrogen purge. The heat generated during the hydrogen purge is discharged to the atmosphere without being supplied to the heat exchanger 6, so that even when the flow of the heat medium into the heat exchanger 6 is stopped, Since the portion is not overheated, troubles such as boiling of the heat medium, high pressure of the heat medium passage, and deterioration of the heat medium can be avoided.

(第2実施形態)
図5〜図8は、本発明を適用した燃料電池システムの第2実施形態を示し、図5はシステム構成図、図6は制御ブロック図、図7は「水素パージ判断手段」の制御フローチャート、図8は「水素パージ手段」の制御フローチャートである。本実施形態においては、熱媒体の一部を常に熱交換器に循環させるようにし且つ、燃焼器5下流の排気三方弁を廃止して、燃焼器の燃焼ガスの全量を熱交換器に供給するようにしたものである。なお、前実施形態と同一の装置には同一の符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
(2nd Embodiment)
5 to 8 show a second embodiment of the fuel cell system to which the present invention is applied, FIG. 5 is a system configuration diagram, FIG. 6 is a control block diagram, FIG. 7 is a control flowchart of "hydrogen purge determination means", FIG. 8 is a control flowchart of the "hydrogen purging means". In this embodiment, a part of the heat medium is always circulated to the heat exchanger, and the exhaust three-way valve downstream of the combustor 5 is eliminated, so that the entire amount of combustion gas in the combustor is supplied to the heat exchanger. It is like that. The same devices as those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

図5において、燃料電池システムは、熱媒体供給系統4の熱交換用通路20の熱交換器6と三方弁17との間と燃料電池1の熱媒体出口近辺とを接続して、コントローラ9により弁開度が調節されるバイパス弁27を配置して備える。燃料電池1から排出された熱媒体の一部は、バイパス弁27の弁開度に応じて熱交換用通路20に流れ込み、熱交換器6を経由してポンプ16に吸込まれ、熱交換器6を流通する。なお、図示しないが、バイパス弁27を設けることなく三方弁17自体を操作して熱交換用通路20に熱媒体を流すようにしても同様に作動させることができる。   In FIG. 5, the fuel cell system connects the heat exchanger 6 and the three-way valve 17 in the heat exchange passage 20 of the heat medium supply system 4 to the vicinity of the heat medium outlet of the fuel cell 1, and the controller 9 A bypass valve 27 whose valve opening is adjusted is arranged and provided. A part of the heat medium discharged from the fuel cell 1 flows into the heat exchange passage 20 according to the opening degree of the bypass valve 27, is sucked into the pump 16 via the heat exchanger 6, and Distribute. Although not shown, the same operation can be performed by operating the three-way valve 17 itself without providing the bypass valve 27 so that the heat medium flows through the heat exchange passage 20.

また、燃焼器5は熱交換器6に直結され、燃焼器5が循環ガスを燃焼させる際には、燃焼ガスの全量が熱交換器6に供給されるようにしている。   Further, the combustor 5 is directly connected to the heat exchanger 6, and when the combustor 5 burns the circulating gas, the entire amount of the combustion gas is supplied to the heat exchanger 6.

本実施形態における冷間始動時においては、第1実施形態と同様にパージ弁13を経由して供給された排水素と排空気とが燃焼器5により燃焼され、高温の燃焼ガスを熱交換器6に供給する。他方、三方弁17は熱交換器6側が開口し、燃料電池1の出口よりの熱媒体は三方弁17から熱交換器6にその全流量が供給される。このため、冷間始動時には、燃焼ガスの熱を熱媒体へ与えて加熱して燃料電池システムを暖機することができる。   At the time of the cold start in the present embodiment, the exhaust hydrogen and the exhaust air supplied via the purge valve 13 are burned by the combustor 5 as in the first embodiment, and the high-temperature combustion gas is removed by the heat exchanger. 6 On the other hand, the three-way valve 17 is open on the heat exchanger 6 side, and the entire flow rate of the heat medium from the outlet of the fuel cell 1 is supplied from the three-way valve 17 to the heat exchanger 6. For this reason, at the time of a cold start, the fuel cell system can be warmed up by applying heat of the combustion gas to the heat medium and heating it.

また、燃料電池システムにおいて、燃料電池1へ水素を供給する水素供給手段2である循環経路内のガスに不純物が蓄積されることに起因して、このガスを前記燃焼ガス発生手段としての燃焼器5を介して排出する水素パージ手段としてのパージ弁13作動に関連して以下に記載する制御を行う。   Further, in the fuel cell system, impurities are accumulated in a gas in a circulation path which is a hydrogen supply means 2 for supplying hydrogen to the fuel cell 1, and this gas is used as a combustor as the combustion gas generation means. The control described below is performed in connection with the operation of the purge valve 13 as the hydrogen purging means discharged through the fuel cell 5.

図6は、以上の構成になる燃料電池システムのコントロールユニット9での一定周期毎に実行される制御ブロック図である。コントロールユニット9は、先ず、水素パージ判断手段28により水素パージを実行するか否かを判断し、次いで、水素パージ手段29により、前記判定結果に応じて、水素パージ運転を実行するか、または、水素パージを実行しない通常運転の継続を実行する。図7は前記水素パージ判断手段28のフローチャートであり、図8は前記水素パージ手段29のフローチャートである。以下に各手段での詳細な制御手順を図7、図8に基づいて説明する。   FIG. 6 is a control block diagram executed at regular intervals by the control unit 9 of the fuel cell system having the above-described configuration. The control unit 9 first determines whether or not to perform hydrogen purging by the hydrogen purge determining unit 28, and then performs the hydrogen purging operation by the hydrogen purging unit 29 according to the determination result, or Continue normal operation without executing hydrogen purge. FIG. 7 is a flowchart of the hydrogen purge judging means 28, and FIG. 8 is a flowchart of the hydrogen purge means 29. The detailed control procedure of each means will be described below with reference to FIGS.

図7に示す水素パージ判断手段28は、先ず、ステップS31で、水素パージ許可フラグFH2Pが1(水素パージ許可)か0か(水素パージ不許可)を判定する。水素パージ許可フラグFH2Pが1であれば、既に水素パージ制御中であるので水素パージ実行の判断をする必要がなく、そのまま処理を終了し、水素パージ許可フラグFH2Pが0であれば、ステップS32へ進む。   First, in step S31, the hydrogen purge determination unit 28 shown in FIG. 7 determines whether the hydrogen purge permission flag FH2P is 1 (permit hydrogen purge) or 0 (permit hydrogen purge). If the hydrogen purge permission flag FH2P is 1, the hydrogen purge control is already underway, so there is no need to determine whether to perform hydrogen purge. The process is terminated as it is, and if the hydrogen purge permission flag FH2P is 0, the process proceeds to step S32. move on.

ステップS32では、後に算出する「循環経路中の循環ガスに含まれる不純物蓄積指標」SUMGASが所定値SLGASを超過しているか否かを判定し、超過していればステップS35へ進み、「循環経路中の循環ガスに含まれる不純物蓄積指標」SUMGASが所定値SLGAS以下であれば水素パージはまだ不要と判断し、ステップS33へ進む。   In step S32, it is determined whether or not the "impurity accumulation index contained in the circulating gas in the circulation path" SUMGAS calculated later exceeds a predetermined value SLGAS. If the “accumulation index of impurities contained in the circulating gas” “SUMGAS” is equal to or less than the predetermined value SLGAS, it is determined that hydrogen purging is not necessary yet, and the process proceeds to step S33.

ステップS35では、水素パージを許可すべく「循環経路中の循環ガスに含まれる不純物蓄積指標」SUMGASをゼロとするとともに水素パージ許可フラグFH2Pを1として水素パージ運転を許可して処理を終了する。   In step S35, the "impurity accumulation index contained in the circulating gas in the circulation path" SUMGAS is set to zero, and the hydrogen purge permission flag FH2P is set to 1 to permit the hydrogen purge operation in order to permit the hydrogen purge.

ステップS33では、燃料電池1の発電電力量Wを読み込み、ステップS34に進む。   In step S33, the power generation amount W of the fuel cell 1 is read, and the process proceeds to step S34.

ステップS34では、次式
SUMGAS=W×K+SUMGAS
により「循環経路中の循環ガスに含まれる不純物蓄積指標」SUMGASを算出して処理を終了する。ここで、Kは、本処理が、例えば1秒毎に行われていれば、例えば、K=1とし、不定期であれば、前回本処理を実施してから今回までの時間に比例した数値を設定すればよい。
In step S34, the following equation is given.
Calculates the “index of accumulation of impurities contained in the circulating gas in the circulation path” SUMGAS, and ends the processing. Here, K is, for example, K = 1 if this processing is performed every second, and if irregular, it is a numerical value proportional to the time from the last execution of this processing to the current time. Should be set.

このように設定すれば、「循環経路中の循環ガスに含まれる不純物蓄積指標」SUMGASは取り出した電力の積算値に概略比例した値となる。不純物蓄積指標SUMGASの値は、実際の不純物量とは異なる値ではあるが、水素極の不純物はSUMGASと同様、取り出した電力量に概略比例するため、「循環経路中の循環ガスに含まれる不純物蓄積指標」SUMGASの大小で水素パージ時期を判断すると無駄なく的確なパージのタイミングが推定できる。なお、水素パージのタイミングは、この実施形態で説明した方法に限定されるものではなく、特開2000−243417号公報に開示されているように、一定運転時間毎、不純物が循環経路が閉サイクル故に徐々に蓄積され電極反応面に付着することや相対的に燃料ガスの分圧が低下すること等の理由により電気化学的反応が阻害されて燃料電池の出力電圧が所定以上に低下するとき、若しくは、水素濃度が所定濃度以下に低下するとき等で予測するものでもよい。   With this setting, the “index of accumulation of impurities contained in the circulating gas in the circulation path” SUMGAS is a value substantially proportional to the integrated value of the extracted electric power. Although the value of the impurity accumulation index SUMGAS is different from the actual impurity amount, the impurity of the hydrogen electrode is substantially proportional to the amount of electric power taken out similarly to SUMGAS. By judging the hydrogen purge timing based on the magnitude of the accumulation index "SUMGAS", it is possible to estimate the exact purge timing without waste. Note that the timing of the hydrogen purge is not limited to the method described in this embodiment, and as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-243417, every time a certain operation time elapses, the impurities are circulated in a closed cycle. Therefore, when the electrochemical reaction is hindered due to gradually accumulating and adhering to the electrode reaction surface or the relative partial pressure of the fuel gas is reduced, and the output voltage of the fuel cell is reduced to a predetermined value or more, Alternatively, the prediction may be made when the hydrogen concentration falls below a predetermined concentration.

図8に示す水素パージ手段29は、先ず、ステップS41で、水素パージ許可フラグFH2Pが1(水素パージ許可)であるか否かを判定し、水素パージ許可フラグFH2Pが1であればステップS42へ進み、水素パージが不許可であればそのまま本処理を終了する。   The hydrogen purging means 29 shown in FIG. 8 first determines in step S41 whether the hydrogen purge permission flag FH2P is 1 (hydrogen purge permission). If the hydrogen purge permission flag FH2P is 1, the flow proceeds to step S42. The process proceeds, and if the hydrogen purge is not permitted, the present process is terminated as it is.

ステップS42では、ポンプ16の回転数NPを読み込み、ステップS43ではポンプ16の回転数NPに対応するバイパス弁27の開度BBOを、ポンプ回転数−開度テーブルを参照して読出し、ステップS44でバイパス弁27を読出した開度BBOだけ開弁し、パージ弁13を開弁してパージを開始する。   In step S42, the rotational speed NP of the pump 16 is read, and in step S43, the opening BBO of the bypass valve 27 corresponding to the rotational speed NP of the pump 16 is read with reference to the pump rotational speed-opening table, and in step S44. The bypass valve 27 is opened by the read opening BBO, and the purge valve 13 is opened to start purging.

ステップS45では、タイマーTMを所定量T(システムの運転が回復し、かつ無駄な水素の放出を最小限とする値であり、実験的に求められる)だけ増加させる。所定量Tは図7のステップS34のKと同じで、本処理が一定時間毎に行われていれば一定値でかまわないが、不定期であれば前回本処理を実施してから現在までの経過時間に比例する値を設定する。そうすることでパージを実行している時間を正確にカウントアップできる。   In step S45, the timer TM is increased by a predetermined amount T (a value that recovers the operation of the system and minimizes unnecessary release of hydrogen, which is experimentally obtained). The predetermined amount T is the same as K in step S34 of FIG. 7, and may be a constant value if the present process is performed at regular intervals, but if the process is irregular, it may be a predetermined value from the previous execution of the present process to the present. Set a value proportional to the elapsed time. By doing so, the time during which the purge is being performed can be accurately counted up.

ステップS46では、前記タイマーTMが所定値SLTMを超えたか否かを判定し、超えていなければそのままパージを継続すべく本処理を終了し、超えていればステップS47に進み、水素パージを終了するためにバイパス弁27とパージ弁13を閉弁するとともに水素パージ許可フラグFH2Pをゼロとし、タイマーTMも次回の計測のためにゼロとして、本処理を終了する。   In step S46, it is determined whether or not the timer TM has exceeded a predetermined value SLTM. If the timer TM has not exceeded the predetermined value SLTM, the process is terminated to continue purging. If it has, the process proceeds to step S47 to terminate the hydrogen purge. Therefore, the bypass valve 27 and the purge valve 13 are closed, the hydrogen purge permission flag FH2P is set to zero, the timer TM is set to zero for the next measurement, and the process ends.

本実施例において特徴的な部分は、ステップS42〜44の処理であり、水素パージをする場合は三方弁17がラジエータ18側、即ち、熱交換手段としての熱交換器バイパス通路側となっていたとしても熱交換器6に常時熱媒体が所定量(ステップ43内のポンプ回転数−開度テーブルに基づく)流通させるため、熱媒体の一部に過剰な熱が与えられることがなく、熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の熱分解による変質などを回避することが可能となる。なお、三方弁17が熱交換器6側となっていた場合には、バイパス弁27の制御は不要だが、実行しても何ら問題なく、簡単化のために場合分けをしなかった。   The characteristic part of the present embodiment is the processing of steps S42 to S44. When hydrogen purging is performed, the three-way valve 17 is on the radiator 18 side, that is, on the side of the heat exchanger bypass passage as heat exchange means. Even though the heat medium always flows through the heat exchanger 6 in a predetermined amount (based on the pump rotation speed-opening degree table in step 43), excessive heat is not given to a part of the heat medium, , Boiling of the heat medium passage, high pressure of the heat medium passage, and deterioration of the heat medium due to thermal decomposition can be avoided. When the three-way valve 17 was on the heat exchanger 6 side, the control of the bypass valve 27 was unnecessary, but there was no problem even if it was executed, and the cases were not divided for simplification.

さらに、本実施形態ではバイパス弁27を新たに追加しているが、三方弁17に開度調整機能を持たせて、水素パージ時は熱交換器6側へも所定量の熱媒体を流通させる構成とすると、バイパス弁27の追加を必要とせずに同様な効果を得ることができる。   Further, in the present embodiment, the bypass valve 27 is newly added. However, the three-way valve 17 is provided with an opening adjustment function, and a predetermined amount of the heat medium is also circulated to the heat exchanger 6 side during the hydrogen purging. With this configuration, the same effect can be obtained without requiring the addition of the bypass valve 27.

本実施形態においては、以下に記載した効果を奏することができる。   In the present embodiment, the following effects can be obtained.

(イ)燃料電池1へ水素を供給する水素供給手段2内のガスを水素パージ手段としてのパージ弁13により燃焼ガス発生手段としての燃焼器5を介して排出し、燃焼器5により高温の燃焼ガスを発生させ、冷間始動時には熱交換手段としての熱交換器6により燃焼ガスの熱を熱媒体へ与えて加熱することで燃料電池システムを暖機可能であり、また、熱媒体通路切換え手段としての三方弁17により熱媒体の通路を前記熱交換器6側もしくは熱交換器6をバイパスして熱媒体を流通させる熱交換手段バイパス通路側へ流通させる燃料電池システムにおいて、熱媒体の通路を熱交換手段バイパス通路側としている場合でも、所定量は熱交換器6側へも熱媒体を流通させるようにしたため、暖機が終了した通常運転時であっても燃焼器作動中は常に所定量の熱媒体が熱交換器6を流通することとなり、燃焼器5と熱交換器6との間に排気三方弁21などを新たに追加することなく熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の変質などのトラブルを回避することができる。   (A) The gas in the hydrogen supply means 2 for supplying hydrogen to the fuel cell 1 is discharged through the combustor 5 as the combustion gas generating means by the purge valve 13 as the hydrogen purging means, and the high temperature combustion is performed by the combustor 5. The fuel cell system can be warmed up by generating gas and applying heat of the combustion gas to the heat medium by the heat exchanger 6 as a heat exchange means at the time of a cold start to heat the fuel cell system. In the fuel cell system in which the heat medium passage is circulated by the three-way valve 17 to the heat exchanger 6 side or the heat exchange means bypass passage side in which the heat medium is circulated by bypassing the heat exchanger 6, Even when the heat exchanger is on the bypass passage side, a predetermined amount of the heat medium is circulated also to the heat exchanger 6 side. A predetermined amount of the heat medium flows through the heat exchanger 6, so that the heat medium boils and the high pressure of the heat medium passage is increased without newly adding the exhaust three-way valve 21 and the like between the combustor 5 and the heat exchanger 6. Troubles such as heat generation and deterioration of the heat medium can be avoided.

(第3実施形態)
図9〜図12は、本発明を適用した燃料電池システムの第3実施形態を示し、図9はシステム構成図、図10は制御ブロック図、図11は「熱媒体通路選択手段」の制御フローチャート、図12は「水素パージ手段」の制御フローチャートである。本実施形態においては、三方弁により熱媒体を熱交換器に流すように切換えてからパージ作動を行うようにしたものである。なお、図1〜図8と同一の装置には同一の符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
(Third embodiment)
9 to 12 show a third embodiment of a fuel cell system to which the present invention is applied. FIG. 9 is a system configuration diagram, FIG. 10 is a control block diagram, and FIG. 11 is a control flowchart of a "heat medium passage selecting means". FIG. 12 is a control flowchart of the "hydrogen purging means". In the present embodiment, the purging operation is performed after the three-way valve switches the heat medium to flow to the heat exchanger. Note that the same devices as those in FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

図9において、燃料電池システムは、図5に示す燃料電池システムに対して、バイパス弁27を取去った構成を備える。そして、パージ作動に先立ちコントロールユニット9により三方弁17を熱交換器側へ切換えるようにしている。   9, the fuel cell system has a configuration in which the bypass valve 27 is removed from the fuel cell system shown in FIG. Prior to the purging operation, the control unit 9 switches the three-way valve 17 to the heat exchanger side.

図10は、以上の構成になる燃料電池システムのコントロールユニット9で一定周期毎に実行される制御ブロック図である。コントロールユニット9は、先ず、水素パージ判断手段28により水素パージを実行するか否かを判断し、水素パージ実行が許可されると、熱媒体通路選択手段30により熱媒体を熱交換器6側へ流通させ、次いで、水素パージ手段31により水素パージ制御を実行する。前記水素パージ判断手段28は、第2実施形態の図7と同じであり、既に説明済みであるため、ここでの説明は省略する。図11は熱媒体通路選択手段30の制御フローチャートであり、図12は水素パージ手段31の制御フローチャートである。以下に各手段での詳細な制御手順を図11、図12に基づいて説明する。   FIG. 10 is a control block diagram executed at regular intervals by the control unit 9 of the fuel cell system configured as described above. The control unit 9 first determines whether or not hydrogen purging is to be performed by the hydrogen purge determining means 28. When the hydrogen purging is permitted, the heat medium passage selecting means 30 transfers the heat medium to the heat exchanger 6 side. Then, hydrogen purge control is performed by the hydrogen purge means 31. The hydrogen purge determination means 28 is the same as that in FIG. 7 of the second embodiment, and has already been described, and thus description thereof will be omitted. FIG. 11 is a control flowchart of the heat medium passage selecting unit 30, and FIG. 12 is a control flowchart of the hydrogen purge unit 31. The detailed control procedure of each means will be described below with reference to FIGS.

図11に示す熱媒体通路選択手段30は、先ず、ステップS51で水素パージ許可フラグFH2Pが1(水素パージ許可)であるか否かを判定し、許可されていなければステップS52へ進み、許可されていればステップ55へ進む。   The heat medium passage selecting means 30 shown in FIG. 11 first determines whether or not the hydrogen purge permission flag FH2P is 1 (hydrogen purge permission) in step S51, and if not, proceeds to step S52 and is permitted. If yes, go to step 55.

ステップS52では、温度センサ7の温度信号より燃料電池1の温度TFCを読み込み、ステップS53で、その温度TFCが所定温度SLTFCよりも低いかを判定し、高ければステップS54へ進み、三方弁17をラジエータ18側として熱媒体を冷却するモードとして本処理を終了する。他方、温度TFCが設定温度SLTFCより低ければステップS55へ進む。   In step S52, the temperature TFC of the fuel cell 1 is read from the temperature signal of the temperature sensor 7, and in step S53, it is determined whether the temperature TFC is lower than a predetermined temperature SLTFC. This processing is ended in the mode for cooling the heat medium on the radiator 18 side. On the other hand, if the temperature TFC is lower than the set temperature SLTFC, the process proceeds to step S55.

ステップS55は、ステップS51で水素パージが許可されている場合は燃料電池1の温度に関係なく、また、ステップS53で温度TFCが設定温度SLTFCより低い場合とで選択され、三方弁17を熱交換器6側として熱交換器6へ熱媒体を流通させるモードとし、本処理を終了する。本制御により水素パージ実行時には、必ず熱交換器6に熱媒体が流通することになる。   Step S55 is selected irrespective of the temperature of the fuel cell 1 when hydrogen purging is permitted in step S51, and when the temperature TFC is lower than the set temperature SLTFC in step S53. This mode is set to a mode in which the heat medium is circulated to the heat exchanger 6 on the side of the heat exchanger 6, and the present process is ended. With this control, the heat medium always flows through the heat exchanger 6 when the hydrogen purge is executed.

図12に示す水素パージ手段31は、先ず、ステップS61で水素パージ許可フラグFH2Pが1(水素パージ許可)であるか否かを判定し、不許可であれば本処理を終了させ、許可されていればステップS62へ進む。   The hydrogen purging means 31 shown in FIG. 12 first determines whether or not the hydrogen purge permission flag FH2P is 1 (hydrogen purge permission) at step S61. If so, the process proceeds to step S62.

ステップS62では、パージ弁13を開弁して水素パージを開始し、ステップS63では、タイマーTMを所定量T(システムの運転が回復し、かつ無駄な水素の放出を最小限とする値であり、実験的に求められる)だけ増加させる。これは図7のステップS34のKと同じで、本処理が一定時間毎に行われていれば一定値でかまわないが、不定期であれば前回本処理を実施してから現在までの経過時間に比例する値を設定する。そうすることでパージを実行している時間を正確にカウントアップできる。   In step S62, the purge valve 13 is opened to start hydrogen purging. In step S63, the timer TM is set to a predetermined amount T (a value that recovers the operation of the system and minimizes wasteful hydrogen release). , Required experimentally). This is the same as K in step S34 in FIG. 7, and may be a constant value if this processing is performed at regular intervals, but if irregular, the elapsed time from the previous execution of this processing to the present time Set a value proportional to. By doing so, the time during which the purge is being performed can be accurately counted up.

ステップS64では、前記タイマーTMが所定値SLTMを超えたか否かを判定し、超えていなければそのままパージを継続すべく本処理を終了し、超えていればステップS65に進み、水素パージを終了するためにパージ弁13を閉弁するとともに水素パージ許可フラグFH2Pをゼロとし、タイマーTMも次回の計測のためにゼロとして、本処理を終了する。   In step S64, it is determined whether or not the timer TM has exceeded a predetermined value SLTM. If the timer TM has not exceeded the predetermined value SLTM, the process is terminated to continue purging, and if it has, the process proceeds to step S65 to terminate the hydrogen purge. Therefore, the purge valve 13 is closed, the hydrogen purge permission flag FH2P is set to zero, the timer TM is set to zero for the next measurement, and the process ends.

以上の処理を実施することで、熱媒体通路が例えラジエータ18側(熱交換手段バイパス通路側)となっていようとも熱交換器6側へ変更してから水素パージを行うため、熱交換器6内に一部の熱媒体がとどまることがなくなり、熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の熱分解による変質などを回避することが可能となる。   By performing the above processing, even if the heat medium passage is on the radiator 18 side (heat exchange means bypass passage side), the hydrogen purge is performed after the change to the heat exchanger 6 side. Part of the heat medium does not stay in the inside, so that it is possible to avoid boiling of the heat medium, increase in the pressure of the heat medium passage, and deterioration due to thermal decomposition of the heat medium.

また、低温起動時に燃料電池1を昇温させるための燃焼器5とパージにより排出される水素を燃焼せしめる燃焼器5とを一つとすることが可能となり、レイアウト性、コスト低減などが図れる。   In addition, it becomes possible to combine the combustor 5 for raising the temperature of the fuel cell 1 at the time of low-temperature start-up and the combustor 5 for burning the hydrogen discharged by the purge with one, so that the layout property and the cost can be reduced.

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。   In the present embodiment, the following effects can be obtained.

(ウ)燃料電池1へ水素を供給する水素供給手段2内のガスを水素パージ弁13により燃焼ガス発生手段としての燃焼器5を介して排出し、燃焼器5により酸素とを反応させて高温の燃焼ガスを発生させ、冷間始動時には熱交換手段としての熱交換器6により前記燃焼ガスの熱を燃料電池システムの温度をコントロールする熱媒体へ与えて加熱することで燃料電池システムを暖機可能であり、熱媒体の通路を熱交換器6側もしくは熱交換器バイパス通路(ラジエータ18)側へ切換える熱媒体通路切換え手段としての三方弁17とを備える燃料電池システムにおいて、水素パージが要求されたときに熱媒体が熱交換器バイパス通路側を流通していた場合は、熱媒体通路を熱交換器6側へ切換えてから水素パージを行うため、水素パージに伴って発生する熱は熱交換器6を介して多量の熱媒体によって奪われることとなり、燃焼器5と熱交換器6との間に排気三方弁などを新たに追加することなく、また、ポンプ16の仕事を増やすことなく熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の変質などのトラブルを回避することができる。   (C) The gas in the hydrogen supply means 2 for supplying hydrogen to the fuel cell 1 is discharged by the hydrogen purge valve 13 through the combustor 5 serving as combustion gas generation means, and the combustor 5 reacts with oxygen to cause high temperature. During the cold start, the heat of the combustion gas is given to a heat medium for controlling the temperature of the fuel cell system by the heat exchanger 6 as a heat exchange means and heated to warm up the fuel cell system. Hydrogen purging is required in a fuel cell system which includes a three-way valve 17 as a heat medium passage switching means for switching a heat medium passage to a heat exchanger 6 side or a heat exchanger bypass passage (radiator 18) side. When the heat medium is flowing through the heat exchanger bypass passage at the time of the heat transfer, the heat medium passage is switched to the heat exchanger 6 side and then the hydrogen purge is performed. The generated heat is taken away by a large amount of heat medium via the heat exchanger 6, without adding a new exhaust three-way valve or the like between the combustor 5 and the heat exchanger 6. Troubles such as boiling of the heat medium, high pressure of the heat medium passage, and deterioration of the heat medium can be avoided without increasing the work.

(第4実施形態)
図13および図14は、本発明を適用した燃料電池システムの第4実施形態を示し、図13は制御ブロック図、図14は「水素パージ手段」の制御フローチャートである。本実施形態においては、第3実施形態の図9に示すシステム構成を前提とし、水素パージが要求されたときに熱媒体がラジエータ側を流通していた場合は、熱媒体が熱交換手段側へ流通するまでパージを禁止するようにしたものである。なお、図1〜図12と同一の装置には同一の符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
(Fourth embodiment)
13 and 14 show a fourth embodiment of a fuel cell system to which the present invention is applied. FIG. 13 is a control block diagram, and FIG. 14 is a control flowchart of "hydrogen purging means". In the present embodiment, based on the system configuration shown in FIG. 9 of the third embodiment, if the heat medium flows through the radiator when the hydrogen purge is requested, the heat medium is transferred to the heat exchange means. Purging is prohibited until it is distributed. The same devices as those in FIGS. 1 to 12 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

燃料電池システムは、第3実施形態の図9に示すシステム構成を備える。   The fuel cell system has the system configuration shown in FIG. 9 of the third embodiment.

図13は、燃料電池システムのコントロールユニット9で一定周期毎に実行される制御ブロック図である。コントロールユニット9は、先ず、水素パージ判断手段28により水素パージを実行するか否かを判断し、水素パージ実行が許可されると、熱媒体通路選択手段30により熱媒体を熱交換器6側へ流通させ、次いで、水素パージ手段32により水素パージ制御を実行するが、水素パージ手段32は熱媒体通路選択手段30からの指示によりそのタイミングを変更する構成としている。前記水素パージ判断手段28は第2実施形態の図7と同じであり、前記熱媒体通路選択手段30は第3実施形態の図11と同じであり、既に説明済みであるため、ここでの説明は省略する。図14は水素パージ手段32の制御フローチャートである。以下に水素パージ手段32の詳細な制御手順を図14に基づいて説明する。   FIG. 13 is a control block diagram executed by the control unit 9 of the fuel cell system at regular intervals. The control unit 9 first determines whether or not hydrogen purging is to be performed by the hydrogen purge determining means 28. When the hydrogen purging is permitted, the heat medium passage selecting means 30 transfers the heat medium to the heat exchanger 6 side. Then, hydrogen purge control is performed by the hydrogen purge unit 32, and the timing of the hydrogen purge unit 32 is changed in accordance with an instruction from the heat medium passage selection unit 30. The hydrogen purge determination means 28 is the same as that of FIG. 7 of the second embodiment, and the heat medium passage selection means 30 is the same as that of FIG. 11 of the third embodiment, which has already been described. Is omitted. FIG. 14 is a control flowchart of the hydrogen purge means 32. Hereinafter, a detailed control procedure of the hydrogen purge unit 32 will be described with reference to FIG.

図14に示す水素パージ手段32は、先ず、ステップS71で水素パージ許可フラグFH2Pが1(水素パージ許可)であるか否かを判定し、不許可であればステップS77へ進み、許可されていればステップS72へ進む。   The hydrogen purging means 32 shown in FIG. 14 first determines whether or not the hydrogen purge permission flag FH2P is 1 (hydrogen purge permission) in step S71. If not, the flow proceeds to step S77, and the hydrogen purge means is permitted. If so, the process proceeds to step S72.

ステップS72では、三方弁が開弁している方向を参照し、ラジエータ18側、即ち、熱交換器バイパス通路側に開弁していればステップS77に進み、熱交換器6側に開弁していればステップS73に進む。   In step S72, referring to the direction in which the three-way valve is open, if the valve is open on the radiator 18 side, that is, on the heat exchanger bypass passage side, the process proceeds to step S77, and the valve is opened on the heat exchanger 6 side. If so, the process proceeds to step S73.

ステップS73では、パージ弁13を開弁してパージを開始し、ステップS74〜S76とパージを実行する。なお、ステップS74〜S76の処理は、第3実施形態の図12のステップS63〜S65と同じであるので、重複した説明を省略する。   In step S73, the purge valve 13 is opened to start purging, and steps S74 to S76 are executed. Note that the processing in steps S74 to S76 is the same as that in steps S63 to S65 in FIG. 12 of the third embodiment, and a duplicate description will be omitted.

他方、ステップS77では、パージ弁13を閉弁してパージの禁止状態で本処理を終了する。   On the other hand, in step S77, the purge valve 13 is closed, and the process is terminated in a purge prohibited state.

以上の処理を実行することで、三方弁17がラジエータ18側開弁となっており、熱交換器6へ熱媒体が流通していない場合はステップS72からステップS77へ移行してパージ弁13が閉弁されるため、熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の熱分解による変質などを回避することが可能となる。また、パージ途中で熱媒体通路がラジエータ18側(熱交換器バイパス通路側)になった場合もその時点でパージは禁止されるとともにタイマーTMの値はパージが終了するまで現状値を保持する為、パージ時間も正確に実行される。そして、その後のパージで消費される。   By executing the above processing, if the three-way valve 17 is opened on the radiator 18 side and the heat medium is not flowing to the heat exchanger 6, the process proceeds from step S72 to step S77 and the purge valve 13 is turned on. Since the valve is closed, it is possible to avoid boiling of the heat medium, increasing the pressure of the heat medium passage, and altering the heat medium due to thermal decomposition. Also, if the heat medium passage becomes the radiator 18 side (heat exchanger bypass passage side) during the purging, the purging is prohibited at that time and the value of the timer TM is kept at the current value until the purging is completed. , The purge time is also performed accurately. And it is consumed by the subsequent purge.

本実施形態においては、第3実施形態における効果(ウ)に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。   In the present embodiment, in addition to the effect (C) in the third embodiment, the following effects can be obtained.

(エ)水素パージが要求されたときに熱媒体が熱交換手段バイパス通路側(ラジエータ18側)を流通していた場合は、熱媒体が熱交換器6側へ流通するまでパージを禁止するため、熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の変質などを回避することができる。   (D) If the heat medium is flowing through the heat exchange means bypass passage (radiator 18 side) when the hydrogen purge is requested, purging is prohibited until the heat medium flows to the heat exchanger 6 side. In addition, it is possible to avoid boiling of the heat medium, increase in the pressure of the heat medium passage, deterioration of the heat medium, and the like.

(第5実施形態)
図15および図16は、本発明を適用した燃料電池システムの第5実施形態を示し、図15はシステム構成図、図16は熱媒体通路選択手段の制御フローチャートである。本実施形態においては、熱媒体の温度を通常よりも早く急冷させる熱媒体急冷手段を設け、水素パージの要求時にラジエータ側に熱媒体を流通させている場合には熱媒体急冷手段により熱媒体を急冷し後に熱交換器側に熱媒体を流通させて水素パージを行うようにしたものである。なお、図1〜図14と同一の装置には同一の符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
(Fifth embodiment)
FIGS. 15 and 16 show a fifth embodiment of a fuel cell system to which the present invention is applied. FIG. 15 is a system configuration diagram, and FIG. 16 is a control flowchart of a heat medium passage selecting means. In the present embodiment, a heat medium quenching means for quenching the temperature of the heat medium faster than usual is provided, and when the heat medium is circulated to the radiator side at the time of requesting hydrogen purge, the heat medium is cooled by the heat medium quenching means. After rapid cooling, a heat medium is circulated to the heat exchanger side to perform hydrogen purging. The same devices as those in FIGS. 1 to 14 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

図15において、燃料電池システムは、第3実施形態の図9に示すシステム構成と殆んど同じであるが、ラジエータ18出口の熱媒体温度を計測してその温度信号をコントロールユニット9に入力する熱媒体温度計33が設けられている構成を追加している。   In FIG. 15, the fuel cell system is almost the same as the system configuration shown in FIG. 9 of the third embodiment, but measures the temperature of the heat medium at the outlet of the radiator 18 and inputs the temperature signal to the control unit 9. The configuration in which the heat medium thermometer 33 is provided is added.

燃料電池システムのコントロールユニット9は、図示を省略するが、第4実施形態の図13に示すと同様の制御ブロックを備え、先ず、水素パージ判断手段28により水素パージを実行するか否かを判断し、水素パージ実行が許可されると、熱媒体通路選択手段30により熱媒体を熱交換器6側へ流通させ、次いで、水素パージ手段32により水素パージ制御を実行するが、水素パージ手段28は熱媒体通路選択手段30からの指示によりそのタイミングを変更する構成としている。   Although not shown, the control unit 9 of the fuel cell system includes a control block similar to that shown in FIG. 13 of the fourth embodiment, and first determines whether or not to perform hydrogen purging by the hydrogen purge determining means 28. Then, when execution of hydrogen purging is permitted, the heat medium is circulated to the heat exchanger 6 side by the heat medium passage selecting means 30, and then hydrogen purge control is executed by the hydrogen purging means 32. The timing is changed according to an instruction from the heat medium passage selecting means 30.

前記水素パージ判断手段28は第2実施形態の図7と同じであり、前記水素パージ手段32は第4実施形態の図14と同じであり、既に説明済みであるため、ここでの説明は省略する。図16は前記熱媒体通路選択手段30の制御フローチャートである。以下に熱媒体通路選択手段30の詳細な制御手順を図16に基づいて説明する。   The hydrogen purge determination means 28 is the same as that of FIG. 7 of the second embodiment, and the hydrogen purge means 32 is the same as that of FIG. 14 of the fourth embodiment, and has already been described. I do. FIG. 16 is a control flowchart of the heat medium passage selecting means 30. The detailed control procedure of the heat medium passage selecting means 30 will be described below with reference to FIG.

図16に示す熱媒体通路選択手段30は、先ず、ステップS81で燃料電池温度TFCを読み込み、続くステップS82で、燃料電池温度TFCが低設定温度SLTFCLよりも高いかを判定し、高くなければステップS92へ進み、高ければステップS83へ進む。   The heat medium path selecting means 30 shown in FIG. 16 first reads the fuel cell temperature TFC in step S81, and determines in step S82 whether the fuel cell temperature TFC is higher than the low set temperature SLTFCL. The process proceeds to S92, and if it is higher, the process proceeds to step S83.

ステップS92では、三方弁を熱交換器6側へ設定して燃料電池1を冷却しないモードにして本処理を終了する。   In step S92, the three-way valve is set to the heat exchanger 6 side to set the mode in which the fuel cell 1 is not cooled, and the process ends.

ステップS83では、三方弁をラジエータ18(熱交換器バイパス通路)側へ設定して、燃料電池1を冷却する準備を行う。   In step S83, the three-way valve is set to the radiator 18 (heat exchanger bypass passage) side to prepare for cooling the fuel cell 1.

ステップS84で水素パージ許可フラグFH2Pが1(水素パージ許可)であるか否かを判定し、許可されていればステップS91へ進み、ステップS91でポンプ16の回転数を第1所定回転数(通常運転時のポンプ回転数)よりも高い第2所定回転数へ設定するとともに、ラジエータファン19を回転させる。この設定により、ラジエータ18で冷却された冷たい熱媒体を大量に燃料電池1へ送り込み、燃料電池1を急冷することができる。   In step S84, it is determined whether or not the hydrogen purge permission flag FH2P is 1 (permit hydrogen purge). If permitted, the process proceeds to step S91. In step S91, the rotation speed of the pump 16 is set to the first predetermined rotation speed (normally). The rotation speed is set to a second predetermined rotation speed higher than the rotation speed of the pump during operation, and the radiator fan 19 is rotated. With this setting, a large amount of the cold heat medium cooled by the radiator 18 is sent to the fuel cell 1 and the fuel cell 1 can be rapidly cooled.

一方、ステップS84で水素パージが許可されていない場合は、上記急冷作動を行わず、通常の制御をする。即ち、ステップS85で燃料電池1の温度TFCが前記低設定温度SLTFCLよりも高い高設定温度SLTFCHよりも高いか否かを判定し、高ければステップS90でポンプ16の回転数を第1所定回転数よりも高い第2所定回転数へ設定するが、低ければ第1所定回転数へ設定する。   On the other hand, if hydrogen purging is not permitted in step S84, the rapid cooling operation is not performed and normal control is performed. That is, in step S85, it is determined whether the temperature TFC of the fuel cell 1 is higher than the high set temperature SLTFCH higher than the low set temperature SLTFCL, and if it is higher, the rotation speed of the pump 16 is set to the first predetermined rotation speed in step S90. The second predetermined rotation speed is set to a higher value, but if it is lower, the first predetermined rotation speed is set.

その後ステップS87で熱媒体温度TLLCを温度センサ33よりの温度信号から読み込んでステップS88で媒体所定温度SLTLLCよりも低いか判定し、低ければそのまま本処理を終了するが、高ければステップS89でラジエータファン19を回転させる。   Thereafter, in step S87, the heat medium temperature TLLC is read from the temperature signal from the temperature sensor 33, and it is determined in step S88 whether the temperature is lower than the predetermined medium temperature SLTLLC. 19 is rotated.

以上の処理を実行することで、たとえ燃料電池1の温度が高くて三方弁17がラジエータ18を熱媒体が流通する側へ開弁していたとしても、燃料電池1を急冷して燃料電池1の温度を充分落としてから三方弁17を熱交換器6側開状態にしてから水素パージを実施するため、熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の熱分解による変質などを回避することが可能となる。また、燃料電池1の温度が高くなりすぎることも回避できるとともに、水素パージを禁止する時間も短時間ですむという利点がある。   By performing the above processing, even if the temperature of the fuel cell 1 is high and the three-way valve 17 opens the radiator 18 to the side where the heat medium flows, the fuel cell 1 is rapidly cooled and the fuel cell 1 is cooled. After sufficiently lowering the temperature, open the three-way valve 17 to the heat exchanger 6 side and then perform hydrogen purging, thereby avoiding boiling of the heat medium, increasing the pressure of the heat medium passage, and alteration due to thermal decomposition of the heat medium. It is possible to do. Further, there is an advantage that the temperature of the fuel cell 1 can be prevented from becoming too high, and that the time during which the hydrogen purging is prohibited is short.

本実施形態においては、第3実施形態における効果(ウ)および第4実施形態における効果(エ)に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。   In the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effect (C) in the third embodiment and the effect (D) in the fourth embodiment.

(オ)燃料電池システムとして、熱交換手段バイパス通路(ラジエータ18側)に熱媒体を冷却する熱媒体冷却手段としてのラジエータ18と熱媒体の温度を通常よりも早く急冷させる熱媒体急冷手段としてのラジエータファン19を備え、水素パージが要求されたときに熱媒体がラジエータ18側を流通していた場合は、熱媒体をラジエータファン19により所定温度以下に急冷した後、熱媒体通路を熱交換器6側へ切換えてから水素パージを行うため、燃料電池1の温度を最適に保つとともに、適正な時期に水素パージを行うことを妨げることがなく、熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の変質などを回避することができる。   (E) As a fuel cell system, a radiator 18 as a heat medium cooling means for cooling the heat medium to the heat exchange means bypass passage (radiator 18 side) and a heat medium quenching means for rapidly cooling the temperature of the heat medium faster than usual. In the case where the radiator fan 19 is provided and the heat medium is flowing through the radiator 18 when the hydrogen purge is requested, the heat medium is rapidly cooled to a predetermined temperature or less by the radiator fan 19, and then the heat medium passage is connected to the heat exchanger. Since the hydrogen purging is performed after switching to the 6 side, the temperature of the fuel cell 1 is maintained at an optimum level, and the hydrogen purging is not hindered at an appropriate time. Deterioration of the heat medium can be avoided.

(カ)熱媒体急冷手段として、ラジエータ18を通過する熱媒体の流量を増加させるポンプ16としたため、特別な装置を付加することなく燃料電池1を的確に冷却することが可能となる。   (F) Since the pump 16 for increasing the flow rate of the heat medium passing through the radiator 18 is used as the heat medium quenching means, the fuel cell 1 can be accurately cooled without adding a special device.

(キ)燃料電池システムは、熱交換手段バイパス通路にラジエータ18を備え、前記熱媒体急冷手段として、前記ラジエータ18を通過する空気量を増量させるラジエータファン19としたため、効率的に燃料電池を冷却することが可能となる。   (G) The fuel cell system includes the radiator 18 in the heat exchange unit bypass passage, and the radiator fan 19 that increases the amount of air passing through the radiator 18 as the heat medium quenching unit. It is possible to do.

(第6実施形態)
図17〜図19は、本発明を適用した燃料電池システムの第6実施形態を示し、図17は水素パージ判断手段の制御フローチャート、図18は熱媒体通路選択手段の制御フローチャート、図19は水素パージ手段の制御フローチャートである。本実施形態においては、水素パージが要求されたときに熱媒体がラジエータ側を流通していた場合は、パージの緊急度に応じて熱媒体通路を熱交換器側へ切換えてから水素パージを行うかパージを禁止するかを選択するようにしたものである。なお、図1〜図16と同一の装置には同一の符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
(Sixth embodiment)
17 to 19 show a sixth embodiment of the fuel cell system to which the present invention is applied. FIG. 17 is a control flowchart of the hydrogen purge determining means, FIG. 18 is a control flowchart of the heat medium passage selecting means, and FIG. 6 is a control flowchart of a purge unit. In the present embodiment, when the heat medium is flowing through the radiator when the hydrogen purge is requested, the heat medium is switched to the heat exchanger according to the urgency of the purge, and then the hydrogen purge is performed. Or prohibition of purging. The same devices as those in FIGS. 1 to 16 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

燃料電池システムは、第5実施形態の図15に示すシステム構成を備える。   The fuel cell system has the system configuration shown in FIG. 15 of the fifth embodiment.

また、燃料電池システムのコントロールユニット9は、図示を省略するが、第4実施形態の図13に示すと同様の制御ブロックを備え、先ず、水素パージ判断手段28により水素パージを実行するか否かを判断し、水素パージ実行が許可されると、熱媒体通路選択手段30により熱媒体を熱交換器6側へ流通させ、次いで、水素パージ手段32により水素パージ制御を実行する。図17は前記水素パージ判断手段28の制御フローチャートであり、図18は前記熱媒体通路選択手段30の制御フローチャートであり、図19は前記水素パージ手段32の制御フローチャートである。以下に各手段の詳細な制御手順を夫々説明する。   Although not shown, the control unit 9 of the fuel cell system includes a control block similar to that shown in FIG. 13 of the fourth embodiment. When the execution of hydrogen purging is permitted, the heat medium is passed to the heat exchanger 6 by the heat medium passage selecting means 30, and then the hydrogen purging control is executed by the hydrogen purging means 32. FIG. 17 is a control flowchart of the hydrogen purge determining means 28, FIG. 18 is a control flowchart of the heat medium passage selecting means 30, and FIG. 19 is a control flowchart of the hydrogen purge means 32. A detailed control procedure of each means will be described below.

図17に示す水素パージ判断手段28は、先ず、ステップS101で現状の電力量を電力計8より読み込むとともに、後述する水素パージ手段32でカウントしている水素パージ継続時間TMを読み込む。   The hydrogen purge determination means 28 shown in FIG. 17 first reads the current electric energy from the wattmeter 8 in step S101 and also reads the hydrogen purge duration time TM counted by the hydrogen purge means 32 described later.

ステップS102では、次式
SUMGAS=SUMGAS+W×K1−TM×K2
により不純物蓄積指標である前記SUMGASを算出する。この指標は燃料電池を運転をすれば電力Wが発生するため不純物も溜まり、パージを実行すればパージ実行時間が増加するため不純物が減ることを数値化したものである。ここで、K1やK2は実験等により適正な値を調査し設定する。
In step S102, the following equation is obtained: SUMGAS = SUMGAS + W × K1-TM × K2
The SUMGAS, which is an impurity accumulation index, is calculated by the following equation. This index quantifies the fact that when the fuel cell is operated, electric power W is generated, so that impurities also accumulate, and when the purge is performed, the purge execution time increases, and the impurities decrease. Here, K1 and K2 are set by investigating appropriate values through experiments and the like.

ステップS103では、その不純物蓄積指標SUMGASが第1所定値SLGASLよりも大きくなったか判定する。大きければパージを要求するためにステップS104へ進み、ステップS104では、第1パージ許可フラグFH2PLを1とし、第2パージ許可フラグFH2PHを0とする。   In step S103, it is determined whether the impurity accumulation index SUMGAS has become larger than the first predetermined value SLGASL. If it is larger, the process proceeds to step S104 to request a purge. In step S104, the first purge permission flag FH2PL is set to 1 and the second purge permission flag FH2PH is set to 0.

ステップS105では、第1所定値SLGASLよりも値の大きい第2所定値SLGASHよりも不純物蓄積指標SUMGASが大きくなったかを判定する。大きければパージを要求する為にステップS106において、第2パージ許可フラグFH2PHを1として第1パージ許可フラグFH2PLを0とする。   In step S105, it is determined whether the impurity accumulation index SUMGAS has become larger than the second predetermined value SLGASH which is larger than the first predetermined value SLGASL. If it is larger, the second purge permission flag FH2PH is set to 1 and the first purge permission flag FH2PL is set to 0 in step S106 to request a purge.

ステップS107では、不純物蓄積指標SUMGASがゼロを下回ったか判定し、ゼロを下回っていればパージが完了したと判断してステップS108で第1、第2パージ許可フラグともゼロとしてパージを禁止して本処理を終了する。   In step S107, it is determined whether or not the impurity accumulation index SUMGAS has fallen below zero, and if it has fallen below zero, it is determined that purging has been completed. In step S108, the first and second purge permission flags are both set to zero to prohibit purging. The process ends.

以上の処理を実行することにより、現在蓄積されている不純物の量が緊急にパージが必要なレベルであるか(SUMGAS>SLGASH)、熱媒体の通路が熱交換器側になるまで待てるレベルであるか(SLGASH≧SUMGAS>SLGASL)、パージが完了しているか(0>SUMGAS)を判定することができる。   By performing the above processing, the amount of impurities currently accumulated is at a level that requires urgent purging (SUMGAS> SLGASH) or at a level at which it is possible to wait until the heat medium passage is on the heat exchanger side. (SLGASH ≧ SUMGAS> SLGASL) or whether the purge is completed (0> SUMGAS).

図18に示す熱媒体通路選択手段30は、先ず、ステップS111で第2パージ許可フラグFH2PHが1であるか判定し、1(緊急にパージが必要な状態)であればパージを実行するためにステップS123で三方弁17を熱交換器6側にして熱交換器6に熱媒体が流れるように設定して本処理を終了する。第2パージ許可フラグFH2PH=0であればステップS112へ進む。   The heat medium passage selecting means 30 shown in FIG. 18 first determines whether or not the second purge permission flag FH2PH is 1 in step S111, and executes 1 if it is 1 (an urgently required purge state). In step S123, the three-way valve 17 is set to the heat exchanger 6 side so that the heat medium flows through the heat exchanger 6, and the process ends. If the second purge permission flag FH2PH = 0, the process proceeds to step S112.

ステップS112では燃料電池1の温度TFCを読み込んで、ステップS113ではその温度TFCが所定温度SLTFCLよりも高いか判定する。低ければステップS123で三方弁17を熱交換器6側にしてこれ以上燃料電池1の温度を冷やさないように設定し、高ければステップS114で三方弁17をラジエータ18側にして熱媒体温度を冷却する。   In step S112, the temperature TFC of the fuel cell 1 is read, and in step S113, it is determined whether the temperature TFC is higher than a predetermined temperature SLTFCL. If the temperature is low, the three-way valve 17 is set to the heat exchanger 6 side in step S123 so that the temperature of the fuel cell 1 is not further cooled. If the temperature is high, the three-way valve 17 is set to the radiator 18 side to cool the heat medium temperature in step S114. I do.

ステップS115では、第1パージ許可フラグFH2PLが1かを判定し、1であればステップS119へ進み、0であればステップS116へ進む。このステップS116〜S122の処理は、第5実施形態の図16におけるステップS85〜S89と同じ処理であり、重複した説明は省略する。   In step S115, it is determined whether the first purge permission flag FH2PL is 1. If it is 1, the process proceeds to step S119, and if it is 0, the process proceeds to step S116. The processing of steps S116 to S122 is the same as the processing of steps S85 to S89 in FIG. 16 of the fifth embodiment, and a duplicate description will be omitted.

以上の処理を実施することで、緊急にパージを必要とする場合および燃料電池1の温度が所定温度SLTFCL未満の場合には、三方弁17を熱交換器6側に開口させて燃料電池1をこれ以上温度低下するのを抑制し、それ以外の場合には、ポンプ16の回転数およびまたはラジエータファン19を回転させることで積極的に冷却するように作動する。   By performing the above-described processing, when urging is urgently required and when the temperature of the fuel cell 1 is lower than the predetermined temperature SLTFCL, the three-way valve 17 is opened to the heat exchanger 6 side, and the fuel cell 1 is opened. The temperature is prevented from lowering any more, and in other cases, the pump 16 is rotated and / or the radiator fan 19 is rotated to actively cool.

図19に示す水素パージ手段32においては、先ず、ステップS131で第2パージ許可フラグFH2PHが1であるか判定し、1の場合は緊急に水素パージを実施すべくステップS134へジャンプしてパージ弁13を開弁し、ステップS135で水素パージ継続時間TMをカウントアップして本処理を終了する。一方、ステップS131で第2パージ許可フラグFH2PH=0であった場合は、ステップS132に進む。   In the hydrogen purging means 32 shown in FIG. 19, first, in step S131, it is determined whether or not the second purge permission flag FH2PH is 1, and if it is 1, the routine jumps to step S134 to execute the hydrogen purge urgently and the purge valve The valve 13 is opened, the hydrogen purge duration time TM is counted up in step S135, and the process is terminated. On the other hand, if the second purge permission flag FH2PH = 0 in step S131, the process proceeds to step S132.

ステップS132で第1パージ許可フラグFH2PLが1であるか判定し、1でなければパージは要求されていないため、ステップS136で水素パージ継続時間TMをリセットし、ステップS137でパージ弁13を閉弁して本処理を終了する。ステップS132でFH2PL=1であった場合はステップS133へ進む。   In step S132, it is determined whether the first purge permission flag FH2PL is 1. If it is not 1, the purge is not requested. Therefore, the hydrogen purge duration time TM is reset in step S136, and the purge valve 13 is closed in step S137. Then, the present process ends. If FH2PL = 1 in step S132, the process proceeds to step S133.

ステップS133では、三方弁17がラジエータ18側、即ち、熱交換器バイパス通路に設定されているかを判定し、ラジエータ18側であればパージ実施タイミングを延期するためにステップS137でパージ弁13を閉弁して本処理を終了する。他方、三方弁17が熱交換器6側であればパージ可能であるため、ステップS134でパージ弁13を開弁してステップS135で水素パージ継続時間TMをカウントアップして本処理を終了する。   In step S133, it is determined whether the three-way valve 17 is set on the radiator 18 side, that is, in the heat exchanger bypass passage. If the three-way valve 17 is on the radiator 18 side, the purge valve 13 is closed in step S137 to delay the purge execution timing. The process is terminated and the present process ends. On the other hand, if the three-way valve 17 is on the heat exchanger 6 side, purging is possible. Therefore, the purge valve 13 is opened in step S134, the hydrogen purge continuation time TM is counted up in step S135, and the process is terminated.

以上の処理を実行することで、緊急にパージが必要な場合は、例え燃料電池1の温度が所定温度SLTFCLよりも高くても熱媒体を熱交換器6側へ流通させることで熱交換器6を冷却しつつパージを行い、パージは必要だが緊急にはパージをしなくても運転可能である場合は、パージを禁止して燃料電池1の冷却を優先する構成とすることができるので、パージと燃料電池1の温度管理の最適なバランスを実現しつつ、熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の熱分解による変質などを回避することが可能となる。また、パージの緊急度は燃料電池1を構成するセルの電圧低下からも予測できる為、セル電圧によってパージの緊急度を判断しても良いし、組み合わせて使用することも考えられる。   By performing the above processing, when urging is urgently required, even if the temperature of the fuel cell 1 is higher than the predetermined temperature SLTFCL, the heat medium can be circulated to the heat exchanger 6 side so that the heat exchanger 6 In the case where the purge is required while cooling and the fuel cell 1 can be operated without purging, the purge can be prohibited and the cooling of the fuel cell 1 can be prioritized. It is possible to avoid the boiling of the heat medium, the high pressure of the heat medium passage, the deterioration of the heat medium due to the thermal decomposition, and the like, while achieving the optimal balance between the temperature control of the fuel cell 1 and the fuel cell 1. Further, since the urgency of the purge can be predicted from the voltage drop of the cells constituting the fuel cell 1, the urgency of the purge may be determined based on the cell voltage, or may be used in combination.

本実施形態においては、第3実施形態における効果(ウ)、第4実施形態における効果(エ)および第5実施形態における効果(カ)、(キ)に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。   In the present embodiment, in addition to the effect (c) of the third embodiment, the effect (d) of the fourth embodiment, and the effects (f) and (g) of the fifth embodiment, the following effects are obtained. be able to.

(ク)水素パージが要求されたときに熱媒体が熱交換手段バイパス通路(ラジエータ18)側を流通していた場合は、熱媒体通路を熱交換器6側へ切換えてから水素パージを行うかパージを禁止するかをパージの緊急度に応じて選択するため、水素パージの最適タイミングからのずれと熱媒体通路のラジエータ18側への切換え要求の目標からのずれを両方とも最小としつつ、熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の変質などを回避することができる。   (H) If the heat medium is flowing through the heat exchange means bypass passage (radiator 18) when the hydrogen purge is requested, the hydrogen purge should be performed after switching the heat medium passage to the heat exchanger 6 side. In order to select whether to prohibit the purging in accordance with the urgency of the purging, the deviation from the optimal timing of the hydrogen purging and the deviation from the target of the request for switching the heat medium passage to the radiator 18 side are both minimized. Boiling of the medium, increase in the pressure of the heat medium passage, deterioration of the heat medium, and the like can be avoided.

(ケ)要求された水素パージの緊急度が高い場合は、熱媒体通路を熱交換器6側へ切換えて水素パージを行うため、水素パージの最適なタイミングから大きく逸脱することなく水素パージを実行できる為、発電効率の大きな低下なく熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の変質などを回避することができる。   (G) When the urgency of the requested hydrogen purge is high, the heat medium passage is switched to the heat exchanger 6 side to perform the hydrogen purge, so that the hydrogen purge is executed without largely deviating from the optimal timing of the hydrogen purge. Therefore, it is possible to avoid boiling of the heat medium, increase in the pressure of the heat medium passage, deterioration of the heat medium, and the like without greatly lowering the power generation efficiency.

(コ)水素パージ実行中に水素パージの緊急度が下がった場合は熱媒体通路を熱交換手段バイパス通路(ラジエータ18)側へ切換えるとともに水素パージを禁止するため、熱媒体通路のラジエータ18側への切換え要求の目標からのずれを最小としながら熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の変質などを回避することができる。   (G) If the urgency of the hydrogen purging decreases during execution of the hydrogen purging, the heat medium passage is switched to the heat exchange means bypass passage (radiator 18) and the hydrogen purging is prohibited, so that the heat medium passage is moved to the radiator 18 side. It is possible to avoid boiling of the heat medium, increase in the pressure of the heat medium passage, deterioration of the heat medium, and the like while minimizing the deviation of the switching request from the target.

(サ)要求された水素パージの緊急度が低い場合はパージを禁止するため、熱媒体通路のラジエータ18側への切換え要求の目標からのずれを最小としながら熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の変質などを回避することができる。   (C) If the urgency of the requested hydrogen purge is low, the purging is prohibited, so that the deviation of the request for switching the heat medium passage toward the radiator 18 from the target is minimized while the boiling of the heat medium and the heat medium passage It is possible to avoid high pressure, deterioration of the heat medium, and the like.

(シ)燃料電池システムとして、熱交換手段バイパス通路に熱媒体を冷却する熱媒体冷却手段、例えば、ラジエータ18を通過する熱媒体の送出し用ポンプ16および熱媒体の温度を急冷させる熱媒体急冷手段としてのラジエータ18へ冷却風を送出するラジエータファン19を作動させる手段を備え、要求された水素パージの緊急度が低い場合は水素パージを一旦禁止するとともに、熱媒体を熱媒体急冷手段により所定温度以下に急冷した後、熱媒体通路を熱交換器6へ切換えてから水素パージを許可するため、燃料電池1の温度を最適温度とすることが可能となるとともに、パージのタイミングを最適なタイミングに近づけることができ、発電効率の低下を最低限に抑えながら熱媒体の沸騰、熱媒体通路の高圧化、熱媒体の変質などを回避することができる。   (G) As a fuel cell system, a heat medium cooling means for cooling the heat medium in the heat exchange means bypass passage, for example, a heat medium delivery pump 16 passing through the radiator 18 and a heat medium quenching for rapidly cooling the temperature of the heat medium. A means for operating a radiator fan 19 for sending cooling air to the radiator 18 as means is provided. When the urgency of the required hydrogen purge is low, the hydrogen purge is temporarily prohibited and the heat medium is cooled by the heat medium quenching means. After rapid cooling to a temperature below the temperature, the heat medium passage is switched to the heat exchanger 6 and then the hydrogen purge is permitted, so that the temperature of the fuel cell 1 can be set to the optimum temperature, and the purge timing is set to the optimum timing. To minimize boiling of the heat medium, increase the pressure of the heat medium passages, and alter the quality of the heat medium while minimizing the decrease in power generation efficiency. It can be.

(ス)パージの緊急度は、燃料電池1のセル電圧、燃料電池1の運転時間、燃料電池1の運転負荷、燃料電池1のパージ継続時間のいずれかに対応して決定するため、パージの緊急度を的確に把握することができる。   (S) Since the urgency of the purge is determined according to any of the cell voltage of the fuel cell 1, the operating time of the fuel cell 1, the operating load of the fuel cell 1, and the purge duration of the fuel cell 1, The degree of urgency can be accurately grasped.

(第7実施形態)
図20〜図25は、本発明を適用した燃料電池システムの第7実施形態を示し、図20〜図23は第7実施形態の第1実施例であり、図24および図25は第7実施形態の第2実施例である。本実施形態においては、パージ排水素の燃焼器の燃焼ガスの全量が流入する熱交換器への熱媒体(冷却液)流量を確保するように、ポンプ吐出流量に応じて三方弁の最低開度を設定するようにしたものである。
(Seventh embodiment)
20 to 25 show a seventh embodiment of the fuel cell system to which the present invention is applied, FIGS. 20 to 23 show a first example of the seventh embodiment, and FIGS. 24 and 25 show a seventh embodiment. It is a 2nd Example of a form. In the present embodiment, the minimum opening degree of the three-way valve according to the pump discharge flow rate is ensured so that the flow rate of the heat medium (coolant) to the heat exchanger into which the entire amount of the combustion gas of the purged exhaust hydrogen flows into the combustor flows. Is set.

第1実施例を示す図20は熱媒体供給系統およびコントロールユニットを含む燃料電池システムのシステム構成図、図21および図22はコントロールユニットで実行されるポンプ制御および三方弁制御の制御ブロック図、図23はポンプ制御および三方弁制御による熱媒体供給系統の動作状態を示す特性図である。なお、図1〜図19と同一の装置には同一の符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。   FIG. 20 showing the first embodiment is a system configuration diagram of a fuel cell system including a heat medium supply system and a control unit, and FIGS. 21 and 22 are control block diagrams of pump control and three-way valve control executed by the control unit. 23 is a characteristic diagram showing an operation state of the heat medium supply system by the pump control and the three-way valve control. The same devices as those in FIGS. 1 to 19 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

図20において、燃料電池システムの熱媒体供給系統4は、第2実施形態と同様に、熱媒体供給系統4の熱交換器用通路20の熱交換器6と三方弁17との間と燃料電池1の熱媒体出口とを接続し、コントローラ9により弁開度が調節される三方弁17を配置して備える。燃料電池1から排出された熱媒体の一部は、三方弁17の弁開度に応じて熱交換器用通路20に流れ込み、熱交換器6を経由してポンプ16に吸込まれ、熱交換器6を流通する。この熱媒体供給系統4においては、バイパス弁を設けることなく三方弁17自体を操作して熱交換用通路20に熱媒体を流すように作動させている。なお、水素供給系統2および酸化ガス供給系統3の図示は省略している。   In FIG. 20, the heat medium supply system 4 of the fuel cell system is similar to the second embodiment in that the heat medium supply system 4 includes a heat exchanger passage 20 between the heat exchanger 6 and the three-way valve 17 and the fuel cell 1 And a three-way valve 17 whose valve opening is adjusted by the controller 9 is arranged and provided. A part of the heat medium discharged from the fuel cell 1 flows into the heat exchanger passage 20 in accordance with the opening degree of the three-way valve 17, is sucked into the pump 16 via the heat exchanger 6, and is absorbed by the heat exchanger 6. Distribute. In the heat medium supply system 4, the three-way valve 17 itself is operated without providing a bypass valve to operate the heat medium to flow through the heat exchange passage 20. The illustration of the hydrogen supply system 2 and the oxidizing gas supply system 3 is omitted.

また、燃焼器5は熱交換器6に直結され、燃焼器5が燃料電池1側からパージされて排出された排水素循環ガスを燃焼させる際には、燃焼ガスの全量が熱交換器6に供給され、燃焼排気ガスは熱交換器6で冷却液によって冷やされてから車外へ排出されるようにしている。熱交換器6を流通する冷却液の流量は、コントロールユニット9により三方弁17の開度を調整することで制御される。   Further, the combustor 5 is directly connected to the heat exchanger 6, and when the combustor 5 burns the exhausted hydrogen circulating gas purged and discharged from the fuel cell 1 side, the entire amount of the combustion gas is transferred to the heat exchanger 6. The supplied combustion exhaust gas is cooled by the coolant in the heat exchanger 6 and then discharged outside the vehicle. The flow rate of the coolant flowing through the heat exchanger 6 is controlled by adjusting the opening of the three-way valve 17 by the control unit 9.

コントロールユニット9は、ポンプ16の回転数を冷却液目標流量設定手段44により燃料電池1へ供給する熱媒体の目標流量を演算し、この目標流量に基づいてポンプ制御手段45により演算した目標回転数に制御する。コントロールユニット9は、また、燃料電池1の冷却液の入口温度に基づいて三方弁調温開度演算手段46により三方弁17の熱交換用通路20への弁開度を演算し、前記冷却液目標流量設定手段44からの目標流量に基づいて三方弁最低開度演算手段33により三方弁17の最低必要開度を演算し、両開度演算手段46、33に基づいて三方弁開度設定手段34により三方弁17の開度を制御する。   The control unit 9 calculates the target flow rate of the heat medium to be supplied to the fuel cell 1 by the coolant target flow rate setting means 44 and calculates the target rotation rate calculated by the pump control means 45 based on the target flow rate. To control. The control unit 9 also calculates the valve opening of the three-way valve 17 to the heat exchange passage 20 by the three-way valve temperature control opening calculating means 46 based on the inlet temperature of the cooling liquid of the fuel cell 1. The minimum required opening of the three-way valve 17 is calculated by the three-way valve minimum opening calculating means 33 based on the target flow rate from the target flow rate setting means 44, and the three-way valve opening setting means is calculated based on the two opening degree calculating means 46 and 33. 34 controls the opening of the three-way valve 17.

前記冷却液目標流量設定手段44は、図21に示すように、燃料電池取出電力と冷却液目標流量とを予め設定した目標流量マップを備え、燃料電池1の電力計8により得られる取出電力から目標流量マップを参照して燃料電池1へ供給する冷却液の目標流量を演算する。前記目標流量マップは、燃料電池1の取出電力が大きくなるほど燃料電池1の発熱量が大きくなるので、冷却液の目標流量を増量して燃料電池1の出入口温度差が増加するのを抑制するとともに、ラジエータ18の放熱特性を良くするように設定している。   As shown in FIG. 21, the coolant target flow rate setting means 44 includes a target flow rate map in which the fuel cell output power and the coolant target flow rate are set in advance. The target flow rate of the coolant supplied to the fuel cell 1 is calculated with reference to the target flow rate map. In the target flow rate map, since the calorific value of the fuel cell 1 increases as the power taken out of the fuel cell 1 increases, the target flow rate of the coolant is increased to suppress an increase in the inlet / outlet temperature difference of the fuel cell 1 and The radiator 18 is set to improve the heat radiation characteristics.

前記ポンプ制御手段45は、ポンプ流量−回転数マップを予め設定して備え、前記冷却液目標流量設定手段44からの目標流量を達成するためのポンプ回転数をポンプ流量−回転数マップを参照してポンプ16の目標回転数を演算し、ポンプ16を目標回転数となるように駆動する。前記ポンプ流量−回転数マップは、ポンプ回転数と冷却液流量の関係をあらかじめ実測、あるいはポンプ16の特性と冷却液循環経路圧力損失から予測して設定する。   The pump control means 45 is provided with a pump flow rate / rotation speed map set in advance, and refers to a pump flow rate / rotation speed map to determine a pump rotation speed for achieving a target flow rate from the coolant target flow rate setting means 44. Then, the target rotation speed of the pump 16 is calculated, and the pump 16 is driven to reach the target rotation speed. The pump flow rate / rotation speed map is set by actually measuring the relationship between the pump rotation speed and the coolant flow rate in advance, or by predicting the relationship between the characteristics of the pump 16 and the pressure loss of the coolant circulation path.

前記三方弁調温開度演算手段46は、図22に示すように、温度検出手段35により検出された燃料電池1の冷却水入口温度と予め設定した燃料電池入口目標冷却液温度との差に応じて燃料電池1を調温するための三方弁17の開度を演算する。即ち、前記入口目標冷却液温度に対して検出した冷却液入口温度が高い場合には、熱交換器用通路20への流量を絞り、代ってラジエータ18への流量を増大するよう三方弁17の開度を演算し、前記入口目標冷却液温度に対して検出した冷却液入口温度が低い場合には、熱交換用通路20への流量を増大させ、代ってラジエータ18への流量を絞るよう三方弁17の開度を演算し、両温度の差が予め設定した温度差未満である場合には、三方弁17の現在の弁開度を維持するよう演算する。   As shown in FIG. 22, the three-way valve temperature control opening calculating means 46 calculates the difference between the cooling water inlet temperature of the fuel cell 1 detected by the temperature detecting means 35 and a preset fuel cell inlet target coolant temperature. In accordance therewith, the opening of the three-way valve 17 for controlling the temperature of the fuel cell 1 is calculated. That is, when the detected coolant inlet temperature is higher than the inlet target coolant temperature, the flow rate to the heat exchanger passage 20 is reduced, and the three-way valve 17 is increased so that the flow rate to the radiator 18 is increased. When the opening degree is calculated and the detected coolant inlet temperature is lower than the inlet target coolant temperature, the flow rate to the heat exchange passage 20 is increased, and the flow rate to the radiator 18 is reduced instead. The opening degree of the three-way valve 17 is calculated, and if the difference between the two temperatures is smaller than the preset temperature difference, the calculation is performed so as to maintain the current valve opening degree of the three-way valve 17.

図23(A)〜(C)は、目標流量が、例えば、100L/min、50L/min、20L/minである場合の夫々の目標流量における三方弁17の開度(開度%は横軸)に応じたラジエータ側流量(実線図示、なお、流量は縦軸)とバイパス側流量(熱交換用通路20側、鎖線図示)の冷却液流量分配特性を示す。   FIGS. 23A to 23C show the opening of the three-way valve 17 at each target flow rate when the target flow rate is, for example, 100 L / min, 50 L / min, and 20 L / min. 3) shows the coolant flow rate distribution characteristics of the radiator side flow rate (solid line illustration, the flow rate is the vertical axis) and the bypass side flow rate (heat exchange passage 20 side, chain line illustration) according to the above.

前記三方弁最低必要開度演算手段33は、熱交換器用通路20へ予め設定した最低必要流量(例えば、毎分5リットル(5L/min))を確保するように予め設定した目標流量−三方弁開度マップを備え、前記冷却液目標流量設定手段44が出力する冷却液の目標流量に応じて目標流量−三方弁開度マップを参照して、三方弁17の最低必要開度を演算する。前記目標流量−三方弁開度マップは、変化する目標流量に対して最低必要流量を確保するために三方弁17をどの程度開く必要があるか、その開度(%)を設定したものであり、予め流量毎に最低必要流量を確保できる開度を実測して設定する。   The three-way valve minimum required opening degree calculating means 33 calculates a predetermined target flow rate (for example, 5 liters per minute (5 L / min)) to the heat exchanger passage 20 by a predetermined target flow rate-three-way valve. An opening degree map is provided, and the minimum required opening degree of the three-way valve 17 is calculated with reference to the target flow rate-three-way valve opening degree map in accordance with the target flow rate of the cooling liquid output by the coolant target flow rate setting means 44. The target flow rate-three-way valve opening degree map sets how much the three-way valve 17 needs to be opened in order to secure the minimum required flow rate with respect to the changing target flow rate, and sets the degree of opening (%). First, an opening degree that can secure the minimum necessary flow rate for each flow rate is actually measured and set.

図23(A)〜(C)の例では、最低必要流量を確保するためには、目標流量が100L/minである場合には三方弁17の開度が3%必要であり、目標流量が50L/minである場合には三方弁17の開度が8%必要であり、目標流量が20L/minである場合には三方弁17の開度が15%必要であることを表している。   In the examples of FIGS. 23A to 23C, in order to secure the minimum required flow rate, when the target flow rate is 100 L / min, the opening of the three-way valve 17 needs to be 3%, and the target flow rate is When the flow rate is 50 L / min, the opening degree of the three-way valve 17 is required to be 8%, and when the target flow rate is 20 L / min, the opening degree of the three-way valve 17 is required to be 15%.

前記三方弁開度設定手段34は、燃料電池1へ流入する冷却液温度を調整するための三方弁調温開度演算手段46よりの三方弁17の開度と熱交換用通路20への最低必要流量を確保するための三方弁最低必要開度演算手段33よりの三方弁最低必要開度とを比較し、大きい方の開度を選択し、三方弁17の開度を目標開度となるように駆動する。   The three-way valve opening setting means 34 controls the opening of the three-way valve 17 from the three-way valve temperature adjustment opening calculating means 46 for adjusting the temperature of the coolant flowing into the fuel cell 1 and the minimum opening to the heat exchange passage 20. The minimum required opening of the three-way valve from the three-way valve minimum required opening calculating means 33 for ensuring the required flow rate is compared, the larger opening is selected, and the opening of the three-way valve 17 becomes the target opening. Drive.

なお、上記実施形態の三方弁最低必要開度演算手段33は三方弁17の最低必要開度を、冷却液目標流量設定手段44よりの目標流量に基づいて設定しているが、図示しないが、ポンプ吐出流量を測定し、ポンプ吐出流量に応じて三方弁17の最低必要開度を設定することもできる。   Although the three-way valve minimum required opening calculating means 33 of the above embodiment sets the minimum required opening of the three-way valve 17 based on the target flow rate from the coolant target flow rate setting means 44, it is not shown, It is also possible to measure the pump discharge flow rate and set the minimum required opening of the three-way valve 17 according to the pump discharge flow rate.

以上説明したように、本(第1)実施例においては、ラジエータバイパス側である熱交換用通路20にパージ排水素の燃焼器5による燃焼ガスの燃焼熱を回収する熱交換器6を備えた燃料電池システムにあって、熱交換器6を経由する熱交換用通路20への冷却液流量を確保するように、ポンプ吐出冷却液流量(冷却液目標流量)に応じて三方弁最低開度を設定するため、熱交換器6を経由した冷却液温度が過度に上昇して冷却液が劣化するのを防止でき、燃焼器5の燃焼排気ガスを熱交換器6により確実に冷却して車外へ排気することができ、さらには、熱交換器6が空焚き状態となって破損するのを防止することができる。   As described above, in this (first) embodiment, the heat exchanger 6 for recovering the combustion heat of the combustion gas from the combustor 5 of purged hydrogen is provided in the heat exchange passage 20 on the radiator bypass side. In the fuel cell system, the minimum opening of the three-way valve is adjusted according to the pump discharge coolant flow rate (coolant target flow rate) so as to secure the coolant flow rate to the heat exchange passage 20 via the heat exchanger 6. This setting prevents the temperature of the coolant passing through the heat exchanger 6 from excessively rising and deteriorating the coolant, and ensures that the combustion exhaust gas of the combustor 5 is cooled by the heat exchanger 6 to the outside of the vehicle. Exhaust can be performed, and furthermore, it is possible to prevent the heat exchanger 6 from being broken in an empty firing state.

図24および図25は、第7実施形態の燃料電池システムの第2実施例を示す熱媒体供給系統およびコントロールユニットを含む燃料電池システムのシステム構成図、および、三方弁最低必要開度演算手段の制御ブロック図である。本(第2)実施例に示す燃料電池システムでは、三方弁最低必要開度演算手段により演算する三方弁の最低必要開度が、第1実施例では冷却液目標流量設定手段の目標流量に基づいて演算するのに代えて、ポンプ制御手段で演算されるポンプ目標回転数に基づいて演算するようにしたものである。なお、図20〜図23と同一の装置には同一の符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。   FIGS. 24 and 25 are a system configuration diagram of a fuel cell system including a heat medium supply system and a control unit showing a second example of the fuel cell system of the seventh embodiment, and a three-way valve minimum required opening calculating means. It is a control block diagram. In the fuel cell system shown in the present (second) embodiment, the minimum required opening of the three-way valve calculated by the three-way valve minimum required opening calculating means is based on the target flow rate of the coolant target flow rate setting means in the first embodiment. Instead of performing the calculation, the calculation is performed based on the pump target rotation speed calculated by the pump control means. 20 to 23 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

本(第2)実施例では、図24に示すように、三方弁最低必要開度演算手段36には、ポンプ制御手段45により演算されたポンプ目標回転数が入力される。   In the present (second) embodiment, as shown in FIG. 24, the three-way valve minimum necessary opening degree calculating means 36 receives the pump target rotation speed calculated by the pump control means 45.

前記三方弁最低必要開度演算手段36は、図25に示すように、入力された目標ポンプ回転数(あるいは、ポンプ駆動デューティ比)に基づいて三方弁17の最低必要開度を演算するよう構成している。具体的には、第1実施例の三方弁最低必要開度演算手段33と同様に構成した三方弁最低必要開度演算部36Bの前段に、燃料電池1への目標冷却液流量を演算する目標冷却液流量演算部36Aを新規に挿入している。   As shown in FIG. 25, the three-way valve minimum required opening calculating means 36 is configured to calculate the minimum required opening of the three-way valve 17 based on the input target pump speed (or pump drive duty ratio). are doing. Specifically, the target for calculating the target coolant flow rate to the fuel cell 1 is provided before the three-way valve minimum required opening calculating unit 36B configured similarly to the three-way valve minimum required opening calculating means 33 of the first embodiment. A coolant flow rate calculation unit 36A is newly inserted.

前記目標冷却液流量演算部36Aは、予め設定したポンプ回転数(あるいは、ポンプ駆動デューティ比)−冷却液流量テーブルを備え、入力された目標ポンプ回転数(あるいは、ポンプ駆動デューティ比)に基づいてポンプ回転数−冷却液流量テーブルを参照して燃料電池1への目標冷却液流量を演算し、三方弁最低必要開度演算部36Bに出力する。その他の構成は、第1実施例と同様である。   The target coolant flow rate calculation unit 36A includes a preset pump speed (or pump drive duty ratio) -coolant flow rate table, and is based on an input target pump speed (or pump drive duty ratio). The target coolant flow rate to the fuel cell 1 is calculated with reference to the pump rotation speed-coolant flow rate table, and is output to the three-way valve minimum required opening calculation section 36B. Other configurations are the same as in the first embodiment.

本(第2)実施例においても、ラジエータバイパス側である熱交換器用通路20にパージ排水素の燃焼器5による燃焼ガスの燃焼熱を回収する熱交換器6を備えた燃料電池システムにあって、熱交換器6を経由する熱交換器用通路20への冷却液流量を確保するように、ポンプ回転数あるいはポンプ駆動デューティ比からポンプ吐出冷却液流量を求め、ポンプ吐出冷却液流量に応じて三方弁17の最低必要開度を設定するため、熱交換器6を経由した冷却液温度が過度に上昇して冷却液が劣化するのを防止でき、燃焼器5の燃焼排気ガスを熱交換器6により確実に冷却して車外へ排気することができ、さらには、熱交換器6が空焚き状態となって破損するのを防止することができる。   Also in this (second) embodiment, the fuel cell system provided with the heat exchanger 6 for recovering the combustion heat of the combustion gas from the combustor 5 of the purged hydrogen in the heat exchanger passage 20 on the radiator bypass side. In order to secure the flow rate of the coolant to the heat exchanger passage 20 via the heat exchanger 6, the flow rate of the coolant discharged from the pump is determined from the pump rotation speed or the duty ratio of the pump drive. Since the minimum required opening of the valve 17 is set, it is possible to prevent the temperature of the coolant passing through the heat exchanger 6 from excessively increasing and to prevent the coolant from deteriorating. Thus, it is possible to reliably cool and exhaust the gas to the outside of the vehicle, and further, it is possible to prevent the heat exchanger 6 from being broken due to an empty firing state.

本実施形態においては、第2実施形態における効果(イ)に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。   In the present embodiment, in addition to the effect (A) in the second embodiment, the following effects can be obtained.

(セ)第1実施例においては、熱媒体供給手段4は、燃料電池1の冷却液を循環させるポンプ16を備え、熱媒体通路切換手段は、熱媒体を熱交換手段6を通過させる通路20と熱交換手段6バイパス通路とに分流調整可能な三方弁17により構成し、制御手段9は、燃料電池1を調温するのに必要な熱交換手段通過通路20側への三方弁開度を演算する三方弁調温開度演算手段46と、熱交換手段6への最低必要な熱媒体流量を確保するために三方弁17の最低必要開度を前記ポンプ吐出媒体流量に応じて演算する三方弁最低必要開度演算手段33と、前記三方弁調温開度演算手段46によって演算された三方弁開度が前記三方弁最低必要開度演算手段33によって演算された最低必要開度に満たない場合には、三方弁開度を最低必要開度に設定する三方弁開度設定手段34と、を備えるよう構成した。   (C) In the first embodiment, the heat medium supply means 4 includes a pump 16 for circulating the coolant of the fuel cell 1, and the heat medium passage switching means includes a passage 20 for passing the heat medium through the heat exchange means 6. The control means 9 controls the opening degree of the three-way valve to the heat exchange means passage passage 20 necessary for controlling the temperature of the fuel cell 1. The three-way valve temperature control opening calculating means 46 for calculating and the three-way valve 17 for calculating the minimum necessary opening of the three-way valve 17 in accordance with the pump discharge medium flow rate in order to secure the minimum necessary heat medium flow rate to the heat exchange means 6. The three-way valve opening calculated by the valve minimum required opening calculating means 33 and the three-way valve temperature control opening calculating means 46 is less than the minimum required opening calculated by the three-way valve minimum necessary opening calculating means 33. If necessary, set the three-way valve opening to the minimum required opening. A three-way valve opening setting means 34 for setting, and configured with a.

即ち、ラジエータバイパス側である熱交換器用通路20にパージ排水素の燃焼器5による燃焼ガスの燃焼熱を回収する熱交換器6を備え、熱交換器6を経由する熱交換用通路20への冷却液流量を確保するように、ポンプ吐出冷却液流量(冷却液目標流量)に応じて三方弁最低開度を設定するため、熱交換器6を経由した冷却液温度が過度に上昇して冷却液が劣化するのを防止でき、燃焼器5の燃焼排気ガスを熱交換器6により確実に冷却して車外へ排気することができ、さらには、熱交換器6が空焚き状態となって破損するのを防止することができる。   That is, the heat exchanger passage 20 on the radiator bypass side is provided with a heat exchanger 6 for recovering the combustion heat of the combustion gas of the purged hydrogen by the combustor 5. Since the minimum opening of the three-way valve is set in accordance with the pump discharge coolant flow rate (coolant target flow rate) so as to secure the coolant flow rate, the coolant temperature via the heat exchanger 6 rises excessively and cooling is performed. The liquid can be prevented from deteriorating, and the combustion exhaust gas of the combustor 5 can be reliably cooled by the heat exchanger 6 and exhausted to the outside of the vehicle. Can be prevented.

(ソ)第2実施例においては、第1実施例の三方弁最低必要開度演算手段33を、前記ポンプ回転数あるいはポンプ駆動デューティ比に基づいて三方弁17の最低必要開度を演算するようにした。即ち、ラジエータバイパス側である熱交換器用通路20にパージ排水素の燃焼器5による燃焼ガスの燃焼熱を回収する熱交換器6を備え、熱交換器6を経由する熱交換器用通路20への冷却液流量を確保するように、ポンプ回転数あるいはポンプ駆動デューティ比からポンプ吐出冷却液流量を求め、ポンプ吐出冷却液流量に応じて三方弁最低開度を設定するため、熱交換器6を経由した冷却液温度が過度に上昇して冷却液が劣化するのを防止でき、燃焼器5の燃焼排気ガスを熱交換器6により確実に冷却して車外へ排気することができ、さらには、熱交換器6が空焚き状態となって破損するのを防止することができる。   (G) In the second embodiment, the three-way valve minimum required opening calculating means 33 of the first embodiment calculates the minimum required opening of the three-way valve 17 based on the pump speed or the pump drive duty ratio. I made it. That is, the heat exchanger passage 20 on the radiator bypass side is provided with the heat exchanger 6 for recovering the combustion heat of the combustion gas of the purged hydrogen by the combustor 5. Through the heat exchanger 6 to obtain the pump discharge coolant flow rate from the pump rotation speed or the pump drive duty ratio so as to secure the coolant flow rate, and to set the three-way valve minimum opening according to the pump discharge coolant flow rate. It is possible to prevent the coolant temperature that has been excessively increased and the coolant from deteriorating, and the combustion exhaust gas of the combustor 5 can be reliably cooled by the heat exchanger 6 and exhausted to the outside of the vehicle. It is possible to prevent the exchanger 6 from being broken due to an empty firing state.

(第8実施形態)
図26〜図27は、本発明を適用した燃料電池システムの第8実施形態を示し、図26は熱媒体供給系統およびコントロールユニットを含む燃料電池システムのシステム構成図、図27はコントロールユニットで実行される三方弁制御手段の制御ブロック図である。本実施形態においては、燃料電池の水素供給手段の循環経路の水素をパージしていない場合には、熱媒体(冷却液)をラジエータ側に全量流し、パージ時あるいはパージ直前に熱交換用通路へ最低必要流量を流すように三方弁を制御するようにしたものである。なお、図20〜図25と同一の装置には同一の符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
(Eighth embodiment)
26 to 27 show an eighth embodiment of a fuel cell system to which the present invention is applied, FIG. 26 is a system configuration diagram of a fuel cell system including a heat medium supply system and a control unit, and FIG. FIG. 4 is a control block diagram of a three-way valve control unit to be used. In the present embodiment, when the hydrogen in the circulation path of the hydrogen supply means of the fuel cell is not purged, the entire amount of the heat medium (cooling liquid) flows to the radiator side, and the purged heat is supplied to the heat exchange passage at or immediately before the purge. The three-way valve is controlled so as to flow the minimum necessary flow rate. 20 to 25 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

図26に示すように、本実施形態の燃料電池システムにおいては、コントローラ9よりのパージ信号が三方弁開度設定手段37に入力される。   As shown in FIG. 26, in the fuel cell system according to the present embodiment, a purge signal from the controller 9 is input to the three-way valve opening degree setting means 37.

三方弁開度設定手段37は、図27に示すように、三方弁調温開度演算手段46よりの冷却液温度制御のための三方弁開度と三方弁最低必要開度演算手段33よりの最低必要開度の大きい方の開度を選択(セレクトハイ)して出力するセレクトハイ出力と、三方弁調温開度演算手段46よりの冷却液温度制御のための三方弁開度を出力する温度制御出力とを備える。そして、パージ信号が入力されていない場合には温度制御出力を選択して三方弁目標開度として出力し、パージ信号が入力された場合にはセレクトハイ出力を選択して三方弁目標開度として出力する選択手段38を備え、三方弁17の開度を目標開度となるように駆動する。   As shown in FIG. 27, the three-way valve opening setting means 37 includes a three-way valve opening degree for controlling the coolant temperature from the three-way valve temperature adjustment opening degree calculating means 46 and a three-way valve minimum required opening degree A select high output for selecting (select high) the opening with the larger minimum required opening and outputting the three-way valve opening for controlling the coolant temperature from the three-way valve temperature adjustment opening calculating means 46. A temperature control output. When the purge signal is not input, the temperature control output is selected and output as the three-way valve target opening, and when the purge signal is input, the select high output is selected and the three-way valve target opening is selected. There is provided a selection means 38 for outputting, and drives the three-way valve 17 so that the opening thereof becomes the target opening.

以上説明したように、本実施形態においては、パージ信号がない場合には燃料電池1の調温に必要な三方弁開度を選択出力し、パージ信号がある場合には三方弁最低必要開度と燃料電池1の調温に必要な三方弁開度の大きい方を選択出力するよう構成しているため、パージ時においては、熱交換器6を経由した冷却液温度が過度に上昇して冷却液が劣化するのを防止でき、燃焼器5の燃焼排気ガスを熱交換器6により確実に冷却して車外へ排気することができ、さらには、熱交換器6が空焚き状態となって破損するのを防止することができる。他方、パージ作動していない大部分の期間においては、燃料電池1の温度制御のために必要な三方弁開度に三方弁17を制御でき、例えば、冷却液の冷却が必要な場合にはラジエータ18の冷却性能を最大利用でき、燃料電池1を最適な温度に維持することができる。   As described above, in the present embodiment, when there is no purge signal, the three-way valve opening required for controlling the temperature of the fuel cell 1 is selectively output, and when there is the purge signal, the three-way valve minimum required opening is And the larger three-way valve opening required for controlling the temperature of the fuel cell 1 is selected and output, so that at the time of purging, the coolant temperature via the heat exchanger 6 rises excessively and the cooling The liquid can be prevented from deteriorating, and the combustion exhaust gas of the combustor 5 can be reliably cooled by the heat exchanger 6 and exhausted to the outside of the vehicle. Can be prevented. On the other hand, during most of the period during which the purge operation is not performed, the three-way valve 17 can be controlled to the opening degree required for controlling the temperature of the fuel cell 1. The cooling performance of the fuel cell 1 can be maintained at an optimum temperature.

本実施形態においては、第2実施形態における効果(イ)に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。   In the present embodiment, in addition to the effect (A) in the second embodiment, the following effects can be obtained.

(タ)三方弁開度設定手段37は、三方弁開度が最低必要開度に満たない場合には、パージ手段によるパージ時あるいはパージ直前において、三方弁開度を最低必要開度に設定するため、パージ時においては、熱交換器6を経由した冷却液温度が過度に上昇して冷却液が劣化するのを防止でき、燃焼器5の燃焼排気ガスを熱交換器6により確実に冷却して車外へ排気することができ、さらには、熱交換器6が空焚き状態となって破損するのを防止することができる。他方、パージ作動していない大部分の期間においては、燃料電池1の温度制御のために必要な三方弁開度に三方弁17を制御でき、例えば、冷却液の冷却が必要な場合にはラジエータ18の冷却性能を最大利用でき、燃料電池1を最適な温度に維持することができる。   (T) The three-way valve opening setting means 37 sets the three-way valve opening to the minimum required opening at or immediately before purging by the purging means when the three-way valve opening is less than the minimum required opening. For this reason, at the time of purging, it is possible to prevent the temperature of the coolant passing through the heat exchanger 6 from excessively increasing and to prevent the coolant from deteriorating, so that the combustion exhaust gas of the combustor 5 is reliably cooled by the heat exchanger 6. The heat exchanger 6 can be prevented from being damaged due to being in an empty burning state. On the other hand, during most of the period during which the purge operation is not performed, the three-way valve 17 can be controlled to the opening degree required for controlling the temperature of the fuel cell 1. The cooling performance of the fuel cell 1 can be maintained at an optimum temperature.

(第9実施形態)
図28および図29は、本発明を適用した燃料電池システムの第9実施形態を示し、図28は熱媒体供給系統およびコントロールユニットを含む燃料電池システムのシステム構成図、図29はコントロールユニットで実行される三方弁制御手段の制御ブロック図である。本実施形態においては、パージ時間に応じて三方弁の最低必要開度を大きくするようにしたものである。なお、図20〜図27と同一の装置には同一の符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
(Ninth embodiment)
FIGS. 28 and 29 show a ninth embodiment of a fuel cell system to which the present invention is applied. FIG. 28 is a system configuration diagram of a fuel cell system including a heat medium supply system and a control unit. FIG. 4 is a control block diagram of a three-way valve control unit to be used. In the present embodiment, the minimum required opening of the three-way valve is increased according to the purge time. 20 to 27 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.

図28に示すように、本実施形態の燃料電池システムにおいては、コントローラ9よりのパージ信号が三方弁最低必要開度演算手段39に入力される。   As shown in FIG. 28, in the fuel cell system according to the present embodiment, a purge signal from the controller 9 is input to the three-way valve minimum required opening calculating means 39.

前記三方弁最低必要開度演算手段39は、図29に示すように、三方弁最低必要開度演算部39A(第7実施形態の図25に示すと同様に構成される)と、入力されるパージ信号の入力時間(パージ時間)に応じて増加する係数を出力する係数発生部39Bと、三方弁最低必要開度演算部39Aで出力される三方弁最低必要開度信号に係数発生部39Bで出力した係数を乗算する乗算器39Cとを備える。   As shown in FIG. 29, the three-way valve minimum required opening calculating unit 39 is input with a three-way valve minimum required opening calculating unit 39A (same configuration as shown in FIG. 25 of the seventh embodiment). A coefficient generation unit 39B that outputs a coefficient that increases according to the input time (purge time) of the purge signal, and a coefficient generation unit 39B that outputs a three-way valve minimum required opening signal output by the three-way valve minimum required opening calculation unit 39A A multiplier 39C for multiplying the output coefficient.

前記係数発生部39Bは、パージ信号が入力されない場合には係数を発生しないか若しくは係数「0」を出力し、パージ信号が入力された場合には係数「1」を出力し、入力されたパージ信号が予め設定した時間を経過する場合には、経過時間に応じて増加してゆく「1」以上の係数を出力するよう構成している。   The coefficient generator 39B does not generate a coefficient or outputs a coefficient “0” when no purge signal is input, and outputs a coefficient “1” when a purge signal is input. When the signal elapses a preset time, it is configured to output a coefficient “1” or more that increases according to the elapsed time.

したがって、三方弁最低必要開度演算手段39Aは、パージ信号が入力されない状態では、係数発生器39Bで出力する係数が「無」若しくは「0」であるため、三方弁最低必要開度演算部39Aから出力される三方弁最低必要開度信号と乗算器39Cで乗算された場合に、最低必要開度は「零」と出力する。また、パージ信号が入力された場合には、係数発生器39Bは係数「1」を出力するため、三方弁最低必要開度演算部39Aで出力される三方弁最低必要開度信号は乗算器39Cで係数「1」が乗算されてそのまま出力される。   Therefore, the three-way valve minimum required opening calculating unit 39A outputs the coefficient output from the coefficient generator 39B to “none” or “0” when the purge signal is not input. When the multiplier 39C multiplies the three-way valve minimum required opening signal output from the controller 39 by the multiplier 39C, the minimum required opening is output as "zero". When the purge signal is input, the coefficient generator 39B outputs a coefficient “1”. Therefore, the three-way valve minimum required opening signal output from the three-way valve minimum required opening calculating section 39A is multiplied by the multiplier 39C. Is multiplied by the coefficient “1” and output as it is.

さらに、このパージ信号が予め設定した時間を経過する場合には、経過時間に応じて増加してゆく「1」以上の係数が出力されるため、三方弁最低必要開度演算部39Aで出力される三方弁最低必要開度信号は乗算器39Cで「1」以上の係数が乗算されて増加した最低必要開度が出力される。三方弁最低必要開度演算手段39の出力は、三方弁開度設定手段34に入力され、三方弁調温開度演算手段46よりの冷却液温度制御のための三方弁開度と比較されて大きい方の開度が目標開度として選択(セレクトハイ)され、三方弁17の開度を目標開度となるように駆動する。   Further, when the purge signal elapses a preset time, a coefficient of “1” or more that increases in accordance with the elapsed time is output, and is output by the three-way valve minimum required opening calculating section 39A. The three-way valve minimum required opening signal is multiplied by a coefficient of "1" or more by a multiplier 39C, and the increased minimum required opening is output. The output of the three-way valve minimum necessary opening calculating means 39 is input to the three-way valve opening setting means 34, and is compared with the three-way valve opening for controlling the coolant temperature from the three-way valve temperature adjusting opening calculating means 46. The larger opening is selected as the target opening (select high), and the opening of the three-way valve 17 is driven to be the target opening.

以上説明したように、本実施形態においては、パージ信号がない場合には燃料電池1の調温に必要な三方弁開度を選択出力し、パージ信号がある場合には三方弁最低必要開度と燃料電池1の調温に必要な三方弁開度の大きい方を選択出力するものであり、しかも、入力されるパージ時間に応じて三方弁17の最低必要開度を大きくするよう構成している。したがって、燃料電池1のセル電圧が回復しなくてパージ時間が長くなった場合には、燃焼器5でのパージ排出水素の燃焼状態が長く続いて、冷却液の温度が過度に上昇する可能性があるが、本実施形態においては、パージ時間に応じて三方弁17が熱交換器用通路20側を開放する方向に動いて熱交換器6への冷却液流量が増加するため、冷却液の過度の温度上昇を抑制し、その劣化を防止することができる。   As described above, in the present embodiment, when there is no purge signal, the three-way valve opening required for controlling the temperature of the fuel cell 1 is selectively output, and when there is the purge signal, the three-way valve minimum required opening is And the three-way valve having a larger opening required for controlling the temperature of the fuel cell 1 is selectively output, and the minimum required opening of the three-way valve 17 is increased in accordance with the input purge time. I have. Therefore, if the purge time is prolonged without the cell voltage of the fuel cell 1 recovering, the combustion state of the purged hydrogen in the combustor 5 may continue for a long time, and the temperature of the coolant may rise excessively. However, in the present embodiment, the three-way valve 17 moves in the direction to open the heat exchanger passage 20 side according to the purge time and the flow rate of the coolant to the heat exchanger 6 increases. Can be suppressed, and its deterioration can be prevented.

本実施形態においては、第2実施形態における効果(イ)に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。   In the present embodiment, in addition to the effect (A) in the second embodiment, the following effects can be obtained.

(チ)三方弁最低必要開度演算手段39は、パージ手段によるパージ時間に応じて三方弁17の最低必要開度を大きくするため、燃料電池1のセル電圧が回復しなくてパージ時間が長くなった場合には、燃焼器5でのパージ排出水素の燃焼状態が長く続いて、冷却液の温度が過度に上昇する可能性があるが、本実施形態においては、パージ時間に応じて三方弁17が熱交換器用通路20側を開放する方向に動いて熱交換器6への冷却液流量が増加するため、冷却液の過度の温度上昇を抑制し、その劣化を防止することができる。   (H) The three-way valve minimum required opening calculating means 39 increases the minimum required opening of the three-way valve 17 in accordance with the purge time by the purge means, so that the cell voltage of the fuel cell 1 is not recovered and the purge time is long. If this happens, the combustion state of the purged hydrogen in the combustor 5 may continue for a long time, and the temperature of the coolant may rise excessively. However, in the present embodiment, the three-way valve depends on the purge time. Since 17 moves in a direction to open the heat exchanger passage 20 side, the flow rate of the coolant to the heat exchanger 6 increases, so that an excessive rise in the temperature of the coolant can be suppressed and its deterioration can be prevented.

(第10実施形態)
図30〜図33は、本発明を適用した燃料電池システムの第9実施形態の第1、2実施例を示し、図30は第8実施形態の第1実施例の熱媒体供給系統およびコントロールユニットを含む燃料電池システムのシステム構成図、図31は第1実施例の三方弁最低必要開度演算手段の制御ブロック図、さらに、図32は第8実施形態の第2実施例の熱媒体供給系統およびコントロールユニットを含む燃料電池システムのシステム構成図、図33は第2実施例の三方弁最低必要開度演算手段の制御ブロック図である。本実施形態においては、熱交換器を通過する冷却液温度若しくは燃焼ガス温度に応じて三方弁最低必要開度を調整するようにしたものである。なお、図20〜図29と同一の装置には同一の符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
(Tenth embodiment)
FIGS. 30 to 33 show the first and second examples of the ninth embodiment of the fuel cell system to which the present invention is applied, and FIG. 30 shows the heat medium supply system and control unit of the first example of the eighth embodiment. FIG. 31 is a control block diagram of a three-way valve minimum required opening calculating means of the first embodiment, and FIG. 32 is a heat medium supply system of a second embodiment of the eighth embodiment. And FIG. 33 is a control block diagram of a three-way valve minimum required opening calculating means of the second embodiment. In the present embodiment, the minimum required opening of the three-way valve is adjusted in accordance with the temperature of the coolant or the temperature of the combustion gas passing through the heat exchanger. 20 to 29 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

第1実施例の燃料電池システムにおいては、図30に示すように、熱交換器用通路20の熱交換器6の出口の冷却液の温度を検出する温度検出手段41を備え、検出された温度はコントローラ9の三方弁最低必要開度演算手段40に入力される。   In the fuel cell system of the first embodiment, as shown in FIG. 30, a temperature detecting means 41 for detecting the temperature of the coolant at the outlet of the heat exchanger 6 in the heat exchanger passage 20 is provided. The input is input to the three-way valve minimum required opening calculating means 40 of the controller 9.

前記三方弁最低必要開度演算手段40は、図31に示すように、三方弁最低必要開度演算部40A(第7実施形態の図25に示すと同様に構成される)と、入力される温度検出手段41による熱交換器6の出口の冷却液の温度に応じて増加する係数を出力する係数発生部40Bと、三方弁最低必要開度演算部40Aで出力される三方弁最低必要開度信号に係数発生部40Bで出力した係数を乗算する乗算器40Cとを備える。   As shown in FIG. 31, the three-way valve minimum required opening calculating means 40 is input with a three-way valve minimum required opening calculating unit 40A (same configuration as shown in FIG. 25 of the seventh embodiment). A coefficient generator 40B that outputs a coefficient that increases in accordance with the temperature of the coolant at the outlet of the heat exchanger 6 by the temperature detector 41, and a three-way valve minimum required opening that is output by the three-way valve minimum required opening calculator 40A A multiplier 40C for multiplying the signal by the coefficient output from the coefficient generation unit 40B.

前記係数発生部40Bは、入力される温度検出手段41による温度が予め設定した温度に達しない場合には係数「1」を出力し、入力された温度検出手段41による温度が予め設定した温度を超える場合には、その温度上昇に応じて増加してゆく「1」以上の係数を出力するよう構成している。   The coefficient generator 40B outputs a coefficient “1” when the input temperature from the temperature detector 41 does not reach the preset temperature, and outputs the coefficient “1” when the input temperature from the temperature detector 41 is lower than the preset temperature. If the temperature exceeds the coefficient, the coefficient is increased so as to increase as the temperature rises, and outputs a coefficient of “1” or more.

したがって、三方弁最低必要開度演算手段40は、入力される温度検出手段41による温度が予め設定した設定温度に達しない場合には、係数発生器40Bは係数「1」を出力するため、三方弁最低必要開度演算部40Aで出力される三方弁最低必要開度信号は乗算器40Cで係数「1」が乗算されてそのまま出力される。また、入力された温度検出手段41による温度が予め設定した温度を超える場合には、その温度上昇に応じて増加してゆく「1」以上の係数が出力されるため、三方弁最低必要開度演算部40Aで出力される三方弁最低必要開度信号は乗算器40Cで「1」以上の係数が乗算されて増加した最低必要開度が出力される。   Therefore, the three-way valve minimum necessary opening degree calculating means 40 outputs the coefficient "1" when the input temperature from the temperature detecting means 41 does not reach the preset set temperature. The three-way valve minimum necessary opening signal output by the minimum valve necessary opening calculating section 40A is multiplied by the coefficient "1" by the multiplier 40C and output as it is. Further, when the temperature detected by the temperature detecting means 41 exceeds a preset temperature, a coefficient of “1” or more which increases in accordance with the temperature rise is output, so that the three-way valve minimum required opening degree is output. The multiplier 40C multiplies the three-way valve minimum required opening signal output by the arithmetic unit 40A by a coefficient of "1" or more, and outputs the increased minimum required opening.

三方弁最低必要開度演算手段40の出力は、三方弁開度設定手段34に入力され、三方弁調温開度演算手段46よりの冷却液温度制御のための三方弁開度と比較されて大きい方の開度が目標開度として選択(セレクトハイ)され、三方弁17の開度を目標開度となるように駆動する。   The output of the three-way valve minimum necessary opening calculating means 40 is input to the three-way valve opening setting means 34, and is compared with the three-way valve opening for controlling the coolant temperature from the three-way valve temperature adjusting opening calculating means 46. The larger opening is selected as the target opening (select high), and the opening of the three-way valve 17 is driven to be the target opening.

図32および図33は、第10実施形態の燃料電池システムの第2実施例を示す熱媒体供給系統およびコントロールユニットを含む燃料電池システムのシステム構成図、および、三方弁最低必要開度演算手段の制御ブロック図である。本(第2)実施例に示す燃料電池システムでは、三方弁最低必要開度演算手段により演算する三方弁の最低必要開度が、第1実施例では熱交換器出口の冷却液温度に基づいて演算されるものであるのに代えて、熱交換器出口の燃焼器排気ガス温度に基づいて演算するようにしたものである。なお、図20〜図31と同一の装置には同一の符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。   FIG. 32 and FIG. 33 are system configuration diagrams of a fuel cell system including a heat medium supply system and a control unit showing a second example of the fuel cell system of the tenth embodiment, and a three-way valve minimum required opening degree calculating means. It is a control block diagram. In the fuel cell system shown in the present (second) embodiment, the minimum required opening of the three-way valve calculated by the three-way valve minimum required opening calculating means is based on the coolant temperature at the heat exchanger outlet in the first embodiment. Instead of the calculation, the calculation is performed based on the temperature of the combustor exhaust gas at the outlet of the heat exchanger. 20 to 31 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

第2実施例の燃料電池システムにおいては、図32に示すように、熱交換器用通路20の熱交換器6の出口の燃焼排気ガスの温度を検出する温度検出手段43を備え、検出された温度はコントローラ9の三方弁最低必要開度演算手段42に入力される。   In the fuel cell system of the second embodiment, as shown in FIG. 32, a temperature detecting means 43 for detecting the temperature of the combustion exhaust gas at the outlet of the heat exchanger 6 in the heat exchanger passage 20 is provided. Is input to the three-way valve minimum required opening calculating means 42 of the controller 9.

前記三方弁最低必要開度演算手段42は、図33に示すように、三方弁最低必要開度演算部42A(第7実施形態の図25に示すと同様に構成される)と、入力される温度検出手段43による熱交換器6の出口の燃焼排気ガスの温度に応じて増加する係数を出力する係数発生部42Bと、三方弁最低必要開度演算部42Aで出力される三方弁最低必要開度信号に係数発生部42Bで出力した係数を乗算する乗算器42Cとを備える。   As shown in FIG. 33, the three-way valve minimum required opening calculating means 42 is input with a three-way valve minimum required opening calculating unit 42A (same configuration as shown in FIG. 25 of the seventh embodiment). A coefficient generator 42B for outputting a coefficient that increases in accordance with the temperature of the combustion exhaust gas at the outlet of the heat exchanger 6 by the temperature detector 43, and a three-way valve minimum required opening output from the three-way valve minimum required opening calculator 42A. And a multiplier 42C for multiplying the degree signal by the coefficient output from the coefficient generation unit 42B.

前記係数発生部42Bは、入力される温度検出手段43による温度が予め設定した基準値温度に達しない場合には係数「1」を出力し、入力された温度検出手段43による温度が予め設定した基準値温度を超える場合には、その温度上昇に応じて増加してゆく「1」以上の係数を出力するよう構成している。   The coefficient generator 42B outputs a coefficient “1” when the input temperature from the temperature detector 43 does not reach a preset reference temperature, and the input temperature from the temperature detector 43 is set in advance. When the temperature exceeds the reference temperature, a coefficient of “1” or more that increases as the temperature rises is output.

したがって、三方弁最低必要開度演算手段42は、入力される温度検出手段43による温度が予め設定した基準値温度に達しない場合には、係数発生器42Bは係数「1」を出力するため、三方弁最低必要開度演算部42Aで出力される三方弁最低必要開度信号は乗算器42Cで係数「1」が乗算されてそのまま出力される。また、入力された温度検出手段43による温度が予め設定した基準値温度を超える場合には、その温度上昇に応じて増加してゆく「1」以上の係数が出力されるため、三方弁最低必要開度演算部42Aで出力される三方弁最低必要開度信号は乗算器42Cで「1」以上の係数が乗算されて増加した最低必要開度が出力される。   Therefore, the three-way valve minimum required opening degree calculating means 42 outputs the coefficient “1” from the coefficient generator 42B when the input temperature from the temperature detecting means 43 does not reach the preset reference value temperature. The three-way valve minimum necessary opening signal output by the three-way valve minimum necessary opening calculating section 42A is multiplied by a coefficient "1" by the multiplier 42C and output as it is. If the input temperature detected by the temperature detecting means 43 exceeds a preset reference temperature, a coefficient of “1” or more that increases in accordance with the temperature rise is output. The multiplier 42C multiplies the minimum required opening signal output from the opening calculator 42A by a coefficient of "1" or more, and outputs the increased minimum required opening.

三方弁最低必要開度演算手段42の出力は、三方弁開度設定手段34に入力され、三方弁調温開度演算手段46よりの冷却液温度制御のための三方弁開度と比較されて大きい方の開度が目標開度として選択(セレクトハイ)され、三方弁17の開度を目標開度となるように駆動する。   The output of the three-way valve minimum required opening calculating means 42 is input to the three-way valve opening setting means 34 and compared with the three-way valve opening for controlling the coolant temperature from the three-way valve temperature adjusting opening calculating means 46. The larger opening is selected as the target opening (select high), and the opening of the three-way valve 17 is driven to be the target opening.

以上説明したように、本実施形態においては、熱交換器6出口の冷却液温度若しくは燃焼排気ガス温度が予め設定した設定値に達しない場合には、三方弁最低必要開度と燃料電池1の調温に必要な三方弁開度の大きい方を選択出力するものであり、しかも、熱交換器6出口の冷却液温度若しくは燃焼排気ガス温度が予め設定した設定値を超える場合には、温度上昇に応じて三方弁17の最低必要開度を大きくするよう構成している。したがって、熱交換器6への冷却液流量不足や燃焼器5内での燃焼ばらつきによって熱交換器6出口冷却液温度が過度に上昇した場合にも、該冷却液温度に応じて三方弁17が熱交換器用通路20側に動いて熱交換器6の冷却液流量が増加するため、冷却液の過度の温度上昇を抑制し、その劣化を防止することができる。   As described above, in the present embodiment, when the coolant temperature at the outlet of the heat exchanger 6 or the combustion exhaust gas temperature does not reach a preset value, the three-way valve minimum required opening degree and the fuel cell 1 If the temperature of the coolant at the outlet of the heat exchanger 6 or the temperature of the combustion exhaust gas exceeds a preset value, the temperature rises. , The minimum required opening of the three-way valve 17 is increased. Therefore, even when the coolant temperature at the outlet of the heat exchanger 6 excessively rises due to insufficient coolant flow rate to the heat exchanger 6 or variation in combustion in the combustor 5, the three-way valve 17 is operated in accordance with the coolant temperature. Since the coolant moves toward the heat exchanger passage 20 and the flow rate of the coolant in the heat exchanger 6 increases, an excessive rise in the temperature of the coolant can be suppressed and its deterioration can be prevented.

本実施形態においては、第2実施形態における効果(イ)に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。   In the present embodiment, in addition to the effect (A) in the second embodiment, the following effects can be obtained.

(ツ)熱交換手段6を通過した熱媒体若しくは燃焼排気ガスの温度を検出する温度検出手段41、43を備え、三方弁最低必要開度演算手段40、42は、前記検出された熱交換手段6出口の熱媒体温度が高くなるほど三方弁の熱交換手段6への最低必要開度を大きくするため、熱交換器6への冷却液流量不足や燃焼器5内での燃焼ばらつきによって熱交換器6出口冷却液温度が過度に上昇した場合にも、該冷却液温度に応じて三方弁17が熱交換器用通路20側に動いて熱交換器6の冷却液流量が増加するため、冷却液の過度の温度上昇を抑制し、その劣化を防止することができる。   (T) temperature detecting means 41, 43 for detecting the temperature of the heat medium or the combustion exhaust gas which has passed through the heat exchanging means 6; As the temperature of the heat medium at the outlet 6 increases, the minimum required opening degree of the three-way valve to the heat exchange means 6 increases. Even when the coolant temperature at the outlet 6 rises excessively, the three-way valve 17 moves toward the heat exchanger passage 20 according to the coolant temperature and the coolant flow rate in the heat exchanger 6 increases. Excessive temperature rise can be suppressed and its deterioration can be prevented.

本発明の一実施形態を示す燃料電池システムのシステム構成図。FIG. 1 is a system configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 同じくコントロールユニットの制御ブロック図。FIG. 3 is a control block diagram of the control unit. 同じく加熱運転実行判断手段の制御フローチャート。6 is a control flowchart of a heating operation execution determining unit. 同じく加熱運転手段」制御フローチャート。Similarly, a heating operation means "control flowchart. 本発明の第2実施形態を示す燃料電池システムのシステム構成図。FIG. 6 is a system configuration diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention. 同じくコントロールユニットの制御ブロック図。FIG. 3 is a control block diagram of the control unit. 同じく水素パージ判断手段の制御フローチャート。7 is a control flowchart of a hydrogen purge determination unit. 同じく水素パージ手段の制御フローチャート。7 is a control flowchart of the hydrogen purging unit. 本発明の第3実施形態を示す燃料電池システムのシステム構成図。FIG. 9 is a system configuration diagram of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention. 同じくコントロールユニットの制御ブロック図。FIG. 3 is a control block diagram of the control unit. 同じく熱媒体通路選択手段の制御フローチャート。7 is a control flowchart of a heat medium passage selecting unit. 同じく水素パージ手段の制御フローチャート。7 is a control flowchart of the hydrogen purging unit. 本発明の第4実施形態を示す燃料電池システムのコントロールユニットの制御ブロック図。FIG. 14 is a control block diagram of a control unit of a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention. 同じく水素パージ手段の制御フローチャート。7 is a control flowchart of the hydrogen purging unit. 本発明の第5実施形態を示す燃料電池システムのシステム構成図。FIG. 13 is a system configuration diagram of a fuel cell system according to a fifth embodiment of the present invention. 同じく熱媒体通路選択手段の制御フローチャート。7 is a control flowchart of a heat medium passage selecting unit. 本発明の第6実施形態を示す燃料電池システムの水素パージ判断手段の制御フローチャート。13 is a control flowchart of a hydrogen purge determination unit of a fuel cell system according to a sixth embodiment of the present invention. 同じく熱媒体通路選択手段の制御フローチャート。7 is a control flowchart of a heat medium passage selecting unit. 同じく水素パージ手段の制御フローチャート。7 is a control flowchart of the hydrogen purging unit. 本発明の第7実施形態の第1実施例を示す熱媒体供給系統およびコントロールユニットを含む燃料電池システムのシステム構成図。FIG. 16 is a system configuration diagram of a fuel cell system including a heat medium supply system and a control unit according to a first example of the seventh embodiment of the present invention. 同じく第1実施例のコントロールユニットで実行されるポンプ制御の制御ブロック図。FIG. 4 is a control block diagram of pump control executed by the control unit of the first embodiment. 同じく第1実施例のコントロールユニットで実行される三方弁制御の制御ブロック図。FIG. 4 is a control block diagram of three-way valve control executed by the control unit of the first embodiment. 同じく第1実施例のポンプ制御および三方弁制御による熱媒体供給系統の動作状態を示す特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram showing an operation state of a heat medium supply system under pump control and three-way valve control according to the first embodiment. 本発明の第7実施形態の第2実施例を示す熱媒体供給系統およびコントロールユニットを含む燃料電池システムのシステム構成図。FIG. 18 is a system configuration diagram of a fuel cell system including a heat medium supply system and a control unit according to a second example of the seventh embodiment of the present invention. 同じく第2実施例の三方弁最低必要開度演算手段の制御ブロック図。FIG. 9 is a control block diagram of a three-way valve minimum required opening calculating means of the second embodiment. 本発明の第8実施形態を示す熱媒体供給系統およびコントロールユニットを含む燃料電池システムのシステム構成図。FIG. 18 is a system configuration diagram of a fuel cell system including a heat medium supply system and a control unit according to an eighth embodiment of the present invention. 同じく第8実施形態のコントロールユニットで実行される三方弁制御手段の制御ブロック図。FIG. 28 is a control block diagram of a three-way valve control unit executed by the control unit of the eighth embodiment. 本発明の第9実施形態を示す熱媒体供給系統およびコントロールユニットを含む燃料電池システムのシステム構成図。FIG. 19 is a system configuration diagram of a fuel cell system including a heat medium supply system and a control unit according to a ninth embodiment of the present invention. 同じく第9実施形態のコントロールユニットで実行される三方弁制御手段の制御ブロック図。FIG. 21 is a control block diagram of a three-way valve control unit executed by the control unit of the ninth embodiment. 本発明の第10実施形態の第1実施例を示す熱媒体供給系統およびコントロールユニットを含む燃料電池システムのシステム構成図。FIG. 19 is a system configuration diagram of a fuel cell system including a heat medium supply system and a control unit according to a first example of the tenth embodiment of the present invention. 同じく第1実施例の三方弁最低必要開度演算手段の制御ブロック図。FIG. 3 is a control block diagram of a three-way valve minimum required opening calculating means of the first embodiment. 本発明の第10実施形態の第2実施例を示す熱媒体供給系統およびコントロールユニットを含む燃料電池システムのシステム構成図。FIG. 21 is a system configuration diagram of a fuel cell system including a heat medium supply system and a control unit according to a second example of the tenth embodiment of the present invention. 同じく第2実施例の三方弁最低必要開度演算手段の制御ブロック図。FIG. 9 is a control block diagram of a three-way valve minimum required opening calculating means of the second embodiment.

符号の説明Explanation of reference numerals

1 燃料電池
2 水素供給手段としての水素供給系統
3 酸化ガス供給系統
4 熱媒体供給系統
5 燃焼ガス発生手段としての燃焼器
6 熱交換手段としての熱交換器
7、33 温度センサ
8 電力計
9 コントロールユニット
11 循環経路
13 パージ手段としてのパージ弁
16 ポンプ
17 三方弁
18 ラジエータ
19 ラジエータファン
20 熱交換用通路
21 排気三方弁
25 加熱運転実行判断手段
26 加熱運転手段
28 水素パージ判断手段
29、31、32 水素パージ手段
30 熱媒体流路選択手段
33、36、39、40 三方弁最低必要開度演算手段
34、37 三方弁開度設定手段
35、41、43 温度検出手段
44 冷却液目標流量設定手段
45 ポンプ制御手段
46 三方弁調温開度演算手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Hydrogen supply system as hydrogen supply means 3 Oxidation gas supply system 4 Heat medium supply system 5 Combustor as combustion gas generation means 6 Heat exchanger as heat exchange means 7, 33 Temperature sensor 8 Wattmeter 9 Control Unit 11 Circulation path 13 Purge valve 16 as a purging means 16 Pump 17 Three-way valve 18 Radiator 19 Radiator fan 20 Heat exchange passage 21 Exhaust three-way valve 25 Heating operation execution judging means 26 Heating operation means 28 Hydrogen purge judging means 29, 31, 32 Hydrogen purging means 30 Heat medium flow path selecting means 33, 36, 39, 40 Three-way valve minimum required opening calculating means 34, 37 Three-way valve opening setting means 35, 41, 43 Temperature detecting means 44 Coolant target flow rate setting means 45 Pump control means 46 Three-way valve temperature control opening calculation means

Claims (22)

水素と酸素を反応させることで発電する燃料電池と、
前記燃料電池に熱媒体を循環供給する熱媒体供給手段と、
水素と酸素とを反応させて高温の燃焼ガスを発生させる燃焼ガス発生手段と、
冷間始動時にその燃焼ガスの熱を熱媒体へ与えて加熱することで燃料電池システムを暖機する熱交換手段と、
前記燃料電池へ水素を供給する水素供給手段内のガスを前記燃焼ガス発生手段を介して排出する水素パージ手段と、
前記燃料電池および水素パージ手段を制御し且つ熱媒体の温度を調節することにより燃料電池システムの温度をコントロールする制御手段と、を備える燃料電池システムにおいて、
前記燃焼ガスを熱交換手段を通過させずに排出させる熱交換手段バイパス手段を設けるとともに、前記制御手段により水素パージ実行時は燃焼ガスを熱交換手段をバイパスさせて排出することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates electricity by reacting hydrogen and oxygen;
Heat medium supply means for circulating and supplying a heat medium to the fuel cell,
Combustion gas generating means for reacting hydrogen and oxygen to generate high-temperature combustion gas,
Heat exchange means for warming up the fuel cell system by applying the heat of the combustion gas to the heat medium and heating it during cold start;
Hydrogen purging means for discharging gas in a hydrogen supply means for supplying hydrogen to the fuel cell through the combustion gas generating means,
Control means for controlling the temperature of the fuel cell system by controlling the fuel cell and the hydrogen purging means and adjusting the temperature of the heating medium.
A fuel is provided, wherein a heat exchange means bypass means for discharging the combustion gas without passing through the heat exchange means is provided, and the combustion gas is discharged by bypassing the heat exchange means when executing hydrogen purging by the control means. Battery system.
水素と酸素を反応させることで発電する燃料電池と、
前記燃料電池に熱媒体を循環供給する熱媒体供給手段と、
水素と酸素とを反応させて高温の燃焼ガスを発生させる燃焼ガス発生手段と、
冷間始動時に前記燃焼ガスの熱を熱媒体へ与えて加熱することで燃料電池システムを暖機する熱交換手段と、
熱交換手段をバイパスして熱媒体を流通させる熱交換手段バイパス通路と、
熱媒体の通路を熱交換手段側もしくは熱交換手段バイパス通路側へ切換える熱媒体通路切換手段と、
燃料電池へ水素を供給する水素供給手段内のガスを前記燃焼ガス発生手段を介して排出する水素パージ手段と、
前記燃料電池、熱媒体通路切換手段および水素パージ手段を制御して熱媒体の温度を調節することにより燃料電池システムの温度をコントロールする制御手段と、を備える燃料電池システムにおいて、
前記制御手段は、熱媒体の通路を熱交換手段バイパス通路側としている場合でも、所定量は熱交換手段側へも熱媒体を流通させることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates electricity by reacting hydrogen and oxygen;
Heat medium supply means for circulating and supplying a heat medium to the fuel cell,
Combustion gas generating means for reacting hydrogen and oxygen to generate high-temperature combustion gas,
Heat exchange means for warming up the fuel cell system by applying heat of the combustion gas to the heat medium and heating it during cold start,
A heat exchange means bypass passage for bypassing the heat exchange means and flowing the heat medium,
Heat medium passage switching means for switching the passage of the heat medium to the heat exchange means side or the heat exchange means bypass passage side;
Hydrogen purging means for discharging gas in the hydrogen supply means for supplying hydrogen to the fuel cell through the combustion gas generating means,
Control means for controlling the temperature of the fuel cell system by controlling the temperature of the heat medium by controlling the fuel cell, the heat medium passage switching means and the hydrogen purge means,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit allows the heat medium to flow to the heat exchange unit by a predetermined amount even when the heat medium passage is on the heat exchange unit bypass passage side.
水素と酸素を反応させることで発電する燃料電池と、
前記燃料電池に熱媒体を循環供給する熱媒体供給手段と、
水素と酸素とを反応させて高温の燃焼ガスを発生させる燃焼ガス発生手段と、
冷間始動時に前記燃焼ガスの熱を熱媒体へ与えて加熱することで燃料電池システムを暖機する熱交換手段と、
熱交換手段をバイパスして熱媒体を流通させる熱交換手段バイパス通路と、
熱媒体の通路を熱交換手段側もしくは熱交換手段バイパス通路側へ切換える熱媒体通路切換手段と、
燃料電池へ水素を供給する水素供給手段内のガスを前記燃焼ガス発生手段を介して排出する水素パージ手段と、
前記燃料電池、熱媒体通路切換え手段および水素パージ手段を制御して熱媒体の温度を調節することにより燃料電池システムの温度をコントロールする制御手段と、を備える燃料電池システムにおいて、
制御手段は、水素パージが要求されたときに熱媒体が熱交換手段バイパス通路側を流通していた場合は、熱媒体通路を熱交換手段側へ切換えてから水素パージを行うことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates electricity by reacting hydrogen and oxygen;
Heat medium supply means for circulating and supplying a heat medium to the fuel cell,
Combustion gas generating means for reacting hydrogen and oxygen to generate high-temperature combustion gas,
Heat exchange means for warming up the fuel cell system by applying heat of the combustion gas to the heat medium and heating it during cold start,
A heat exchange means bypass passage for bypassing the heat exchange means and flowing the heat medium,
Heat medium passage switching means for switching the passage of the heat medium to the heat exchange means side or the heat exchange means bypass passage side;
Hydrogen purging means for discharging gas in the hydrogen supply means for supplying hydrogen to the fuel cell through the combustion gas generating means,
A control means for controlling the temperature of the fuel cell system by controlling the temperature of the heat medium by controlling the fuel cell, the heat medium passage switching means and the hydrogen purging means,
When the heat medium is flowing through the heat exchange means bypass passage when the hydrogen purge is requested, the control means switches the heat medium passage to the heat exchange means and then performs the hydrogen purge. Fuel cell system.
前記制御手段は、水素パージが要求されたときに熱媒体が熱交換手段バイパス通路側を流通していた場合は、熱媒体が熱交換手段側へ流通するまでパージを禁止することを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。   If the heat medium flows through the heat exchange unit bypass passage when the hydrogen purge is requested, the control unit inhibits the purge until the heat medium flows through the heat exchange unit. The fuel cell system according to claim 3. 前記燃料電池システムは、熱交換手段バイパス通路に熱媒体を冷却する熱媒体冷却手段と熱媒体の温度を通常よりも早く急冷させる熱媒体急冷手段とを備え、
前記制御手段は、水素パージが要求されたときに熱媒体が熱交換手段バイパス通路側を流通していた場合は、熱媒体を熱媒体急冷手段により所定温度以下に急冷した後、熱媒体通路を熱交換手段側へ切換えてから水素パージを行うことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。
The fuel cell system includes a heat medium cooling unit that cools the heat medium in the heat exchange unit bypass passage and a heat medium quenching unit that rapidly cools the temperature of the heat medium faster than usual.
When the heat medium is flowing through the heat exchange means bypass passage when the hydrogen purge is requested, the control means quenches the heat medium to a predetermined temperature or less by the heat medium quenching means, and then passes the heat medium passage. The fuel cell system according to claim 4, wherein the hydrogen purging is performed after switching to the heat exchange means side.
前記制御手段は、水素パージが要求されたときに熱媒体が熱交換手段バイパス通路側を流通していた場合は、熱媒体通路を熱交換手段側へ切換えてから水素パージを行うかパージを禁止するかをパージの緊急度に応じて選択することを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。   If the heat medium is flowing through the heat exchange means bypass passage when the hydrogen purge is requested, the control means switches the heat medium passage to the heat exchange means and then performs the hydrogen purge or inhibits the purging. 5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the selection is made according to the urgency of the purge. 前記制御手段は、要求された水素パージの緊急度が高い場合は、熱媒体通路を熱交換手段側へ切換えて水素パージを行うことを特徴とする請求項6に記載の燃料電池システム。   7. The fuel cell system according to claim 6, wherein when the urgency of the requested hydrogen purge is high, the control unit switches the heat medium passage to the heat exchange unit to perform the hydrogen purge. 前記制御手段は、水素パージ実行中に水素パージの緊急度が下がった場合は熱媒体通路を熱交換手段バイパス通路側へ切換えるとともに水素パージを禁止することを特徴とする請求項7に記載の燃料電池システム。   8. The fuel according to claim 7, wherein, when the urgency of the hydrogen purge decreases during execution of the hydrogen purge, the control unit switches the heat medium passage to the heat exchange unit bypass passage and inhibits the hydrogen purge. Battery system. 前記制御手段は、要求された水素パージの緊急度が低い場合はパージを禁止する請求項6に記載の燃料電池システム。   7. The fuel cell system according to claim 6, wherein the control unit prohibits the purging when the requested urgency of the hydrogen purging is low. 前記燃料電池システムは、熱交換手段バイパス通路に熱媒体を冷却する熱媒体冷却手段および熱媒体の温度を急冷させる熱媒体急冷手段を備え、
前記制御手段は、要求された水素パージの緊急度が低い場合は水素パージを一旦禁止するとともに、熱媒体を熱媒体急冷手段により所定温度以下に急冷した後、熱媒体通路を熱交換手段側へ切換えてから水素パージを許可することを特徴とする請求項6に記載の燃料電池システム。
The fuel cell system includes a heat medium cooling unit that cools the heat medium in the heat exchange unit bypass passage and a heat medium quenching unit that rapidly cools the temperature of the heat medium,
When the urgency of the requested hydrogen purge is low, the control means temporarily inhibits the hydrogen purge and, after the heat medium is rapidly cooled to a predetermined temperature or less by the heat medium quenching means, moves the heat medium passage to the heat exchange means side. 7. The fuel cell system according to claim 6, wherein hydrogen purging is permitted after switching.
前記制御手段は、パージの緊急度を燃料電池のセル電圧より決定することを特徴とする請求項6ないし請求項10のいずれか一つに記載の燃料電池システム。   11. The fuel cell system according to claim 6, wherein the control unit determines the urgency of the purge from the cell voltage of the fuel cell. 前記制御手段は、パージの緊急度を燃料電池の運転時間より決定することを特徴とする請求項6ないし請求項10のいずれか一つに記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 6 to 10, wherein the control unit determines the urgency of the purge from the operation time of the fuel cell. 前記制御手段は、パージの緊急度を燃料電池の運転負荷より決定することを特徴とする請求項6ないし請求項10のいずれか一つに記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 6 to 10, wherein the control unit determines the urgency of the purge from an operation load of the fuel cell. 前記制御手段は、パージの緊急度を燃料電池のパージ継続時間より決定することを特徴とする請求項6ないし請求項10のいずれか一つに記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 6 to 10, wherein the control means determines the urgency of the purge from a purge duration of the fuel cell. 前記熱媒体急冷手段は、熱交換手段バイパス通路および熱媒体冷却手段を通過する熱媒体の流量を増加させるものであることを特徴とする請求項5または請求項10に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 5, wherein the heat medium quenching means increases a flow rate of the heat medium passing through the heat exchange means bypass passage and the heat medium cooling means. 前記燃料電池システムは、熱交換手段バイパス通路にラジエータを備え、
前記熱媒体急冷手段は、前記ラジエータを通過する空気量を増量させるものであることを特徴とする請求項5または請求項10に記載の燃料電池システム。
The fuel cell system includes a radiator in a heat exchange unit bypass passage,
11. The fuel cell system according to claim 5, wherein the heat medium quenching means increases an amount of air passing through the radiator.
前記熱媒体供給手段は、燃料電池の冷却液を循環させるポンプを備え、
前記熱媒体通路切換手段は、熱媒体を熱交換手段を通過させる通路と熱交換手段バイパス通路とに分流調整可能な三方弁により構成し、
前記制御手段は、燃料電池を調温するのに必要な熱交換手段通過通路側への三方弁開度を演算する三方弁調温開度演算手段と、熱交換手段への最低必要な熱媒体流量を確保するために三方弁の最低必要開度を前記ポンプ吐出媒体流量に応じて演算する三方弁最低必要開度演算手段と、前記三方弁調温開度演算手段によって演算された三方弁開度が前記三方弁最低必要開度演算手段によって演算された最低必要開度に満たない場合には、三方弁開度を最低必要開度に設定する三方弁開度設定手段と、を備えることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。
The heat medium supply unit includes a pump that circulates a coolant of the fuel cell,
The heat medium passage switching means is configured by a three-way valve capable of adjusting the flow division of a heat medium through a heat exchange means and a heat exchange means bypass passage,
The control means includes a three-way valve temperature control opening calculating means for calculating a three-way valve opening to the heat exchange means passage passage side necessary for controlling the temperature of the fuel cell, and a minimum heat medium required for the heat exchange means. A three-way valve minimum necessary opening calculating means for calculating a minimum required opening of the three-way valve in accordance with the pump discharge medium flow rate in order to secure a flow rate; and a three-way valve opening calculated by the three-way valve temperature regulating opening calculating means. If the degree is less than the minimum required opening calculated by the three-way valve minimum required opening calculating means, three-way valve opening setting means for setting the three-way valve opening to the minimum required opening is provided. The fuel cell system according to claim 2, wherein:
前記三方弁最低必要開度演算手段は、前記ポンプ回転数あるいはポンプ駆動デューティ比に基づいて三方弁の最低必要開度を演算する請求項17に記載の燃料電池システム。   18. The fuel cell system according to claim 17, wherein the three-way valve minimum required opening calculating means calculates the minimum required opening of the three-way valve based on the pump speed or the pump drive duty ratio. 前記三方弁開度設定手段は、三方弁開度が最低必要開度に満たない場合には、パージ手段によるパージ時あるいはパージ直前において、三方弁開度を最低必要開度に設定することを特徴とする請求項17または請求項18に記載の燃料電池システム。   The three-way valve opening setting unit sets the three-way valve opening to the minimum required opening at the time of or immediately before purging by the purging unit when the three-way valve opening is less than the minimum required opening. The fuel cell system according to claim 17 or 18, wherein 前記三方弁最低必要開度演算手段は、パージ手段によるパージ時間に応じて三方弁の最低必要開度を大きくすることを特徴とする請求項17から請求項19のいずれか1つに記載の燃料電池システム。   The fuel according to any one of claims 17 to 19, wherein the three-way valve minimum required opening calculating means increases the minimum required opening of the three-way valve according to a purge time by a purge means. Battery system. 前記燃料電池システムは、熱交換手段を通過した熱媒体の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記三方弁最低必要開度演算手段は、前記検出された熱交換手段出口の熱媒体温度が高くなるほど三方弁の熱交換手段への最低必要開度を大きくすることを特徴とする請求項17から請求項19のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
The fuel cell system includes a temperature detection unit that detects a temperature of the heat medium that has passed through the heat exchange unit,
18. The method according to claim 17, wherein the three-way valve minimum required opening calculating means increases the minimum required opening of the three-way valve to the heat exchanging means as the detected heat medium temperature at the heat exchanging means outlet increases. The fuel cell system according to claim 19.
前記燃料電池システムは、熱交換手段を通過した燃焼排気ガスの温度を検出する温度検出手段を備え、
前記三方弁最低必要開度演算手段は、前記検出された熱交換手段出口の燃焼排気ガスの温度が高くなるほど三方弁の熱交換手段への最低必要開度を大きくすることを特徴とする請求項17から請求項19のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
The fuel cell system includes a temperature detection unit that detects a temperature of the combustion exhaust gas that has passed through the heat exchange unit,
The three-way valve minimum required opening calculating means increases the minimum required opening of the three-way valve to the heat exchange means as the detected temperature of the combustion exhaust gas at the outlet of the heat exchange means increases. The fuel cell system according to any one of claims 17 to 19.
JP2003367116A 2002-11-12 2003-10-28 Fuel cell system Pending JP2004179153A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003367116A JP2004179153A (en) 2002-11-12 2003-10-28 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002328269 2002-11-12
JP2003367116A JP2004179153A (en) 2002-11-12 2003-10-28 Fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004179153A true JP2004179153A (en) 2004-06-24

Family

ID=32716148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003367116A Pending JP2004179153A (en) 2002-11-12 2003-10-28 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004179153A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006196387A (en) * 2005-01-17 2006-07-27 Toyota Motor Corp Cooling system for fuel cell
JP2009134934A (en) * 2007-11-29 2009-06-18 Nissan Motor Co Ltd Device and method for controlling operation of fuel cell system
JP2010257806A (en) * 2009-04-27 2010-11-11 Aisin Seiki Co Ltd Solid oxide fuel cell system
US7998633B2 (en) 2005-12-05 2011-08-16 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system
US8133628B2 (en) 2006-04-14 2012-03-13 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system
JP2015034489A (en) * 2013-08-08 2015-02-19 いすゞ自動車株式会社 Engine cooling system
CN108630975A (en) * 2018-06-29 2018-10-09 张家港氢云新能源研究院有限公司 It can realize the proton exchange film fuel cell electric piling that ultra-low temperature cold starts
CN108808035A (en) * 2018-06-29 2018-11-13 张家港氢云新能源研究院有限公司 The dynamical system for the fuel cell car that energy ultra-low temperature cold starts

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006196387A (en) * 2005-01-17 2006-07-27 Toyota Motor Corp Cooling system for fuel cell
JP4687115B2 (en) * 2005-01-17 2011-05-25 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell cooling system
US7998633B2 (en) 2005-12-05 2011-08-16 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system
US8133628B2 (en) 2006-04-14 2012-03-13 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system
JP2009134934A (en) * 2007-11-29 2009-06-18 Nissan Motor Co Ltd Device and method for controlling operation of fuel cell system
JP2010257806A (en) * 2009-04-27 2010-11-11 Aisin Seiki Co Ltd Solid oxide fuel cell system
JP2015034489A (en) * 2013-08-08 2015-02-19 いすゞ自動車株式会社 Engine cooling system
CN108630975A (en) * 2018-06-29 2018-10-09 张家港氢云新能源研究院有限公司 It can realize the proton exchange film fuel cell electric piling that ultra-low temperature cold starts
CN108808035A (en) * 2018-06-29 2018-11-13 张家港氢云新能源研究院有限公司 The dynamical system for the fuel cell car that energy ultra-low temperature cold starts
CN108630975B (en) * 2018-06-29 2023-12-15 张家港氢云新能源研究院有限公司 Proton exchange membrane fuel cell stack capable of realizing ultralow temperature cold start below-40 DEG C
CN108808035B (en) * 2018-06-29 2023-12-15 张家港氢云新能源研究院有限公司 Power system of fuel cell automobile capable of being cold started at ultralow temperature below-40 DEG C

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100962690B1 (en) Fuel cell system
JP5074669B2 (en) Fuel cell system
JP2004179153A (en) Fuel cell system
KR100628799B1 (en) Fuel cell system
JP4707338B2 (en) Fuel cell system
JP2004296351A (en) Fuel cell system
JP5201850B2 (en) Fuel cell device
JP2007305334A (en) Fuel cell system
JP4845899B2 (en) Fuel cell system
JP3848243B2 (en) Cogeneration system
JP2006309975A (en) Fuel cell system
JP2004152666A (en) Fuel cell system
JP4397183B2 (en) Cogeneration system
JP4050919B2 (en) Fuel cell system and operation method thereof
JP2005285502A (en) Fuel cell system
JP5041704B2 (en) FUEL CELL POWER GENERATION SYSTEM, ITS OPERATION METHOD, PROGRAM, AND RECORDING MEDIUM
JP4087840B2 (en) Fuel cell system
JP2008210646A (en) Fuel cell system
JP2007012565A (en) Fuel cell system
JP2005322527A (en) Fuel cell system
JP2003243009A (en) Warming up device for fuel cell
JP4779402B2 (en) Fuel cell system
JP2007311270A (en) Fuel cell system, and vehicle which loads fuel cell system
JP2008300218A (en) Fuel cell system
JP2007305519A (en) Fuel cell system