JP2004235075A

JP2004235075A - 燃料電池発電システム

Info

Publication number: JP2004235075A
Application number: JP2003024018A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Hanada; 知之花田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】排水素の燃焼による燃料電池冷却水の過度な温度上昇を防止し、冷却水の水質劣化を防ぐ。
【解決手段】燃料電池スタック４からパージ弁５により排出された排水素は、水素燃焼器６で燃焼される。水素燃焼器６の燃焼熱は、冷却水バイパス路１０上に設置された水素燃焼器６の熱交換器６ａで冷却水に吸収され、冷却水の熱は、水素燃焼器６の熱交換器６ａの下流に配置された中間熱交換器１４により第二冷却水に伝えられる。第二冷却水は、第二冷却水ポンプ１５により循環し、空気調和装置２１のヒータコア２２で空気調和用空気に放熱する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池発電システムに係り、特に空気調和装置を備えた車両等に好適な燃料電池発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。
【０００３】
このような燃料電池車両の空気調和装置としては、燃料電池の発電によって発生した廃熱を用いて、空気調和装置のヒータコアを加熱する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
また、従来の燃料電池のシステムにおいては、低温起動時に燃料ガスとしての水素を燃焼器へ送り込んで燃焼させ、この燃焼熱で燃料電池の冷却系内の冷却水を加熱することにより、素早く燃料電池を発電可能な温度まで上昇させるようにしている。一方、暖気後の発電運転中には、燃料電池から排出された水素をそのまま車外に放出しないように、この燃焼器で排水素を燃焼させ、水蒸気へと変換している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２８３８３６号公報（第４頁、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来技術にあっては、燃焼器と冷却水が熱交換可能な状態で配置されているため、暖気後の発電運転中等、燃料電池の冷却水温度が十分上昇した時においても排水素の燃焼によって冷却水を加熱してしまうため、不必要に冷却水温度を上昇させてしまうという問題点があった。
【０００７】
冷却水が過剰に加熱されると、冷却水中の不凍液成分の劣化や、冷却水への導電物質の溶出による水質悪化が発生しやすくなる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するため、水素を燃料として発電する燃料電池本体と、該燃料電池本体を冷却する冷却水循環路と、該冷却水循環路上に冷却水を循環させる冷却水ポンプと、前記冷却水循環路上に設けられたラジエータと、該ラジエータをバイパスする冷却水バイパス路と、該冷却水バイパス路中の冷却水と熱交換可能に配置され、前記燃料電池本体から排出された排水素を燃焼する水素燃焼器とを備えた燃料電池発電システムにおいて、前記冷却水バイパス路上で、前記水素燃焼器との熱交換部の下流側に設けられた中間熱交換器と、該中間熱交換器と連結された第二冷却水循環路と、該第二冷却水循環路上に第二冷却水を循環させる第二冷却水ポンプと、該第二冷却水循環路上に設けられた放熱器と、を備えたことを要旨とする。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、排水素の燃焼により発生した熱を水素燃焼器の下流に設けた中間熱交換器及び第二冷却水を介して放熱器で放熱することができ、燃料電池本体を冷却する冷却水の過度な温度上昇を防止し、冷却水の水質劣化を防ぐことができるという効果がある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係る燃料電池発電システムの第１実施形態の構成を説明するシステム構成図である。
【００１１】
図１において、燃料電池発電システムは、高圧水素ガスを貯蔵する水素タンク１と、水素タンク１から供給される水素の圧力を調整する圧力調整弁２と、圧力調整弁２で調圧された水素と燃料電池スタックの未使用水素とを混合するエゼクタ３と、エゼクタ３から供給される水素と図示しない空気供給器から供給される空気とを用いて発電する燃料電池スタック４と、燃料電池スタック４の水素極から外部へ水素を排出するパージ弁５と、パージ弁５から排出される水素を燃焼させる水素燃焼器６と、燃料電池スタック４へ冷却水を送り込む冷却水ポンプ７と、燃料電池スタック４から排出される冷却水の流路を燃料電池冷却水路９と冷却水バイパス路１０とに切り換える冷却水路切り換え三方弁８と、燃料電池冷却水路９上に設置されたラジエータ１１と、ラジエータファン１２と、冷却水バイパス路１０上に設置された水素燃焼器６の熱交換器６ａの下流に設けられた温度センサ１３と、温度センサ１３の下流に設けられた中間熱交換器１４と、中間熱交換器１４で燃料電池冷却水と熱交換する第二冷却水を送り出す第二冷却水ポンプ１５と、燃料電池スタック４の冷却水出口の温度を測定するスタック温度センサ１６とを備えている。
【００１２】
また、燃料電池発電システムは、空気調和装置２１として、エアコンコンプレッサ２３と、コンデンサ２４と、膨張弁２５と、エバポレータ２６とを備え、これらを順次冷媒経路で接続している。また空気調和装置２１は、調和対象の空気流に対して、エバポレータ２６の上流にブロワファン３１と、エバポレータ２６の下流にエアミックスドア２８と、エアミックスドア２８の下流にヒータコア２２とを備えている。
【００１３】
ヒータコア２２には第二冷却水循環路が接続され、中間熱交換器１４で燃料電池冷却水により加熱された第二冷却水がヒータコア２２で空気調和用空気に放熱するようになっており、ヒータコア２２は、第二冷却水循環路上に設けられた放熱器である。
【００１４】
また空気調和装置２１には、エバポレータ２６の下流に設けられエバポレータ２６で冷却された空気の温度を測定する冷風温度センサ２７と、ヒータコア２２を流れる第二冷却水の温度を検出する第二冷却水温度センサ２９と、ヒータコア２２の下流に設けられた吹出し口の空気の温度を測定する吹出し口温度センサ３０と、外気温度を測定する外気温度センサ３２とを備えている。
【００１５】
そして、これらの温度センサ１３，１６，２７，２９，３０，３２は、空気調和制御装置３３に接続され、空気調和制御に利用される。
【００１６】
エアミックスドア２８は、ヒータコア２２の上流側で図中時計回り方向いっぱいに回動し、ヒータコア２２上流側を覆うフルクール位置（図中点線）と、ヒータコア２２の上流側を開放し、反時計回り方向いっぱいに回動してヒータコア２２脇のバイパス路を覆うフルホット位置（図中実線）との間を可変制御される。
【００１７】
通常、燃料電池スタック４から排出された水素は、エゼクタ３により燃料電池スタック４上流側へ循環されるが、水素循環系内の不純物が蓄積すると、発電効率が低下するため、定期的にパージ弁５を開き、水素循環系内の不純物を除去する必要がある。
【００１８】
パージ弁５を開くことによって排出された（不純物混じりの）排水素は、水素燃焼器６に送り込まれて燃焼され、無害な形で大気に放出される。燃料電池スタック４の冷却水出口付近には、燃料電池スタック４の温度を検知するためのスタック温度センサ１６が配置される。
【００１９】
次に、本実施形態の燃料電池発電システムにおける冷却制御の内容について説明する。
【００２０】
本実施形態の特徴は、燃料電池スタック４の冷却水が十分暖気された後に、水素燃焼器６が運転（水素燃焼）を行う際に、水素燃焼による熱を水素燃焼器６の下流に設けた中間熱交換器１４と放熱器であるヒータコア２２とを介して放熱することにより、水素燃焼器６と熱的に接触している冷却水が過熱されることを防止するように温度制御することである。
【００２１】
本実施形態によれば、排水素の燃焼により発生した熱による冷却水の温度上昇を防ぎ、冷却水の劣化を防ぐことができるという効果がある。
【００２２】
また、燃料電池冷却水の熱を放熱する放熱器を空気調和装置２１のヒータコア２２としたことにより、エバポレータ２６によって冷却された空気により第二冷却水を介して冷却水バイパス路１０上の冷却水を効果的に冷却することができる。
【００２３】
次に、図４乃至図８のフローチャートを参照して、本実施形態における冷却水温度制御を説明する。図４は、水素燃焼器下流の冷却水の冷却の要否を判断するルーチン、図５は、水素燃焼器下流の冷却水冷却制御ルーチン、図６は、空気調和装置（エアコン）吹出し口温度調整ルーチン、図７及び図８は、エアコン各部の制御ルーチン、をそれぞれ示す。
【００２４】
図４の燃焼器下流冷却水冷却要否判断フローにおいて、まずステップ（以下、ステップをＳと略す）１０で、スタック温度センサ１６で検知されるスタック温度Ｔｃｓａが、暖機終了を判断するための基準値ＴＣＳＡＭＩＮより高いか否かを判定し、スタック温度Ｔｃｓａが基準値ＴＣＳＡＭＩＮより高ければ、Ｓ１２へ進み、燃料電池スタック４から排水素が水素燃焼器６に送り込まれている（即ちパージ弁５が開いている状態）か否かを判断する。
【００２５】
Ｓ１２でパージ弁５が開いていれば、Ｓ１４へ進み、水素燃焼器６の下流冷却水の冷却を指令する冷却指令フラグＣＣを１としてリターンする。その他の場合（暖機が終了していないか、パージ弁５が閉じている場合）は、Ｓ１６へ進み、冷却指令フラグＣＣ＝０としてリターンする。この冷却指令フラグＣＣは、次の図５に示す燃焼器下流冷却水冷却制御フローにおいて参照される。
【００２６】
図５において、まずＳ２０で冷却指令フラグＣＣ＝１か否かを判定する。Ｓ２０の判定がＮｏ（ＣＣ＝０）のとき、Ｓ３０へ進み、第二冷却水ポンプ１５を停止する。このように、冷却水バイパス路１０の冷却水を冷却する必要がないときには第二冷却水ポンプ１５を停止しておくため、燃料電池の冷却水の温度を安定させることができ、消費電力を節約することができる。
【００２７】
次いで、Ｓ３２で、温度センサ１３が検知した水素燃焼器６下流の冷却水温Ｔｗｎ〔℃〕が所定値α〔℃〕より低いか否かを判定する。Ｓ３２の判定がＹｅｓ（冷却水温Ｔｗｎがαより低い）の場合は、Ｓ３４へ進み、冷却水路切り換え三方弁８を全量流路ｂ方向（全量ラジエータ１１へ循環させる）に流れるように切り換えてリターンする。Ｓ３２の判定がＮｏ（冷却水温Ｔｗｎがα以上）の場合は、一部の冷却水が流路ａを流れるように冷却水路切り換え三方弁８を調整してリターンする。
【００２８】
αは、ＴＣＳＡＭＩＮよりも大きな所定値に設定されており、αより大きい場合はラジエータ１１を流通する冷却水と燃焼器下流の冷却水とを混合してラジエータ１１で冷却するように制御されている。ＣＣ＝０のときは水素燃焼器６が水素燃焼を行っていないため、中間熱交換器１４を介して空気調和装置２１のヒータコア２２で冷却水を冷却しなくても、ラジエータ１１だけで十分冷却を行うことができる。
【００２９】
Ｓ２０の判定がＹｅｓ（ＣＣ＝１）の場合は、水素燃焼器６に水素が供給され、燃焼が行われている状態であるので、Ｓ２２へ進み、冷却水路切り換え三方弁８で冷却水流路を一部ａ方向に切り換える。次いでＳ２４で、水素燃焼器６下流の冷却水の温度センサ１３が検出する水温Ｔｗｎ〔℃〕が、上記所定値α〔℃〕を超えているか否かを判定する。
【００３０】
Ｓ２４の判定で水温Ｔｗｎ〔℃〕が設定値α〔℃〕を超えていなければ、何もせずにリターンする。
【００３１】
Ｓ２４の判定で水温Ｔｗｎ〔℃〕が設定値α〔℃〕を超えていれば、Ｓ２６へ進み、水温の上昇率である今回の水温Ｔｗｎと前回の水温Ｔｗ（ｎ−１）との比を算出し、このＴｗｎ／Ｔｗ（ｎ−１）がある設定値βを超えているか否かを判定する。
【００３２】
Ｓ２６の判定がＮｏ（Ｔｗｎ／Ｔｗ（ｎ−１） ≦β）の場合、何もせずにリターンする。このように、冷却水バイパス路の冷却水の温度上昇率が小さいときは、第二冷却水循環路を用いた冷却を行わなくても、ラジエータの冷却のみで十分冷却が可能であるため、第二冷却水ポンプを停止し、消費電力をより一層節約することができる。
【００３３】
Ｓ２６の判定がＹｅｓ（Ｔｗｎ／Ｔｗ（ｎ−１）＞β）の場合、Ｓ２８へ進み、ヒータコア２２と中間熱交換器１４との間で第二冷却水を循環させ温水を輸送する第二冷却水ポンプ１５を駆動させ、Ｓ４０のエアコン吹き出し口温度調整へ進む。
【００３４】
ここで、水素燃焼器６下流冷却水のヒータコア２２による冷却開始判断に、水素燃焼器６下流冷却水温の変化率も考慮したのは、水素燃焼器６下流の冷却水温が所定値αを超えたとしても、温度上昇率が十分小さければラジエータ１１による冷却でカバーできるためである。
【００３５】
第二冷却水ポンプ１５を駆動して空気調和装置２１のヒータコア２２による冷却水の冷却を行う場合、ヒータコア２２に供給される熱量が変化するため、空気調和装置２１の吹き出し口温度が変化してしまう恐れがある。そのため、第二冷却水ポンプ１５を駆動すると同時に空気調和装置２１の吹出し口温度調整制御（Ｓ４０）を行う。
【００３６】
次に、図６を参照して、空気調和装置２１の吹出し口温度調整制御を説明する。図６において、まず、Ｓ４２で空気調和装置２１が作動しているか否かを検知する。Ｓ４２の判定で空気調和装置２１が作動していれば、次のＳ５０のフローに進む。Ｓ４２の判定で空気調和装置２１が作動していないときは、Ｓ４４へ進み、温水路（第二冷却水路）に設定された第二冷却水温度センサ２９の水温Ｔｗｃ〔℃〕が、エバポレータ２６の下流の空気温度を検知する冷風温度センサ２７の温度Ｔａｅｖａｏｕｔ〔℃〕を超えていると判断した場合に、Ｓ４６で空気調和装置２１を作動させる。
【００３７】
即ち、温水路の水温が高くなると、空気調和装置２１不作動のまま水素燃焼器６下流冷却水を冷却することが困難になるため、強制的に空気調和装置２１を作動させる。その後、エアミックスドア２８の開度、エアコンコンプレッサ２３の負荷（本実施形態ではコンプレッサ回転速度）、水素パージ量増量補正の制御を行うことにより、空気調和装置２１の吹出し口温度（即ち吹出し口温度センサ３０の出力）が目標値となるように制御される。
【００３８】
次に、図７及び図８を参照して、空気調和装置２１の制御を説明する。図７において、まずＳ５２で、吹出し口温度センサ３０の検出値Ｔａｏｕｔ〔℃〕が空気調和制御装置３３で演算された目標値γより高いか低いかを判定する。目標値γは、外気温度センサ３２の出力と空気調和装置２１に設定された目標室内温度等の値に基づいて公知の手段によって演算される。
【００３９】
Ｓ５２の判定でヒータコア２２を通過した空気温度Ｔａｏｕｔ〔℃〕が、空気調和制御装置３３での目標吹出し温度γ〔℃〕より高いとき（判定がＹｅｓ）Ｓ５４へ進み、ヒータコア２２をバイパスする空気量、即ちエアミックス比を増加させることにより、吹出し口温度を目標値に近づける。具体的にはエアミックスドア２８の開度ＲＡＭｎを前回値ＲＡＭｎ−１に所定値δだけ加算した値とする。
【００４０】
ここで、エアミックスドア２８の開度ＲＡＭは、０〜１００までの値であり、ＲＡＭ＝０でフルホット（図中実線）、ＲＡＭ＝１００でフルクール（図中点線）となる位置とする。エアミックスドア開度の変更分の所定値δは例えば１とする。
【００４１】
次いでＳ５６で、ＲＡＭｎがフルクール位置に達している（ＲＡＭｎ＞１００）か否かを判定する。Ｓ５６の判定がＮｏ（ＲＡＭｎがフルクール位置に達していない）の場合は、Ｓ６６へ進み、ＲＡＭｎをＳ５４で増加した値とすると共に、エアコンコンプレッサ２３の出力は現状値を維持する（ＮＣｎ＝ＮＣｎ−１）。
【００４２】
Ｓ５６の判定で、Ｔａｏｕｔがγより大きいにも関わらずＲＡＭがフルクールで張り付いた場合（ＲＡＭｎ＞１００）は、Ｓ５８へ進み、ＲＡＭのフルクール状態を維持したまま（ＲＡＭｎ＝１００としたまま）、Ｓ６０でエアコンコンプレッサ２３の回転速度を増大させる（ＮＣｎ＝ＮＣｎ−１＋ε）。次いでＳ６２で、回転速度ＮＣｎがエアコンコンプレッサ２３の最大回転速度ＮＣＭＡＸを超えているか否かを判定し、最大回転速度を超えた場合は、Ｓ６４で回転速度を最大回転速度ＮＣＭＡＸに固定してエアコンコンプレッサ２３の運転を継続する。
【００４３】
このように、吹出し口温度Ｔａｏｕｔの制御に際し、まずエアミックスドア２８を制御し、その後にエアコンコンプレッサ２３の出力を増大させるため、空気調和装置２１で消費する電力を節約することができる。
【００４４】
Ｓ５２の判定で、吹出し吹出し口温度センサ３０の検出値Ｔａｏｕｔが、空気調和制御装置３３での目標吹出し温度γ〔℃〕より低いとき（判定Ｎｏのとき）、図８のＳ６８へ進み、エアコンコンプレッサ２３の回転速度ＮＣを下げることにより、エバポレータ２６を通過した空気温度を制御することで、燃料電池スタック４の冷却水からの熱を室内を暖めるために使用することができる。
【００４５】
具体的にはＳ６８で、エアコンコンプレッサ２３の回転速度ＮＣｎを前回値ＮＣｎ−１から所定値εだけ減じた値とする。次いで、回転速度ＮＣｎが最低回転速度ＮＣＭＩＮに達したか否かを判定し、回転速度ＮＣｎが最低回転速度ＮＣＭＩＮに達していなければ（ＮＣｎ＞ＮＣＭＩＮ）、Ｓ８２へ進み、エアミックスドア２８の開度ＲＡＭｎは現在値を維持（ＲＡＭｎ＝ＲＡＭｎ−１）して、リターンする。本実施形態では、ＮＣＭＩＮとはエアコンコンプレッサ２３の停止状態に設定する。
【００４６】
Ｓ７６の判定で、エアコンコンプレッサ２３の回転数が最低回転数ＮＣＭＩＮに達したときは、Ｓ７２でエアコンコンプレッサ２３の回転数ＮＣｎを最低回転数ＮＣＭＩＮに設定し、Ｓ７４でエアミックス比ＲＡＭを減少させる（ＲＡＭｎ＝ＲＡＭｎ−１−δ）ことにより、燃料電池スタック４の冷却水からの熱をヒータコア２２で放熱して車室内を暖めるために使用することができる。
【００４７】
ここでも、まずエアコンコンプレッサ２３の回転速度を減じ、しかる後にエアミックスドア２８の開度を制御するため、まず消費電力の大きいエアコンコンプレッサ２３の負荷を減じることになり、システムの消費電力を節約することができる。
【００４８】
次いで、Ｓ７６で、更新後のエアミックス比が負の状態（ＲＡＭｎ＜０）に達したか否かを判定し、エアミックス比が負の状態（ＲＡＭｎ＜０）に達した場合、Ｓ７８でエアミックス状態をＦＵＬＬＨＯＴ（ＲＡＭ＝０）に設定し、Ｓ８０で水素のパージ量を増加させ、燃料電池スタック４の冷却水からの放熱量を増加させることにより、車室内の温度を上昇させることができる。具体的には、燃料電池発電システムが設定したパージ弁５の開時間に、所定の補正値を加えることにより、水素のパージ量を増加させる。
【００４９】
このように、エアコンコンプレッサやエアミックスドアによる制御だけでは吹出し口温度を目標値まで上昇させることができない場合に限り水素供給量を増大させるため、燃料電池発電システムでの水素消費量を低減させることができる。
【００５０】
〔第２実施形態〕
図２は、本発明に係る燃料電池発電システムの第２実施形態の構成を説明するシステム構成図である。図１に示した第１実施形態との構成上の相違は、エバポレータ２６の下流に空気調和装置２１の冷媒と第二冷却水との熱交換する熱交換器３４が追加されていることである。この熱交換器３４は、第二冷却水が第二冷却水ポンプ１５によって循環し、燃料電池冷却水の熱を中間熱交換器１４を介して熱交換器３４から空気調和装置２１の冷媒へ放熱する放熱器となっている。その他の構成は、図１に示した第１実施形態と同様であるので、同じ構成要素には、同一符号を付与して、重複する説明を省略する。
【００５１】
ここで、ヒータコア２２は別に設定された（電気ヒータ等の）熱源を用いて加熱される。本実施形態の制御フローは、第１実施形態の制御フローと同様であるので重複する説明を省略する。
【００５２】
本実施形態によれば、この熱交換器３４により、水素パージによって発生した熱を放熱させることが可能となり、排水素の燃焼により発生した熱による冷却水の温度上昇を防ぎ、冷却水の劣化を防ぐことができるという効果がある。
【００５３】
また本実施形態によれば、放熱器をエバポレータ下流の冷媒と熱交換可能な熱交換器とすることにより、エバポレータ下流の低温の冷媒によってバイパス路上の冷却水を効果的に冷却することができる。
【００５４】
〔第３実施形態〕
図３は、本発明に係る燃料電池発電システムの第３実施形態の構成を説明するシステム構成図である。図１に示した第１実施形態との構成上の相違は、中間熱交換器１４の熱を外部へ放出する放熱器として独立した熱交換器３５と、熱交換器３５に送風するモータファン３６とが追加されていることである。その他の構成は、図１に示した第１実施形態と同様であるので、同じ構成要素には、同一符号を付与して、重複する説明を省略する。
【００５５】
本実施形態における制御フローは、第１実施形態における冷却水冷却制御フロー（図５）における空気調和装置２１吹出し口温度調整制御（Ｓ４０）を、図９に示すようにモータファン３６の制御ステップ（Ｓ９０）に置き換えたものとなる。
【００５６】
図１０は、モータファン３６の制御の詳細を説明するフローチャートである。図１０において、まずＳ９２で、第二冷却水温度センサ２９が検出する温水（第二冷却水）経路の水温Ｔｗｃの値に基づき、図１１のようなテーブルを参照して、モータファン３６の出力ＮＭｎを決定する。次いでＳ９４で、この出力ＮＭｎでモータファン３６を駆動することにより、水素燃焼器６下流の冷却水を速やかに冷却することができる。
【００５７】
本実施形態によれば、車室内への放熱用熱交換器（ヒータコア）の代わりに外部へ放熱できるように、別置きの熱交換器３５とモータファン３６を設置したことで、水素パージによって水素燃焼器６で発生した熱を放熱させることが可能となり、排水素の燃焼により発生した熱による冷却水の温度上昇を防ぎ、冷却水の劣化を防ぐことができるという効果がある。
【００５８】
以上の各実施形態において、空気調和装置２１の吹出し口温度はヒータコア２２の直下流に位置した吹出し口温度センサ３０の値としたが、空気調和装置２１で空調を行う空間（燃料電池車両においては車室内）の気温もここでの吹出し口温度に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池発電システムの第１実施形態の構成を説明するシステム構成図である。
【図２】本発明に係る燃料電池発電システムの第２実施形態の構成を説明するシステム構成図である。
【図３】本発明に係る燃料電池発電システムの第３実施形態の構成を説明するシステム構成図である。
【図４】第１実施形態の制御動作を説明するフローチャートである。
【図５】第１実施形態の制御動作を説明するフローチャートである。
【図６】第１実施形態の制御動作を説明するフローチャートである。
【図７】第１実施形態の制御動作を説明するフローチャートである。
【図８】第１実施形態の制御動作を説明するフローチャートである。
【図９】第３実施形態の制御動作を説明するフローチャートである。
【図１０】第３実施形態の制御動作を説明するフローチャートである。
【図１１】第３実施形態における第二冷却水温度（Ｔｗｃ）に対するモータファン出力（ＮＭｎ）算出テーブルの例を示すグラフである。
【符号の説明】
１：水素タンク
２：圧力調整弁
３：エゼクタ
４：燃料電池スタック
５：パージ弁
６：水素燃焼器
７：燃料電池冷却水ポンプ
８：冷却水路切り換え三方弁
９：燃料電池冷却水路
１０：冷却水バイパス路
１１：ラジエータ
１２：ラジエータファン
１３：温度センサ
１４：中間熱交換器
１５：第二冷却水ポンプ
１６：スタック温度センサ
２１：空気調和装置
２２：ヒータコア（放熱器）
２３：エアコンコンプレッサ
２４：コンデンサ
２５：膨張弁
２６：エバポレータ
２７：冷風温度センサ
２８：エアミックスドア
２９：第二冷却水温度センサ
３０：吹出し口温度センサ
３１：ブロアファン
３２：外気温度センサ
３３：空気調和制御装置
３４：熱交換器（放熱器）
３５：熱交換器（放熱器）
３６：モータファン

Claims

水素を燃料として発電する燃料電池本体と、
該燃料電池本体を冷却する冷却水循環路と、
該冷却水循環路上に冷却水を循環させる冷却水ポンプと、
前記冷却水循環路上に設けられたラジエータと、
該ラジエータをバイパスする冷却水バイパス路と、
該冷却水バイパス路中の冷却水と熱交換可能に配置され、前記燃料電池本体から排出された排水素を燃焼する水素燃焼器とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
前記冷却水バイパス路上で、前記水素燃焼器との熱交換部の下流側に設けられた中間熱交換器と、
該中間熱交換器と連結された第二冷却水循環路と、
該第二冷却水循環路上に第二冷却水を循環させる第二冷却水ポンプと、
該第二冷却水循環路上に設けられた放熱器と、
を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
前記燃料電池発電システムは、エアコンコンプレッサ、コンデンサ、膨張弁及びエバポレータを冷媒経路上に備える空気調和装置をさらに備え、
前記エバポレータが配置される空調通路のエバポレータ下流に設けられるヒータコアを前記放熱器としたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
前記燃料電池発電システムは、エアコンコンプレッサ、コンデンサ、膨張弁及びエバポレータを冷媒経路上に備える空気調和装置をさらに備え、
前記放熱器をエバポレータ下流の冷媒と熱交換可能としたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
前記冷却水バイパス路上の冷却水の温度に応じて、前記放熱器に第二冷却水を輸送する第二冷却水ポンプを作動させることを特徴とする請求項２または請求項３記載の燃料電池発電システム。
前記冷却水バイパス路上の冷却水の温度と、温度の上昇率とに応じて、前記放熱器に第二冷却水を輸送する第二冷却水ポンプを作動させることを特徴とする請求項４記載の燃料電池発電システム。
前記ラジエータを流通する冷却水循環路と前記冷却水バイパス路との間で流路を切り換えることが可能なバルブを備え、前記第二冷却水ポンプを作動させる際には冷却水がバイパス流路を流通するように切り換えられていることを特徴とする請求項４または請求項５記載の燃料電池発電システム。
第二冷却水ポンプを作動させる際には、空気調和装置の吹出し口温度が目標値となるように空気調和装置を制御することを特徴とする請求項２または請求項３記載の燃料電池発電システム。
空気調和装置の吹出し口温度が目標値よりも高いときは、まず空調流路上のエバポレータ下流に位置するヒータコアを通過する空気量を調整するエアミックスドアによってヒータコア通過空気量を制御し、エアミックス比がフルクールになってもなお空気調和装置の吹出し口温度が目標値よりも高いときにエアコンコンプレッサの負荷を上昇させることを特徴とする請求項７記載の燃料電池発電システム。
空気調和装置の吹出し口温度が目標値よりも低いときには、まずエアコンコンプレッサの負荷を低下させ、エアコンコンプレッサの負荷が最小となってもなお空気調和装置の吹出し口温度が目標値よりも低いときに、空調流路上のエバポレータ下流に位置するヒータコアを通過する空気量を調整するエアミックスドアによってヒータコア通過空気量を制御することを特徴とする請求項７記載の燃料電池発電システム。
空気調和装置の吹出し口温度が、空気調和制御装置での目標温度より低いときは、水素燃焼器への水素の供給量を増加させることで、空気調和装置の吹出し口温度を上昇させることを特徴とする請求項９記載の燃料電池発電システム。
エアミックスドアがフルホット位置で、エアコンコンプレッサの負荷が最小にも関わらず空気調和装置の吹出し口温度が目標温度よりも低いときに、水素の供給量を増加させることを特徴とする請求項１０記載の燃料電池発電システム。