JP2006164681A - Temperature control unit for fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a temperature control unit for a fuel cell capable of shortening a start-up time at a low temperature, and improving power generation efficiency. <P>SOLUTION: At both end of a fuel cell stack 1, an anode-side end plate 2 and a cathode-side end plate 3 are provided, and in the end plates 2, 3, in-end-plate coolant flow channels 2a, 3a are formed, respectively. A coolant sent under compression from a coolant pump 11 is supplied to the in-end-plate coolant flow channels 2a, 3a through a coolant supply tube 12, and, after heat exchange with the end plates 2, 3, is cooled by a heat exchanger 14 and returned to the coolant pump 11. During an operation stop below a freezing point, a coolant control valve 15 is throttled, and a large volume of a coolant is made to flow in the cathode-side end plate 3 from the anode-side end plate 2, so that the fall of a temperature at stoppage at the cathode-side end plate 3 gets slower than that at the anode-side end plate 2. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池スタックの温度を調節する燃料電池用温度調節装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell temperature adjustment device for adjusting the temperature of a fuel cell stack.

水素と酸素の化学反応から電気エネルギーを取り出す固体高分子型燃料電池は、排出物が無害な水だけであることと高効率であることから、発電用途のみならず自動車等の動力源としての利用も考えられている。このような用途では、発電可能な最小の構成であるセルでは必要な電力を確保できないため、セルを積層した燃料電池スタックの形態で使用される。   Solid polymer fuel cells, which extract electrical energy from the chemical reaction between hydrogen and oxygen, are not only used for power generation but also as a power source for automobiles because they emit only harmless water and are highly efficient. Is also considered. In such an application, a cell having a minimum configuration capable of generating electric power cannot secure necessary power, and therefore, it is used in the form of a fuel cell stack in which cells are stacked.

図6に、燃料電池システムの典型的な構成を示す。単位燃料電池(セル)が複数積層されて燃料電池スタック1が構成されている。燃料電池スタック1の両端には、ボルト等による締結の荷重をスタックに加えるために、アノード側のエンドプレート2、カソード側のエンドプレート3が配置される。燃料タンク8に貯蔵された燃料ガスとしての高圧水素は、水素調圧弁9により減圧及び流量制御されて、吸気管4を介してアノードに供給され、余剰の水素ガスは、排気管5から排出される。カソードには、ポンプ10で圧縮された酸化剤(空気)が吸気管6を介して供給され、未反応の空気はカソード側の排気管7から排出される。また、図示していないが、各セル内に形成された冷媒流路に冷媒を循環させることで燃料電池スタックを冷却する冷却装置を備える。   FIG. 6 shows a typical configuration of the fuel cell system. A plurality of unit fuel cells (cells) are stacked to form a fuel cell stack 1. At both ends of the fuel cell stack 1, an end plate 2 on the anode side and an end plate 3 on the cathode side are disposed in order to apply a fastening load by bolts or the like to the stack. High-pressure hydrogen as fuel gas stored in the fuel tank 8 is pressure-reduced and flow-controlled by the hydrogen pressure regulating valve 9 and supplied to the anode via the intake pipe 4. Excess hydrogen gas is discharged from the exhaust pipe 5. The An oxidant (air) compressed by the pump 10 is supplied to the cathode via the intake pipe 6, and unreacted air is discharged from the exhaust pipe 7 on the cathode side. Moreover, although not shown in figure, the cooling device which cools a fuel cell stack by circulating a refrigerant | coolant through the refrigerant | coolant flow path formed in each cell is provided.

上記のようなセルを多数積層して直列接続した燃料電池スタックにおいては、スタック中央部とスタック端部では放熱に差があるため、スタック端部に近いセルの温度はスタック中央部のセルよりも低くなる。温度が低くなると化学反応の速度が小さくなるため、スタック端部に近いセルの効率及び発電能力が低下し、結果として燃料電池スタック全体の出力電流が低下してしまう。   In a fuel cell stack in which a number of cells as described above are stacked and connected in series, there is a difference in heat dissipation between the stack center and the stack edge, so the temperature of the cell near the stack edge is higher than that of the cell in the stack center. Lower. When the temperature is lowered, the rate of chemical reaction is reduced, so that the efficiency and power generation capacity of the cell near the end of the stack is lowered, and as a result, the output current of the entire fuel cell stack is lowered.

上記のような現象への対策としては、特許文献1のように、燃料電池スタック本体1とエンドプレート2、3の間に熱媒が循環する熱媒室を設ける技術が知られている。この技術によれば、燃料電池スタック中央部よりも温度が低い燃料電池スタック端部を加熱し、燃料電池スタック内部の温度分布を均一化することができるため、燃料電池スタックとしての効率及び発電性能を向上させることができる。
特開平11−097048号公報(第3頁、図1)
As a countermeasure against the above-described phenomenon, a technique of providing a heat medium chamber in which a heat medium circulates between the fuel cell stack body 1 and the end plates 2 and 3 is known as Patent Document 1. According to this technology, the end of the fuel cell stack, which is lower in temperature than the center of the fuel cell stack, can be heated and the temperature distribution inside the fuel cell stack can be made uniform, so the efficiency and power generation performance as the fuel cell stack Can be improved.
JP-A-11-097048 (page 3, FIG. 1)

しかしながら、燃料電池を自動車の動力源として用いるような場合には、燃料電池は氷点下に放置された状態でも始動することができなくてはならないが、上記の従来例では氷点下起動において以下に示す問題点があった。   However, when a fuel cell is used as a power source for an automobile, the fuel cell must be able to start even when it is left below freezing point. There was a point.

上記従来の燃料電池スタックが氷点下で停止、放置されると、エンドプレート2、3に近いスタック端部は、外気による冷却の影響がスタック中央部よりも大きいため、スタック内の温度は、図7のようにスタック中央部で高く、スタック端部で低い分布になる。スタックとして温度分布が存在すると各セル内にも温度分布が形成されるが、各セル内の水は温度の高い領域から低い領域へ移動する。その後、各セル内の水はセル内で偏った分布を形成したまま凍結することになる。   When the conventional fuel cell stack is stopped and left under freezing, the stack end near the end plates 2 and 3 is more affected by the cooling by the outside air than the center of the stack. Thus, the distribution is high at the center of the stack and low at the end of the stack. If a temperature distribution exists as a stack, a temperature distribution is also formed in each cell, but the water in each cell moves from a high temperature region to a low region. Thereafter, the water in each cell is frozen while forming an uneven distribution in the cell.

スタック中央よりもスタックのアノード側に位置するセルにおいては、図8のようにセル内の水はセルのアノード側に移動し、スタック中央よりもスタックのカソード側に位置するセルにおいては、図9のようにセル内の水はセルのカソード側に移動する。そのため、氷点下での起動時にスタック中央よりもスタックのカソード側のセルのカソードにおいては、反応による生成水と凍結したまま保持されていた水が合わさることで水が過剰に存在する状態になるので、ガスの流路が水により閉塞してしまうフラッディングの現象が発生する。したがって、フラッディングが発生することにより燃料電池スタックの発電の効率は低下し、氷点下での起動時間が長くなるという問題点があった。   In the cell located on the anode side of the stack from the center of the stack, the water in the cell moves to the anode side of the cell as shown in FIG. 8, and in the cell located on the cathode side of the stack from the center of the stack, FIG. Thus, the water in the cell moves to the cathode side of the cell. Therefore, at the start of the temperature below freezing point, at the cathode of the cell on the cathode side of the stack rather than the center of the stack, the water generated by the reaction and the water that has been kept frozen are combined, so there is an excess of water. A flooding phenomenon occurs in which the gas flow path is blocked by water. Therefore, the generation of flooding has a problem in that the efficiency of power generation of the fuel cell stack is reduced, and the start-up time is below freezing point.

上記問題点を解決するために、本発明は、燃料電池スタックの温度を調節する燃料電池用温度調節装置であって、燃料電池スタックの運転停止時に、前記燃料電池スタックのカソード側からアノード側へ負の温度勾配を形成することを要旨とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a temperature adjustment device for a fuel cell that adjusts the temperature of the fuel cell stack, from the cathode side to the anode side of the fuel cell stack when the operation of the fuel cell stack is stopped. The gist is to form a negative temperature gradient.

本発明によれば、燃料電池スタックの氷点下での停止時に、スタックカソード側の温度がスタックアノード側よりも高い状態にあるため、各セル内の水は高温のセルカソード側から低温のセルアノード側に移動して凍結するようになる。このため、燃料電池システムの再起動時に、生成水により水分量が多くなりがちなセルカソード側に水が保持されなくなることから、各セルのカソードでのフラッディングを抑制することができ、燃料電池スタックの発電量が増えるため、燃料電池スタックの氷点下における起動時間の短縮や発電の効率向上が図れるという効果がある。   According to the present invention, when the fuel cell stack is stopped below the freezing point, the temperature on the stack cathode side is higher than that on the stack anode side, so that the water in each cell flows from the high temperature cell cathode side to the low temperature cell anode side. Move to freeze. For this reason, when the fuel cell system is restarted, water is not retained on the cell cathode side where the water content tends to increase due to the generated water, so flooding at the cathode of each cell can be suppressed, and the fuel cell stack Therefore, there is an effect that the startup time under the freezing point of the fuel cell stack can be shortened and the efficiency of power generation can be improved.

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、特に限定されないが、以下の各実施例は、氷点下にも駐車可能な燃料電池車両に好適な燃料電池用温度調節装置である。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Although not particularly limited, the following embodiments are fuel cell temperature control devices suitable for a fuel cell vehicle that can be parked even below freezing.

図1は、本発明に係る燃料電池システムの実施例1の構成を示すシステム構成図である。図1において、燃料電池スタック1の両端部には、アノード側エンドプレート2と、カソード側エンドプレート3が設けられている。アノード側エンドプレート2、カソード側エンドプレート3の内部には、それぞれエンドプレート内冷媒流路2a、3aが形成されている。   FIG. 1 is a system configuration diagram showing the configuration of Embodiment 1 of the fuel cell system according to the present invention. In FIG. 1, an anode side end plate 2 and a cathode side end plate 3 are provided at both ends of the fuel cell stack 1. Inside the anode-side end plate 2 and the cathode-side end plate 3, there are formed end-plate refrigerant flow paths 2a and 3a, respectively.

燃料ガスとしての水素は、水素タンク8に高圧で貯蔵されている。水素タンク8の高圧水素は、水素調圧弁9により燃料電池の運転圧力まで減圧されて、水素供給管4を介してアノードへ供給される。アノードで反応しなかった水素は、水素排出管5を介して排出される。   Hydrogen as a fuel gas is stored in the hydrogen tank 8 at a high pressure. The high-pressure hydrogen in the hydrogen tank 8 is reduced to the fuel cell operating pressure by the hydrogen pressure regulating valve 9 and supplied to the anode via the hydrogen supply pipe 4. Hydrogen that has not reacted at the anode is discharged through the hydrogen discharge pipe 5.

酸化剤ガスとしての空気は、空気供給管6を介してコンプレッサ10に供給され、燃料電池の運転圧力まで圧縮されて、カソードに供給される。カソードで反応しなかった空気は、空気排出管7を介して排出される。   Air as the oxidant gas is supplied to the compressor 10 via the air supply pipe 6, compressed to the operating pressure of the fuel cell, and supplied to the cathode. Air that has not reacted at the cathode is discharged through the air discharge pipe 7.

燃料電池システムの冷却系は、冷媒ポンプ11、冷媒供給管12、冷媒排出管13、熱交換器14及び冷媒制御弁15を備えている。冷却系の冷媒には、例えば、燃料電池の保管最低温度に応じた濃度に調製したエチレングリコール水溶液等の不凍液を用いる。   The cooling system of the fuel cell system includes a refrigerant pump 11, a refrigerant supply pipe 12, a refrigerant discharge pipe 13, a heat exchanger 14, and a refrigerant control valve 15. As the cooling system refrigerant, for example, an antifreeze solution such as an ethylene glycol aqueous solution adjusted to a concentration corresponding to the minimum storage temperature of the fuel cell is used.

冷媒ポンプ11から圧送された冷媒は、冷媒供給管12を介して、エンドプレート内冷媒流路2a、3aへ供給され、エンドプレート2,3と熱交換した後、冷媒排出管13を介して熱交換器14に入る。熱交換器14で外気と熱交換した冷媒は、冷媒ポンプ11に戻る。   The refrigerant pumped from the refrigerant pump 11 is supplied to the in-end plate refrigerant flow paths 2a and 3a via the refrigerant supply pipe 12, exchanges heat with the end plates 2 and 3, and then heats via the refrigerant discharge pipe 13. Enter the exchanger 14. The refrigerant that exchanges heat with the outside air in the heat exchanger 14 returns to the refrigerant pump 11.

冷媒供給管12は2系統に分岐しているが、スタックアノード側のエンドプレート2に繋がる枝管には、冷媒の流量を制御するための冷媒制御弁15が設けられている。   The refrigerant supply pipe 12 is branched into two systems, and a refrigerant control valve 15 for controlling the flow rate of the refrigerant is provided in the branch pipe connected to the end plate 2 on the stack anode side.

実施例1では、燃料電池システムの運転中は、燃料電池スタック1を冷却するために、冷媒ポンプ11を作動させてエンドプレート2、3に冷媒を流しておく。このとき、冷媒は、燃料電池の運転による反応熱を外部へ放熱するために、例えば、90[℃]程度の比較的高温になっている。そして、氷点下における燃料電池システムの運転停止時には、冷媒制御弁15を絞ることにより、スタックカソード側のエンドプレート3にスタックアノード側エンドプレート2よりも多量の冷媒が流れるようにする。   In the first embodiment, during the operation of the fuel cell system, the refrigerant pump 11 is operated to allow the refrigerant to flow through the end plates 2 and 3 in order to cool the fuel cell stack 1. At this time, the refrigerant has a relatively high temperature of, for example, about 90 [° C.] in order to dissipate reaction heat due to the operation of the fuel cell to the outside. When the operation of the fuel cell system below freezing is stopped, the refrigerant control valve 15 is throttled so that a larger amount of refrigerant flows in the stack cathode side end plate 3 than in the stack anode side end plate 2.

このように運転停止時に冷媒を循環させると、燃料電池スタック1のカソード側のエンドプレート3は、アノード側のエンドプレート2よりも流量の多い高温冷媒と接触することで、停止時の温度低下が遅くなる。このため、図2のように燃料電池スタック全体でスタックカソード側の方がスタックアノード側よりも温度が高くなる温度分布となる。この燃料電池スタック1の温度分布は、各セルについて見ると、セルカソード側がセルアノード側より温度が高い温度分布となっている。   Thus, when the refrigerant is circulated when the operation is stopped, the end plate 3 on the cathode side of the fuel cell stack 1 comes into contact with the high-temperature refrigerant having a larger flow rate than the end plate 2 on the anode side, so that the temperature drop at the time of the stop is reduced. Become slow. For this reason, as shown in FIG. 2, the temperature distribution of the entire fuel cell stack becomes higher on the stack cathode side than on the stack anode side. The temperature distribution of the fuel cell stack 1 is a temperature distribution in which the cell cathode side is higher in temperature than the cell anode side when viewed for each cell.

したがって、燃料電池スタックの全てのセルにおいて、セル内の水はセルアノード側に移動して凍結するようになり、氷点下起動時のフラッディング発生が抑制される。   Accordingly, in all the cells of the fuel cell stack, the water in the cells moves to the cell anode side and freezes, and flooding at the time of starting below freezing is suppressed.

本実施例によれば、燃料電池スタックの氷点下での停止時に、スタックカソード側の温度がスタックアノード側よりも高い状態にあるため、各セル内の水は高温のセルカソード側から低温のセルアノード側に移動して凍結するようになり、生成水により水分量が多くなりがちなセルカソード側に水が保持されなくなることから、再起動時のフラッディングを抑制し、燃料電池スタックの発電量が増えるため、燃料電池スタックの氷点下における起動時間の短縮や発電の効率向上が図れるという効果がある。   According to this embodiment, when the fuel cell stack is stopped below the freezing point, the temperature on the stack cathode side is higher than that on the stack anode side, so that the water in each cell flows from the high temperature cell cathode side to the low temperature cell anode. Since the water is no longer retained on the cell cathode side, which tends to increase the amount of water due to the generated water, the flooding at the time of restart is suppressed, and the power generation amount of the fuel cell stack increases. Therefore, there are effects that the start-up time of the fuel cell stack below the freezing point can be shortened and the efficiency of power generation can be improved.

なお、本発明における燃料電池スタックの温度分布を制御する手段は、本実施例の形態に限られる訳ではない。   The means for controlling the temperature distribution of the fuel cell stack according to the present invention is not limited to the embodiment.

図3は、本発明に係る燃料電池システムの実施例2の構成を示すシステム構成図である。図3において、スタックカソード側エンドプレート3を加熱するための電熱ヒータ16と、電熱ヒータ16に電力を供給するための電源17と、電熱ヒータ16へ供給する電力を調整する制御装置18とが設けられている。これら以外の構成は、図6の従来例と同様である。   FIG. 3 is a system configuration diagram showing the configuration of Embodiment 2 of the fuel cell system according to the present invention. In FIG. 3, an electric heater 16 for heating the stack cathode side end plate 3, a power source 17 for supplying electric power to the electric heater 16, and a control device 18 for adjusting electric power supplied to the electric heater 16 are provided. It has been. Other configurations are the same as those of the conventional example of FIG.

実施例2では、氷点下における燃料電池の停止時には、電源17から電熱ヒータ16に電力を供給して、スタックカソード側エンドプレート3を加熱する。制御装置18は、例えば一定の通電時間後に、電熱ヒータ16への通電を停止する。この他に、燃料電池スタック1のエンドプレート2,3に、それぞれ図示しない温度センサを備えて、これら2つの温度センサが検出した温度の差が一定温度に達したら、電源17から電熱ヒータ16への通電を停止するようにしてもよい。   In Example 2, when the fuel cell is stopped below the freezing point, power is supplied from the power source 17 to the electric heater 16 to heat the stack cathode side end plate 3. For example, the control device 18 stops energization to the electric heater 16 after a certain energization time. In addition to this, the end plates 2 and 3 of the fuel cell stack 1 are each provided with a temperature sensor (not shown), and when the difference between the temperatures detected by these two temperature sensors reaches a certain temperature, the power source 17 transfers to the electric heater 16. May be stopped.

本実施例によれば、燃料電池スタックの暖機中に運転を停止するような場合にも、任意に燃料電池スタック1のカソード側エンドプレート3を加熱して、図2のように燃料電池スタック全体でスタックカソード側の方がスタックアノード側よりも温度が高くすることができる。したがって、燃料電池スタック1を構成する全てのセルにおいて、セル内の水はセルアノード側に移動して凍結するようになり、燃料電池スタックの氷点下起動時のフラッディング発生が抑制される。   According to this embodiment, even when the operation is stopped during the warm-up of the fuel cell stack, the cathode side end plate 3 of the fuel cell stack 1 is arbitrarily heated, and the fuel cell stack as shown in FIG. As a whole, the temperature on the stack cathode side can be higher than that on the stack anode side. Therefore, in all the cells constituting the fuel cell stack 1, the water in the cells moves to the cell anode side and freezes, and the occurrence of flooding when the fuel cell stack starts below freezing is suppressed.

実施例2によれば、運転停止前に燃料電池スタックの暖機が完了していない場合でも、加熱手段により任意に燃料電池スタックのカソード側を加熱して、スタックカソード側の温度がスタックアノード側よりも高い温度分布を形成することができるため、運転停止前の燃料電池スタックの状態に影響されることなく、燃料電池スタックの氷点下起動時のフラッディング抑制のための停止処理を行うことが可能となる。   According to the second embodiment, even when the warm-up of the fuel cell stack is not completed before the operation is stopped, the cathode side of the fuel cell stack is arbitrarily heated by the heating means, and the temperature on the stack cathode side is set to the stack anode side. Therefore, it is possible to perform stop processing to suppress flooding when the fuel cell stack starts below freezing without being affected by the state of the fuel cell stack before stopping operation. Become.

なお、本発明におけるスタックカソード側エンドプレート3を加熱する手段は、電熱ヒータに限られる訳ではない。   The means for heating the stack cathode side end plate 3 in the present invention is not limited to the electric heater.

図4は、本発明に係る燃料電池システムの実施例3の構成を示すシステム構成図である。図4において、燃料電池スタック1のカソード側が断熱槽19で被われている。断熱槽19は、例えば、合成樹脂の発泡体、ガラス繊維、合成樹脂の繊維等の断熱材を外装ケースに納めたものである。その他の構成は、図6の従来例と同様である。   FIG. 4 is a system configuration diagram showing the configuration of Embodiment 3 of the fuel cell system according to the present invention. In FIG. 4, the cathode side of the fuel cell stack 1 is covered with a heat insulating tank 19. The heat insulating tank 19 is a container in which a heat insulating material such as a synthetic resin foam, glass fiber, or synthetic resin fiber is placed in an outer case. Other configurations are the same as those of the conventional example of FIG.

実施例3においては、燃料電池スタックの発電停止時に、断熱槽19により燃料電池スタックのカソード側の放熱が抑制され、電力等のエネルギーを消費することなく、スタックカソード側の温度がスタックアノード側よりも高い状態で維持されるようになる。したがって、燃料電池スタック1を構成する全てのセルにおいて、セル内の水はセルアノード側に移動して凍結するようになり、燃料電池スタックの氷点下起動時のフラッディング発生が抑制される。   In Example 3, when the power generation of the fuel cell stack is stopped, the heat release from the cathode side of the fuel cell stack is suppressed by the heat insulating tank 19, and the temperature on the stack cathode side is lower than the stack anode side without consuming energy such as electric power. Will be maintained in a high state. Therefore, in all the cells constituting the fuel cell stack 1, the water in the cells moves to the cell anode side and freezes, and the occurrence of flooding when the fuel cell stack starts below freezing is suppressed.

実施例3によれば、燃料電池スタックのカソード側が外気と断熱されているため、スタックカソード側の放熱が抑制され、スタックカソード側の温度がスタックアノード側よりも高い状態で維持されるので、燃料電池スタックの氷点下起動時のフラッディング抑制のための停止処理におけるエネルギー消費を抑制することができるという効果がある。   According to the third embodiment, since the cathode side of the fuel cell stack is insulated from the outside air, heat dissipation on the stack cathode side is suppressed, and the temperature on the stack cathode side is maintained higher than that on the stack anode side. There is an effect that it is possible to suppress energy consumption in the stop processing for suppressing flooding at the time of starting below the freezing point of the battery stack.

図5は、本発明に係る燃料電池システムの実施例4の構成を示すシステム構成図である。図5において、燃料電池スタック1のアノード側エンドプレート2には、内部にエンドプレート内冷媒流路2aが設けられている。   FIG. 5 is a system configuration diagram showing the configuration of Embodiment 4 of the fuel cell system according to the present invention. In FIG. 5, the anode side end plate 2 of the fuel cell stack 1 is provided with an in-end plate refrigerant flow path 2a.

冷媒ポンプ20は、冷媒を加圧して冷媒供給管21を介して、エンドプレート内冷媒流路2aへ冷媒を供給する。また、エンドプレート内冷媒流路2aから流出した冷媒は、冷媒排出管22上に配置された熱交換器23により系外へ放熱されて、温度が下がって、冷媒ポンプ20へ戻る。   The refrigerant pump 20 pressurizes the refrigerant and supplies the refrigerant to the in-end-plate refrigerant flow path 2a via the refrigerant supply pipe 21. In addition, the refrigerant that has flowed out of the end plate refrigerant flow path 2 a is radiated to the outside of the system by the heat exchanger 23 disposed on the refrigerant discharge pipe 22, the temperature drops, and the refrigerant pump 20 returns.

実施例4では、燃料電池スタックの氷点下における停止時に、冷媒ポンプ20を動作させ、スタックアノード側エンドプレート2に冷媒を供給する。このように冷媒を循環させると、燃料電池スタックのアノード側の冷却を促進しながら、スタック全体で図2のようなスタックカソード側の温度がスタックアノード側の温度よりも高い温度分布が形成することができる。したがって、燃料電池スタックの中央よりもカソード側のセルにおいても、セル内の水はセルアノード側に移動して凍結するようになり、燃料電池スタックの氷点下起動時のフラッディング発生が抑制される。さらに、セル内の水がセルのアノード側に移動して凍結するまでの時間が短縮される。   In Example 4, when the fuel cell stack is stopped below the freezing point, the refrigerant pump 20 is operated to supply the refrigerant to the stack anode side end plate 2. When the refrigerant is circulated in this manner, the temperature distribution on the stack cathode side as shown in FIG. 2 is higher than the temperature on the stack anode side in the entire stack while promoting cooling of the anode side of the fuel cell stack. Can do. Therefore, even in the cell on the cathode side of the center of the fuel cell stack, the water in the cell moves to the cell anode side and freezes, and the occurrence of flooding when the fuel cell stack starts below freezing is suppressed. Further, the time until the water in the cell moves to the anode side of the cell and freezes is shortened.

実施例4によれば、運転停止時に燃料電池スタックのアノード側を冷却することで、スタックカソード側の温度がスタックアノード側よりも高い温度分布を燃料電池スタックに形成するので、セル内の水がセルのアノード側に移動して凍結するまでの時間が短縮されるため、燃料電池スタックの氷点下起動時のフラッディング抑制のための停止処理が短時間で可能となるという効果がある。   According to Example 4, the anode side of the fuel cell stack is cooled when the operation is stopped, thereby forming a temperature distribution in the fuel cell stack in which the temperature on the stack cathode side is higher than that on the stack anode side. Since the time until the cell moves to the anode side and freezes is shortened, there is an effect that a stop process for suppressing flooding when the fuel cell stack is started below the freezing point can be performed in a short time.

本発明に係る燃料電池システムの実施例1の構成を説明するシステム構成図である。1 is a system configuration diagram illustrating the configuration of a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention. FIG. 実施例1における燃料電池スタック内部の温度分布図である。2 is a temperature distribution diagram inside a fuel cell stack in Example 1. FIG. 本発明に係る燃料電池システムの実施例2の構成を説明するシステム構成図である。It is a system block diagram explaining the structure of Example 2 of the fuel cell system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池システムの実施例3の構成を説明するシステム構成図である。It is a system block diagram explaining the structure of Example 3 of the fuel cell system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池システムの実施例4の構成を説明するシステム構成図である。It is a system configuration figure explaining the composition of Example 4 of the fuel cell system concerning the present invention. 従来例の燃料電池システムの構成図である。It is a block diagram of the fuel cell system of a prior art example. 従来例における燃料電池スタック内部の温度分布図である。It is a temperature distribution inside a fuel cell stack in a conventional example. セル内水移動の説明図である。It is explanatory drawing of the water movement in a cell. セル内水移動の説明図である。It is explanatory drawing of the water movement in a cell.

符号の説明Explanation of symbols

1:燃料電池スタック
2:アノード側エンドプレート
3:カソード側エンドプレート
2a、3a:エンドプレート内冷媒流路
4:水素供給管
5:水素排出管
6:空気供給管
7:空気排出管
8:水素タンク
9:水素調圧弁
10:コンプレッサ
11:冷媒ポンプ
12:冷媒供給管
13:冷媒排出管
14:熱交換器
15:冷媒制御弁
16:電熱ヒータ
17:電源
18:制御装置
19:断熱槽
20:冷媒ポンプ
21:冷媒供給管
22:冷媒排出管
23:熱交換器
1: Fuel cell stack 2: Anode side end plate 3: Cathode side end plate 2a, 3a: Refrigerant flow path in end plate 4: Hydrogen supply pipe 5: Hydrogen discharge pipe 6: Air supply pipe 7: Air discharge pipe 8: Hydrogen Tank 9: Hydrogen pressure regulating valve 10: Compressor 11: Refrigerant pump 12: Refrigerant supply pipe 13: Refrigerant discharge pipe 14: Heat exchanger 15: Refrigerant control valve 16: Electric heater 17: Power supply 18: Controller 19: Heat insulation tank 20: Refrigerant pump 21: Refrigerant supply pipe 22: Refrigerant discharge pipe 23: Heat exchanger

Claims (4)

燃料電池スタックの温度を調節する燃料電池用温度調節装置であって、 燃料電池スタックの運転停止時に、前記燃料電池スタックのカソード側からアノード側へ負の温度勾配を形成することを特徴とする燃料電池用温度調節装置。   A temperature adjustment device for a fuel cell that adjusts the temperature of the fuel cell stack, wherein a negative temperature gradient is formed from the cathode side to the anode side of the fuel cell stack when the operation of the fuel cell stack is stopped Battery temperature control device. 燃料電池スタックのカソード側を加熱する加熱手段を備え、
燃料電池スタックの運転停止時に、前記加熱手段により燃料電池スタックのカソード側を加熱することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用温度調節装置。
A heating means for heating the cathode side of the fuel cell stack;
2. The fuel cell temperature control device according to claim 1, wherein when the operation of the fuel cell stack is stopped, the cathode side of the fuel cell stack is heated by the heating means.
燃料電池スタックのカソード側における外気との熱交換量が燃料電池スタックのアノード側における熱交換量よりも小である構造を備えたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用温度調節装置。   2. The temperature adjustment device for a fuel cell according to claim 1, comprising a structure in which a heat exchange amount with outside air on a cathode side of the fuel cell stack is smaller than a heat exchange amount on an anode side of the fuel cell stack. . 燃料電池スタックのアノード側を冷却する冷却手段を備え、
燃料電池スタックの運転停止時に、前記冷却手段により燃料電池スタックのアノード側を冷却することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用温度調節装置。
A cooling means for cooling the anode side of the fuel cell stack;
2. The fuel cell temperature control device according to claim 1, wherein when the operation of the fuel cell stack is stopped, the anode side of the fuel cell stack is cooled by the cooling means.
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