JP2006260896A - Fuel cell cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池を冷却する燃料電池の冷却システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell cooling system for cooling a fuel cell.
従来より、燃料電池には、反応熱によって燃料電池の温度が必要以上に上昇することを抑制するため、冷却手段と燃料電池との間で冷却媒体を循環させて、燃料電池を冷却する冷却システムが設けられている。例えば、特許文献1に開示された冷却システムでは、燃料電池内の生成水の凍結を抑制するといった観点から、低温環境下での燃料電池の発電始動時には、循環系内の冷却媒体をタンクに回収し、燃料電池の熱容量を減少させた上で発電を行っている。そして、発電による反応熱により、燃料電池が通常運転時の温度まで回復すると、再度、冷却媒体を循環系に戻し、これを循環させて燃料電池を冷却する。
しかしながら、特許文献1に開示された手法では、冷却媒体を循環系から回収する際には、電磁バルブを開弁する必要があるが、システムが稼働した状態でなければこれを行うことができないという不都合がある。また、始動直後に冷却媒体を回収したとしても、これを回収するまでには、ある程度の時間を要する。そのため、燃料電池を暖めるための時間も長くなり、燃料電池が通常の発電動作に移行するまでの起動時間が長くなるという問題がある。
However, in the method disclosed in
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低温環境下での燃料電池の起動時間の短縮を図ることである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to shorten the startup time of the fuel cell in a low temperature environment.
かかる課題を解決するために、本発明は、燃料電池の冷却システムを提供する。この冷却システムは、冷却回路と、回収タンクと、回収回路と、温度反応バルブとを有する。冷却回路は、冷却媒体を冷却する冷却手段と燃料電池とを相互に接続し、冷却媒体が冷却手段と燃料電池との間で循環する循環系を構成する。回収タンクは、鉛直方向において燃料電池よりも下方に配置される。回収回路は、冷却回路と回収タンクとを接続し、燃料電池へ循環する冷却媒体が重力の作用によって回収タンクへと導かれる。温度反応バルブは、外部周囲の温度に応じて回収回路の開閉を自律的に行う。この場合、温度反応バルブは、外部周囲の温度が、自己の開閉状態を切り替えるための設定温度よりも高い場合には閉弁し、外部周囲の温度が設定温度以下の場合には開弁する。 In order to solve this problem, the present invention provides a cooling system for a fuel cell. The cooling system includes a cooling circuit, a recovery tank, a recovery circuit, and a temperature reaction valve. The cooling circuit interconnects the cooling means for cooling the cooling medium and the fuel cell, and constitutes a circulation system in which the cooling medium circulates between the cooling means and the fuel cell. The collection tank is disposed below the fuel cell in the vertical direction. The recovery circuit connects the cooling circuit and the recovery tank, and the cooling medium circulating to the fuel cell is guided to the recovery tank by the action of gravity. The temperature reaction valve autonomously opens and closes the recovery circuit according to the ambient temperature. In this case, the temperature reaction valve is closed when the external ambient temperature is higher than the set temperature for switching its open / closed state, and opened when the external ambient temperature is equal to or lower than the set temperature.
本発明によれば、この温度反応バルブが、外部周囲の気温に反応して自律的に開閉状態が切り替わるので、その温度を適切に設定しておくことで、低温時には冷却水を自動的に回収タンクに回収することができる。すなわち、低温時には、停止中の状態であっても冷却水が回収タンクに回収されるので、始動時に循環系から冷却水を回収する必要がなく、起動時間の短縮を図ることができる。 According to the present invention, the temperature reaction valve autonomously switches between open and closed states in response to the ambient ambient temperature. Therefore, by appropriately setting the temperature, the cooling water is automatically recovered at a low temperature. Can be collected in a tank. That is, at a low temperature, the cooling water is collected in the collection tank even in a stopped state, so that it is not necessary to collect the cooling water from the circulation system at the time of starting, and the start-up time can be shortened.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池の冷却システムの構成を示す図である。この第1の実施形態における冷却システムは、燃料電池スタック(燃料電池)1、循環ポンプ(循環手段)2、ラジエータ(冷却手段)3、リザーバタンク4および回収タンク5を主体に構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell cooling system according to a first embodiment of the present invention. The cooling system in the first embodiment is mainly composed of a fuel cell stack (fuel cell) 1, a circulation pump (circulation means) 2, a radiator (cooling means) 3, a
燃料電池スタック1は、固体高分子電解質膜を挟んでアノードとカソードとを対設した燃料電池構造体をセパレータで挟持し、これを複数積層して構成される。この燃料電池スタック1は、アノードに燃料ガス(一例として、水素)を供給し、カソードに酸化剤ガス(一例として、空気)を供給することにより、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う。
The
循環ポンプ2は、燃料電池スタック1が発電動作を行っている間、これを冷却する冷却媒体(本実施形態では、冷却水)をシステム系内で循環させるポンプである。この循環ポンプは、その回転数に応じて循環流量を調整することができる。循環ポンプ2の回転数は、後述する制御部10によって制御される。ラジエータ3は、循環ポンプ2によってシステム系内を循環する冷却水を、ファンを回転させ送風することにより冷却する。
The circulation pump 2 is a pump that circulates a cooling medium (cooling water in the present embodiment) for cooling the
リザーバタンク4は、冷却水を貯蔵しているタンクである。回収タンク5は、システム系内の冷却水が回収されるタンクであり、システム系内の冷却水を全て回収できる程度の容量を備えている。この回収タンク5は、鉛直方向において、燃料電池スタック1よりも下方に配置されている。
The
この冷却システムでは、燃料電池スタック1を冷却する冷却水の経路が、メイン回路11、サブ回路12および回収回路13で構成されている。メイン回路(冷却回路)11は、冷却水が燃料電池スタック1とラジエータ3との間で循環する循環系を構成する回路であり、燃料電池スタック1とラジエータ3とを相互に接続している。このメイン回路11には、循環ポンプ2が設けられており、冷却水は、循環ポンプ2から燃料電池スタック1、ラジエータ3を通って循環ポンプ2に戻る。
In this cooling system, a path of cooling water for cooling the
サブ回路12は、メイン回路11においてラジエータ3をバイパスする回路であり、この回路11には、リザーバタンク4が設けられている。そのため、このサブ回路12では、循環ポンプ2から燃料電池スタック1を経由した冷却水が、リザーバタンク4を通り、メイン回路に合流する。
The
回収回路13は、メイン回路11と回収タンク5とを接続する回路であり、具体的には、循環ポンプ2の吸入側から分岐して、回収タンク5へと接続されている。上述したように、燃料電池スタック1は、その位置関係において回収タンク5よりも鉛直上方に位置するので、燃料電池スタック1へ循環する冷却水は、この回収回路13を介して、重力の作用によって回収タンク5へと導かれることとなる。なお、回収タンク5には、タンクの上部に開放管が連通しており、この開放管は、鉛直方向において、燃料電池スタック1よりも上方に縁在し、その端部は大気開放されている(それ故に、回収タンク5内に回収された冷却水が溢れ出ることなく、タンク内を大気圧にすることができる)。
The
回収回路13には、外部周囲の温度に応じて回路を自律的に開閉する温度反応バルブ6が設けられている。温度反応バルブ6としては、例えば、サーモスタットバルブを用いることができる。この温度反応バルブ6は、外部周囲の温度が、自己の開閉状態を切り替えるための設定温度よりも高い場合には閉弁し、外部周囲の温度が設定温度以下の場合には開弁する。温度反応バルブ6に関する設定温度は、任意に設定することができる。本実施形態では、燃料電池スタック1内の反応水が凍結するような低温時には、温度反応バルブ6の状態が閉状態から開状態へと切り替わり、冷却媒体が回収タンク5へと回収されように、その最適値が実験やシミュレーションを通じて予め設定されている。例えば、冷却媒体として氷点下で凍る冷却水を用いるケースでは、この設定温度は、5℃〜15℃の範囲の値を用いることが好ましい。この温度反応バルブ6は、運転中または常温下(外気温>設定温度)での停止中の場合、外気温がこの設定温度よりも高いことを前提に、温度反応バルブ6が閉状態となる。そのため、回収タンク5には冷却水が進入せず、冷却水はメイン回路11を含む循環系を循環する。
The
また、回収回路13には、温度反応バルブ6をバイパスし、メイン回路11と回収タンク5とを接続するバイパス回路14が設けられている。本実施形態では、このバイパス回路14は、回収回路13において、温度反応バルブ6の上流側と下流側とを接続するように設けられている。このバイパス回路14には、この回路を開閉する開閉バルブ7が設けられており、その開度に応じてバイパス回路14を流れる冷却水の流量を調整することができる。この開閉バルブ7の開度は、後述する制御部10によって制御される。
The
制御部(制御手段)10としては、例えば、CPU、ROM、RAM、入出力インターフェースを主体に構成されるマイクロコンピュータを用いることができる。この制御部10は、ROMに格納された制御プログラムに従い、燃料電池スタック1の冷却に関する各種の処理を行う。制御部10には、これらの処理を行うために、各種センサからの検出信号が入力される。本実施形態において、制御部10に入力される検出信号としては、水位センサ8からの検出信号が挙げられる。水位センサ(検出手段)8は、回収タンク5の冷却水の水位を検出するレベルセンサであるが、より特定的には、そのタンク内に冷却水が存在するか否かを検出できれば足りる。
As the control unit (control means) 10, for example, a microcomputer mainly composed of a CPU, a ROM, a RAM, and an input / output interface can be used. The
このような構成を有する冷却システムにおいて、以下、その詳細な動作について説明する。ここで、図2は、第1の実施形態に係る冷却システムの起動処理の手順を示すフローチャートである。同図に示す処理は、燃料電池スタック1の始動に応じて、制御部10によって実行される。なお、この冷却システムの起動処理と平行して、燃料電池スタック1には燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給され、発電を始動する。この起動処理の前提となる燃料電池スタック1の停止中には、回収回路13の温度反応バルブ6aは外気温に感応して回収回路13の開閉を行っており、バイパス回路14の開閉バルブ7aは閉じられたままとなっている。
The detailed operation of the cooling system having such a configuration will be described below. Here, FIG. 2 is a flowchart showing the procedure of the startup process of the cooling system according to the first embodiment. The processing shown in the figure is executed by the
まず、ステップ1において、制御部10は、水位センサ8の検出値を読み込み、回収タンク内の水位が判定値以上であるか否かを判定する。この判定値には、タンク内に冷却水があると見なせる程度のタンク内水位の下限値が、予め設定されている。すなわち、このステップ1において、制御部10は、回収タンク5内に冷却水が存在するか否かを判定する。燃料電池スタック1が運転を停止している際に、温度反応バルブ6の設定温度以下に外気温が低下した場合には、この温度反応バルブ6が開状態となるため、循環系内の冷却水は、回収回路13を介して回収タンク5に回収された状態となっている(それ故に、回収タンク5には冷却水が存在する)。一方、外気温が設定温度よりも高い場合には、温度反応バルブ6が閉状態のままを維持するので、冷却水は循環系内に留まったままとなる(それ故に、回収タンク5には冷却水は存在しない)。
First, in
このステップ1において肯定判定された場合、すなわち、回収タンク5に冷却水が存在する場合には、ステップ2に進む。一方、このステップ1において否定判定された場合、すなわち、回収タンク5に冷却水が存在しない場合には、ステップ2以降の処理をスキップして、本処理を終了する。
If an affirmative determination is made in
ステップ2において、制御部10は、開閉バルブ7を開弁し、バイパス回路14を開ける。そして、ステップ3において、制御部10は、循環ポンプ2を駆動させる。燃料電池スタック1の始動時、外気温が設定温度以下の場合には、温度反応バルブ6が開状態であるので、この循環ポンプ2の駆動に応じて、回収タンク5内の冷却水は、回収回路13またはバイパス回路14を経由して、メイン回路11を含む循環系へと導出される。
In step 2, the
ステップ4において、制御部10は、ステップ1と同様、回収タンク5内に冷却水が存在するか否かを判定する。このステップ4では、回収タンク5に冷却水が存在する限り、肯定判定されるため、後述するステップ5の処理には進まない。一方、回収タンク5の冷却水が存在しなくなると、ステップ4の判定結果が肯定から否定へと切り替わり、ステップ5に進む。そして、ステップ5において、制御部10は、開閉バルブ7を閉弁し、バイパス回路14を遮断し、本処理を終了する。
In
このように、本実施形態の冷却システムでは、燃料電池スタック1の運転停止時、外気温が設定温度以下となると温度反応バルブ6が閉状態から開状態へと切り替わる。そのため、燃料電池スタック1のセパレータ内にある冷却水は、ポンプの中を逆流し、また、ラジエータ3、メイン回路11に存在する冷却水とともに、重力で回収タンク5内に回収される。この温度反応バルブ6は、外部周囲の気温に反応して自律的に開閉状態が切り替わるので、その温度を適切に設定しておくことで、低温時には冷却水を自動的に回収タンク5に回収することができる。すなわち、低温時には、停止中の状態であっても冷却水が回収タンク5に回収されるので、始動時に循環系から冷却水を回収する必要がなく、起動時間の短縮を図ることができる。
Thus, in the cooling system of the present embodiment, when the operation of the
燃料電池スタック1の運転停止時と、始動時とがともに低温(外気温≦設定温度)の場合は、温度反応バルブ6があれば良い。すなわち、始動時には、回収回路13の温度反応バルブが開状態となっているため、循環ポンプ2を駆動することにより、回収タンク5内に回収された冷却水を循環系に導くことができる。また、燃料電池スタック1が運転を再開し、反応熱などによって外気温が暖められることにより、温度反応バルブ6が閉状態となり、冷却水はメイン回路11を含む閉ループ(循環系)内で循環することとなる。
If the
一方、停止時が低温(外気温≦設定温度)でも、始動時に常温(外気温>設定温度)になっている場合には、温度反応バルブ6は開状態から閉状態へと切り替わっている。この点、本実施形態では、開閉バルブ7を備えたバイパス回路14が設けられている。そのため、起動時、回収タンク5から冷却水を汲み出すときのみ、開閉バルブ7を開き、バイパス回路14を経由して、回収タンク5から冷却水を汲み出す。そして、回収タンク5内の冷却水がなくなった段階で、開閉バルブ7が閉じられる。これにより、停止中に外気温が低温に下がり、回収タンク5に冷却水が回収された後、起動時に常温に戻った場合でも、回収タンク5内の冷却水をメイン回路11に戻すことができる。
On the other hand, even when the temperature is stopped (outside temperature ≦ set temperature), when the temperature is normal (outside temperature> set temperature) at the start, the temperature reaction valve 6 is switched from the open state to the closed state. In this regard, in the present embodiment, a
なお、起動時間の短縮といった点に鑑みれば、燃料電池スタック1の発電を停止する際に、冷却水を回収タンクへ回収することも考えられる。燃料電池スタック1の停止直後に回収する場合には、冷却媒体の温度が運転中の温度のため、粘性が低い状態で排出することができる。しかしながら、冷却媒体を一旦排出してしまうと、停止中の燃料電池スタック1の熱容量が小さくなるため、燃料電池スタック1の温度が外気温に影響され易くなり、短期間の停止あるいは外気温があまり低い温度になっていなくても、スタック温度が低下してしまう。それ故に、起動時にスタックを温めるための時間を要することになるが、本実施形態によれば、このような不都合を解消することができる。
In view of shortening the startup time, it is also conceivable to collect the cooling water in the collection tank when stopping the power generation of the
すなわち、停止直後には、運転中の燃料電池スタック1の発熱が作用して、温度反応バルブ6は閉状態となる。これにより、燃料電池スタック1内部には冷却水が保持されたままとなるので、燃料電池スタック1の熱容量は大きい状態を保つ。それ故に、燃料電池スタック1自体が冷めにくく、保温性が確保される。ところで、一旦冷却水が外気温にまで下がり、かつ、温度反応バルブ6が開状態となるような低温状態となった場合には、メイン回路11を含む循環系の冷却水は回収タンク5に回収される。それ故に、起動時には、燃料電池スタック1は、始動時には熱容量が小さい分、昇温時間が短縮でき、効率よい発電状態まで短時間に到達することができる。
That is, immediately after the stop, the heat generation of the
特に本実施形態では、温度反応バルブ6が、5℃〜15℃の範囲の値を設定温度として、この設定温度を境に、開閉状態が切り替わる。そのため、冷却媒体が水など氷点下で凍る液体を使用する場合には、スタック内で凍結し、スタックが破壊することを抑制することができる。また、冷却媒体が不凍液の場合であっても、停止中に循環系から冷却媒体を排出することができるので、粘性が高く、排出までに時間を要するようなケースでも、始動後に冷却媒体を回収するケースと比較して、起動時間の短縮を図ることができる。 In particular, in the present embodiment, the temperature reaction valve 6 switches the open / closed state with the set temperature as a set temperature in a range of 5 ° C. to 15 ° C. Therefore, when using a liquid that freezes below freezing point, such as water, it is possible to suppress freezing in the stack and destruction of the stack. Even if the cooling medium is antifreeze, the cooling medium can be discharged from the circulation system during stoppage, so even in cases where the viscosity is high and it takes time to discharge, the cooling medium is recovered after startup. Compared with the case where it does, shortening of starting time can be aimed at.
(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池の冷却システムの構成を示す図である。この第2の実施形態における冷却システムは、第1の実施形態と同様、燃料電池スタック1、循環ポンプ2、ラジエータ3、リザーバタンク4、回収タンク5を主体に構成されている。この第2の実施形態に係る燃料電池の冷却システムが、第1の実施形態のそれと相違する点は、燃料電池スタック1を冷却する冷却水の経路において、回収回路13の位置が相違している。なお、第1の実施形態と同一の構成については説明を省略し、以下、相違点について説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a cooling system for a fuel cell according to the second embodiment of the present invention. As in the first embodiment, the cooling system in the second embodiment is mainly composed of the
具体的には、この回収回路13は、メイン回路11と回収タンク5とを接続する点において第1の実施形態と同じであるが、循環ポンプ2の排出側から分岐して、回収タンク5へと接続されている。この回収回路13には、第1の実施形態と同様、温度反応バルブ6aが設けられている。この温度反応バルブ6aは、第1の実施形態における温度反応バルブ6と同様の機能を担うものである。また、バイパス回路14は、メイン回路11の循環ポンプ2の吸入側から分岐して、回収タンク5へと接続されており、これにより、温度反応バルブ6をバイパスし、メイン回路11と回収タンク5とを接続する。このバイパス回路14には、開閉バルブ7aが設けられており、この開閉バルブ7aは、第1の実施形態における開閉バルブ7と同様の機能を担うものである。
Specifically, the
このような構成を有する冷却システムにおいて、以下、その詳細な動作について説明する。ここで、図4は、第2の実施形態に係る冷却システムの起動処理の手順を示すフローチャートである。この図に示す処理は、制御部10によって実行される。なお、この冷却システムの起動処理と平行して、燃料電池スタック1には燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給され、発電を始動する。この起動処理の前提となる燃料電池スタック1の停止中には、回収回路13の温度反応バルブ6は外気温に感応して回収回路13の開閉を行っており、バイパス回路14の開閉バルブ7は閉じられたままとなっている。
The detailed operation of the cooling system having such a configuration will be described below. Here, FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the startup process of the cooling system according to the second embodiment. The processing shown in this figure is executed by the
まず、ステップ10において、制御部10は、水位センサ8からの検出を読み込み、回収タンク内の水位が判定値以上であるか否か、すなわち、回収タンク5内に冷却水が存在するか否かを判定する。このステップ10において肯定判定された場合、すなわち、回収タンク5に冷却水が存在する場合には、ステップ11に進む。一方、このステップ10において否定判定された場合、すなわち、回収タンク5に冷却水が存在しない場合には、ステップ11以降の処理をスキップして、本処理を終了する。
First, in
ステップ11において、制御部10は、開閉バルブ7aを開弁し、バイパス回路14を開ける。そして、ステップ12において、制御部10は、循環ポンプ2を駆動させる。
In
ステップ13において、制御部10は、ステップ10と同様、回収タンク5内に冷却水が存在するか否かを判定する。このステップ13では、回収タンク5に冷却水が存在する限り、肯定判定されるため、後述するステップ14の処理には進まない。一方、回収タンク5の冷却水が存在しなくなると、ステップ13の判定結果が肯定から否定へと切り替わり、ステップ14に進む。そして、ステップ14において、制御部10は、開閉バルブ7aを閉弁し、バイパス回路14を遮断し、本処理を終了する。
In
このように、本実施形態の冷却システムでは、運転中または常温下(外気温>設定温度)で停止している場合、温度反応バルブ6aは閉状態となる。また、開閉バルブ7aも閉状態となっているため、回収タンク5内には冷却水が進入せず、メイン回路11を含む循環系のみに冷却水が存在することとなる。一方、システムが停止し、かつ、外気温が氷点下などの低温(外気温≦設定温度)になった場合、温度反応バルブ6aは開状態となる。そのため、燃料電池スタック1内部を含む循環系内の冷却水は、回収タンク5に回収される。
Thus, in the cooling system of the present embodiment, the temperature reaction valve 6a is in a closed state during operation or when stopped at normal temperature (outside temperature> set temperature). Further, since the open /
また、燃料電池スタック1の発電始動時、冷却水が回収タンク5に存在する場合には、開閉バルブ7aが開状態に制御される。外気温が低温(外気温≦設定温度)のままである場合には、温度反応バルブ6aも開状態のままであり、循環ポンプ2を駆動することにより、回収タンク5と循環ポンプ2との間で冷却水が循環を始める。この間、燃料電池スタック1内部には冷却水がないため、その熱容量は小さく、発電による発熱が促進される。そのため、循環ポンプ2の発熱や、燃料電池スタック1の発電による発熱などで周囲の温度が上がり、冷却水が温まった段階で、温度反応バルブ6aが自然に閉状態となる。そして、回収タンク5内の冷却水が循環ポンプ2によって汲み出され、冷却水は、メイン回路11を含む循環系へと導出される。そして、回収タンク5内に冷却水がなくなる、すなわち、メイン回路11を含む循環系に冷却水が満たされた段階で、開閉バルブ7aが閉じられる。これらにより、メイン回路11を含む循環系内において、冷却水が循環する。
When the
このように、第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を奏するとともに、更に、以下のような効果を奏する。すなわち、始動時、冷却水が氷点下などの低温状態のまま燃料電池スタック1に戻ると、燃料電池スタック1が逆に冷却されてしまう。この点、本実施形態によれば、冷却水の温度が温度反応バルブ6aの設定温度まで上昇した段階で、燃料電池スタック1に冷却水が導出されるので、燃料電池スタック1の発熱による昇温を抑制することなく、燃料電池スタック1の始動をスムーズに行うことができる。
As described above, according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and further, the following effects can be obtained. That is, at the time of start-up, if the cooling water returns to the
(第3の実施形態)
図5は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池の冷却システムの構成を示す図である。この第3の実施形態に係る燃料電池の冷却システムは、基本的に第2の実施形態のそれと同じであるが、その相違点は、回収タンクの構成である。具体的には、第3の実施形態において、回収タンク5aは、タンク内に回収されている冷却水を加温する加温手段として、タンク内にヒータ9を内蔵している。なお、加温手段としては、電熱タイプでもよいし、熱交換器タイプでもよい。また、燃料電池スタック1に供給される圧縮空気の熱を利用し、冷却水を加温する構成であってもよい。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a cooling system for a fuel cell according to the third embodiment of the present invention. The fuel cell cooling system according to the third embodiment is basically the same as that of the second embodiment, but the difference is the configuration of the recovery tank. Specifically, in the third embodiment, the
このような構成を有する冷却システムにおいて、以下、その詳細な動作について説明する。ここで、図4は、第3の実施形態に係る冷却システムの起動処理の手順を示すフローチャートである。この図に示す処理は、制御部10によって実行される。なお、この冷却システムの起動処理と平行して、燃料電池スタック1には燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給され、発電を始動する。この起動処理の前提となる燃料電池スタック1の停止中には、回収回路13の温度反応バルブ6aは外気温に感応して回収回路13の開閉を行っており、バイパス回路14の開閉バルブ7aは閉じられたままとなっている。
The detailed operation of the cooling system having such a configuration will be described below. Here, FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the startup process of the cooling system according to the third embodiment. The processing shown in this figure is executed by the
まず、ステップ20において、制御部10は、水位センサ8からの検出値を読み込み、回収タンク内の水位が判定値以上であるか否か、すなわち、回収タンク5内に冷却水が存在するか否かを判定する。このステップ20において肯定判定された場合、すなわち、回収タンク5に冷却水が存在する場合には、ステップ21に進む。一方、このステップ20において否定判定された場合、すなわち、回収タンク5に冷却水が存在しない場合には、ステップ21以降の処理をスキップして、本処理を終了する。
First, in step 20, the
ステップ21において、制御部10は、開閉バルブ7aを開弁し、バイパス回路14を開放する。そして、ステップ22において、制御部10は、循環ポンプ2に制御信号を出力することで、循環ポンプ2を駆動する。また、ステップ23において、制御部10は、回収タンク5のヒータ9を作動させ、回収タンク5内の冷却水を加温する。
In step 21, the
ステップ24において、制御部10は、ステップ20と同様、回収タンク5内に冷却水が存在するか否かを判定する。このステップ24では、回収タンク5に冷却水が存在する限り、肯定判定されるため、後述するステップ25の処理には進まない。一方、回収タンク5の冷却水が存在しなくなると、ステップ24の判定結果が肯定から否定へと切り替わり、ステップ25に進む。そして、ステップ25において、制御部10は、開閉バルブ7aを閉弁し、バイパス回路14を遮断する。また、ステップ26において、制御部10は、ヒータ9を停止し、本処理を終了する。
In step 24, as in step 20, the
このように、第3の実施形態によれば、第2の実施形態と同様の効果を奏するとともに、更に、以下のような効果を奏する。燃料電池スタック1の発電始動時には、冷却水を回収タンク5と循環ポンプ2との間で循環させるが、この間、ヒータ9が作動しているため、冷却水が加温される。これにより冷却水の温度の上昇が促進される。そのため、始動時に冷却水を早く温めることができ、また、燃料電池スタック1の電力をより多く取り出すことができる。よって、燃料電池スタック1の発熱を促進させることができ、起動時間の短縮を図ることができる。また、冷却水が不凍液ではなく、水のように凍ってしまう場合でも、起動時に始動させることが可能となる。
Thus, according to 3rd Embodiment, while there exists an effect similar to 2nd Embodiment, there exist the following effects further. At the start of power generation of the
1 燃料電池スタック
2 ポンプ
3 ラジエータ
4 リザーバタンク
5 回収タンク
5a 回収タンク
6 温度反応バルブ
6a 温度反応バルブ
7 開閉バルブ
7a 開閉バルブ
8 水位センサ
9 ヒータ
10 制御部
11 メイン回路
12 サブ回路
13 回収回路
14 バイパス回路
DESCRIPTION OF
Claims (7)
冷却媒体を冷却する冷却手段と前記燃料電池とを相互に接続し、前記冷却媒体が前記冷却手段と前記燃料電池との間で循環する循環系を構成する冷却回路と、
鉛直方向において前記燃料電池よりも下方に配置された回収タンクと、
前記冷却回路と前記回収タンクとを接続し、前記燃料電池へ循環する冷却媒体が重力の作用によって前記回収タンクへと導かれる回収回路と、
外部周囲の温度に応じて前記回収回路の開閉を自律的に行う温度反応バルブとを有し、
前記温度反応バルブは、外部周囲の温度が、自己の開閉状態を切り替えるための設定温度よりも高い場合には閉弁し、外部周囲の温度が前記設定温度以下の場合には開弁することを特徴とする燃料電池の冷却システム。 In the fuel cell cooling system,
A cooling circuit that interconnects the cooling means for cooling the cooling medium and the fuel cell, and constitutes a circulation system in which the cooling medium circulates between the cooling means and the fuel cell;
A collection tank disposed below the fuel cell in the vertical direction;
A recovery circuit that connects the cooling circuit and the recovery tank, and a cooling medium circulating to the fuel cell is guided to the recovery tank by the action of gravity;
A temperature reaction valve that autonomously opens and closes the recovery circuit according to the external ambient temperature;
The temperature reaction valve is closed when the external ambient temperature is higher than the set temperature for switching its open / closed state, and is opened when the external ambient temperature is equal to or lower than the set temperature. A fuel cell cooling system.
前記温度反応バルブをバイパスして、前記冷却回路と前記回収タンクとを接続するバイパス回路と、
前記バイパス回路に設けられており、前記バイパス回路の開閉を行う開閉バルブと、
前記回収タンクに冷却媒体が存在するか否かを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記開閉バルブを制御する制御手段とさらに有し、
前記制御手段は、前記燃料電池の発電始動時に、前記回収タンクに冷却媒体が存在する場合には、閉弁状態にある前記開閉バルブを開弁するとともに、前記循環手段を駆動させることを特徴とする請求項1または2に記載された燃料電池の冷却システム。 A circulation means provided in the cooling circuit for circulating the cooling medium in the circulation system according to its own drive;
A bypass circuit that bypasses the temperature reaction valve and connects the cooling circuit and the recovery tank;
An open / close valve provided in the bypass circuit for opening and closing the bypass circuit;
Detecting means for detecting whether a cooling medium is present in the recovery tank;
Control means for controlling the open / close valve based on the detection result of the detection means,
The control means opens the open / close valve in a closed state and drives the circulation means when a cooling medium is present in the recovery tank at the start of power generation of the fuel cell. The fuel cell cooling system according to claim 1 or 2.
前記バイパス回路は、前記回収回路における前記温度反応バルブの上流側と下流側とを接続することを特徴とする請求項3に記載された燃料電池の冷却システム。 The recovery circuit connects a suction side of the circulation means in the cooling circuit and the recovery tank,
4. The fuel cell cooling system according to claim 3, wherein the bypass circuit connects an upstream side and a downstream side of the temperature reaction valve in the recovery circuit.
前記バイパス回路は、前記冷却回路における前記循環手段の吸入側と、前記回収タンクとを接続することを特徴とする請求項3に記載された燃料電池の冷却システム。 The recovery circuit connects a discharge side of the circulation means in the cooling circuit and the recovery tank,
4. The fuel cell cooling system according to claim 3, wherein the bypass circuit connects a suction side of the circulation means in the cooling circuit and the recovery tank.
前記制御手段は、前記燃料電池の発電始動時に、前記回収タンクに冷却媒体が存在する場合には、前記加温手段をさらに作動させることを特徴とする請求項5に記載された燃料電池の冷却システム。 The recovery tank further has a heating means for heating the recovered cooling water,
6. The cooling of a fuel cell according to claim 5, wherein the control means further operates the heating means when a cooling medium is present in the recovery tank at the start of power generation of the fuel cell. system.
外部周囲の温度が規定の温度以下となることを条件として、前記循環系に接続する回収回路の開閉状態が閉状態から開状態へと自律的に切り替わり、前記燃料電池内の冷却媒体が重力の作用によって前記回収回路を介して回収タンクへと回収されることを特徴する燃料電池の冷却システム。 In a fuel cell cooling system having a circulation system in which a cooling medium circulates between a cooling means for cooling the cooling medium and the fuel cell,
On the condition that the external ambient temperature is below a specified temperature, the open / close state of the recovery circuit connected to the circulation system autonomously switches from the closed state to the open state, and the cooling medium in the fuel cell A fuel cell cooling system, wherein the fuel cell is recovered to a recovery tank through the recovery circuit by an action.
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JP2005075345A JP2006260896A (en) | 2005-03-16 | 2005-03-16 | Fuel cell cooling system |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008256184A (en) * | 2007-04-09 | 2008-10-23 | Toyota Motor Corp | Lubricating device |
US7947171B2 (en) * | 2003-11-13 | 2011-05-24 | Nissan Motor Co., Ltd. | Cooling device for fuel cell |
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2005
- 2005-03-16 JP JP2005075345A patent/JP2006260896A/en active Pending
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US7947171B2 (en) * | 2003-11-13 | 2011-05-24 | Nissan Motor Co., Ltd. | Cooling device for fuel cell |
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