JP2007134241A - Fuel cell cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却水を循環させて燃料電池を冷却する燃料電池冷却システムに係り、特に冷却水の長時間の保温と昇温時間の短縮とを両立させる燃料電池冷却システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell cooling system that circulates cooling water to cool a fuel cell, and more particularly, to a fuel cell cooling system that achieves both long-term insulation of cooling water and shortening of temperature rising time.
近年の環境問題、特に自動車の排気ガスによる大気汚染や二酸化炭素による地球温暖化の問題に対して、クリーンな排気及び高いエネルギー効率を可能とする電力源として、燃料電池技術が注目されている。 Fuel cell technology is attracting attention as a power source that enables clean exhaust and high energy efficiency against environmental problems in recent years, particularly air pollution caused by automobile exhaust gas and global warming caused by carbon dioxide.
燃料電池は、燃料ガスとしての水素ガスと酸化剤ガスとしての空気を燃料電池スタックに供給し、電気化学反応を起こして化学エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換システムである。 A fuel cell is an energy conversion system that supplies hydrogen gas as a fuel gas and air as an oxidant gas to a fuel cell stack and causes an electrochemical reaction to convert chemical energy into electric energy.
このような燃料電池システムの中でも特に高い出力密度を有する固体高分子電解質型燃料電池は、スタック温度が85℃以下になるように制御することが一般的であるため、ラジエータ等の熱交換器と冷却水を循環させるポンプなどを含んだ冷却システムを備えている。 Among such fuel cell systems, a solid polymer electrolyte fuel cell having a particularly high power density is generally controlled so that the stack temperature is 85 ° C. or lower. Therefore, a heat exchanger such as a radiator and the like It has a cooling system including a pump that circulates cooling water.
このような冷却システムを備えた燃料電池システムの従来例として、例えば特開2004−158279号公報(特許文献1)が開示されている。 As a conventional example of a fuel cell system provided with such a cooling system, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-158279 (Patent Document 1) is disclosed.
この従来例では、放熱によって冷却水を冷却するラジエータと、ラジエータをバイパスして冷却水を流すバイパス通路とを備え、燃料電池スタックとバイパス通路をFCボックス内に収納して暖機時に冷却水をバイパス通路へ流すことによって、冷却水の熱が外部へ放熱することを防止していた。
しかしながら、上述した従来の燃料電池システムでは、断熱されたFCボックス内にバイパス通路と燃料電池スタックを収納しているので、燃料電池スタックの発熱によって昇温させるにはFCボックスの熱容量の大きさによって昇温時間が左右される。 However, in the above-described conventional fuel cell system, the bypass passage and the fuel cell stack are accommodated in the insulated FC box. Therefore, in order to raise the temperature by the heat generation of the fuel cell stack, depending on the heat capacity of the FC box The temperature rise time is affected.
このときFCボックスの熱容量が小さいと、昇温時間は早くなるものの外気の影響を受けやすくなるので、システムが停止してから起動するまでの放置時間が短くてもFCボックス内が外気と同じ氷点下に下がってしまう。逆に、配管を太くするなどFCボックスの熱容量を大きくすると、外気の影響を受けにくくなるので、システムの起動時に外気よりも高い温度で保温されている場合があるものの昇温に長い時間がかかってしまう。 At this time, if the heat capacity of the FC box is small, the temperature rise time will be faster, but it will be easily affected by the outside air. Will fall. Conversely, if the heat capacity of the FC box is increased, such as by making the pipe thicker, it will be less susceptible to the influence of outside air, so it may take a long time to rise, although it may be kept at a higher temperature than the outside air at system startup. End up.
このように、上述した従来の燃料電池システムでは、冷却水の昇温を早くして尚且つFCボックス内を長期に保温するという背反することを両立させることは困難であった。 As described above, in the above-described conventional fuel cell system, it has been difficult to achieve both the contradiction of increasing the temperature of the cooling water and keeping the inside of the FC box warm for a long time.
上述した課題を解決するために、本発明の燃料電池冷却システムは、冷却水を循環させて燃料電池を冷却する燃料電池冷却システムであって、冷却水の放熱を行なうラジエータへ冷却水を循環させるラジエータ経路と、冷却水を貯留するタンクへ冷却水を循環させるタンク経路と、前記ラジエータと前記タンクとをバイパスして冷却水を循環させるバイパス経路とを備え、前記燃料電池の起動時に前記タンクに貯留された冷却水の水温が氷点下以下のときには前記バイパス経路へ冷却水が流れるように経路を切り替え、前記タンクに貯留された冷却水の水温が氷点下より高いときには前記タンク経路へ冷却水が流れるように経路を切り替えて前記燃料電池の入口における水温が0℃以上になると徐々に前記バイパス経路に経路を切り替えていくことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a fuel cell cooling system according to the present invention is a fuel cell cooling system that circulates cooling water to cool the fuel cell, and circulates the cooling water to a radiator that radiates the cooling water. A radiator path, a tank path that circulates the cooling water to a tank that stores the cooling water, and a bypass path that bypasses the radiator and the tank and circulates the cooling water. When the water temperature of the stored cooling water is below the freezing point, the path is switched so that the cooling water flows to the bypass path, and when the cooling water temperature stored in the tank is higher than the freezing point, the cooling water flows to the tank path. When the water temperature at the inlet of the fuel cell becomes 0 ° C. or higher, the path is gradually switched to the bypass path. It is characterized in.
本発明に係る燃料電池冷却システムでは、冷却水を貯留するタンクを備えているので、熱容量を大きくすることができ、システムの停止時に冷却水の水温低下を抑制することができる。特にタンク内に貯留された冷却水の水温低下を抑制することができる。 In the fuel cell cooling system according to the present invention, since the tank for storing the cooling water is provided, the heat capacity can be increased, and a decrease in the cooling water temperature can be suppressed when the system is stopped. In particular, it is possible to suppress a decrease in the temperature of the cooling water stored in the tank.
また、タンクに貯留された冷却水の水温が氷点下以下のときにはバイパス経路を利用して冷却水を循環させるので、大部分の冷却水はタンク内に貯留され、バイパス経路内にある少ない冷却水を昇温すればよいことになり、熱容量を小さくして昇温時間を短縮することができる。 In addition, when the coolant temperature stored in the tank is below freezing point, the coolant is circulated using the bypass route, so most of the coolant is stored in the tank, and less coolant water in the bypass route is used. It is only necessary to raise the temperature, and the heat capacity can be reduced to shorten the temperature raising time.
したがって、従来では困難であった昇温時間の短縮と保温時間の延長とを両立させることが可能となる。 Therefore, it is possible to achieve both shortening of the temperature raising time and extension of the heat retention time, which were difficult in the past.
以下、本発明に係わる燃料電池冷却システムを適用した燃料電池システムの実施例を図面とともに説明する。 Embodiments of a fuel cell system to which a fuel cell cooling system according to the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
以下、本発明の実施例1を図面に基づいて説明する。図1は本実施例に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to this embodiment.
図1に示すように、本実施例の燃料電池システム1は、燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池スタック2と、放熱によって冷却水を冷却するラジエータ3と、ラジエータ3へ冷却水を循環させるラジエータ経路4と、冷却水を貯留するタンク5と、タンク5へ冷却水を循環させるタンク経路6と、ラジエータ3とタンク5をバイパスするバイパス経路7と、ラジエータ経路4とバイパス経路7とを切り替える第1三方バルブ8と、タンク経路6とバイパス経路7とを切り替える第2三方バルブ9と、冷却水を循環させる冷却水ポンプ10と、燃料電池スタック2とタンク5とバイパス経路7とを収納する断熱ボックス11と、燃料電池スタック2の入口における冷却水の水温を検出する入口水温センサ12と、燃料電池スタック2の出口における冷却水の水温を検出する出口水温センサ13と、タンク5に貯留されている冷却水の水温を検出するタンク水温センサ14と、ECU(Electric Control Unit)100とを備えている。
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 of this embodiment includes a
上述した燃料電池システム1において、燃料電池スタック2ではアノードに燃料ガスである水素ガスが供給され、カソードに酸化剤ガスである空気が供給されて以下に示す電気化学反応によって発電が行われている。
In the fuel cell system 1 described above, in the
アノード(陽極):H2→2H++2e- (1)
カソード(陰極):2H++2e-+(1/2)O2→H2O (2)
そして、燃料電池スタック2に水素を供給する水素供給系では、水素タンクから減圧弁や水素供給弁などを通じて燃料電池スタック2のアノードに水素ガスが供給されている。
Anode (anode): H2 → 2H ++ 2e- (1)
Cathode (Cathode): 2H ++ 2e-+ (1/2) O2 → H2O (2)
In the hydrogen supply system that supplies hydrogen to the
一方、酸化剤ガスである空気を供給する空気供給系では、コンプレッサによって外部から吸入された空気が加圧され、燃料電池スタック2のカソードに供給されている。
On the other hand, in an air supply system that supplies air that is an oxidant gas, air sucked from the outside is pressurized by the compressor and supplied to the cathode of the
また、タンク5は、その容量が燃料電池スタック2の冷却水保有量と同等か、それ以上の容積があるので、起動時にタンク5に保管されている温度の高い冷却水を、冷たくなった燃料電池スタック2内に充満させることができ、これによって燃料電池スタック2の起動時における温度上昇を加速して起動時間をより短縮することができる。
In addition, since the
さらに、断熱ボックス11は、外部から断熱されており、燃料電池スタック2とタンク5とバイパス経路7とを収納しているので、タンク5に貯留されている大量の冷却水を利用して断熱ボックス11内を長時間保温することができ、これによって燃料電池スタック2の起動時間をより短縮することができる。
Furthermore, since the
ECU(制御手段)100は、燃料電池スタック2の運転のほか、入口水温センサ12、出口水温センサ13、タンク水温センサ14で検出された各温度に基づいて、三方バルブ8、9の切り替え、及び冷却水ポンプ10の運転などを制御している。このECU100は、CPU、ROM、RAMなどを備えたマイクロコンピュータにより構成されている。なお、ECU100の機能のうち、冷却水の経路切り替えに係わる処理は他のECUで実施されるものであってもよい。
In addition to the operation of the
次に、本実施例の燃料電池システム1の起動時における冷却水の経路切り替え処理を図2のフローチャートに基づいて説明する。 Next, the cooling water path switching process when the fuel cell system 1 of this embodiment is started will be described with reference to the flowchart of FIG.
図2に示すように、燃料電池スタック2が起動されると、ECU100は冷却水ポンプ10の運転を開始する(S201)。このとき外気温が氷点下の場合であっても、断熱ボックス11に囲まれた冷却水の循環経路は外気温の影響を受けにくくなっており、さらにタンク5の中に冷却水を貯留しているので、熱容量が大きくなってより外気温の影響を受けにくい構造となっている。
As shown in FIG. 2, when the
そして、ECU100は、タンク5内の水温をタンク水温センサ14によって検出し、水温が0℃より高い温度を保持しているか否かを判定する(S202)。ここで、タンク5の水温が0℃より高い場合には、第1及び第2三方バルブ8、9を切り替えて冷却水がタンク経路6とタンク5を循環するように経路を切り替える(S203)。
Then, the
この後、燃料電池スタック2の発電を開始し(S204)、冷却水の温度を上昇させ(S205)、次に出口温度センサ13によって燃料電池スタック2の出口における冷却水の水温を検出して通常運転時に要求される運転温度に上昇したか否かを判定する(S206)。
Thereafter, power generation of the
そして、燃料電池スタック2の出口における水温が運転温度よりも高くなったら、第1及び第2三方バルブ8、9を切り替えて冷却水がバイパス経路7を循環するように経路を切り替えて(S207)バイパス経路7に残っていた冷たい冷却水を混入していく。
When the water temperature at the outlet of the
また、システムを長期間停止したまま放置した場合などにタンク5内の水温が外気温並の氷点下になっているとステップS202で判定された場合も、同様に第1及び第2三方バルブ8、9をバイパス経路7側に切り替えて冷却水がバイパス経路7へ流れるように経路を切り替える(S207)。
Similarly, when it is determined in step S202 that the water temperature in the
こうして第1及び第2三方バルブ8、9をバイパス経路7側に切り替えたら、燃料電池スタック2の通常運転を開始して(S208)、本実施例の燃料電池システム1の起動時における冷却水の経路切り替え処理を終了する。
When the first and second three-
ここで、上述した冷却水の経路切り替え処理を実施した場合における冷却水の水温変化を説明する。 Here, the coolant temperature change in the case where the above-described cooling water path switching process is performed will be described.
まず、タンク5が設置されていない従来の燃料電池システムにおける冷却水の水温変化を図3に基づいて説明する。図3に示すように、燃料電池スタックが運転を停止すると、ラジエータをバイパスするバイパス部の水温と燃料電池スタック内の水温は、燃料電池スタックの運転温度から外気温まで同様の変化で低下していき、燃料電池スタックを起動した場合も外気温から運転温度まで同様に上昇していく。
First, the temperature change of the cooling water in the conventional fuel cell system in which the
これに対して、本実施例の燃料電池システム1では、図4に示すように燃料電池スタック2が運転を停止すると、タンク5に大量の冷却水が貯留されているので、熱容量が大きくなってタンク5の水温は下がりにくくなる。これに次いで燃料電池スタック2内の水温が下がりにくくなって、バイパス経路7の水温が最も早く外気温まで低下する。
On the other hand, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, when the
この後、燃料電池スタック2を起動したときに、タンク5内の水温が0℃以上の場合にはタンク経路6を冷却水が循環するので、タンク5内の水温は燃料電池スタック2内の水温まで一度下がってから上昇し始め、その後燃料電池スタック2の水温とタンク5の水温は同様の変化で上昇していく。この間バイパス経路7に冷却水は流れないので、バイパス経路7の水温は外気温のままとなる。
Thereafter, when the
そして、燃料電池スタック2の水温とタンク5の水温が燃料電池スタック2の運転温度まで上昇すると、第1及び第2三方バルブ8、9を切り替えてバイパス経路7へ冷却水を流すので、バイパス経路7の水温が上昇し始める。
When the water temperature of the
一方、燃料電池スタック2の停止中にタンク5内の水温が0℃以下まで低下した場合には、図5に示すように燃料電池スタック2を起動したときに第1及び第2三方弁8、9を切り替えてバイパス経路7へ冷却水が流れるようにする。
On the other hand, when the water temperature in the
これにより、燃料電池スタック2の起動後にはタンク5に貯留された冷却水は循環しないのでタンク5内の水温は外気温と同じ温度のまま上昇せず、バイパス経路7の水温と燃料電池スタック2内の水温が上昇していく。このとき、バイパス経路7内にある少ない量の冷却水のみを加熱すればよいので、急速に冷却水の温度を燃料電池スタック2の運転温度まで上昇させることができる。
As a result, the cooling water stored in the
このように、本実施例の燃料電池システム1では、冷却水を貯留するタンク5を備えているので、熱容量を大きくすることができ、システムの停止時に冷却水の水温低下を抑制することができる。特にタンク5内に貯留された冷却水の水温低下を抑制することができる。
Thus, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, since the
また、タンク5に貯留された冷却水の水温が氷点下以下のときにはバイパス経路7を利用して冷却水を循環させるので、大部分の冷却水はタンク5内に貯留され、バイパス経路7内にある少ない冷却水を加熱すればよいことになり、熱容量を小さくして昇温時間を短縮することができる。
Further, when the coolant temperature stored in the
したがって、従来では困難であった昇温時間の短縮と保温時間の延長とを両立させることが可能となった。 Therefore, it has become possible to achieve both shortening of the temperature raising time and extension of the heat retention time, which were difficult in the past.
また、本実施例の燃料電池システム1では、タンク5の容量を燃料電池スタック2の冷却水保有量と同等か、それ以上することにより、起動時にタンク5に保管されていた保温状態の冷却水を冷たくなった燃料電池スタック2内に充満させることができ、これによって燃料電池スタック2の起動時における温度上昇を加速して起動時間をより短縮することができる。
Further, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, the capacity of the
さらに、本実施例の燃料電池システム1では、燃料電池スタック2とタンク5とバイパス経路7とを外部から断熱された断熱ボックス11の中に設置したので、タンク5に貯留された大量の冷却水を利用して断熱ボックス11内を長時間保温することができ、これによって燃料電池スタック2の起動時間をより短縮することができる。
Furthermore, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, the
次に、本発明の実施例2を図6に基づいて説明する。図6は、本実施例の燃料電池システムの起動時における冷却水の経路切り替え処理を示すフローチャートである。ただし、本実施例の燃料電池システムの構成は実施例1と同一なので、詳しい説明は省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flow chart showing the cooling water path switching process when the fuel cell system of this embodiment is started. However, since the configuration of the fuel cell system of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
図6に示すように、ステップS301〜S305までの処理は上述した図2のステップS201〜S205の処理と同一なので、詳しい説明は省略する。 As shown in FIG. 6, the processing from step S301 to S305 is the same as the processing from step S201 to S205 in FIG.
ECU100は、ステップS305において燃料電池スタック2の発電により冷却水温度が上昇し始めたら、入口温度センサ12によって燃料電池スタック2の入口における冷却水の水温を検出して0℃以上に上昇したか否かを判定する(S306)。
When the coolant temperature starts to rise due to the power generation of the
そして、燃料電池スタック2の入口における水温が0℃以上に上昇したら、第2三方バルブ9をバイパス経路7側に少しだけ開いて少量の冷却水がバイパス経路7へ流れるようにする(S307)。このとき冷却水の水温が0℃以下にならないように第2三方バルブ9の開度を調節する。
When the water temperature at the inlet of the
こうして第2三方バルブ9をバイパス経路7側に少しだけ開いたら、第2三方バルブ9の開度がバイパス経路7側に全開になっているか否かを判定し(S308)、全開になっていない場合にはステップS306に戻って上述した処理を繰り返し、第2三方バルブ9の開度がバイパス経路7側に全開になるまで序々に開いていく。
If the second three-way valve 9 is slightly opened to the
そして、第2三方バルブ9の開度がバイパス経路7側に全開になったら、燃料電池スタック2の通常運転を開始して(S309)、本実施例の燃料電池システムの起動時における冷却水の経路切り替え処理を終了する。
When the opening degree of the second three-way valve 9 is fully opened to the
また、ステップS302においてシステムを長期間停止したまま放置していた場合などにタンク5内の水温が外気温並の氷点下になっていると判定された場合には、第1及び第2三方バルブ8、9をバイパス経路7側に切り替えて冷却水がバイパス経路7へ流れるようにしてから(S310)、燃料電池スタック2の通常運転を開始して(S309)、本実施例の燃料電池システムの起動時における冷却水の経路切り替え処理を終了する。
If it is determined in step S302 that the system has been stopped for a long period of time or the like, and the water temperature in the
ここで、上述した冷却水の経路切り替え処理を実施した場合における冷却水の水温変化を説明する。 Here, the coolant temperature change in the case where the above-described cooling water path switching process is performed will be described.
本実施例の燃料電池システムでは、図7に示すように燃料電池スタック2が運転を停止すると、バイパス経路7の水温が最も低くなり、次いで燃料電池スタック2内の水温が低くなり、タンク5の水温が最も高くなる。
In the fuel cell system of this embodiment, when the
そして、タンク5内の水温が0℃以上のときに燃料電池スタック2を起動すると、まず第1及び第2三方バルブ8、9をタンク経路6側に切り替えるので、タンク経路6を冷却水が循環し、タンク5内の水温は燃料電池スタック2内の水温まで一度下がってから上昇し始める。
When the
その後、燃料電池スタック2の入口における水温が0℃以上に上昇すると、第2三方バルブ9を徐々にバイパス経路7側へ開き始めるので、バイパス経路7の水温が上昇していく。
Thereafter, when the water temperature at the inlet of the
そして、第2三方バルブ9がバイパス経路7側へ全開になると、燃料電池スタック2の水温とバイパス経路7の水温は燃料電池スタック2の運転温度まで同様に上昇していく。
When the second three-way valve 9 is fully opened to the
このように、本実施例の燃料電池システムでは、タンク5に貯留された冷却水の水温が氷点下より高いときには、まずタンク経路6へ冷却水が流れるように経路を切り替えるので、燃料電池スタック2の起動直後は温度の比較的高いタンク5内の冷却水を利用して水温を上昇させることができる。
Thus, in the fuel cell system of this embodiment, when the temperature of the cooling water stored in the
その後、燃料電池スタック2の入口における水温が0℃以上になると徐々にバイパス経路7に経路を切り替えていくので、循環する冷却水の流量を減らして熱容量を低下させ、これによって急速に冷却水の水温を上昇させることができる。
Thereafter, when the water temperature at the inlet of the
次に、本発明の実施例3を図8に基づいて説明する。図8は、本実施例の燃料電池システムの起動時における冷却水の経路切り替え処理を示すフローチャートである。ただし、本実施例の燃料電池システムの構成は実施例1と同一なので、詳しい説明は省略する。 Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing a coolant switching process when the fuel cell system according to the present embodiment is started. However, since the configuration of the fuel cell system of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
図8に示すように、燃料電池スタック2が起動されると、ECU100は冷却水ポンプ10の運転を開始し(S401)、出口水温センサ13によって検出される燃料電池スタック2の出口における水温が燃料電池スタック2の運転時に要求される運転温度よりも低いか否かを判定する(S402)。
As shown in FIG. 8, when the
ここで、燃料電池スタック2の出口における水温が運転温度よりも低いときには、上述した実施例2で説明した図6のステップS302〜S310までの処理と同一の処理をステップS403〜S411で実施する。
Here, when the water temperature at the outlet of the
一方、ステップS402において燃料電池スタック2の出口における水温が運転温度以上であると判定されたときには、第1三方バルブ8をラジエータ経路4側に開いて冷却水がラジエータ3へ流れるように経路を切り替えてから(S412)、燃料電池スタック2の通常運転を開始して(S410)、本実施例の燃料電池システムの起動時における冷却水の経路切り替え処理を終了する。
On the other hand, when it is determined in step S402 that the water temperature at the outlet of the
このように、本実施例の燃料電池システムでは、燃料電池スタック2の起動時に燃料電池スタック2の出口における水温が運転温度よりも高いときにはラジエータ経路4へ冷却水が流れるように経路を切り替えるので、燃料電池スタック2の起動時に冷却水の温度及び外気温がどのような状態であっても燃料電池スタック2の加熱を防止することができる。例えば、外気温が氷点下であってもいわゆるホットリスタートの場合に燃料電池スタック2を冷却することができ、燃料電池スタック2の加熱を防止することができる。
Thus, in the fuel cell system of this embodiment, when the temperature of the water at the outlet of the
次に、本発明の実施例4を図9に基づいて説明する。図9は、本実施例の燃料電池システムの停止時における冷却水の経路切り替え処理を示すフローチャートである。ただし、本実施例の燃料電池システムの構成は実施例1と同一なので、詳しい説明は省略する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a flowchart showing a coolant water path switching process when the fuel cell system according to this embodiment is stopped. However, since the configuration of the fuel cell system of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
図9に示すように、まず燃料電池スタック2の運転停止を知らせる指令が入力されると(S501)、ECU100は第1及び第2三方バルブ8、9をタンク経路6側へ切り替えて(S502)運転温度まで上昇している冷却水をタンク5内へ循環させる。
As shown in FIG. 9, first, when a command for notifying the operation stop of the
そして、タンク水温センサ14で検出されるタンク5内の水温と、出口水温センサ13で検出される燃料電池スタック2の出口水温とがほぼ等しくなったか否かを判定し(S503)、ほぼ等しくなった場合には燃料電池スタック2の発電を停止し(S504)、冷却水ポンプ10を停止して(S505)、本実施例の燃料電池システムの停止時における冷却水の経路切り替え処理を終了する。
Then, it is determined whether or not the water temperature in the
このように、本実施例の燃料電池システムでは、燃料電池スタック2の停止時にタンク経路6へ冷却水が流れるように経路を切り替えてタンク5内の水温と燃料電池スタック2の出口における水温が等しくなるまで冷却水を循環させてから燃料電池スタック2を停止するので、燃料電池スタック2の発熱で温度上昇した冷却水を停止直前にタンク5に保管することができ、システム停止後次の起動までの間最大限長く保温することができる。
Thus, in the fuel cell system of the present embodiment, the path is switched so that the cooling water flows to the
また、燃料電池スタック2とバイパス経路7とタンク5を同じ断熱ボックス11内に収納しているため、運転中にタンク5の水温は序々に燃料電池スタック2と同じ温度になっていく。しかし、短時間で運転を停止した場合には、タンク5が運転温度にまで上昇していない場合がある。このとき、燃料電池スタック2の発熱で温度上昇した冷却水を停止直前にタンク5に保管することで、システム停止後次の起動までの間保温時間を最大限長くすることができる。なお、システムの運転中に冷却水を徐々にタンク5へ入れていくことも可能であるが、システムの停止直前にタンク5へ冷却水を入れた方がより効率的に保温することができる。
Further, since the
次に、本発明の実施例5を図10に基づいて説明する。図10は、本実施例の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system of this embodiment.
図10に示すように、本実施例の燃料電池システム51は、燃料電池スタック2とタンク5の間にバイパス経路52を設置したことが実施例1と異なっており、その他の構成は実施例1と同一なので、詳しい説明は省略する。
As shown in FIG. 10, the
このように、本実施例の燃料電池システム51では、バイパス経路52をタンク5と燃料電池スタック2との間に配置したので、バイパス経路52を熱容量の大きい部品で囲むことができ、バイパス経路52をより長時間保温することができる。
As described above, in the
次に、本発明の実施例6を図11に基づいて説明する。図11は、本実施例の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
Next,
図11に示すように、本実施例の燃料電池システム61は、タンク5にヒータ62を設置したことが実施例1と異なっており、その他の構成は実施例1と同一なので、詳しい説明は省略する。
As shown in FIG. 11, the
ここで、ヒータ62は、燃料電池スタック2の起動時に、ECU100の制御により燃料電池スタック2で発電された電力が供給されてタンク5に貯留されている冷却水を加熱する。
Here, when the
このように、本実施例の燃料電池システム61では、タンク5にヒータ62を設置して冷却水を加熱するようにしたので、燃料電池スタック2の起動時間をより短縮することができる。また、ヒータ62を容積の大きいタンク5内に設置したので、ヒータ62による局部的な加熱を抑制することができる。
Thus, in the
次に、本発明の実施例7を図12に基づいて説明する。図12は、本実施例の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system of the present embodiment.
図12に示すように、本実施例の燃料電池システム71は、冷却水の導電率を検出するイオンセンサ72と、冷却水のイオンを除去するためにタンク5に設置されたイオンフィルタ73とをさらに備えたことが実施例1と異なっており、その他の構成は実施例1と同一なので、詳しい説明は省略する。
As shown in FIG. 12, the
一般に燃料電池の冷却システムでは、燃料電池スタックから冷却水を通して電気が流れないように冷却水の導電率を低く保つ必要がある。そこで、本実施例の燃料電池システム71では、ECU100がイオンセンサ72によって冷却水の導電率を検出し、検出された導電率が所定値以上になると、第1及び第2三方バルブ8、9を切り替えてタンク経路6へ冷却水を流してタンク5に設置されたイオンフィルタ73によって冷却水中のイオンを除去している。
In general, in a fuel cell cooling system, it is necessary to keep the conductivity of cooling water low so that electricity does not flow from the fuel cell stack through the cooling water. Therefore, in the
このように、本実施例の燃料電池システム71では、冷却水の導電率を検出するイオンセンサ72と、冷却水のイオンを除去するためにタンク5に設置されたイオンフィルタ73とをさらに備え、イオンセンサ72によって検出された導電率が所定値以上になるとタンク経路6へ冷却水が流れるように経路を切り替えるので、イオンフィルタ73によって冷却水中のイオンを除去することができ、冷却水の導電率を低い状態に保つことができる。
As described above, the
また、タンク5内にイオンフィルタ73を設置したことにより、イオンフィルタを設置するための別のバイパス回路を設置する必要がなくなり、省スペースを実現することができる。さらに、タンク5が断熱されていることにより冷却水の水温を高い状態に保つことができるので、イオンフィルタ73のイオン交換性能をより高効率にすることができる。また、導電率の特性から、低温時は高温時に比べて同じイオン成分でも導電率値(電気の流れ具合)が低くなる。そこで、この特性を利用して起動時にはバイパス経路7のみに冷却水を流すことにより、冷たい冷却水が循環して冷却水の導電率を低くすることができる。
Moreover, since the
以上、本発明の燃料電池システムについて、図示した実施例に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。 Although the fuel cell system of the present invention has been described based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part is replaced with an arbitrary configuration having the same function. Can do.
1、51、61、71 燃料電池システム
2 燃料電池スタック
3 ラジエータ
4 ラジエータ経路
5 タンク
6 タンク経路
7、52 バイパス経路
8 第1三方バルブ
9 第2三方バルブ
10 冷却水ポンプ
11 断熱ボックス
12 入口水温センサ
13 出口水温センサ
14 タンク水温センサ
62 ヒータ
72 イオンセンサ
73 イオンフィルタ
100 ECU(制御手段)
1, 51, 61, 71
Claims (8)
冷却水の放熱を行なうラジエータへ冷却水を循環させるラジエータ経路と、冷却水を貯留するタンクへ冷却水を循環させるタンク経路と、前記ラジエータと前記タンクとをバイパスして冷却水を循環させるバイパス経路と、前記各経路の切り替えを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記燃料電池の起動時に前記タンクに貯留された冷却水の水温が氷点下以下のときには前記バイパス経路へ冷却水が流れるように経路を切り替え、
前記タンクに貯留された冷却水の水温が氷点下より高いときには前記タンク経路へ冷却水が流れるように経路を切り替えて、前記燃料電池の入口における水温が0℃以上になったときは徐々に前記バイパス経路に経路を切り替えていくことを特徴とする燃料電池冷却システム。 A fuel cell cooling system for circulating a cooling water to cool a fuel cell,
A radiator path that circulates cooling water to a radiator that radiates cooling water, a tank path that circulates cooling water to a tank that stores cooling water, and a bypass path that circulates cooling water by bypassing the radiator and the tank And a control means for controlling switching of each route,
The control means switches the path so that the cooling water flows to the bypass path when the temperature of the cooling water stored in the tank when the fuel cell is started is below the freezing point,
When the water temperature of the cooling water stored in the tank is higher than below freezing point, the path is switched so that the cooling water flows to the tank path, and when the water temperature at the inlet of the fuel cell becomes 0 ° C. or higher, the bypass is gradually A fuel cell cooling system characterized by switching a route to a route.
前記制御手段は、前記イオンセンサによって検出された導電率が所定値以上になると前記タンク経路へ冷却水が流れるように経路を切り替えることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の燃料電池冷却システム。 An ion sensor that detects the conductivity of the cooling water, and an ion filter installed in the tank to remove cooling water ions;
The said control means switches a path | route so that cooling water may flow into the said tank path | route, if the electrical conductivity detected by the said ion sensor becomes more than predetermined value. A fuel cell cooling system according to claim 1.
The fuel cell cooling system according to any one of claims 1 to 7, wherein the fuel cell, the tank, and the bypass path are installed in a heat insulation box insulated from the outside. .
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- 2005-11-11 JP JP2005327918A patent/JP2007134241A/en active Pending
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