JP2007134241A - Fuel cell cooling system - Google Patents

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真一郎 竹本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain both long-time heat insulation and shortening of temperature-raising time of cooling water, in a fuel cell cooling system cooling a fuel cell by circulation of cooling water. <P>SOLUTION: The fuel cell cooling system is provided with a radiator channel 4 circulating cooling water to a radiator 3 carrying out radiation of the cooling water, a tank channel 6 circulating the cooling water to a tank 5 for storing it, and a bypass channel 7 for circulating the cooling water by bypassing the radiator 3 and the tank 5. Channels are to be changed over by an ECU 100 so that, if water temperature of the tank 5 is below freezing point at start-up of the fuel cell stack 2, the cooling water is made to flow through the bypass channel 7, and, if it is above freezing point, the cooling water is made to flow through the tank channel 6. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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。
特開2004−158279号公報
This conventional example includes a radiator that cools the cooling water by heat radiation, and a bypass passage that bypasses the radiator and allows the cooling water to flow. The fuel cell stack and the bypass passage are housed in an FC box so that the cooling water is supplied during warm-up. By flowing to the bypass passage, the heat of the cooling water was prevented from radiating to the outside.
JP 2004-158279 A

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 fuel cell stack 2 that is supplied with fuel gas and an oxidant gas and generates electric power through an electrochemical reaction, and a radiator 3 that cools cooling water by heat dissipation. A radiator path 4 for circulating cooling water to the radiator 3, a tank 5 for storing cooling water, a tank path 6 for circulating cooling water to the tank 5, a bypass path 7 for bypassing the radiator 3 and the tank 5, and a radiator A first three-way valve 8 for switching between the path 4 and the bypass path 7, a second three-way valve 9 for switching between the tank path 6 and the bypass path 7, a cooling water pump 10 for circulating cooling water, the fuel cell stack 2 and the tank 5 and the heat insulating box 11 that stores the bypass path 7, and the inlet water temperature sensor 1 that detects the coolant temperature at the inlet of the fuel cell stack 2. An outlet water temperature sensor 13 for detecting the coolant temperature at the outlet of the fuel cell stack 2, a tank water temperature sensor 14 for detecting the coolant temperature stored in the tank 5, an ECU (Electric Control Unit) 100, It has.

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 fuel cell stack 2, hydrogen gas, which is fuel gas, is supplied to the anode, and air, which is oxidant gas, is supplied to the cathode, and power generation is performed by the following electrochemical reaction. .

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 fuel cell stack 2, hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank to the anode of the fuel cell stack 2 through a pressure reducing valve, a hydrogen supply valve, and the like.

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 fuel cell stack 2.

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 tank 5 has a capacity equal to or larger than the amount of cooling water retained in the fuel cell stack 2, the high-temperature cooling water stored in the tank 5 at the time of start-up is cooled with the cooled fuel. The battery stack 2 can be filled, whereby the temperature rise at the start of the fuel cell stack 2 can be accelerated and the start-up time can be further shortened.

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 heat insulation box 11 is insulated from the outside and houses the fuel cell stack 2, the tank 5, and the bypass path 7, the heat insulation box 11 uses a large amount of cooling water stored in the tank 5. 11 can be kept warm for a long time, whereby the startup time of the fuel cell stack 2 can be further shortened.

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 fuel cell stack 2, the ECU (control means) 100 switches the three-way valves 8, 9 based on the temperatures detected by the inlet water temperature sensor 12, the outlet water temperature sensor 13, and the tank water temperature sensor 14, and The operation of the cooling water pump 10 is controlled. The ECU 100 is constituted by a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like. Of the functions of the ECU 100, the processing related to the switching of the coolant path may be performed by another ECU.

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 fuel cell stack 2 is activated, the ECU 100 starts the operation of the cooling water pump 10 (S201). At this time, even if the outside air temperature is below the freezing point, the circulation path of the cooling water surrounded by the heat insulating box 11 is not easily affected by the outside air temperature, and the cooling water is stored in the tank 5. As a result, the heat capacity is increased and the structure is less susceptible to outside air temperature.

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 ECU 100 detects the water temperature in the tank 5 by the tank water temperature sensor 14 and determines whether or not the water temperature is maintained at a temperature higher than 0 ° C. (S202). When the water temperature of the tank 5 is higher than 0 ° C., the first and second three-way valves 8 and 9 are switched to switch the path so that the cooling water circulates between the tank path 6 and the tank 5 (S203).

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 fuel cell stack 2 is started (S204), the temperature of the cooling water is raised (S205), and the temperature of the cooling water at the outlet of the fuel cell stack 2 is then detected by the outlet temperature sensor 13 to normally It is determined whether or not the operating temperature required during operation has risen (S206).

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 fuel cell stack 2 becomes higher than the operating temperature, the first and second three-way valves 8 and 9 are switched to switch the path so that the cooling water circulates in the bypass path 7 (S207). Cold cooling water remaining in the bypass path 7 is mixed.

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 tank 5 is below the freezing point of the outside air temperature when the system is left stopped for a long time, the first and second three-way valves 8, 9 is switched to the bypass path 7 side, and the path is switched so that the cooling water flows to the bypass path 7 (S207).

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-way valves 8 and 9 are thus switched to the bypass path 7 side, normal operation of the fuel cell stack 2 is started (S208), and the cooling water at the time of startup of the fuel cell system 1 of this embodiment is started. The route switching process is terminated.

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 tank 5 is not installed will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, when the fuel cell stack stops operation, the water temperature in the bypass section that bypasses the radiator and the water temperature in the fuel cell stack decrease with the same change from the operating temperature of the fuel cell stack to the outside air temperature. Similarly, when the fuel cell stack is started, the temperature rises similarly from the outside temperature to the operating temperature.

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 fuel cell stack 2 stops operating as shown in FIG. 4, a large amount of cooling water is stored in the tank 5, so that the heat capacity increases. The water temperature in the tank 5 is difficult to decrease. Next to this, the water temperature in the fuel cell stack 2 becomes difficult to decrease, and the water temperature in the bypass path 7 is lowered to the outside temperature most quickly.

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 fuel cell stack 2 is started up, if the water temperature in the tank 5 is 0 ° C. or higher, the cooling water circulates through the tank path 6, so the water temperature in the tank 5 is the water temperature in the fuel cell stack 2. The water temperature of the fuel cell stack 2 and the water temperature of the tank 5 rise with the same change. During this time, the cooling water does not flow through the bypass path 7, so the water temperature of the bypass path 7 remains at the outside air temperature.

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 fuel cell stack 2 and the water temperature of the tank 5 rise to the operating temperature of the fuel cell stack 2, the first and second three-way valves 8 and 9 are switched to flow the cooling water to the bypass path 7, so that the bypass path The water temperature of 7 begins to rise.

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 tank 5 has dropped to 0 ° C. or lower while the fuel cell stack 2 is stopped, the first and second three-way valves 8, when the fuel cell stack 2 is started, as shown in FIG. 9 is switched so that the cooling water flows to the bypass path 7.

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 tank 5 does not circulate after the fuel cell stack 2 is started, so the water temperature in the tank 5 does not rise at the same temperature as the outside air temperature, and the water temperature in the bypass path 7 and the fuel cell stack 2 The water temperature inside rises. At this time, since only a small amount of cooling water in the bypass path 7 needs to be heated, the temperature of the cooling water can be rapidly raised to the operating temperature of the fuel cell stack 2.

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 tank 5 for storing the cooling water is provided, the heat capacity can be increased, and the cooling water temperature drop 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 5.

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 tank 5 is below the freezing point, the coolant is circulated using the bypass path 7, so that most of the coolant is stored in the tank 5 and is in the bypass path 7. It is only necessary to heat a small amount of cooling water, 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 tank 5 is equal to or greater than the amount of cooling water retained in the fuel cell stack 2, so that the heat-retaining cooling water stored in the tank 5 at the time of startup is stored. Can be filled in the cooled fuel cell stack 2, thereby accelerating the temperature rise at the start of the fuel cell stack 2 and further shortening the startup time.

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 fuel cell stack 2, the tank 5, and the bypass path 7 are installed in the heat insulation box 11 insulated from the outside, so that a large amount of cooling water stored in the tank 5 is stored. The inside of the heat insulation box 11 can be kept warm for a long time using this, whereby the startup time of the fuel cell stack 2 can be further shortened.

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 fuel cell stack 2 in step S305, the ECU 100 detects the coolant temperature at the inlet of the fuel cell stack 2 by the inlet temperature sensor 12 and determines whether or not the coolant temperature has risen to 0 ° C. or higher. Is determined (S306).

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 fuel cell stack 2 rises to 0 ° C. or higher, the second three-way valve 9 is slightly opened to the bypass path 7 side so that a small amount of cooling water flows to the bypass path 7 (S307). At this time, the opening degree of the second three-way valve 9 is adjusted so that the coolant temperature does not fall below 0 ° C.

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 bypass path 7 in this way, it is determined whether or not the opening degree of the second three-way valve 9 is fully opened to the bypass path 7 side (S308). In this case, the process returns to step S306 and the above-described processing is repeated, and the second three-way valve 9 is gradually opened until the opening degree of the second three-way valve 9 is fully opened to the bypass path 7 side.

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 bypass path 7 side, the normal operation of the fuel cell stack 2 is started (S309), and the cooling water at the time of starting the fuel cell system of this embodiment is started. The route switching process is terminated.

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 tank 5 is below the freezing point equivalent to the outside air temperature, the first and second three-way valves 8 are used. , 9 to the bypass path 7 side so that the cooling water flows to the bypass path 7 (S310), normal operation of the fuel cell stack 2 is started (S309), and the fuel cell system of this embodiment is started. At this time, the cooling water path switching process is terminated.

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 fuel cell stack 2 stops operating as shown in FIG. 7, the water temperature in the bypass path 7 becomes the lowest, then the water temperature in the fuel cell stack 2 becomes lower, and the tank 5 Water temperature is highest.

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 fuel cell stack 2 is started when the water temperature in the tank 5 is 0 ° C. or higher, the first and second three-way valves 8 and 9 are first switched to the tank path 6 side, so that the cooling water circulates in the tank path 6. Then, the water temperature in the tank 5 starts to rise after being lowered to the water temperature in the fuel cell stack 2 once.

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 fuel cell stack 2 rises to 0 ° C. or higher, the second three-way valve 9 starts to gradually open toward the bypass path 7, so that the water temperature of the bypass path 7 rises.

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 bypass path 7 side, the water temperature of the fuel cell stack 2 and the water temperature of the bypass path 7 are similarly raised to the operating temperature of the fuel cell stack 2.

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 tank 5 is higher than below freezing point, the path is first switched so that the cooling water flows to the tank path 6. Immediately after startup, the water temperature can be raised using the cooling water in the tank 5 having a relatively high temperature.

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 fuel cell stack 2 becomes 0 ° C. or higher, the path is gradually switched to the bypass path 7, so the flow rate of the circulating cooling water is reduced to reduce the heat capacity, thereby rapidly cooling the cooling water. The water temperature can be raised.

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 fuel cell stack 2 is activated, the ECU 100 starts the operation of the cooling water pump 10 (S401), and the water temperature at the outlet of the fuel cell stack 2 detected by the outlet water temperature sensor 13 is the fuel. It is determined whether or not the temperature is lower than the operating temperature required during operation of the battery stack 2 (S402).

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 fuel cell stack 2 is lower than the operating temperature, the same processes as those in steps S302 to S310 of FIG. 6 described in the second embodiment are performed in steps S403 to S411.

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 fuel cell stack 2 is equal to or higher than the operating temperature, the path is switched so that the first three-way valve 8 is opened to the radiator path 4 and the cooling water flows to the radiator 3. Then (S412), the normal operation of the fuel cell stack 2 is started (S410), and the cooling water path switching process at the start of the fuel cell system of this embodiment is completed.

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 fuel cell stack 2 is higher than the operating temperature when the fuel cell stack 2 is started, the path is switched so that the cooling water flows to the radiator path 4. The fuel cell stack 2 can be prevented from being heated regardless of the state of the coolant temperature and the outside air temperature when the fuel cell stack 2 is started. For example, even when the outside air temperature is below freezing, the fuel cell stack 2 can be cooled in the case of so-called hot restart, and heating of the fuel cell stack 2 can be prevented.

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 fuel cell stack 2 is input (S501), the ECU 100 switches the first and second three-way valves 8, 9 to the tank path 6 side (S502). Cooling water rising to the operating temperature is circulated into the tank 5.

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 tank 5 detected by the tank water temperature sensor 14 and the outlet water temperature of the fuel cell stack 2 detected by the outlet water temperature sensor 13 are substantially equal (S503). If the fuel cell stack 2 has stopped, the power generation of the fuel cell stack 2 is stopped (S504), the cooling water pump 10 is stopped (S505), and the cooling water path switching process when the fuel cell system of this embodiment is stopped is terminated.

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 tank path 6 when the fuel cell stack 2 is stopped, and the water temperature in the tank 5 and the water temperature at the outlet of the fuel cell stack 2 are equal. Since the fuel cell stack 2 is stopped after the cooling water is circulated until the cooling water rises, the cooling water whose temperature has risen due to the heat generated by the fuel cell stack 2 can be stored in the tank 5 immediately before the stop, and until the next start after the system stops Can be kept warm for as long as possible.

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 fuel cell stack 2, the bypass path 7 and the tank 5 are accommodated in the same heat insulating box 11, the water temperature of the tank 5 gradually becomes the same temperature as the fuel cell stack 2 during operation. However, when the operation is stopped in a short time, the tank 5 may not rise to the operating temperature. At this time, the cooling water whose temperature has risen due to the heat generated by the fuel cell stack 2 is stored in the tank 5 immediately before the stop, so that the heat retention time can be maximized between the system stop and the next start. It is possible to gradually put the cooling water into the tank 5 during the operation of the system, but it is possible to keep the temperature more efficiently if the cooling water is put into the tank 5 just before the system is stopped.

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 fuel cell system 51 of the present embodiment is different from that of the first embodiment in that a bypass path 52 is installed between the fuel cell stack 2 and the tank 5. Detailed explanation is omitted.

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 fuel cell system 51 of the present embodiment, the bypass path 52 is disposed between the tank 5 and the fuel cell stack 2, so that the bypass path 52 can be surrounded by parts having a large heat capacity. Can be kept warm for a longer time.

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, Embodiment 6 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system of the present embodiment.

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 fuel cell system 61 of the present embodiment is different from the first embodiment in that a heater 62 is installed in the tank 5, and the other configuration is the same as that of the first embodiment. To do.

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 fuel cell stack 2 is activated, the heater 62 is supplied with electric power generated by the fuel cell stack 2 under the control of the ECU 100 and heats the cooling water stored in the tank 5.

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 fuel cell system 61 of the present embodiment, the heater 62 is installed in the tank 5 to heat the cooling water, so that the startup time of the fuel cell stack 2 can be further shortened. Further, since the heater 62 is installed in the tank 5 having a large volume, local heating by the heater 62 can be suppressed.

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 fuel cell system 71 of this embodiment includes an ion sensor 72 that detects the conductivity of the cooling water, and an ion filter 73 that is installed in the tank 5 to remove the ions of the cooling water. Further, what is provided is different from that of the first embodiment, and other configurations are the same as those of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

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 fuel cell system 71 of the present embodiment, the ECU 100 detects the conductivity of the cooling water using the ion sensor 72, and when the detected conductivity exceeds a predetermined value, the first and second three-way valves 8, 9 are turned on. The cooling water is switched to flow to the tank path 6 and ions in the cooling water are removed by the ion filter 73 installed in the tank 5.

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 fuel cell system 71 of the present embodiment further includes the ion sensor 72 that detects the conductivity of the cooling water, and the ion filter 73 installed in the tank 5 in order to remove the ions of the cooling water, When the conductivity detected by the ion sensor 72 exceeds a predetermined value, the path is switched so that the cooling water flows to the tank path 6, so that the ions in the cooling water can be removed by the ion filter 73 and the conductivity of the cooling water. Can be kept low.

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 ion filter 73 is installed in the tank 5, it is not necessary to install another bypass circuit for installing the ion filter, and space saving can be realized. Further, since the tank 5 is insulated, the coolant temperature can be kept high, so that the ion exchange performance of the ion filter 73 can be made more efficient. Further, from the characteristics of conductivity, the conductivity value (the state of electricity flow) is lower at the low temperature even at the same ion component than at the high temperature. Therefore, by utilizing this characteristic, the cooling water is allowed to flow only through the bypass path 7 at the time of startup, whereby the cold cooling water circulates and the conductivity of the cooling water can be lowered.

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.

本発明の実施例1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。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る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。It is a flowchart which shows the path | route switching process of the cooling water at the time of starting of the fuel cell system which concerns on Example 1 of this invention. 従来の燃料電池システムの起動時における冷却水の水温変化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the water temperature change of the cooling water at the time of starting of the conventional fuel cell system. 実施例1に係る燃料電池システムの起動時における冷却水の水温変化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the water temperature change of the cooling water at the time of starting of the fuel cell system which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る燃料電池システムの起動時における冷却水の水温変化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the water temperature change of the cooling water at the time of starting of the fuel cell system which concerns on Example 1. FIG. 本発明の実施例2に係る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。It is a flowchart which shows the path | route switching process of the cooling water at the time of starting of the fuel cell system which concerns on Example 2 of this invention. 実施例2に係る燃料電池システムの起動時における冷却水の水温変化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the water temperature change of the cooling water at the time of starting of the fuel cell system which concerns on Example 2. FIG. 本発明の実施例3に係る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。It is a flowchart which shows the path | route switching process of the cooling water at the time of starting of the fuel cell system which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例4に係る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。It is a flowchart which shows the path | route switching process of the cooling water at the time of the stop of the fuel cell system which concerns on Example 4 of this invention. 本発明の実施例5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。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system which concerns on Example 5 of this invention. 本発明の実施例6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。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system which concerns on Example 6 of this invention. 本発明の実施例7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。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system which concerns on Example 7 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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 Fuel cell system 2 Fuel cell stack 3 Radiator 4 Radiator path 5 Tank 6 Tank path 7, 52 Bypass path 8 First three-way valve 9 Second three-way valve 10 Cooling water pump 11 Heat insulation box 12 Inlet water temperature sensor 13 outlet water temperature sensor 14 tank water temperature sensor 62 heater 72 ion sensor 73 ion filter 100 ECU (control means)

Claims (8)

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、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、前記燃料電池の起動時に前記燃料電池の出口における水温が前記燃料電池の運転温度より高いときには前記ラジエータ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に記載の燃料電池冷却システム。   2. The control unit according to claim 1, wherein when the fuel cell is started up, when the water temperature at the outlet of the fuel cell is higher than the operating temperature of the fuel cell, the control unit switches the path so that cooling water flows to the radiator path. The fuel cell cooling system as described. 前記制御手段は、前記燃料電池を停止させるときに、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タンク内の水温と前記燃料電池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前記燃料電池を停止することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の燃料電池冷却システム。   When the fuel cell is stopped, the control means switches the path so that the cooling water flows to the tank path, and circulates the cooling water until the water temperature in the tank and the water temperature at the outlet of the fuel cell become equal. The fuel cell cooling system according to claim 1, wherein the fuel cell is stopped after a while. 前記バイパス経路を前記タンクと前記燃料電池との間に配置したことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池冷却システム。   The fuel cell cooling system according to any one of claims 1 to 3, wherein the bypass path is disposed between the tank and the fuel cell. 前記タンクの容量は、少なくとも前記燃料電池の冷却水保有量と同等であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の燃料電池冷却システム。   5. The fuel cell cooling system according to claim 1, wherein a capacity of the tank is at least equal to a cooling water holding amount of the fuel cell. 6. 前記タンクを加熱するヒータを備え、当該ヒータにより冷却水を加熱することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の燃料電池冷却システム。   The fuel cell cooling system according to any one of claims 1 to 5, further comprising a heater that heats the tank, and the coolant is heated by the heater. 冷却水の導電率を検出するイオンセンサと、冷却水のイオンを除去するために前記タンクに設置されたイオンフィルタとをさらに備え、
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.
前記燃料電池と前記タンクと前記バイパス経路は、外部から断熱された断熱ボックスの中に設置されていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の燃料電池冷却システム。
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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