JP2007188829A

JP2007188829A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2007188829A
Application number: JP2006007637A
Authority: JP
Inventors: Keigo Ikezoe; 圭吾池添; Kazuhiro Yamada; 一浩山田; Karuki Hamada; 香留樹浜田; Shinichiro Takemoto; 真一郎竹本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-01-16
Filing date: 2006-01-16
Publication date: 2007-07-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of uniformly removing water from the upper stream to the down stream in the purge gas flow direction by producing temperature gradient on the plane of a fuel cell when purge is performed. <P>SOLUTION: The fuel cell system 1 makes the flow direction of purging gas almost the same as that of cooling water on the plane of the fuel cell, and by reducing the flow rate of cooling water than that in usual power generation by conducting power generation of the fuel cell when purge is performed, temperature gradient increasing temperature from the upper stream in the purge gas flow direction toward the down stream is produced on the plane of the fuel cell. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池の発電停止時にパージを実施する燃料電池システムに係り、特にパージを実施するときに燃料電池セルの平面に温度勾配を生じさせて燃料電池からの除水を効率的に実施する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that performs purging when power generation of a fuel cell is stopped, and in particular, when performing purging, a temperature gradient is generated in the plane of the fuel cell to efficiently remove water from the fuel cell. The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池システムは、燃料が有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置であり、電解質膜を挟んで設けられた一対の電極のうち陽極に水素を含有する燃料ガスを供給するとともに、他方の陰極に酸素を含有する酸化剤ガスを供給し、これら一対の電極の電解質膜側の表面で生じる下記の電気化学反応を利用して電極から電気エネルギーを取り出すものである。 A fuel cell system is a device that directly converts chemical energy of fuel into electrical energy, and supplies a fuel gas containing hydrogen to an anode of a pair of electrodes provided with an electrolyte membrane interposed therebetween, and the other cathode An oxygen-containing oxidant gas is supplied to the electrodes, and electric energy is extracted from the electrodes by utilizing the following electrochemical reaction that occurs on the surface of the pair of electrodes on the electrolyte membrane side.

陽極：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- （１）
陰極：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋(1/2)Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ（２）
陽極に供給する燃料ガスは、水素貯蔵装置から直接供給する方法や水素を含有する燃料を改質して水素含有ガスを供給する方法が知られている。水素貯蔵装置としては、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンク等がある。水素を含有する燃料としては、天然ガス、メタノール、ガソリン等が考えられる。 Anode: H ₂ → 2H ⁺ + 2e ⁻ (1)
Cathode: 2H ⁺ + 2e ⁻ + (1/2) O ₂ → H ₂ O (2)
As the fuel gas supplied to the anode, a method of directly supplying from a hydrogen storage device or a method of supplying a hydrogen-containing gas by reforming a fuel containing hydrogen is known. Examples of the hydrogen storage device include a high-pressure gas tank, a liquefied hydrogen tank, and a hydrogen storage alloy tank. As the fuel containing hydrogen, natural gas, methanol, gasoline or the like can be considered.

一方、陰極に供給する酸素剤ガスとしては、一般的に空気が利用されている。 On the other hand, air is generally used as the oxygen agent gas supplied to the cathode.

ところで、燃料電池を０℃以下から起動させるためには、予め燃料電池内部から水分を除去しておくことが必要である。例えば、特開２００１−３３２２８１号公報（特許文献１）に開示されているように、燃料電池の運転停止時に加湿しないガスを燃料電池内に供給して乾燥させ、燃料電池内が一定の湿度に達したところで運転を停止するという技術が公知となっている。 Incidentally, in order to start the fuel cell from 0 ° C. or lower, it is necessary to remove moisture from the inside of the fuel cell in advance. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-332281 (Patent Document 1), a gas that is not humidified when the operation of the fuel cell is stopped is supplied into the fuel cell and dried, so that the fuel cell has a constant humidity. A technique for stopping the operation when it is reached is known.

ところが、上述した従来例のように単に加湿しない反応ガスによって燃料電池内を乾燥させようとすると、氷点下からの発電に必要となる乾燥を完了するためには時間がかかってしまう。特に、燃料電池を自動車の動力源として使用する場合には、運転者がキーをＯＦＦにしてからシステムが停止するまでに長い時間がかかってしまうことになり、実用上好ましくない。 However, if the inside of the fuel cell is to be dried with a reactive gas that is not simply humidified as in the conventional example described above, it takes time to complete the drying required for power generation from below freezing. In particular, when a fuel cell is used as a power source for an automobile, it takes a long time until the system stops after the driver turns off the key, which is not preferable in practice.

このような問題に対応するために、特開２００２−２０８４２１号公報（特許文献２）では高温に加熱された乾燥空気を供給して燃料電池を乾燥させる技術が開示されている。また、特開２００２−２４６０５４号公報（特許文献３）では、燃料電池の運転停止時に冷却水の流路を加熱部に切り替えることによって燃料電池を所定温度に加熱してから乾燥させる技術が開示されている。これら従来例では、ガスの温度や燃料電池スタックの温度を高くし、燃料電池内部の水分を蒸発させて除去することを目的としている。 In order to cope with such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-208421 (Patent Document 2) discloses a technique for drying a fuel cell by supplying dry air heated to a high temperature. Japanese Patent Laying-Open No. 2002-246054 (Patent Document 3) discloses a technique in which a fuel cell is heated to a predetermined temperature and then dried by switching a cooling water flow path to a heating unit when the fuel cell is stopped. ing. These conventional examples aim to increase the temperature of the gas and the temperature of the fuel cell stack to evaporate and remove the water inside the fuel cell.

また、特開２００４−１５２５９９号公報（特許文献４）や特開２００４−３１１２７７号公報（特許文献５）で開示されているように、燃料電池システムの停止トリガーがＯＮされた後も発電を継続し、燃料電池スタックの温度を上昇させてからパージすることにより、燃料電池の内部からより多くの水分を除去する技術も公知となっている。
特開２００１−３３２２８１号公報特開２００２−２０８４２１号公報特開２００２−２４６０５４号公報特開２００４−１５２５９９号公報特開２００４−３１１２７７号公報 Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-152599 (Patent Document 4) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-311277 (Patent Document 5), power generation is continued even after the stop trigger of the fuel cell system is turned on. A technique for removing more moisture from the inside of the fuel cell by purging after raising the temperature of the fuel cell stack is also known.
JP 2001-332281 A JP 2002-208421 A JP 2002-246054 A JP 2004-152599 A JP 2004-311277 A

しかしながら、燃料電池の発電停止時に車載用燃料電池システムとして現実的なパージ時間・流量・温度でパージを実施した場合には、燃料電池セルの平面内においてパージ方向の上流側しか除水が行われず、下流側はほとんど除水が行われない場合があった。この理由としては、パージ方向の上流側で水分が蒸発してガスが飽和もしくはある程度の相対湿度になってしまうことにより、下流側ではセル面内の水分は全く蒸発しなくなってしまうからである。 However, when purging is performed at a purge time, flow rate, and temperature that are realistic as an in-vehicle fuel cell system when power generation of the fuel cell is stopped, water removal is performed only upstream in the purge direction within the plane of the fuel cell. On the downstream side, almost no water removal was performed. The reason for this is that the moisture in the cell plane does not evaporate at all on the downstream side because the moisture evaporates on the upstream side in the purge direction and the gas becomes saturated or reaches a certain relative humidity.

さらに、上述した従来例のように燃料電池スタックの温度を高くしてパージを実施した場合には、パージ方向の上流側では乾燥させすぎでドライアウト状態になり、氷点下起動時にはドライアウトした上流部は逆に発電ができなくなってしまうという問題点が生じていた。 Furthermore, when purging with the temperature of the fuel cell stack raised as in the above-mentioned conventional example, the upstream portion in the purge direction becomes too dry to be in a dryout state, and at the start of below freezing, the upstream portion that has dried out On the other hand, there was a problem that it was impossible to generate electricity.

上述した課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池の発電停止時にパージを実施する燃料電池システムであって、前記パージを実施するときに燃料電池セルの平面においてパージガスが流れる方向の上流から下流に向けて温度が高くなるような温度勾配を生じさせることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to the present invention is a fuel cell system that performs a purge when power generation of the fuel cell is stopped, and the purge gas flows in the plane of the fuel cell when the purge is performed. A temperature gradient is generated such that the temperature increases from upstream to downstream in the direction.

本発明に係る燃料電池システムでは、パージを実施するときに燃料電池セルの平面においてパージガスが流れる方向の上流から下流に向けて温度が高くなるような温度勾配を生じさせるので、上流側で水分が蒸発してパージガスの相対湿度が高くなったとしても、下流側の温度が高くなることによって飽和蒸気圧が上昇して除水することができ、燃料電池セル面内を上流から下流まで均一に除水することが可能となる。 In the fuel cell system according to the present invention, when purging is performed, a temperature gradient is generated such that the temperature increases from the upstream to the downstream in the direction in which the purge gas flows in the plane of the fuel cell. Even if the relative humidity of the purge gas increases due to evaporation, the temperature on the downstream side increases, so that the saturated vapor pressure rises and water can be removed, and the fuel cell surface is uniformly removed from upstream to downstream. It becomes possible to water.

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.

＜第１の実施形態＞
図１は第１の実施形態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。 <First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to the first embodiment.

図１に示すように、本実施形態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、燃料電池システム１を制御する制御部３と、水素ガスを貯蔵する水素タンク４と、空気を加圧して燃料電池スタック２のカソードに供給するコンプレッサ５と、燃料電池スタック２の冷却水を循環させる冷却水ポンプ６と、冷却水を放熱させるラジエータ７と、冷却水の流路を切り替える三方弁８と、燃料電池スタック２の入口における冷却水温度を検出する冷却水入口温度センサ９と、燃料電池スタック２の出口における冷却水温度を検出する冷却水出口温度センサ１０とを備えている。 As shown in FIG. 1, a fuel cell system 1 according to this embodiment includes a fuel cell stack 2 that is supplied with fuel gas and an oxidant gas and generates power by an electrochemical reaction, and a control unit 3 that controls the fuel cell system 1. A hydrogen tank 4 that stores hydrogen gas, a compressor 5 that pressurizes air and supplies it to the cathode of the fuel cell stack 2, a cooling water pump 6 that circulates the cooling water of the fuel cell stack 2, and dissipates the cooling water A radiator 7 for switching, a three-way valve 8 for switching the flow path of the cooling water, a cooling water inlet temperature sensor 9 for detecting a cooling water temperature at the inlet of the fuel cell stack 2, and a cooling water temperature at the outlet of the fuel cell stack 2 are detected. The cooling water outlet temperature sensor 10 is provided.

ただし、図１では本発明に関わる部位のみを図示したものであり、その他の本システムを成立させるために必要となる一般的な機器は省略している。 However, FIG. 1 shows only the parts related to the present invention, and other general equipment necessary for establishing the present system is omitted.

ここで、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に水素を供給する水素供給系では、水素タンク４から減圧弁や水素供給弁（いずれも図示せず）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る。水素タンク４から供給される高圧水素は、減圧弁で機械的に所定の圧力まで減圧され、次に水素供給弁の開度を調節することによって燃料電池スタック２における水素ガスの圧力が所望の圧力になるように制御されている。 Here, in the fuel cell system 1 described above, in the hydrogen supply system for supplying hydrogen to the fuel cell stack 2, the anode of the fuel cell stack 2 is supplied from the hydrogen tank 4 through a pressure reducing valve, a hydrogen supply valve (not shown), and the like. Is supplied with hydrogen gas. The high-pressure hydrogen supplied from the hydrogen tank 4 is mechanically reduced to a predetermined pressure by a pressure reducing valve, and then the pressure of the hydrogen gas in the fuel cell stack 2 is adjusted to a desired pressure by adjusting the opening of the hydrogen supply valve. It is controlled to become.

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５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。カソードにおける空気圧は図示していない空気圧力センサによって検出され、その検出値が制御部３にフィードバックされ、この検出値に基づいてコンプレッサ５の回転数及び空気調圧弁（図示せず）の開口面積を調節することによってカソードにおける空気圧が制御されている。 On the other hand, in the air supply system for supplying air as the oxidant gas, the air sucked from the outside is pressurized by the compressor 5 and supplied to the cathode of the fuel cell stack 2. The air pressure at the cathode is detected by an air pressure sensor (not shown), and the detected value is fed back to the control unit 3. Based on this detected value, the rotational speed of the compressor 5 and the opening area of the air pressure regulating valve (not shown) are determined. By adjusting, the air pressure at the cathode is controlled.

また、燃料電池スタック２を冷却する冷却系では、冷却水ポンプ６によって吐出された冷却水が燃料電池スタック２内を冷却し、暖められた冷却水はラジエータ７で放熱して再び冷却水ポンプ６へ戻って循環している。このとき三方弁８はラジエータ７からの流路とラジエータ７をバイパスする流路とを切り替えている。 In the cooling system for cooling the fuel cell stack 2, the cooling water discharged by the cooling water pump 6 cools the inside of the fuel cell stack 2, and the warmed cooling water radiates heat with the radiator 7 and is again cooled. It is circulating back to. At this time, the three-way valve 8 switches between a flow path from the radiator 7 and a flow path that bypasses the radiator 7.

さらに、燃料電池スタック２は、燃料電池セルを複数積層して構成されており、各燃料電池セルには水素ガスと空気とが供給されて発電が行われるとともに、パージ時にはパージガスが供給されて燃料電池内の水分が除去されている。このとき本実施形態の燃料電池スタック２では、パージガスの流れる方向に温度勾配を生じさせるために、燃料電池セルの形状を図２（ａ）に示すようにパージガスの流れる方向と冷却水の流れる方向とが同一方向になるように構成している。 Further, the fuel cell stack 2 is configured by laminating a plurality of fuel cells. Each fuel cell is supplied with hydrogen gas and air to generate power, and at the time of purging, purge gas is supplied to generate fuel. Water in the battery has been removed. At this time, in the fuel cell stack 2 of this embodiment, in order to generate a temperature gradient in the direction in which the purge gas flows, the shape of the fuel cell is changed to the direction in which the purge gas flows and the direction in which the cooling water flows as shown in FIG. Are in the same direction.

また、燃料電池セルの形状は図２（ａ）に示すストレート流路でなくても、図２（ｂ）に示すようなサーペンタイン型流路であってもよいし、図２（ｃ）に示すようにパージガスの流れる方向と冷却水の流れる方向とが完全に同一方向ではなく、略同一方向となるように構成してもよい。 Further, the shape of the fuel cell may not be the straight flow path shown in FIG. 2 (a), but may be a serpentine flow path as shown in FIG. 2 (b), or as shown in FIG. 2 (c). As described above, the direction in which the purge gas flows and the direction in which the cooling water flows may not be completely the same direction, but may be substantially the same direction.

次に、本実施形態の燃料電池システム１によるパージ処理を図３のフローチャートに基づいて説明する。図３に示すように、まず燃料電池システム１の停止トリガーがＯＮ（例えば、車両のイグニッションキーがＯＦＦ）されたら（Ｓ５０１）、冷却水出口温度センサ１０によって燃料電池スタック２の冷却水出口温度を検出し、この冷却水出口温度に基づいて氷点下でも問題なく起動するために必要となる温度勾配を図４のマップから求める。この図４のマップは予め実験により燃料電池の起動が零下でも問題なく行えるようにするために必要となる温度勾配を各温度で求めておいて作成したものである。次に、こうして求めた温度勾配ΔＴに基づいて図５のマップから温度勾配ΔＴを生じさせるために必要な冷却水の流量を決定する（Ｓ５０２）。この図５のマップはパージ時の発電電流とその時に想定される電圧から温度勾配ΔＴを実現するために必要となる冷却水の流量を計算して作成しておいたものであり、このマップで決定される冷却水の流量は通常発電時よりも少ない流量になっている。また、図５のマップは事前に実験で検証しておくようにする。 Next, the purge process by the fuel cell system 1 of the present embodiment will be described based on the flowchart of FIG. As shown in FIG. 3, first, when the stop trigger of the fuel cell system 1 is turned on (for example, the ignition key of the vehicle is turned off) (S501), the coolant outlet temperature sensor 10 determines the coolant outlet temperature of the fuel cell stack 2. Based on the detected temperature of the cooling water outlet, a temperature gradient necessary for starting without any problem even under freezing is obtained from the map of FIG. The map shown in FIG. 4 is prepared in advance by experimentally obtaining temperature gradients necessary for each temperature so that the fuel cell can be started without any problem even at zero. Next, based on the temperature gradient ΔT obtained in this way, the flow rate of the cooling water required to generate the temperature gradient ΔT is determined from the map of FIG. 5 (S502). The map in FIG. 5 is prepared by calculating the flow rate of cooling water required to realize the temperature gradient ΔT from the generated current at the time of purging and the voltage assumed at that time. The flow rate of the cooling water determined is smaller than that during normal power generation. Also, the map of FIG. 5 is verified in advance by experiments.

こうして決定された冷却水流量に基づいて冷却水ポンプ６の回転数が制御され（Ｓ５０３）、燃料電池スタック２の発電とパージが開始される（Ｓ５０４）。このとき実施されるパージはカソード側のコンプレッサ５で実施することが好ましいが、パージ専用のブロワーなどを設けて実施するようにしても良い。また、ここで行われる燃料電池スタック２の発電はコンプレッサ５の動力に使われる。 Based on the thus determined cooling water flow rate, the rotational speed of the cooling water pump 6 is controlled (S503), and power generation and purging of the fuel cell stack 2 are started (S504). The purge carried out at this time is preferably carried out by the cathode-side compressor 5, but may be carried out by providing a blower dedicated to the purge. The power generation of the fuel cell stack 2 performed here is used for the power of the compressor 5.

そして、パージを開始してから所定時間が経過すると、燃料電池システム１を停止させて（Ｓ５０５）本実施形態の燃料電池システム１によるパージ処理は完了する。このパージを実施する所定時間については、予め実験により零下起動に必要な除水を完了するために必要となる時間を求めておいて設定する。 When a predetermined time elapses after the purge is started, the fuel cell system 1 is stopped (S505), and the purge process by the fuel cell system 1 of the present embodiment is completed. The predetermined time for performing the purge is set by obtaining in advance the time required for completing the water removal necessary for starting below zero by experiment.

これにより、図６に示すように、セル温度（冷却水出口温度）がＴ１のときにはΔＴ１の温度勾配を燃料電池セルの平面に生じさせることができ、セル温度がＴ２のときにはΔＴ２の温度勾配を燃料電池セルの平面に生じさせることができた。 Thus, as shown in FIG. 6, when the cell temperature (cooling water outlet temperature) is T1, a temperature gradient of ΔT1 can be generated on the plane of the fuel cell, and when the cell temperature is T2, the temperature gradient of ΔT2 is increased. It could be generated in the plane of the fuel cell.

したがって、本実施形態の燃料電池システム１では、パージ時のセル温度（冷却水出口温度）に応じた温度勾配を燃料電池セルの平面に生じさせることができる。ただし、燃料電池セルの構造が図２（ｃ）で示したように、パージガスの流れる方向と冷却水の流れる方向とが完全に同一方向ではなく、略同一方向となるような構造の場合には、燃料電池セルの平面に生じる温度勾配は図７に示すようなステップ状の温度勾配となる。 Therefore, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, a temperature gradient corresponding to the cell temperature (cooling water outlet temperature) at the time of purging can be generated on the plane of the fuel cell. However, in the case where the structure of the fuel cell is as shown in FIG. 2C, the direction in which the purge gas flows and the direction in which the cooling water flows are not completely the same direction, but substantially the same direction. The temperature gradient generated in the plane of the fuel cell becomes a step-like temperature gradient as shown in FIG.

このように、本実施形態の燃料電池システム１では、パージを実施するときに燃料電池セルの平面においてパージガスが流れる方向の上流から下流に向けて温度が高くなるような温度勾配を生じさせるので、上流側で水分が蒸発してパージガスの相対湿度が高くなったとしても、下流側の温度が高くなることによって飽和蒸気圧が上昇して除水することができ、燃料電池セル面内を上流から下流まで均一に除水することが可能となる。 Thus, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, when purging, a temperature gradient is generated such that the temperature increases from the upstream to the downstream in the direction in which the purge gas flows in the plane of the fuel cell. Even if the moisture evaporates on the upstream side and the relative humidity of the purge gas increases, the temperature on the downstream side increases, so that the saturated vapor pressure rises and water can be removed. It becomes possible to remove water uniformly to the downstream.

また、本実施形態の燃料電池システム１では、燃料電池セルの平面においてパージガスの流れる方向と冷却水の流れる方向とが略同一方向であり、パージを実施するときに燃料電池の発電を行い、冷却水の流量を通常発電時よりも少なくするので、パージガスの流れる方向の上流から下流に向けて温度が高くなるような温度勾配を生じさせることができ、これによって燃料電池セル面内を上流から下流まで均一に除水することが可能となる。 Further, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, the direction in which the purge gas flows and the direction in which the cooling water flows are substantially the same in the plane of the fuel cell, and when the purge is performed, the fuel cell generates power and is cooled. Since the flow rate of water is lower than that during normal power generation, a temperature gradient can be generated so that the temperature increases from upstream to downstream in the direction of purge gas flow. Water can be uniformly removed.

さらに、本実施形態の燃料電池システム１では、パージを実施するときの燃料電池セルの温度に基づいて必要な温度勾配を求め、この温度勾配と燃料電池の発電量とに基づいて冷却水の流量を決定するので、パージガスの流れる方向の上流から下流までを均一に除水できるような温度勾配を生じさせることができる。 Furthermore, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, a required temperature gradient is obtained based on the temperature of the fuel cell when purging, and the flow rate of the cooling water is calculated based on this temperature gradient and the power generation amount of the fuel cell. Therefore, it is possible to generate a temperature gradient that can uniformly remove water from the upstream to the downstream in the flow direction of the purge gas.

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態を図８に基づいて説明する。図８は、本実施形態の燃料電池システムによるパージ処理を示すフローチャートである。尚、本実施形態の燃料電池システムの構成は第１の実施形態と同一なので、詳しい説明は省略する。 <Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing a purge process by the fuel cell system of the present embodiment. The configuration of the fuel cell system according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

図８に示すように、本実施形態の燃料電池システムによるパージ処理では、まず燃料電池システムの停止トリガーがＯＮ（例えば、車両のイグニッションキーがＯＦＦ）されたら（Ｓ６０１）、冷却水出口温度センサ１０によって燃料電池スタック２の冷却水出口温度を検出し、この冷却水出口温度に基づいて氷点下でも問題なく起動するために必要となる温度勾配ΔＴを図４のマップから求める。そして、求めた温度勾配ΔＴに基づいて図５のマップから温度勾配ΔＴを生じさせるために必要な冷却水の流量を決定し（Ｓ６０２）、決定した冷却水流量に基づいて冷却水ポンプ６の回転数を制御する（Ｓ６０３）。 As shown in FIG. 8, in the purge process by the fuel cell system of the present embodiment, first, when the stop trigger of the fuel cell system is turned on (for example, the ignition key of the vehicle is turned off) (S601), the coolant outlet temperature sensor 10 Is used to detect the cooling water outlet temperature of the fuel cell stack 2, and based on this cooling water outlet temperature, the temperature gradient ΔT required to start up without any problem even below freezing is obtained from the map of FIG. Then, the flow rate of the cooling water necessary for generating the temperature gradient ΔT is determined from the map of FIG. 5 based on the obtained temperature gradient ΔT (S602), and the rotation of the cooling water pump 6 is determined based on the determined cooling water flow rate. The number is controlled (S603).

ここで、冷却水入口温度センサ９によって燃料電池スタック２の冷却水入口温度を検出し、この冷却水入口温度Ｔと所定温度Ｔ１とを比較する（Ｓ６０４）。 Here, the coolant inlet temperature sensor 9 detects the coolant inlet temperature of the fuel cell stack 2 and compares the coolant inlet temperature T with a predetermined temperature T1 (S604).

そして、冷却水入口温度Ｔが所定温度Ｔ１よりも高いときには、三方弁８をラジエータ７の経路方向に切り替えて（Ｓ６０５）ラジエータ７で放熱した低温の冷却水を燃料電池スタック２へ供給する。これにより、冷却水温度Ｔが所定温度Ｔ１より低くなったら、その時点から燃料電池スタック２の発電とパージを開始する（Ｓ６０６）。 When the cooling water inlet temperature T is higher than the predetermined temperature T1, the three-way valve 8 is switched to the path direction of the radiator 7 (S605), and the low-temperature cooling water radiated by the radiator 7 is supplied to the fuel cell stack 2. Thus, when the cooling water temperature T becomes lower than the predetermined temperature T1, power generation and purging of the fuel cell stack 2 is started from that point (S606).

そして、パージを開始してから所定時間が経過すると、燃料電池システムを停止させて（Ｓ６０７）本実施形態の燃料電池システムによるパージ処理は完了する。 When a predetermined time elapses after the purge is started, the fuel cell system is stopped (S607), and the purge process by the fuel cell system of this embodiment is completed.

これにより、図９に示すように燃料電池セルの平面において、パージガスの上流側のセル温度をＴ１まで下げることができ、さらに下流側のセル温度は第１の実施形態と同じように上昇させることができる。したがって、上流側では乾燥させすぎによるドライアウトを防止することができ、下流側では効果的に除水することが可能となる。 As a result, as shown in FIG. 9, in the plane of the fuel cell, the cell temperature on the upstream side of the purge gas can be lowered to T1, and further the cell temperature on the downstream side is raised as in the first embodiment. Can do. Therefore, dry-out due to excessive drying can be prevented on the upstream side, and water can be effectively removed on the downstream side.

このように、本実施形態の燃料電池システムでは、パージを実施するときに冷却水の燃料電池入口温度を所定温度Ｔ１以下にするので、上流側のセル平面では乾燥させすぎによるドライアウトを防止することができ、下流側のセル平面では効果的に除水することが可能となる。 As described above, in the fuel cell system according to the present embodiment, when the purge is performed, the fuel cell inlet temperature of the cooling water is set to be equal to or lower than the predetermined temperature T1, so that dryout due to excessive drying is prevented on the upstream cell plane. Therefore, water can be effectively removed from the cell plane on the downstream side.

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態を図１０に基づいて説明する。図１０は、本実施形態の燃料電池システムによるパージ処理を示すフローチャートである。尚、本実施形態の燃料電池システムの構成は第１の実施形態と同一なので、詳しい説明は省略する。 <Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a flowchart showing purge processing by the fuel cell system of the present embodiment. The configuration of the fuel cell system according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

図１０に示すように、本実施形態の燃料電池システムによるパージ処理は、まず燃料電池システムの停止トリガーがＯＮ（例えば、車両のイグニッションキーがＯＦＦ）されたら（Ｓ７０１）、冷却水出口温度センサ１０によって燃料電池スタック２の冷却水出口温度を検出し、この冷却水出口温度Ｔと所定温度Ｔ０とを比較する（Ｓ７０２）。 As shown in FIG. 10, in the purge process by the fuel cell system of the present embodiment, first, when the stop trigger of the fuel cell system is turned on (for example, the ignition key of the vehicle is turned off) (S701), the coolant outlet temperature sensor 10 Thus, the coolant outlet temperature of the fuel cell stack 2 is detected, and the coolant outlet temperature T is compared with a predetermined temperature T0 (S702).

そして、冷却水出口温度Ｔが所定温度Ｔ０よりも大きいときにはステップＳ７０３〜Ｓ７０６において第１の実施形態と同一の処理が行われる。 When the cooling water outlet temperature T is higher than the predetermined temperature T0, the same processing as that of the first embodiment is performed in steps S703 to S706.

一方、冷却水出口温度Ｔが所定温度Ｔ０よりも小さいときには、燃料電池スタック２の発電を継続し、冷却水の流量を通常の発電で用いられる流量よりも少ない流量を流すように冷却水ポンプ６の回転数を制御する（Ｓ７０７）。 On the other hand, when the cooling water outlet temperature T is lower than the predetermined temperature T0, the power generation of the fuel cell stack 2 is continued, and the cooling water pump 6 is set so that the flow rate of the cooling water is smaller than that used in normal power generation. Is controlled (S707).

その後、燃料電池スタック２の継続発電を実施しながら冷却水出口温度Ｔが所定温度Ｔ０を超えるか否かを監視し（Ｓ７０８）、冷却水出口温度Ｔが所定温度Ｔ０よりも大きくなったらパージを開始する（Ｓ７０９）。そして、パージの開始から所定時間が経過すると、燃料電池システムを停止させて（Ｓ７０６）本実施形態の燃料電池システムによるパージ処理は完了する。 Thereafter, it is monitored whether or not the cooling water outlet temperature T exceeds the predetermined temperature T0 while continuing the power generation of the fuel cell stack 2 (S708). When the cooling water outlet temperature T becomes higher than the predetermined temperature T0, the purge is performed. Start (S709). Then, when a predetermined time has elapsed from the start of the purge, the fuel cell system is stopped (S706), and the purge process by the fuel cell system of this embodiment is completed.

これにより、図１１に示すように燃料電池セルの平面では、下流側のセル温度を所定温度Ｔ０まで上昇させることができ、温度勾配を生じさせて上流側から下流側までを均一に除水することが可能となる。 Accordingly, as shown in FIG. 11, in the plane of the fuel cell, the downstream cell temperature can be raised to a predetermined temperature T0, and a temperature gradient is generated to uniformly remove water from the upstream side to the downstream side. It becomes possible.

このように、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池の発電停止トリガーが入力された後に燃料電池スタック２の発電を継続させて、その後にパージを実施し、このとき冷却水の流量を通常発電時よりも少なくするので、パージを実施したことによりパージガスの上流側から下流側に向けて温度勾配を生じさせることができ、上流側から下流側までを均一に除水することが可能となる。 Thus, in the fuel cell system of the present embodiment, after the fuel cell power generation stop trigger is input, the power generation of the fuel cell stack 2 is continued, and then the purge is performed. Since it is less than that during power generation, the purge can be performed to generate a temperature gradient from the upstream side to the downstream side of the purge gas, and water can be uniformly removed from the upstream side to the downstream side. .

＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態を図１２に基づいて説明する。図１２に示すように本実施形態の燃料電池システム２１は、燃料電池スタック２の冷却水流路下流に冷却水の流量を調整可能な圧損要素（圧損手段）２２を設置したことが第１の実施形態と異なっており、その他の構成については第１の実施形態と同様なので、詳しい説明は省略する。 <Fourth Embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 12, in the fuel cell system 21 of the present embodiment, the pressure loss element (pressure loss means) 22 capable of adjusting the flow rate of the cooling water is installed downstream of the cooling water flow path of the fuel cell stack 2 in the first implementation. The configuration is different from that of the first embodiment, and other configurations are the same as those in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

通常、燃料電池システムに用いる冷却水ポンプ６は燃料電池の最大出力時における熱を処理することができるような流量で設計されているため、図１３に示すように冷却水ポンプ６の回転数には最低値（Ｍｉｎ）があり、微小な流量を流すには限界がある。 Normally, the cooling water pump 6 used in the fuel cell system is designed with a flow rate that can process heat at the maximum output of the fuel cell, so that the number of rotations of the cooling water pump 6 is as shown in FIG. Has a minimum value (Min), and there is a limit in flowing a minute flow rate.

しかしながら、パージ時における燃料電池スタック２の発電はコンプレッサ５で消費される電力のみの非常に低負荷領域の発電であるため、燃料電池セルの平面に温度勾配を生じさせるためには、冷却水流量を極力絞る必要がある。 However, since the power generation of the fuel cell stack 2 at the time of purging is a power generation in a very low load region of only the power consumed by the compressor 5, in order to generate a temperature gradient in the plane of the fuel cell, the coolant flow rate It is necessary to squeeze as much as possible.

そこで、冷却水ポンプ６の回転数Ｍｉｎを最低回転数で維持しながら圧損要素２２の開度を絞ることによって、図１４に示すように冷却水の流量を微量の流量にまで少なくしていくことが可能になる。 Therefore, by reducing the opening of the pressure loss element 22 while maintaining the rotation speed Min of the cooling water pump 6 at the minimum rotation speed, the flow rate of the cooling water is reduced to a very small flow rate as shown in FIG. Is possible.

次に、本実施形態の燃料電池システムによるパージ処理を図１５のフローチャートに基づいて説明する。図１５に示すように、まず燃料電池システムの停止トリガーがＯＮ（例えば、車両のイグニッションキーがＯＦＦ）されたら（Ｓ８０１）、冷却水出口温度センサ１０によって燃料電池スタック２の冷却水出口温度を検出し、この冷却水出口温度に基づいて氷点下でも問題なく起動するために必要となる温度勾配ΔＴを図４のマップから求める。そして、求めた温度勾配ΔＴに基づいて図５のマップから温度勾配ΔＴを生じさせるために必要な冷却水の流量を決定する（Ｓ８０２）。 Next, purge processing by the fuel cell system of this embodiment will be described based on the flowchart of FIG. As shown in FIG. 15, first, when the stop trigger of the fuel cell system is turned on (for example, the ignition key of the vehicle is turned off) (S801), the coolant outlet temperature sensor 10 detects the coolant outlet temperature of the fuel cell stack 2. Then, based on the cooling water outlet temperature, a temperature gradient ΔT required for starting without any problem even under freezing is obtained from the map of FIG. Then, based on the obtained temperature gradient ΔT, the flow rate of the cooling water required to generate the temperature gradient ΔT is determined from the map of FIG. 5 (S802).

ここで、決定した冷却水流量が最低流量Ｑｍｉｎ以上であるか否かを判定し（Ｓ８０３）、冷却水流量が最低流量Ｑｍｉｎ以上である場合には、通常の制御で達成できる流量なので冷却水ポンプ６の回転数を通常通り制御する（Ｓ８０４）。 Here, it is determined whether or not the determined cooling water flow rate is equal to or higher than the minimum flow rate Qmin (S803). If the cooling water flow rate is equal to or higher than the minimum flow rate Qmin, the flow rate can be achieved by normal control. 6 is controlled as usual (S804).

一方、決定した冷却水流量が最低流量Ｑｍｉｎよりも小さい場合には、圧損要素２２の開度を図１４のマップにしたがって調整し、冷却水ポンプ６を最小回転数Ｍｉｎで駆動する（Ｓ８０５）。 On the other hand, when the determined cooling water flow rate is smaller than the minimum flow rate Qmin, the opening degree of the pressure loss element 22 is adjusted according to the map of FIG. 14, and the cooling water pump 6 is driven at the minimum rotation speed Min (S805).

こうして冷却水ポンプ６の回転数が制御されたら、燃料電池スタック２の発電とパージを開始し（Ｓ８０６）、パージを開始してから所定時間が経過すると、燃料電池システムを停止させて（Ｓ８０７）本実施形態の燃料電池システムによるパージ処理は完了する。 When the rotational speed of the cooling water pump 6 is controlled in this way, power generation and purging of the fuel cell stack 2 are started (S806), and when a predetermined time has elapsed since the purge was started, the fuel cell system is stopped (S807). The purge process by the fuel cell system of this embodiment is completed.

このように、本実施形態の燃料電池システム２１では、冷却水を循環させる冷却水流路の燃料電池下流に、冷却水の流量を調整可能な圧損要素２２を設置したので、通常の冷却水ポンプでは制御できない微小な流量の冷却水を燃料電池スタック２に供給することができ、これによって燃料電池セル平面の上流から下流までを均一にパージできるような温度勾配を生じさせることができる。 Thus, in the fuel cell system 21 of the present embodiment, the pressure loss element 22 capable of adjusting the flow rate of the cooling water is installed downstream of the fuel cell in the cooling water flow path for circulating the cooling water. Cooling water with a minute flow rate that cannot be controlled can be supplied to the fuel cell stack 2, thereby generating a temperature gradient that can be uniformly purged from upstream to downstream of the fuel cell plane.

＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態を図１６に基づいて説明する。図１６は、本実施形態の燃料電池システムによるパージ処理を示すフローチャートである。尚、本実施形態の燃料電池システムの構成は第４の実施形態と同一なので、詳しい説明は省略する。 <Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a flowchart showing purge processing by the fuel cell system of the present embodiment. The configuration of the fuel cell system according to the present embodiment is the same as that of the fourth embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

本実施形態の燃料電池システムによるパージ処理では、燃料電池スタック２の発電とパージを開始してから所定時間経過後に、燃料電池セルが必要な温度勾配に到達したか否かを判断し、必要な温度勾配に到達していない場合には、圧損要素２２の開度を調整するようにしたことが第４の実施形態と異なっている。 In the purge process by the fuel cell system of the present embodiment, it is determined whether or not the fuel cell has reached a necessary temperature gradient after a predetermined time has elapsed since the start of power generation and purging of the fuel cell stack 2. When the temperature gradient is not reached, the opening of the pressure loss element 22 is adjusted, which is different from the fourth embodiment.

次に、本実施形態の燃料電池システムによるパージ処理を図１６のフローチャートに基づいて説明する。図１６に示すように、ステップＳ９０１からＳ９０６までの処理は図１５のステップＳ８０１からＳ８０６までの処理と同一なので、説明は省略する。 Next, purge processing by the fuel cell system of this embodiment will be described based on the flowchart of FIG. As shown in FIG. 16, the processing from step S901 to S906 is the same as the processing from step S801 to S806 in FIG.

ステップＳ９０７においてパージを開始してから所定時間が経過したら、燃料電池セル平面の温度勾配を測定し、測定された温度勾配が必要とされる所定の温度勾配に到達したか否かを判断する。このとき燃料電池セル内の温度を直接測定することによって温度勾配を求めてもよいが、より簡便な方法としては冷却水入口温度センサ９と冷却水出口温度センサ１０で検出された温度の温度差から予測するようにしてもよい。 When a predetermined time has elapsed since the start of purge in step S907, the temperature gradient of the fuel cell plane is measured, and it is determined whether or not the measured temperature gradient has reached the required temperature gradient. At this time, the temperature gradient may be obtained by directly measuring the temperature in the fuel cell, but as a simpler method, the temperature difference between the temperatures detected by the cooling water inlet temperature sensor 9 and the cooling water outlet temperature sensor 10 may be used. You may make it estimate from.

そして、燃料電池セル平面の温度勾配が所定の温度勾配に到達していない場合には圧損要素２２の開度を調整する（Ｓ９０８）。 When the temperature gradient of the fuel cell plane does not reach the predetermined temperature gradient, the opening degree of the pressure loss element 22 is adjusted (S908).

例えば、温度勾配が所定の温度勾配に満たない場合には圧損要素２２を閉じる方向に制御して、燃料電池スタック２に流れる冷却水流量をさらに減少させる。これによって所定時間内に燃料電池セル平面に必要な温度勾配を確実に生じさせることができる。 For example, when the temperature gradient is less than a predetermined temperature gradient, the pressure loss element 22 is controlled to close, and the flow rate of the coolant flowing through the fuel cell stack 2 is further reduced. Thus, a necessary temperature gradient can be surely generated on the fuel cell plane within a predetermined time.

また、逆に燃料電池セル平面に必要以上の温度勾配が生じている場合には、圧損要素２２の開度を開く方向に制御することで、燃料電池スタック２に流れる冷却水流量を増やして、すぐに適切な温度勾配に戻すように制御することができる。 On the contrary, when the temperature gradient more than necessary is generated on the fuel cell plane, by controlling the opening degree of the pressure loss element 22 to increase the flow rate of the coolant flowing through the fuel cell stack 2, It can be controlled to return to an appropriate temperature gradient immediately.

例えば、燃料電池システムを自動車に搭載する場合には、システムを停止するまでの時間をより短くすることが求められるので、本実施形態の燃料電池システムのようにできるだけ短時間のうちに燃料電池セル平面の上流から下流に向けて温度勾配を生じさせることができれば、トータルのパージ時間を短くすることが可能となる。 For example, when the fuel cell system is mounted on an automobile, it is required to shorten the time until the system is stopped. Therefore, as in the fuel cell system of this embodiment, the fuel cell unit is as short as possible. If a temperature gradient can be generated from upstream to downstream of the plane, the total purge time can be shortened.

こうしてステップＳ９０７あるいはＳ９０８の処理が実施されたら、次に燃料電池スタック２の発電とパージを継続して行い（Ｓ９０９）、所定時間が経過したら燃料電池システムを停止させて（Ｓ９１０）本実施形態の燃料電池システムによるパージ処理は完了する。 After the processing of step S907 or S908 is performed in this way, the power generation and purging of the fuel cell stack 2 is continued (S909), and when the predetermined time has elapsed, the fuel cell system is stopped (S910). The purge process by the fuel cell system is completed.

このように、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池セルの平面に生じた温度勾配に基づいて圧損要素２２の開度を調整するので、燃料電池セル平面の上流から下流までを均一にパージできるような温度勾配を短時間で確実に生じさせることができる。 As described above, in the fuel cell system of the present embodiment, the opening degree of the pressure loss element 22 is adjusted based on the temperature gradient generated on the plane of the fuel cell, so that the upstream and downstream of the plane of the fuel cell are uniformly purged. Such a temperature gradient can be generated reliably in a short time.

また、本実施形態の燃料電池システムでは、冷却水の燃料電池入口温度と燃料電池出口温度とを測定することによって、燃料電池セルの平面に生じた温度勾配を予測するので、簡便な方法で温度勾配を予測することができ、予測した温度勾配に基づいて燃料電池セル平面の上流から下流までを均一に除水できるような温度勾配を実現することができる。 Further, in the fuel cell system of the present embodiment, the temperature gradient generated in the plane of the fuel cell is predicted by measuring the fuel cell inlet temperature and the fuel cell outlet temperature of the cooling water. A gradient can be predicted, and a temperature gradient that can uniformly remove water from upstream to downstream of the fuel cell plane can be realized based on the predicted temperature gradient.

＜その他の実施形態＞
上記のように、本発明は、５つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。 <Other embodiments>
As described above, the present invention has been described according to the five embodiments. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

上記の実施の形態では、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示したように、パージガスの流れる方向と冷却水の流れる方向とが同一方向或いは略同一方向となる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。パージガスの流れる方向に対して略垂直に交わる２以上の冷却系が配置され、当該冷却系を流れる冷却水の温度及び流量を各冷却系ごとに独立に制御可能である構成を備えていても構わない。 In the above embodiment, as illustrated in FIGS. 2A to 2C, the case where the direction in which the purge gas flows and the direction in which the cooling water flows are the same direction or substantially the same direction has been described. The present invention is not limited to this. Two or more cooling systems that intersect substantially perpendicularly to the direction in which the purge gas flows may be disposed, and the temperature and flow rate of the cooling water flowing through the cooling system may be independently controlled for each cooling system. Absent.

例えば、図２（ｄ）に示すように、燃料電池セルの平面においてパージガスの流れる方向の上流で略垂直に交わる第１冷却系と、パージガスの流れる方向の下流で略垂直に交わる第２冷却系とが配置されていても構わない。この場合、図１７に示すように、冷却水ポンプ６から導出された冷却水は２系統（第１冷却系及び第２冷却系）に分岐される。パージガスの流れる方向の上流で交差する第１冷却系では、ラジエータ２５により冷却水が放熱されてから燃料電池スタック２へ導入される。一方、パージガスの流れる方向の下流で交差する第２冷却系では、ヒータ２６により冷却水を加熱して、或いはしぼり２７により流量を低下させてから、燃料電池スタック２へ導入される。 For example, as shown in FIG. 2 (d), a first cooling system that intersects substantially vertically upstream of the purge gas flow direction and a second cooling system that intersects substantially perpendicular downstream of the purge gas flow direction in the plane of the fuel cell. And may be arranged. In this case, as shown in FIG. 17, the cooling water led out from the cooling water pump 6 is branched into two systems (a first cooling system and a second cooling system). In the first cooling system that intersects upstream in the direction in which the purge gas flows, the cooling water is radiated by the radiator 25 and then introduced into the fuel cell stack 2. On the other hand, in the second cooling system that intersects downstream in the direction in which the purge gas flows, the cooling water is heated by the heater 26 or the flow rate is reduced by the squeezing 27 and then introduced into the fuel cell stack 2.

このように、第１及び第２の冷却系を流れる冷却水の温度及び流量を各冷却系ごとに独立に制御することにより、パージを実施するときに燃料電池セルの平面においてパージガスが流れる方向の上流から下流に向けて温度が高くなるような温度勾配を生じさせることができる。（請求項９の効果）
なお、２系統の場合、図１７のラジエータ２５、ヒータ２６、しぼり２７の少なくとも何れか１つを備えていれば、所望の温度勾配を実現することが出来る。 Thus, by independently controlling the temperature and flow rate of the cooling water flowing through the first and second cooling systems for each cooling system, the purge gas flows in the plane of the fuel cell when purging. A temperature gradient can be generated such that the temperature increases from upstream to downstream. (Effect of Claim 9)
In the case of the two systems, a desired temperature gradient can be realized if at least one of the radiator 25, the heater 26, and the aperture 27 shown in FIG. 17 is provided.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。 Thus, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from this disclosure.

本発明の第１の実施形態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。1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 図２（ａ）乃至図２（ｄ）は本発明の燃料電池システムにおける燃料電池セルの構造を説明するための平面図である。2A to 2D are plan views for explaining the structure of the fuel cell in the fuel cell system of the present invention. 本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムによるパージ処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the purge process by the fuel cell system which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 燃料電池セルのセル温度と零下起動に必要な温度勾配との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the cell temperature of a fuel battery cell, and the temperature gradient required for subzero starting. 燃料電池スタックを循環する冷却水流量と温度勾配との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the cooling water flow volume which circulates through a fuel cell stack, and a temperature gradient. 本発明の第１の実施形態における燃料電池セル平面のパージガス入口からの距離とセル温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the distance from the purge gas inlet of the fuel cell plane in the 1st Embodiment of this invention, and cell temperature. 本発明の第１の実施形態における燃料電池セル平面のパージガス入口からの距離とセル温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the distance from the purge gas inlet of the fuel cell plane in the 1st Embodiment of this invention, and cell temperature. 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムによるパージ処理を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing a purge process by a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施形態における燃料電池セル平面のパージガス入口からの距離とセル温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the distance from the purge gas inlet of the fuel cell plane in the 2nd Embodiment of this invention, and cell temperature. 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池システムによるパージ処理を示すフローチャートである。7 is a flowchart showing a purge process by a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第３の実施形態における燃料電池セル平面のパージガス入口からの距離とセル温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the distance from the purge gas inlet of the fuel cell plane in the 3rd Embodiment of this invention, and cell temperature. 本発明の第４の実施形態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 the 4th Embodiment of this invention. 冷却水ポンプの回転数と冷却水流量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotation speed of a cooling water pump, and a cooling water flow rate. 圧損要素の開度と冷却水流量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the opening degree of a pressure loss element, and a cooling water flow rate. 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池システムによるパージ処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the purge process by the fuel cell system which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池システムによるパージ処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the purge process by the fuel cell system which concerns on the 5th Embodiment of this invention. ２つの独立した冷却系を備える場合における冷却水の温度・流量の制御装置を示す燃料電池システムの部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the fuel cell system which shows the control apparatus of the temperature and flow volume of the cooling water in the case of providing two independent cooling systems.

Explanation of symbols

１、２１燃料電池システム
２燃料電池スタック
３制御部
４水素タンク
５コンプレッサ
６冷却水ポンプ
７ラジエータ
８三方弁
９冷却水入口温度センサ
１０冷却水出口温度センサ
２２圧損要素
２５ラジエータ
２６ヒータ
２７しぼり DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 21 Fuel cell system 2 Fuel cell stack 3 Control part 4 Hydrogen tank 5 Compressor 6 Cooling water pump 7 Radiator 8 Three-way valve 9 Cooling water inlet temperature sensor 10 Cooling water outlet temperature sensor 22 Pressure loss element 25 Radiator 26 Heater 27 Squeeze

Claims

A fuel cell system that performs a purge when power generation of a fuel cell is stopped,
A fuel cell system, characterized in that when performing the purge, a temperature gradient is generated such that the temperature increases from upstream to downstream in the direction in which the purge gas flows in the plane of the fuel cell.

A fuel cell system that performs a purge when power generation of a fuel cell is stopped,
The flow direction of the purge gas and the flow direction of the cooling water in the plane of the fuel cell are substantially the same direction, and the fuel cell generates power when performing the purge, and the flow rate of the cooling water is higher than that during normal power generation. A fuel cell system characterized by reducing the number of fuel cells.

A required temperature gradient is obtained based on the temperature of the fuel cell when the purge is performed, and the flow rate of the cooling water is determined based on the temperature gradient and the amount of power generated by the fuel cell. The fuel cell system according to claim 2.

4. The fuel cell system according to claim 2, wherein when performing the purge, the fuel cell inlet temperature of the cooling water is set to a predetermined temperature or lower.

A fuel cell system that performs a purge when power generation of a fuel cell is stopped,
The direction in which the purge gas flows and the direction in which the coolant flows in the plane of the fuel cell are substantially the same direction, and after the fuel cell power generation stop trigger is input, the power generation of the fuel cell is continued, and then the purge is performed. The fuel cell system is characterized in that, at this time, the flow rate of the cooling water is made smaller than that during normal power generation.

The fuel according to any one of claims 2 to 5, wherein pressure loss means capable of adjusting a flow rate of the cooling water is installed downstream of the fuel cell in the cooling water flow path for circulating the cooling water. Battery system.

The fuel cell system according to claim 6, wherein the pressure loss means has an opening degree adjusted based on a temperature gradient generated on a plane of the fuel cell.

The temperature gradient generated in the plane of the fuel cell is predicted by measuring the fuel cell inlet temperature and the fuel cell outlet temperature of the cooling water. The fuel cell system according to item.

A fuel cell system that performs a purge when power generation of a fuel cell is stopped,
A first cooling system that intersects substantially vertically upstream of the direction of purge gas flow in the plane of the fuel cell and a second cooling system that intersects substantially perpendicularly downstream of the direction of purge gas flow are disposed, and when performing a purge, A fuel cell system, wherein the temperature of cooling water flowing through the first cooling system and the second cooling system is independently controlled.