JP2010027527A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
燃料電池システムは、燃料電池の冷却液が循環用配管によって循環され、循環用配管に設けられたラジエータ等の冷却手段によって冷却されるのが一般的である。 In the fuel cell system, the coolant of the fuel cell is generally circulated by a circulation pipe and is cooled by a cooling means such as a radiator provided in the circulation pipe.
従来、燃料電池の低温始動性を上げるため、燃料電池における入口側の配管と出口側の配管との間にバイパス配管を設け、燃料電池の低温時には冷却液の殆どをバイパス配管と燃料電池との間で循環させ、冷却液が冷却手段によって冷却されるのを抑制する技術が知られている(例えば、特許文献1,2参照。)。
しかしながら、従来の技術では、燃料電池の低温始動性が向上するものの、燃料電池が高温(80℃程度)になったときにも冷却液の略全量が燃料電池に供給されるため、燃料電池の冷却液に対する圧力損失が大きいことから、冷却回路を循環する冷却液流量が減少し、結果的に冷却手段に流入する冷却液の単位時間あたりの流量が少なくなるため、冷却液に対する冷却手段の冷却効果が低下するという問題があった。また、冷却液流量を増加させようとすると、冷却液循環手段を大型化しなければならいないという問題があった。 However, in the conventional technology, although the low temperature startability of the fuel cell is improved, almost all of the coolant is supplied to the fuel cell even when the fuel cell becomes high temperature (about 80 ° C.). Since the pressure loss with respect to the coolant is large, the flow rate of the coolant circulating in the cooling circuit decreases, and consequently the flow rate of the coolant flowing into the cooling device per unit time decreases. There was a problem that the effect was reduced. In addition, when trying to increase the coolant flow rate, there is a problem that the coolant circulation means must be enlarged.
なお、燃料電池の圧力損失とは、周知のように冷却液が燃料電池の流路内を流れる際に、冷却液と流路との間の摩擦抵抗によって冷却液の運動エネルギーの一部が熱や音の形で失われ、流路の出口圧力が入口圧力より低くなる現象である。 As is well known, fuel cell pressure loss means that when the coolant flows in the flow path of the fuel cell, a part of the kinetic energy of the coolant is heated by the frictional resistance between the coolant and the flow path. It is a phenomenon that is lost in the form of noise and the outlet pressure of the flow path becomes lower than the inlet pressure.
本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、燃料電池の高温時に冷却液に対する冷却手段の冷却効果が低下するのを抑制できる技術の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing the cooling effect of the cooling means with respect to the coolant when the fuel cell is at a high temperature.
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
すなわち、本発明は、燃料電池と、前記燃料電池の冷却液を冷却する冷却手段と、前記燃料電池の冷却液入口と前記冷却手段の冷却液出口との間に設けられた流入配管と、前記燃料電池の冷却液出口と前記冷却手段の冷却液入口との間に設けられた流出配管と、前記流入配管に設けられ前記冷却液を循環させる循環手段と、前記循環手段と前記燃料電池間の前記流入配管と、前記流出配管との間に設けられた第1のバイパス配管と、前記第1のバイパス配管と前記流入配管との接続部に設けられ、前記冷却手段から流出した前記冷却液における前記第1のバイパス配管側又は前記燃料電池側に流れる流量を調整する第1の流量調整手段と、前記燃料電池から流出した前記冷却液の温度が第1の閾値より高い場合に、前記第1の流量調整手段を制御することにより、前記燃料電池に流入する前記冷却液の流量を一部に制限する制御手段と、を備える。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
That is, the present invention includes a fuel cell, cooling means for cooling the fuel cell coolant, an inflow pipe provided between the coolant inlet of the fuel cell and the coolant outlet of the cooling means, An outflow pipe provided between a coolant outlet of the fuel cell and a coolant inlet of the cooling means; a circulation means provided in the inflow pipe for circulating the coolant; and between the circulation means and the fuel cell The first bypass pipe provided between the inflow pipe and the outflow pipe, and the first liquid bypass pipe and the inflow pipe are connected to each other in the cooling liquid flowing out from the cooling means. A first flow rate adjusting means for adjusting a flow rate flowing to the first bypass pipe side or the fuel cell side; and a temperature of the coolant flowing out from the fuel cell is higher than a first threshold value. The flow rate adjustment means By Gosuru, and a control means for limiting a portion of the flow rate of the coolant flowing into the fuel cell.
本発明によれば、燃料電池が第1の閾値(例えば80℃)より高温の時には、燃料電池に流入する冷却液の流量が一部に制限される。これにより、燃料電池の圧力損失の影響は
冷却液の一部に及ぶだけで、冷冷却液全体に対する影響は小さくなる。従って、冷却液に対する冷却手段の冷却効果が低下するのを抑制できる。
According to the present invention, when the temperature of the fuel cell is higher than the first threshold (for example, 80 ° C.), the flow rate of the coolant flowing into the fuel cell is limited to a part. Thereby, the influence of the pressure loss of the fuel cell only affects a part of the cooling liquid, and the influence on the whole cooling liquid becomes small. Therefore, it can suppress that the cooling effect of the cooling means with respect to a cooling fluid falls.
ここで、前記冷却液の一部は、前記燃料電池の冷却に必要な最低流量以上である構成にできる。この構成によれば、燃料電池から流出する冷却液が高温の場合には、燃料電池にその冷却に必要な量の冷却液が供給されるので、燃料電池の性能を確実に保持できる。また、前記燃料電池の冷却に必要な最低流量は、前記燃料電池に流入する前記冷却液と流出する前記冷却液との温度差が所定値以下となる流量である構成にできる。この構成によれば、燃料電池の冷却による温度変化を小さくできる。所定値としては、例えば20℃を例示できる。 Here, a part of the coolant may be configured to have a flow rate that is equal to or higher than a minimum flow rate required for cooling the fuel cell. According to this configuration, when the coolant flowing out from the fuel cell is at a high temperature, the fuel cell is supplied with an amount of coolant necessary for cooling, so that the performance of the fuel cell can be reliably maintained. The minimum flow rate required for cooling the fuel cell may be a flow rate at which a temperature difference between the coolant flowing into the fuel cell and the coolant flowing out becomes a predetermined value or less. According to this configuration, the temperature change due to the cooling of the fuel cell can be reduced. An example of the predetermined value is 20 ° C.
また、前記循環手段と前記冷却手段間の前記流入配管と、前記流出配管との間に設けられた第2のバイパス配管と、前記第2のバイパス配管と前記流入配管との接続部、又は前記第2のバイパス配管と前記流出配管との接続部に設けられ、前記燃料電池から流出した前記冷却液が前記冷却手段に流れる流量を調整する第2の流量調整手段と、を更に備え、前記制御手段は、前記燃料電池から流出した前記冷却液の温度が第2の閾値より低い場合に、前記第2の流量調整手段を制御することにより、前記第2のバイパス配管を介して前記冷却手段に流入する前記冷却液の流量を0に制限する構成にできる。 Further, the inflow pipe between the circulation means and the cooling means, a second bypass pipe provided between the outflow pipe, a connection portion between the second bypass pipe and the inflow pipe, or the And a second flow rate adjusting means provided at a connection portion between the second bypass pipe and the outflow pipe, for adjusting the flow rate of the coolant flowing out of the fuel cell to the cooling means, and the control When the temperature of the coolant flowing out of the fuel cell is lower than a second threshold value, the means controls the second flow rate adjusting means, thereby supplying the cooling means via the second bypass pipe. The flow rate of the coolant flowing in can be limited to zero.
この構成によれば、冷却液の温度が第2の閾値より低い場合には、冷却手段に流れる冷却液の流量を0に制限することにより、冷却液が冷却されるのを抑制できるので、燃料電池の温度制御性が向上する。 According to this configuration, when the temperature of the coolant is lower than the second threshold value, it is possible to suppress cooling of the coolant by limiting the flow rate of the coolant flowing to the cooling means to 0. The temperature controllability of the battery is improved.
本発明によれば、燃料電池から流出する冷却液の温度が第1の閾値以上(高温)の時には、燃料電池に流入する冷却液の流量が一部に制限されるので、冷却液の一部にだけ燃料電池の圧力損失の影響が及び、冷却液全体に対する燃料電池の圧力損失の影響は小さくなる。これにより、冷却液全体に対する冷却手段の冷却効果が低下するのを抑制できる。 According to the present invention, when the temperature of the coolant flowing out from the fuel cell is equal to or higher than the first threshold value (high temperature), the flow rate of the coolant flowing into the fuel cell is limited to a part, so a part of the coolant Only the influence of the pressure loss of the fuel cell is exerted, and the influence of the pressure loss of the fuel cell on the whole coolant is reduced. Thereby, it can suppress that the cooling effect of the cooling means with respect to the whole cooling fluid falls.
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態(以下、実施形態という)に係る燃料電池システムについて説明する。なお、以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成には限定されない。 Hereinafter, a fuel cell system according to the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described with reference to the drawings. In addition, the structure of the following embodiment is an illustration and this invention is not limited to the structure of embodiment.
図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池システム1の構成を示す。この燃料電池システム1は、燃料電池(FC)11と、この燃料電池11の冷却液を冷却する冷却手段であるラジエータ12と、燃料電池11における冷却液の流入口11aとラジエータ12における冷却液の流出口12a間に設けられた流入配管13と、燃料電池11における冷却液の流出口11bとラジエータ12における冷却液の流入口12b間に設けられた流出配管14と、流入配管13に設けられ冷却液を循環させる循環手段であるポンプ15と、ポンプ15と燃料電池11間の流入配管13と流出配管14との間に設けられた第1バイパス配管16と、を備えている。
FIG. 1 shows a configuration of a
また、この燃料電池システム1は、第1バイパス配管16と流入配管13との接続部に設けられ、ラジエータ12から流出し燃料電池11側に流れる冷却液の流量を調整する第1の流量調整手段である第1バルブ17と、燃料電池11から流出した冷却液の温度が第1の閾値Taより高い場合に、第1バルブ17を制御することにより、燃料電池11に流入する冷却液の流量を一部に制限する制御手段18とを備えている。
Further, the
更に、この燃料電池システム1は、第1バイパス配管16に設けられたイオン交換器2
3と、ポンプ15とラジエータ12間の流入配管13と流出配管14との間に設けられた第2バイパス配管19と、第2バイパス配管19と流入配管13との接続部又は第2バイパス配管19と流出配管14との接続部に設けられ、燃料電池11から流出した冷却液のラジエータ12側に流れる流量を調整する第2の流量調整手段である第2バルブ20と、燃料電池11の発電電圧を計測する電圧計21、電流を計測する電流計22、及び燃料電池11から流出する冷却液の温度を計測する温度計24と、を備えている。
Further, the
3, a
次に、上記各構成要素について説明する。燃料電池11は、固体高分子型燃料電池(PEFC)を例示できる。この燃料電池11は、一般的な構成を使用できるので、ここではその概略について説明する。 Next, each of the above components will be described. The fuel cell 11 can be exemplified by a polymer electrolyte fuel cell (PEFC). Since this fuel cell 11 can use a general configuration, an outline thereof will be described here.
燃料電池11は、少なくとも1つのセルから構成されている。セルは、固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜を両側から挟む燃料極(アノード)及び空気極(酸化剤極:カソード)と、これらの燃料極及び空気極を挟む燃料極側セパレータ及び空気極側セパレータとから成されている。 The fuel cell 11 is composed of at least one cell. The cell includes a solid polymer electrolyte membrane, a fuel electrode (anode) and an air electrode (oxidizer electrode: cathode) that sandwich the solid polymer electrolyte membrane from both sides, a fuel electrode side separator that sandwiches these fuel electrode and air electrode, and And an air electrode side separator.
燃料極は、拡散層と触媒層とを有している。水素ガスや水素リッチガスなどの水素を含む燃料が、燃料供給系により燃料極に供給される。燃料極に供給された燃料は、拡散層で拡散され触媒層に到達する。触媒層では、水素がプロトン(水素イオン)と電子とに分離される。水素イオンは固体高分子電解質膜を通って空気極に移動し、電子は外部回路(図示せず)を通って空気極に移動する。 The fuel electrode has a diffusion layer and a catalyst layer. A fuel containing hydrogen such as hydrogen gas or hydrogen rich gas is supplied to the fuel electrode by the fuel supply system. The fuel supplied to the fuel electrode is diffused in the diffusion layer and reaches the catalyst layer. In the catalyst layer, hydrogen is separated into protons (hydrogen ions) and electrons. Hydrogen ions move to the air electrode through the solid polymer electrolyte membrane, and electrons move to the air electrode through an external circuit (not shown).
一方、空気極は、拡散層と触媒層とを有する。空気等の酸化剤ガスが酸化剤供給系により空気極に供給される。空気極に供給された酸化剤ガスは、拡散層で拡散され触媒層に到達する。触媒層では、酸化剤ガスと、固体高分子電解質膜を通って空気極に到達した水素イオンと、外部回路を通って空気極に到達した電子とによる反応を通じて水が生成される。 On the other hand, the air electrode has a diffusion layer and a catalyst layer. An oxidant gas such as air is supplied to the air electrode by the oxidant supply system. The oxidant gas supplied to the air electrode is diffused in the diffusion layer and reaches the catalyst layer. In the catalyst layer, water is generated through a reaction between the oxidant gas, hydrogen ions that have reached the air electrode through the solid polymer electrolyte membrane, and electrons that have reached the air electrode through the external circuit.
燃料極及び空気極における反応の際に外部回路を通る電子が、燃料電池11の両端子間に接続される負荷に対する電力として使用される。また、燃料電池11には、燃料を供給及び排出するための燃料供給/排出系と、酸化剤を供給及び排出するための酸化剤供給/排出系とが接続される。なお、図1においては、燃料供給/排出系、酸化剤供給/排出系の構成を省略したが、これらの構成は一般的なものを使用できる。 Electrons passing through an external circuit during a reaction at the fuel electrode and the air electrode are used as electric power for a load connected between both terminals of the fuel cell 11. The fuel cell 11 is connected to a fuel supply / discharge system for supplying and discharging fuel and an oxidant supply / discharge system for supplying and discharging oxidant. In FIG. 1, the configurations of the fuel supply / discharge system and the oxidant supply / discharge system are omitted, but general configurations can be used.
ラジエータ12は、ファン25を有するものを例示できる。ポンプ15は、流量調整機能を有している。第1及び第2バルブ17,20は、3方弁を例示できる。これらのラジエータ12,ポンプ15、第1及び第2バルブ17,20は、一般的なものを例示得きる。また、イオン交換器23は、冷却液内のイオンを除去するものであり、一般的なイオンフィルターを例示できる。
The
制御手段18は、温度計24,電圧計21及び電流計22の出力に基づいて、第1バルブ17及び第2バルブ20を制御する。本実施形態では、制御手段18は、温度計24の出力に基づいて第1バルブ17を制御することにより、ラジエータ12から流出した冷却液が燃料電池11に流入する流量を一部に制限する。ここでは、制御手段18は、燃料電池11における流出する冷却液と流入する冷却液との温度差が、例えば20℃以下になるように冷却液の流量を制限する。これは、燃料電池11の温度変化を小さくするためである。また、本実施形態では、制御手段18は、温度計24の出力に基づいて第2バルブ20を制御し、燃料電池11から流出した冷却液がラジエータ12側に流れる流量を0に制限する。
The control means 18 controls the
次に、この燃料電池システム1の作用を説明する。制御手段18は、燃料電池11から流出した冷却液の温度が、第1の閾値(例えば80℃)より高温の場合は、第1バルブ17を制御することにより、流入配管13から燃料電池11に流入する冷却液の流量を一部に制限する。
Next, the operation of the
ここでは、燃料電池11に流入する冷却液の流量を、燃料電池11の冷却に必要な流量、例えば燃料電池11に流入する冷却液の温度と流出する冷却液の温度との差が20℃以下になる流量にする。このように燃料電池11から流出する冷却液と、燃料電池11に流入する冷却液との温度差を20℃以下にするのは、燃料電池11の温度変化をできるだけ小さくするためである。 Here, the flow rate of the coolant flowing into the fuel cell 11 is set to a flow rate required for cooling the fuel cell 11, for example, the difference between the temperature of the coolant flowing into the fuel cell 11 and the temperature of the coolant flowing out is 20 ° C. or less. The flow rate becomes The reason why the temperature difference between the coolant flowing out from the fuel cell 11 and the coolant flowing into the fuel cell 11 is set to 20 ° C. or less is to make the temperature change of the fuel cell 11 as small as possible.
図2は、ポンプ15の流量が一定(例えば、0.1m3/m)の場合に、第1バルブ17における燃料電池11側及び第1バイパス配管16側の開度、燃料電池システム1における冷却液流路系全体の冷却液に対する圧力損失との関係を示す。図2から分かるように、燃料電池11側と第1バイパス16側に流れる冷却液の流量が略同様になるように、第1バルブ17の開度を設定した場合(A点)に比べて、燃料電池11又は第1バイパス配管16の何れか一方に流れる冷却液の流量が他方より多くなるように、第1バルブ17の開度を設定した場合には、系全体の圧力損失が大きくなる。これは、燃料電池11又は第1バイパス配管16の一方に流入する冷却液の流量が増加すると、燃料電池11又は第1バイパス配管16の圧力損失が増大して、結果的に系全体の圧力損失が増加するためである。
FIG. 2 shows the degree of opening of the
本実施形態では、第1バルブ17の開度を燃料電池11に流入する冷却液の流量が最大流量(B点)側からA点側に減少するように調整することにより、燃料システム1の冷却液系全体の圧力損失を減少させる。但し、次に説明するように、第1バルブ17の開度を、燃料電池11に流れる冷却液の流量が燃料電池11の冷却に必要な最低流量以上流れるように調整する。これにより、燃料電池11の性能を確保する。
In the present embodiment, the opening of the
図3及び図4は、第1バルブ17の開度と、燃料電池11の冷却液流入量、及びラジエータ12の冷却液流入量との関係を示す。図3及び図4に示すように、第1バルブ17における燃料電池(FC)11側の開度又は第1バイパス配管16側の開度を調整することにより、燃料電池11及びラジエータ12に流れる冷却液の流量を調整できる。
3 and 4 show the relationship between the opening degree of the
ここで、図3は、燃料電池11の冷却に必要な冷却液の最低流量が比較的低い場合(燃料電池11の温度が比較的低い場合等)、図4は最低流量が比較的多い場合(燃料電池11の温度が比較的高い場合等)を示す。 3 shows a case where the minimum flow rate of the coolant necessary for cooling the fuel cell 11 is relatively low (when the temperature of the fuel cell 11 is relatively low, etc.), and FIG. 4 shows a case where the minimum flow rate is relatively high ( The case where the temperature of the fuel cell 11 is relatively high) is shown.
図3の場合は、燃料電池11に流れる冷却液の流量が、燃料電池11の冷却に必要な最低流量以上になる範囲内で、ラジエータ12に流れる冷却液が最大流量になる点Cが存在する。この場合は、制御手段18は、第1バルブ17の開度をラジエータ12に流れる冷却液の流量が最大流量になるように制御する(D点)。
In the case of FIG. 3, there exists a point C at which the coolant flowing through the
これにより、燃料電池11に流入する冷却液の流量を一部に制限して、燃料電池11の圧力損失が冷却液全体に及ぼす影響を抑制できる。従って、ラジエータ12に流れる冷却液の単位時間あたりの流量が減少するのを抑制でき、冷却液全体に対する却効果が低下するのを抑制できる。また、ラジエータ12に流れる冷却液を最大流量にすることにより、ラジエータ12による冷却液に対する冷却効果を更に向上させることができる。
Thereby, the flow rate of the coolant flowing into the fuel cell 11 is limited to a part, and the influence of the pressure loss of the fuel cell 11 on the entire coolant can be suppressed. Therefore, it can suppress that the flow volume per unit time of the cooling fluid which flows into the
また、図4の場合は、燃料電池11に流れる冷却液の流量が、燃料電池11の冷却に必要な最低流量より少なくなる範囲内で、ラジエータ12に流れる冷却液が最大流量になる
点Cが存在する。この場合は、制御手段18は、第1バルブ17の開度を燃料電池11に流れる冷却液が燃料電池11の冷却に必要な最低流量になるように制御する(E点)。これにより、燃料電池11の性能を確保できる。また、燃料電池11に流れる冷却液の流量が一部に制限されるので、燃料電池11の冷却液全体に対する圧力損失の影響を抑制できる。従って、ラジエータ12に流れる冷却液の単位時間あたりの流量が減少するのを抑制して、冷却液全体に対するラジエータ12の冷却効果が低下するのを抑制できる。
In the case of FIG. 4, the point C where the coolant flowing through the
また、本実施形態では、図1の燃料電池11から流出配管14に流出した冷却液の温度が第2の閾値(例えば70℃)より低温の場合は、制御手段18は第2バルブ20を制御することにより、燃料電池11から流出した冷却液がラジエータ12に流入する流量を0に制限し、冷却液を燃料電池11と第2バイパス配管20との間で循環させる。このように、燃料電池11から流出する冷却液の温度が第2の閾値より低い場合には、燃料電池11から流出した冷却液がラジエータ12によって冷却されずに燃料電池11に流入するので、燃料電池11の温度制御性が向上する。
In the present embodiment, the control means 18 controls the
図5は、燃料電池11の起動処理を示すフローチャートである。なお、ここでは、燃料電池11を冷却するの必要な冷却液の最低流量が比較的多い場合(図4の場合)について説明する。 FIG. 5 is a flowchart showing the startup process of the fuel cell 11. Here, a case where the minimum flow rate of the coolant necessary for cooling the fuel cell 11 is relatively large (in the case of FIG. 4) will be described.
ここでは、まず、制御手段18は、温度計24,電圧計21,及び電流計22により、燃料電池11から流出した冷却液の温度、燃料電池11の発電電圧及び電流を検出する(S1)。
Here, first, the control means 18 detects the temperature of the coolant flowing out from the fuel cell 11, the power generation voltage and the current of the fuel cell 11 using the
次に、制御手段18は、燃料電池11から流出した冷却液の温度が第1閾値Ta(例えば80℃)より高いか否かを判断する(S2)。ステップ(S2)で制御手段18が、燃料電池11から流出した冷却液の温度が第1閾値Taより高いと判断した場合は、次に、制御手段18はポンプ15の回転数を最大にして冷却液の循環量を最大にする(S3)。次に、制御手段18は、燃料電池11の発電電力の電圧及び電流に基づいて、燃料電池11の発熱量を算出する(S4)。
Next, the control means 18 determines whether or not the temperature of the coolant flowing out from the fuel cell 11 is higher than a first threshold value Ta (for example, 80 ° C.) (S2). If the control means 18 determines in step (S2) that the temperature of the coolant flowing out of the fuel cell 11 is higher than the first threshold value Ta, then the control means 18 performs cooling by maximizing the rotational speed of the
次に、制御手段18は、燃料電池11を冷却するのに必要な冷却液の流量、例えば燃料電池11に流入する冷却液と流出する冷却液との温度差が所定値(例えば20℃)以下になる流量を算出する(S5)。 Next, the control means 18 has a flow rate of the coolant necessary for cooling the fuel cell 11, for example, a temperature difference between the coolant flowing into the fuel cell 11 and the coolant flowing out is a predetermined value (for example, 20 ° C.) or less. Is calculated (S5).
次に、制御手段18は、第1バルブ17を制御することにより、ラジエータ12から流出した冷却液が、燃料電池11の冷却に必要な最低流量だけ燃料電池11に流入し、残りの冷却液は第1バイパス配管16側に流れるようにする(S6)。次に、制御手段18は、ステップ(S1)以降の処理を繰り返して行う。
Next, the control means 18 controls the
また、ステップ(S2)で制御手段18が、冷却液の温度が第1閾値Taより高くないと判断した場合は、次に制御手段18は燃料電池11から流出する冷却液の温度が第2閾値Tb(例えば70℃)より低いか否かを判断する(S7)。 When the control means 18 determines in step (S2) that the coolant temperature is not higher than the first threshold value Ta, the control means 18 next determines that the coolant temperature flowing out from the fuel cell 11 is the second threshold value. It is determined whether the temperature is lower than Tb (for example, 70 ° C.) (S7).
ステップ(S7)で制御手段18が、冷却液の温度は第2閾値Tbより低いと判断した場合は、次に、制御手段18は第2バルブ20を制御することにより、燃料電池11から流出した冷却液が第2バイパス配管20と燃料手段11との間を循環し、冷却液がラジエータ12側に流れないように制限する(S8)。また、ステップ(S7)で制御手段18が、冷却液の温度は第2閾値Tbより低くないと判断した場合は、ステップ(S1)以降の処理を繰り返して行う。
If the control means 18 determines in step (S7) that the coolant temperature is lower than the second threshold value Tb, then the control means 18 controls the
本発明によれば、燃料電池11から流出する冷却液が第1閾値Ta(例えば80℃)より高温の時には、燃料電池11に流入する冷却液の流量を一部、例えば燃料電池11の冷却に必要な最最低流量、又は最低流量以上でラジエータ12に流れる最大流量に制限するので、冷却液の全量を燃料電池11に流入させる場合に比べて、冷却液全体に対する燃料電電値11の圧力損失の影響を小さくできる。従って、ラジエータ12による冷却液全体に対する冷却効果の低下を抑制できる。
According to the present invention, when the coolant flowing out from the fuel cell 11 is higher than the first threshold Ta (for example, 80 ° C.), the flow rate of the coolant flowing into the fuel cell 11 is partially reduced, for example, for cooling the fuel cell 11. Since the required minimum flow rate or the maximum flow rate flowing to the
また、燃料電池11から流出する冷却液が第2閾値Tb(例えば70℃)より低温の時には、ラジエータ12に冷却液が流入するのを停止し、燃料電池11と第2バイパス配管20との間で冷却液を循環させるので、冷却液が冷却されるのを抑制できる。従って、燃料電池11の温度制御性が向上する。
Further, when the coolant flowing out from the fuel cell 11 is lower than the second threshold value Tb (for example, 70 ° C.), the coolant stops flowing into the
1 燃料電池システム
11 燃料電池
11a 冷却液入口
11b 冷却液出口
12 ラジエータ
12a 冷却液出口
12b 冷却液入口
13 流入配管
14 流出配管
15 ポンプ(循環手段)
16 第1バイパス配管
17 第1バルブ
18 制御手段
19 第2バイパス配管
20 第2バルブ
21 電圧計
22 電流計
23 イオン交換器
24 温度計
25 ファン
DESCRIPTION OF
16 1st bypass piping 17
Claims (4)
前記燃料電池の冷却液を冷却する冷却手段と、
前記燃料電池の冷却液入口と前記冷却手段の冷却液出口との間に設けられた流入配管と、
前記燃料電池の冷却液出口と前記冷却手段の冷却液入口との間に設けられた流出配管と、
前記流入配管に設けられ前記冷却液を循環させる循環手段と、
前記循環手段と前記燃料電池間の前記流入配管と、前記流出配管との間に設けられた第1のバイパス配管と、
前記第1のバイパス配管と前記流入配管との接続部に設けられ、前記冷却手段から流出した前記冷却液が前記第1のバイパス配管を経由して前記冷却手段側に流れる流量、又は前記燃料電池側に流れる流量を調整する第1の流量調整手段と、
前記燃料電池から流出した前記冷却液の温度が第1の閾値より高い場合に、前記第1の流量調整手段を制御することにより、前記燃料電池に流入する前記冷却液の流量を一部に制限する制御手段と、
を備える燃料電池システム。 A fuel cell;
Cooling means for cooling the fuel cell coolant;
An inflow pipe provided between the coolant inlet of the fuel cell and the coolant outlet of the cooling means;
An outflow pipe provided between the coolant outlet of the fuel cell and the coolant inlet of the cooling means;
A circulating means provided in the inflow pipe for circulating the coolant;
A first bypass pipe provided between the inflow pipe between the circulation means and the fuel cell, and the outflow pipe;
A flow rate that is provided at a connection portion between the first bypass pipe and the inflow pipe and that flows out of the cooling means to the cooling means side through the first bypass pipe, or the fuel cell; First flow rate adjusting means for adjusting the flow rate flowing to the side;
When the temperature of the coolant flowing out from the fuel cell is higher than a first threshold, the flow rate of the coolant flowing into the fuel cell is limited to a part by controlling the first flow rate adjusting means. Control means to
A fuel cell system comprising:
前記第2のバイパス配管と前記流入配管との接続部、又は前記第2のバイパス配管と前記流出配管との接続部に設けられ、前記燃料電池から流出した前記冷却液が前記冷却手段に流れる流量を調整する第2の流量調整手段と、を更に備え、
前記制御手段は、前記燃料電池から流出した前記冷却液の温度が第2の閾値より低い場合に、前記第2の流量調整手段を制御することにより、前記バイパス配管を介して前記冷却手段に流入する前記冷却液の流量を0に制限する請求項1から3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 A second bypass pipe provided between the inflow pipe between the circulation means and the cooling means, and the outflow pipe;
A flow rate that is provided at a connection portion between the second bypass pipe and the inflow pipe or a connection portion between the second bypass pipe and the outflow pipe, and the coolant flowing out of the fuel cell flows into the cooling means. And a second flow rate adjusting means for adjusting
The control means flows into the cooling means via the bypass pipe by controlling the second flow rate adjusting means when the temperature of the coolant flowing out of the fuel cell is lower than a second threshold value. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein a flow rate of the cooling liquid is limited to zero.
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