JP2992560B2 - 燃料電池 - Google Patents
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- JP2992560B2 JP2992560B2 JP2149893A JP14989390A JP2992560B2 JP 2992560 B2 JP2992560 B2 JP 2992560B2 JP 2149893 A JP2149893 A JP 2149893A JP 14989390 A JP14989390 A JP 14989390A JP 2992560 B2 JP2992560 B2 JP 2992560B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池に関し、特に燃料電池冷却水温度の
制御方式に関する。
制御方式に関する。
第11図は燃料電池の従来例の基本的構成を示す図であ
る。
る。
燃料電池1Dは、都市ガスから水素を製造する改質器２
と、電池スタック３と、電気出力部４と、電池スタック
３の冷却水から水蒸気を分離する気水分離器６と、気水
分離器６に設けられた冷却水温度検出手段13と、電池冷
却兼排熱回収用循環ポンプ26と、排熱回収用熱交換器７
と、屋外排熱用熱交換器10と、電池冷却兼排熱回収系統
配管５と、屋外排熱用熱交換器10への冷却水量を制御す
るための電磁弁8,9と、屋外排熱用熱交換器10の送風機1
1と、電解弁8,9の開閉制御手段16と、送風機11の回転制
御手段17と、配線19を介して冷却水温度検出手段13から
の信号検出と開閉制御手段16、回転制御手段18の制御を
行なうコントローラ18Dで構成され、排熱回収用熱交換
器７と吸収式冷凍機系統配管20によって接続された吸収
式冷凍機12は排熱回収用熱交換器７によって回収された
排熱を熱源として使用する。
と、電池スタック３と、電気出力部４と、電池スタック
３の冷却水から水蒸気を分離する気水分離器６と、気水
分離器６に設けられた冷却水温度検出手段13と、電池冷
却兼排熱回収用循環ポンプ26と、排熱回収用熱交換器７
と、屋外排熱用熱交換器10と、電池冷却兼排熱回収系統
配管５と、屋外排熱用熱交換器10への冷却水量を制御す
るための電磁弁8,9と、屋外排熱用熱交換器10の送風機1
1と、電解弁8,9の開閉制御手段16と、送風機11の回転制
御手段17と、配線19を介して冷却水温度検出手段13から
の信号検出と開閉制御手段16、回転制御手段18の制御を
行なうコントローラ18Dで構成され、排熱回収用熱交換
器７と吸収式冷凍機系統配管20によって接続された吸収
式冷凍機12は排熱回収用熱交換器７によって回収された
排熱を熱源として使用する。
次に、この燃料電池1Dの電池冷却兼排熱回収の作用を
説明する。
説明する。
燃料電池1Dの電池スタック３で発生した熱を奪った冷
却水は気水分離器６に導かれた後、排熱回収用熱交換器
７または屋外排熱用熱交換器10に導かれ、電池スタック
３で発生した熱を吸収式冷凍機12の熱源として利用した
り、利用しきれない場合は屋外排熱用熱交換器10から屋
外に排気している。ここで、屋外排熱用熱交換器10の送
風機11はオン／オフ制御される。
却水は気水分離器６に導かれた後、排熱回収用熱交換器
７または屋外排熱用熱交換器10に導かれ、電池スタック
３で発生した熱を吸収式冷凍機12の熱源として利用した
り、利用しきれない場合は屋外排熱用熱交換器10から屋
外に排気している。ここで、屋外排熱用熱交換器10の送
風機11はオン／オフ制御される。
第12図は電池スタック３からの発生熱量が多く、その
熱の利用量も多い場合の冷却水温度変動の一例を示す図
である。
熱の利用量も多い場合の冷却水温度変動の一例を示す図
である。
冷却水の温度が上ってきてT1からT2の温度になった場
合には、冷却水が排熱回収用熱交換器７を通じるように
電磁弁９を開け、これと同時に電磁弁８を閉じて熱回収
を行なう。これによって冷却水温度が下がってきてT1の
温度になった場合には、電磁弁９を閉じ、これと同時に
電磁弁８を開けて冷却水温度の低下を防ぐ。この場合、
屋外排熱用熱交換器10の送風機11は停止している。
合には、冷却水が排熱回収用熱交換器７を通じるように
電磁弁９を開け、これと同時に電磁弁８を閉じて熱回収
を行なう。これによって冷却水温度が下がってきてT1の
温度になった場合には、電磁弁９を閉じ、これと同時に
電磁弁８を開けて冷却水温度の低下を防ぐ。この場合、
屋外排熱用熱交換器10の送風機11は停止している。
第13図は電池スタック３からの発生熱量が多いが、そ
の熱の利用量が少ない場合の冷却水温度の変動の一例を
示す図である。
の熱の利用量が少ない場合の冷却水温度の変動の一例を
示す図である。
冷却水温度が上ってきてT2の温度になった場合には、
第12図の場合と同様に冷却水が排熱回収用熱交換器７を
通じるように電磁弁９を開け、これと同時に電磁弁８を
閉じて熱回収を行なう。しかし電池スタック３の発熱量
が多く、その一部しか排熱回収ができないため、冷却水
温度は上昇を続ける。そこで、さらに冷却水温度が上昇
してT3の温度になった場合には屋外排熱用熱交換器10の
送風機11を運転して排熱の屋外への排気を行う。屋外へ
の排気により冷却水温度が下がってきてT2の温度になっ
た場合には、屋外排熱用熱交換器10の送風機11の運転を
停止して、屋外への排熱を停止する。
第12図の場合と同様に冷却水が排熱回収用熱交換器７を
通じるように電磁弁９を開け、これと同時に電磁弁８を
閉じて熱回収を行なう。しかし電池スタック３の発熱量
が多く、その一部しか排熱回収ができないため、冷却水
温度は上昇を続ける。そこで、さらに冷却水温度が上昇
してT3の温度になった場合には屋外排熱用熱交換器10の
送風機11を運転して排熱の屋外への排気を行う。屋外へ
の排気により冷却水温度が下がってきてT2の温度になっ
た場合には、屋外排熱用熱交換器10の送風機11の運転を
停止して、屋外への排熱を停止する。
一方、電池スタック３で発生する熱量は発電出力に比
例する。第14図は発電出力と電池スタック３で発生する
熱量の関係を示す図である。第14図では31は電池スタッ
ク３で発生する熱量の内、排熱として利用可能な熱量を
示し、32は排熱で発生する熱量のうち燃料電池内部で消
費される熱量を示す。電池スタック３での発生熱の回収
・屋外への排気を、発熱量が少ない場合にも、発生熱量
が多い場合と同様に行うと以下のような問題が生じてい
た。
例する。第14図は発電出力と電池スタック３で発生する
熱量の関係を示す図である。第14図では31は電池スタッ
ク３で発生する熱量の内、排熱として利用可能な熱量を
示し、32は排熱で発生する熱量のうち燃料電池内部で消
費される熱量を示す。電池スタック３での発生熱の回収
・屋外への排気を、発熱量が少ない場合にも、発生熱量
が多い場合と同様に行うと以下のような問題が生じてい
た。
第15図は電池スタック３からの発生熱量が少ないが、
その熱の利用量が多い場合の冷却水温度の変動を示す図
である。
その熱の利用量が多い場合の冷却水温度の変動を示す図
である。
冷却水温度が上ってきてT2の温度になった場合には、
第12図の場合と同様に冷却水が排熱回収用熱交換器７を
通じるように電磁弁９を開け、これと同時に電磁弁８を
閉じて熱回収を行なう。しかし電池スタック３の発熱量
が少ないため、電磁弁９が開になって排熱回収を開始し
た直後に冷却水温度が急激に下り、冷却水温度が許容下
限値TLをも下まわる。冷却水温度が許容下限値TLを下ま
わった場合には、冷却水の圧力が下がる結果電池スタッ
ク３内部の冷却水の一部が沸騰し、電池スタック３の冷
却が行なわれなくなり、局部加熱により電池スタック３
を構成する電池が劣化する。
第12図の場合と同様に冷却水が排熱回収用熱交換器７を
通じるように電磁弁９を開け、これと同時に電磁弁８を
閉じて熱回収を行なう。しかし電池スタック３の発熱量
が少ないため、電磁弁９が開になって排熱回収を開始し
た直後に冷却水温度が急激に下り、冷却水温度が許容下
限値TLをも下まわる。冷却水温度が許容下限値TLを下ま
わった場合には、冷却水の圧力が下がる結果電池スタッ
ク３内部の冷却水の一部が沸騰し、電池スタック３の冷
却が行なわれなくなり、局部加熱により電池スタック３
を構成する電池が劣化する。
第16図は電池スタック３からの発生熱量が少なく、そ
の熱の利用量も少ない場合の冷却水温度の変動を示す図
である。
の熱の利用量も少ない場合の冷却水温度の変動を示す図
である。
冷却水温度が上ってきてT2の温度になった場合には、
第12図の場合と同様に冷却水が排熱回収用熱交換器７を
通じるように電磁弁９を開け、これと同時に電磁弁８を
閉じて熱回収を行なうが、熱の利用量が少ないため冷却
水の温度は上昇を続ける。そこで、さらに冷却水温度が
上昇してT3の温度になった場合には屋外排熱用熱交換器
10の送風機11を運転して排熱の屋外への排気を行う。し
かし送風機11の制御はオン／オフで行われているため、
送風機11が運転を開始すると、風量が多いため冷却水温
度が急激に下がり排熱回収による熱利用が行えないばか
りか、冷却水温度の許容下限値TLを下まわる。
第12図の場合と同様に冷却水が排熱回収用熱交換器７を
通じるように電磁弁９を開け、これと同時に電磁弁８を
閉じて熱回収を行なうが、熱の利用量が少ないため冷却
水の温度は上昇を続ける。そこで、さらに冷却水温度が
上昇してT3の温度になった場合には屋外排熱用熱交換器
10の送風機11を運転して排熱の屋外への排気を行う。し
かし送風機11の制御はオン／オフで行われているため、
送風機11が運転を開始すると、風量が多いため冷却水温
度が急激に下がり排熱回収による熱利用が行えないばか
りか、冷却水温度の許容下限値TLを下まわる。
なお、電磁弁8,9を電動弁にし、これらの電動弁8,9と
送風機11を比例制御にする対策も考えられるが、この比
例制御の比例帯を単に燃料電池1Dの発電電流、すなわち
電池スタック３からの発生熱量の多少に関わらず一定に
すると、次のような問題が生じる。
送風機11を比例制御にする対策も考えられるが、この比
例制御の比例帯を単に燃料電池1Dの発電電流、すなわち
電池スタック３からの発生熱量の多少に関わらず一定に
すると、次のような問題が生じる。
まず、比例帯を電池スタック３の発生熱量の多少によ
らず狭く設定すると、オン／オフ制御に近くなり、電池
スタック３での発生熱量が少ない場合に、冷却水温度が
第15図、第16図で説明したのと同様な変動を示し排熱回
収が充分行えなかったり、冷却水温度が許容下限値TLを
下まわる。次に、比例帯を電池スタック３の発生熱量の
多少によらず広く設定すると、電池スタック３での発生
熱量が多い状態で排熱回収が急に少くなったような場合
は、送風機11の応答が悪いために冷却水温度が上昇して
許容上限値を上まわる。
らず狭く設定すると、オン／オフ制御に近くなり、電池
スタック３での発生熱量が少ない場合に、冷却水温度が
第15図、第16図で説明したのと同様な変動を示し排熱回
収が充分行えなかったり、冷却水温度が許容下限値TLを
下まわる。次に、比例帯を電池スタック３の発生熱量の
多少によらず広く設定すると、電池スタック３での発生
熱量が多い状態で排熱回収が急に少くなったような場合
は、送風機11の応答が悪いために冷却水温度が上昇して
許容上限値を上まわる。
上述した従来の燃料電池は、燃料電池の発生熱量が少
ない場合にも、多い場合と同じ制御方法で、排熱回収用
熱交換器を通過する冷却水量を制御するための電磁弁を
開閉したり、屋外排熱用熱交換器の送風機をオン／オフ
制御していたため、冷却水温度が大きく変動し、許容下
限値を下まわって電池スタックを構成する電池が劣化し
たり、回収すべき排熱が屋外へ排出されるという欠点が
あった。
ない場合にも、多い場合と同じ制御方法で、排熱回収用
熱交換器を通過する冷却水量を制御するための電磁弁を
開閉したり、屋外排熱用熱交換器の送風機をオン／オフ
制御していたため、冷却水温度が大きく変動し、許容下
限値を下まわって電池スタックを構成する電池が劣化し
たり、回収すべき排熱が屋外へ排出されるという欠点が
あった。
本発明の目的は、電池冷却水温度の安定な制御と無駄
のない排熱回収を行える燃料電池を提供することにあ
る。
のない排熱回収を行える燃料電池を提供することにあ
る。
本発明の第１の燃料電池は、 燃料から水素を製造する改質器と、 電池スタックと、 前記電池スタックの冷却水から水蒸気を分離する気水
分離器と、 電気出力部と、 排熱回収用熱交換器と、 屋外排熱用熱交換器と、 前記気水分離器に設けられた冷却水温度検出手段と、 前記電池スタックから前記気水分離器、前記排熱回収
用熱交換器、前記屋外排熱用熱交換器を通って前記電池
スタックに戻る電池冷却兼排熱回収系統配管の排熱回収
用熱交換器入口または出口部分に設けられ、弁開度の比
例制御が可能な水量制御用電動弁と、 回転数の比例制御が可能な、前記屋外排熱用熱交換器
の送風機と、 前記電気出力部に設けられた発電電流検出手段と、 前記冷却水温度検出手段と前記発電電流検出手段から
信号を入力して、前記水量制御用電動弁の開度と、前記
屋外排熱用熱交換器の送風機の回転数を、前記冷却水温
検出手段で測定された冷却水温度にもとづいて比例制御
し、その際、前記比例制御の比例帯を、前記発電電流検
出手段で測定された発電電流が大きい場合は狭くし、発
電電流が小さい場合は広くするコントローラとを有す
る。
分離器と、 電気出力部と、 排熱回収用熱交換器と、 屋外排熱用熱交換器と、 前記気水分離器に設けられた冷却水温度検出手段と、 前記電池スタックから前記気水分離器、前記排熱回収
用熱交換器、前記屋外排熱用熱交換器を通って前記電池
スタックに戻る電池冷却兼排熱回収系統配管の排熱回収
用熱交換器入口または出口部分に設けられ、弁開度の比
例制御が可能な水量制御用電動弁と、 回転数の比例制御が可能な、前記屋外排熱用熱交換器
の送風機と、 前記電気出力部に設けられた発電電流検出手段と、 前記冷却水温度検出手段と前記発電電流検出手段から
信号を入力して、前記水量制御用電動弁の開度と、前記
屋外排熱用熱交換器の送風機の回転数を、前記冷却水温
検出手段で測定された冷却水温度にもとづいて比例制御
し、その際、前記比例制御の比例帯を、前記発電電流検
出手段で測定された発電電流が大きい場合は狭くし、発
電電流が小さい場合は広くするコントローラとを有す
る。
本発明の第２の燃料電池は、 燃料から水素を製造する改質器と、 電池スタックと、 前記電池スタックの冷却水から水蒸気を分離する気水
分離器と、 電気出力部と、 排熱回収用熱交換器と、 屋外排熱用熱交換器と、 前記気水分離器に設けられた冷却水温度検出手段と、 前記排熱回収用熱交換器から吸収式冷凍機を通り前記
排熱回収用熱交換器に戻る吸収式冷凍機系統配管の排熱
回収用熱交換器入口または出口部分に設けられ、弁開度
の比例制御が可能な水量制御用電動弁と、 回転数の比例制御が可能な、前記屋外排熱用熱交換器
の送風機と、 前記電気出力部に設けられた発電電流検出手段と、 前記冷却水温度検出手段と前記発電電流検出手段から
信号を入力して、前記水量制御用電動弁の開度と、前記
屋外排熱用熱交換器の送風機の回転数を、前記冷却水温
検出手段で測定された冷却水温度にもとづいて比例制御
し、その際、前記比例制御の比例帯を、前記発電電流検
出手段で測定された発電電流が大きい場合は狭くし、発
電電流が小さい場合は広くするコントローラとを有す
る。
分離器と、 電気出力部と、 排熱回収用熱交換器と、 屋外排熱用熱交換器と、 前記気水分離器に設けられた冷却水温度検出手段と、 前記排熱回収用熱交換器から吸収式冷凍機を通り前記
排熱回収用熱交換器に戻る吸収式冷凍機系統配管の排熱
回収用熱交換器入口または出口部分に設けられ、弁開度
の比例制御が可能な水量制御用電動弁と、 回転数の比例制御が可能な、前記屋外排熱用熱交換器
の送風機と、 前記電気出力部に設けられた発電電流検出手段と、 前記冷却水温度検出手段と前記発電電流検出手段から
信号を入力して、前記水量制御用電動弁の開度と、前記
屋外排熱用熱交換器の送風機の回転数を、前記冷却水温
検出手段で測定された冷却水温度にもとづいて比例制御
し、その際、前記比例制御の比例帯を、前記発電電流検
出手段で測定された発電電流が大きい場合は狭くし、発
電電流が小さい場合は広くするコントローラとを有す
る。
本発明の第３の燃料電池は、 燃料から水素を製造する改質器と、 電池スタックと、 前記電池スタックの冷却水から水蒸気を分離する気水
分離器と、 電気出力部と、 排熱回収用熱交換器と、 屋外排熱用熱交換器と、 前記気水分離器に設けられた冷却水温度検出手段と、 前記気水分離器から前記排熱回収用熱交換器、前記屋
外排熱用交換器を通って前記気水分離器に至る排熱回収
系統配管に設けられ、回転数の比例制御が可能な排熱回
収用循環ポンプと、 回転数の比例制御が可能な、前記屋外排熱用熱交換器
の送風機と、 前記電気出力部に設けられた発電電流検出手段と、 前記冷却水温度検出手段と前記発電電流検出手段から
信号を入力して、前記排熱回収用循環ポンプの回転数
と、前記屋外排熱用熱交換器の送風機の回転数を、前記
冷却水温度検出手段で測定された冷却水温度にもとづい
て比例制御し、その際、前記比例制御の比例帯を、前記
発電電流検出手段で測定された発電電流が大きい場合は
狭くし、発電電流が小さい場合は広くするコントローラ
とを有する。
分離器と、 電気出力部と、 排熱回収用熱交換器と、 屋外排熱用熱交換器と、 前記気水分離器に設けられた冷却水温度検出手段と、 前記気水分離器から前記排熱回収用熱交換器、前記屋
外排熱用交換器を通って前記気水分離器に至る排熱回収
系統配管に設けられ、回転数の比例制御が可能な排熱回
収用循環ポンプと、 回転数の比例制御が可能な、前記屋外排熱用熱交換器
の送風機と、 前記電気出力部に設けられた発電電流検出手段と、 前記冷却水温度検出手段と前記発電電流検出手段から
信号を入力して、前記排熱回収用循環ポンプの回転数
と、前記屋外排熱用熱交換器の送風機の回転数を、前記
冷却水温度検出手段で測定された冷却水温度にもとづい
て比例制御し、その際、前記比例制御の比例帯を、前記
発電電流検出手段で測定された発電電流が大きい場合は
狭くし、発電電流が小さい場合は広くするコントローラ
とを有する。
本発明は、燃料電池の電池冷却兼排熱回収系統配管ま
たは吸収式冷凍機系統配管に設けられた水量制御用電動
弁あるいは排熱回収系統配管に設けられた排熱回収用循
環ポンプの回転数と、屋外排熱用熱交換器の送風機の回
転数を、冷却水温検出手段で測定された冷却水温度にも
とづいて比例制御し、その際比例制御のための比例帯
を、燃料電池の発電電流検出手段で測定された発電電
流、すなわち電池スタックでの発生熱量が大きい場合は
狭くし、小さい場合は広くするものである。
たは吸収式冷凍機系統配管に設けられた水量制御用電動
弁あるいは排熱回収系統配管に設けられた排熱回収用循
環ポンプの回転数と、屋外排熱用熱交換器の送風機の回
転数を、冷却水温検出手段で測定された冷却水温度にも
とづいて比例制御し、その際比例制御のための比例帯
を、燃料電池の発電電流検出手段で測定された発電電
流、すなわち電池スタックでの発生熱量が大きい場合は
狭くし、小さい場合は広くするものである。
したがって、冷却水の温度は電池スタックの発生熱量
によらず一定しているため、冷却水温度が許容下限値を
下まわったり許容上限値を上まわったりして電池が劣化
したりすることなく、排熱回収も安定して行なえ、排熱
を無駄に屋外へ排気することもなくなる。
によらず一定しているため、冷却水温度が許容下限値を
下まわったり許容上限値を上まわったりして電池が劣化
したりすることなく、排熱回収も安定して行なえ、排熱
を無駄に屋外へ排気することもなくなる。
また、第３の燃料電池の場合は、電池スタックからの
発生熱量が少ないとき、排熱回収用循環ポンプの回転数
が小さくなるので、冷却水温度の制御に要する動力を節
減できる。
発生熱量が少ないとき、排熱回収用循環ポンプの回転数
が小さくなるので、冷却水温度の制御に要する動力を節
減できる。
なお、気水分離器の冷却水温度を検出する代わりに気
水分離器内の圧力を検出して同様の制御を行なってもよ
い。
水分離器内の圧力を検出して同様の制御を行なってもよ
い。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は本発明の第１の実施例の燃料電池の構成図、
第２図は電池スタック３からの発生熱量が多い場合のコ
ントローラ18Aの比例帯の設定の一例を示す図、第３図
は電池スタック３からの発生熱量が少ない場合のコント
ローラ18Aの比例帯の設定の一例を示す図、第４図は燃
料電池1A〜1Dの冷却水温度と燃料電池1A〜1Dの発電電
圧、すなわち発電効率との関係を示す図、第５図〜第８
図は本実施例における電池冷却水温度の時間的変動を示
す図である。
第２図は電池スタック３からの発生熱量が多い場合のコ
ントローラ18Aの比例帯の設定の一例を示す図、第３図
は電池スタック３からの発生熱量が少ない場合のコント
ローラ18Aの比例帯の設定の一例を示す図、第４図は燃
料電池1A〜1Dの冷却水温度と燃料電池1A〜1Dの発電電
圧、すなわち発電効率との関係を示す図、第５図〜第８
図は本実施例における電池冷却水温度の時間的変動を示
す図である。
本実施例の燃料電池1Aは、電池スタック３から気水分
離器６、排熱回収用熱交換器７、屋外排熱用熱交換器10
を通って電池スタック３に戻る電池冷却兼排熱回収系統
配管５の排熱回収用熱交換器７の出口部分に、弁開度の
比例制御が可能な水量制御用電動弁15が電磁弁8,9に代
って設けられていることと、コントローラ18Aが、冷却
水温度検出手段13と発電電流検出手段14から信号を入力
して、水量制御用電動弁15の開度と、屋外排熱用熱交換
器10の送風機11の回転数を、冷却水温度検出手段13で測
定された冷却水温度にもとづいて比例制御し、その際、
前記比例制御の比例帯を、発電電流検出手段14で測定さ
れた発電電流が大きい場合は狭くし、発電電流が小さい
場合は広くすることが第11図の従来例と異なっている。
離器６、排熱回収用熱交換器７、屋外排熱用熱交換器10
を通って電池スタック３に戻る電池冷却兼排熱回収系統
配管５の排熱回収用熱交換器７の出口部分に、弁開度の
比例制御が可能な水量制御用電動弁15が電磁弁8,9に代
って設けられていることと、コントローラ18Aが、冷却
水温度検出手段13と発電電流検出手段14から信号を入力
して、水量制御用電動弁15の開度と、屋外排熱用熱交換
器10の送風機11の回転数を、冷却水温度検出手段13で測
定された冷却水温度にもとづいて比例制御し、その際、
前記比例制御の比例帯を、発電電流検出手段14で測定さ
れた発電電流が大きい場合は狭くし、発電電流が小さい
場合は広くすることが第11図の従来例と異なっている。
コントローラ18Aは発電電流検出手段14で検出された
発電電流にもとづいて、第２図に示す制御方法、または
第３図に示す制御方法、または第２図と第３図の中間の
比例帯を有する制御方法を選択する。すなわち、発電電
流が大きい場合は第２図に示す制御方法を、発電電流が
小さい場合は第３図に示す方法を、発電電流がこれらの
中間にある場合は、第２図と第３図の中間の比例帯を有
する制御方法を選択する。なお、第２図、第３図におい
て （T5−T4）＜（T9−T8），（T7−T6）＜（T7−T10） T4＜T5＜T6＜T7,T8＜T9＜T10＜T7 である。
発電電流にもとづいて、第２図に示す制御方法、または
第３図に示す制御方法、または第２図と第３図の中間の
比例帯を有する制御方法を選択する。すなわち、発電電
流が大きい場合は第２図に示す制御方法を、発電電流が
小さい場合は第３図に示す方法を、発電電流がこれらの
中間にある場合は、第２図と第３図の中間の比例帯を有
する制御方法を選択する。なお、第２図、第３図におい
て （T5−T4）＜（T9−T8），（T7−T6）＜（T7−T10） T4＜T5＜T6＜T7,T8＜T9＜T10＜T7 である。
第２図、または第３図、または第２図と第３図の中間
の比例帯を有するいずれの制御方法を選択した場合に
も、発電電流検出手段14で検出された冷却水温度から第
２図、または第３図、または第２図と第３図の中間の関
係にもとづいて、水量制御用電動弁15を制御する。この
とき送風機11は停止している。水量制御用電動弁15の開
度を最大にしても冷却水温度が上昇する場合は、第２
図、または第３図、または第２図と第３図の中間の関係
にもとづいて、水量制御用電動弁15の開度を最大に保っ
たまま、今度は屋外排熱用熱交換器10の送風機11の回転
数を制御する。
の比例帯を有するいずれの制御方法を選択した場合に
も、発電電流検出手段14で検出された冷却水温度から第
２図、または第３図、または第２図と第３図の中間の関
係にもとづいて、水量制御用電動弁15を制御する。この
とき送風機11は停止している。水量制御用電動弁15の開
度を最大にしても冷却水温度が上昇する場合は、第２
図、または第３図、または第２図と第３図の中間の関係
にもとづいて、水量制御用電動弁15の開度を最大に保っ
たまま、今度は屋外排熱用熱交換器10の送風機11の回転
数を制御する。
このような動作をさせると、電池スタック３の発生熱
量が多い場合で、排熱回収量も多い場合の冷却水温度の
変動は第５図に示すようになり、排熱回収量が少ない場
合の冷却水温度の変動は第６図に示すようになる。電池
スタック３での発生熱量が多い場合は、水量制御用電動
弁15や屋外排熱用熱交換器の送風機11の比例帯を狭くし
て応答をよくしてあるので、排熱回収量の急変等に対し
ても冷却水温度を安定に制御できる。
量が多い場合で、排熱回収量も多い場合の冷却水温度の
変動は第５図に示すようになり、排熱回収量が少ない場
合の冷却水温度の変動は第６図に示すようになる。電池
スタック３での発生熱量が多い場合は、水量制御用電動
弁15や屋外排熱用熱交換器の送風機11の比例帯を狭くし
て応答をよくしてあるので、排熱回収量の急変等に対し
ても冷却水温度を安定に制御できる。
また、電池スタック３の発生熱量が少ない場合で、排
熱回収量が多い場合の冷却水温度の変動は第７図に示す
ようになり、排熱回収量が少ない場合の冷却水温度変動
は第８図に示すようになる。電池スタック３での発生熱
量が少ない場合には水量制御用電動弁15や屋外排熱用熱
交換器10の送風機11の比例帯を広くして応答を悪くして
あるので、冷却水温度のわずかな変動に対して水量制御
用電動弁15の開度や屋外排熱用熱交換器の送風機11の回
転数が大きく変動することがなく、冷却水温度を安定に
制御できる。
熱回収量が多い場合の冷却水温度の変動は第７図に示す
ようになり、排熱回収量が少ない場合の冷却水温度変動
は第８図に示すようになる。電池スタック３での発生熱
量が少ない場合には水量制御用電動弁15や屋外排熱用熱
交換器10の送風機11の比例帯を広くして応答を悪くして
あるので、冷却水温度のわずかな変動に対して水量制御
用電動弁15の開度や屋外排熱用熱交換器の送風機11の回
転数が大きく変動することがなく、冷却水温度を安定に
制御できる。
なお、水量制御用電動弁15は、電池冷却兼排熱回収系
統配管５の排熱回収用熱交換器７の入口部分に設けても
よい。
統配管５の排熱回収用熱交換器７の入口部分に設けても
よい。
第９図は本発明の第２の実施例の燃料電池の構成図で
ある。
ある。
本実施例の燃料電池1Bは、排熱回収用熱交換器７から
吸収式冷凍機12を通って排熱回収用熱交換器７に戻る吸
収式冷凍機系統配管20の排熱回収用熱交換器７の出口部
分に、弁開度の比例制御が可能な水量制御用電動弁15を
設けた点が第１の実施例の燃料電池1Aと異なっている。
吸収式冷凍機12を通って排熱回収用熱交換器７に戻る吸
収式冷凍機系統配管20の排熱回収用熱交換器７の出口部
分に、弁開度の比例制御が可能な水量制御用電動弁15を
設けた点が第１の実施例の燃料電池1Aと異なっている。
コントローラ18Bの制御内容は第１の実施例と同じで
ある。
ある。
なお、水量制御用電動弁15は、吸収式冷凍機系統配管
20の排熱回収用熱交換器７の入口部分に設けてもよい。
20の排熱回収用熱交換器７の入口部分に設けてもよい。
第10図は本発明の第３の実施例の燃料電池の構成図で
ある。
ある。
本実施例の燃料電池1Cは、水量制御用電動弁15と電池
冷却兼排熱回収用循環ポンプ26に代えて、電池冷却系統
配管24に設けられ、回転数一定の電池冷却用循環ポンプ
21、排熱回収系統配管25に設けられ、回転数が制御可能
な排熱回収用循環ポンプ22、排熱回収用循環ポンプ22の
回転数制御手段23を備え、コントローラ18Cが、冷却水
温度検出手段13と発電電流検出手段14から信号を入力し
て、排熱回収用循環ポンプ22の回転数と送風機11の回転
数を、冷却水温度検出手段13で測定された冷却水温度に
もとづいて比例制御し、その際、前記比例制御の比例帯
を、発電電流検出手段14で測定された発電電流が大きい
場合は狭くし、発電電流が小さい場合は広くする点が第
１、第２の実施例の燃料電池1A,1Bと異なっている。
冷却兼排熱回収用循環ポンプ26に代えて、電池冷却系統
配管24に設けられ、回転数一定の電池冷却用循環ポンプ
21、排熱回収系統配管25に設けられ、回転数が制御可能
な排熱回収用循環ポンプ22、排熱回収用循環ポンプ22の
回転数制御手段23を備え、コントローラ18Cが、冷却水
温度検出手段13と発電電流検出手段14から信号を入力し
て、排熱回収用循環ポンプ22の回転数と送風機11の回転
数を、冷却水温度検出手段13で測定された冷却水温度に
もとづいて比例制御し、その際、前記比例制御の比例帯
を、発電電流検出手段14で測定された発電電流が大きい
場合は狭くし、発電電流が小さい場合は広くする点が第
１、第２の実施例の燃料電池1A,1Bと異なっている。
本実施例でも、第１の実施例と同様にコントローラ18
Cが発電電流検出手段14で検出された発電電流にもとづ
いて、第２図に示す制御方法、または第３図に示す制御
方法、または第２図と第３図の中間の比例帯を有する制
御方法を選択する。すなわち、発電電流が大きい場合は
第２図に示す制御方法を、発電電流が小さい場合は第３
図に示す方法を、発電電流がこれらの中間にある場合
は、第２図と第３図の中間の比例帯を有する制御方法を
選択する。
Cが発電電流検出手段14で検出された発電電流にもとづ
いて、第２図に示す制御方法、または第３図に示す制御
方法、または第２図と第３図の中間の比例帯を有する制
御方法を選択する。すなわち、発電電流が大きい場合は
第２図に示す制御方法を、発電電流が小さい場合は第３
図に示す方法を、発電電流がこれらの中間にある場合
は、第２図と第３図の中間の比例帯を有する制御方法を
選択する。
第２図、または第３図、または第２図と第３図の中間
の比例帯を有するいずれの制御方法を選択した場合に
も、冷却水温度検出手段13で検出された冷却水温度から
第２図、または第３図、または第２図と第３図の中間の
関係にもとづいて、排熱回収用循環ポンプ22を制御す
る。このとき送風機11は停止している。排熱回収用循環
ポンプ22の回転数を最大にしても冷却水温度が上昇する
場合は、第２図、または第３図、または第２図と第３図
の中間の関係にもとづいて、排熱回収用循環ポンプ22の
回転数を最大に保ったまま、今度は屋外排熱用熱交換器
10の送風機11の回転数を制御する。
の比例帯を有するいずれの制御方法を選択した場合に
も、冷却水温度検出手段13で検出された冷却水温度から
第２図、または第３図、または第２図と第３図の中間の
関係にもとづいて、排熱回収用循環ポンプ22を制御す
る。このとき送風機11は停止している。排熱回収用循環
ポンプ22の回転数を最大にしても冷却水温度が上昇する
場合は、第２図、または第３図、または第２図と第３図
の中間の関係にもとづいて、排熱回収用循環ポンプ22の
回転数を最大に保ったまま、今度は屋外排熱用熱交換器
10の送風機11の回転数を制御する。
このような動作をさせると、第１の実施例と同様に、
電池スタック３の発生熱量が多い場合で、排熱回収量も
多い場合の冷却水温度の変動は第５図に示すようにな
り、排熱回収量が少ない場合の冷却水温度の変動は第６
図に示すようになる。電池スタック３での発生熱量が多
い場合は、排熱回収用循環ポンプ22や屋外排熱用熱交換
器10の送風機11の比例帯を狭くして応答をよくしてある
ので、排熱回収量の急変等に対しても冷却水温度を安定
に制御できる。
電池スタック３の発生熱量が多い場合で、排熱回収量も
多い場合の冷却水温度の変動は第５図に示すようにな
り、排熱回収量が少ない場合の冷却水温度の変動は第６
図に示すようになる。電池スタック３での発生熱量が多
い場合は、排熱回収用循環ポンプ22や屋外排熱用熱交換
器10の送風機11の比例帯を狭くして応答をよくしてある
ので、排熱回収量の急変等に対しても冷却水温度を安定
に制御できる。
また、電池スタック３の発生熱量が少ない場合で、排
熱回収量が多い場合の冷却水温度の変動は第７図に示す
ようになり、排熱回収量が少ない場合の冷却水温度の変
動は第８図に示すようになる。電池スタック３での発生
熱量が少ない場合には排熱回収用循環ポンプ22や屋外排
熱用熱交換器10の送風機11の比例帯を広くして応答を悪
くしてあるので、冷却水温度のわずかな変動に対して排
熱回収用循環ポンプ22の回転数や屋外排熱用熱交換器10
の送風機11の回転数が大きく変動することがなく、冷却
水温度を安定に制御できる。
熱回収量が多い場合の冷却水温度の変動は第７図に示す
ようになり、排熱回収量が少ない場合の冷却水温度の変
動は第８図に示すようになる。電池スタック３での発生
熱量が少ない場合には排熱回収用循環ポンプ22や屋外排
熱用熱交換器10の送風機11の比例帯を広くして応答を悪
くしてあるので、冷却水温度のわずかな変動に対して排
熱回収用循環ポンプ22の回転数や屋外排熱用熱交換器10
の送風機11の回転数が大きく変動することがなく、冷却
水温度を安定に制御できる。
このように、冷却水温度は電池スタック３の発生熱量
によらず一定している。このため冷却水温度が許容下限
値を下まわったり許容上限値を上まわったりして電池が
劣化したりすることもなく、排熱回収も安定して行な
え、排熱を無駄に屋外へ排気することもなくなる。
によらず一定している。このため冷却水温度が許容下限
値を下まわったり許容上限値を上まわったりして電池が
劣化したりすることもなく、排熱回収も安定して行な
え、排熱を無駄に屋外へ排気することもなくなる。
また、本実施例では、電池スタック３からの発生熱量
が少ないとき、排熱回収用ポンプ22の回転数が少なくな
るので、冷却水温度の制御に要する動力を節減できる。
が少ないとき、排熱回収用ポンプ22の回転数が少なくな
るので、冷却水温度の制御に要する動力を節減できる。
また、第４図に示すように、燃料電池温度、すなわち
冷却水温度を高めると発電効率が上昇する。第２図，第
３図に示すように、送風機11の比例帯の上限の冷却水温
度を同じに設定すれば、燃料電池の発生熱量が多い場合
には、前記比例帯を狭くするので、燃料電池の発生熱量
が少ない場合に比較して冷却水温度を高めに設定でき
る。これにより燃料電池の発電出力が大きい場合に燃料
電池の発電効率を向上させることができる。
冷却水温度を高めると発電効率が上昇する。第２図，第
３図に示すように、送風機11の比例帯の上限の冷却水温
度を同じに設定すれば、燃料電池の発生熱量が多い場合
には、前記比例帯を狭くするので、燃料電池の発生熱量
が少ない場合に比較して冷却水温度を高めに設定でき
る。これにより燃料電池の発電出力が大きい場合に燃料
電池の発電効率を向上させることができる。
以上説明したように本発明は、電池冷却兼排熱回収系
統配管または吸収式冷凍機系統配管に水量制御用電動弁
を設けるか、排熱回収系統配管に排熱回収用循環ポンプ
を設け、水量制御用電動弁または排熱回収用循環ポンプ
の回転数と、屋外排熱用熱交換器の送風機の回転数を、
電池冷却水の温度によって比例制御すると共に、比例制
御の比例帯を電池スタックの発電電流にもとづいて変化
させることにより、冷却水温度の安定な制御、燃料電池
排熱の有効利用がはかれる効果がある。
統配管または吸収式冷凍機系統配管に水量制御用電動弁
を設けるか、排熱回収系統配管に排熱回収用循環ポンプ
を設け、水量制御用電動弁または排熱回収用循環ポンプ
の回転数と、屋外排熱用熱交換器の送風機の回転数を、
電池冷却水の温度によって比例制御すると共に、比例制
御の比例帯を電池スタックの発電電流にもとづいて変化
させることにより、冷却水温度の安定な制御、燃料電池
排熱の有効利用がはかれる効果がある。
第１図は本発明の第１の実施例の燃料電池の構成図、第
２図は電池スタック３からの発生熱量が多い場合のコン
トローラ18Aの比例帯の設定の一例を示す図、第３図は
電池スタック３からの発生熱量が少ない場合のコントロ
ーラ18Aの比例帯の設定の一例を示す図、第４図は燃料
電池1A〜1Dの冷却水温度と燃料電池1A〜1Dの発電電圧、
すなわち発電効率との関係を示す図、第５図〜第８図は
本実施例における電池冷却水温度の時間的変動を示す
図、第９図、第10図はそれぞれ本発明の第2,第３の実施
例の燃料電池の構成図、第11図は燃料電池の従来例の構
成図、第12図，第13図，第15図，第16図は従来の制御方
式による電池冷却水温度の変動を示す図、第14図は電池
スタック３で発生する熱量と発電電力の関係を示す図で
ある。 1A〜1D……燃料電池、 ２……改質器、 ３……電池スタック、 ４……電気出力部、 ５……電池冷却兼排熱回収系統配管、 ６……気水分離器、 ７……排熱回収用熱交換器、 8,9……電磁弁、 10……屋外排熱用熱交換器、 11……送風機、 12……吸収式冷凍機、 13……冷却水温度検出手段、 14……発電電流検出手段、 15……水量制御用電動弁、 16……水量制御用電動弁15の開度制御手段、 17……送風機11の回転数制御手段、 18A〜18D……コントローラ、 19……配線、 20……吸収式冷凍機系統配管、 21……電池冷却用循環ポンプ、 22……排熱回収用循環ポンプ、 23……排熱回収用循環ポンプ22の回転数制御手段、 24……電池冷却系統配管、 25……排熱回収系統配管、 26……電池冷却兼排熱回収用循環ポンプ、 31……電池スタック３で発生する熱量の内排熱として利
用可能な熱量、 32……電池スタック３で発生する熱量のうち燃料電池内
部で消費される熱量。
２図は電池スタック３からの発生熱量が多い場合のコン
トローラ18Aの比例帯の設定の一例を示す図、第３図は
電池スタック３からの発生熱量が少ない場合のコントロ
ーラ18Aの比例帯の設定の一例を示す図、第４図は燃料
電池1A〜1Dの冷却水温度と燃料電池1A〜1Dの発電電圧、
すなわち発電効率との関係を示す図、第５図〜第８図は
本実施例における電池冷却水温度の時間的変動を示す
図、第９図、第10図はそれぞれ本発明の第2,第３の実施
例の燃料電池の構成図、第11図は燃料電池の従来例の構
成図、第12図，第13図，第15図，第16図は従来の制御方
式による電池冷却水温度の変動を示す図、第14図は電池
スタック３で発生する熱量と発電電力の関係を示す図で
ある。 1A〜1D……燃料電池、 ２……改質器、 ３……電池スタック、 ４……電気出力部、 ５……電池冷却兼排熱回収系統配管、 ６……気水分離器、 ７……排熱回収用熱交換器、 8,9……電磁弁、 10……屋外排熱用熱交換器、 11……送風機、 12……吸収式冷凍機、 13……冷却水温度検出手段、 14……発電電流検出手段、 15……水量制御用電動弁、 16……水量制御用電動弁15の開度制御手段、 17……送風機11の回転数制御手段、 18A〜18D……コントローラ、 19……配線、 20……吸収式冷凍機系統配管、 21……電池冷却用循環ポンプ、 22……排熱回収用循環ポンプ、 23……排熱回収用循環ポンプ22の回転数制御手段、 24……電池冷却系統配管、 25……排熱回収系統配管、 26……電池冷却兼排熱回収用循環ポンプ、 31……電池スタック３で発生する熱量の内排熱として利
用可能な熱量、 32……電池スタック３で発生する熱量のうち燃料電池内
部で消費される熱量。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中尾 正喜 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−191824（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (3)
- 【請求項１】燃料から水素を製造する改質器と、 電池スタックと、 前記電池スタックの冷却水から水蒸気を分離する気水分
離器と、 電気出力部と、 排熱回収用熱交換器と、 屋外排熱用熱交換器と、 前記気水分離器に設けられた冷却水温度検出手段と、 前記電池スタックから前記気水分離器、前記排熱回収用
熱交換器、前記屋外排熱用熱交換器を通って前記電池ス
タックに戻る電池冷却兼排熱回収系統配管の排熱回収用
熱交換器入口または出口部分に設けられ、弁開度の比例
制御が可能な水量制御用電動弁と、 回転数の比例制御が可能な、前記屋外排熱用熱交換器の
送風機と、 前記電気出力部に設けられた発電電流検出手段と、 前記冷却水温度検出手段と前記発電電流検出手段から信
号を入力して、前記水量制御用電動弁の開度と、前記屋
外排熱用熱交換器の送風機の回転数を、前記冷却水温検
出手段で測定された冷却水温度にもとづいて比例制御
し、その際、前記比例制御の比例帯を、前記発電電流検
出手段で測定された発電電流が大きい場合は狭くし、発
電電流が小さい場合は広くするコントローラとを有する
燃料電池。 - 【請求項２】燃料から水素を製造する改質器と、 電池スタックと、 前記電池スタックの冷却水から水蒸気を分離する気水分
離器と、 電気出力部と、 排熱回収用熱交換器と、 屋外排熱用熱交換器と、 前記気水分離器に設けられた冷却水温度検出手段と、 前記排熱回収用熱交換器から吸収式冷凍機を通り前記排
熱回収用熱交換器に戻る吸収式冷凍機系統配管の排熱回
収用熱交換器入口部分または出口部分に設けられ、弁開
度の比例制御が可能な水量制御用電動弁と、 回転数の比例制御が可能な、前記屋外排熱用熱交換器の
送風機と、 前記電気出力部に設けられた発電電流検出手段と、 前記冷却水温度検出手段と前記発電電流検出手段から信
号を入力して、前記水量制御用電動弁の開度と、前記屋
外排熱用熱交換器の送風機の回転数を、前記冷却水温度
検出手段で測定された冷却水温度にもとづいて比例制御
し、その際、前記比例制御の比例帯を、前記発電電流検
出手段で測定された発電電流が大きい場合は狭くし、発
電電流が小さい場合は広くするコントローラとを有する
燃料電池。 - 【請求項３】燃料から水素を製造する改質器と、 電池スタックと、 前記電池スタックの冷却水から水蒸気を分離する気水分
離器と、 電気出力部と、 排熱回収用熱交換器と、 屋外排熱用熱交換器と、 前記気水分離器に設けられた冷却水温度検出手段と、 前記気水分離器から前記排熱回収用熱交換器、前記屋外
排熱用熱交換器を通って前記気水分離器に至る排熱回収
系統配管に設けられ、回転数の比例制御が可能な排熱回
収用循環ポンプと、 回転数の比例制御が可能な、前記屋外排熱用熱交換器の
送風機と、 前記電気出力部に設けられた発電電流検出手段と、 前記冷却水温度検出手段と前記発電電流検出手段から信
号を入力して、前記排熱回収用循環ポンプの回転数と、
前記屋外排熱用熱交換器の送風機の回転数を、前記冷却
水温度検出手段で測定された冷却水温度にもとづいて比
例制御し、その際、前記比例制御の比例帯を、前記発電
電流検出手段で測定された発電電流が大きい場合は狭く
し、発電電流が小さい場合は広くするコントローラとを
有する燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2149893A JP2992560B2 (ja) | 1990-06-11 | 1990-06-11 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2149893A JP2992560B2 (ja) | 1990-06-11 | 1990-06-11 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0443568A JPH0443568A (ja) | 1992-02-13 |
| JP2992560B2 true JP2992560B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=15484928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2149893A Expired - Fee Related JP2992560B2 (ja) | 1990-06-11 | 1990-06-11 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2992560B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996041393A1 (en) * | 1995-06-07 | 1996-12-19 | Ballard Power Systems Inc. | Temperature regulating system for a fuel cell powered vehicle |
| JP3841347B2 (ja) | 2001-04-03 | 2006-11-01 | 松下電器産業株式会社 | 高分子電解質型燃料電池 |
| ES2279661B1 (es) * | 2004-11-18 | 2008-07-01 | Aplicaciones De Recuperacion Termica Industriales Y Comerciales, S.L. | Metodo y dispositivo de recuperacion de energia termica en proceso queutilizan fluidos a temperatura media/baja desechandolos a temperatura superior. |
-
1990
- 1990-06-11 JP JP2149893A patent/JP2992560B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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