JP4608271B2 - Fuel cell system - Google Patents
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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.
近年、燃料電池自動車などの電源として、燃料電池(燃料電池スタックを含む)の開発が盛んである。燃料電池は、燃料電池自体の温度が低いと、電気化学反応が効率よく進行しないため十分に発電できない。また、燃料電池は、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効率(つまり発電効率)が高いため、発電により自己(燃料電池)を暖機する能力が小さいという特性を有している。 In recent years, fuel cells (including fuel cell stacks) have been actively developed as power sources for fuel cell vehicles. When the temperature of the fuel cell itself is low, the fuel cell cannot generate electricity sufficiently because the electrochemical reaction does not proceed efficiently. In addition, since the fuel cell has high energy conversion efficiency (that is, power generation efficiency) for converting chemical energy into electrical energy, it has a characteristic that its ability to warm itself (fuel cell) by power generation is small.
そこで、エアポンプで圧縮加熱された空気を燃料電池内に流通させて、燃料電池を暖機するシステムが提案されている(特許文献1参照)。その他、水素を燃焼させる燃焼ヒータ(燃焼器)を設け、燃料電池を暖機するシステムが提案されている(特許文献2参照)。 Therefore, a system for warming up the fuel cell by circulating the air compressed and heated by the air pump into the fuel cell has been proposed (see Patent Document 1). In addition, a system for warming up the fuel cell by providing a combustion heater (combustor) for burning hydrogen has been proposed (see Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1に記載されたシステムでは、加熱された空気を燃料電池の内部に流通させるため、燃料電池と、この燃料電池周囲の空気との温度差が大きく、燃料電池の熱が容易に放散してしまい、また、燃料電池に供給できる熱量も小さいため、燃料電池が暖機されにくい場合があった。
また、特許文献2に記載されたシステムでは、水素(燃料)を燃焼させるため、燃料電池自動車の燃費が悪くなってしまうという問題があった。
However, in the system described in
Moreover, in the system described in Patent Document 2, hydrogen (fuel) is combusted, and thus there is a problem that the fuel consumption of the fuel cell vehicle is deteriorated.
そこで、本発明は、燃料を無駄に消費せずに且つ既存の機器を利用して、燃料電池を効率よく暖機可能とする燃料電池システムを提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can efficiently warm up a fuel cell by using existing equipment without consuming fuel wastefully.
前記課題を解決するための手段として、本発明は、固体高分子電解質膜を燃料極と空気極とで挟持してなる単セルが複数積層されて構成され、燃料電池車に搭載される燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを収容する燃料電池ボックスと、前記燃料電池スタックを発電させるために前記空気極に空気を供給し、作動により発熱するコンプレッサと、前記コンプレッサ、前記燃料電池スタックの順に経由する空気の流れを生じさせる送風機器と、前記燃料電池スタックの周辺温度を検知する燃料電池周辺温度検知手段と、前記コンプレッサの周辺温度を検知する発熱機器周辺温度検知手段と、前記燃料電池周辺温度検知手段および前記発熱機器周辺温度検知手段の検知結果に基づき、前記送風機器の作動を制御する送風機器制御装置と、を備え、前記送風機器の作動により流れる空気が前記燃料電池ボックス内であって前記燃料電池スタックの外側を流通することを特徴とする燃料電池システムである。 As means for solving the above problems, the present invention provides a fuel cell mounted on a fuel cell vehicle, in which a plurality of single cells each having a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an air electrode are stacked. via a stack, a fuel cell box housing the fuel cell stack, a compressor the air is supplied to the air electrode in order to power the fuel cell stack, generates heat by the operation, the compressor in the order of the fuel cell stack An air blower that generates a flow of air, a fuel cell ambient temperature detector that detects an ambient temperature of the fuel cell stack , a heat generator ambient temperature detector that detects an ambient temperature of the compressor , and the fuel cell ambient temperature A blower device control device for controlling the operation of the blower device based on the detection results of the detection means and the heat generating device ambient temperature detector; and Comprising a fuel cell system air flowing by the operation of the air blowing device is characterized and Turkey to flow outside of the fuel cell stack a in the fuel cell box.
このような燃料電池システムによれば、送風機器により空気の流れが生じ、この空気が発熱機器(コンプレッサ)、燃料電池スタックの外側の順に経由して流れる。すなわち、空気は発熱機器(コンプレッサ)を経由するとき発熱機器(コンプレッサ)に加熱され、この加熱された空気は燃料電池スタックの外側を流通する。
したがって、加熱された空気により燃料電池スタックを外側から暖めて、暖機することができる。また、燃料電池スタックの外側を加熱された空気が流通するため、暖機された燃料電池スタックから熱が放散することを防止できる。さらに、加熱された空気が燃料電池スタックの外側を流通するため、加熱された空気の流路を比較的大きく確保することができ、燃料電池スタックに多くの熱を供給できる。
According to such a fuel cell system, an air flow is generated by the blower device, and this air flows through the heat generating device (compressor) and the outside of the fuel cell stack in this order. That is, the air is heated to the heating device (compressor) when passing through the heating device (compressor), the heated air flows through the outside of the fuel cell stack.
Therefore, the fuel cell stack can be warmed from the outside by the heated air and warmed up. Also, since heated air flows outside the fuel cell stack , it is possible to prevent heat from being dissipated from the warmed-up fuel cell stack . Furthermore, since the heated air flows outside the fuel cell stack, a relatively large flow path for the heated air can be secured, and a large amount of heat can be supplied to the fuel cell stack .
また、発熱機器は、(1)燃料電池を発電させる機器、(2)発電により生じた電力を利用する機器の少なくとも一方である。すなわち、発熱機器は、「(1)燃料電池を発電させること」、または、「(2)電力を利用すること」に付随する既存の機器である。また、発熱機器は、作動により発熱する機器である。したがって、このような既存の発熱機器を利用して燃料電池システムを容易に構成することができる。
さらに、このような既存の発熱機器を使用するため、燃料を燃焼させて熱を得る場合に比べて、燃料が無駄に消費されることもない。
また、このような燃料電池システムは、発熱機器の冷却にも有効である。
The heat generating device is at least one of (1) a device that generates power from the fuel cell and (2) a device that uses power generated by power generation. In other words, the heat generating device is an existing device that accompanies “(1) generating a fuel cell” or “(2) using electric power”. Further, the heat generating device is a device that generates heat upon operation. Therefore, a fuel cell system can be easily configured using such existing heat generating devices.
Furthermore, since such an existing heat generating device is used, the fuel is not wasted as compared with the case where heat is obtained by burning the fuel.
Such a fuel cell system is also effective for cooling a heat generating device.
ここで、本明細書における「燃料電池の周辺温度」には、燃料電池自体の温度を含むとする。同様に、「発熱機器の周辺温度」には、発熱機器自体の温度を含むとする。 Here, “the ambient temperature of the fuel cell” in this specification includes the temperature of the fuel cell itself. Similarly, it is assumed that the “ambient temperature of the heat generating device” includes the temperature of the heat generating device itself.
したがって、このような燃料電池システムによれば、送風機器制御装置が、燃料電池周辺温度検知手段および発熱機器周辺温度検知手段の検知結果に基づいて、燃料電池の周辺温度と発熱機器の周辺温度とを比較して、送風機器の作動を制御することができる。 Therefore, according to such a fuel cell system, the blower device control device determines the ambient temperature of the fuel cell and the ambient temperature of the heat generating device based on the detection results of the fuel cell ambient temperature detection unit and the heat generation device ambient temperature detection unit. And the operation of the blower device can be controlled.
また、前記燃料電池システムにおいて、システム始動時に前記コンプレッサが作動した状態において、前記発熱機器周辺温度検知手段の検知する前記コンプレッサの周辺温度が、前記燃料電池周辺温度検知手段の検知する前記燃料電池スタックの周辺温度よりも高い場合、前記送風機器制御装置は前記送風機器を作動させることが好ましい。 Further, in the fuel cell system, in a state where the compressor is operated at the time of starting the system, the ambient temperature of the compressor detected by the heat generating device ambient temperature detection means is the fuel cell stack detected by the fuel cell ambient temperature detection means. When the temperature is higher than the ambient temperature, it is preferable that the blower control device operates the blower.
また、前記燃料電池システムにおいて、前記コンプレッサの上流側の空気の温度を検知し、前記送風機器制御装置に接続した発熱機器上流側空気温度検知手段を、さらに備え、前記送風機器制御装置は、前記発熱機器上流側空気温度検知手段の検知結果にも基づき、前記送風機器の作動を制御することが好ましい。
このような燃料電池システムによれば、送風機器制御装置が、発熱機器上流側空気温度検知手段の検知結果にも基づいて、燃料電池スタックの周辺温度、発熱機器(コンプレッサ)の周辺温度および発熱機器(コンプレッサ)の上流側の空気の温度のうちの少なくとも2つの温度を比較した上で、送風機器の作動を制御することができる。
The fuel cell system further includes a heat generation device upstream air temperature detection unit that detects a temperature of air upstream of the compressor and is connected to the blower control device, and the blower control device includes: It is preferable to control the operation of the blower device based on the detection result of the air temperature detecting means on the upstream side of the heat generating device .
According to such a fuel cell system, the air blower control device is configured such that the ambient temperature of the fuel cell stack, the ambient temperature of the heat generating device (compressor), and the heat generating device based on the detection result of the air temperature detecting means upstream of the heat generating device. The operation of the blower device can be controlled after comparing at least two of the temperatures of the air upstream of the (compressor).
また、前記燃料電池システムにおいて、前記燃料電池車のボンネットに形成されたエアスクープからの空気が、前記コンプレッサ、前記燃料電池スタックの順に経由することが好ましい。 In the fuel cell system, it is preferable that air from an air scoop formed in a hood of the fuel cell vehicle passes in the order of the compressor and the fuel cell stack.
本発明によれば、燃料を無駄に消費せずに且つ既存の機器を利用して、燃料電池を効率よく暖機可能とする燃料電池システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which can warm up a fuel cell efficiently can be provided, using an existing apparatus, without consuming fuel wastefully.
次に、本発明の一実施形態について、図1を参照して詳細に説明する。なお、図1は、本実施形態に係る燃料電池システムの構成を模式的に示す平面図であり、燃料電池ボックスの天蓋を取った状態で、燃料電池ボックスに収容された燃料電池および発熱機器などの配置状況と、燃料電池ボックス内の空気の流れを示す図である。 Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a plan view schematically showing the configuration of the fuel cell system according to this embodiment. The fuel cell, the heat generating device, and the like housed in the fuel cell box with the canopy of the fuel cell box removed. It is a figure which shows the arrangement | positioning condition of, and the flow of the air in a fuel cell box.
≪燃料電池システムの構成≫
図1に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム1Aは、燃料電池自動車に搭載されている。燃料電池システム1Aは、主として、燃料電池3と、燃料電池ボックス4と、発熱機器5と、換気ファン6(送風機器)と、温度センサS1、S2、S3(燃料電池周辺温度検知手段、発熱機器周辺温度検知手段、発熱機器上流側空気温度検知手段)と、制御装置8(送風機器制御装置)と、を備えている。
以下、燃料電池ボックス4、燃料電池3、発熱機器5、換気ファン6、温度センサS1〜S3、制御装置8の順で説明する。
≪Configuration of fuel cell system≫
As shown in FIG. 1, a fuel cell system 1A according to this embodiment is mounted on a fuel cell vehicle. The fuel cell system 1A mainly includes a fuel cell 3, a fuel cell box 4, a heat generating device 5, a ventilation fan 6 (blower device), and temperature sensors S1, S2, S3 (fuel cell ambient temperature detecting means, heat generating device). Peripheral temperature detection means, heat generation equipment upstream air temperature detection means), and a control device 8 (blower device control device).
Hereinafter, the fuel cell box 4, the fuel cell 3, the heat generating device 5, the ventilation fan 6, the temperature sensors S1 to S3, and the control device 8 will be described in this order.
<燃料電池ボックス>
燃料電池ボックス4は、薄型の箱であり、燃料電池3および発熱機器5を収容し、これらを保護するための箱である。このような燃料電池ボックス4は、例えば、特開2003−146087号公報、特開2003−151605号公報などに記載されるように、ボックス本体と天蓋とから構成されている。また、燃料電池ボックス4は、燃料電池自動車のフロアパネルの下で、車両の前後に伸びるメインフレームに固定されている。ここで、説明の都合上、図1に示すように「フロント側」、「リヤ側」をそれぞれ設定する。
<Fuel cell box>
The fuel cell box 4 is a thin box, and is a box for housing the fuel cell 3 and the heat generating device 5 and protecting them. Such a fuel cell box 4 is composed of a box body and a canopy as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2003-146087 and 2003-151605. The fuel cell box 4 is fixed to a main frame extending in the front and rear of the vehicle under the floor panel of the fuel cell vehicle. Here, for convenience of explanation, “front side” and “rear side” are set as shown in FIG.
<燃料電池>
燃料電池3は、燃料電池自動車の電源であり、固体高分子電解質膜の両面を燃料極と空気極とで挟持してなる単セルが、所定数積層して構成されており、一般に燃料電池スタックと称される。このような燃料電池3は、燃料電池ボックス4内で、ややリヤ側に配置されている。
<Fuel cell>
The fuel cell 3 is a power source for a fuel cell vehicle, and is configured by laminating a predetermined number of single cells each having both sides of a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an air electrode. It is called. Such a fuel cell 3 is arranged slightly on the rear side in the fuel cell box 4.
<発熱機器>
発熱機器5は、「(1)燃料電池3を発電させる機器」および「(2)発電により生じた電力を利用する機器」の少なくとも一方であり、燃料電池3の運転に付随する既存の機器である。すなわち、このような既存の発熱機器5を利用して、本実施形態に係る燃料電池システム1Aを容易に構成可能となっている。
<Heat generation equipment>
The heat generating device 5 is at least one of “(1) a device that generates power from the fuel cell 3” and “(2) a device that uses electric power generated by power generation”, and is an existing device that accompanies the operation of the fuel cell 3. is there. That is, the
また、発熱機器5は、作動により発熱する機器である。ここで、発熱機器5は、自己が発熱を目的として水素などの燃料を消費して発熱するのではなく、発熱機器5は他の目的(燃料電池の発電、電力の利用)を実現するために作動した結果、発熱する機器である。したがって、発熱機器5が作動して発熱しても、発熱のために水素などの燃料は新たに無駄に消費されず、燃料電池自動車の燃費が低下することはない。 The heat generating device 5 is a device that generates heat when activated. Here, the heat generating device 5 does not generate heat by itself consuming fuel such as hydrogen for the purpose of generating heat, but the heat generating device 5 is for realizing other purposes (power generation of the fuel cell, use of power). It is a device that generates heat as a result of operation. Therefore, even if the heat generating device 5 is activated to generate heat, fuel such as hydrogen is not newly wasted due to heat generation, and the fuel consumption of the fuel cell vehicle is not reduced.
このような発熱機器5は、燃料電池ボックス4内において、燃料電池3よりフロント側に配置されている。また、発熱機器5は、その外表面に、空気と高効率で熱交換するための熱交換部(例えばフィン)を有することが好ましい。 Such a heat generating device 5 is arranged in front of the fuel cell 3 in the fuel cell box 4. Moreover, it is preferable that the heat generating apparatus 5 has a heat exchange part (for example, fin) for exchanging heat with air with high efficiency on its outer surface.
具体的に、「(1)燃料電池3を発電させる機器」としては、例えば、燃料電池3のカソード側に空気を送るコンプレッサや、コンプレッサを制御するECUや、燃料電池3を加熱するための電熱ヒータ・水素燃焼ヒータや、水素吸蔵合金の水素吸収による熱を利用したMHヒータや、水素が吸蔵された水素吸蔵合金を加熱するためのヒータなどが挙げられる。
また、「(2)発電により生じた電力を利用する機器」としては、コンタクタ、走行モータを制御するPCU(パワープラントコントロールユニット)などが挙げられる。
Specifically, “(1) equipment for generating power from the fuel cell 3” includes, for example, a compressor that sends air to the cathode side of the fuel cell 3, an ECU that controls the compressor, and electric heat for heating the fuel cell 3. Examples thereof include a heater / hydrogen combustion heater, an MH heater using heat generated by hydrogen absorption of a hydrogen storage alloy, and a heater for heating a hydrogen storage alloy in which hydrogen is stored.
Examples of “(2) devices that use power generated by power generation” include a contactor, a PCU (power plant control unit) that controls a traveling motor, and the like.
<換気ファン>
換気ファン6は、燃料電池ボックス4のフロント側の壁に取り付けられている。そして、換気ファン6が作動すると、燃料電池ボックス4のフロント側の空気を取り込み、取り込まれた空気が、燃料電池ボックス4内をリア側に向かって流れた後、燃料電池ボックス4のリア側の壁に形成された排気孔4aから排出されるようになっている。すなわち、換気ファン6は、発熱機器5、燃料電池3の順で経由する空気の流れを生じさせる送風機器である。つまり、本実施形態では、フロント側が空気の流れの上流側であり、リア側が下流側となる。
また、この空気は、燃料電池3を経由する際に、燃料電池3の外側を、その外表面に沿って流通するようになっている。空気を燃料電池3の外側に沿って流通させるためには、例えば、燃料電池ボックス4の底にリブを適宜に設けてもよいし、燃料電池ボックス4内を所定のレイアウトにしてもよい。
<Ventilation fan>
The ventilation fan 6 is attached to the wall on the front side of the fuel cell box 4. When the ventilation fan 6 is activated, the air on the front side of the fuel cell box 4 is taken in, and the taken-in air flows toward the rear side in the fuel cell box 4, and then on the rear side of the fuel cell box 4. It is discharged from an
Further, the air flows along the outer surface of the fuel cell 3 when passing through the fuel cell 3. In order to circulate air along the outside of the fuel cell 3, for example, a rib may be appropriately provided on the bottom of the fuel cell box 4, or the inside of the fuel cell box 4 may have a predetermined layout.
<温度センサ>
温度センサS1〜S3は、公知の温度センサから適宜選択して使用することができる。温度センサS1(燃料電池周辺温度検知手段)は、燃料電池ボックス4内で燃料電池3の周辺に配置されており、燃料電池3の周辺の空気の温度T1(以下、燃料電池周辺温度T1という)を検知可能となっている。温度センサS2(発熱機器周辺温度検知手段)は、燃料電池ボックス4内で発熱機器5の周辺に配置されており、発熱機器5の周辺の空気の温度T2(以下、発熱機器周辺温度T2という)を検知可能となっている。温度センサS3(発熱機器上流側空気温度検知手段)は、発熱機器5に送られる空気の温度T3、つまり、発熱機器5の上流側の空気の温度を検知するセンサである。本実施形態において、温度センサS3は、換気ファン6の直上流側に配置されており、換気ファン6に取り込まれる空気の温度T3(以下、取込空気温度T3という)を検知可能となっている。
<Temperature sensor>
The temperature sensors S1 to S3 can be appropriately selected from known temperature sensors. The temperature sensor S1 (fuel cell ambient temperature detection means) is disposed around the fuel cell 3 in the fuel cell box 4, and the temperature T1 of the air around the fuel cell 3 (hereinafter referred to as fuel cell ambient temperature T1). Can be detected. The temperature sensor S2 (heat generating device ambient temperature detecting means) is disposed around the heat generating device 5 in the fuel cell box 4, and the temperature T2 of the air around the heat generating device 5 (hereinafter referred to as the heat generating device ambient temperature T2). Can be detected. The temperature sensor S3 (heating device upstream air temperature detection means) is a sensor that detects the temperature T3 of the air sent to the heating device 5, that is, the temperature of the air upstream of the heating device 5. In the present embodiment, the temperature sensor S3 is disposed immediately upstream of the ventilation fan 6, and can detect the temperature T3 of air taken into the ventilation fan 6 (hereinafter referred to as intake air temperature T3). .
<制御装置>
制御装置8は、CPU、ROM、I/Oなどから構成され、換気ファン6と温度センサS1〜S3とに電気的に接続している。そして、制御装置8は、温度センサS1〜S3の検知結果に基づいて、具体的には、温度センサS1が検知した燃料電池周辺温度T1と、温度センサS2が検知した発熱機器周辺温度T2と、温度センサS3が検知した取込空気温度T3とを比較し、換気ファン6のON/OFF、回転数などの作動を制御可能となっている。制御装置8による具体的な制御については、後で説明する。
<Control device>
The control device 8 includes a CPU, a ROM, an I / O, and the like, and is electrically connected to the ventilation fan 6 and the temperature sensors S1 to S3. Based on the detection results of the temperature sensors S1 to S3, the control device 8 specifically, the fuel cell ambient temperature T1 detected by the temperature sensor S1, the heating device ambient temperature T2 detected by the temperature sensor S2, and The intake air temperature T3 detected by the temperature sensor S3 can be compared to control the operation of the ventilation fan 6 such as ON / OFF and rotation speed. Specific control by the control device 8 will be described later.
≪燃料電池システムの動作≫
続いて、燃料電池システム1Aの動作について説明する。
≪Operation of fuel cell system≫
Next, the operation of the fuel cell system 1A will be described.
[燃料電池の暖機]
例えば、燃料電池自動車の始動時において、図示しないIGSW(イグニションスイッチ)のONに連動して、ECU、コンプレッサなどの発熱機器5が作動して発熱し、制御装置8が、温度センサS1、S2を介して、「発熱機器周辺温度T2>燃料電池周辺温度T1」を検知すると、換気ファン6を作動させる。換気ファン6の作動により、空気が燃料電池ボックス4内に取り込まれ、取り込まれた空気は、発熱機器5、燃料電池3の順に経由して流れる。
[Fuel cell warm-up]
For example, when the fuel cell vehicle is started, the heating device 5 such as an ECU or a compressor is operated to generate heat in conjunction with turning on an IGSW (ignition switch) (not shown), and the control device 8 sets the temperature sensors S1 and S2. Then, when “heating device ambient temperature T2> fuel cell ambient temperature T1” is detected, the ventilation fan 6 is activated. By the operation of the ventilation fan 6, air is taken into the fuel cell box 4, and the taken air flows through the heating device 5 and the fuel cell 3 in this order.
このように流れる空気は、発熱機器5の周辺を通過するとき、発熱する発熱機器5により加熱される。そして、加熱された空気は、燃料電池3の外側をその外表面に沿って流通する。その結果として、加熱された空気は燃料電池3を外側から暖める。このとき、燃料電池3と燃料電池3の周辺空気との温度差は小さくなり、従来のように、暖機された燃料電池3の熱が放散することもない。このようにして、燃料電池システム1Aによれば、燃料電池3を早期に暖機することができる。 The air flowing in this way is heated by the heat generating device 5 that generates heat when passing around the heat generating device 5. And the heated air distribute | circulates the outer side of the fuel cell 3 along the outer surface. As a result, the heated air warms the fuel cell 3 from the outside. At this time, the temperature difference between the fuel cell 3 and the surrounding air of the fuel cell 3 is reduced, and the heat of the warmed-up fuel cell 3 is not dissipated as in the prior art. Thus, according to the fuel cell system 1A, the fuel cell 3 can be warmed up early.
一方、例えば、IGSWがONされた直後であって発熱機器5が発熱していないとき、つまり「発熱機器周辺温度T2<燃料電池周辺温度T1」を検知する間、制御装置8は、換気ファン6を作動させない。これにより、無駄な電力の消費を防止することができる。 On the other hand, for example, immediately after the IGSW is turned on and the heat generating device 5 is not generating heat, that is, while detecting “heat generating device ambient temperature T2 <fuel cell ambient temperature T1”, the control device 8 is connected to the ventilation fan 6. Do not operate. Thereby, useless consumption of electric power can be prevented.
[発熱機器の冷却]
また、本実施形態に係る燃料電池システム1Aによれば、過剰に発熱した発熱機器5を冷却することもできる。
具体的には、制御装置8は、「取込空気温度T3<発熱機器周辺温度T2」を検知したとき、換気ファン6を作動させて、発熱機器5に空気を送り込む。これにより発熱機器5を冷却することができる。
一方、制御装置8は、「取込空気温度T3>発熱機器周辺温度T2」を検知する間、換気ファン6を作動させない。これにより、取り込み空気によって、発熱機器5がさらに加熱されることを防止できる。
[Cooling of heat-generating equipment]
In addition, according to the fuel cell system 1A according to the present embodiment, the heat-generating device 5 that has generated excessive heat can be cooled.
Specifically, when the control device 8 detects “taken air temperature T3 <heating device ambient temperature T2”, it activates the ventilation fan 6 to send air into the heating device 5. Thereby, the heat generating apparatus 5 can be cooled.
On the other hand, the control device 8 does not operate the ventilation fan 6 while detecting “take-in air temperature T3> heating device ambient temperature T2”. Thereby, it can prevent that the heat-emitting apparatus 5 is further heated by intake air.
このような制御装置8による換気ファン6の制御をまとめて表1に示す。 Table 1 summarizes the control of the ventilation fan 6 by such a control device 8.
このように本実施形態に係る燃料電池システム1Aによれば、燃料を燃焼させて熱を得る場合に比べて、燃料を燃料を無駄に消費せずに且つ既存の機器を利用して、燃料電池を効率よく暖機することができる。 As described above, according to the fuel cell system 1A according to the present embodiment, compared to the case where the fuel is burned to obtain heat, the fuel cell is used without using the fuel wastefully and using existing equipment. Can be warmed up efficiently.
以上、本発明の好適な実施形態について一例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば以下のような変更をすることができる。 As mentioned above, although an example was described about suitable embodiment of this invention, this invention is not limited to the said embodiment, For example, the following changes can be made in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
前記した実施形態では、換気ファン6は燃料電池ボックス4のフロント側(空気取込側)の壁に設けられたとしたが、発熱機器5、燃料電池3の順で経由する空気の流れを発生可能ならば、換気ファン6の位置はどのようであってもよい。
例えば、図2に示すように、換気ファン6は、燃料電池ボックス4のリア側(空気排出側)の壁に設けらてもよいし、図3に示すように、燃料電池ボックス4の外部に配置してもよいし、その他に発熱機器5と燃料電池3の間に配置してもよい。
なお、図2に示す燃料電池システム1Bのように、換気ファン6が燃料電池ボックス4のリア側に設けられた場合、空気はフロント側の取込孔4bから取り込まれる。また、温度センサS3の位置は変更せず、発熱機器5の上流側の空気(つまり、発熱機器5に送られる空気)の温度を検知可能となっている。
In the above-described embodiment, the ventilation fan 6 is provided on the wall on the front side (air intake side) of the fuel cell box 4. However, it is possible to generate an air flow that passes through the heating device 5 and the fuel cell 3 in this order. If so, the position of the ventilation fan 6 may be any.
For example, as shown in FIG. 2, the ventilation fan 6 may be provided on the rear side (air discharge side) wall of the fuel cell box 4, or as shown in FIG. Alternatively, it may be disposed between the heat generating device 5 and the fuel cell 3.
When the ventilation fan 6 is provided on the rear side of the fuel cell box 4 as in the fuel cell system 1B shown in FIG. 2, air is taken in from the front-
前記した実施形態では、発熱機器5は燃料電池ボックス4内に配置されたとしたが、発熱機器5の位置は、燃料電池3に向かう空気の流れにおいて、燃料電池3の上流側であればよい。例えば、図3に示す燃料電池システム1Cのように、燃料電池ボックス4の外部に配置してもよい。
また、前記した実施形態では、発熱機器5を経由する空気は、発熱機器5の周辺、つまり、発熱機器5の外表面に沿って流通するとしたが(図1参照)、図3に示すように、発熱機器5の内部を経由してもよい。
In the above-described embodiment, the heat generating device 5 is arranged in the fuel cell box 4. However, the position of the heat generating device 5 may be on the upstream side of the fuel cell 3 in the air flow toward the fuel cell 3. For example, you may arrange | position outside the fuel cell box 4 like the fuel cell system 1C shown in FIG.
In the above-described embodiment, the air passing through the heat generating device 5 circulates around the heat generating device 5, that is, along the outer surface of the heat generating device 5 (see FIG. 1), but as shown in FIG. The heat generating device 5 may be routed through.
ここで、図3に示す燃料電池システム1Cについて説明すると、発熱機器5および換気ファン6は、燃料電池ボックス4の外部に配置している。換気ファン6は配管11Aを介して発熱機器5に接続しており、発熱機器5は配管11Bを介して燃料電池ボックス4に接続している。そして、換気ファン6を作動させると、換気ファン6のフロント側の空気が取り込まれ、取り込まれた空気は、配管11Aの内部、発熱機器5の内部、配管11Bの内部を順に経由して、燃料電池ボックス4の取込孔4bから導入されるようになっている。
また、空気は発熱機器5の内部を流通するときに、加熱されるようになっている。さらに、取込空気温度T3を検知する温度センサS3は、換気ファン6のフロント側に配置されている。さらにまた、発熱機器5の周辺温度を検知する温度センサS2は、発熱機器5内の空気の流通路に配置されている。
このように空気が発熱機器5の内部を流通する具体例としては、例えば、発熱機器5が燃料電池3のカソード側に空気を送るコンプレッサであって、コンプレッサの作動により排出される排気ガスを、そのまま燃料電池ボックス4に供給する場合などが挙げられる。
Here, the
Further, the air is heated when it flows through the inside of the heat generating device 5. Further, a temperature sensor S3 for detecting the intake air temperature T3 is disposed on the front side of the ventilation fan 6. Furthermore, the temperature sensor S <b> 2 that detects the ambient temperature of the heat generating device 5 is disposed in the air flow path in the heat generating device 5.
As a specific example in which air circulates inside the heat generating device 5 in this way, for example, the heat generating device 5 is a compressor that sends air to the cathode side of the fuel cell 3, and exhaust gas discharged by the operation of the compressor is The case where it supplies to the fuel cell box 4 as it is is mentioned.
また、前記した実施形態の換気ファン6(燃料電池ボックス4)の上流側に配管を接続し、「この配管の上流側の少なくとも一部」を、当該一部内の空気が太陽熱によって加熱可能な位置に配置するとよい。 Further, a pipe is connected to the upstream side of the ventilation fan 6 (fuel cell box 4) of the above-described embodiment, and “at least a part of the upstream side of the pipe” is a position where the air in the part can be heated by solar heat. It is good to arrange in.
具体的には、例えば、図4に示すように、換気ファン6の上流側の配管11Cの上流端を、燃料電池自動車のボンネット13に形成されたエアスクープ13a(半閉空間)に配置し、太陽光によって暖められたエアスクープ13a内の空気を、燃料電池ボックス4へ供給可能としてもよい。なお、この場合においては、配管11Cとエアスクープ13aとを、「換気ファン6(燃料電池ボックス4)の上流側に接続する配管」とみなし、エアスクープ13aが、「前記配管の上流側の少なくとも一部」に相当する。
ただし、「換気ファン6(燃料電池ボックス4)の上流側に接続する配管の一部」の位置は、エアスクープ13aのように上流位置に限らず、その他中流位置であってもよい。また、太陽熱を好適に吸収させるため、「前記上流側に接続する配管の一部」を蛇行させてもよい。
Specifically, for example, as shown in FIG. 4, the upstream end of the pipe 11C on the upstream side of the ventilation fan 6 is disposed in an
However, the position of “a part of the pipe connected to the upstream side of the ventilation fan 6 (fuel cell box 4)” is not limited to the upstream position as in the
また、この場合においては、温度センサS3をエアスクープ13a(前記配管の一部)内に配置することが好ましい(図4参照)。そして、制御装置8が、IGSWのON直後であって発熱機器5が発熱しておらず、「発熱機器周辺温度T2≒燃料電池周辺温度T1」を検知しても、太陽熱によりエアスクープ13a内の空気が暖かく、「取込空気温度T3>発熱機器周辺温度T2≒燃料電池周辺温度T1」を検知したとき、換気ファン6を作動させることで、前記暖かい空気を燃料電池ボックス4内に取り込み、燃料電池3を早期に暖めることができる。
In this case, it is preferable to arrange the temperature sensor S3 in the
1A、1B、1C 燃料電池システム
3 燃料電池
4 燃料電池ボックス
5 発熱機器
6 換気ファン(送風機器)
8 制御装置(送風機器制御装置)
11A、11B、11C 配管
13 ボンネット
13a エアスクープ
S1 温度センサ(燃料電池周辺温度検知手段)
S2 温度センサ(発熱機器周辺温度検知手段)
S3 温度センサ(発熱機器上流側空気温度検知手段)
1A, 1B, 1C Fuel cell system 3 Fuel cell 4 Fuel cell box 5 Heating device 6 Ventilation fan (blower device)
8 Control device (Blower equipment control device)
11A, 11B, 11C Piping 13
S2 Temperature sensor (heating device ambient temperature detection means)
S3 Temperature sensor (heating device upstream air temperature detection means)
Claims (4)
前記燃料電池スタックを収容する燃料電池ボックスと、
前記燃料電池スタックを発電させるために前記空気極に空気を供給し、作動により発熱するコンプレッサと、
前記コンプレッサ、前記燃料電池スタックの順に経由する空気の流れを生じさせる送風機器と、
前記燃料電池スタックの周辺温度を検知する燃料電池周辺温度検知手段と、
前記コンプレッサの周辺温度を検知する発熱機器周辺温度検知手段と、
前記燃料電池周辺温度検知手段および前記発熱機器周辺温度検知手段の検知結果に基づき、前記送風機器の作動を制御する送風機器制御装置と、
を備え、
前記送風機器の作動により流れる空気が前記燃料電池ボックス内であって前記燃料電池スタックの外側を流通する
ことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack configured by laminating a plurality of single cells each having a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an air electrode, and mounted on a fuel cell vehicle ;
A fuel cell box housing the fuel cell stack,
A compressor that supplies air to the air electrode to generate power in the fuel cell stack, and generates heat by operation;
An air blower that generates an air flow that passes through the compressor and the fuel cell stack ;
Fuel cell ambient temperature detecting means for detecting the ambient temperature of the fuel cell stack ;
A heating device ambient temperature detection means for detecting the ambient temperature of the compressor ;
A blower device control device for controlling the operation of the blower device based on the detection results of the fuel cell ambient temperature detector and the heat generating device ambient temperature detector;
With
You flowing outside of the fuel cell stack air flow by the operation of the air blowing device is within the fuel cell box
The fuel cell system which is characterized a call.
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1.
前記送風機器制御装置は、前記発熱機器上流側空気温度検知手段の検知結果にも基づき、前記送風機器の作動を制御する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。 Detecting the temperature of the air upstream of the compressor , further comprising a heating device upstream air temperature detection means connected to the blower control device,
The blower device control device controls the operation of the blower device based on the detection result of the air temperature detecting means upstream of the heat generating device.
The fuel cell system according to claim 1 or claim 2, wherein the this.
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システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein
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