JP5516229B2 - 空冷式燃料電池の吸気装置 - Google Patents

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Description

この発明は空冷式燃料電池の吸気装置に係り、特に、空冷式燃料電池の燃料電池本体に供給する酸化ガスを温度調節し、燃料電池本体を発電可能な温度に保つことができる空冷式燃料電池の吸気装置に関する。
車両に搭載される燃料電池は、動作可能な温度範囲が決まっており、燃料電池本体の温度がその温度範囲に収まるように、冷却および加熱する必要がある。従来の一般的な水冷式燃料電池は、図７に示すように構成している。図７に示す水冷式燃料電池１０１は、最小構成単位のセル（単位電池）を多数積層した燃料電池本体１０２を備え、高圧水素タンク１０３に貯蔵した圧縮水素ガスを、アノード吸気通路１０４により減圧弁１０５を介して燃料電池本体１０２のアノード吸気部１０６に導入する。一方、水冷式燃料電池１０１は、フィルタ１０７を通してカソード吸気通路１０８に取り入れた吸気を、コンプレッサ１０９により圧縮して燃料電池本体１０２のカソード吸気部１１０に酸化ガスとして導入する。これにより、水冷式燃料電池１０１は、燃料電池本体１０２内に多数積層したセルで発電が行われる。
燃料電池本体１０２のカソード排気部１１１からカソード排気通路１１２に排気されたカソード排気は、気水分離器１１３により排気中の水分の一部が分離された後、カソード系の圧力制御を目的とした背圧弁１１４を介して外気に放出される。また、燃料電池本体１０２のアノード排気部１１５からアノード排気通路１１６に排気されたアノード排気も同様に、気水分離器１１７を通り、パージ弁１１８を経て、カソード排気通路１１２の途中に接続されたアノード排気通路１１６によりカソード排気に混入される。アノード排気部１１５からのパージ水素排気量は、カソード排気により可燃下限濃度以下として外気に放出される。
水冷式燃料電池１０１は、水素の利用率を向上させるため、アノード排気通路１１６をアノード吸気部１０６にアノード戻し通路１１９により接続し、アノード戻し通路１１９に設けた水素ポンプ１２０を用いて、アノード排気をアノード吸気部１０６に再循環させている。
水冷式燃料電池１０１は、水冷式の冷却システム１２１を備えている。冷却システム１２１の冷却水導入通路１２２には、燃料電池本体１０２の前段に水ポンプ１２３を備え、冷却水をラジエータ１２４に圧送する。燃料電池本体１０２を冷却した冷却水は、ラジエータ１２４において大気と熱交換した後、冷却水導出通路１２５により再度燃料電池本体１０２の後段に戻される。
なお、この冷却システム１２１には、空調装置１２６の暖房装置１２７を設けている。暖房装置１２７は、冷却水導入通路１２２と冷却水導出通路１２５との間を接続する暖房通路１２８を備え、暖房通路１２８にラジエータ１２４と並列に調整弁１２９を介して車室内暖房のためのヒータコア１３０を備えている。空調装置１２６は、暖房が必要な場合は暖房装置１２７の調整弁１２９を開けることでヒータコア１３０に高温冷却水を供給し、送風のためのファン１３１を駆動することで車室内を暖房する。
上述のように、水冷式燃料電池１０１においては、燃料電池本体１０２の出力密度を向上させるために、導入吸気を圧縮するコンプレッサ１０９を始めとして多くの補機類を備えている。このため、水冷式燃料電池１０１は、システムの複雑化、大型化、重量化、高コスト化に繋がる。
これに対して、コンプレッサなどの補機類を極力廃し、燃料電池の冷却に空冷方式を採用し、システムを簡素化した空冷式燃料電池がある。図８に示すように、空冷式燃料電池２０１は、最小構成単位のセル（単位電池）を多数積層した燃料電池本体２０２を備え、高圧水素タンク２０３に貯蔵した圧縮水素ガスを、アノード吸気通路２０４の減圧弁２０５により降圧した後に燃料電池本体２０２のアノード吸気部２０６に導入する。一方、空冷式燃料電池２０１は、前記水冷式の燃料電池１０１のようにコンプレッサ１０９を有さず、フィルタ２０７を通してカソード吸気通路２０８に取り入れた吸気を酸化ガスとし、この酸化ガスを低圧のガス供給用ファン２０９によって燃料電池本体２０２のカソード吸気部２１０に供給する。
カソード吸気部２１０に供給された酸化ガスは、水素との反応ガスとして燃料電池本体２０２内に多数積層したセルにおける発電反応に供するのみでなく、燃料電池本体２０２における廃熱を奪い、燃料電池本体２０２を冷却する役割を有している。
水素との反応後の酸化ガス及び燃料電池本体２０２を冷却後の酸化ガスは、燃料電池本体２０２のカソード排気部２１１からカソード排気通路２１２に排気され、外気に放出される。燃料電池本体２０２のアノード排気部２１３からアノード排気通路２１４に排気されたアノード排気は、パージ弁２１５を経て、カソード排気通路２１２の途中に接続されたアノード排気通路２１４によりカソード排気に混入される。アノード側の水素ガスパージを行う際には、排気水素ガスをカソード側排気により可燃下限濃度以下に希釈して外気に放出する。
従来の空冷式燃料電池の吸気装置には、車室内の空気を用いて、セルを多数積層した燃料電池本体のケースの内部空間及び燃料電池全体を冷却または加熱する技術が公開されている。（特許文献１、特許文献２）
特開２００６−０７６３２５号公報 特開２００９−０５６９４０号公報
ところで、燃料電池は動作可能な温度範囲が決まっており、その温度範囲に収まるよう、冷却または加熱する必要がある。特に、空冷式燃料電池は、水冷式燃料電池に比べ、一般的に冷却能力が低いため、温度調整に工夫が必要である。
そこで、前記特許文献１および特許文献２においては、車室内の空気を用いて、セルを多数積層した燃料電池本体のケースの内部空間及び燃料電池全体を冷却または加熱している。しかし、特許文献１および特許文献２の技術は、燃料電池本体に供給される酸化ガスを利用して冷却または加熱するものではないため、燃料電池本体を効率的に冷却および加熱することができない。
この発明は、空冷式燃料電池に温度調節した空気を酸化ガスとして提供することにより、燃料電池本体を発電可能な温度に保つことができ、車両の内気を利用することで、燃料電池本体の効率的な冷却および加熱ができる空冷式燃料電池の吸気装置を実現することを目的とする。
この発明は、空調装置を有する車両に搭載される燃料電池本体に、温度調節された酸化ガスを供給して、燃料電池本体の冷却を行う空冷式燃料電池の吸気装置において、車両の外気を導入する外気流路と、この外気流路を流れるガスの流量を調節する外気流量調整弁と、車両の外気を前記空調装置によって温度調和して前記車両の室内に供給された車両の内気を導入する内気流路と、この内気流路を流れるガスの流量を調節する内気流量調整弁と、車両の外気を前記空調装置によって温度調和された空気を導入する空調空気流路と、この空調空気流路を流れるガスの流量を調節する空調空気流量調整弁と、外気温度検出手段によって検出された外気の温度および内気温度検出手段によって検出された内気の温度に基づいて前記外気流量調整弁と前記内気流量調整弁と前記空調空気流量調整弁とを駆動制御し、当該駆動制御によって流量が調整されたガスを酸化ガスとして前記燃料電池本体に供給する吸気制御手段とを有することを特徴とする。
この発明の空冷式燃料電池の吸気装置は、空冷式燃料電池に温度調節した空気を酸化ガス（兼冷却風）として提供することにより、燃料電池本体を発電可能な温度に保つことができる。
また、この発明の空冷式燃料電池の吸気装置は、車両の内気を利用することで、燃料電池本体の効率的な冷却および加熱ができる。
図１は空冷式燃料電池の吸気装置による制御フローチャートである。（実施例） 図２は空冷式燃料電池の吸気装置のブロック図である。（実施例） 図３は外気の温度が酸化ガスに適した温度範囲に含まれている場合のガスの流れを示す図である。（実施例） 図４は内気の温度が酸化ガスに適した温度範囲に含まれている場合のガスの流れを示す図である。（実施例） 図５は外気よりも内気の温度が酸化ガスに適した温度範囲に近い場合のガスの流れを示す図である。（実施例） 図６は内気よりも外気の温度が酸化ガスに適した温度範囲に近い場合のガスの流れを示す図である。（実施例） 図７は水冷式燃料電池のブロック図である。（従来例） 図８は空冷式燃料電池のブロック図である。（従来例）
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
図１〜図６は、この発明の実施例を示すものである。図２において、１は車両、２は空調装置である。空調装置２は、空気調和された空気を空調通路３で車室４に供給し、また、必要に応じて外部５に開放された外気導入通路６で外気を導入する。この車両１は、空冷式燃料電池７を搭載している。空冷式燃料電池７は、最小構成単位のセル（単位電池）を多数積層した燃料電池本体８を備え、燃料電池本体８内部に冷却専用の冷却媒体通路等の冷却構造を有していない。
空冷式燃料電池７は、高圧水素タンク９に貯蔵した圧縮水素ガスを、アノード吸気通路１０の減圧弁１１により降圧した後に、燃料電池本体８のアノード吸気部１２に導入する。一方、空冷式燃料電池７は、フィルタ１３を通してカソード吸気通路１４に取り入れた吸気を酸化ガスとし、この酸化ガスをガス供給用ファン１５によって燃料電池本体８のカソード吸気部１６に供給する。カソード吸気部１６に供給された酸化ガスは、水素との反応ガスとして燃料電池本体８内に多数積層したセルにおける発電反応に供するのみでなく、燃料電池本体８における廃熱を奪い、燃料電池本体８を冷却する役割を有している。
水素との反応後の酸化ガス及び燃料電池本体８を冷却後の酸化ガスは、燃料電池本体８のカソード排気部１７からカソード排気通路１８に排気され、外気に放出される。燃料電池本体８のアノード排気部１９から排気されるアノード排気は、アノード排気通路２０に導入される。アノード排気通路２０は、途中にパージ弁２１を配設し、カソード排気通路１８に接続している。アノード排気通路２０のアノード排気は、パージ弁２１を経て、カソード排気通路１８のカソード排気に混入される。アノード側の水素ガスパージを行う際には、排気水素ガスをカソード側排気により可燃下限濃度以下に希釈して外気に放出される。
前記空冷式燃料電池７は、燃料電池本体８に温度調整された酸化ガスを供給し、この酸化ガスと雰囲気（車両１の内気、外気、空調空気）との一つ以上を利用して燃料電池本体８の冷却を行う吸気装置２２を備えている。吸気装置２２は、空冷式燃料電池７に酸化ガスを供給するカソード吸気通路１４のフィルタ１３よりも上流側に吸気チャンバ２３を接続している。吸気チャンバ２３には、車両１の外気（外部５の空気）を導入する外気流路２４と、車両１の内気（車室４の空気）を導入する内気流路２５と、空調装置２の温度調和された空気を導入する空調空気流路２６と、を接続している。
前記外気流路２４は、上流側を外気導入通路６を介して車両１の外部５に開放し、下流側を吸気チャンバ２３に接続している。前記内気流路２５は、上流側を空調装置２の空気調和された空気が供給される車室４に接続し、下流側を吸気チャンバ２３に接続している。空調空気流路２６は、上流側を空調装置２の空調通路３に接続し、下流側を吸気チャンバ２３に接続している。
前記外気流路２４には、この外気流路２４を流れるガスの流量を調節する外気流量調整弁２７を設けている。前記内気流路２５には、この内気流路２５を流れるガスの流量を調節する内気流量調整弁２８を設けている。前記空調空気流路２６には、この空調空気流路２６を流れるガスの流量を調節する空調空気流量調整弁２９を設けている。
前記外気流量調整弁２７と内気流量調整弁２８と空調空気流量調整弁２９とは、吸気制御手段３０に接続している。吸気制御手段３０には、車両１の外気の温度を検出する外気温度検出手段３１と、車両１の内気の温度を検出する内気温度検出手段３２と、燃料電池本体８の温度を検出する燃料電池温度検出手段３３と、内気、外気、空調空気の任意の組み合わせで混合された吸気チャンバ２３内のガスであって燃料電池本体８に供給される酸化ガスの温度を検出する吸気チャンバ温度検出手段３４とを接続している。
前記吸気制御手段３０は、外気温度検出手段３１および内気温度検出手段３２によって検出された各温度に基づいて、燃料電池本体８の発電可能な温度範囲（Ｔ１〜Ｔ２）に収まるように、外気流量調整弁２７と内気流量調整弁２８と空調空気流量調整弁２９とをフィードバック制御によって駆動制御する。吸気制御手段３０は、これらの一つ以上の流路２４〜２６および調整弁２７〜２９を通ることにより適正化された温度のガスを生成し、このガスを酸化ガスとして燃料電池本体８に供給する。
また、前記吸気制御手段３０は、燃料電池温度検出手段３３により検出された燃料電池本体８の温度から酸化ガスに適した温度範囲Ｔ１〜Ｔ２を算出し、酸化ガスがこの温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に収まるようにガスを一つ以上の前記各流路２４〜２６および前記各調整弁２７〜２９を通して温度調節する。
前記吸気制御手段３０は、外気温度検出手段３１により検出された外気の温度ｔ１が温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に含まれている場合（Ｔ１＜ｔ１＜Ｔ２）は、外気を外気流量調整弁２７により調整して酸化ガスとして燃料電池本体８に供給する。
前記吸気制御手段３０は、内気温度検出手段３２により検出された内気の温度ｔ２が温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に含まれている場合（Ｔ１＜ｔ２＜Ｔ２）は、内気を内気流量調整弁２８により調整するとともに外気を外気流量調整弁２７により調整してそれらを混合して生成したガスを酸化ガスとして燃料電池本体８に供給する。
さらに、前記吸気制御手段３０は、内気温度検出手段３２により検出された内気の温度ｔ２と外気温度検出手段３１により検出された外気の温度ｔ１に基づいて混合したガスの温度ｔ３が温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に含めることができない場合（ｔ３≦Ｔ１、Ｔ２≦ｔ３）であって、かつ内気温度検出手段３２により検出された内気の温度ｔ２の方が温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に近い場合には、空調装置２の温度調和された空気を空調空気流量調整弁２９により調整するとともに内気を内気流量調整弁２８により調整しかつ外気を外気流量調整弁２７により調整してそれらを混合して生成したガスを酸化ガスとして燃料電池本体８に供給する。
前記吸気制御手段３０は、内気温度検出手段３２により検出された内気の温度ｔ２と外気温度検出手段３１により検出された外気の温度ｔ１に基づいて混合したガスの温度ｔ３が温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に含めることができない場合（ｔ３≦Ｔ１、Ｔ２≦ｔ３）であって、かつ外気温度検出手段３１により検出された外気の温度ｔ１の方が温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に近い場合には、空調装置２の温度調和された空気を空調空気流量調整弁２９により調整するとともに外気を外気流量調整弁２７により調整してそれらを混合して生成したガスを酸化ガスとして燃料電池本体８に供給する。なお、混合したガスの温度ｔ３は、吸気チャンバ２３に設けた吸気チャンバ温度検出手段３４により検出される温度である。
次に作用を説明する。
空冷式燃料電池７の吸気装置２２は、図１に示すように、吸気制御手段３０の制御がスタートすると（Ａ０１）、各検出手段３１〜３４により燃料電池本体８の温度ｔ０、外気の温度ｔ１、内気の温度ｔ２、吸気チャンバ２３の酸化ガスの温度ｔ３を測定し（Ａ０２）、燃料電池本体８の温度ｔ０から酸化ガスに適した温度範囲Ｔ１〜Ｔ２を算出する（Ａ０３）。ここで、Ｔ１は燃料電池本体８に供給する酸化ガスに適した温度の下限値、Ｔ２は燃料電池本体８に供給する酸化ガスに適した温度の上限値である。
前記温度範囲Ｔ１〜Ｔ２を算出（Ａ０３）した後に、外気の温度ｔ１が算出された温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に含まれているかを判断する（Ａ０４）。この判断（Ａ０４）がＹＥＳの場合は、図３に示すように、外気を外気流量調整弁２７により調整して吸気チャンバ２３に送り（Ａ０５）、吸気チャンバ２３の外気からなるガスを酸化ガスとして燃料電池本体８に供給し（Ａ０６）、スタート（Ａ０１）にリターンする（Ａ０７）。
前記判断（Ａ０４）がＮＯの場合は、内気の温度ｔ２が算出された温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に含まれているかを判断する（Ａ０８）。この判断（Ａ０８）がＹＥＳの場合は、図４に示すように、空調装置２で空気調和されて車室４に供給された内気を内気流量調整弁２８により調整するとともに外気を外気流量調整弁２７により調整して吸気チャンバ２３に送り（Ａ０９）、吸気チャンバ２３内の内気および外気の温度ｔ３が算出された温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に含まれているかを判断する（Ａ１０）。
この判断（Ａ１０）がＹＥＳの場合は、吸気チャンバ２３の内気と外気とを混合して生成したガスを酸化ガスとして燃料電池本体８に供給し（Ａ０６）、スタート（Ａ０１）にリターンする（Ａ０７）。内気の温度ｔ２が算出された温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に含まれている場合（Ａ０８：ＹＥＳ）の外気は、内気の不足分の流量を補うために用いる。
組み合わせた外気により、温度範囲Ｔ１〜Ｔ２を外れてしまった場合（Ａ０８：ＮＯ、Ａ１０：ＮＯ）は、下記に示すステップ（Ａ１１〜Ａ１４）により空調装置２の温度調整した空調空気を用いて温度調整を行う。
前記判断（Ａ０８）がＮＯの場合、また、前記判断（Ａ１０）がＮＯの場合は、外気の温度ｔ１よりも内気の温度ｔ２が温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に近いか（ｔ１＜ｔ２＜Ｔ１、Ｔ２＜ｔ２＜ｔ１）を判断する（Ａ１１）。この判断（Ａ１１）がＹＥＳの場合は、図５に示すように、空調装置２で空気調和されて車室４に供給された内気を内気流量調整弁２８により調整し、かつ外気を外気流量調整弁２７により調整して吸気チャンバ２３に送る（Ａ１２）。
吸気チャンバ２３内の内気および外気の温度ｔ３が温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に含まれるように、空調装置２の温度調和された空気を空調空気流量調整弁２９により調整して吸気チャンバ２３に送り（Ａ１３）、吸気チャンバ２３の内気と外気と空中空気とを混合して生成したガスを酸化ガスとして燃料電池本体８に供給し（Ａ０６）、スタート（Ａ０１）にリターンする（Ａ０７）。
外気の温度ｔ１よりも内気の温度ｔ２が温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に近い場合（Ａ１２：ＹＥＳ）の外気および空調装置２の空気は、不足分となる流量を補うために用いる。
前記判断（Ａ１１）がＮＯの場合は、内気の温度ｔ２よりも外気の温度ｔ１が温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に近い（ｔ２＜ｔ１＜Ｔ１、Ｔ２＜ｔ１＜ｔ２）ので、図６に示すように、外気を外気流量調整弁２７により調整して吸気チャンバ２３に送り（Ａ１４）、吸気チャンバ２３内の外気の温度ｔ３が温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に含まれるように、空調装置２の温度調和された空気を空調空気流量調整弁２９により調整して吸気チャンバ２３に送り（Ａ１３）、吸気チャンバ２３の内気と外気と空調装置２の空気とを混合して生成したガスを酸化ガスとして燃料電池本体８に供給し（Ａ０６）、スタート（Ａ０１）にリターンする（Ａ０７）。
内気の温度ｔ２よりも外気の温度ｔ１が温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に近い場合（Ａ１２：ＮＯ）の空調装置２の空気は、不足分となる流量を補うために用いる。
このように、空冷式燃料電池７の吸気装置２２は、吸気制御手段３０によって各検出手段３１〜３４によって検出された各温度に基づいて、燃料電池本体８に供給される酸化ガスの温度ｔ３が所定の温度範囲（Ｔ１〜Ｔ２）に収まるように、各調整弁２７〜２９を駆動制御することで、各流路２４〜２６および各調整弁２７〜２９を通ることにより適正化された温度のガスを生成し、このガスを酸化ガスとして燃料電池本体８に供給する。
これにより、この空冷式燃料電池７の吸気装置２２は、空冷式燃料電池７に温度調節した吸気を酸化ガス（兼冷却風）として提供することにより、燃料電池本体８を発電効率の良い温度に保つことができる。また、この空冷式燃料電池７の吸気装置２２は、車両１の内気を利用することで、燃料電池本体８の効率的な冷却および加熱ができる。
また、空冷式燃料電池７の吸気装置２２は、吸気制御手段３０によって、燃料電池温度検出手段３３により検出された燃料電池本体４の温度から酸化ガスに適した温度範囲Ｔ１〜Ｔ２を算出し、酸化ガスがこの温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に収まるようにガスを一つ以上の前記各流路２４〜２６および前記各調整弁２７〜２９を通して温度調節することで、燃料電池本体８の温度ｔ０に基づいて燃料電池本体８に供給する酸化ガスの温度ｔ３を調節するので、燃料電池本体８を発電可能な状態に保つことができる。
空冷式燃料電池７の吸気装置２２は、吸気制御手段３０によって、外気温度検出手段３１により検出された外気の温度ｔ１が温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に含まれている場合（Ｔ１＜ｔ１＜Ｔ２）は、外気を外気流量調整弁２７により調整して酸化ガスとして燃料電池本体８に供給する。これにより、空冷式燃料電池７の吸気装置２２は、酸化ガスに外気を用いることで、温度調節する媒体となる酸化ガスのボリュームを多く確保でき、冷却や加熱を行う時間を長く確保することができる。
空冷式燃料電池７の吸気装置２２は、吸気制御手段３０によって、内気温度検出手段３２により検出された内気の温度ｔ２が温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に含まれている場合（Ｔ１＜ｔ２＜Ｔ２）は、内気を内気流量調整弁２８により調整するとともに外気を外気流量調整弁２７により調整してそれらを混合して生成したガスを酸化ガスとして燃料電池本体８に供給する。これにより、空冷式燃料電池７の吸気装置２２は、燃料電池本体８の冷却や加熱を行う時間を長く確保する為に、温度調節する媒体となる酸化ガスのボリュームを多く確保する必要があるが、限られた内気のボリュームに外気を組み合わせることで酸化ガスのボリュームを確保して、冷却や加熱を行う時間を長く確保することができる。
さらに、空冷式燃料電池７の吸気装置２２は、吸気制御手段３０によって、内気温度検出手段３２により検出された内気の温度ｔ２と外気温度検出手段３１により検出された外気の温度ｔ１に基づいて混合したガスの温度ｔ３が温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に含めることができない場合（ｔ３≦Ｔ１、Ｔ２≦ｔ３）であって、かつ内気温度検出手段３２により検出された内気の温度ｔ２の方が温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に近い場合には、空調装置２の温度調和された空気を空調空気流量調整弁２９により調整するとともに内気を内気流量調整弁２８により調整しかつ外気を外気流量調整弁２７により調整してそれらを混合して生成したガスを酸化ガスとして燃料電池本体４に供給する。
これにより、この空冷式燃料電池７の吸気装置２２は、現状の吸気では、燃料電池本体８の温度が直ちに最適な状態とならないまでも、燃料電池本体８の温度を比較的短時間のうちに最適な状態に収束させることができる。つまり、この空冷式燃料電池７の吸気装置２２は、燃料電池本体８の温度が最適な状態になるまでの時間を短縮し、最適な状態での運転を早く始め、長く継続することができる。
さらにまた、空冷式燃料電池７の吸気装置２２は、吸気制御手段３０によって、内気温度検出手段３２により検出された内気の温度ｔ２と外気温度検出手段３１により検出された外気の温度ｔ１に基づいて混合したガスの温度ｔ３が温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に含めることができない場合（ｔ３≦Ｔ１、Ｔ２≦ｔ３）であって、かつ外気温度検出手段３１により検出された外気の温度ｔ１の方が温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に近い場合には、空調装置２の温度調和された空気を空調空気流量調整弁２９により調整するとともに外気を外気流量調整弁２７により調整してそれらを混合して生成したガスを酸化ガスとして燃料電池本体８に供給する。
これにより、この空冷式燃料電池７の吸気装置２２は、現状の吸気では、燃料電池本体８の温度が直ちに最適な状態とならないまでも、燃料電池本体８の温度を比較的短時間のうちに最適な状態に収束させることができる。つまり、この空冷式燃料電池７の吸気装置２２は、燃料電池本体８の温度が最適な状態になるまでの時間を短縮し、最適な状態での運転を早く始め、長く継続することができる。
なお、上述実施例においては、燃料電池本体８の外部は、外気によって冷却される構成としたが、車室１内に収容することも可能である。また、上述実施例において、図２に波線で示すように、空調装置２の制御装置内の目標吹出し温度算出手段３５で算出された目標吹出し温度を、空調装置２の制御装置との通信（ＣＡＮ）により吸気制御手段２８に入力することで、目標吹出し温度を利用することもできる。空冷式燃料電池７は、目標吹出し温度を利用して、吸気チャンバ２３の酸化ガスの温度ｔ３を所望の温度に調節する制御を行うことで、酸化ガス温度の制御精度をより向上させることができる。
この発明は、温度調節した酸化ガスを空冷式燃料電池の燃料電池本体に供給することで、燃料電池本体を発電可能な温度に保つことができ、水冷式燃料電池においても、車室内の空気を燃料電池本体の酸化ガスとして用いることにより、冷却及び加熱の効率を向上させることができる。
１ 車両
２ 空調装置
４ 車室
５ 外部
７ 空冷式燃料電池
８ 燃料電池本体
９ 高圧水素タンク
１１ 減圧弁
１３ フィルタ
１４ カソード吸気通路
１５ ガス供給用ファン
１８ カソード排気通路
２０ アノード排気通路
２１ パージ弁
２２ 吸気装置
２３ 吸気チャンバ
２４ 外気流路
２５ 内気流路
２６ 空調空気流路
２７ 外気流量調整弁
２８ 内気流量調整弁
２９ 空調空気流量調整弁
３０ 吸気制御手段
３１ 外気温度検出手段
３２ 内気温度検出手段
３３ 燃料電池温度検出手段
３４ 吸気チャンバ温度検出手段
３５ 目標吹出し温度算出手段

Claims (6)

  1. 空調装置を有する車両に搭載される燃料電池本体に、温度調節された酸化ガスを供給して、
    燃料電池本体の冷却を行う空冷式燃料電池の吸気装置において、
    車両の外気を導入する外気流路と、
    この外気流路を流れるガスの流量を調節する外気流量調整弁と、
    車両の外気を前記空調装置によって温度調和して前記車両の室内に供給された車両の内気を導入する内気流路と、
    この内気流路を流れるガスの流量を調節する内気流量調整弁と、
    車両の外気を前記空調装置によって温度調和された空気を導入する空調空気流路と、
    この空調空気流路を流れるガスの流量を調節する空調空気流量調整弁と、
    外気温度検出手段によって検出された外気の温度および内気温度検出手段によって検出された内気の温度に基づいて前記外気流量調整弁と前記内気流量調整弁と前記空調空気流量調整弁とを駆動制御し、
    当該駆動制御によって流量が調整されたガスを酸化ガスとして前記燃料電池本体に供給する吸気制御手段とを有することを特徴とする空冷式燃料電池の吸気装置。
  2. 前記吸気制御手段は、燃料電池温度検出手段によって検出された燃料電池本体の温度から酸化ガスに適した温度範囲を導出し、
    この温度範囲に基づいて前記外気流量調整弁と前記内気流量調整弁と前記空調空気流量調整弁とを駆動制御することを特徴とする請求項１に記載の空冷式燃料電池の吸気装置。
  3. 前記吸気制御手段は、
    前記外気の温度が前記温度範囲に含まれている場合は、
    外気を前記外気流量調整弁により調整して酸化ガスとして前記燃料電池本体に供給することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空冷式燃料電池の吸気装置。
  4. 前記吸気制御手段は、
    前記内気の温度が前記温度範囲に含まれている場合は、
    内気を前記内気流量調整弁により調整し、外気を前記外気流量調整弁により調整してそれらを混合して生成したガスを酸化ガスとして前記燃料電池本体に供給することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空冷式燃料電池の吸気装置。
  5. 前記吸気制御手段は、
    前記内気の温度と前記外気の温度に基づいて混合したガスの温度が前記温度範囲に含めることができない場合であって、かつ前記内気の温度の方が前記温度範囲に近い場合には、
    前記温度調和された空気を前記空調空気流量調整弁により調整し、内気を前記内気流量調整弁により調整し、外気を前記外気流量調整弁により調整して、それらを混合して生成したガスを酸化ガスとして前記燃料電池本体に供給することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空冷式燃料電池の吸気装置。
  6. 前記吸気制御手段は、
    前記内気の温度と前記外気の温度に基づいて混合したガスの温度が前記温度範囲に含めることができない場合であって、かつ前記外気の温度の方が前記温度範囲に近い場合には、
    前記温度調和された空気を前記空調空気流量調整弁により調整し、外気を前記外気流量調整弁により調整して、それらを混合して生成したガスを酸化ガスとして前記燃料電池本体に供給することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空冷式燃料電池の吸気装置。
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