JP6658419B2 - 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ものであり、例えば、燃料電池の暖機運転を行う際に、燃料電池の昇温を促進させる燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, for example, to a fuel cell system that promotes temperature rise of a fuel cell when performing a warm-up operation of the fuel cell.

特許文献１には、燃料電池車両のフロントルームに、燃料電池を冷却するために用いられるラジエータ及びラジエータファンが車両の進行方向に直列に配置されていること、及び、車両の前方にラジエータグリルが開閉可能に配置されていることが記載されている。   Patent Document 1 discloses that a radiator and a radiator fan used for cooling a fuel cell are arranged in series in a front room of a fuel cell vehicle in a traveling direction of the vehicle, and a radiator grill is provided in front of the vehicle. It is described that they are arranged to be openable and closable.

特許文献１の車両では、ラジエータグリルを閉じた状態にして、ラジエータファンを回転させることにより、フロントルーム内を昇温している。   In the vehicle of Patent Literature 1, the temperature in the front room is increased by rotating the radiator fan with the radiator grille closed.

特開２００８−１７３９９２号公報JP 2008-173992 A

ラジエータファンによる気流は、フロントルーム内のラジエータ前後で旋回するが、燃料電池に含まれるＦＣスタック（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｓｔａｃｋ）を昇温させる効果は弱いため、ＦＣスタックと、スタック配管・水素ポンプとの間に温度差が生じる。このため、配管・水素ポンプ内に結露水が発生し、燃料電池の電圧の低下またはセルの劣化を引き起こすことになる。   The airflow from the radiator fan turns around the radiator in the front room, but the effect of raising the temperature of the FC stack (Fuel Cell Stack) included in the fuel cell is weak. Causes a temperature difference. For this reason, dew water is generated in the piping / hydrogen pump, which causes a decrease in the voltage of the fuel cell or deterioration of the cell.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ＦＣスタック等の昇温を促進させることができる燃料電池システムを提供する。   The present invention has been made to solve such a problem, and provides a fuel cell system capable of accelerating the temperature rise of an FC stack or the like.

本発明の一態様に係る燃料電池システムは、車両の前方のフロントルームに燃料電池、ラジエータ及びラジエータファンが配置された燃料電池システムであって、前記燃料電池の暖機運転を行う際に、前記車両の前方のグリルシャッターを閉じ、前記燃料電池を冷却する冷却液を、前記ラジエータに流して前記ラジエータファンを回転させる制御部を備える。このような構成により、ＦＣスタック等の昇温を促進させることができる。   A fuel cell system according to one embodiment of the present invention is a fuel cell system in which a fuel cell, a radiator, and a radiator fan are arranged in a front room in front of a vehicle, and performs a warm-up operation of the fuel cell. A control unit is provided for closing a grill shutter in front of the vehicle and flowing a coolant for cooling the fuel cell to the radiator to rotate the radiator fan. With such a configuration, the temperature rise of the FC stack and the like can be promoted.

本発明により、ＦＣスタック等の昇温を促進させることができる燃料電池システムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell system capable of promoting the temperature rise of an FC stack or the like.

実施形態に係る燃料電池システムの構成を例示した説明図であり、（ａ）は、上方から見た構成を例示した説明図であり、（ｂ）は、側方から見た構成を例示した説明図である。It is explanatory drawing which illustrated the structure of the fuel cell system which concerns on embodiment, (a) is explanatory drawing which illustrated the structure seen from the upper part, (b) is the description which illustrated the structure seen from the side. FIG. 実施形態に係る燃料電池システムの暖機運転を行う際の動作を例示したフローチャート図である。FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation when performing a warm-up operation of the fuel cell system according to the embodiment. （ａ）は、比較例に係る燃料電池を例示した図であり、（ｂ）は、比較例に係る燃料電池の状態を例示したグラフであり、横軸は、ＦＣスタックの位置を示し、左側の縦軸は、ＦＣスタックにおけるセルの温度を示し、右側の縦軸は、ＦＣスタックにおけるセルの含水量を示す。(A) is a diagram illustrating a fuel cell according to a comparative example, (b) is a graph illustrating the state of the fuel cell according to the comparative example, the horizontal axis indicates the position of the FC stack, the left side The vertical axis indicates the cell temperature in the FC stack, and the right vertical axis indicates the water content of the cells in the FC stack.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, in order to clarify the description, the following description and drawings are simplified as appropriate.

実施形態に係る燃料電池システムを説明する。実施形態の燃料電池システムは、燃料電池車両における燃料電池の暖機運転を行う際に、燃料電池等の昇温を促進させる燃料電池システムである。燃料電池システムの説明を、燃料電池システムの構成、及び、燃料電池システムの動作に分けて説明する。まず、燃料電池システムの構成を説明する。   A fuel cell system according to an embodiment will be described. The fuel cell system according to the embodiment is a fuel cell system that promotes temperature rise of a fuel cell or the like when performing a warm-up operation of the fuel cell in a fuel cell vehicle. The description of the fuel cell system will be divided into the configuration of the fuel cell system and the operation of the fuel cell system. First, the configuration of the fuel cell system will be described.

図１は、実施形態に係る燃料電池システムの構成を例示した説明図であり、（ａ）は、上方から見た構成を例示した説明図であり、（ｂ）は、側方から見た構成を例示した説明図である。なお、図１（ｂ）においては、図が煩雑にならないように、図１（ａ）の冷却液１２の循環流路及び制御部５０に関する構成は省略している。   1A and 1B are explanatory diagrams illustrating a configuration of a fuel cell system according to an embodiment. FIG. 1A is an explanatory diagram illustrating a configuration viewed from above, and FIG. 1B is a configuration viewed from the side. It is explanatory drawing which illustrated. Note that, in FIG. 1B, the configuration of the circulation flow path of the cooling liquid 12 and the control unit 50 in FIG. 1A is omitted so as not to complicate the drawing.

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池１０、ラジエータ２０、ラジエータファン３０、グリルシャッター４０及び制御部５０を備えている。また、燃料電池システム１は、冷却液１２の循環流路、冷却液ポンプ１４、温度センサ１６、ロータリーバルブ１９等その他の部材も含んでいる。燃料電池１０、ラジエータ２０及びラジエータファン３０は、車両６０の前方６１のフロントルーム６２に配置されている。グリルシャッター４０は、車両６０の前方６１に配置されている。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the fuel cell system 1 of the present embodiment includes a fuel cell 10, a radiator 20, a radiator fan 30, a grill shutter 40, and a control unit 50. Further, the fuel cell system 1 also includes other members such as a circulation channel for the coolant 12, a coolant pump 14, a temperature sensor 16, a rotary valve 19 and the like. The fuel cell 10, the radiator 20, and the radiator fan 30 are arranged in a front room 62 in front 61 of the vehicle 60. Grill shutter 40 is arranged in front 61 of vehicle 60.

燃料電池１０は、例えば、車両の発電源であり、水素と酸素とを化学反応させて発電を行うＦＣスタック（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｓｔａｃｋ）を含んでいる。例えば、水素を充填した水素タンクから水素を取り入れ、大気中から酸素を取り入れて発電する。燃料電池１０は、発電と同時に熱も発生する。燃料電池１０には、内部に冷却液１２が流通する燃料電池流路１１が設けられている。燃料電池流路１１を流れる冷却液１２により、燃料電池１０を冷却する。冷却液１２は、例えば、エチレングリコールを含む水溶液である。   The fuel cell 10 is, for example, a power generation source of a vehicle, and includes an FC stack (fuel cell stack) that generates power by chemically reacting hydrogen and oxygen. For example, hydrogen is taken in from a hydrogen tank filled with hydrogen, and oxygen is taken in from the atmosphere to generate power. The fuel cell 10 generates heat simultaneously with power generation. The fuel cell 10 is provided with a fuel cell channel 11 through which a coolant 12 flows. The fuel cell 10 is cooled by the cooling liquid 12 flowing through the fuel cell channel 11. The cooling liquid 12 is, for example, an aqueous solution containing ethylene glycol.

冷却液供給流路１３は、燃料電池１０に接続されている。冷却液供給流路１３は、燃料電池１０に冷却液１２を供給する管状の部材である。冷却液供給流路１３には、冷却液ポンプ１４が配置されている。冷却液プンプ１４は、信号配線により、制御部５０に接続され、冷却液ポンプ１４の動作は、制御部５０により制御される   The coolant supply channel 13 is connected to the fuel cell 10. The coolant supply channel 13 is a tubular member that supplies the coolant 12 to the fuel cell 10. A coolant pump 14 is provided in the coolant supply channel 13. The coolant pump 14 is connected to the control unit 50 by signal wiring, and the operation of the coolant pump 14 is controlled by the control unit 50.

冷却液排出流路１５も、燃料電池１０に接続されている。冷却液排出流路１５は、燃料電池１０に供給された冷却液１２を排出する管状の部材である。冷却液排出流路１５には、例えば、温度センサ１６が配置されている。温度センサ１６は、信号配線により、制御部５０に接続されている。温度センサ１６が取得した冷却液１２の温度の情報は、制御部５０に対して出力される。   The coolant discharge channel 15 is also connected to the fuel cell 10. The coolant discharge passage 15 is a tubular member that discharges the coolant 12 supplied to the fuel cell 10. For example, a temperature sensor 16 is disposed in the coolant discharge channel 15. The temperature sensor 16 is connected to the control unit 50 by signal wiring. Information on the temperature of the coolant 12 obtained by the temperature sensor 16 is output to the control unit 50.

バイパス流路１７は、冷却液供給流路１３と冷却液排出流路１５とを繋ぐように設けられている。バイパス流路１７は、冷却液１２を流通させる管状の部材である。バイパス流路１７には、例えば、冷却液１２中の不純物イオンを除去するイオン交換機（図示せず）が接続されてもよい。   The bypass passage 17 is provided so as to connect the coolant supply passage 13 and the coolant discharge passage 15. The bypass passage 17 is a tubular member through which the coolant 12 flows. For example, an ion exchanger (not shown) for removing impurity ions in the coolant 12 may be connected to the bypass passage 17.

ラジエータ流路１８は、バイパス流路１７と並列に配置され、冷却液供給流路１３と冷却液排出流路１５とを繋ぐように設けられている。ラジエータ流路１８は、冷却液１２を流通させる管状の部材である。ラジエータ流路１８には、ラジエータ２０が接続されている。   The radiator flow path 18 is arranged in parallel with the bypass flow path 17 and is provided so as to connect the coolant supply flow path 13 and the coolant discharge flow path 15. The radiator flow path 18 is a tubular member through which the cooling liquid 12 flows. A radiator 20 is connected to the radiator flow path 18.

ロータリーバルブ１９は、冷却液排出流路１５、バイパス流路１７及びラジエータ流路１８の分岐点に設けられている。ロータリーバルブ１９は、冷却液排出流路１５、バイパス流路１７及びラジエータ流路１８に接続されている。ロータリーバルブ１９は、冷却液排出流路１５に流れる冷却液１２を、バイパス流路１７側またはラジエータ流路１８側へ切り分ける。ロータリーバルブ１９は、信号配線により、制御部５０に接続され、ロータリーバルブ１９の開閉の動作は、制御部５０により制御される。   The rotary valve 19 is provided at a branch point of the coolant discharge channel 15, the bypass channel 17 and the radiator channel 18. The rotary valve 19 is connected to the coolant discharge channel 15, the bypass channel 17, and the radiator channel 18. The rotary valve 19 divides the coolant 12 flowing in the coolant discharge passage 15 into the bypass passage 17 or the radiator passage 18. The rotary valve 19 is connected to the control unit 50 by signal wiring, and the opening and closing operation of the rotary valve 19 is controlled by the control unit 50.

ラジエータ２０は、冷却液１２の熱を放出する装置である。ラジエータ２０は、内部を流れる冷却液１２の熱を、周囲の空気等に熱伝導を用いて放熱する。このため、ラジエータ２０は、内部を流れる冷却液１２と接触する表面積を大きくするために、例えば、多数の細管内に冷却液１２を流す構造や、蛇行した管内に冷却液１２を流す構造、平板状の放熱板内に冷却液１２を流す構造等となっている。   The radiator 20 is a device that emits heat of the cooling liquid 12. The radiator 20 radiates the heat of the cooling liquid 12 flowing inside to the surrounding air or the like using heat conduction. For this reason, the radiator 20 has, for example, a structure in which the coolant 12 flows through a large number of small tubes, a structure in which the coolant 12 flows through a meandering tube, It has a structure in which the cooling liquid 12 flows through the heatsink of the shape.

ラジエータ２０は、ラジエータ流路１８に配置されている。ラジエータ２０の流入口及び流出口は、ラジエータ流路１８の途中に連結されている。   The radiator 20 is arranged in the radiator flow path 18. The inflow port and the outflow port of the radiator 20 are connected in the middle of the radiator flow path 18.

ラジエータファン３０は、ラジエータ２０に隣接して配置されている。ラジエータファン３０は、例えば、ラジエータ２０の後方に設けられ、前方から後方へ向かう気流を形成する。ラジエータファン３０により形成された気流は、ラジエータ２０を通り抜ける。これにより、ラジエータ２０における冷却液１２の放熱を効率よく行うことができる。ラジエータファン３０は、信号配線により、制御部５０に接続され、ラジエータファン３０の動作は、制御部５０により制御される。   The radiator fan 30 is arranged adjacent to the radiator 20. The radiator fan 30 is provided, for example, behind the radiator 20, and forms an airflow from the front to the rear. The airflow formed by the radiator fan 30 passes through the radiator 20. Thereby, heat radiation of the coolant 12 in the radiator 20 can be efficiently performed. The radiator fan 30 is connected to the control unit 50 by signal wiring, and the operation of the radiator fan 30 is controlled by the control unit 50.

グリルシャッター４０は、車両６０の前方６１に設けられている。グリルシャッター４０は、開閉することができる。グリルシャッター４０を開くことにより、車両６０の前方６１からグリルシャッター４０を通して、フロントルーム６２内に空気を取り込むことができる。一方、グリルシャッター４０を閉じることにより、車両６０の外部からフロントルーム６２内への空気の流入を遮断することができる。すなわち、グリルシャッター４０を閉じることによってフロントルーム６２を閉空間とすることができる。グリルシャッター４０は、信号配線により、制御部５０に接続され、グリルシャッター４０の開閉の動作は、制御部５０により制御される。   Grill shutter 40 is provided in front 61 of vehicle 60. The grill shutter 40 can be opened and closed. By opening the grill shutter 40, air can be taken into the front room 62 from the front 61 of the vehicle 60 through the grill shutter 40. On the other hand, by closing grill shutter 40, the inflow of air from outside vehicle 60 into front room 62 can be blocked. That is, by closing the grill shutter 40, the front room 62 can be made a closed space. The grill shutter 40 is connected to the control unit 50 by signal wiring, and the opening and closing operation of the grill shutter 40 is controlled by the control unit 50.

制御部５０は、温度センサ１６と信号配線により接続されている。これにより、制御部５０は、冷却液１２の温度の情報を取得する。制御部５０は、冷却液ポンプ１４及びラジエータファン３０と信号配線により接続されている。これにより、制御部５０は、冷却液ポンプ１４及びラジエータファン３０の動作を制御する。制御部５０は、ロータリーバルブ１９及びグリルシャッター４０と信号配線により接続されている。これにより、制御部５０は、ロータリーバルブ１９及びグリルシャッター４０の開閉の動作を制御する。   The control unit 50 is connected to the temperature sensor 16 by signal wiring. Thereby, the control unit 50 acquires information on the temperature of the coolant 12. The control unit 50 is connected to the coolant pump 14 and the radiator fan 30 by signal wiring. Thereby, the control unit 50 controls the operations of the coolant pump 14 and the radiator fan 30. The control unit 50 is connected to the rotary valve 19 and the grill shutter 40 by signal wiring. Thereby, the control unit 50 controls the opening and closing operations of the rotary valve 19 and the grill shutter 40.

次に、実施形態に係る燃料電池システムの動作を説明する。
図２は、実施形態に係る燃料電池システムにおいて、暖機運転を行う際の動作を例示したフローチャート図である。 Next, the operation of the fuel cell system according to the embodiment will be described.
FIG. 2 is a flowchart illustrating an operation when performing a warm-up operation in the fuel cell system according to the embodiment.

図２のステップＳ１に示すように、例えば、燃料電池１０の暖機運転を行う際に、まず、車両６０の前方６１のグリルシャッター４０を閉じた状態とする。これにより、外気がフロントルーム６２内に入ることを抑制する。よって、フロントルーム６２内が閉空間となる。なお、グリルシャッター４０を閉じる動作は、例えば、制御部５０により、制御されるが、イグニッションＯＦＦ時には、グリルシャッター４０を、通常、閉じた状態としてもよい。   As shown in step S1 of FIG. 2, for example, when performing the warm-up operation of the fuel cell 10, first, the grill shutter 40 in the front 61 of the vehicle 60 is closed. This suppresses outside air from entering the front room 62. Therefore, the inside of the front room 62 is a closed space. The operation of closing the grill shutter 40 is controlled by, for example, the control unit 50. However, when the ignition is turned off, the grill shutter 40 may be normally closed.

次に、図２のステップＳ２に示すように、燃料電池１０に発電を始動させる。例えば、イグニッションをＯＮにする。これにより、制御部５０は、燃料電池１０に、水素及び酸素を供給する。また、冷却液ポンプ１４を作動させ、燃料電池１０を冷却する冷却液１２を循環させる。燃料電池１０の発電の始動時においては、燃料電池１０は低温となっている。   Next, as shown in step S2 of FIG. 2, the fuel cell 10 starts power generation. For example, the ignition is turned on. Thereby, the control unit 50 supplies hydrogen and oxygen to the fuel cell 10. Further, the coolant pump 14 is operated to circulate the coolant 12 for cooling the fuel cell 10. When the fuel cell 10 starts power generation, the temperature of the fuel cell 10 is low.

次に、図２のステップＳ３に示すように、冷却液１２をラジエータ２０に流す。例えば、制御部５０の制御により、ロータリーバルブ１９を動作させ、ラジエータ流路１８側に冷却液１２が流れるようにする。例えば、ロータリーバルブ１９を、ラジエータ流路１８側に全開にして、冷却液排出流路１５に流れる冷却液１２を、バイパス流路１７側には流さずに、ラジエータ流路１８側に流れるようにする。このようにして、冷却液１２をラジエータ２０に流す。なお、冷却液排出流路１５に流れる冷却液１２の一部をラジエータ流路１８側に流し、その他の部分をバイパス流路１７側に流すように、ロータリーバルブ１９の開閉を制御してもよい。ラジエータ流路１８側及びバイパス流路１７側に冷却液１２を分配する割合は制御部５０により制御される。   Next, as shown in step S3 of FIG. 2, the cooling liquid 12 flows through the radiator 20. For example, under the control of the control unit 50, the rotary valve 19 is operated so that the coolant 12 flows to the radiator flow path 18 side. For example, the rotary valve 19 is fully opened to the radiator flow path 18 side so that the cooling liquid 12 flowing to the cooling liquid discharge flow path 15 flows to the radiator flow path 18 side without flowing to the bypass flow path 17 side. I do. In this way, the cooling liquid 12 flows through the radiator 20. The opening and closing of the rotary valve 19 may be controlled so that a part of the coolant 12 flowing to the coolant discharge channel 15 flows to the radiator channel 18 and the other portion flows to the bypass channel 17. . The rate at which the coolant 12 is distributed to the radiator passage 18 and the bypass passage 17 is controlled by the control unit 50.

次に、図２のステップＳ４に示すように、ラジエータファン３０を回転させる。例えば、制御部５０の制御により、ラジエータファン３０を意図的に回転させて、車両６０の前方から後方へ向かう気流を形成する。これにより、閉空間となったフロントルーム６２内において、ラジエータファン３０の後方が正圧となり、ラジエータ２０の前方６１が負圧となる。   Next, as shown in step S4 of FIG. 2, the radiator fan 30 is rotated. For example, under the control of the control unit 50, the radiator fan 30 is intentionally rotated to form an airflow from the front to the rear of the vehicle 60. Thus, in the closed front room 62, the rear of the radiator fan 30 has a positive pressure, and the front 61 of the radiator 20 has a negative pressure.

ラジエータファン３０により形成された気流は、ラジエータ２０を通り抜ける。ラジエータ２０を通り抜けることにより、ラジエータ２０から熱が伝達された空気は、温風となって、フロントルーム６２内で乱流となる。そして、温風は、熱伝導でフロントルーム６２内を均一に暖める。フロントルーム６２内を暖めた温風は、その後、閉空間のフロントルーム６２内で最も負圧となっているラジエータ２０の前方６１に戻る。   The airflow formed by the radiator fan 30 passes through the radiator 20. By passing through the radiator 20, the air to which the heat has been transmitted from the radiator 20 becomes hot air and becomes turbulent in the front room 62. Then, the warm air uniformly heats the inside of the front room 62 by heat conduction. The warm air that has warmed the inside of the front room 62 then returns to the front 61 of the radiator 20, which is at the most negative pressure in the front room 62 in the closed space.

フロントルーム６２内のラジエータ２０及びラジエータファン３０の周囲は、複数の部品が組み合わされた構成となっている。よって、図１（ａ）及び（ｂ）で示すように、ラジエータ２０及びラジエータファン３０の周囲には、ラジエータファン３０の後方から、ラジエータ２０の前方６１に戻る温風６３の通り道となる隙間が多数存在している。例えば、ラジエータ２０の上方及び下方、並びに、ラジエータ２０の側方に、隙間が形成されている。よって、フロントルーム６２内を、乱流をとなって均一に暖めた温風６３は、ラジエータファン３０の後方から、ラジエータ２０の前方６１に戻ることができる。   The periphery of the radiator 20 and the radiator fan 30 in the front room 62 has a configuration in which a plurality of components are combined. Therefore, as shown in FIGS. 1A and 1B, a gap around the radiator 20 and the radiator fan 30 is formed as a path for the warm air 63 returning from the rear of the radiator fan 30 to the front 61 of the radiator 20. There are many. For example, gaps are formed above and below the radiator 20 and on the sides of the radiator 20. Therefore, the warm air 63 that has uniformly heated the interior of the front room 62 by turbulent flow can return from the rear of the radiator fan 30 to the front 61 of the radiator 20.

このように、閉空間となったフロントルーム６２内で温風６３が、サーキュレーションすることができるので、フロントルーム６２内を均一に昇温させることができる。これにより、ＦＣスタック等の昇温を促進させることができる。   In this way, the warm air 63 can be circulated in the closed front room 62, so that the temperature inside the front room 62 can be raised uniformly. Thereby, the temperature rise of the FC stack and the like can be promoted.

次に、図２のステップＳ５に示すように、冷却液１２の温度が所定の温度か判定する。冷却液１２の温度が所定の温度に達しない（Noの）場合には、ステップＳ５に戻り、所定の温度に到達するまで継続する。   Next, as shown in step S5 of FIG. 2, it is determined whether the temperature of the coolant 12 is a predetermined temperature. If the temperature of the cooling liquid 12 does not reach the predetermined temperature (No), the process returns to step S5 and continues until the temperature reaches the predetermined temperature.

一方、冷却液１２の温度が所定の温度に到達した（Yesの）場合には、暖機運転を終了する。そして、例えば、グリルシャッター４０を開いた状態にし、ロータリーバルブ１９を、温度センサ１６の温度に依存した開閉を行うように制御する。このようにして、燃料電池１０を暖機することができる。   On the other hand, when the temperature of the coolant 12 has reached the predetermined temperature (Yes), the warm-up operation is ended. Then, for example, the grill shutter 40 is opened, and the rotary valve 19 is controlled to open and close depending on the temperature of the temperature sensor 16. Thus, the fuel cell 10 can be warmed up.

次に、実施形態の効果を説明する。
本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池１０の暖機運転を行う際に、車両６０の前方６１のグリルシャッター４０を閉じ、燃料電池１０を冷却する冷却液１２を、ラジエータ２０に流してラジエータファン３０を回転させるように、制御部５０により制御されている。したがって、閉空間となったフロントルームにおいて、ラジエータファン３０を回転させることで、ラジエータファン３０の後方を正圧とし、ラジエータ２０の前方を負圧とすることができる。よって、ラジエータ２０を通過した温風６３が、フロントルーム６２内を循環することができる。これにより、ＦＣスタック等の昇温を促進させることができる。 Next, effects of the embodiment will be described.
In the fuel cell system 1 of the present embodiment, when performing the warm-up operation of the fuel cell 10, the grill shutter 40 in the front 61 of the vehicle 60 is closed, and the cooling liquid 12 for cooling the fuel cell 10 is caused to flow to the radiator 20. The control unit 50 controls the radiator fan 30 to rotate. Therefore, by rotating the radiator fan 30 in the closed front room, the pressure behind the radiator fan 30 can be positive and the pressure in front of the radiator 20 can be negative. Therefore, the warm air 63 that has passed through the radiator 20 can circulate in the front room 62. Thereby, the temperature rise of the FC stack and the like can be promoted.

また、暖機運転を行う際に、冷却液１２を、ラジエータ２０に流してラジエータファン３０を回転させている。これにより、燃料電池１０から冷却液１２に伝達された熱であって、ラジエータ２０により放出された熱を、ラジエータ２０の前方に回り込んだ温風６３が受け取る。よって、温風６３の温度をさらに高温にすることができる。このサイクルを繰り返すことにより、フロントルーム６２内の昇温及び温度均一性を向上させることができる。   Further, when performing the warm-up operation, the cooling liquid 12 is caused to flow through the radiator 20 to rotate the radiator fan 30. As a result, the heat transmitted from the fuel cell 10 to the coolant 12, that is, the heat released by the radiator 20, is received by the warm air 63 wrapping around the radiator 20. Therefore, the temperature of the hot air 63 can be further increased. By repeating this cycle, the temperature inside the front room 62 and the temperature uniformity can be improved.

また、暖機運転を行う際に、このような方法で、ＦＣスタック等の昇温を促進させることができるので、燃料電池１０の劣化を抑制することができる。以下で、これについて説明する。   In addition, when the warm-up operation is performed, the temperature rise of the FC stack or the like can be promoted by such a method, so that the deterioration of the fuel cell 10 can be suppressed. This will be described below.

図３（ａ）は、比較例に係る燃料電池を例示した図である。図３（ａ）に示すように、燃料電池１０は、ＦＣスタック７０を含んでいる。ＦＣスタック７０には、水素を供給するための水素ポンプ７１、配管７２及びインジェクタ７３が接続されている。そして、燃料電池１０を始動させる前において、ＦＣスタック７０、水素ポンプ７１、配管７２及びインジェクタ７３は、低温状態になっている。   FIG. 3A is a diagram illustrating a fuel cell according to a comparative example. As shown in FIG. 3A, the fuel cell 10 includes an FC stack 70. A hydrogen pump 71 for supplying hydrogen, a pipe 72, and an injector 73 are connected to the FC stack 70. Before starting the fuel cell 10, the FC stack 70, the hydrogen pump 71, the pipe 72, and the injector 73 are in a low temperature state.

燃料電池１０を始動させると、燃料電池１０は、暖機運転等の低負荷による発電を始める。そうすると、ＦＣスタック７０と、水素ポンプ７１、配管７２及びインジェクタ７３との間に温度差が生じるようになる。これにより、水素ポンプ７１及び配管７２内に結露水７４が発生するようになる。   When the fuel cell 10 is started, the fuel cell 10 starts power generation by a low load such as a warm-up operation. Then, a temperature difference occurs between the FC stack 70 and the hydrogen pump 71, the pipe 72, and the injector 73. As a result, dew condensation water 74 is generated in the hydrogen pump 71 and the pipe 72.

燃料電池１０が、低負荷による発電から、中または高負荷による発電に切り替わり、水素ポンプ７１の回転数が上がるようになると、結露水７４を巻き上げる。そして、結露水７４がＦＣスタック７０のセルへ流入するようになる。セルへ流入した結露水７４は、ガスの流れを阻害し、電圧降下を引き起こすようになる。また、セルへ流入した結露水７４は、セルを劣化させる。   When the fuel cell 10 switches from low-load power generation to medium or high-load power generation and the rotation speed of the hydrogen pump 71 increases, the dew water 74 is wound up. Then, the dew condensation water 74 flows into the cells of the FC stack 70. The condensed water 74 flowing into the cell impedes the flow of gas and causes a voltage drop. The dew water 74 flowing into the cell deteriorates the cell.

図３（ｂ）は、比較例に係る燃料電池の状態を例示したグラフであり、横軸は、ＦＣスタックの位置を示し、左側の縦軸は、ＦＣスタックにおけるセルの温度を示し、右側の縦軸は、ＦＣスタックにおけるセルの含水量を示す。   FIG. 3B is a graph illustrating the state of the fuel cell according to the comparative example, in which the horizontal axis indicates the position of the FC stack, the left vertical axis indicates the cell temperature in the FC stack, and the right vertical axis indicates the cell temperature. The vertical axis indicates the water content of the cell in the FC stack.

図３（ｂ）に示すように、燃料電池１０の始動時には、ＦＣスタック７０の端部７５のセル温度が低く、含水量が多くなっている。燃料電池１０の始動時には、ＦＣスタック７０の周囲の温度は低くなっているために、ＦＣスタック７０の端部７５に結露水７４が発生する場合があるからである。   As shown in FIG. 3B, when the fuel cell 10 is started, the cell temperature at the end 75 of the FC stack 70 is low, and the water content is high. This is because when the fuel cell 10 is started, the temperature around the FC stack 70 is low, and condensed water 74 may be generated at the end 75 of the FC stack 70.

また、車両６０を外気中に放置した（ソーク）後に燃料電池１０を始動する時にも、ＦＣスタック７０の端部７５のセル温度が低く、含水量が多くなる。これは、ソーク中にＦＣスタック７０の端部７５で結露する場合があるからである。   Also, when the fuel cell 10 is started after the vehicle 60 is left in the outside air (soak), the cell temperature at the end 75 of the FC stack 70 is low, and the water content is high. This is because condensation may occur at the end 75 of the FC stack 70 during soaking.

さらに、ＦＣスタック７０の端部７５側での排気能力の低下により、発電により発生した水が端部７５に残留する場合があり、この場合にも、ＦＣスタック７０の端部７５のセル温度が低く、含水量が多くなっている。   Further, water generated by power generation may remain in the end portion 75 due to a decrease in the exhaust capacity on the end portion 75 side of the FC stack 70. In this case as well, the cell temperature of the end portion 75 of the FC stack 70 is reduced. Low, high water content.

このように、ＦＣスタック７０の端部７５のセル温度が低く、含水量が多くなると、端部７５の水分は、ガスの流れを阻害し、電圧降下を引き起こす。また、セルへ流入した水分は、セルを劣化させる。   As described above, when the cell temperature at the end portion 75 of the FC stack 70 is low and the water content is high, the moisture at the end portion 75 obstructs the gas flow and causes a voltage drop. The water flowing into the cell deteriorates the cell.

しかしながら、本実施形態では、ラジエータ２０を通過した温風６３がフロントルーム６２内を循環するようにしている。よって、ＦＣスタック７０と、水素ポンプ７１、配管７２及びインジェクタ７３との間に生じる温度差を最小限にすることができる。したがって、水素ポンプ７１及び配管７２内に結露水７４が発生することを抑制し、ＦＣスタック７０のセルの劣化を抑制することができる。   However, in the present embodiment, the warm air 63 that has passed through the radiator 20 is circulated in the front room 62. Therefore, a temperature difference generated between the FC stack 70 and the hydrogen pump 71, the pipe 72, and the injector 73 can be minimized. Therefore, generation of dew condensation water 74 in the hydrogen pump 71 and the pipe 72 can be suppressed, and deterioration of the cells of the FC stack 70 can be suppressed.

また、ラジエータ２０を通過した温風６３がフロントルーム６２内を循環するようにしているので、燃料電池１０の始動時に、ＦＣスタック７０の端部７５の昇温を促進させ、端部７５の含水量を改善することができる。   Further, since the warm air 63 that has passed through the radiator 20 is circulated in the front room 62, when the fuel cell 10 is started, the temperature rise of the end 75 of the FC stack 70 is promoted, and the end 75 is included. Water volume can be improved.

以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。   The embodiment according to the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above configuration, and can be modified without departing from the technical idea of the present invention.

１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
１１ 燃料電池流路
１２ 冷却液
１３ 冷却液供給流路
１４ 冷却液ポンプ
１５ 冷却液排出流路
１６ 温度センサ
１７ バイパス流路
１８ ラジエータ流路
１９ ロータリーバルブ
２０ ラジエータ
３０ ラジエータファン
４０ グリルシャッター
５０ 制御部
６０ 車両
６１ 前方
６２ フロントルーム
６３ 温風
７０ ＦＣスタック
７１ 水素ポンプ
７２ 配管
７３ インジェクタ
７４ 結露水
７５ 端部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 10 Fuel cell 11 Fuel cell channel 12 Coolant 13 Coolant supply channel 14 Coolant pump 15 Coolant discharge channel 16 Temperature sensor 17 Bypass channel 18 Radiator channel 19 Rotary valve 20 Radiator 30 Radiator fan 40 Grill shutter 50 Control unit 60 Vehicle 61 Front 62 Front room 63 Hot air 70 FC stack 71 Hydrogen pump 72 Piping 73 Injector 74 Condensed water 75 End

Claims (1)

車両の前方のフロントルームに燃料電池、ラジエータ及びラジエータファンが配置された燃料電池システムであって、
前記燃料電池の暖機運転を行う際に、前記車両の前方のグリルシャッターを閉じることによって前記フロントルームを閉空間とし、
暖機運転終了前に、前記燃料電池を冷却する冷却液を、前記ラジエータに流して前記ラジエータファンを回転させる制御部を備えた、
燃料電池システム。 A fuel cell system in which a fuel cell, a radiator, and a radiator fan are arranged in a front room in front of the vehicle,
When performing a warm-up operation of the fuel cell, the front room is closed by closing a grill shutter in front of the vehicle,
Before the warming-up operation, a control unit that causes a cooling liquid that cools the fuel cell to flow through the radiator to rotate the radiator fan,
Fuel cell system.
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