JPS59214167A - 燃料電池の冷却水系制御装置 - Google Patents
燃料電池の冷却水系制御装置Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は水冷形燃料電池発電の冷却水の水質管理と温
度制御を行なう制御装置に関する。
度制御を行なう制御装置に関する。
燃料電池発電の際に電池内部で起こる反応によシ発生す
る熱量による電池温度の上昇を抑えるために冷却水を用
いて熱量を吸収させ、発生する水蒸気を原燃料から水素
成分の豊富なガスを生成する改質反応などプロセスに必
要な箇所で使用する。
る熱量による電池温度の上昇を抑えるために冷却水を用
いて熱量を吸収させ、発生する水蒸気を原燃料から水素
成分の豊富なガスを生成する改質反応などプロセスに必
要な箇所で使用する。
発生する水蒸気の圧力を一定に保つため、冷却水温度は
一定に制御する必要がある。また、燃料電池の保護のた
め冷却水の水質は純水に近い値で管理される必要がある
。
一定に制御する必要がある。また、燃料電池の保護のた
め冷却水の水質は純水に近い値で管理される必要がある
。
燃料電池の冷却水系のシステムの一例を第１図に示す。
循環ポンプ４４と気水分離器４３および温度制御装置４
２から成る冷却水系４１によって、燃料電池５２で発生
する熱量を冷却水に回収し、発生する水蒸気を改質装置
１１’４！；で使用する。水蒸気として系外へ送り出さ
れることによって減少した水量は供給水量制御弁２２を
通して水処理装置２０から供給される。燃料電池発電シ
ステムの起動時や発電を行なっていない待機時、または
低負荷時等電池発熱臘の不足の場合、補助力ロ熱装置５
１によって冷却水は昇温される。逆に発熱量が多く冷却
水温度が設定値を越える場合は、温度検出装置３１によ
って得られる温度信号（二よって温度制御装置４２で温
度を丁げ、設定温度に制御される。一方、冷却水の水質
を維持するため、供給水量の一定割合を水処理装置２０
へ戻すように戻し水量制御弁２１を制御し、水質検出装
置３２によって検出された冷却水の水質が制限値より悪
化した時は、戻し水量制御弁２１の制御モードを変更し
、最大一定ｂ）ｔ−はを戻すことによって水質の向」二
を図っていた。
２から成る冷却水系４１によって、燃料電池５２で発生
する熱量を冷却水に回収し、発生する水蒸気を改質装置
１１’４！；で使用する。水蒸気として系外へ送り出さ
れることによって減少した水量は供給水量制御弁２２を
通して水処理装置２０から供給される。燃料電池発電シ
ステムの起動時や発電を行なっていない待機時、または
低負荷時等電池発熱臘の不足の場合、補助力ロ熱装置５
１によって冷却水は昇温される。逆に発熱量が多く冷却
水温度が設定値を越える場合は、温度検出装置３１によ
って得られる温度信号（二よって温度制御装置４２で温
度を丁げ、設定温度に制御される。一方、冷却水の水質
を維持するため、供給水量の一定割合を水処理装置２０
へ戻すように戻し水量制御弁２１を制御し、水質検出装
置３２によって検出された冷却水の水質が制限値より悪
化した時は、戻し水量制御弁２１の制御モードを変更し
、最大一定ｂ）ｔ−はを戻すことによって水質の向」二
を図っていた。
しかし、水処理装置Ｒ２０へ戻す水位置は冷却水系４１
へ供給される心安があり、この供給水は冷却水系４１の
ｊｉｌ！Ｉ御温ｊ変に比べて低温であるため、冷却水τ
温Ｉ規を低トーさせる砦因になる。戻し水量が多い時は
供給水量も多く、待わ４時や低負荷時など発生熱腓が少
ない場合に戻し水量が多いと冷却水（゛温度が制御温度
より低下するととがあった。これを防止するために、補
助カロ熱装置５１の容量を増し、この熱量によｐ冷却水
温度を上げることが考えられるがこれは設備の増加と余
分なエネルギーの消費となる。
へ供給される心安があり、この供給水は冷却水系４１の
ｊｉｌ！Ｉ御温ｊ変に比べて低温であるため、冷却水τ
温Ｉ規を低トーさせる砦因になる。戻し水量が多い時は
供給水量も多く、待わ４時や低負荷時など発生熱腓が少
ない場合に戻し水量が多いと冷却水（゛温度が制御温度
より低下するととがあった。これを防止するために、補
助カロ熱装置５１の容量を増し、この熱量によｐ冷却水
温度を上げることが考えられるがこれは設備の増加と余
分なエネルギーの消費となる。
このように、冷却水温度制御と水質管理制御を独立して
行なうことは、冷却水温度の低下または余分な設備の増
加を招くことがあった。
行なうことは、冷却水温度の低下または余分な設備の増
加を招くことがあった。
この発明は最小の設備で冷却水温度の低下防止と温度が
低ドしない範囲内での水質向上が可能な燃料電池熱管理
システムの制御装置を得ることを目的とするっ 〔発明の概要〕 本発明は、冷却水の水質向上のための水処理装置への戻
し水量を、冷却水の水質検出装置で得た水質信号に応じ
て制御する制イ、＋ｌＩ過程に冷却水の温度検出装置で
得た温度信号と上限および［限設度設定値との偏差を補
正要素として取り入れたことを特徴とする。
低ドしない範囲内での水質向上が可能な燃料電池熱管理
システムの制御装置を得ることを目的とするっ 〔発明の概要〕 本発明は、冷却水の水質向上のための水処理装置への戻
し水量を、冷却水の水質検出装置で得た水質信号に応じ
て制御する制イ、＋ｌＩ過程に冷却水の温度検出装置で
得た温度信号と上限および［限設度設定値との偏差を補
正要素として取り入れたことを特徴とする。
Ｃ発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を第２図お・よび第３図を参照し
て説明する、第２ＵＸＪは本発明の一実施例を示すブロ
ック図である。図かられかるように本発明の制御装置は
、冷却水の温度Ｔを設定温度Ｔ８に制御するための温度
制御手段１２と、冷却水の温度Ｔが予め定められた菌数
定値以上のとさおよび予め定められた低設定値以上のと
きに補正信号を出力する補正手段１８と、冷却水の水質
が予め定めた制限値内かどうかを判定する水質判定手段
１４と、冷却水の水質が予め定めた制限値内のときは通
常モードで、水質が予め定めた制限値をこえたときは補
正信号を訓味した水質向上モードにて冷却水の戻し水量
を算出する戻し水１４ｔｈｎ出十段１５とからなる。
て説明する、第２ＵＸＪは本発明の一実施例を示すブロ
ック図である。図かられかるように本発明の制御装置は
、冷却水の温度Ｔを設定温度Ｔ８に制御するための温度
制御手段１２と、冷却水の温度Ｔが予め定められた菌数
定値以上のとさおよび予め定められた低設定値以上のと
きに補正信号を出力する補正手段１８と、冷却水の水質
が予め定めた制限値内かどうかを判定する水質判定手段
１４と、冷却水の水質が予め定めた制限値内のときは通
常モードで、水質が予め定めた制限値をこえたときは補
正信号を訓味した水質向上モードにて冷却水の戻し水量
を算出する戻し水１４ｔｈｎ出十段１５とからなる。
温度制御手段■２は（゛温度検出装置８１で検出した冷
却水の温／ｉｌｆ ’ｒを設定温ｔ”Ｋ ’Ｉ’４と比
較し、その偏差を演算器６７で演算して、その出力Ｖを
温度制御装置４２に出すようになっている３、つまり、
温度制御手段１２は冷却水の温度Ｔが設定温度Ｔｓにな
るように制御するものであろう 次に補正手段１８は、冷却水の温度Ｔが予め定めた高設
定値ＴＨおよび低設定値ＴＬをいつ脱したどきに補正（
，１号を出すものである。すなわち、補正手段１３の演
算手段１３のイ“ｌ４（７器６１．６２は比例、微分、
積分前をＮむ演算；・；Ｊで、演ｑ器６１はイ扁差ｅｌ
（ｅ、 ””Ｔ Ｔ＋、 ）がｅ、〉０のときその出
力ｑ、がｑに〇となり、ｅ１≦０のときはｅ、に応じた
値の出力ｑ１を出す。一方、演ｒｓ器６２は偏差ｅ、（
６２：’ｌ”−’Ｉ’、 ）がｅＩ！＜Ｏのときその出
力ｑ２が９２−０となり、Ｃ７≧０のときはＣ２に応じ
た値の出力ｑ２を出すようになっている、水質判定手段
１４は水質検出装置３２で検出した水質信号Ｃとその設
定値Ｓとを比較し、水質信号。がＣ３Ｓのときは出力（
Ｉを（１−１として出力し、ｃ （ｓのときはｄ ＝０
として１１１力する。この比較同定は比較、演算器６５
で？７われる。出力ｄがｄ＝１のどきは水質向」ニモー
ドであり、ｄ−０のどきは通常モードである。
却水の温／ｉｌｆ ’ｒを設定温ｔ”Ｋ ’Ｉ’４と比
較し、その偏差を演算器６７で演算して、その出力Ｖを
温度制御装置４２に出すようになっている３、つまり、
温度制御手段１２は冷却水の温度Ｔが設定温度Ｔｓにな
るように制御するものであろう 次に補正手段１８は、冷却水の温度Ｔが予め定めた高設
定値ＴＨおよび低設定値ＴＬをいつ脱したどきに補正（
，１号を出すものである。すなわち、補正手段１３の演
算手段１３のイ“ｌ４（７器６１．６２は比例、微分、
積分前をＮむ演算；・；Ｊで、演ｑ器６１はイ扁差ｅｌ
（ｅ、 ””Ｔ Ｔ＋、 ）がｅ、〉０のときその出
力ｑ、がｑに〇となり、ｅ１≦０のときはｅ、に応じた
値の出力ｑ１を出す。一方、演ｒｓ器６２は偏差ｅ、（
６２：’ｌ”−’Ｉ’、 ）がｅＩ！＜Ｏのときその出
力ｑ２が９２−０となり、Ｃ７≧０のときはＣ２に応じ
た値の出力ｑ２を出すようになっている、水質判定手段
１４は水質検出装置３２で検出した水質信号Ｃとその設
定値Ｓとを比較し、水質信号。がＣ３Ｓのときは出力（
Ｉを（１−１として出力し、ｃ （ｓのときはｄ ＝０
として１１１力する。この比較同定は比較、演算器６５
で？７われる。出力ｄがｄ＝１のどきは水質向」ニモー
ドであり、ｄ−０のどきは通常モードである。
戻し水量算出手段１５は、補正手段１３からの補正信号
ｑ＋ ＋ Ｑ２おＪ：び水質向上モード時の戻し水量設
定値ｍを加算する刀ＩＪ算器６３と、ここで得られた加
算値ｑ３を入力し刃口算値ｑ３が上限値り以上のときは
出力ｑ。を（ｑ、＝ｈ）とし、それ以下のときは（ｑゆ
−ｑ３）を出力する制限器６４と、信号選択器６６とか
らなる。信号選択器６６は制御信号ｄによって、すなわ
ちｄ＝１のときは補正の加えられた出力ｑ０の力を選択
し、ｄ＝Ｑのときは通常モード時の戻し水量設定値ｑｎ
をスハ択するもので４うる。この信号選択器６６の出力
ｑｂは戻し水−を制御弁の、設定１１匁として出力され
る。
ｑ＋ ＋ Ｑ２おＪ：び水質向上モード時の戻し水量設
定値ｍを加算する刀ＩＪ算器６３と、ここで得られた加
算値ｑ３を入力し刃口算値ｑ３が上限値り以上のときは
出力ｑ。を（ｑ、＝ｈ）とし、それ以下のときは（ｑゆ
−ｑ３）を出力する制限器６４と、信号選択器６６とか
らなる。信号選択器６６は制御信号ｄによって、すなわ
ちｄ＝１のときは補正の加えられた出力ｑ０の力を選択
し、ｄ＝Ｑのときは通常モード時の戻し水量設定値ｑｎ
をスハ択するもので４うる。この信号選択器６６の出力
ｑｂは戻し水−を制御弁の、設定１１匁として出力され
る。
このように戻し水ハ１制ｍ＋１弁２】は、比較演算器６
５ど信号選択器６６により、水質信号Ｃが設定値５以上
の場合は冷却水の水質がｍ贅化したとぎなので水質向上
モート゛で制御され、水質信号ｃがＣ〈Ｓの場合は水質
が良いときなので通常モードで制御される。つ１す、戻
し水量制御弁２１の設定流量（、：ｉ’ ”ｊ’ ｑ
ｂは水′玖向上モードのときはｑ。となシ、通常モード
のときはｑ。どなる。
５ど信号選択器６６により、水質信号Ｃが設定値５以上
の場合は冷却水の水質がｍ贅化したとぎなので水質向上
モート゛で制御され、水質信号ｃがＣ〈Ｓの場合は水質
が良いときなので通常モードで制御される。つ１す、戻
し水量制御弁２１の設定流量（、：ｉ’ ”ｊ’ ｑ
ｂは水′玖向上モードのときはｑ。となシ、通常モード
のときはｑ。どなる。
水質向上モード時の動作は、以下のとおりとなる。い壕
温度検出装置８１によシ検出された冷却水温度Ｔが低設
定値ＴＩ、以下に低下したとする。
温度検出装置８１によシ検出された冷却水温度Ｔが低設
定値ＴＩ、以下に低下したとする。
この場合、演算器６１へは負の信号ｅ１が入力され、信
号ｅ１に応じた値すなわち補正信号ｑ＋（＜０）が出力
される。との時演算器６２の入力は高設定値ＴＨ＞ ’
Ｉ’Ｌとしであるので、ｅ２〈０であり、ｑ。
号ｅ１に応じた値すなわち補正信号ｑ＋（＜０）が出力
される。との時演算器６２の入力は高設定値ＴＨ＞ ’
Ｉ’Ｌとしであるので、ｅ２〈０であり、ｑ。
＝０となる。加算器６３で向上モード戻し水量設定値ｍ
とＱｌ （’＜ ０ ） 、 Ｑ２ （−〇 ）との、
卯算がなされ、ｑ３＝ｍ −ｔ−Ｑｌとなる。ｑ、は負
であるので、出力１．くｍとなる。制限器６４の上限り
は水処理装置２０の処理能力限界水散として設定され、
ｈ〉ｍである。ゆえに出力ｑ、、、はＱｍ−Ｑｓであり
、戻し水線は水質向上モード戻し水量設定値ｍより小さ
い値に制御される。このため、供給水ＳＲは減少し温度
の低下を防止できる。
とＱｌ （’＜ ０ ） 、 Ｑ２ （−〇 ）との、
卯算がなされ、ｑ３＝ｍ −ｔ−Ｑｌとなる。ｑ、は負
であるので、出力１．くｍとなる。制限器６４の上限り
は水処理装置２０の処理能力限界水散として設定され、
ｈ〉ｍである。ゆえに出力ｑ、、、はＱｍ−Ｑｓであり
、戻し水線は水質向上モード戻し水量設定値ｍより小さ
い値に制御される。このため、供給水ＳＲは減少し温度
の低下を防止できる。
次に冷却水温度Ｔが高段定植Ｔｏ以上の場合は、ｃｌ〉
０であるから演算器６１は出力ｑ１：０となる。一方ｅ
、〉０であるので演算器６２の出力９２は信号ｅ２に応
じた正の値となる。従って加算器６３の出力ｑ、は水質
向上モート戻し水量設定値ｍよシ大きい値となる。もし
この１１σが制限器６４の」二限りを越える値であれば
ｑ、。−りとなり、そうでなければＱｍ−ｑｓが出力さ
れる。いずれにしても籟〉ｍであ夛、戻し水量制御弁２
１は水処理装置２０の能力を越えない範囲円で向上モー
ド戻し水量設定値ｍよシ大きい値で制御される。冷却水
温度ＴがＴＨ＞Ｔ＞ＴＬの時はｅｌ〉ｏ、ｅ２〈Ｏとな
るので、ｑ、−〇、ｑ２−ｏとなシ、結局ｑｂ＝ｍとな
る。すなわち戻し水量制御弁２１は向上モード戻し水量
設定値ｍに制御される。
０であるから演算器６１は出力ｑ１：０となる。一方ｅ
、〉０であるので演算器６２の出力９２は信号ｅ２に応
じた正の値となる。従って加算器６３の出力ｑ、は水質
向上モート戻し水量設定値ｍよシ大きい値となる。もし
この１１σが制限器６４の」二限りを越える値であれば
ｑ、。−りとなり、そうでなければＱｍ−ｑｓが出力さ
れる。いずれにしても籟〉ｍであ夛、戻し水量制御弁２
１は水処理装置２０の能力を越えない範囲円で向上モー
ド戻し水量設定値ｍよシ大きい値で制御される。冷却水
温度ＴがＴＨ＞Ｔ＞ＴＬの時はｅｌ〉ｏ、ｅ２〈Ｏとな
るので、ｑ、−〇、ｑ２−ｏとなシ、結局ｑｂ＝ｍとな
る。すなわち戻し水量制御弁２１は向上モード戻し水量
設定値ｍに制御される。
第８図は不発ψ］の他の一実施例の構成を示すブロック
図である。信号選択器６６には通常モード時の戻し水量
設定値ｑ。ど、冷却水温度ＴがＴ〉ＴＨの時に補正され
た水質向上モード戻し水量信号ｑ４が入力されている。
図である。信号選択器６６には通常モード時の戻し水量
設定値ｑ。ど、冷却水温度ＴがＴ〉ＴＨの時に補正され
た水質向上モード戻し水量信号ｑ４が入力されている。
この出力ｑ、が加算器６９に入力され、もし冷却水温度
ＴがＴ＜ＴＬの時に出力ｑａ ”” Ｑｌ ”＋−Ｑａ
となり、戻し水量制御弁２１はｑ、よシ小さい値に制御
され、その結果供給水量も減少し温度低Ｆが防止される
。すなわちこの実施例では水質向上モード、通常モード
ともに冷却水温度による戻し水量補正が加えられる。
ＴがＴ＜ＴＬの時に出力ｑａ ”” Ｑｌ ”＋−Ｑａ
となり、戻し水量制御弁２１はｑ、よシ小さい値に制御
され、その結果供給水量も減少し温度低Ｆが防止される
。すなわちこの実施例では水質向上モード、通常モード
ともに冷却水温度による戻し水量補正が加えられる。
以上述べたように、本発明によれば冷却水温度を制限内
に収めるような機能を生じながら戻し水量を制御するの
で、冷却水温度の低下が防止でき、加熱のための補助装
置の設備を軽減できる。また電池での発熱量が多い時は
水処理装置の能力内で可能な限シ多くの水を戻し、処理
できるので水質向上の時間が短縮できる。
に収めるような機能を生じながら戻し水量を制御するの
で、冷却水温度の低下が防止でき、加熱のための補助装
置の設備を軽減できる。また電池での発熱量が多い時は
水処理装置の能力内で可能な限シ多くの水を戻し、処理
できるので水質向上の時間が短縮できる。
第１図は本発明に関するシステムのブロック図、第２図
は本発明の一実施例を示すブロック図、第３図は他の一
実施例を示すブロック図である。 １１・・・改質装置 ２０・・・水処理装置２１・
・・戻し水量制御弁 ２２・・・供給水量制御弁３１・
・・温度検出装置 ３２・・・水質検出装置４１・・・
冷却水系 ４２・・・温度制御装置５１・・・補助
加熱装置 ５２・・・燃料電池６１、６２．６７・・・
演算器 ６３．６８・・・加算器６４・・・制限器
６６・・・信号選択器６５・・・比較演算器 （７１ｉ７）代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか
１名）第１図 ン ２．０ 第２図
は本発明の一実施例を示すブロック図、第３図は他の一
実施例を示すブロック図である。 １１・・・改質装置 ２０・・・水処理装置２１・
・・戻し水量制御弁 ２２・・・供給水量制御弁３１・
・・温度検出装置 ３２・・・水質検出装置４１・・・
冷却水系 ４２・・・温度制御装置５１・・・補助
加熱装置 ５２・・・燃料電池６１、６２．６７・・・
演算器 ６３．６８・・・加算器６４・・・制限器
６６・・・信号選択器６５・・・比較演算器 （７１ｉ７）代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか
１名）第１図 ン ２．０ 第２図
Claims (1)
- 熱料電池の冷却を行う冷却水の温度を予め定めた設定温
度に制御するための温度制御手段と、前記冷却水の温度
が予め定めた範囲を逸脱したとき補正信号を出力する補
正手段と、前記冷却水の水質が予め定めた制限値内のと
きは通常モードと判定し予め定めた制限値をこえたとき
は水質向上モードと判定する水質判定手段と、前記通常
モードのときはその場合の戻し水量設定値を選択し前記
水質向上モードのときはその場合の戻し水量設定値に前
記補正信号を加味させた値を選択する戻し水量算出手段
とを備え、この戻し水量算出手段で得られた値に基づい
て戻し水量制御弁を制御するようにした燃料電池の冷却
水系制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58086553A JPS59214167A (ja) | 1983-05-19 | 1983-05-19 | 燃料電池の冷却水系制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58086553A JPS59214167A (ja) | 1983-05-19 | 1983-05-19 | 燃料電池の冷却水系制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59214167A true JPS59214167A (ja) | 1984-12-04 |
Family
ID=13890190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58086553A Pending JPS59214167A (ja) | 1983-05-19 | 1983-05-19 | 燃料電池の冷却水系制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59214167A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6414876A (en) * | 1987-06-15 | 1989-01-19 | Int Fuel Cells Corp | Fuel battery main part cooling system |
| JP2002216817A (ja) * | 2001-01-24 | 2002-08-02 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池冷却液の導電率管理装置 |
| EP1580830A2 (en) * | 2004-03-23 | 2005-09-28 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell control system and related method |
| WO2006054565A2 (en) * | 2004-11-17 | 2006-05-26 | Nissan Motor Co., Ltd. | Output limiting device for fuel cell |
-
1983
- 1983-05-19 JP JP58086553A patent/JPS59214167A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6414876A (en) * | 1987-06-15 | 1989-01-19 | Int Fuel Cells Corp | Fuel battery main part cooling system |
| JP2002216817A (ja) * | 2001-01-24 | 2002-08-02 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池冷却液の導電率管理装置 |
| EP1580830A2 (en) * | 2004-03-23 | 2005-09-28 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell control system and related method |
| EP1580830A3 (en) * | 2004-03-23 | 2005-11-02 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell control system and related method |
| WO2006054565A2 (en) * | 2004-11-17 | 2006-05-26 | Nissan Motor Co., Ltd. | Output limiting device for fuel cell |
| WO2006054565A3 (en) * | 2004-11-17 | 2006-09-21 | Nissan Motor | Output limiting device for fuel cell |
| US8603693B2 (en) | 2004-11-17 | 2013-12-10 | Nissan Motor Co., Ltd. | Output limiting device for fuel cell |
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