[go: up one dir, main page]

JP2010282929A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2010282929A
JP2010282929A JP2009137304A JP2009137304A JP2010282929A JP 2010282929 A JP2010282929 A JP 2010282929A JP 2009137304 A JP2009137304 A JP 2009137304A JP 2009137304 A JP2009137304 A JP 2009137304A JP 2010282929 A JP2010282929 A JP 2010282929A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
cooling medium
channel
gas
flow path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2009137304A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshikatsu Katagiri
敏勝 片桐
Katsumi Hayashi
勝美 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2009137304A priority Critical patent/JP2010282929A/en
Publication of JP2010282929A publication Critical patent/JP2010282929A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】簡単な構成で、氷点下環境における電解質膜の損傷を阻止する燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システム10は、燃料電池12と冷却媒体供給装置18とを備える。冷却媒体供給装置18は、ラジエータ60を備え、燃料電池12とラジエータ60との間には、冷却媒体を循環させるための循環流路62が設けられる。循環流路62には、ラジエータ60をバイパスする第1分岐流路66が接続される。循環流路62と第1分岐流路66との合流部位には、サーモ弁70が配置されるとともに、サーモ弁70をバイパスする第2分岐流路72が設けられる。コントローラ20は、燃料電池システム10の停止時に燃料電池12の内部で生成水が凍結するおそれがあると判定した際に、ポンプ64を逆方向に駆動させる。
【選択図】図1
A fuel cell system that prevents damage to an electrolyte membrane in a sub-freezing environment with a simple configuration.
A fuel cell system includes a fuel cell and a cooling medium supply device. The cooling medium supply device 18 includes a radiator 60, and a circulation channel 62 for circulating the cooling medium is provided between the fuel cell 12 and the radiator 60. A first branch channel 66 that bypasses the radiator 60 is connected to the circulation channel 62. A thermo valve 70 is disposed at a joining portion of the circulation channel 62 and the first branch channel 66, and a second branch channel 72 that bypasses the thermo valve 70 is provided. When the controller 20 determines that the generated water may freeze inside the fuel cell 12 when the fuel cell system 10 is stopped, the controller 20 drives the pump 64 in the reverse direction.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスが電気化学的に反応して電気エネルギを得る燃料電池と、前記燃料電池に冷却媒体を供給して該燃料電池の温度調整を行う冷却媒体供給装置とを備える燃料電池システムに関する。   The present invention includes a fuel cell in which fuel gas and oxidant gas react electrochemically to obtain electric energy, and a cooling medium supply device for supplying a cooling medium to the fuel cell and adjusting the temperature of the fuel cell. The present invention relates to a fuel cell system provided.

燃料電池は、燃料ガス(主に水素を含有するガス、例えば、水素ガス)及び酸化剤ガス(主に酸素を含有するガス、例えば、空気)をアノード側電極及びカソード側電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。   A fuel cell supplies a fuel gas (a gas mainly containing hydrogen, for example, hydrogen gas) and an oxidant gas (a gas mainly containing oxygen, for example, air) to an anode side electrode and a cathode side electrode for electricity. It is a system that obtains direct-current electrical energy through chemical reaction.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is provided by a pair of separators. The unit cell is sandwiched. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of unit cells.

上記の燃料電池では、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により生成水が発生している。このため、燃料電池が氷点下で使用される際には、前記燃料電池の発電停止時に、生成水の凍結を防止する必要がある。   In the fuel cell, generated water is generated by the reaction between the fuel gas and the oxidant gas. For this reason, when the fuel cell is used below freezing point, it is necessary to prevent the generated water from freezing when the power generation of the fuel cell is stopped.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池システムは、冷媒循環系に、冷媒を保温状態で貯留可能な冷媒貯留部と、該冷媒貯留部からの冷媒の前記燃料電池への供給を制御する貯留冷媒供給制御部とを備え、前記貯留冷媒供給制御部は、前記燃料電池の掃気処理前あるいは掃気処理時に前記冷媒貯留部から冷媒を前記燃料電池に供給している。   Thus, for example, a fuel cell system disclosed in Patent Document 1 has a refrigerant circulation system in which a refrigerant storage unit capable of storing a refrigerant in a warm state and supply of the refrigerant from the refrigerant storage unit to the fuel cell. A storage refrigerant supply control unit for controlling, and the storage refrigerant supply control unit supplies refrigerant from the refrigerant storage unit to the fuel cell before or during the scavenging process of the fuel cell.

これにより、特許文献1では、電気ヒータ等を用いることなく、発電停止後も燃料電池を掃気処理に好適な温度に維持することができるため、エネルギ消費を抑制しつつ、掃気処理による燃料電池の水分除去を効率よく行うことができる、としている。   Thus, in Patent Document 1, since the fuel cell can be maintained at a temperature suitable for the scavenging process even after power generation is stopped without using an electric heater or the like, the fuel cell of the fuel cell by the scavenging process is suppressed while suppressing energy consumption. It is said that moisture removal can be performed efficiently.

特開2008−218164号公報JP 2008-218164 A

しかしながら、上記の特許文献1では、燃料電池の発電停止時に掃気処理を行っても、MEA内部の水分を完全に除去することが困難である。このため、氷点下環境では、燃料電池の発電停止後に、MEA内部に残存する水分が凍結し、氷が成長することによって前記MEA、特に高分子イオン交換膜が損傷するという問題がある。   However, in Patent Document 1 described above, it is difficult to completely remove the water inside the MEA even if the scavenging process is performed when power generation of the fuel cell is stopped. For this reason, in the sub-freezing environment, there is a problem that the water remaining inside the MEA freezes after the power generation of the fuel cell is stopped, and the MEA, particularly the polymer ion exchange membrane, is damaged by the growth of ice.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、氷点下環境における電解質膜の損傷を可及的に阻止することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve this kind of problem and to provide a fuel cell system capable of preventing damage to an electrolyte membrane in a sub-freezing environment as much as possible with a simple and economical configuration. To do.

本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスが電気化学的に反応して電気エネルギを得る燃料電池と、前記燃料電池に冷却媒体を供給して該燃料電池の温度調整を行う冷却媒体供給装置とを備える燃料電池システムに関するものである。   The present invention includes a fuel cell in which fuel gas and oxidant gas react electrochemically to obtain electric energy, and a cooling medium supply device for supplying a cooling medium to the fuel cell and adjusting the temperature of the fuel cell. The present invention relates to a fuel cell system provided.

冷却媒体供給装置は、ラジエータと、燃料電池と前記ラジエータとの間で冷却媒体を循環させる循環流路と、前記循環流路上に配置され、前記冷却媒体を正逆両方向に送出自在なポンプと、前記循環流路に設けられ、前記ラジエータをバイパスする第1分岐流路と、前記循環流路と前記第1分岐流路との合流部位に配置され、前記燃料電池の環境温度に応じて、前記循環流路の流量と前記第1分岐流路の流量とを調整する流量調整弁と、前記循環流路に設けられ、前記流量調整弁をバイパスする第2分岐流路と、前記第2分岐流路に設けられる逆止弁と、温度センサの検出温度に基づいて、前記燃料電池の停止時に該燃料電池の内部で生成水が凍結するおそれがあると判定した際に、前記ポンプを逆方向に駆動させる制御部とを備えている。   The cooling medium supply device includes a radiator, a circulation channel that circulates the cooling medium between the fuel cell and the radiator, a pump that is disposed on the circulation channel and that can send the cooling medium in both forward and reverse directions, The first branch channel provided in the circulation channel and bypassing the radiator, and arranged at the junction of the circulation channel and the first branch channel, and depending on the environmental temperature of the fuel cell, A flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the circulation channel and the flow rate of the first branch channel, a second branch channel that is provided in the circulation channel and bypasses the flow rate adjustment valve, and the second branch flow When it is determined that the generated water may freeze inside the fuel cell when the fuel cell is stopped based on the check valve provided in the passage and the temperature detected by the temperature sensor, the pump is turned in the reverse direction. And a controller to be driven.

また、逆止弁は、ポンプが逆方向に駆動された際にのみ、冷却媒体の流れを許容することが好ましい。   The check valve preferably allows the flow of the cooling medium only when the pump is driven in the reverse direction.

さらに、第1分岐流路には、ポンプが正方向に駆動された際にのみ、冷却媒体の流れを許容する逆止弁が配設されることが好ましい。   Further, it is preferable that a check valve that allows the flow of the cooling medium only when the pump is driven in the forward direction is disposed in the first branch flow path.

本発明によれば、燃料電池の停止時に、前記燃料電池の内部で生成水が凍結するおそれがあると判定されると、ポンプが逆方向に駆動される。このため、冷却媒体は、循環流路を逆方向に流れる。その際、冷却媒体は、流量調整弁をバイパスして第2分岐流路を流れるため、前記流量調整弁に影響されることがなく、ラジエータに導入される。従って、冷却媒体は、ラジエータを介して外部雰囲気と熱交換して良好に冷却され、燃料電池を急速冷却することができる。   According to the present invention, when it is determined that the generated water may freeze inside the fuel cell when the fuel cell is stopped, the pump is driven in the reverse direction. For this reason, the cooling medium flows in the reverse direction in the circulation channel. At that time, since the cooling medium flows through the second branch flow path by bypassing the flow rate adjusting valve, the cooling medium is not influenced by the flow rate adjusting valve and is introduced into the radiator. Therefore, the cooling medium is cooled well by exchanging heat with the external atmosphere via the radiator, and the fuel cell can be rapidly cooled.

しかも、流量調整弁は、冷却媒体が逆流される際には、使用されていない。このため、流量調整弁として、比較的高価な3方電磁弁等を用いる必要がなく、簡単且つ経済的な構成で、氷点下環境における電解質膜の損傷を可及的に阻止することが可能になる。   Moreover, the flow rate adjusting valve is not used when the cooling medium is backflowed. For this reason, it is not necessary to use a relatively expensive three-way solenoid valve or the like as a flow rate adjusting valve, and it is possible to prevent damage to the electrolyte membrane in a sub-freezing environment as much as possible with a simple and economical configuration. .

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成説明図である。1 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 前記燃料電池システムにおける外気温度と燃料電池内部温度との関係図である。FIG. 4 is a relationship diagram between an outside air temperature and a fuel cell internal temperature in the fuel cell system. 冷却媒体の流量制御の説明図である。It is explanatory drawing of the flow control of a cooling medium. 前記冷却媒体を逆流させる際の説明図である。It is explanatory drawing at the time of making the said cooling medium flow backward.

図1に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池システム10は、燃料ガス及び酸化剤ガスが電気化学的に反応して電気エネルギを得る燃料電池12と、前記燃料電池12に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置14と、前記燃料電池12に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置16と、前記燃料電池12に冷却媒体を供給して該燃料電池12の温度調整を行う冷却媒体供給装置18と、前記燃料電池システム10全体の制御を行うコントローラ(制御部)20とを備える。   As shown in FIG. 1, a fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell 12 in which a fuel gas and an oxidant gas react electrochemically to obtain electric energy, and the fuel cell 12 is subjected to the oxidation. An oxidant gas supply device 14 for supplying the agent gas, a fuel gas supply device 16 for supplying the fuel gas to the fuel cell 12, and a cooling medium to the fuel cell 12 to adjust the temperature of the fuel cell 12. A cooling medium supply device 18 to be performed and a controller (control unit) 20 to control the entire fuel cell system 10 are provided.

燃料電池12は、通常、複数積層されることにより燃料電池スタックを構成する。各燃料電池12は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜22をカソード側電極24とアノード側電極26とで挟持した電解質膜・電極構造体(MEA)28を備え、前記電解質膜・電極構造体28が一対のセパレータ30a、30bで挟持される。   A plurality of fuel cells 12 are usually stacked to constitute a fuel cell stack. Each fuel cell 12 includes, for example, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) 28 in which a solid polymer electrolyte membrane 22 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water is sandwiched between a cathode side electrode 24 and an anode side electrode 26. The electrolyte membrane / electrode structure 28 is sandwiched between a pair of separators 30a and 30b.

カソード側電極24及びアノード側電極26は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布して形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜22の両面に形成される。   The cathode side electrode 24 and the anode side electrode 26 are uniformly coated on the surface of the gas diffusion layer with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying platinum alloy on the surface. An electrode catalyst layer (not shown). The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 22.

電解質膜・電極構造体28とセパレータ30aとの間には、カソード側電極24に酸化剤ガスを供給するカソードガス流路32が形成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体28とセパレータ30bとの間には、アノード側電極26に燃料ガスを供給するアノードガス流路34が形成される。互いに隣接する燃料電池12を構成するセパレータ30a、30b間には、冷却媒体を供給する冷却媒体流路36が形成される。   Between the electrolyte membrane / electrode structure 28 and the separator 30a, a cathode gas channel 32 for supplying an oxidant gas to the cathode electrode 24 is formed, and the electrolyte membrane / electrode structure 28 and the separator 30b In the meantime, an anode gas flow path 34 for supplying fuel gas to the anode electrode 26 is formed. Between the separators 30a and 30b constituting the fuel cells 12 adjacent to each other, a cooling medium flow path 36 for supplying a cooling medium is formed.

燃料電池12の積層方向一端部には、空気(酸素含有ガス)等の酸化剤ガスをカソードガス流路32に供給するための酸化剤ガス入口連通孔38aと、前記酸化剤ガスを前記カソードガス流路32から排出するための酸化剤ガス出口連通孔38bと、水素含有ガス等の燃料ガスをアノードガス流路34に供給するための燃料ガス入口連通孔40aと、前記燃料ガスを前記アノードガス流路34から排出するための燃料ガス出口連通孔40bとが形成される。   At one end of the fuel cell 12 in the stacking direction, an oxidizing gas inlet communication hole 38a for supplying an oxidizing gas such as air (oxygen-containing gas) to the cathode gas flow path 32 and the oxidizing gas are supplied to the cathode gas. An oxidant gas outlet communication hole 38b for discharging from the flow path 32, a fuel gas inlet communication hole 40a for supplying a fuel gas such as a hydrogen-containing gas to the anode gas flow path 34, and the fuel gas to the anode gas A fuel gas outlet communication hole 40b for discharging from the flow path 34 is formed.

燃料電池12の積層方向一端部には、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体を冷却媒体流路36に供給するための冷却媒体入口連通孔42aと、前記冷却媒体を前記冷却媒体流路36から排出するための冷却媒体出口連通孔42bとが形成される。   At one end of the fuel cell 12 in the stacking direction, a cooling medium inlet communication hole 42a for supplying a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil to the cooling medium flow path 36, and the cooling medium through the cooling medium flow path. A cooling medium outlet communication hole 42b for discharging from 36 is formed.

酸化剤ガス供給装置14は、大気からの空気を圧縮して供給するコンプレッサ44を備え、前記コンプレッサ44が空気供給流路46に配設される。空気供給流路46は、燃料電池12の酸化剤ガス入口連通孔38aに連通する。酸化剤ガス供給装置14は、酸化剤ガス出口連通孔38bに連通する空気排出流路48を備える。この空気排出流路48には、コンプレッサ44から空気供給流路46を通って燃料電池12に供給される空気の圧力を調整するための開度調整可能なバルブ(背圧制御弁)49が設けられる。   The oxidant gas supply device 14 includes a compressor 44 that compresses and supplies air from the atmosphere, and the compressor 44 is disposed in the air supply flow path 46. The air supply channel 46 communicates with the oxidant gas inlet communication hole 38 a of the fuel cell 12. The oxidant gas supply device 14 includes an air discharge channel 48 that communicates with the oxidant gas outlet communication hole 38b. The air discharge passage 48 is provided with a valve (back pressure control valve) 49 whose opening degree is adjustable for adjusting the pressure of air supplied from the compressor 44 to the fuel cell 12 through the air supply passage 46. It is done.

燃料ガス供給装置16は、高圧水素(水素含有ガス)を貯留する水素タンク50を備え、この水素タンク50は、水素供給流路52を介して燃料電池12の燃料ガス入口連通孔40aに連通する。水素供給流路52には、エゼクタ54が設けられる。   The fuel gas supply device 16 includes a hydrogen tank 50 that stores high-pressure hydrogen (hydrogen-containing gas). The hydrogen tank 50 communicates with the fuel gas inlet communication hole 40 a of the fuel cell 12 through the hydrogen supply flow path 52. . An ejector 54 is provided in the hydrogen supply channel 52.

燃料ガス供給装置16は、燃料ガス出口連通孔40bに連通するオフガス流路56を備える。オフガス流路56には、水素循環路58が連通する。エゼクタ54は、水素タンク50から供給される水素ガスを、水素供給流路52を通って燃料電池12に供給するとともに、前記燃料電池12で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを、水素循環路58から吸引して、再度、前記燃料電池12に燃料ガスとして供給する。   The fuel gas supply device 16 includes an off-gas flow path 56 that communicates with the fuel gas outlet communication hole 40b. A hydrogen circulation path 58 communicates with the off gas channel 56. The ejector 54 supplies the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 50 to the fuel cell 12 through the hydrogen supply passage 52, and exhaust gas containing unused hydrogen gas that has not been used in the fuel cell 12. The gas is sucked from the hydrogen circulation path 58 and supplied again as fuel gas to the fuel cell 12.

冷却媒体供給装置18は、ラジエータ60を備え、燃料電池12と前記ラジエータ60との間には、冷却媒体を循環させるための循環流路62が設けられる。循環流路62上には、モータ63の正逆回転作用下に冷却媒体を正逆両方向(矢印A方向及び矢印B方向)に送出自在なポンプ64が設けられる。なお、ラジエータ60に近接して、電動ファン65を配設してもよい。   The cooling medium supply device 18 includes a radiator 60, and a circulation channel 62 for circulating the cooling medium is provided between the fuel cell 12 and the radiator 60. A pump 64 is provided on the circulation channel 62 so that the cooling medium can be sent out in both forward and reverse directions (arrow A direction and arrow B direction) under the forward and reverse rotation action of the motor 63. Note that an electric fan 65 may be disposed in the vicinity of the radiator 60.

循環流路62には、ラジエータ60をバイパスする第1分岐流路66の両端が接続される。循環流路62と第1分岐流路66との合流部位には、燃料電池12の環境温度に応じて、前記循環流路62の流量と前記第1分岐流路66の流量とを調整するサーモ弁(流量調整弁)70が配置される。   Both ends of a first branch channel 66 that bypasses the radiator 60 are connected to the circulation channel 62. A thermostat that adjusts the flow rate of the circulation flow channel 62 and the flow rate of the first branch flow channel 66 in accordance with the environmental temperature of the fuel cell 12 is provided at the junction of the circulation flow channel 62 and the first branch flow channel 66. A valve (flow regulating valve) 70 is disposed.

循環流路62には、サーモ弁70をバイパスする第2分岐流路72の両端が接続されるとともに、前記第2分岐流路72には、第1逆止弁74aが配置される。第1逆止弁74aは、ポンプ64が逆方向に駆動された際にのみ、冷却媒体の矢印B方向の流れを許容する。   Both ends of a second branch flow path 72 that bypasses the thermo valve 70 are connected to the circulation flow path 62, and a first check valve 74 a is disposed in the second branch flow path 72. The first check valve 74a allows the flow of the cooling medium in the arrow B direction only when the pump 64 is driven in the reverse direction.

第1分岐流路66には、ポンプ64が正方向に駆動された際にのみ、冷却媒体の流れを許容する第2逆止弁74bが配設される。コントローラ20は、温度センサ76a、76bの検出温度(特に、外部温度検出用の温度センサ76aの検出温度)に基づいて、燃料電池12の停止時に前記燃料電池12の内部で生成水が凍結するおそれがあると判定した際に、ポンプ64を逆方向に駆動させる。   The first branch flow path 66 is provided with a second check valve 74b that allows the flow of the cooling medium only when the pump 64 is driven in the forward direction. The controller 20 may freeze the generated water inside the fuel cell 12 when the fuel cell 12 is stopped based on the detected temperatures of the temperature sensors 76a and 76b (particularly, the detected temperature of the temperature sensor 76a for detecting the external temperature). When it is determined that there is, the pump 64 is driven in the reverse direction.

このように構成される燃料電池システム10の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell system 10 configured as described above will be described below.

酸化剤ガス供給装置14を構成するコンプレッサ44が駆動されると、空気供給流路46を通って燃料電池12の酸化剤ガス入口連通孔38aに空気が供給される。この空気は、各燃料電池12のカソードガス流路32に沿って移動した後、酸化剤ガス出口連通孔38bから空気排出流路48に排出される。   When the compressor 44 constituting the oxidant gas supply device 14 is driven, air is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 38 a of the fuel cell 12 through the air supply passage 46. The air moves along the cathode gas flow path 32 of each fuel cell 12 and is then discharged from the oxidant gas outlet communication hole 38 b to the air discharge flow path 48.

一方、燃料ガス供給装置16では、水素タンク50に貯留されている高圧の水素が、水素供給流路52に導出され、エゼクタ54を通って燃料電池12の燃料ガス入口連通孔40aに供給される。この水素ガスは、アノードガス流路34に沿って移動した後、燃料ガス出口連通孔40bからオフガス流路56に導出される。オフガス流路56では、水素循環路58を介して未使用の水素ガスを含む排ガスがエゼクタ54に吸引され、燃料電池12に燃料ガスとして供給される。   On the other hand, in the fuel gas supply device 16, high-pressure hydrogen stored in the hydrogen tank 50 is led out to the hydrogen supply passage 52 and supplied to the fuel gas inlet communication hole 40 a of the fuel cell 12 through the ejector 54. . The hydrogen gas moves along the anode gas flow path 34 and then is led out from the fuel gas outlet communication hole 40 b to the off gas flow path 56. In the off-gas flow path 56, exhaust gas containing unused hydrogen gas is sucked into the ejector 54 through the hydrogen circulation path 58 and supplied to the fuel cell 12 as fuel gas.

従って、電解質膜・電極構造体28では、カソード側電極24に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極26に供給される水素(燃料ガス)とが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。   Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure 28, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 24 and the hydrogen (fuel gas) supplied to the anode side electrode 26 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer. And power generation is performed.

また、冷却媒体供給装置18では、モータ63の回転作用下にポンプ64が正方向に冷却媒体を送出する。この冷却媒体は、燃料電池12の冷却媒体入口連通孔42aから冷却媒体流路36に供給される。冷却媒体流路36を通って燃料電池12を冷却した冷却媒体は、冷却媒体出口連通孔42bから循環流路62に排出される。   In the cooling medium supply device 18, the pump 64 sends the cooling medium in the forward direction under the rotating action of the motor 63. This cooling medium is supplied from the cooling medium inlet communication hole 42 a of the fuel cell 12 to the cooling medium flow path 36. The cooling medium that has cooled the fuel cell 12 through the cooling medium flow path 36 is discharged from the cooling medium outlet communication hole 42 b to the circulation flow path 62.

循環流路62では、冷却媒体の温度が比較的高温である際には、サーモ弁70の作用下に、第1分岐流路66に比べて多量の冷却媒体をラジエータ60に供給する。このため、冷却された冷却媒体は、燃料電池12に供給されて、前記燃料電池12の温度を低下させる。   In the circulation flow path 62, when the temperature of the cooling medium is relatively high, a larger amount of cooling medium is supplied to the radiator 60 than the first branch flow path 66 under the action of the thermo valve 70. For this reason, the cooled cooling medium is supplied to the fuel cell 12 to lower the temperature of the fuel cell 12.

また、冷却媒体の温度が比較的低温である際には、サーモ弁70の作用下に、第1分岐流路66を流通する冷却媒体流量が、ラジエータ60を流通する冷却媒体流量よりも多く設定される。従って、冷却媒体の温度が上昇され、燃料電池12の温度が所望の温度範囲内に調整される。   Further, when the temperature of the cooling medium is relatively low, the flow rate of the cooling medium flowing through the first branch channel 66 is set to be larger than the flow rate of the cooling medium flowing through the radiator 60 under the action of the thermo valve 70. Is done. Therefore, the temperature of the cooling medium is increased, and the temperature of the fuel cell 12 is adjusted within a desired temperature range.

次いで、コントローラ20では、温度センサ76aを介して燃料電池システム10の運転環境温度を検出するとともに、温度センサ76bを介して燃料電池12の内部温度を検出している。そして、コントローラ20は、温度センサ76aから得られる検出温度に基づいて、燃料電池システム10の運転が停止された際に、燃料電池12の内部の生成水が凍結するか否かを判断するとともに、急速冷却制御を行うか否かの判断を行う。   Next, the controller 20 detects the operating environment temperature of the fuel cell system 10 via the temperature sensor 76a, and detects the internal temperature of the fuel cell 12 via the temperature sensor 76b. Then, the controller 20 determines whether or not generated water inside the fuel cell 12 is frozen when the operation of the fuel cell system 10 is stopped based on the detected temperature obtained from the temperature sensor 76a. It is determined whether or not to perform rapid cooling control.

具体的には、燃料電池システム10の運転が停止されると、冷却媒体供給装置18では、ポンプ64が正方向に駆動されて燃料電池12に冷却媒体が循環供給される。そこで、コントローラ20が、温度センサ76aからの検出温度により外気温度が所定温度以下、例えば、マイナス10℃以下であると判断すると、急速冷却制御に移行する。   Specifically, when the operation of the fuel cell system 10 is stopped, the cooling medium supply device 18 drives the pump 64 in the forward direction to circulate and supply the cooling medium to the fuel cell 12. Therefore, when the controller 20 determines that the outside air temperature is a predetermined temperature or lower, for example, minus 10 ° C. or lower, based on the temperature detected from the temperature sensor 76a, the controller 20 shifts to the rapid cooling control.

急速冷却制御では、図4に示すように、モータ63が逆回転され、ポンプ64を介して循環流路62を冷却媒体が逆流れ方向(図4中、矢印参照)に送出される。このため、冷却媒体は、サーモ弁70をバイパスする第2分岐流路72に導入され、第1逆止弁74aを通ってラジエータ60に供給される。上記の通り、第2逆止弁74bの作用によって、第1分岐流路66には冷却媒体の流れが発生しない。ラジエータ60により外気と熱交換して冷却された冷却媒体は、循環流路62を逆方向に移動し、燃料電池12の冷却媒体出口連通孔42bから冷却媒体流路36に供給される。   In the rapid cooling control, as shown in FIG. 4, the motor 63 is rotated in the reverse direction, and the cooling medium is sent through the circulation channel 62 in the reverse flow direction (see the arrow in FIG. 4) via the pump 64. For this reason, the cooling medium is introduced into the second branch flow path 72 that bypasses the thermo valve 70, and is supplied to the radiator 60 through the first check valve 74 a. As described above, the flow of the cooling medium does not occur in the first branch flow path 66 by the action of the second check valve 74b. The cooling medium cooled by exchanging heat with outside air by the radiator 60 moves in the reverse direction in the circulation flow path 62 and is supplied to the cooling medium flow path 36 from the cooling medium outlet communication hole 42 b of the fuel cell 12.

この場合、上記の急速冷却制御時には、冷却媒体は、サーモ弁70をバイパスするため、このサーモ弁70による流量調整機能が遮断される。従って、所望量の冷却媒体をラジエータ60に供給することができ、前記冷却媒体を迅速に冷却することが可能になる。従って、図2及び図3に示すように、外気温が所定温度(例えば、0℃)以下になった際に、時間T1から時間T2まで、ポンプ64を逆回転させる。これにより、冷却媒体は、ラジエータ60及び必要に応じて電動ファン65の作用下に急速冷却されるため、前記冷却媒体を燃料電池12に循環させることにより、前記燃料電池12は、例えば、0℃からマイナス10℃以下の温度に急速に冷却される。   In this case, at the time of the above rapid cooling control, the cooling medium bypasses the thermo valve 70, so that the flow rate adjusting function by the thermo valve 70 is interrupted. Therefore, a desired amount of the cooling medium can be supplied to the radiator 60, and the cooling medium can be quickly cooled. Therefore, as shown in FIGS. 2 and 3, when the outside air temperature becomes a predetermined temperature (for example, 0 ° C.) or less, the pump 64 is rotated reversely from time T1 to time T2. As a result, the cooling medium is rapidly cooled under the action of the radiator 60 and, if necessary, the electric fan 65. Therefore, by circulating the cooling medium to the fuel cell 12, the fuel cell 12 is, for example, 0 ° C. Is rapidly cooled to a temperature of minus 10 ° C. or lower.

このため、燃料電池12で、0℃近傍から緩やかに冷却される場合にみられる、燃料電池12内の生成水が凍結しつつ氷結晶の成長が進行するという現象が起こらず、固体高分子電解質膜22の破損を可及的に阻止することができる。   For this reason, the phenomenon in which the ice crystals grow while the generated water in the fuel cell 12 freezes, which is observed when the fuel cell 12 is gradually cooled from around 0 ° C., does not occur, and the solid polymer electrolyte Damage to the membrane 22 can be prevented as much as possible.

これにより、本実施形態では、燃料電池システム10の停止時に、燃料電池12の内部で生成水が凍結するおそれがあると判断されると、ポンプ64が逆方向に駆動されて、冷却媒体が循環流路62を逆方向に流れる。その際、冷却媒体は、流量調整弁であるサーモ弁70をバイパスして第2分岐流路72を流れ、ラジエータ60で外気と熱交換して急速に冷却されるため、燃料電池12を一挙に冷却することが可能になる。   Thus, in this embodiment, when it is determined that the generated water may freeze inside the fuel cell 12 when the fuel cell system 10 is stopped, the pump 64 is driven in the reverse direction so that the cooling medium circulates. It flows through the flow path 62 in the reverse direction. At this time, the cooling medium bypasses the thermo valve 70 which is a flow rate adjusting valve, flows through the second branch flow path 72, and is rapidly cooled by exchanging heat with the outside air by the radiator 60. It becomes possible to cool.

しかも、サーモ弁70は、冷却媒体が逆流される際には使用されていない。従って、燃料電池12内部での生成水凍結のおそれがある場合の通常とは異なる弁動作を実現させるため、流量調整弁として比較的高価な3方電磁弁等を用いる必要がない。従って、簡単且つ経済的な構成で、氷点下環境における固体高分子電解質膜22の損傷を可及的に阻止することができるという効果が得られる。その上、通常時にはサーモ弁70を用いることにより、通常運転時の消費電力が有効に削減されるという利点がある。   Moreover, the thermo valve 70 is not used when the cooling medium is backflowed. Therefore, in order to realize a valve operation different from normal when there is a risk of freezing of the generated water inside the fuel cell 12, it is not necessary to use a relatively expensive three-way solenoid valve or the like as the flow rate adjustment valve. Therefore, it is possible to obtain an effect of preventing damage to the solid polymer electrolyte membrane 22 in a sub-freezing environment as much as possible with a simple and economical configuration. In addition, there is an advantage that the power consumption during normal operation is effectively reduced by using the thermo valve 70 during normal operation.

10…燃料電池システム 12…燃料電池
14…酸化剤ガス供給装置 16…燃料ガス供給装置
18…冷却媒体供給装置 20…コントローラ
22…固体高分子電解質膜 24…アノード側電極
26…カソード側電極 28…電解質膜・電極構造体
30a、30b…セパレータ 32…カソードガス流路
34…アノードガス流路 36…冷却媒体流路
44…コンプレッサ 50…水素タンク
54…エゼクタ 60…ラジエータ
62…循環流路 63…モータ
64…ポンプ 66…分岐流路
70…サーモ弁 72…分岐流路
74a、74b…逆止弁 76a、76b…温度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 12 ... Fuel cell 14 ... Oxidant gas supply device 16 ... Fuel gas supply device 18 ... Cooling medium supply device 20 ... Controller 22 ... Solid polymer electrolyte membrane 24 ... Anode side electrode 26 ... Cathode side electrode 28 ... Electrolyte membrane / electrode structure 30a, 30b ... Separator 32 ... Cathode gas flow path 34 ... Anode gas flow path 36 ... Cooling medium flow path 44 ... Compressor 50 ... Hydrogen tank 54 ... Ejector 60 ... Radiator 62 ... Circulation flow path 63 ... Motor 64 ... Pump 66 ... Branch channel 70 ... Thermo valve 72 ... Branch channel 74a, 74b ... Check valve 76a, 76b ... Temperature sensor

Claims (3)

燃料ガス及び酸化剤ガスが電気化学的に反応して電気エネルギを得る燃料電池と、
前記燃料電池に冷却媒体を供給して該燃料電池の温度調整を行う冷却媒体供給装置と、
を備える燃料電池システムであって、
前記冷却媒体供給装置は、ラジエータと、
前記燃料電池と前記ラジエータとの間で前記冷却媒体を循環させる循環流路と、
前記循環流路上に配置され、前記冷却媒体を正逆両方向に送出自在なポンプと、
前記循環流路に設けられ、前記ラジエータをバイパスする第1分岐流路と、
前記循環流路と前記第1分岐流路との合流部位に配置され、前記燃料電池の環境温度に応じて、前記循環流路の流量と前記第1分岐流路の流量とを調整する流量調整弁と、
前記循環流路に設けられ、前記流量調整弁をバイパスする第2分岐流路と、
前記第2分岐流路に設けられる逆止弁と、
温度センサの検出温度に基づいて、前記燃料電池の停止時に該燃料電池の内部で生成水が凍結するおそれがあると判定した際に、前記ポンプを逆方向に駆動させる制御部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell in which fuel gas and oxidant gas react electrochemically to obtain electrical energy; and
A cooling medium supply device for supplying a cooling medium to the fuel cell and adjusting the temperature of the fuel cell;
A fuel cell system comprising:
The cooling medium supply device includes a radiator,
A circulation channel for circulating the cooling medium between the fuel cell and the radiator;
A pump disposed on the circulation flow path and capable of feeding the cooling medium in both forward and reverse directions;
A first branch channel provided in the circulation channel and bypassing the radiator;
A flow rate adjustment that is disposed at a junction of the circulation channel and the first branch channel and adjusts the flow rate of the circulation channel and the flow rate of the first branch channel according to the environmental temperature of the fuel cell. A valve,
A second branch channel provided in the circulation channel and bypassing the flow regulating valve;
A check valve provided in the second branch flow path;
A controller that drives the pump in the reverse direction when it is determined that the generated water may freeze inside the fuel cell when the fuel cell is stopped based on the temperature detected by the temperature sensor;
A fuel cell system comprising:
請求項1記載の燃料電池システムにおいて、前記逆止弁は、前記ポンプが逆方向に駆動された際にのみ、前記冷却媒体の流れを許容することを特徴とする燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the check valve allows the flow of the cooling medium only when the pump is driven in the reverse direction. 請求項1又は2記載の燃料電池システムにおいて、前記第1分岐流路には、前記ポンプが正方向に駆動された際にのみ、前記冷却媒体の流れを許容する逆止弁が配設されることを特徴とする燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the first branch flow path is provided with a check valve that allows the flow of the cooling medium only when the pump is driven in the forward direction. A fuel cell system.
JP2009137304A 2009-06-08 2009-06-08 Fuel cell system Withdrawn JP2010282929A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009137304A JP2010282929A (en) 2009-06-08 2009-06-08 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009137304A JP2010282929A (en) 2009-06-08 2009-06-08 Fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010282929A true JP2010282929A (en) 2010-12-16

Family

ID=43539485

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009137304A Withdrawn JP2010282929A (en) 2009-06-08 2009-06-08 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010282929A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012155847A (en) * 2011-01-21 2012-08-16 Aisin Seiki Co Ltd Fuel cell system
JP2013251232A (en) * 2012-06-04 2013-12-12 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system and method for controlling fuel cell system
US9786935B2 (en) 2012-06-04 2017-10-10 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system and fuel cell system control method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012155847A (en) * 2011-01-21 2012-08-16 Aisin Seiki Co Ltd Fuel cell system
JP2013251232A (en) * 2012-06-04 2013-12-12 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system and method for controlling fuel cell system
US9786935B2 (en) 2012-06-04 2017-10-10 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system and fuel cell system control method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8206856B2 (en) Fuel cell system
JP5325929B2 (en) Method for improving the cold start capability of an electrochemical fuel cell
JP6651358B2 (en) Method and system for managing humidification of a fuel cell
JP2006513528A (en) Start-up operation under freezing of fuel cell-powered electric vehicles or other loads
US9653744B2 (en) Method of starting fuel cell system for vehicle and fuel cell system
CA2473213C (en) Method of starting up operation of fuel cell at low temperature
JP6325013B2 (en) Low temperature startup method for fuel cell system
JP6315715B2 (en) Method for stopping power generation in fuel cell system
JP2008059922A (en) Fuel cell system
JP2007305334A (en) Fuel cell system
JP2010282929A (en) Fuel cell system
JP2021190188A (en) Fuel cell system
JP2010027217A (en) Fuel cell system
JP5262125B2 (en) Fuel cell system and fuel cell operating method
JP2010153067A (en) Fuel cell system
JP2012003889A (en) Fuel cell system
JP2006093025A (en) Fuel cell system
JP7367611B2 (en) fuel cell system
JP2007012565A (en) Fuel cell system
JP7416011B2 (en) Fuel cell system and aircraft
US20250219116A1 (en) Fuel cell system
JP2012129081A (en) Operational method of fuel cell system
JP4814508B2 (en) Fuel cell system
JP2007242337A (en) Fuel cell system
JP2006073340A (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20120904