JP4403690B2

JP4403690B2 - Fuel cell system and fuel cell vehicle

Info

Publication number: JP4403690B2
Application number: JP2002324955A
Authority: JP
Inventors: 隆一井戸口
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2022-11-08
Also published as: JP2004158371A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池車に関する。特に高圧燃料容器内の燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池システム、および、そのような燃料電池システムを搭載した燃料電池車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、天然ガス自動車（ＮＧＶ）では、燃料ガス特性により、常温での使用環境でも減圧部による燃料ガス温度低下が無視できないため、常温環境下でも常にエンジン冷却水を減圧弁に循環させて、減圧弁の温度を維持している。
【０００３】
また、モータの熱を利用する例としては、燃料電池、モータを搭載した車輌において、発熱部としての燃料電池、動力モータを冷却するラジエータ、冷媒路、冷却ポンプからなる冷却装置と、熱素子を備えたものが知られている。これは、冷却装置で燃料電池およびモータの発熱部を冷却することにより反応・作動に適した温度状態に制御しつつ、熱電子素子に伝達される熱量を制御する。これにより、発熱部の温度制御と廃熱回収効率の向上を実現する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２３６６６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、燃料電池ユニットの燃料として高圧水素ガスを用いる場合には、極低温下の燃料供給時には、減圧弁における温度低下の影響が無視できなくなる場合がある。
【０００６】
例えば、構成上純水を持つ燃料電池ユニットを用いた場合には、始動開始から走行可能になるまでのある一定時間、例えば、凍っている純水を全て凍結するまでの時間には、純水を解凍するための暖機運転が行われる。この解凍プロセスは燃料である高圧水素ガスを用いて行われるが、供給する水素ガスの温度を維持する必要があり、また、部品品質の点から、特に温度低下が大きい減圧弁部を保温する必要がある。
【０００７】
ここで、解凍にヒータ等を用いることもできるが、この場合には消費電力の増加で解凍時間が伸びる恐れがあり、これにより車輌走行開始への時間が延びる可能性が生じる。
【０００８】
そこで、本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、極低温時の解凍時間にも、燃料減圧弁及び燃料ガス温度部の温度低下を防ぐことのできる燃料電池システムおよび燃料電池車を提供することを目的とする。
【０００９】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、燃料電池ユニットに減圧手段を介して減圧した燃料ガスを供給する高圧燃料容器と、モータ部とコンプレッサ部とを備え、モータ部によってコンプレッサ部を駆動して、前記燃料電池ユニットに酸化剤ガスを供給するコンプレッサと、前記燃料電池ユニットと高圧燃料容器を接続し、且つ、前記コンプレッサで受熱するように前記コンプレッサを経由する燃料ガス流路と、前記コンプレッサを冷却する冷媒の放熱を行う熱交換手段と、前記コンプレッサと前記熱交換手段との間で冷媒を循環させる主冷却回路と、前記減圧手段と前記コンプレッサとの間で熱の授受を行うように冷媒を循環させる副冷却回路と、前記コンプレッサで受熱した冷媒の前記主冷却回路と前記副冷却回路への循環を選択的に切り換える回路切換手段と、前記減圧手段の暖機の必要性を判断する暖気判断手段と、前記暖機の必要が判断されたときには前記副冷却回路に冷媒を循環させるように前記回路切換手段を切り換える制御手段と、を備える燃料電池システムであって、前記燃料ガス流路は、前記モータ部の外周を軸方向に複数回往復し、そのモータ部で発生した熱を受熱するモータ燃料ガス流路を含み、前記主冷却回路は、前記モータ部の外周を軸方向に複数回往復し、そのモータ部を冷却するモータ冷却流路を含み、前記モータ燃料ガス流路と前記モータ冷却回路とは、前記モータ部の周方向に交互に配置される。
【００１０】
または、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットに減圧手段を介して減圧した燃料ガスを供給する高圧燃料容器と、前記燃料電池ユニットで生じた電力を用いて車輌を駆動させる駆動モータを備える。また、前記燃料電池ユニットと前記高圧燃料容器を接続し、且つ、前記駆動モータで受熱するように前記駆動モータを経由する燃料ガス流路と、前記駆動モータを冷却する冷媒の放熱を行う熱交換手段を備える。また、前記駆動モータと前記熱交換手段との間で冷媒を循環させる主冷却回路と、前記減圧手段と前記駆動モータとの間で熱の授受を行うように冷媒を循環させる副冷却回路を備える。また、前記駆動モータで受熱した冷媒の主冷却回路と副冷却回路への循環を選択的に切り換える回路切換手段と、前記減圧手段の暖機の必要性を判断する暖機判断手段を備える。さらに、起動時に、前記暖機の必要が判断されたときには、前記駆動モータを負荷がゼロの状態で運転するとともに、前記副冷却回路に冷媒を循環させるように前記回路切換手段を切り換える制御手段と、を備える。
【００１１】
【作用及び効果】
燃料電池ユニットと高圧燃料容器を接続し、且つ、コンプレッサで受熱するようにコンプレッサを経由する燃料ガス流路を備える。これにより、コンプレッサを経由する際に燃料ガスは受熱することができ、燃料ガス温度を維持することができる。また、コンプレッサで受熱した冷媒の主冷却回路と副冷却回路への循環を選択的に切り換える回路切換手段と、減圧手段の暖機の必要性を判断する暖機判断手段と、暖機の必要が判断されたときには副冷却回路に冷媒を循環させるように回路切換手段を切り換える制御手段を備える。これにより、減圧手段の暖機が必要となった際には、コンプレッサの冷却により高温となった冷媒を減圧手段に循環させることができるので、減圧手段の温度を過度に低下させることなく部品品質を維持することができる。
【００１２】
または、燃料電池ユニットと高圧燃料容器を接続し、且つ、駆動モータで受熱するように駆動モータを経由する燃料ガス流路を備える。これにより、駆動モータを経由する際に燃料ガスは受熱することができ、燃料ガス温度を維持することができる。また、駆動モータで受熱した冷媒の主冷却回路と副冷却回路への循環を選択的に切り換える回路切換手段と、減圧手段の暖機の必要性を判断する暖機判断手段と、起動時に暖機の必要が判断されたときには、駆動モータを負荷がゼロの状態で運転するとともに、副冷却回路に冷媒を循環させるように回路切換手段を切り換える制御手段を備える。このように、起動時に走行を行わないため使われていない駆動モータで電流は流すが出力を取り出さない運転を行うことで、熱容量の大きな駆動モータからの発熱を促進させ、入力値がほぼそのまま発熱となる駆動モータからの発熱を積極的に利用することが可能となる。これにより、燃料ガスの温度を維持できると共に減圧手段の品質を維持することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に用いる燃料電池システムの概略構成を図１に示す。ここでは、燃料電池システムを燃料電池車に搭載した場合を説明する。なお、燃料電池ユニット１に燃料ガスと酸化剤ガスを供給することにより発電を行う。
【００１４】
スタックを含む燃料電池ユニット１を備える。燃料電池ユニット１には、燃料ガスとしての水素ガスと、酸化剤ガスとしての空気を供給し、スタックで電気化学反応を生じることにより発電を行う。燃料電池ユニット１に水素ガスを供給する燃料系６としては、高温圧縮した水素ガスの貯蔵部である高圧燃料容器２、高圧水素ガスを流通する高圧配管３、高圧水素ガスの減圧を行う減圧弁４、減圧した水素ガスを流通する低圧配管５を備える。高圧燃料容器２の水素ガス出口部には、容器元弁２ａを備え、高圧燃料容器２の開閉を行う。また、低圧配管５を、後述するコンプレッサ７の内部を経由して減圧弁４から燃料電池ユニット１に水素ガスが供給されるように構成する。ここで、水素ガスはコンプレッサ７を経由する際にコンプレッサ７から受熱し、暖められてから燃料電池ユニット１に供給される。
【００１５】
また、燃料電池ユニット１に空気を供給する酸化剤系に、コンプレッサ７を備える。ここではコンプレッサ７を電動コンプレッサとする。つまり、コンプレッサ７として、後述するようにモータ部３０の出力を用いてコンプレッサ部３１において空気を燃料電池ユニット１に圧送するものを用いる。この圧送された空気と、燃料系６から供給された水素ガスとを反応させることにより起電力を生じる。
【００１６】
ここで、コンプレッサ７では駆動に伴って、主にモータ部３０で熱が生じるので、これを適温に維持するために冷却媒体、ここでは冷却水を循環させる。冷却水をコンプレッサ７に循環させる冷却系２０として、高温となった冷却水の放熱を行うラジエータ８と、コンプレッサ７で受熱した冷却水をラジエータ８に循環させることにより冷却水温度を調整する主冷却流路９を備える。また、冷却系２０として、この主冷却流路９と並列に接続する副冷却流路１１をさらに備える。副冷却流路１１は、コンプレッサ７で昇温した冷却水を、前述した減圧弁４を暖め再びコンプレッサ７に循環するように構成する。さらに、冷却水を主冷却流路９に循環させるか副冷却流路１１に循環させるかを選択的に切り換える流路切換弁１０ａ、１０ｂ、外気温度Ｔａを検出する外気温度センサ２１、外気温度Ｔａに応じて冷却水の循環流路を制御する制御装置２２を備える。
【００１７】
ここでは、コンプレッサ７の上流側と下流側に流路切換弁１０ａ、１０ｂを備える。流路切換弁１０を、コンプレッサ７と主冷却流路９を連通させるか、コンプレッサ７と副冷却流路１１を連通させるかを選択的に切り換える手段とする。この流路切換弁１０を制御することにより、冷却水を主冷却流路９に流すか副冷却流路１１に流すかを制御する。流路切換弁１０は三方弁等により構成することができる。
【００１８】
通常運転時には、流路切換弁１０を主冷却流路９側に開き、ラジエータ８で温度調整された冷却水をコンプレッサ７の冷却に用いる。一方、極低温下の起動運転時には、流路切換弁１０を副冷却流路１１側に開き、コンプレッサ７において昇温した冷却水を用いて、減圧弁４で熱交換することにより、減圧弁４の温度が水素ガスの減圧に伴って過度に低下するのを抑制する。
【００１９】
次に、燃料系６に備えた減圧弁４の構成を図２を用いて説明する。ここでは、減圧弁４の内部に熱交換を行うための減圧弁冷却流路２２を備える。なお。減圧弁冷却流路は、副冷却流路１１の一部である。
【００２０】
減圧弁４として、ダイアフラムを用いた２段構成の減圧弁を用いる。高圧燃料入口Ｈinから減圧弁４に導入された高圧水素ガスは、第１減圧部４ａ、第２減圧部４ｂで調圧された後、低圧燃料出口Ｈoutから吐出される。このとき、水素ガスが減圧するので、水素ガス温度は低下して減圧弁４の温度も低下する。そこで、減圧弁４内に減圧弁冷却流路２２を構成することで、副冷却流路１１を循環する冷却水を流通させる。これにより、コンプレッサ７で高温となった冷却水を用いて減圧弁４の温度を維持することができる。減圧弁冷却流路２２を、減圧弁４内の水素ガスの経路近傍に、ここでは取り巻くように構成する。これにより、水素ガスの温度低下を抑制することができる。なお、ここではダイアフラムを備えた２段式の減圧弁４を用いたがこの限りではなく、冷却水の流通路を備えた既存の減圧手段であればよい。
【００２１】
次に、コンプレッサ７の構成を図３を用いて説明する。ここではインナーロータタイプのモータを用いるがこの限りではない。また、水素ガスをモータ部３０で熱交換させることで水素ガス温度を維持するが、コンプレッサ部３１で摩擦等により熱が生じる場合には、コンプレッサ部３１において熱交換を行ってもよい。同様に、冷却水をコンプレッサ部３１に循環させてもよい。図３（ａ）にはコンプレッサ７の縦断面を、図３（ｂ）には横断面を示す。
【００２２】
コンプレッサ７を、モータ部３０と、コンプレッサ部３１と、機械式冷却水ポンプ３２とから構成する。モータ部３０の出力は出力軸３０ａを介してコンプレッサ部３１に送られ、コンプレッサ部３１において空気の圧送を行う。
【００２３】
モータ部３０を、中心軸から外側に向かって軸２４、ロータ２５、ステータ２６を配置し、それらを略円筒形状のハウジング２７に収容することにより構成する。ステータ２６には図示しないステータコイル等を備え、これに導通させることによりロータ２５が回転運動を生じる。このときモータ部３０、特にステータコイルを備えたステータ２６の温度が上昇する。そこで、図３（ｂ）の横断面に示すように、ステータ２６の外周に沿ってモータ冷却流路２８を構成する。ここでは、モータ冷却流路２８をモータ部３０の軸方向に沿って構成する。また、周方向に均等にモータ冷却流路２８がハウジング２７の側壁内に埋め込まれるように構成する。このように構成することで、モータ冷却流路２８を流れる冷却水によりモータ部３０、特にステータ２６の温度上昇を抑制することができる。
【００２４】
また、ステータ２６の外周に沿って低圧配管５の一部であるモータ燃料ガス流路２９を構成する。ここでは、モータ燃料ガス流路２９をモータ部３０の軸方向に沿って構成する。また、周方向に均等にモータ燃料ガス流路２９がハウジング２７の側壁内に埋め込まれるように構成する。このように、燃料ガス流路２９を流れる水素ガスをモータ部３０の発熱部近傍に流通させることで、水素ガス温度の低下を抑制して水素ガス温度を維持する。さらに、モータ冷却流路２８とモータ燃料ガス流路２９とを周方向に交互に構成する。これにより、モータ部３０の周方向の熱除去効率を均一化して熱による局所的な劣化を抑制する。
【００２５】
ここでは、図３（ａ）に示すように、冷却流路２８を冷却水入口ＭＷinから供給された冷却水が、軸方向に複数往復することによりステータ２６の外周に沿って流通し、冷却水出口MWoutから排出されるように構成する。また、燃料ガス流路２９も同様に、水素ガス入口MHinから供給された水素ガスが、軸方向に複数往復することによりステータ２６の外周に沿って流通し、水素ガス出口MHoutから排出されるように構成する。
【００２６】
また、図４に示すように、コンプレッサ７には機械式冷却水ポンプ部３２を備える。これは、出力軸３０ａのコンプレッサ部３１と反対側に接続し、モータ部３０の回転に伴って駆動する。この機械式冷却ポンプ３２によりモータ部３０から排出された冷却水を圧送して冷却系２０を循環させる。
【００２７】
次に、このような装置において行う運転パターンを説明する。
【００２８】
図５に、低温起動時における車輌の運転パターンを示す。燃料電池ユニット１には純水を含む系が存在しているため、極低温下の起動時には、まずこの純水系の解凍作動を行う。ここで、凍った純水が完全に溶け切るまでを解凍時間とする。例えば燃料電池ユニット１の純水系と熱交換可能な冷却水系を備え、この冷却水系を流れる冷却水温度がゼロを超えるまでを解凍時間とする。燃料電池ユニット１は解凍時間中にも溶けた純水を用いて発電を行うため、空気の圧送を行うコンプレッサ７を部分出力運転から全開運転領域のいずれかで運転する。そのため、解凍時間中でも、コンプレッサ７の冷却が必要となり、モータ冷却流路２８に冷却水を循環させる必要がある。同様に、解凍時間には、高圧燃料容器２からの水素ガスも燃料電池ユニット１に供給される。このとき、減圧弁４の温度は水素ガスの減圧に伴ってさらに低下するので、前述したように冷却系２０を副冷却流路１１側に設定して、温度上昇した冷却水を用いて減圧弁４を暖機する。
【００２９】
スタックにおける発電等による解凍が進行し、純水が溶け切った時点で、燃料電池ユニット１で生じた電力を図示しない駆動モータに供給する。そのため、駆動モータの運転は解凍時間終了後となるので、解凍時間中には駆動モータによる発熱は生じない。
【００３０】
このように、解凍時間中にはスタックで生じる熱は解凍に使用され、駆動モータは停止している。そこで、本実施形態では、解凍中にコンプレッサ７で生じる熱を用いて水素ガス温度を維持する。
【００３１】
次に、減圧弁４を暖機するかどうか、言い換えれば、水素ガスの減圧弁４における温度低下を抑制するかどうかを判断する方法について説明する。ここでは外気温度センサ２１で検出した外気温度（雰囲気温度）Ｔａに応じて判断する。
【００３２】
常温における車輌全開出力（最大水素消費量）における水素ガスの温度の低下を図６に示す。図６は、常温時において、走行を開始してから搭載燃料量により決定される走行制限時まで、最大水素消費を継続した場合の燃料電池ユニット１に供給される水素ガスの温度変化を示している。ここでは、減圧弁４の温度低下により水素ガス温度が過度に低下したり、凍結による部品の寿命が短縮されることはないと考えられる。これに対して、極低温からの起動時には、全開出力時より温度の低下速度は小さいが、解凍中でも水素ガス温度および部品寿命考慮のための保温が必要となる。
【００３３】
そこで、走行制限時に燃料電池ユニット１に供給される水素ガス温度をＴinfとして予め求めておく。減圧弁４の暖機を行うかどうかの判断に用いる所定温度Ｔ₀として、Ｔ₀＝Ｔinf−１０（℃）を採用する。ここで所定温度Ｔ₀は、所定温度Ｔ₀より大きい温度が、起動時に温度低下により減圧弁４の品質が劣化する可能性がない温度、または水素ガス温度を適切に保持することができる温度であればよく、実験等により求めても良い。
【００３４】
例えば、Ｔinf＝−５℃の場合、Ｔ₀＝−１５℃となる。この条件を例として、以下説明する。
【００３５】
解凍プロセス開始時の外気温度ＴａがＴ₀（＝−１５℃）より大きい場合には、水素ガス温度の低下による影響がないと判断できる。そのため、図８に示すように、冷却水を主冷却流路９に流通させるように流路切換弁１０を設定する。これにより、冷却水は減圧弁４を流れずに、主冷却流路９に備えたラジエータ８とコンプレッサ７間を循環する。このときには、水素ガスがモータ燃料ガス流路２９を流れる際にコンプレッサ７から熱を受け取るので、減圧弁４の温度が低下しても水素ガスの温度を維持することができる。
【００３６】
一方、解凍開始時の外気温度ＴａがＴ₀以下の場合には、水素ガス温度低下による影響がある温度領域となる。そこで、図９に示すように減圧弁４に冷却水を流通させる。つまり、流路切換弁１０を副冷却流路１１側に開く。これにより、冷却水は、コンプレッサ７と減圧弁４との間を循環する。このとき、冷却水はラジエータ８を通らないので、副冷却流路１１における冷却水温度が上昇する。その結果、減圧弁４を暖めて寿命を維持し、また水素ガスの温度低下を抑制する。さらに、水素ガスはコンプレッサ７内を流通する際に受熱するので、水素ガス温度が上昇する。つまり、図９に示すように、冷却水の放熱を停止して減圧弁４で熱交換を行うことにより、減圧弁４および水素ガス温度を維持し、さらにコンプレッサ７に水素ガスを流通させることにより水素ガス温度を上昇させる。
【００３７】
次に、このような燃料供給を行うための制御方法を図１０のフローチャートを用いて説明する。本フローは、燃料電池ユニット１の起動の信号を検知したら開始する。
【００３８】
ステップＳ１０１において、外気温度センサ２１を用いて外気温度Ｔａを検出する。次にステップＳ１０２において、減圧弁４の暖機を行うかどうかを判断する。ここでは外気温度Ｔａと所定温度Ｔ₀とを比較する。Ｔａ＞Ｔ₀の場合には、減圧弁４が過度に低下することはないと判断してステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では流路切換弁１０を主冷却流路９側に開く。これにより、水素ガスはコンプレッサ７のみで暖められる。
【００３９】
一方、ステップS１０２において、Ｔａ≦Ｔ₀の場合には、減圧弁４が過度に低下する可能性があると判断してステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、流路切換弁１０を副冷却流路１１側に開く。これにより、減圧弁４が冷却水により暖機されると共に、水素ガスが減圧弁４およびコンプレッサ７において暖められる。
【００４０】
ここで、本実施形態と従来技術との比較を行う。従来技術として図７に示すようなシステムを用いる。つまり、冷却流路として主冷却流路９を備え、また、減圧弁４を介して供給される水素ガスは、コンプレッサ７を通らずに燃料電池ユニット１に供給される。このように構成した場合には、極低温からの起動時には、減圧弁４の温度低下に伴って水素ガス温度が低下する。その結果、燃料電池ユニット１の起動時間の延長や、装置の寿命短縮の原因となった。これに対して、本実施形態では、図８（ｂ）に示すように、通常運転時にはコンプレッサ７で水素ガスが受熱するので、減圧弁４の温度が低下しても水素ガスの温度が維持される。また、図９（ｂ）に示すように、極低温起動時には、通常時と同様にコンプレッサ７で水素ガスの受熱を行うと共に、高温となった冷却水が減圧弁４を経由することで、減圧弁４の温度低下を抑える。
【００４１】
次に、本実施形態の効果を説明する。
【００４２】
燃料電池ユニット１に空気を供給するコンプレッサ７と、燃料電池ユニット１に減圧弁４を介して減圧した水素ガスを供給する高圧燃料容器２を備える。また、燃料電池ユニット１と高圧燃料容器２を接続し、且つ、コンプレッサ７で受熱するようにコンプレッサ７を経由する燃料ガス流路(高圧配管３、低圧配管５)と、コンプレッサ７を冷却する冷却水の放熱を行うラジエータ８を備える。また、コンプレッサ７とラジエータ８との間で冷却水を循環させる主冷却流路９と、減圧弁４とコンプレッサ７との間で熱の授受を行うように冷却水を循環させる副冷却流路１１と、コンプレッサ７で受熱した冷却水の主冷却流路９と副冷却流路１１への循環を選択的に切り換える流路切換手段１０を備える。さらに、減圧弁４の暖機の必要性を判断する暖気判断手段（Ｓ１０２）と、暖機の必要が判断されたときには副冷却流路１１に冷却水を循環させるように流路切換手段１０を切り換える制御手段（Ｓ１０４）と、を備える。
【００４３】
これにより、水素ガスがコンプレッサ７において受熱するので、水素ガスを保温・暖気して温度維持することができる。また、コンプレッサ７の冷却により高温となった冷却水を用いて減圧弁４を暖機するので、減圧弁４の温度を過度に低下させることなく部品寿命を維持することができる。また、減圧弁４の温度低下を抑制することで、流通する水素ガスの温度低下を抑制することができる。
【００４４】
特に起動時に、コンプレッサ７で生じた熱を水素ガスの保温および暖気に用いることで、燃料電池や駆動モータ等からの熱を期待できない起動時にも水素ガス温度を維持して起動時間の短縮することができる。また、減圧弁４の温度低下を抑制して部品寿命を維持することができる。また、減圧弁４に高温の冷却水を流通させているが、減圧弁４が低温に対して耐久性がある場合には、この限りではなく、高温冷却水と低温水素ガスとの間で熱交換を行うように構成すればよい。
【００４５】
ここでは、コンプレッサ７を経由する際に、水素ガスがモータ燃料ガス流路２９の近傍を流通するように燃料ガス流路を構成する。これにより、高温の冷却水と低温の水素ガスとの間で熱交換を行うことができる。
【００４６】
また、雰囲気温度（外気温度Ｔａ）を検出する外気温度センサ２１を備え、外気温度センサ２１により検出した外気温度Ｔａが所定温度Ｔ₀以下となった場合に、暖機判断手段において暖機が必要だと判断する。これにより、水素ガス温度の維持および減圧弁４の温度維持を行うことができる。特に起動時に、外気温度Ｔａを所定温度とすることで、燃料電池ユニット１の解凍プロセス中に減圧弁４が過度に低下する可能性があるかどうかを判断することができる。
【００４７】
なお、通常運転では減圧弁４温度の過度の低下は生じないとして、燃料電池ユニット１において解凍プロセスが必要な起動時のみについて説明しているが、通常運転時にも減圧弁４温度の過度の低下が生じる場合には、スタック等で生じる熱を用いて暖機することができる。または、減圧弁４または燃料電池ユニット１に供給される水素ガスの温度を検出する温度センサを備え、発電効率が低下する水素ガスの温度範囲や、減圧弁４の品質に影響を受ける温度範囲を予め実験等により設定しておく。前記温度センサが温度範囲を検出した際に、冷却系２０を副冷却流路１１に切り換えることで、通常運転時に発電効率の低下が生じたり、減圧弁４が劣化したりするのを抑制することができる。
【００４８】
次に、第２の実施形態に用いる燃料電池システムを図１１を用いて説明する。また、燃料電池ユニット１に供給される水素ガス温度および減圧弁４の温度変化を図１２に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分のみを説明する。
【００４９】
ここでは、コンプレッサ７と減圧弁４との間の距離を極力短くする。これにより、副冷却流路１１の熱容量が小さくなるので、減圧弁４の温度上昇の時間を短縮することが可能となる。また、低圧配管５のうち水素ガスが比較的低温となる部分、つまり減圧弁４とコンプレッサ７とを連通する部分の距離が小さくなるので、水素ガスの温度を短時間で上昇させることができる。つまり、図１２に示すように、副冷却流路１１の熱容量が小さくなったので、冷却水で保温または暖機する減圧弁４の温度を短時間で上昇することができる。また、水素ガス温度は、低圧流路５の低温部分が低減するので温度上昇が早くなる。
【００５０】
本実施形態は、第１の実施形態に加えて次のような効果を得ることができる。
【００５１】
コンプレッサ７と減圧弁４とを近傍に配置することにより、副冷却流路１１の経路容積を小さくする。これにより、極低温時に副冷却流路１１内の熱交換を容易にする。また、減圧してから暖められるまでの水素ガスの経路を短くすることで、コンプレッサ７内部の冷却水と水素ガスの熱交換を容易にする。さらに、減圧弁４とコンプレッサ７間の距離を短くすることで、コンプレッサ７からの発熱に対して短時間で冷却水の温度を上げることができる。さらに、水素ガス温度に関しても温度低下を低減することができる。
【００５２】
次に、第３の実施形態について説明する。本実施形態の燃料電池システムの構成を図１３に示す。
【００５３】
水素ガス温度は長時間放置することにより外気温とほぼ同じになる。しかしながら、充填直後の高圧燃料容器２が暖まっている場合などには、図１４に示すように水素ガス温度の初期値は必ずしも外気温度により決定しない。そこで、高圧燃料容器２内部に高圧燃料温度センサ３５を備え、高圧燃料容器２内の高圧水素ガスの温度Ｔｔに応じて冷却系２０を切り換える。ここでは、冷却系２０内の主冷却流路９と副冷却流路１１との連通を切り換える流路切換弁１０への動作指令を、高圧燃料温度センサ３５の出力に応じて行う。
【００５４】
これにより、解凍開始時の外気温度Ｔａによらず、使用している水素ガス温度Ｔｔによって冷却水の循環路を設定できるため、温度環境が急変した場合にもリアルタイムで適切な修正を行うことが可能となる。
【００５５】
本実施形態のフローチャートを図１５に示す。本フローを、燃料電池ユニット１の解凍プロセスの間、繰り返し行う。
【００５６】
ステップＳ１４１において、高圧燃料温度センサ３５の出力から高圧燃料容器２内の水素ガス温度Ｔｔを検出する。ステップＳ１４２において、冷却水を用いた暖機が必要かどうかを判断する。ここでは水素ガス温度Ｔｔが所定温度Ｔ₀以下かどうかを判断する。Ｔ₀より高い場合には常温と判断して、ステップＳ１４３において流路切換弁１０を主冷却流路９側に開とする。これにより、コンプレッサ７において水素ガスを温度保持・暖気する。
【００５７】
一方、水素ガス温度Ｔｔが所定温度Ｔ₀以下であると判断されたら極低温状態と判断して、ステップＳ１４４に進み、流路切換弁１０を副冷却流路１１側に開とする。これにより、コンプレッサ７において水素ガスを暖めるとともに、減圧弁４を高温の冷却水を用いて暖機する。
【００５８】
ステップＳ１４５において、再び水素ガス温度Ｔｔを取得したらステップＳ１４２に戻り、高圧燃料容器２から供給される水素ガスが常温であるか極低温であるかを判断して冷却系２０の循環路を決定する。
【００５９】
次に、本実施形態の効果を説明する。ここでは、第１の実施形態の効果と異なる効果のみを説明する。
【００６０】
高圧燃料容器２内部の温度を検出する高圧燃料温度センサ３５を備え、高圧燃料温度センサ３５により検出した温度が所定温度Ｔ₀以下となった場合に、暖機判断手段（Ｓ１４２）において暖機が必要だと判断する。これにより、極低温起動時において高圧燃料温度Ｔｔが低い場合にのみ副冷却流路１１が連通し、充填直後の起動シーンなどで起こる、外気温度Ｔａが低くても高圧燃料温度Ｔｔが高い場合に暖機を行わないことができ、不要な暖機による燃費悪化を抑制することが可能となる。
【００６１】
次に、第４の実施形態について説明する。ここで用いる燃料電池車の概略を図１６に示す。
【００６２】
ここでは、コンプレッサ７の替わりに駆動モータ４０に備えた冷却系２０を用いて減圧弁４の暖機を行う。また、低圧配管５の一部を駆動モータ４０の内部に構成する。なお、冷却系２０および燃料系６の構成はコンプレッサ７の替わりに駆動モータ４０を用いるほか、第１の実施形態と同様とする。
【００６３】
駆動モータ４０には、燃料電池ユニット１で生じた電力を用いて駆動される。駆動モータ４０の出力はファイナルギア４１を介してタイヤ４２に伝達されて車輌が走行する。
【００６４】
図５の極低温時における車輌の運転パターンで示したように、極低温からの起動時において、燃料電池車は走行を行わない。図５においては、駆動モータ４０は解凍プロセス中には運転しないが、本実施形態では、電流は流すが出力を取り出さない指令を行う。これにより、駆動モータ４０で発熱が促進される。そこで、第１〜３の実施形態のコンプレッサ７における水素ガスの受熱の換わりに、本実施形態では駆動モータ４０における水素ガスの受熱を行う。つまり、駆動モータ４０に流れる冷却水を減圧弁４に選択的に循環させることが可能であるとともに、水素ガスを駆動モータ４０の発熱部付近に流通させる。
【００６５】
例えば、１５ｋＷの出力コンプレッサ７の効率が９０％としても、熱としては１．５ｋＷ程度しか利用できないが、８０ｋＷ級の駆動モータ４０を数ｋＷ程度出力を取り出さずに電流を流すと、これ以上の熱の熱源として利用することができる。
【００６６】
次に、本実施形態の効果を説明する。ここでは、第１の実施形態に加えて次のような効果を得ることができる。
【００６７】
燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池ユニット１と、燃料電池ユニット１に減圧弁４を介して減圧した水素ガスを供給する高圧燃料容器２と、燃料電池ユニット１で生じた電力を用いて車輌を駆動させる駆動モータ４０を備える。また、燃料電池ユニット１と高圧燃料容器２を接続し、且つ、駆動モータ４０で受熱するように駆動モータ４０を経由する燃料ガス流路（高圧配管３、低圧配管５）と、駆動モータ４０を冷却する冷媒の放熱を行うラジエータ８を備える。また、駆動モータ４０とラジエータ８との間で冷却水を循環させる主冷却流路９と、減圧弁４と駆動モータ４０との間で熱の授受を行うように冷却水を循環させる副冷却流路１１と、駆動モータ４０で受熱した冷却水の主冷却流路９と副冷却流路１１への循環を選択的に切り換える流路切換弁１０を備える。さらに、減圧弁４の暖機の必要性を判断する暖機判断手段（Ｓ１４２）と、起動時に、暖機の必要が判断されたときには、駆動モータ４０を負荷がゼロの状態で運転するとともに、副冷却流路１１に冷却水を循環させるように流路切換弁１０を切り換える制御手段（Ｓ１４４）を備える。
【００６８】
このように駆動モータ４０に対して電流は流すが出力を取り出さない指令を行うことで、熱容量の大きな駆動モータ４０からの発熱を促進させ、入力値がほぼそのまま発熱となる本駆動モータ４０からの発熱を積極的に利用することが可能となる。
【００６９】
なお、上記実施形態では、高圧燃料容器２を一本のみ車載している場合を説明しているが、適応される車輌の容積、レイアウト等により変更することができる。同様に、コンプレッサ７内部や、減圧弁４内部における冷却流路および燃料ガス流路の構成も一例である、熱交換を十分に行える構成であればよい。さらに、所定温度Ｔ₀による冷却系２０の循環路の切り換えも、その温度は容器の構成、最大貯蔵圧力等により変化する。ここでは、所定温度Ｔ₀＝Ｔinf−１０[℃]としているがこの限りではなく、実験等により求めても良い。
【００７０】
このように、本発明は上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲以内で様々な変更が成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に用いる燃料供給装置の構成図である。
【図２】第１の実施形態に用いる減圧弁の構成図である。
【図３】第１の実施形態に用いるコンプレッサのモータ部の構造図である。
【図４】第１の実施形態に用いるコンプレッサの機械式冷却水ポンプ部の構造図である。
【図５】第１の実施形態における低温時の車輌の運転パターンを示す図である。
【図６】第１の実施形態における車輌全開出力における燃料ガス温度の低下を示す図である。
【図７】従来の燃料供給装置の構成図である。
【図８】第１の実施形態における主冷却流路連通状態を示す図である。
【図９】第２の実施形態における副冷却流路連通状態を示す図である。
【図１０】第１の実施形態におけるフロ−チャートである。
【図１１】第２の実施形態に用いる燃料供給装置の構成図である。
【図１２】第２の実施形態に用いる減圧弁と水素ガスの温度変化を示す図である。
【図１３】第３の実施形態に用いる燃料供給装置の構成図である。
【図１４】第３の実施形態に用いる減圧弁と水素ガスの温度変化を示す図である。
【図１５】第３の実施形態におけるフローチャートである。
【図１６】第４の実施形態に用いる燃料電池車の概略図である。
【符号の説明】
１燃料電池ユニット
２高圧燃料容器
３高圧配管（燃料ガス流路）
４減圧弁（減圧手段）
５低圧配管（燃料ガス流路）
７コンプレッサ
８ラジエータ
９主冷却流路（主冷却回路）
１０流路切換弁（回路切換手段）
１１副冷却流路（副冷却回路）
２１外気温度センサ（雰囲気温度検出手段）
３５高圧燃料温度センサ（高圧燃料温度検出手段）
４０駆動モータ
Ｓ１０２、１４２暖気判断手段
Ｓ１０４、１４４制御手段[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a fuel cell system and a fuel cell vehicle. In particular, the present invention relates to a fuel cell system that generates power using fuel gas in a high-pressure fuel container, and a fuel cell vehicle equipped with such a fuel cell system.
[0002]
[Prior art]
For example, in a natural gas vehicle (NGV), due to the fuel gas characteristics, the fuel gas temperature drop due to the decompression section cannot be ignored even in a normal use environment. Therefore, the engine cooling water is always circulated through the pressure reducing valve even in the normal temperature environment. The valve temperature is maintained.
[0003]
As an example of using the heat of the motor, in a vehicle equipped with a fuel cell and a motor, a fuel cell as a heat generating unit, a radiator for cooling the power motor, a refrigerant path, a cooling device including a cooling pump, and a heat element What you have is known. This controls the amount of heat transferred to the thermoelectric element while controlling the temperature of the fuel cell and the heat generating part of the motor by the cooling device so as to be suitable for reaction and operation. Thereby, the temperature control of the heat generating part and the improvement of the waste heat recovery efficiency are realized (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-23666
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when high-pressure hydrogen gas is used as the fuel for the fuel cell unit, the influence of the temperature drop in the pressure reducing valve may not be negligible when fuel is supplied at an extremely low temperature.
[0006]
For example, when a fuel cell unit having pure water is used, the pure water is used for a certain period of time from the start of starting until it can run, for example, until all frozen pure water is frozen. Warm-up operation is performed to defrost. This thawing process is performed using high-pressure hydrogen gas as fuel, but it is necessary to maintain the temperature of the supplied hydrogen gas, and it is necessary to keep the pressure reducing valve part where the temperature drop is particularly large from the viewpoint of component quality. There is.
[0007]
Here, a heater or the like can be used for thawing. In this case, however, the thawing time may increase due to an increase in power consumption, and this may increase the time to start the vehicle running.
[0008]
Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and provides a fuel cell system and a fuel cell vehicle that can prevent a temperature reduction of the fuel pressure reducing valve and the fuel gas temperature part even during a thawing time at an extremely low temperature. The purpose is to provide.
[0009]
[Means for solving problems]
The present invention provides a high-pressure fuel container for supplying a fuel gas decompressed to a fuel cell unit through a decompression means;A motor part and a compressor part are provided, the compressor part is driven by the motor part,A compressor that supplies an oxidant gas to the fuel cell unit; a fuel gas passage that connects the fuel cell unit and a high-pressure fuel container and receives the heat by the compressor; and cools the compressor The heat exchange means for radiating the refrigerant to be discharged, the main cooling circuit for circulating the refrigerant between the compressor and the heat exchange means, and the refrigerant so as to exchange heat between the pressure reduction means and the compressor. A sub-cooling circuit to be circulated, a circuit switching means for selectively switching circulation of the refrigerant received by the compressor to the main cooling circuit and the sub-cooling circuit, and a warm-up judgment for judging the necessity of warming-up of the decompression means And control means for switching the circuit switching means to circulate the refrigerant in the sub-cooling circuit when it is determined that the warm-up is necessary, Prepare forIn the fuel cell system, the fuel gas flow path includes a motor fuel gas flow path that reciprocates the outer periphery of the motor section a plurality of times in the axial direction and receives heat generated in the motor section, and the main cooling circuit. Includes a motor cooling channel that reciprocates the outer periphery of the motor unit a plurality of times in the axial direction and cools the motor unit, and the motor fuel gas channel and the motor cooling circuit are arranged in the circumferential direction of the motor unit. Alternatingly arranged.
[0010]
Alternatively, a fuel cell unit that generates power using fuel gas and an oxidant gas, a high-pressure fuel container that supplies the fuel cell unit with a decompressed fuel gas via a decompression unit, and electric power generated in the fuel cell unit A drive motor is used to drive the vehicle. In addition, the fuel cell unit and the high-pressure fuel container are connected, and a heat exchange is performed to dissipate heat from the fuel gas flow path that passes through the drive motor so as to receive heat by the drive motor, and to cool the drive motor. Means. A main cooling circuit that circulates the refrigerant between the drive motor and the heat exchange means; and a sub-cooling circuit that circulates the refrigerant so as to transfer heat between the pressure reducing means and the drive motor. . In addition, circuit switching means for selectively switching the circulation of the refrigerant received by the drive motor to the main cooling circuit and the sub-cooling circuit, and warm-up determination means for determining whether the decompression means needs to be warmed up. Further, at the time of start-up, when it is determined that the warm-up is necessary, the drive motor is operated with zero load and the control means for switching the circuit switching means so as to circulate the refrigerant in the sub-cooling circuit; .
[0011]
[Action and effect]
The fuel cell unit and the high-pressure fuel container are connected, and a fuel gas flow path is provided through the compressor so as to receive heat by the compressor. Thus, the fuel gas can receive heat when passing through the compressor, and the fuel gas temperature can be maintained. Further, there is a need for circuit switching means for selectively switching the circulation of the refrigerant received by the compressor to the main cooling circuit and the sub-cooling circuit, warm-up determining means for determining the necessity for warm-up of the decompression means, and the need for warm-up. When the determination is made, control means for switching the circuit switching means so as to circulate the refrigerant in the sub-cooling circuit is provided. As a result, when the decompression means needs to be warmed up, the refrigerant that has become hot due to the cooling of the compressor can be circulated to the decompression means, so that the quality of the parts can be reduced without excessively reducing the temperature of the decompression means. Can be maintained.
[0012]
Alternatively, the fuel cell unit and the high-pressure fuel container are connected, and a fuel gas passage is provided through the drive motor so as to receive heat by the drive motor. Thus, the fuel gas can receive heat when passing through the drive motor, and the fuel gas temperature can be maintained. Further, circuit switching means for selectively switching the circulation of the refrigerant received by the drive motor to the main cooling circuit and the sub-cooling circuit, warm-up determination means for judging the necessity of warming-up of the decompression means, and warm-up at startup When it is determined that the drive is required, the drive motor is operated with zero load, and control means for switching the circuit switching means so as to circulate the refrigerant in the sub-cooling circuit is provided. In this way, the drive motor that is not used because it does not run at the time of start-up causes current to flow but not output, thereby promoting heat generation from the drive motor with a large heat capacity, and the input value almost generates heat as it is. It becomes possible to positively use the heat generated from the drive motor. As a result, the temperature of the fuel gas can be maintained and the quality of the decompression means can be maintained.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A schematic configuration of the fuel cell system used in the first embodiment is shown in FIG. Here, a case where the fuel cell system is mounted on a fuel cell vehicle will be described. Note that power generation is performed by supplying fuel gas and oxidant gas to the fuel cell unit 1.
[0014]
A fuel cell unit 1 including a stack is provided. The fuel cell unit 1 is supplied with hydrogen gas as the fuel gas and air as the oxidant gas, and generates electricity by causing an electrochemical reaction in the stack. The fuel system 6 that supplies hydrogen gas to the fuel cell unit 1 includes a high-pressure fuel container 2 that is a high-temperature compressed hydrogen gas storage unit, a high-pressure pipe 3 that circulates high-pressure hydrogen gas, and a pressure-reducing valve that depressurizes the high-pressure hydrogen gas. 4. A low-pressure pipe 5 for circulating the decompressed hydrogen gas is provided. At the hydrogen gas outlet of the high pressure fuel container 2, a container main valve 2a is provided to open and close the high pressure fuel container 2. Further, the low pressure pipe 5 is configured such that hydrogen gas is supplied from the pressure reducing valve 4 to the fuel cell unit 1 via the inside of the compressor 7 described later. Here, when the hydrogen gas passes through the compressor 7, it receives heat from the compressor 7 and is warmed before being supplied to the fuel cell unit 1.
[0015]
In addition, a compressor 7 is provided in the oxidant system that supplies air to the fuel cell unit 1. Here, the compressor 7 is an electric compressor. That is, as the compressor 7, a compressor 7 that pumps air to the fuel cell unit 1 in the compressor unit 31 using the output of the motor unit 30 as described later is used. An electromotive force is generated by reacting the pressure-fed air with hydrogen gas supplied from the fuel system 6.
[0016]
Here, in the compressor 7, heat is generated mainly in the motor unit 30 as it is driven. Therefore, in order to maintain the heat at an appropriate temperature, a cooling medium, here, cooling water is circulated. As a cooling system 20 for circulating the cooling water to the compressor 7, a radiator 8 that dissipates heat of the cooling water that has reached a high temperature and a main cooling that adjusts the cooling water temperature by circulating the cooling water received by the compressor 7 to the radiator 8. A flow path 9 is provided. The cooling system 20 further includes a sub cooling channel 11 connected in parallel with the main cooling channel 9. The sub cooling channel 11 is configured so that the cooling water heated by the compressor 7 is circulated to the compressor 7 again by warming the pressure reducing valve 4 described above. Furthermore, flow path switching valves 10a and 10b for selectively switching between circulating the cooling water in the main cooling flow path 9 or the sub cooling flow path 11, the outside air temperature sensor 21 for detecting the outside air temperature Ta, and the outside air temperature Ta. And a control device 22 for controlling the circulating flow path of the cooling water.
[0017]
Here, the flow path switching valves 10 a and 10 b are provided on the upstream side and the downstream side of the compressor 7. The flow path switching valve 10 is a means for selectively switching between communication between the compressor 7 and the main cooling flow path 9 or communication between the compressor 7 and the sub cooling flow path 11. By controlling the flow path switching valve 10, it is controlled whether the cooling water flows through the main cooling flow path 9 or the sub cooling flow path 11. The flow path switching valve 10 can be constituted by a three-way valve or the like.
[0018]
During normal operation, the flow path switching valve 10 is opened to the main cooling flow path 9 side, and the cooling water whose temperature is adjusted by the radiator 8 is used for cooling the compressor 7. On the other hand, during start-up operation at an extremely low temperature, the flow path switching valve 10 is opened to the side of the sub-cooling flow path 11, and heat is exchanged by the pressure reducing valve 4 using the cooling water heated in the compressor 7. Is suppressed from excessively decreasing as the hydrogen gas is decompressed.
[0019]
Next, the configuration of the pressure reducing valve 4 provided in the fuel system 6 will be described with reference to FIG. Here, a pressure reducing valve cooling flow path 22 for performing heat exchange is provided inside the pressure reducing valve 4. Note that. The pressure reducing valve cooling channel is a part of the sub cooling channel 11.
[0020]
As the pressure reducing valve 4, a pressure reducing valve having a two-stage configuration using a diaphragm is used. The high pressure hydrogen gas introduced into the pressure reducing valve 4 from the high pressure fuel inlet Hin is adjusted by the first pressure reducing portion 4a and the second pressure reducing portion 4b and then discharged from the low pressure fuel outlet Hout. At this time, since the hydrogen gas is depressurized, the hydrogen gas temperature is lowered and the temperature of the pressure reducing valve 4 is also lowered. Therefore, by forming the pressure reducing valve cooling flow path 22 in the pressure reducing valve 4, the cooling water circulating through the sub cooling flow path 11 is circulated. Thereby, the temperature of the pressure-reducing valve 4 can be maintained using the cooling water that has become high temperature in the compressor 7. Here, the pressure reducing valve cooling flow path 22 is configured to surround the vicinity of the hydrogen gas path in the pressure reducing valve 4. Thereby, the temperature fall of hydrogen gas can be suppressed. Although the two-stage pressure reducing valve 4 provided with a diaphragm is used here, the present invention is not limited to this, and any existing pressure reducing means provided with a cooling water flow passage may be used.
[0021]
Next, the configuration of the compressor 7 will be described with reference to FIG. Here, an inner rotor type motor is used, but this is not a limitation. In addition, the hydrogen gas temperature is maintained by heat exchange of the hydrogen gas in the motor unit 30, but when heat is generated in the compressor unit 31 due to friction or the like, heat exchange may be performed in the compressor unit 31. Similarly, the cooling water may be circulated through the compressor unit 31. 3A shows a longitudinal section of the compressor 7, and FIG. 3B shows a transverse section.
[0022]
The compressor 7 includes a motor unit 30, a compressor unit 31, and a mechanical cooling water pump 32. The output of the motor unit 30 is sent to the compressor unit 31 via the output shaft 30a, and the compressor unit 31 pumps air.
[0023]
The motor unit 30 is configured by disposing a shaft 24, a rotor 25, and a stator 26 from the central axis toward the outside, and housing them in a substantially cylindrical housing 27. The stator 26 is provided with a stator coil or the like (not shown), and the rotor 25 is caused to rotate by being electrically connected thereto. At this time, the temperature of the motor unit 30, particularly the stator 26 provided with the stator coil, rises. Therefore, a motor cooling flow path 28 is formed along the outer periphery of the stator 26 as shown in the cross section of FIG. Here, the motor cooling flow path 28 is configured along the axial direction of the motor unit 30. Further, the motor cooling channel 28 is configured to be embedded in the side wall of the housing 27 evenly in the circumferential direction. With this configuration, it is possible to suppress an increase in the temperature of the motor unit 30, particularly the stator 26, by the cooling water flowing through the motor cooling channel 28.
[0024]
Further, a motor fuel gas passage 29 that is a part of the low-pressure pipe 5 is formed along the outer periphery of the stator 26. Here, the motor fuel gas passage 29 is configured along the axial direction of the motor unit 30. Further, the motor fuel gas passage 29 is configured to be embedded in the side wall of the housing 27 evenly in the circumferential direction. In this way, the hydrogen gas flowing through the fuel gas passage 29 is circulated in the vicinity of the heat generating portion of the motor unit 30, thereby suppressing the decrease in the hydrogen gas temperature and maintaining the hydrogen gas temperature. Furthermore, the motor cooling flow path 28 and the motor fuel gas flow path 29 are alternately configured in the circumferential direction. Thereby, the heat removal efficiency in the circumferential direction of the motor unit 30 is made uniform, and local deterioration due to heat is suppressed.
[0025]
Here, as shown in FIG. 3 (a), the cooling water supplied from the cooling water inlet MWin through the cooling flow path 28 circulates along the outer periphery of the stator 26 by reciprocating in the axial direction. It is configured to discharge from the exit MWout. Similarly, in the fuel gas passage 29, the hydrogen gas supplied from the hydrogen gas inlet MHin flows along the outer periphery of the stator 26 by a plurality of reciprocations in the axial direction, and is discharged from the hydrogen gas outlet MHout. Configure.
[0026]
As shown in FIG. 4, the compressor 7 includes a mechanical coolant pump unit 32. This is connected to the opposite side of the compressor portion 31 of the output shaft 30 a and is driven as the motor portion 30 rotates. The cooling water discharged from the motor unit 30 is pumped by the mechanical cooling pump 32 to circulate the cooling system 20.
[0027]
Next, an operation pattern performed in such an apparatus will be described.
[0028]
FIG. 5 shows a driving pattern of the vehicle at the time of cold start. Since the fuel cell unit 1 has a system containing pure water, the deionization operation of the pure water system is first performed at the start-up at an extremely low temperature. Here, the time until the frozen pure water is completely melted is defined as the thawing time. For example, a cooling water system that can exchange heat with the pure water system of the fuel cell unit 1 is provided, and the time until the temperature of the cooling water flowing through the cooling water system exceeds zero is defined as the thawing time. Since the fuel cell unit 1 generates power using pure water that has been melted even during the thawing time, the compressor 7 that pumps air is operated in any of the partial output operation to the fully open operation region. Therefore, the compressor 7 needs to be cooled even during the thawing time, and the cooling water needs to be circulated through the motor cooling flow path 28. Similarly, hydrogen gas from the high-pressure fuel container 2 is also supplied to the fuel cell unit 1 during the thawing time. At this time, since the temperature of the pressure reducing valve 4 further decreases as the hydrogen gas is reduced, the cooling system 20 is set on the side of the sub-cooling flow path 11 as described above, and the pressure reducing valve is used with the cooling water whose temperature has increased. Warm up 4
[0029]
When thawing by power generation or the like in the stack proceeds and pure water is completely melted, the electric power generated in the fuel cell unit 1 is supplied to a drive motor (not shown). Therefore, since the drive motor is operated after the thawing time, no heat is generated by the drive motor during the thawing time.
[0030]
Thus, during the thawing time, the heat generated in the stack is used for thawing and the drive motor is stopped. Therefore, in this embodiment, the hydrogen gas temperature is maintained using heat generated in the compressor 7 during thawing.
[0031]
Next, a method for determining whether or not to warm up the pressure reducing valve 4, in other words, whether or not to suppress a temperature drop of the hydrogen gas in the pressure reducing valve 4 will be described. Here, the determination is made according to the outside air temperature (atmosphere temperature) Ta detected by the outside air temperature sensor 21.
[0032]
FIG. 6 shows a decrease in the temperature of the hydrogen gas at the vehicle fully open output (maximum hydrogen consumption) at room temperature. FIG. 6 shows the temperature change of the hydrogen gas supplied to the fuel cell unit 1 when the maximum hydrogen consumption is continued from the start of travel at the normal temperature until the travel limit determined by the amount of fuel mounted. Yes. Here, it is considered that the temperature of the hydrogen gas does not excessively decrease due to a decrease in the temperature of the pressure reducing valve 4, and the life of the parts due to freezing is not shortened. On the other hand, at the time of startup from extremely low temperature, the rate of temperature decrease is smaller than that at the time of full open output, but it is necessary to keep the temperature in consideration of the hydrogen gas temperature and the component life even during thawing.
[0033]
Therefore, the temperature of hydrogen gas supplied to the fuel cell unit 1 when travel is restricted is determined in advance as Tinf. A predetermined temperature T used to determine whether or not the pressure reducing valve 4 is warmed up₀As T₀= Tinf-10 (° C.) is adopted. Here, the predetermined temperature T₀Is the predetermined temperature T₀The higher temperature may be a temperature at which the quality of the pressure reducing valve 4 is not likely to deteriorate due to a temperature drop at the time of startup, or a temperature at which the hydrogen gas temperature can be appropriately maintained, and may be obtained through experiments or the like.
[0034]
For example, when Tinf = −5 ° C., T₀= −15 ° C. This condition will be described below as an example.
[0035]
The outside air temperature Ta at the start of the thawing process is T₀When larger than (= −15 ° C.), it can be determined that there is no influence due to a decrease in the hydrogen gas temperature. Therefore, as shown in FIG. 8, the flow path switching valve 10 is set so that the cooling water flows through the main cooling flow path 9. Thereby, the cooling water circulates between the radiator 8 provided in the main cooling flow path 9 and the compressor 7 without flowing through the pressure reducing valve 4. At this time, since the heat is received from the compressor 7 when the hydrogen gas flows through the motor fuel gas passage 29, the temperature of the hydrogen gas can be maintained even if the temperature of the pressure reducing valve 4 decreases.
[0036]
On the other hand, the outside air temperature Ta at the start of thawing is T₀In the following cases, the temperature range is affected by a decrease in the hydrogen gas temperature. Therefore, as shown in FIG. 9, cooling water is circulated through the pressure reducing valve 4. That is, the flow path switching valve 10 is opened to the sub cooling flow path 11 side. Thereby, the cooling water circulates between the compressor 7 and the pressure reducing valve 4. At this time, since the cooling water does not pass through the radiator 8, the cooling water temperature in the sub cooling channel 11 rises. As a result, the pressure reducing valve 4 is warmed to maintain the life, and the temperature decrease of the hydrogen gas is suppressed. Furthermore, since hydrogen gas receives heat when it flows through the compressor 7, the hydrogen gas temperature rises. That is, as shown in FIG. 9, by stopping heat dissipation of the cooling water and performing heat exchange with the pressure reducing valve 4, the temperature of the pressure reducing valve 4 and the hydrogen gas is maintained, and the hydrogen gas is circulated through the compressor 7. Increase the hydrogen gas temperature.
[0037]
Next, a control method for performing such fuel supply will be described with reference to the flowchart of FIG. This flow starts when a start signal of the fuel cell unit 1 is detected.
[0038]
In step S101, the outside air temperature sensor 21 is used to detect the outside air temperature Ta. Next, in step S102, it is determined whether or not the pressure reducing valve 4 is to be warmed up. Here, outside temperature Ta and predetermined temperature T₀And compare. Ta> T₀In this case, it is determined that the pressure reducing valve 4 is not excessively lowered, and the process proceeds to step S103. In step S103, the flow path switching valve 10 is opened to the main cooling flow path 9 side. Thereby, hydrogen gas is warmed only by the compressor 7.
[0039]
On the other hand, in step S102, Ta ≦ T₀In this case, it is determined that the pressure reducing valve 4 may be excessively lowered, and the process proceeds to step S104. In step S104, the flow path switching valve 10 is opened to the sub cooling flow path 11 side. Thereby, the pressure reducing valve 4 is warmed up by the cooling water, and the hydrogen gas is warmed in the pressure reducing valve 4 and the compressor 7.
[0040]
Here, the present embodiment is compared with the prior art. As a conventional technique, a system as shown in FIG. 7 is used. That is, the main cooling channel 9 is provided as a cooling channel, and the hydrogen gas supplied through the pressure reducing valve 4 is supplied to the fuel cell unit 1 without passing through the compressor 7. When configured in this manner, the hydrogen gas temperature decreases as the temperature of the pressure reducing valve 4 decreases during startup from an extremely low temperature. As a result, the start-up time of the fuel cell unit 1 is extended and the life of the apparatus is shortened. On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 8B, since the hydrogen gas is received by the compressor 7 during normal operation, the temperature of the hydrogen gas is maintained even if the temperature of the pressure reducing valve 4 decreases. The Further, as shown in FIG. 9B, when starting at a very low temperature, the compressor 7 receives the hydrogen gas in the same way as in the normal time, and the cooling water having a high temperature passes through the pressure reducing valve 4 to reduce the pressure. The temperature drop of the valve 4 is suppressed.
[0041]
Next, the effect of this embodiment will be described.
[0042]
A compressor 7 for supplying air to the fuel cell unit 1 and a high-pressure fuel container 2 for supplying hydrogen gas decompressed to the fuel cell unit 1 via a pressure reducing valve 4 are provided. Further, the fuel cell unit 1 and the high-pressure fuel container 2 are connected, and the fuel gas passage (the high-pressure pipe 3 and the low-pressure pipe 5) that passes through the compressor 7 so as to receive heat by the compressor 7, and the cooling that cools the compressor 7 A radiator 8 for radiating water is provided. Further, a main cooling flow path 9 for circulating cooling water between the compressor 7 and the radiator 8 and a sub cooling flow path 11 for circulating cooling water so as to transfer heat between the pressure reducing valve 4 and the compressor 7. And a flow path switching means 10 for selectively switching the circulation of the cooling water received by the compressor 7 to the main cooling flow path 9 and the sub cooling flow path 11. Further, a warm-up determining means (S102) for determining the necessity of warming up of the pressure reducing valve 4 and a flow path switching means 10 so as to circulate the cooling water through the sub cooling flow path 11 when the necessity of warming up is determined. Switching control means (S104).
[0043]
Thereby, since hydrogen gas receives heat in the compressor 7, hydrogen gas can be heat-retained and warmed and temperature-maintained. In addition, since the pressure reducing valve 4 is warmed up using the cooling water that has become hot due to the cooling of the compressor 7, the component life can be maintained without excessively reducing the temperature of the pressure reducing valve 4. Moreover, the temperature fall of the hydrogen gas which distribute | circulates can be suppressed by suppressing the temperature fall of the pressure-reduction valve 4. FIG.
[0044]
In particular, by using the heat generated in the compressor 7 during the start-up for the heat insulation and warming of the hydrogen gas, the start-up time can be shortened by maintaining the hydrogen gas temperature even during the start-up when the heat from the fuel cell, the drive motor, etc. cannot be expected. Can do. Moreover, the lifetime of components can be maintained by suppressing the temperature drop of the pressure reducing valve 4. Moreover, although the high-temperature cooling water is circulated through the pressure reducing valve 4, when the pressure reducing valve 4 has durability against low temperatures, this is not the case, and heat is generated between the high-temperature cooling water and the low-temperature hydrogen gas. What is necessary is just to comprise so that replacement | exchange may be performed.
[0045]
Here, the fuel gas passage is configured so that hydrogen gas flows in the vicinity of the motor fuel gas passage 29 when passing through the compressor 7. Thereby, heat exchange can be performed between the high-temperature cooling water and the low-temperature hydrogen gas.
[0046]
In addition, an outside air temperature sensor 21 that detects an ambient temperature (outside air temperature Ta) is provided, and the outside air temperature Ta detected by the outside air temperature sensor 21 is a predetermined temperature T.₀In the case of the following, the warm-up determination means determines that warm-up is necessary. Thereby, maintenance of hydrogen gas temperature and temperature maintenance of pressure reducing valve 4 can be performed. In particular, it is possible to determine whether or not the pressure reducing valve 4 may be excessively lowered during the thawing process of the fuel cell unit 1 by setting the outside air temperature Ta to a predetermined temperature at startup.
[0047]
In addition, although the excessive reduction of the pressure reducing valve 4 temperature does not occur in the normal operation, the fuel cell unit 1 has been described only at the time of starting that requires the thawing process. When this occurs, it can be warmed up using heat generated in the stack or the like. Alternatively, a temperature sensor for detecting the temperature of the hydrogen gas supplied to the pressure reducing valve 4 or the fuel cell unit 1 is provided, and the temperature range of the hydrogen gas in which the power generation efficiency is reduced or the temperature range affected by the quality of the pressure reducing valve 4 is selected. It is set beforehand by experiment. When the temperature sensor detects a temperature range, the cooling system 20 is switched to the sub-cooling flow path 11 to suppress a decrease in power generation efficiency during normal operation or deterioration of the pressure reducing valve 4. Can do.
[0048]
Next, a fuel cell system used in the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 shows the hydrogen gas temperature supplied to the fuel cell unit 1 and the temperature change of the pressure reducing valve 4. Only the parts different from the first embodiment will be described below.
[0049]
Here, the distance between the compressor 7 and the pressure reducing valve 4 is made as short as possible. Thereby, since the heat capacity of the sub-cooling flow path 11 is reduced, it is possible to shorten the temperature rise time of the pressure reducing valve 4. Further, since the distance of the portion of the low-pressure pipe 5 where the hydrogen gas is relatively low, that is, the portion where the pressure reducing valve 4 and the compressor 7 are communicated with each other, the temperature of the hydrogen gas can be raised in a short time. That is, as shown in FIG. 12, since the heat capacity of the sub-cooling channel 11 is reduced, the temperature of the pressure reducing valve 4 that is kept warm or warmed up by the cooling water can be increased in a short time. Moreover, since the low temperature part of the low-pressure flow path 5 reduces, hydrogen gas temperature rises quickly.
[0050]
This embodiment can obtain the following effects in addition to the first embodiment.
[0051]
By disposing the compressor 7 and the pressure reducing valve 4 in the vicinity, the path volume of the sub cooling channel 11 is reduced. This facilitates heat exchange in the sub-cooling flow path 11 at an extremely low temperature. Further, by shortening the path of the hydrogen gas from the decompression to the warming, heat exchange between the cooling water inside the compressor 7 and the hydrogen gas is facilitated. Furthermore, by shortening the distance between the pressure reducing valve 4 and the compressor 7, the temperature of the cooling water can be raised in a short time with respect to the heat generated from the compressor 7. Furthermore, the temperature drop can be reduced with respect to the hydrogen gas temperature.
[0052]
Next, a third embodiment will be described. The configuration of the fuel cell system of this embodiment is shown in FIG.
[0053]
The hydrogen gas temperature becomes almost the same as the outside temperature when left for a long time. However, when the high-pressure fuel container 2 immediately after filling is warmed, the initial value of the hydrogen gas temperature is not necessarily determined by the outside air temperature as shown in FIG. Therefore, a high-pressure fuel temperature sensor 35 is provided inside the high-pressure fuel container 2, and the cooling system 20 is switched according to the temperature Tt of the high-pressure hydrogen gas in the high-pressure fuel container 2. Here, an operation command to the flow path switching valve 10 for switching the communication between the main cooling flow path 9 and the sub cooling flow path 11 in the cooling system 20 is performed according to the output of the high pressure fuel temperature sensor 35.
[0054]
As a result, the circulation path of the cooling water can be set according to the hydrogen gas temperature Tt being used regardless of the outside air temperature Ta at the start of thawing, so that appropriate correction can be performed in real time even when the temperature environment changes suddenly. It becomes possible.
[0055]
A flowchart of the present embodiment is shown in FIG. This flow is repeated during the thawing process of the fuel cell unit 1.
[0056]
In step S141, the hydrogen gas temperature Tt in the high pressure fuel container 2 is detected from the output of the high pressure fuel temperature sensor 35. In step S142, it is determined whether warm-up using cooling water is necessary. Here, the hydrogen gas temperature Tt is a predetermined temperature T₀Determine if: T₀If it is higher, it is determined that the temperature is normal, and the flow path switching valve 10 is opened to the main cooling flow path 9 side in step S143. Thereby, the temperature of the hydrogen gas is maintained and warmed in the compressor 7.
[0057]
On the other hand, the hydrogen gas temperature Tt is a predetermined temperature T₀If it is determined that the temperature is below, it is determined that the temperature is extremely low, and the process proceeds to step S144 where the flow path switching valve 10 is opened to the sub cooling flow path 11 side. Thereby, while warming hydrogen gas in the compressor 7, the pressure-reduction valve 4 is warmed up using high temperature cooling water.
[0058]
If the hydrogen gas temperature Tt is acquired again in step S145, the process returns to step S142, and it is determined whether the hydrogen gas supplied from the high-pressure fuel container 2 is at normal temperature or extremely low temperature, and the circulation path of the cooling system 20 is determined. .
[0059]
Next, the effect of this embodiment will be described. Here, only effects different from those of the first embodiment will be described.
[0060]
A high-pressure fuel temperature sensor 35 for detecting the temperature inside the high-pressure fuel container 2 is provided, and the temperature detected by the high-pressure fuel temperature sensor 35 is a predetermined temperature T₀In the case of the following, the warm-up determination means (S142) determines that warm-up is necessary. As a result, the sub-cooling passage 11 communicates only when the high-pressure fuel temperature Tt is low at the start of cryogenic temperature, and occurs when the high-pressure fuel temperature Tt is high even when the outside air temperature Ta is low, which occurs in a start-up scene immediately after filling. It is possible not to perform warm-up, and it is possible to suppress deterioration in fuel consumption due to unnecessary warm-up.
[0061]
Next, a fourth embodiment will be described. An outline of the fuel cell vehicle used here is shown in FIG.
[0062]
Here, the pressure reducing valve 4 is warmed up using the cooling system 20 provided in the drive motor 40 instead of the compressor 7. Further, a part of the low-pressure pipe 5 is configured inside the drive motor 40. The configuration of the cooling system 20 and the fuel system 6 is the same as that of the first embodiment except that the drive motor 40 is used instead of the compressor 7.
[0063]
The drive motor 40 is driven using electric power generated in the fuel cell unit 1. The output of the drive motor 40 is transmitted to the tire 42 via the final gear 41 so that the vehicle travels.
[0064]
As shown in the driving pattern of the vehicle at the extremely low temperature in FIG. 5, the fuel cell vehicle does not travel at the start-up from the extremely low temperature. In FIG. 5, the drive motor 40 is not operated during the thawing process, but in this embodiment, a command is given to flow current but not output. Thereby, heat generation is promoted by the drive motor 40. Therefore, instead of the heat reception of the hydrogen gas in the compressor 7 of the first to third embodiments, the drive motor 40 receives the heat of the hydrogen gas in this embodiment. That is, the cooling water flowing through the drive motor 40 can be selectively circulated through the pressure reducing valve 4 and hydrogen gas is circulated in the vicinity of the heat generating portion of the drive motor 40.
[0065]
For example, even if the efficiency of the 15 kW output compressor 7 is 90%, only about 1.5 kW can be used as the heat. It can be used as a heat source for heat.
[0066]
Next, the effect of this embodiment will be described. Here, in addition to the first embodiment, the following effects can be obtained.
[0067]
A fuel cell unit 1 that generates power using fuel gas and an oxidant gas, a high-pressure fuel container 2 that supplies hydrogen gas that has been depressurized to the fuel cell unit 1 via a pressure reducing valve 4, and electric power generated in the fuel cell unit 1 The drive motor 40 which drives a vehicle using is provided. In addition, the fuel cell unit 1 and the high-pressure fuel container 2 are connected, and the fuel gas flow path (the high-pressure pipe 3 and the low-pressure pipe 5) that passes through the drive motor 40 so as to receive heat by the drive motor 40, and the drive motor 40 A radiator 8 that dissipates heat of the cooling refrigerant is provided. Further, a main cooling flow path 9 that circulates cooling water between the drive motor 40 and the radiator 8, and a sub cooling flow that circulates cooling water so as to transfer heat between the pressure reducing valve 4 and the drive motor 40. And a flow path switching valve 10 that selectively switches circulation to the main cooling flow path 9 and the sub cooling flow path 11 of the cooling water received by the drive motor 40. Further, the warm-up determination means (S142) for determining the necessity for warming-up of the pressure reducing valve 4, and when the necessity for warm-up is determined at the time of activation, the drive motor 40 is operated in a state where the load is zero, Control means (S144) for switching the flow path switching valve 10 so as to circulate the cooling water in the sub cooling flow path 11 is provided.
[0068]
In this way, by instructing the drive motor 40 to flow current but not output, heat generation from the drive motor 40 having a large heat capacity is promoted, and the input value from the drive motor 40 that generates heat almost as it is. It is possible to actively use the fever.
[0069]
In the above-described embodiment, the case where only one high-pressure fuel container 2 is mounted on the vehicle is described. However, the high-pressure fuel container 2 can be changed depending on the volume, layout, and the like of the vehicle to which it is applied. Similarly, the configuration of the cooling flow path and the fuel gas flow path inside the compressor 7 and the pressure reducing valve 4 is an example as long as it can sufficiently perform heat exchange. Furthermore, the predetermined temperature T₀The temperature of the circulation path of the cooling system 20 is also changed depending on the configuration of the container, the maximum storage pressure, and the like. Here, the predetermined temperature T₀= Tinf-10 [° C.] However, the present invention is not limited to this.
[0070]
Thus, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel supply device used in a first embodiment.
FIG. 2 is a configuration diagram of a pressure reducing valve used in the first embodiment.
FIG. 3 is a structural diagram of a motor unit of a compressor used in the first embodiment.
FIG. 4 is a structural diagram of a mechanical coolant pump section of a compressor used in the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a driving pattern of a vehicle at a low temperature in the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a decrease in fuel gas temperature at the fully open output of the vehicle in the first embodiment.
FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional fuel supply apparatus.
FIG. 8 is a view showing a main cooling flow path communication state in the first embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating a communication state of a sub cooling channel in the second embodiment.
FIG. 10 is a flowchart in the first embodiment.
FIG. 11 is a configuration diagram of a fuel supply device used in a second embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing a temperature change of a pressure reducing valve and hydrogen gas used in the second embodiment.
FIG. 13 is a configuration diagram of a fuel supply device used in a third embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing a temperature change of a pressure reducing valve and hydrogen gas used in the third embodiment.
FIG. 15 is a flowchart according to the third embodiment.
FIG. 16 is a schematic view of a fuel cell vehicle used in a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Fuel cell unit
2 High-pressure fuel container
3 High-pressure piping (fuel gas flow path)
4 Pressure reducing valve (pressure reducing means)
5 Low pressure piping (fuel gas flow path)
7 Compressor
8 Radiators
9 Main cooling flow path (main cooling circuit)
10 Channel switching valve (circuit switching means)
11 Sub cooling channel (sub cooling circuit)
21 Outside air temperature sensor (atmosphere temperature detection means)
35 High pressure fuel temperature sensor (High pressure fuel temperature detection means)
40 Drive motor
S102, 142 Warm-up judgment means
S104, 144 Control means

Claims

A high-pressure fuel container for supplying the fuel cell unit with a decompressed fuel gas via a decompression means;
A compressor comprising a motor part and a compressor part, driving the compressor part by the motor part, and supplying an oxidant gas to the fuel cell unit;
A fuel gas flow path connecting the fuel cell unit and the high-pressure fuel container and passing through the compressor so as to receive heat by the compressor;
Heat exchange means for radiating the refrigerant that cools the compressor;
A main cooling circuit for circulating a refrigerant between the compressor and the heat exchange means;
A sub-cooling circuit that circulates refrigerant so as to transfer heat between the decompression means and the compressor;
Circuit switching means for selectively switching the circulation of the refrigerant received by the compressor to the main cooling circuit and the sub cooling circuit;
A warm-up judging means for judging the necessity of warming-up of the decompression means;
Control means for switching the circuit switching means to circulate refrigerant in the sub-cooling circuit when it is determined that the warm-up is necessary;
Equipped with a,
The fuel gas flow path includes a motor fuel gas flow path that reciprocates the outer circumference of the motor section a plurality of times in the axial direction and receives heat generated in the motor section,
The main cooling circuit includes a motor cooling flow path that reciprocates the outer periphery of the motor unit a plurality of times in the axial direction and cools the motor unit,
The fuel cell system, wherein the motor fuel gas flow path and the motor cooling circuit are alternately arranged in a circumferential direction of the motor unit .

The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel gas flow path is configured so that the fuel gas flows in the vicinity of the refrigerant flow path when passing through the compressor.

An ambient temperature detecting means for detecting the ambient temperature is provided.
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein when the temperature detected by the ambient temperature detection unit is equal to or lower than a predetermined temperature, the warm-up determination unit determines that warm-up is necessary.

High pressure fuel temperature detecting means for detecting the temperature inside the high pressure fuel container;
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein when the temperature detected by the high-pressure fuel temperature detection unit becomes a predetermined temperature or less, the warm-up determination unit determines that warm-up is necessary.

The fuel supply means according to claim 1, wherein a path volume of the sub-cooling flow path is reduced by arranging the compressor and the pressure reducing means in the vicinity.

A fuel cell unit that generates power using fuel gas and oxidant gas;
A high-pressure fuel container for supplying the fuel cell unit with a decompressed fuel gas via decompression means;
A drive motor for driving the vehicle using electric power generated in the fuel cell unit;
A fuel gas flow path connecting the fuel cell unit and the high-pressure fuel container and passing through the drive motor so as to receive heat by the drive motor;
Heat exchange means for radiating heat of the refrigerant that cools the drive motor;
A main cooling circuit for circulating a refrigerant between the drive motor and the heat exchange means;
A sub-cooling circuit that circulates a refrigerant so as to transfer heat between the decompression unit and the drive motor;
Circuit switching means for selectively switching circulation of the refrigerant received by the drive motor to the main cooling circuit and the sub cooling circuit;
A warm-up determination means for determining the necessity of warm-up of the decompression means;
Control means for switching the circuit switching means so as to circulate the refrigerant in the sub-cooling circuit while operating the drive motor in a state where the load is zero when it is determined that the warm-up is necessary at the time of startup;
A fuel cell vehicle comprising: