JP5223271B2 - 燃料電池システム及び冷却媒体流動装置制御方法 - Google Patents
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Description
A.第1の実施例:
B.第2の実施例:
C.第3の実施例:
D.変形例:
図1は、本発明の一実施例としての燃料電池システムを示す説明図である。この燃料電池システム1000は、燃料電池200と、燃料電池を冷却するための冷却水が循環する冷却水循環路140と、循環用ポンプ100と、ラジエータ110と、三方弁120と、温度計132と、制御ユニット150と、を備えている。本実施例において、この燃料電池システム1000は、電気自動車(図示省略)に搭載されているが、建物等において据え置くこともできる。
図4は、第2の実施例における冷却水循環処理の手順を示す説明図である。第2の実施例における燃料電池システムは、内部温度Tfcが所定の温度T0よりも低い温度であっても循環用ポンプ100を運転させる点において燃料電池システム1000(図1)と異なり、他の構成については第1の実施例と同じである。なお、本実施例においても、所定の温度T0として−20℃を設定することができる。
図6は、第3の実施例における冷却水循環処理の手順を示す説明図である。第2の実施例における燃料電池システムは、燃料電池200の始動時の内部温度Tfcの高低に関わらず、常に一定の出力W0で循環用ポンプ100を運転させる点において第2の実施例と異なり、他の構成については第2の実施例と同じである。
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上述した第2及び第3の実施例では、燃料電池200の内部温度Tfcが所定の温度T0よりも低い場合には、冷却水を冷却水循環路140内で全く循環させない(停止させる)ものとしたが、「冷却水を冷却媒体流路140内で全く循環させない」との語句は、このような場合に限らず、冷却水を極少量だけ循環させる場合も包含する広い意味を有している。この定義に従えば、例えば、内部温度Tfcが温度T0よりも低い場合には、冷却水循環路140内を冷却水が1cm/秒だけ循環する場合も、「冷却水を冷却媒体流路140内で全く循環させない」に該当する。この場合、冷却水の循環量が極少量であれば、熱容量もわずかな量ずつ増えていくこととなり、燃料電池200の発熱による温度上昇を大きく妨げることにはならない。すなわち、一般には、内部温度Tfcが所定値よりも低い場合には、冷却水を全く循環させないか或いは燃料電池200の温度上昇を大きく妨げない程度の少量だけ循環させ、一方、内部温度Tfcが所定値以上の場合には、冷却水を循環させるように、本発明の燃料電池システムを構成することができる。
上述した各実施例では、冷却水は燃料電池200内部を循環していたが、循環せずに一方方向に流通させる構成とすることもできる。具体的には、例えば、冷却水を貯蔵する冷却水タンクと、排出した冷却水を受ける廃液タンクと、冷却水を流通させるためのポンプを用意する。そして、このポンプで冷却水タンク内の冷却水を燃料電池200に供給し、燃料電池200から排出された冷却水を廃液タンクで受けるようにしてもよい。すなわち、一般には、冷却水を燃料電池200内部で流動させる任意の構成を、本発明の燃料電池システムにおいて採用することができる。
上述した第1の実施例では、冷却水としてエチレングリコールと純水との混合液(不凍液)を用いることができるものとしたが、不凍液のような液体に限らず、空気や窒素等の気体を冷却媒体として用いることができる。かかる構成では、循環用ポンプ100に代えて、換気扇を用いて冷却媒体の気体を燃料電池200内部に供給することができる。すなわち、一般には、燃料電池200を冷却可能な任意の媒体を用いることができ、また、この冷却媒体を燃料電池200内部で流動させる任意の装置を、本発明の燃料電池システムの冷却媒体流動装置として用いることができる。
上述した第1及び第2の実施例では、冷却水循環処理において、燃料電池200の出口付近に設置された温度計132によって測定された温度を用いていたが、他の任意の場所に設置された温度計(図示省略)によって測定された温度を用いることもできる。例えば、燃料電池200の内部に設置された温度計(図示省略)や、流路141において燃料電池200の入口付近に設置された温度計(図示省略)や、流路145においてラジエータ110の上流側に設置された温度計(図示省略)が測定した温度を用いることもできる。また、テンションプレートなど燃料電池200を構成する部品に外接するように設置された温度計によって測定された温度を用いることもできる。すなわち、一般には、燃料電池システム内の任意の場所に設けられた温度計によって測定された温度を、冷却水循環処理において用いることができる。
上述した実施例において、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。
110…ラジエータ
120…三方弁
132…温度計
140…冷却水循環路
141,142,143,145…流路
144…バイパス流路
150…制御ユニット
152…CPU
152a…循環制御部
200…燃料電池
1000…燃料電池システム
Claims (2)
- 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池を冷却するための冷却媒体が流動可能な冷却媒体流路と、
前記冷却媒体流路において、前記冷却媒体を流動させるための冷却媒体流動装置と、
前記冷却媒体流動装置の運転を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの始動時において、前記燃料電池の始動時温度が所定値よりも低い場合には前記冷却媒体流路において前記冷却媒体を流動させず、前記始動時温度が前記所定値以上の場合には前記冷却媒体流路において前記冷却媒体を流動させる始動モード運転を、前記冷却媒体流動装置に行わせるように制御し、
前記冷却媒体は高温になるほど粘度が低くなって流動され易くなる媒体であり、
前記制御部は、前記冷却媒体流動装置に前記始動モード運転を行わせるために、前記冷却媒体流動装置の出力が所定の第1の出力となるように前記冷却媒体流動装置を制御し、
前記第1の出力は、前記燃料電池における温度が前記所定値よりも低い場合には前記冷却媒体が前記冷却媒体流路において流動せず、前記燃料電池における温度が前記所定値以上の場合には前記冷却媒体が前記冷却媒体流路において流動する出力である、燃料電池システム。 - 燃料電池と、前記燃料電池を冷却するための冷却媒体が流動可能な冷却媒体流路と、前記冷却媒体流路において、前記冷却媒体を流動させるための冷却媒体流動装置と、を備える燃料電池システムにおいて前記冷却媒体流動装置の運転を制御するための方法であって、
(a)前記燃料電池システムの始動時において、前記燃料電池の始動時温度が所定値よりも低い場合には前記冷却媒体流路において前記冷却媒体を流動させず、前記始動時温度が前記所定値以上の場合には前記冷却媒体流路において前記冷却媒体を流動させる始動モード運転を、前記冷却媒体流動装置に行わせるように制御する工程を備え、
前記冷却媒体は高温になるほど粘度が低くなって流動され易くなる媒体であり、
前記工程(a)は、前記冷却媒体流動装置に前記始動モード運転を行わせるために、前記冷却媒体流動装置の出力が所定の第1の出力となるように前記冷却媒体流動装置を制御する工程を含み、
前記第1の出力は、前記燃料電池における温度が前記所定値よりも低い場合には前記冷却媒体が前記冷却媒体流路において流動せず、前記燃料電池における温度が前記所定値以上の場合には前記冷却媒体が前記冷却媒体流路において流動する出力である、冷却媒体流動装置制御方法。
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