JP2010073461A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
【課題】簡素な構造で、圧縮機の駆動用モータを冷却する低コストな冷却装置を備える燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料極に燃料ガスを供給し、酸化剤極に酸化剤ガスを供給することによって発電する燃料電池2と、燃料電池2に供給される酸化剤ガスが流れる供給流路11と、燃料電池2から排出される酸化剤ガスオフガスが流れる排出流路12と、供給流路11に設けられ、酸化剤ガスを燃料電池2に圧送する圧縮機14と、圧縮機14を駆動するモータM1と、圧縮機14によって圧縮された酸化剤ガスを冷却する冷却手段17と、圧縮機14によって燃料電池2に供給される酸化剤ガスの流れを制御する制御装置7とを備え、酸化剤ガスオフガスが圧縮機14を駆動するモータM1に導入されてモータM1を冷却する。
【選択図】 図1A fuel cell system including a low-cost cooling device that cools a motor for driving a compressor with a simple structure.
A fuel cell that generates power by supplying a fuel gas to a fuel electrode and supplying an oxidant gas to an oxidant electrode; a supply flow path for flowing an oxidant gas supplied to the fuel cell; A discharge flow path 12 through which the oxidant gas off-gas discharged from the fuel cell 2 flows, a compressor 14 that is provided in the supply flow path 11 and pumps the oxidant gas to the fuel cell 2, and a motor M1 that drives the compressor 14 The cooling means 17 for cooling the oxidant gas compressed by the compressor 14 and the controller 7 for controlling the flow of the oxidant gas supplied to the fuel cell 2 by the compressor 14 are provided, and the oxidant gas off-gas is compressed. It is introduced into the motor M1 that drives the machine 14 to cool the motor M1.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、燃料電池システムの冷却に関する。 The present invention relates to cooling of a fuel cell system.
燃料電池では、燃料には水素、酸化剤としては酸素を含む空気が用いられ、水素は燃料側電極の触媒の作用によって水素イオンと電子に分離され、分離された電子が外部負荷を移動し電力として取り出される。水素イオンは電解質膜を通して酸化剤極に移動し、酸化剤側電極の触媒の作用で水素イオンと外部の負荷を回ってきた電子と酸素が結合して水が生成される。 In a fuel cell, hydrogen containing hydrogen and oxygen containing oxygen as the oxidant are used. Hydrogen is separated into hydrogen ions and electrons by the action of the catalyst on the fuel side electrode, and the separated electrons move through an external load to generate power. As taken out. Hydrogen ions move to the oxidant electrode through the electrolyte membrane, and water is generated by combining hydrogen ions, electrons that have traveled around the external load, and oxygen by the action of the catalyst on the oxidant side electrode.
このような、燃料電池システムにおいては、酸化剤ガスとしての空気を燃料電池システムに供給するために空気圧縮機が用いられ、空気圧縮機は、燃料ガスの供給量又は発電量に基づいて必要空気量が算出され、この必要空気流量が供給されるように空気圧縮機を駆動するモータの回転速度が制御されている。そして特許文献1に記載されているように空気圧縮機によって所定の運転圧まで加圧され高温になった空気が燃料電池から排出される空気(酸化剤ガスオフガス)と熱交換される空冷式熱交換器と、水を冷媒とする水冷式熱交換器とを経て適温まで冷却され、燃料電池の空気極(酸化剤極)に供給されるものが知られている。また圧縮機の駆動のために高温となるモータを冷却するために、上記水冷式熱交換器から水を循環させたり、別個に水の循環経路を構成してモータに水を導入し冷却するものが一般に知られている。
しかしながら、特許文献1に記載された従来技術では、高負荷運転時に要求される空気の冷却能力の不足を補うために、空冷式および水冷式の2つの熱交換器が設けられている。特に水冷式熱交換器は、高負荷運転時よりも使用頻度がはるかに高い通常運転時には過剰な冷却能力であるにもかかわらず複雑なシステム構成や制御が必要であり、コスト高を招くという問題がある。また一般的に圧縮機の駆動用モータを冷却するために利用される水冷式の冷却装置もラジエータ、配管及び冷却水ポンプ等を必要とし、コストが高くなるという問題がある。
However, in the prior art described in
本発明は、簡素な構造で、圧縮機の駆動用モータを冷却する低コストな冷却装置を備える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 provide a fuel cell system having a simple structure and a low-cost cooling device that cools a motor for driving a compressor.
上記の課題を解決するため、請求項1に係る発明の構成上の特徴は、燃料極に燃料ガスを供給し、酸化剤極に酸化剤ガスを供給することによって発電する燃料電池と、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスが流れる供給流路と、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスオフガスが流れる排出流路と、前記供給流路に設けられ、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に圧送する圧縮機と、前記圧縮機を駆動するモータと、前記圧縮機によって圧縮された前記酸化剤ガスを冷却する冷却手段と、前記圧縮機によって前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの流れを制御する制御装置と、を備え、前記酸化剤ガスオフガスが前記圧縮機を駆動する前記モータに導入されて前記モータを冷却することである。
In order to solve the above-described problem, the structural feature of the invention according to
請求項2に係る発明の構成上の特徴は、請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、前記冷却手段により冷却された前記酸化剤ガスの温度を検出する温度センサを前記供給流路にさらに備え、前記温度センサによって検出された前記酸化剤ガス温度が所定の温度を超えた場合に、検出された温度に応じて前記制御装置が前記圧縮機を駆動する前記モータの回転を制御して前記圧縮機内の前記酸化剤ガスの温度を調整することである。 According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the first aspect, the supply flow path further includes a temperature sensor that detects a temperature of the oxidant gas cooled by the cooling means. When the oxidant gas temperature detected by the temperature sensor exceeds a predetermined temperature, the control device controls the rotation of the motor that drives the compressor according to the detected temperature to compress the compression Adjusting the temperature of the oxidant gas in the machine.
請求項3に係る発明の構成上の特徴は、請求項1または請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、前記冷却手段が前記酸化剤ガスオフガスとの間で熱交換する熱交換器であり、前記熱交換器によって熱交換された前記酸化剤ガスオフガスが前記圧縮機を駆動する前記モータに導入されて前記モータを冷却することである。
The structural feature of the invention according to
請求項4に係る発明の構成上の特徴は、請求項3に記載の燃料電池システムにおいて、前記熱交換器により熱交換される前記酸化剤ガスオフガスを冷却するための冷却器を前記排出流路に備えることである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the third aspect, a cooler for cooling the oxidant gas off-gas heat-exchanged by the heat exchanger is provided in the discharge channel. It is to prepare.
上記のように構成した請求項1に係る発明においては、酸化剤ガスオフガスが圧縮機を駆動するモータに導入され、熱交換してモータを冷却するので、水冷式の冷却装置を設けなくともよい。これにより水冷式の冷却装置を設けるために必要であった配管類、ラジエータ、冷却水ポンプ及び制御システム等の一部が不要となりコスト低減を図ることができるとともに、システムの小型化を図ることができる。
In the invention according to
上記のように構成した請求項2に係る発明においては、冷却手段により冷却された酸化剤ガスの温度を検出する温度センサが供給流路に備えられ、温度センサによって検出された酸化剤ガス温度が所定の温度(例えば100℃)より高いときには、検出された温度に応じて圧縮機を駆動するモータの回転を制御し、酸化剤ガスの温度上昇を抑制する制御が行なわれる。これにより水冷式の冷却装置がなくても、燃料電池に適温を超える高温の酸化剤ガスが供給されることを防止でき、発電効率の維持、及び信頼性の向上が図られる。
In the invention according to
上記のように構成した請求項3に係る発明においては、酸化剤ガスが酸化剤ガスオフガスと冷却手段である熱交換器によって熱交換され適温に冷却される。そして、酸化剤ガスと熱交換され温度上昇した酸化剤ガスオフガスは、圧縮機を駆動するモータに導入され、熱交換してモータを冷却するので、水冷式の冷却装置を設けなくともよい。これにより酸化剤ガス冷却用および圧縮機を駆動するモータ冷却用の水冷式の冷却装置を設けるために必要であった配管類、ラジエータ、冷却水ポンプ及び制御システム等の一部が不要となり、さらにコスト低減を図ることができるとともに、システムの一層の小型化を図ることができる。
In the invention according to
上記のように構成した請求項4に係る発明においては、熱交換器により熱交換される酸化剤ガスオフガスを冷却するため排出流路上に冷却器が設けられる。これにより酸化剤ガスオフガスは熱交換器に導入される前に一層低温化されるため、酸化剤ガス及び圧縮機の駆動用モータを確実に冷却でき、信頼性が向上される。
In the invention which concerns on
以下、図面を参照して、本発明に係る燃料電池システムの第1の実施形態について説明する。図1は、燃料電池システム1の構成図である。 本実施形態の燃料電池システム1は、燃料電池自動車(FCHV)、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両に適用できるが、もちろん車両のみならず各種移動体(例えば、船舶や飛行機、ロボットなど)や定置型電源にも適用可能である。
Hereinafter, a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a
燃料電池システム1は、燃料電池2と、酸化剤ガスとしての空気(酸素)を燃料電池2に供給する酸化剤ガス配管系3と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池2に供給する燃料ガス配管系4と、外気温センサ51、圧力センサP1、温度センサ48等からの検出データに基づいて圧縮機14を駆動するモータM3の回転数等を制御する制御装置7と、を備えている。
The
燃料電池2は、例えば固体高分子電解質型で構成され、多数の単セルを積層したスタック構造を備えている。単セルは、イオン交換膜(例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等)からなる電解質の一方の面に酸化剤極(カソード)を有し、他方の面に燃料極(アノード)を有し、さらに酸化剤極及び燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有している。一方のセパレータの酸化剤ガス流路2aに酸化剤ガスが供給され、他方のセパレータの燃料ガス流路2bに燃料ガスが供給される。供給された燃料ガス及び酸化剤ガスの電気化学反応により、燃料電池2は電力を発生する。燃料電池2での電気化学反応は発熱反応であり、固体高分子電解質型の燃料電池2の温度は、およそ60〜80℃となる。
The
酸化剤ガス配管系3は、燃料電池2に供給される酸化剤ガスが流れる供給流路11と、燃料電池2から排出された酸化剤ガスオフガスが流れる排出流路12とを有している。
The oxidant
供給流路11の下流端は酸化剤ガス流路2aの上流端に連通し、排出流路12の上流端は酸化剤ガス流路2aの下流端に連通している。酸化剤オフガスは、燃料電池2の電池反応により生成された水分を含むため高湿潤状態となっている。
The downstream end of the
供給流路11には、上流から順番にエアクリーナ13を介して酸化剤ガス(外気)を取り込む圧縮機14と、圧縮機14によって圧縮され高温(例えば130℃)となった酸化剤ガスを、燃料電池2から排出される酸化剤ガスオフガス(例えば70℃)と熱交換して冷却する冷却手段としての熱交換器8と、熱交換器8の出口温度を検出するための温度センサ48と、圧縮機14によって燃料電池2に圧送される酸化剤ガスを加湿する加湿器15と、が設けられている。加湿器15は、圧縮機14の下流部と、排出流路12との間に設けられ、供給流路11を流れる低湿潤状態の酸化剤ガスと、排出流路12を流れる高湿潤状態の酸化剤オフガスとの間で水分交換を行い、燃料電池2に供給される酸化剤ガスを適度に加湿する。
In the
排出流路12は上流から順番に燃料電池2内の酸化剤ガス圧力を検出する圧力センサP1と、燃料電池2に供給される酸化剤ガスの背圧を調圧する調圧弁16と、加湿器15と、酸化剤ガスオフガスの冷却のための冷却器40と、供給流路11を流れる酸化剤ガスと酸化剤ガスオフガスとの間で熱交換し酸化剤ガスを冷却するための熱交換器8と、圧縮機14の駆動モータM1と、マフラー9とが設けられている。
The
調圧弁16は、例えばステップモータで駆動されるバタフライ弁等で構成され、制御装置7に電気的に接続されている。調圧弁16の弁開度は、制御装置7によって、任意の範囲で調整可能に構成されている。
The
燃料ガス配管系4は、水素供給源21と、水素供給源21から燃料電池2に供給される水素ガスが流れる供給路22と、未使用の水素ガスが流れる排出路23と、排出路23に接続されたパージ路25と、を有している。パージ路25には、水素オフガスを水素希釈器(図示省略)に排出するためのパージ弁33が設けられている。元弁26を開くことで水素供給源21から供給路22に流出した水素ガスは、調圧弁27その他の減圧弁、及び遮断弁28を経て、燃料電池2に供給される。
The fuel
制御装置7は、内部にCPU,ROM,RAMを備えたマイクロコンピュータとして構成される。CPUは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して、運転の制御など、種々の処理や制御を行う。ROMは、CPUで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。RAMは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。
The
制御装置7は、ガス系統(3,4)に用いられる圧力センサ(P1)及び温度センサ(48)、燃料電池システム1が置かれる環境の外気温を検出する外気温センサ51、並びに、車両のアクセル開度を検出するアクセル開度センサ(図略)などの各種センサからの検出信号を入力し、燃料電池システム1を流通する酸化剤ガスの流れを制御する各構成要素(圧縮機14及び調圧弁16など)に制御信号を出力する。
The
次に本実施形態に係る通常運転時におけるシステムの動作について、図1を参照しながら説明する。図1に示すように本燃料電池システム1を用いた車両において、負荷が高くない、例えば平坦な道路を運転している通常運転時には、運転者が図示しないアクセルを踏むことにより、踏んだアクセル開度が図略のアクセル開度センサによって検出され、検出された値が制御装置7に送信される。
Next, the operation of the system during normal operation according to the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, in a vehicle using the
制御装置7は送信された検出データに基づき、燃料電池2での必要な発電量を導出し、導出された発電量に基づいて燃料電池2に供給すべき酸化剤ガスの供給量が導出される。
The
制御装置7は、導出された必要酸化剤ガス量データに基づき、圧縮機14の駆動用モータM1の回転数を制御し、エアクリーナ13を介して必要量の酸化剤ガスを燃料電池2の酸化剤極に供給する。圧縮機14に圧縮され吐出された酸化剤ガスは温度が例えば約130℃まで上昇する。そして圧縮機14から吐出された酸化剤ガスは熱交換器8に導入される。
The
熱交換器8に導入された酸化剤ガスは、酸化剤ガスオフガスと熱交換され、例えば100℃以下に冷却される。ここで熱交換される酸化剤ガスオフガスには燃料電池2から排出された後、冷却ファンを備えた放熱器等の冷却器40で放熱されてさらに冷却された酸化剤ガスオフガスが利用される。なお冷却器40を設けることなく酸化剤ガスオフガスを直接、熱交換機8で熱交換してもよい。また、酸化剤ガスの冷却は、酸化剤ガスオフガスとの熱交換によるものに限らず、例えば水冷式熱交換器やラジエータなどを冷却手段17として使用することもできる(図3参照)。酸化剤ガスは熱交換器8の下流に設けられた温度センサ48によって温度が検出され検出された温度が制御装置7に送信される。
The oxidant gas introduced into the heat exchanger 8 is heat-exchanged with the oxidant gas off-gas and cooled to, for example, 100 ° C. or lower. Here, the oxidant gas off-gas that has been discharged from the
制御装置7は、温度センサ48によって検出された温度が所定の温度、例えば100℃以下であれば適温であると判断する。そして酸化剤ガスは加湿器15に導入され加湿され、酸化剤ガスオフガスと熱交換されて、さらに温度が例えば80℃以下まで冷却され燃料電池2の酸化剤極に供給される。
The
また熱交換器8で酸化剤ガスと熱交換されて、例えば100℃まで昇温された酸化剤ガスオフガスは熱交換器8を通過したのち圧縮機14の駆動用モータM1に設けられた冷却のための内部空間(図略)に導入される。該内部空間には放熱を効率よく行うため、複数のフィンが設けられている。そして酸化剤ガスオフガスが、フィンの表面に接触しながら酸化剤ガスオフガスよりも温度の高い、例えば約130℃となった駆動用モータM1と熱交換され駆動用モータM1を冷却する。そして熱交換され昇温された酸化剤ガスオフガスは、マフラー9を通過して大気に放出される。ここで、酸化剤ガスが酸化剤ガスオフガスと熱交換されず冷却手段17により冷却される場合は、図3に示したように燃料電池2から排出される酸化剤ガスオフガスは直接圧縮機14の駆動用モータM1に導入されて駆動用モータM1を冷却する。なおこの場合、駆動用モータM1を冷却する酸化剤ガスオフガスは、燃料電池2から排出された後冷却ファンを備えた放熱機等の冷却器40を通過し、その後駆動用モータM1に導入されてもよい。
Further, the oxidant gas off-gas which has been heat-exchanged with the oxidant gas in the heat exchanger 8 and has been heated to, for example, 100 ° C. passes through the heat exchanger 8 and is then cooled for the cooling provided in the driving motor M1 of the
供給流路11を通って、燃料電池2の酸化剤極に供給された適温の酸化剤ガスは水素極に供給された水素と交換膜を介して反応し発電される。
The oxidant gas at an appropriate temperature supplied to the oxidant electrode of the
次に車両が急な坂道を登るとき等の高負荷環境で走行を続けた場合の本実施形態に係る作動について説明する。車両が高負荷環境で運転を行なうときは、通常運転時に比べ、より多くの酸化剤ガスを燃料電池2に圧送する必要があり、圧縮機14の回転数を上げて制御を行なう。
Next, an operation according to the present embodiment when the vehicle continues traveling in a high load environment such as when the vehicle climbs a steep slope will be described. When the vehicle is operated in a high load environment, it is necessary to pump more oxidant gas to the
制御装置7は、導出された必要酸化剤ガス量データに基づき、圧縮機14の駆動用モータM1の回転数を通常運転時より高速に制御し、エアクリーナ13を介して必要量の酸化剤ガスを燃料電池2の酸化剤極に供給する。圧縮機14から吐出された高圧縮の酸化剤ガスは、通常運転時より高い温度、例えば130℃を超える温度まで上昇する恐れがある。そして圧縮機14から圧送された高温の酸化剤ガスは熱交換器8に導入される。
Based on the derived necessary oxidant gas amount data, the
熱交換器8に導入された酸化剤ガスは、燃料電池2から排出流路12を通って排出され、冷却器40で外気との間で熱交換されて冷却され熱交換器8に導入される酸化剤ガスオフガスと熱交換され、加湿器15に送出される。このとき熱交換器8の下流に設けられた温度センサ48によって、送出された酸化剤ガスの出口温度が検出され制御装置7に送信される。
The oxidant gas introduced into the heat exchanger 8 is discharged from the
制御装置7は、検出された温度が所定の温度、例えば100℃を超える温度であれば、燃料電池2にとって適温ではないと判断して酸化剤ガスの冷却のため下記制御を実行する。
If the detected temperature exceeds a predetermined temperature, for example, 100 ° C., the
制御装置7は、圧縮機14の駆動モータM1の回転数を下げ、モータM1の発熱量を下げることによりモータM1から圧縮機14内の酸化剤ガスに伝わる熱量を減らし酸化剤ガスの温度上昇を抑制する。制御装置7は、温度センサ48で酸化剤ガス温を検出しながら、フィードバック制御を行ない、適温(例えば100℃以下)になるまで、駆動用モータM1の回転数を徐々に下げる制御を行なう。このようにして冷却された酸化剤ガスが加湿器15に導入される。そして加湿器15でさらに酸化剤ガスオフガスと熱交換され温度が、例えば80℃以下まで下げられ燃料電池2内に供給される。なお、上記制御が行なわれた場合、圧縮機14の回転数が下げられ酸化剤ガスの供給量が必要量を下回ることとなるが、その間は図略のバッテリから不足分の電力を補う様、制御してやればよい。
The
さらに、酸化剤ガスオフガスを冷却器40により冷却させる(例えば冷却ファンを備えた放熱器に流通させて制御装置7により冷却ファンを作動させる)と、酸化剤ガスオフガスは一層冷却されるため効率的に酸化剤ガス温度を適温にすることができ、バッテリからの電力供給時間が短くてすむ。酸化剤ガスと熱交換され、例えば100℃まで温度上昇した酸化剤ガスオフガスは通常運転時と同様に圧縮機14の駆動用モータM1に設けられた冷却のための内部空間に導入され熱交換されて駆動モータM1の冷却を行なう。そして、昇温された酸化剤ガスオフガスは、マフラー9を通過して大気に放出される。
Further, when the oxidant gas off-gas is cooled by the cooler 40 (for example, when the cooling fan is operated by the
次に上記酸化剤ガス温の制御について図2のフローチャート1に基づき説明する。図2に示すように、ステップS10にて制御がスタートし、ステップS11にて熱交換器8の出口温度tempが温度センサ48によって検出され、制御装置7に送信される。
Next, the control of the oxidant gas temperature will be described based on the
次に検出された温度tempが所定の温度である例えば100℃より高いか否かの確認を行なう。100℃以下であれば、判定用flagは0のままとし、100℃より高ければ、flagを1とする(ステップS12)。 Next, it is confirmed whether or not the detected temperature temp is higher than a predetermined temperature, for example, 100 ° C. If it is 100 ° C. or lower, the determination flag remains 0, and if it is higher than 100 ° C., the flag is set to 1 (step S12).
次にステップS13でflagの確認を行い、flagが0であれば酸化剤ガス温は適温であると判断し、ステップS15に移行しプログラムを終了する。またflagが1であれば酸化剤ガス温は高すぎると判断し、圧縮機14の回転数rpmを、検出された温度tempに応じて所定量減らす制御を行なう。即ち検出された温度が、基準温度(例えば100℃)と、大きく乖離していれば、圧縮機14の回転数rpmを大きく減少させ、小さく乖離していれば圧縮機14の回転数rpmを小さく減少させて制御を行なう。
Next, in step S13, the flag is confirmed. If the flag is 0, it is determined that the oxidant gas temperature is appropriate, and the process proceeds to step S15 and the program is terminated. If the flag is 1, it is determined that the oxidant gas temperature is too high, and control is performed to reduce the rotation speed rpm of the
そして、回転数rpmを減少させる制御を行なった所定時間後ステップS11に戻り、温度センサ48が検出した温度tempを受信する。そして温度tempが例えば100℃以下になるまでフローチャート1のステップS11〜ステップS14を繰り返し、100℃以下になったところでステップS13からステップS15へ移行し制御を終了する。
And it returns to step S11 after the predetermined time which performed control which reduces rotation speed rpm, and temperature temp which
上述の説明から明らかなように、第1の実施形態においては、酸化剤ガスが酸化剤ガスオフガスと熱交換器8によって熱交換され適温に冷却される。そして、酸化剤ガスと熱交換された酸化剤ガスオフガスが、圧縮機14を駆動するモータM1に導入され、熱交換してモータM1を冷却するので、水冷式の冷却装置を設けなくともよい。これにより水冷式の冷却装置を設けるために必要であった配管類、ラジエータ、冷却水ポンプ及び制御システム等の一部が不要となり大幅にコスト低減を図ることができるとともに、システムの小型化を図ることができる。
As is clear from the above description, in the first embodiment, the oxidant gas is heat-exchanged by the oxidant gas off-gas and the heat exchanger 8 and cooled to an appropriate temperature. Then, the oxidant gas off-gas heat-exchanged with the oxidant gas is introduced into the motor M1 that drives the
また、第1の実施形態においては、排出流路12の加湿器15と熱交換器8との間に酸化剤ガスオフガスを冷却するための冷却器40が設けられる。これにより酸化剤ガスオフガスは熱交換器8に導入される前に一層低温化され、酸化剤ガス及び圧縮機14の駆動用モータM1を確実に冷却でき、信頼性が向上される。
In the first embodiment, a cooler 40 for cooling the oxidant gas off-gas is provided between the
また、第1の実施形態においては、供給流路11の熱交換器8の下流に温度センサ48が備えられ、温度センサ48によって検出された酸化剤ガス温度が所定温度(例えば100℃)より高いときには、圧縮機14を駆動するモータM1の回転数を下げ、酸化剤ガスの温度上昇を抑制する制御が行なわれる。これにより水冷式の冷却装置がなくても、燃料電池に高温の酸化剤ガスが供給されることを防止でき、信頼性の向上が図られる。
In the first embodiment, a
さらに、第1の実施形態においては、圧縮機14を駆動するモータM1の冷却用に酸化剤ガスオフガスを利用する。そのため例えばモータM1の冷却を空冷とするために車両の前部に置かなくてはいけない等の制約がない。これにより圧縮機14の搭載場所が限定されないため搭載設計の自由度が増す。また熱交換器8は通常圧縮機14の近傍に置かれるため、熱交換器8に導入された酸化剤ガスオフガスを圧縮機14の駆動用モータM1に導入するための配管は短くて済み、コスト低減を図ることができる。
Further, in the first embodiment, an oxidant gas off-gas is used for cooling the motor M1 that drives the
なお、第1の実施形態においては、供給流路11上に圧縮機14によって圧縮された酸化剤ガスを酸化剤ガスオフガスと熱交換して冷却するための冷却手段である熱交換器8が設けられ、排出流路12上に、上流から順に圧力センサP1と、調圧弁16と、加湿器15と、冷却器40と、熱交換器8と、圧縮機14を駆動するモータM1と、マフラー9とが設けられていた。そして排出流路12を流通する酸化剤ガスオフガスは冷却器40にて冷却され、冷却された酸化剤ガスオフガスが熱交換器8に導入されて、酸化剤ガスと熱交換され昇温されたのちに、圧縮機14を駆動するモータM1に導入され、モータM1を冷却した。しかしこの構成に限らず第2の実施形態として図3に示すように、供給流路11上に酸化剤ガスの冷却を行なうための、例えば水冷式熱交換器やラジエータなどによる冷却手段17を設け、排出流路12上に、上流から順に圧力センサP1と、調圧弁16と、圧縮機14を駆動するモータM1と、マフラー9とを設け、調圧弁16を通過した酸化剤ガスオフガスが直接モータM1に導入されるよう構成してもよい。
In the first embodiment, a heat exchanger 8 is provided on the
これによっても第1の実施形態と同様に、酸化剤ガスオフガスが圧縮機14を駆動するモータM1に導入され、熱交換してモータM1を冷却するので、モータM1を冷却するために水冷式の冷却装置を設けなくともよい。よって水冷式の冷却装置を設けるために必要であった配管類、ラジエータ、冷却水ポンプ及び制御システム等の一部が不要となりコスト低減を図ることができるとともに、システムの小型化を図ることができる。
Also in this manner, as in the first embodiment, the oxidant gas off-gas is introduced into the motor M1 that drives the
また、第2の実施形態においては、第1の実施形態と同様に圧縮機14を駆動するモータM1の冷却用に酸化剤ガスオフガスを利用するため、例えばモータM1の冷却を空冷とするために車両の前部に置かなくてはいけない等の制約がない。これにより圧縮機14の搭載場所が限定されないため搭載設計の自由度が増す。
In the second embodiment, the oxidant gas off-gas is used for cooling the motor M1 that drives the
1…燃料電池システム、2…燃料電池、3…酸化剤ガス配管系、4…燃
料ガス配管系、7…制御装置、8…熱交換器(冷却手段)、9…マフラー、10…熱交換器、11…供給流路、12…排出流路、14…圧縮機、15…加湿器、16…調圧弁、17…冷却手段、40…冷却器、48…温度センサ、M1…モータ(圧縮機用)。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスが流れる供給流路と、
前記燃料電池から排出される酸化剤ガスオフガスが流れる排出流路と、
前記供給流路に設けられ、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に圧送する圧縮機と、
前記圧縮機を駆動するモータと、
前記圧縮機によって圧縮された前記酸化剤ガスを冷却する冷却手段と、
前記圧縮機によって前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの流れを制御する制御装置とを備え、
前記酸化剤ガスオフガスが前記圧縮機を駆動する前記モータに導入されて前記モータを冷却することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates power by supplying fuel gas to the fuel electrode and supplying oxidant gas to the oxidant electrode;
A supply flow path through which the oxidant gas supplied to the fuel cell flows;
A discharge passage through which an oxidant gas off-gas discharged from the fuel cell flows;
A compressor provided in the supply flow path, for pumping the oxidant gas to the fuel cell;
A motor for driving the compressor;
Cooling means for cooling the oxidant gas compressed by the compressor;
A control device for controlling the flow of the oxidant gas supplied to the fuel cell by the compressor;
The fuel cell system, wherein the oxidant gas off-gas is introduced into the motor that drives the compressor to cool the motor.
前記温度センサによって検出された前記酸化剤ガス温度が所定の温度を超えた場合に、検出された温度に応じて前記制御装置が前記圧縮機を駆動する前記モータの回転を制御して前記圧縮機内の前記酸化剤ガスの温度を調整することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, further comprising a temperature sensor that detects a temperature of the oxidant gas cooled by the cooling unit in the supply channel.
When the oxidant gas temperature detected by the temperature sensor exceeds a predetermined temperature, the control device controls the rotation of the motor that drives the compressor according to the detected temperature, and the inside of the compressor And adjusting the temperature of the oxidant gas.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2008239065A JP2010073461A (en) | 2008-09-18 | 2008-09-18 | Fuel cell system |
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| JP2008239065A Pending JP2010073461A (en) | 2008-09-18 | 2008-09-18 | Fuel cell system |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018056049A (en) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | 株式会社豊田自動織機 | Fuel cell system |
| DE102018219206A1 (en) * | 2018-11-12 | 2020-05-14 | Audi Ag | Fuel cell system |
-
2008
- 2008-09-18 JP JP2008239065A patent/JP2010073461A/en active Pending
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