JP2010140678A - Fuel cell cooling system - Google Patents
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Abstract
【課題】暖機時間の短縮を図ることができる燃料電池の冷却システムを提供する。
【解決手段】燃料電池の補機20と熱交換するように冷媒を通流させて当該補機20を暖機する第3流路13と、第3流路13に冷媒を通流させるか否かを切り換える切換弁7と、補機20の下流側において冷媒の温度に基づいて切換弁7を制御し、第3流路13を通流する冷媒の流量を制御する切換弁制御手段とを備え、切換弁制御手段は、温度が補機20の凍結が解消されたと判断される所定温度を超えるまで、切換弁7を制御して第3流路13に冷媒を通流させることを特徴とする。
【選択図】図1A fuel cell cooling system capable of reducing warm-up time is provided.
A third flow path for warming up the auxiliary machine by flowing a refrigerant so as to exchange heat with the auxiliary machine of the fuel cell, and whether or not the refrigerant flows through the third flow path. And a switching valve control means for controlling the switching valve 7 on the downstream side of the auxiliary machine 20 based on the refrigerant temperature and controlling the flow rate of the refrigerant flowing through the third flow path 13. The switching valve control means controls the switching valve 7 to cause the refrigerant to flow through the third flow path 13 until the temperature exceeds a predetermined temperature at which it is determined that the freezing of the auxiliary machine 20 has been eliminated. .
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、燃料電池の冷却システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell cooling system.
近年、水素(燃料ガス、反応ガス)がアノードに、酸素を含む空気(酸化剤ガス、反応ガス)がカソードに、それぞれ供給されることで発電する固体高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell:PEFC)等の燃料電池の開発が盛んである。このような燃料電池を備えるシステムでは、燃料電池スタックを冷却するためにラジエータを用いた冷却システムが用いられている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, a polymer electrolyte fuel cell (Polymer Electrolyte Fuel Cell) that generates electricity by supplying hydrogen (fuel gas, reactive gas) to the anode and oxygen-containing air (oxidant gas, reactive gas) to the cathode, respectively. The development of fuel cells such as PEFC is active. In a system including such a fuel cell, a cooling system using a radiator is used to cool the fuel cell stack (see, for example, Patent Document 1).
この冷却システムでは、モータと燃料電池に備わる補機との間で冷媒を循環させ、モータの廃熱を利用して補機の暖機を行うようになっている。 In this cooling system, the refrigerant is circulated between the motor and the auxiliary equipment provided in the fuel cell, and the auxiliary equipment is warmed up using the waste heat of the motor.
しかしながら、前記した従来の冷却システムでは、モータと補機との間で冷媒を循環させて、補機を暖機するようになっていたので、モータの温度が上昇するまで補機の温度が上昇せず、燃料電池の温度と補機の温度とが同期して上昇しないという問題があった。
また、暖機完了の判断がいずれか遅い側が完了した段階となるため、システム全体として暖機に時間がかかるという問題があった。
However, in the above-described conventional cooling system, since the refrigerant is circulated between the motor and the auxiliary machine to warm up the auxiliary machine, the temperature of the auxiliary machine rises until the temperature of the motor rises. However, there was a problem that the temperature of the fuel cell and the temperature of the auxiliary machine did not rise synchronously.
In addition, since it is in the stage where the determination of the completion of warm-up is later, there is a problem that it takes time to warm up the entire system.
そこで、本発明は、暖機時間の短縮を図ることができる燃料電池の冷却システムを提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell cooling system capable of shortening the warm-up time.
前記目的を達成するために、本発明の燃料電池の冷却システムは、燃料電池と、この燃料電池を冷却する冷媒の熱交換を行うラジエータと、前記ラジエータから前記燃料電池へ冷媒を導入する第1流路と、前記燃料電池から前記ラジエータへ冷媒を導出する第2流路と、前記第1流路と前記第2流路とを接続し、前記ラジエータをバイパスして冷媒を通流させるバイパス流路と、冷媒を通流させるための循環ポンプと、前記バイパス流路へ冷媒を通流させるか否かを冷媒の温度に基づいて切り換えるバイパス流路切換手段と、を備えた燃料電池の冷却システムであって、一端が前記第2流路の上流側に接続されるとともに、他端が前記第2流路の下流側、前記バイパス流路、および前記バイパス流路よりも下流側となる前記第1流路のいずれかに接続され、前記燃料電池の補機と熱交換するように冷媒を通流させて当該補機を暖機する第3流路と、前記第3流路に冷媒を通流させるか否かを切り換える切換弁と、前記補機の温度を検出する第1温度検出手段と、前記第1温度検出手段にて検出される温度に基づいて前記切換弁を制御し、前記第3流路を通流する冷媒の流量を制御する切換弁制御手段と、を備え、前記切換弁制御手段は、前記第1温度検出手段にて検出される温度が、前記補機の凍結が解消されたと判断される所定温度を超える温度となるまで、前記切換弁を制御して前記第3流路に冷媒を通流させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a fuel cell cooling system according to the present invention includes a fuel cell, a radiator that performs heat exchange of a refrigerant that cools the fuel cell, and a first refrigerant that is introduced from the radiator to the fuel cell. A bypass flow for connecting a flow path, a second flow path for deriving the refrigerant from the fuel cell to the radiator, the first flow path and the second flow path, and bypassing the radiator to flow the refrigerant A cooling system for a fuel cell, comprising: a passage; a circulation pump for causing the refrigerant to flow; and a bypass passage switching means for switching whether or not the refrigerant is caused to flow to the bypass passage based on a temperature of the refrigerant. The one end is connected to the upstream side of the second flow path, and the other end is the downstream side of the second flow path, the bypass flow path, and the downstream side of the bypass flow path. Any of one flow path A third flow path for warming the auxiliary equipment by flowing a refrigerant so as to exchange heat with the auxiliary equipment of the fuel cell, and whether to let the refrigerant flow through the third flow path. A switching valve for switching, a first temperature detecting means for detecting the temperature of the auxiliary machine, and the switching valve is controlled based on the temperature detected by the first temperature detecting means to flow through the third flow path. Switching valve control means for controlling the flow rate of the refrigerant, and the switching valve control means has a predetermined temperature at which the temperature detected by the first temperature detection means is determined that the auxiliary machine has been freed from freezing. The switching valve is controlled to cause the refrigerant to flow through the third flow path until the temperature exceeds the temperature.
この燃料電池の冷却システムによれば、燃料電池の補機を暖機する第3流路は、一端が第2流路の上流側に接続されるとともに、他端が第2流路の下流側、バイパス流路、およびバイパス流路よりも下流側となる第1流路のいずれかに接続されており、切換弁制御手段によって切換弁が切り換えられると、燃料電池から排出された冷媒が第3流路に通流され、これによって燃料電池とともに補機が暖機される。これにより、燃料電池と補機との暖機が燃料電池の廃熱の利用だけで可能となる。また、燃料電池の廃熱を利用して補機を暖機することができるので、効率のよい暖機を行うことができる。これによって、システム全体としての暖機時間を短縮することができる。 According to the fuel cell cooling system, one end of the third flow path for warming up the fuel cell auxiliary device is connected to the upstream side of the second flow path, and the other end is the downstream side of the second flow path. , The bypass flow path, and the first flow path downstream of the bypass flow path. When the switching valve is switched by the switching valve control means, the refrigerant discharged from the fuel cell is third. The auxiliary flow is warmed up together with the fuel cell. As a result, the fuel cell and the auxiliary machine can be warmed up only by using the waste heat of the fuel cell. Moreover, since the auxiliary machine can be warmed up using the waste heat of the fuel cell, efficient warming up can be performed. As a result, the warm-up time of the entire system can be shortened.
また、切換弁制御手段は、第1温度検出手段にて検出される温度が、補機の凍結が解消されたと判断される所定温度を超える温度となるまで切換弁を制御して第3流路に冷媒を通流させるので、燃料電池の昇温に合わせて補機の凍結が好適に解消されることとなり、暖機時間の短縮が可能になる。 The switching valve control means controls the switching valve until the temperature detected by the first temperature detection means exceeds a predetermined temperature at which it is determined that the auxiliary machine has been frozen. Since the refrigerant is allowed to flow through, the freezing of the auxiliary device is suitably eliminated in accordance with the temperature rise of the fuel cell, and the warm-up time can be shortened.
また、本発明は、前記燃料電池の温度を検出する第2温度検出手段と、循環する冷媒の流量を制御する流量制御手段と、をさらに備え、前記第1温度検出手段にて検出される温度が、前記所定温度を超える温度となるまで、前記流量制御手段は、前記第1温度検出手段および前記第2温度検出手段にて検出された温度に基づいて、前記燃料電池の昇温速度と前記補機の昇温速度とが一致するように、循環する冷媒の流量を制御する構成とするのがよい。 The present invention further includes a second temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell, and a flow rate control means for controlling the flow rate of the circulating refrigerant, and the temperature detected by the first temperature detecting means. Until the temperature exceeds the predetermined temperature, the flow rate control means determines the rate of temperature rise of the fuel cell and the temperature based on the temperatures detected by the first temperature detection means and the second temperature detection means. It is preferable that the flow rate of the circulating refrigerant be controlled so that the temperature increase rate of the auxiliary machine matches.
この燃料電池の冷却システムによれば、補機の凍結が解消されたと判断される所定温度を超える温度となるまで、燃料電池の昇温速度と補機の昇温速度とが一致するように、循環する冷媒の流量を制御するので、無駄を抑えた効率のよい暖機を行うことができ、暖機に必要な熱容量が低減されつつ暖機が促進されて、結果的に暖機完了までの消費エネルギを削減することができる。 According to this fuel cell cooling system, the temperature increase rate of the fuel cell and the temperature increase rate of the auxiliary machine are matched until the temperature exceeds a predetermined temperature at which it is determined that the freezing of the auxiliary machine has been resolved. Since the flow rate of the circulating refrigerant is controlled, it is possible to perform efficient warm-up with reduced waste, and the warm-up is promoted while the heat capacity required for warm-up is reduced. Energy consumption can be reduced.
本発明によれば、暖機時間の短縮を図ることができる燃料電池の冷却システムが得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cooling system of the fuel cell which can aim at shortening of warm-up time is obtained.
以下、本発明の実施の形態を適宜図面を参照して説明する。
図1において、本実施形態の燃料電池の冷却システムは、図示しない燃料電池自動車(移動体)に搭載された燃料電池システム1を冷却するものであり、燃料電池システム1は、被冷却体としての燃料電池スタック2と、燃料電池スタック2のアノードに対して水素(燃料ガス、反応ガス)を給排するアノード系と、燃料電池スタック2のカソードに対して酸素を含む空気(酸化剤ガス、反応ガス)を給排するカソード系と、を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
In FIG. 1, a fuel cell cooling system according to the present embodiment cools a fuel cell system 1 mounted on a fuel cell vehicle (moving body) (not shown). The fuel cell system 1 is used as an object to be cooled.
燃料電池スタック2は、複数の固体高分子型の単セルが積層されることで構成されたスタックであり、複数の単セルは電気的に直列で接続されている。単セルは、MEA(Membrane Electrode Assembly:膜電極接合体)と、これを挟み2枚の導電性を有するアノードセパレータおよびカソードセパレータと、を備えている。
このような燃料電池スタック2には駆動用のモータMが接続されている。
The
A driving motor M is connected to the
燃料電池スタック2の内部には冷媒としての冷却水が流れる冷媒通路2aが形成され、この冷媒通路2aには、燃料電池スタック2に冷却水を循環させながら供給する冷媒循環手段が接続される。なお、冷却水としては、例えば、ロングライフクーラント等の冷却水を使用することができる。また、以下の説明で「上流」、「下流」というときは、冷却水の流れる方向を基準としている。
A
冷媒循環手段は、主として燃料電池スタック2の冷却(暖機)を行う燃料電池循環系3Aと、燃料電池スタック2に接続される補機20の暖機を行うための補機循環系3Bを備えている。
なお、燃料電池スタック2に接続される補機20としては、図示しない遮断弁、減圧弁、加湿器、エゼクタ、パージ弁、掃気ガス排出弁、気液分離器、希釈器、また、これらの機器に接続される配管やドレン配管等が挙げられる。
遮断弁は、水素タンクから燃料電池スタック2に供給される水素を遮断する弁である。
燃料電池循環系3Aは、冷却水の熱交換を行うラジエータ4と、ラジエータ4から燃料電池スタック2へ冷却水を導入する第1流路11と、燃料電池スタック2からラジエータ4へ冷却水を導出する第2流路12と、第1流路11と第2流路12とを接続し、ラジエータ4をバイパスして冷却水が通流するバイパス流路15と、冷却水を通流させるための第1流路11に設けられた循環ポンプ5と、バイパス流路15へ冷却水が通流するか否かを冷却水の温度に基づいて切り換えるバイパス流路切換手段としてのサーモスタット6と、燃料電池スタック2から排出される冷却水の温度を検出する第2温度検出手段としての第2温度センサ9と、を有している。
The refrigerant circulation means mainly includes a fuel
The
The shut-off valve is a valve that shuts off hydrogen supplied from the hydrogen tank to the
The fuel
第1流路11は、配管11a〜11cからなり、ラジエータ4からの冷却水は、配管11a、サーモスタット6および配管11bを通じて循環ポンプ5に導入され、循環ポンプ5から配管11cを通じて燃料電池スタック2へ供給される。
一方、第2流路12は、配管12a、12bからなり、燃料電池スタック2から排出された冷却水は、配管12a、補機循環系3Bの後記する切換弁7(三方弁)および配管12bを通じてラジエータ4へ導入される。
つまり、循環ポンプ5を起点として、循環ポンプ5の下流側には、配管11cを通じて燃料電池スタック2が接続され、燃料電池スタック2の下流側には、配管12aを通じて切換弁7が接続され、切換弁7の下流側には、配管12bを通じてラジエータ4が接続され、ラジエータ4の下流側には、配管11aを通じてサーモスタット6が接続され、さらに、サーモスタット6の下流側には、配管11bを通じて循環ポンプ5が接続されている。
The
On the other hand, the
That is, starting from the circulation pump 5, the
第2温度センサ9は、第2流路12の配管12aに設けられており、燃料電池スタック2から排出される冷却水の温度を検出するようになっている。そして、第2温度センサ9は、検出した温度を後記するECU(Electronic Control Unit、電子制御装置)30に送出するようになっている。第2温度センサ9の検出する温度は、燃料電池スタック2の温度と略等しいものとしている。このため、燃料電池スタック2の出口の近傍(配管12aの上流側)に第2温度センサ9を配置することが望ましい。
また、第2温度センサ9は、後記する補機循環系3Bの配管13aの上流側、つまり、補機20よりも上流側の配管13aに配置して燃料電池スタック2から排出される冷却水の温度を検出するようにしてもよい。
また、第2温度センサ9を燃料電池スタック2に取り付けて、第2温度センサ9で燃料電池スタック2の温度を直接検出するようにしてもよいし、燃料電池スタック2から排出されるアノードオフガスやカソードオフガスの温度から、燃料電池スタック2の温度を検出するように構成してもよい。
The
Further, the
Further, the
また、バイパス流路15は、燃料電池スタック2の下流側の配管12bとサーモスタット6との間に配管15aを接続することで構成されており、ラジエータ4の上流側と下流側との間、より詳しくは、燃料電池スタック2の下流側でラジエータ4の上流側と、ラジエータ4の下流側で循環ポンプ5の上流側との間が、配管15aおよびサーモスタット6によって接続される。すなわち、配管15aは、配管12bから分岐されてラジエータ4をバイパスし、通流する冷却水は、サーモスタット6を介して配管11bに合流される。
The
ラジエータ4は、配管12bを通じて通流する冷却水を介して外気と熱交換し、燃料電池スタック2の放熱を行うものである。
また、循環ポンプ5は、冷却水を図1中の右回り方向に、つまり、配管11cを通じて燃料電池スタック2の冷媒通路2aに冷却水を圧送するものであり、後記するECU30(流量制御手段)の指令によって駆動する。また、循環ポンプ5は、回転数を可変することで吐出流量の可変制御が可能であり、本実施形態では、後記するECU30の指令によって可変制御される。
The
The circulation pump 5 pumps the cooling water in the clockwise direction in FIG. 1, that is, pumps the cooling water to the
サーモスタット6は、冷却水の温度に追従して冷却水の流れる方向を制御するものであり、図示しない熱膨張体(ワックス)の熱膨張を利用した公知のワックスペレット型のものを用いることができる。サーモスタット6は、配管15aを通じて流入する冷却水の温度が、作動温度未満であるとき(主として暖機時)には、配管15aと配管11bとの間を連通し、また、流入される冷却水の温度が、作動温度以上(通常の発電を行う通常運転時)になると、配管11aと配管11bとの間を連通して、通流を切り換えるようになっている。
したがって、燃料電池スタック2の暖機運転中は、配管15aからサーモスタット6を通じて配管11bに冷却水が流れるようになっており、ラジエータ4をバイパスした冷却水の通流経路が形成されるようになっている。
The thermostat 6 controls the flow direction of the cooling water following the temperature of the cooling water, and a known wax pellet type utilizing thermal expansion of a thermal expansion body (wax) (not shown) can be used. . The thermostat 6 communicates between the
Therefore, during the warm-up operation of the
補機循環系3Bは、一端(上流端)が第2流路12の上流側に接続されるとともに、他端(下流端)が第2流路12の下流側に接続された第3流路13と、この第3流路13に冷却水を通流させるか否かを切り換える切換弁7と、補機20の下流側において冷却水の温度を検出する第1温度検出手段としての第1温度センサ8と、を有している。
The
第3流路13は、切換弁7と配管12bの下流側との間に配管13aを接続することで構成されており、燃料電池スタック2の下流側において、燃料電池スタック2から排出された冷却水を切換弁7を介して補機20に熱交換可能に通流する役割をなす。
なお、切換弁7を燃料電池スタック2の出口近傍に配置して、配管13aの上流側が燃料電池スタック2の出口近傍に近づくように構成してもよい。このように構成することによって、燃料電池スタック2を通過して暖められた冷却水を配管13aに好適に流すことができる。
配管13aの途中は、補機20に導かれており、通流する冷却水による補機20との熱交換が可能となるように、補機20の本体や補機20を構成する筐体や支持体等に接続されている。
また、配管13aの下流端は、第2流路12における配管12bにおいて、バイパス流路15の配管15aが接続される合流点15bの上流側部位に接続されている。
なお、配管13aの下流端は、ラジエータ4をバイパスした流路に接続されていればよく、合流点15bよりも下流側で配管12bに接続してもよいし、バイパス流路15の配管15aに接続してもよい。また、バイパス流路15の下流側となる第1流路11の配管11bに接続してもよい。
The
Alternatively, the switching valve 7 may be arranged in the vicinity of the outlet of the
The middle of the
Further, the downstream end of the
The downstream end of the
第1温度センサ8は、第3流路13の配管13aに設けられており、補機20と熱交換後の冷却水の温度を検出するようになっている。そして、第1温度センサ8は、検出した温度を後記するECU30に送出するようになっている。第1温度センサ8の検出する温度は、補機20の温度と略等しいものとしている。このため、補機20の近傍における配管13aに第1温度センサ8を配置することが望ましい。
なお、第1温度センサ8を補機20に取り付けて、第1温度センサ8で補機20の温度を直接検出するように構成してもよい。
The
Note that the
切換弁7は、三方弁であり、燃料電池スタック2から配管12aを通じて排出された冷却水の流れを、補機20に流す方向(図中矢印A1方向)と、補機20をバイパスして流す方向(図中矢印A2方向)とに切り換える。本実施形態では、切換弁7の切り換えを後記するECU30(切換弁制御手段)の制御により行っている。つまり、後記するようにIG40がONされた後の暖機運転時に、補機20の暖機運転が必要であるとECU30により判定されたときには、切換弁7によって冷却水が図中矢印A1方向に流れるように切り換えられて、燃料電池スタック2から排出された冷却水が配管13aを通じて補機20に供給される。これによって、補機20が暖機されるようになっている。また、後記するように補機20の暖機運転が完了したとECU30により判定されたときには、切換弁7によって冷却水が図中矢印A2方向に流れるように切り換えられて、冷却水が第2流路12側の配管12bに流れるようになっている。
The switching valve 7 is a three-way valve, and the flow of the cooling water discharged from the
ECU30は、燃料電池の冷却システムを電子制御する制御装置であり、CPU、ROM、RAM、各種インタフェイス、電子回路等を含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムにしたがって、各種機器を制御し、各種処理を実行するようになっている。
ECU30は、流量制御手段および切換弁制御手段を有している。
The
The
(燃料電池の冷却システムの動作)
次に、図2を参照して、燃料電池の冷却システムの動作を、ECU30に設定されたプログラム(フローチャート)の流れとともに説明する。
なお、IG40がONされると、図2のフローチャートに示す処理がスタートする。また、IG40のON前(初期状態)において、循環ポンプ5は停止している。そして、IG40がONされると、このON信号を検出したECU30は、循環ポンプ5を作動させ、冷却水を循環させる。これと並行してECU30は、水素タンク(不図示)から水素を、コンプレッサ(不図示)から酸素を含む空気を燃料電池スタック2に供給した後、燃料電池スタック2を発電させる。そうすると、発電にともなって、燃料電池スタック2は自己発熱し、燃料電池スタック2から排出される冷却水の温度が徐々に上昇し始める。
(Operation of fuel cell cooling system)
Next, the operation of the fuel cell cooling system will be described with reference to FIG. 2 together with the flow of a program (flow chart) set in the
When the
ステップS101において、ECU30は、第1温度センサ8にて検出した温度T1を入力して、補機20の下流側における冷却水の温度T1から補機20が解氷温度に達しているか否かを判定する。
具体的には、冷却水の温度T1が補機20の凍結が解消されたと判断される所定温度以下である場合、補機20の暖機が必要であると判定される。
ここで、所定温度とは、冷却水の温度T1がこの所定温度以下である場合に、補機20内が凍結している虞があり、補機20を暖機する必要があると判断される温度である。
なお、所定温度は事前の試験等により求められ、ECU30に予め記憶されている。
In step S101, the
Specifically, when the temperature T1 of the cooling water is equal to or lower than a predetermined temperature at which it is determined that the freezing of the
Here, the predetermined temperature is determined that there is a possibility that the interior of the
The predetermined temperature is obtained by a preliminary test or the like and stored in the
補機20を暖機する必要があると判定した場合(S101・No)、ECU30の処理はステップS102に進む。一方、補機20を暖機する必要がないと判定した場合(S101・Yes)、ECU30の処理はステップS105に進む。
When it is determined that the
ステップS102において、ECU30は、補機20経由で冷却水を循環させるべく制御を行う。すなわち、ECU30(切換弁制御手段)は、燃料電池スタック2から排出された冷却水が、図1中矢印A1方向に流れるように切換弁7を切り換え制御して、暖機運転を補機暖機モードで運転する。これによって、燃料電池スタック2から排出された冷却水(暖められた冷却水)は、配管12aから切換弁7を通じて第3流路13の配管13aに流入し、冷却水が配管13aを下流側に向けて流れるようになる。そして、この配管13aを流れる過程で、冷却水が補機20と熱交換される。
このようにして配管13aを流れた冷却水は、配管12bに合流してバイパス流路15の配管15aからサーモスタット6を経由し、配管11bから循環ポンプ5に導入される。
そして、燃料電池スタック2が暖機運転により暖まってくると、循環する冷却水の温度が上昇し始め、補機20の暖機が促進される。
In step S <b> 102, the
The cooling water that has flowed through the
When the
ステップS103において、ECU30は、第2温度センサ9で検出された温度T2を入力し、さらに、ECU30は、ステップS104において、温度T2と、先に入力した温度T1とから燃料電池スタック2の昇温速度と補機20の昇温速度とが一致するように、循環する冷媒の流量を制御する。
具体的に、ECU30(流量制御手段)は、温度T2から燃料電池スタック2側の温度上昇量ΔT2(℃/時間)を求めるとともに、温度T1から補機20側の温度上昇量ΔT1(℃/時間)を求め、これらの値から、循環ポンプ5の回転数を制御して循環する冷却水の流量を制御するようになっている。
In step S103, the
Specifically, the ECU 30 (flow rate control means) obtains the temperature rise amount ΔT2 (° C./hour) on the
ECU30は、図3に示すように、燃料電池スタック2側の温度上昇量ΔT2(℃/時間)と補機20側の温度上昇量ΔT1(℃/s)との差と、循環ポンプ5の回転数(rpm)と、の関係を表したマップを備えており、ECU30に備わる流量制御手段がこのマップに基づいて冷却水の流量を制御するようになっている。
この例では、例えば、温度上昇量ΔT2(℃/s)から温度上昇量ΔT1(℃/s)を減算した差の絶対値が大きい場合に、循環ポンプ5の回転数(rpm)が高くなるように設定され、また、これとは反対に、差が小さい場合に、循環ポンプ5の回転数(rpm)が低くなるように設定される。つまり、燃料電池スタック2側の温度上昇量ΔT2(℃/s)が補機20側の温度上昇量ΔT1よりも大きい場合には、循環ポンプ5の回転数(rpm)が高くなる側に設定され、これとは反対に、燃料電池スタック2側の温度上昇量ΔT2(℃/s)が補機20側の温度上昇量ΔT1よりも小さい場合には、循環ポンプ5の回転数(rpm)が低くなる側に設定される。
As shown in FIG. 3, the
In this example, for example, when the absolute value of the difference obtained by subtracting the temperature rise amount ΔT1 (° C./s) from the temperature rise amount ΔT2 (° C./s) is large, the rotational speed (rpm) of the circulation pump 5 is increased. On the contrary, when the difference is small, the rotational speed (rpm) of the circulation pump 5 is set to be low. That is, when the temperature rise amount ΔT2 (° C./s) on the
そして、このような制御の後、ステップS101で、補機20を暖機する必要がないと判定した場合(S101・No)、ECU30の処理は、ステップS105に進み、ECU30に備わる切換弁制御手段は、燃料電池スタック2から排出された冷却水が、図1中矢印A2方向に流れるように切換弁7を切り換え制御して、暖機運転を、補機20をバイパスした通常暖機モードで運転する。
After such control, if it is determined in step S101 that the
そして、ECU30の処理は、ステップS106に進み、ECU30に備わる流量制御手段により、循環ポンプ5の回転数が通常の回転数による制御に戻される。
その後、燃料電池スタック2が所定の温度まで上昇すると、サーモスタット6が、冷却水の温度に追従して冷却水の流れる方向を制御し、ラジエータ4を経由する循環に切り換えられる。
Then, the process of the
Thereafter, when the
以上説明した本実施形態の燃料電池の冷却システムによれば、ECU30に備わる切換弁制御手段によって切換弁7が切り換えられると、燃料電池スタック2から排出された冷却水が第3流路13に通流され、これによって燃料電池スタック2とともに補機20が暖機される。これにより、燃料電池スタック2と補機20との暖機が燃料電池スタック2の廃熱の利用だけで可能となる。また、燃料電池スタック2の廃熱を利用して補機20を暖機することができるので、効率のよい暖機を行うことができる。これによって、システム全体としての暖機時間を短縮することができる。
According to the fuel cell cooling system of the present embodiment described above, when the switching valve 7 is switched by the switching valve control means provided in the
また、ECU30に備わる切換弁制御手段は、第1温度センサ8にて検出される温度T1が、補機20の凍結が解消されたと判断される所定温度を超えるまで切換弁7を制御して第3流路13に冷却水を通流させるので、燃料電池スタック2の昇温に合わせて補機20の凍結が好適に解消されることとなり、暖機時間の短縮が可能になる。
The switching valve control means provided in the
また、ECU30に備わる流量制御手段により、補機20の凍結が解消されたと判断される所定温度を超える温度となるまで、燃料電池スタック2の昇温速度と補機20の昇温速度とが一致するように、循環ポンプ5の吐出流量を制御するので、無駄を抑えた効率のよい暖機を行うことができ、暖機に必要な熱容量が低減されつつ暖機が促進されて、結果的に暖機完了までの消費エネルギを削減することができる。
Further, the temperature increase rate of the
前記した実施形態では、切換弁7として三方弁を用いたが、これに限定されるものではなく、第2流路12の配管12bおよび第3流路13の配管13aにおける少なくとも補機20の上流側に、開閉弁をそれぞれ設けて、これらの開閉を連動させて制御することによって、前記した図1中矢印A1方向および矢印A2方向の流れが生じるように構成してもよい。
In the above-described embodiment, a three-way valve is used as the switching valve 7, but is not limited to this, and at least upstream of the
また、前記した実施形態では、ECU30に備わる流量制御手段が循環ポンプ5の吐出流量を制御するように構成したが、これに限定されるものではなく、第1流路11の配管11cに冷媒の流量を制御することが可能なバタフライ弁を配置して、このバラフライ弁のバルブの開閉角度をECU30に備わる流量制御手段で制御することによって、循環する冷却水の流量を制御するように構成してもよい。
Further, in the above-described embodiment, the flow rate control means provided in the
また、図1中矢印A1方向と矢印A2方向との両方向同時に、冷却水を流すように構成してもよい。この場合には、流量の割合を変更することのできる切換弁7’(不図示)を用いて、両方向同時に冷却水を流してもよい。 Moreover, you may comprise so that cooling water may be simultaneously flowed in both the arrow A1 direction and the arrow A2 direction in FIG. In this case, the cooling water may be allowed to flow simultaneously in both directions by using a switching valve 7 '(not shown) that can change the flow rate ratio.
1 燃料電池システム
2 燃料電池スタック
4 ラジエータ
5 循環ポンプ
6 サーモスタット(バイパス流路切換手段)
7 切換弁
8 第1温度センサ(第1温度検出手段)
9 第2温度センサ(第2温度検出手段)
11 第1流路
12 第2流路
13 第3流路
15 バイパス流路
20 補機
30 ECU(切換弁制御手段、流量制御手段)
T1 温度(補機に相当する温度)
T2 温度(燃料電池スタックに相当する温度)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
7 switching
9 Second temperature sensor (second temperature detection means)
11
T1 temperature (corresponding to auxiliary equipment)
T2 temperature (temperature corresponding to fuel cell stack)
Claims (2)
一端が前記第2流路の上流側に接続されるとともに、他端が前記第2流路の下流側、前記バイパス流路、および前記バイパス流路よりも下流側となる前記第1流路のいずれかに接続され、前記燃料電池の補機と熱交換するように冷媒を通流させて当該補機を暖機する第3流路と、
前記第3流路に冷媒を通流させるか否かを切り換える切換弁と、
前記補機の温度を検出する第1温度検出手段と、
前記第1温度検出手段にて検出される温度に基づいて前記切換弁を制御し、前記第3流路を通流する冷媒の流量を制御する切換弁制御手段と、を備え、
前記切換弁制御手段は、前記第1温度検出手段にて検出される温度が、前記補機の凍結が解消されたと判断される所定温度を超える温度となるまで、前記切換弁を制御して前記第3流路に冷媒を通流させることを特徴とする燃料電池の冷却システム。 A fuel cell, a radiator for exchanging heat of the refrigerant for cooling the fuel cell, a first flow path for introducing the refrigerant from the radiator to the fuel cell, and a second flow for deriving the refrigerant from the fuel cell to the radiator A bypass passage for connecting the passage, the first passage and the second passage, bypassing the radiator and flowing the refrigerant, a circulation pump for passing the refrigerant, and the bypass passage A bypass flow path switching means for switching whether or not the refrigerant is allowed to flow based on the temperature of the refrigerant, and a cooling system for a fuel cell,
One end of the first flow path is connected to the upstream side of the second flow path, and the other end is downstream of the second flow path, the bypass flow path, and the downstream of the bypass flow path. A third flow path that is connected to any one of the fuel cell and heats the auxiliary device by passing a refrigerant so as to exchange heat with the auxiliary device of the fuel cell;
A switching valve for switching whether to allow the refrigerant to flow through the third flow path;
First temperature detecting means for detecting the temperature of the auxiliary machine;
Switching valve control means for controlling the switching valve based on the temperature detected by the first temperature detection means and controlling the flow rate of the refrigerant flowing through the third flow path,
The switching valve control means controls the switching valve until the temperature detected by the first temperature detection means exceeds a predetermined temperature at which it is determined that freezing of the auxiliary machine has been eliminated. A cooling system for a fuel cell, characterized by causing a refrigerant to flow through a third flow path.
循環する冷媒の流量を制御する流量制御手段と、をさらに備え、
前記第1温度検出手段にて検出される温度が、前記所定温度を超える温度となるまで、
前記流量制御手段は、前記第1温度検出手段および前記第2温度検出手段にて検出された温度に基づいて、前記燃料電池の昇温速度と前記補機の昇温速度とが一致するように、循環する冷媒の流量を制御することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の冷却システム。 Second temperature detection means for detecting the temperature of the fuel cell;
A flow rate control means for controlling the flow rate of the circulating refrigerant,
Until the temperature detected by the first temperature detecting means reaches a temperature exceeding the predetermined temperature,
The flow rate control means is configured so that the temperature increase rate of the fuel cell and the temperature increase rate of the auxiliary machine coincide with each other based on the temperatures detected by the first temperature detection means and the second temperature detection means. 2. The fuel cell cooling system according to claim 1, wherein the flow rate of the circulating refrigerant is controlled.
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2008
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