JPH0275165A - 燃料電池の温度調節装置 - Google Patents
燃料電池の温度調節装置Info
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- JPH0275165A JPH0275165A JP63225301A JP22530188A JPH0275165A JP H0275165 A JPH0275165 A JP H0275165A JP 63225301 A JP63225301 A JP 63225301A JP 22530188 A JP22530188 A JP 22530188A JP H0275165 A JPH0275165 A JP H0275165A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、燃料電池の始動運転時に電池内温度をスム
ースに昇温できる温度調節装置に関する。
ースに昇温できる温度調節装置に関する。
燃料電池は電解液を含浸したマトリックスとマトリック
スを挟持した一対の燃料電極と酸化剤電極からなる単位
電池を複数個積層してスタックを構成し、このスタック
に水素リンチな燃料ガスと酸化剤としての空気とを供給
して電気化学反応を起こさせて発電する。
スを挟持した一対の燃料電極と酸化剤電極からなる単位
電池を複数個積層してスタックを構成し、このスタック
に水素リンチな燃料ガスと酸化剤としての空気とを供給
して電気化学反応を起こさせて発電する。
燃料電池が負荷に電流を供給すると、電流が増加するに
従って燃料電池の内部抵抗、燃料ガスおよび酸化剤ガス
の電極への拡散抵抗および電極反応によるエネルギ損失
が増加し、出力電圧は漸次降下するようになり、電圧降
下分のエネルギ損失は熱として放出される。また燃料電
池の電極反応は発熱反応であり電流にほぼ比例して熱が
発生する。この他電極特性の低下に伴う電圧降下分も熱
の増加をもたらす。
従って燃料電池の内部抵抗、燃料ガスおよび酸化剤ガス
の電極への拡散抵抗および電極反応によるエネルギ損失
が増加し、出力電圧は漸次降下するようになり、電圧降
下分のエネルギ損失は熱として放出される。また燃料電
池の電極反応は発熱反応であり電流にほぼ比例して熱が
発生する。この他電極特性の低下に伴う電圧降下分も熱
の増加をもたらす。
一方燃料電池では、高効率運転を行わせるための適正運
転温度があり、例えばりん酸型燃料電池ではその適正運
転温度は１９０〜１９５℃である。この適正運転温度を
保つには燃料電池の運転起動確立後発型に伴う燃料電池
の自己発熱が利用されるが、前述のごとく、電流の増加
によって過度な温度上昇を招くことがあるので、これを
抑えるため第３図に示す系統図の如く、燃料電池本体内
熱交換器を通過して外部を循環する熱媒体の冷却系を設
けている。
転温度があり、例えばりん酸型燃料電池ではその適正運
転温度は１９０〜１９５℃である。この適正運転温度を
保つには燃料電池の運転起動確立後発型に伴う燃料電池
の自己発熱が利用されるが、前述のごとく、電流の増加
によって過度な温度上昇を招くことがあるので、これを
抑えるため第３図に示す系統図の如く、燃料電池本体内
熱交換器を通過して外部を循環する熱媒体の冷却系を設
けている。
以下第３図にしたがって従来の冷却系と昇温系とを説明
すると、燃料電池ｌには配管で接続されている熱媒体循
環路２が設けられている。この循環路２は循環ポンプ３
．熱交換器９．熱媒体タンク５及び燃料電池内熱交換器
１７が配管で接続され、燃料電池１内で発生した熱を熱
媒体でもって、外部に放熱するように構成されている。
すると、燃料電池ｌには配管で接続されている熱媒体循
環路２が設けられている。この循環路２は循環ポンプ３
．熱交換器９．熱媒体タンク５及び燃料電池内熱交換器
１７が配管で接続され、燃料電池１内で発生した熱を熱
媒体でもって、外部に放熱するように構成されている。
さらに燃料電池１には温度センサ７を配備してその運転
温度を監視し、その温度状況に応じて制御部１５よりの
信号で、強冷却が必要なときにはファン８を回転させて
熱媒体を循環させ、また燃料電池の始動時やその温度が
基準値より低いときは昇温バーナ４を作動させて、ファ
ン８を回転し熱交換器９によって熱媒体を加熱して燃料
電池１に送りこみ、運転温度を適正に保つように制御さ
れている。
温度を監視し、その温度状況に応じて制御部１５よりの
信号で、強冷却が必要なときにはファン８を回転させて
熱媒体を循環させ、また燃料電池の始動時やその温度が
基準値より低いときは昇温バーナ４を作動させて、ファ
ン８を回転し熱交換器９によって熱媒体を加熱して燃料
電池１に送りこみ、運転温度を適正に保つように制御さ
れている。
熱媒体タンク５には、弁１３を有する排気口が取り付け
られており、タンク内部の圧力の上昇時排気できる。
られており、タンク内部の圧力の上昇時排気できる。
ところで前述のような冷却系と昇温系とを備えた燃料電
池が、冬期寒冷地では、周囲温度が例えば氷点下からの
始動運転を要求されることがあるが、前記熱媒体循環路
に使用されている熱媒体が例えばオイルを使用している
と、第４図の粘性と温度との特性図が示すように、熱媒
体の粘性は低温になるに従い急激に増大するので、循環
ポンプ３の駆動動力の増大や、熱媒体循環路２の配管サ
イズの増大や、燃料電池内や熱媒体タンク５及び熱媒体
配管路を予熱するための電気ヒータなどの昇温装置やそ
の電源などが必要になる。このため燃料電池発電装置が
大型化し、補機損も増加して例えば移動用電源などの用
途に使用される燃料電池では、小型軽量化をはばむ要因
となっていた。
池が、冬期寒冷地では、周囲温度が例えば氷点下からの
始動運転を要求されることがあるが、前記熱媒体循環路
に使用されている熱媒体が例えばオイルを使用している
と、第４図の粘性と温度との特性図が示すように、熱媒
体の粘性は低温になるに従い急激に増大するので、循環
ポンプ３の駆動動力の増大や、熱媒体循環路２の配管サ
イズの増大や、燃料電池内や熱媒体タンク５及び熱媒体
配管路を予熱するための電気ヒータなどの昇温装置やそ
の電源などが必要になる。このため燃料電池発電装置が
大型化し、補機損も増加して例えば移動用電源などの用
途に使用される燃料電池では、小型軽量化をはばむ要因
となっていた。
この発明はこの点に鑑み、周囲温度が極度に低い状態で
始動運転する場合にも、充分な昇温能力を発揮し、また
通常の運転時にも応答性のよい温度調節に支障がない燃
料電池の温度調節装置を提供することを目的とする。
始動運転する場合にも、充分な昇温能力を発揮し、また
通常の運転時にも応答性のよい温度調節に支障がない燃
料電池の温度調節装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、この発明によれば、燃料電
池内に設けられた第１の熱交換器と、バーナおよびファ
ンを具備した第２の熱交換器と、循環ポンプと、熱媒体
タンクとで構成した熱媒体循環路を備えた燃料電池の温
度調節装置において、前記第１の熱交換器の熱媒体入口
側と出口側とに弁を設け、前記熱媒体タンクと前記第２
の熱交換器出口との間に弁を介して接続された熱媒体７
ＮＪイバス路を設けるとともに、前記熱媒体循環路に弁
を介して熱媒体パージ用ガス供給源を接続するものとす
る。
池内に設けられた第１の熱交換器と、バーナおよびファ
ンを具備した第２の熱交換器と、循環ポンプと、熱媒体
タンクとで構成した熱媒体循環路を備えた燃料電池の温
度調節装置において、前記第１の熱交換器の熱媒体入口
側と出口側とに弁を設け、前記熱媒体タンクと前記第２
の熱交換器出口との間に弁を介して接続された熱媒体７
ＮＪイバス路を設けるとともに、前記熱媒体循環路に弁
を介して熱媒体パージ用ガス供給源を接続するものとす
る。
この発明の構成によると、冬期寒冷地におし）で、燃料
電池を始動させる際に、従来から備えられた燃料電池の
温度調節をする燃料電池内熱交換器に接続された熱媒体
循環路に熱媒体ノｓｌイノマス路を設けたので、第２の
熱交換器とこれに具備された／ｓｊ−ナ、ファンによっ
て昇温された熱媒体は弁の操作によって前記熱媒体バイ
パス路を通って、熱媒体供給源に入り、循環ポンプによ
って再度筒２の熱交換器に送りこまれる。この循環によ
って熱媒体は急速に昇温され、その温度が基準値に達し
たら、弁の操作で熱媒体バイパス路を閉して燃料電池１
内１の熱交換器へ供給され、燃料電池の運転温度までの
昇温に寄与する。
電池を始動させる際に、従来から備えられた燃料電池の
温度調節をする燃料電池内熱交換器に接続された熱媒体
循環路に熱媒体ノｓｌイノマス路を設けたので、第２の
熱交換器とこれに具備された／ｓｊ−ナ、ファンによっ
て昇温された熱媒体は弁の操作によって前記熱媒体バイ
パス路を通って、熱媒体供給源に入り、循環ポンプによ
って再度筒２の熱交換器に送りこまれる。この循環によ
って熱媒体は急速に昇温され、その温度が基準値に達し
たら、弁の操作で熱媒体バイパス路を閉して燃料電池１
内１の熱交換器へ供給され、燃料電池の運転温度までの
昇温に寄与する。
この燃料電池内熱交換器の配管内に停止中に周囲温度に
よって冷えて高粘性となった熱媒体が残留していては、
前述の充分に昇温した低粘性の熱媒体が始動時に供給さ
れる際、高粘性熱媒体による配管内抵抗の増大がその動
作の障害となるため燃料電池の運転停止時には、次回の
再始動時にそなえて、熱媒体が温度が高く低粘性のうち
に熱媒体パージ用ガスを弁を介して熱媒体循環路に供給
し、そのガスの圧力で熱媒体を熱媒体タンクに戻してお
く。かくしてこの発明によれば熱媒体バイパス路と熱媒
体パージ用ガス供給源とを備えることによって寒冷地に
おいても燃料電池を容易に始動させることが可能となる
。
よって冷えて高粘性となった熱媒体が残留していては、
前述の充分に昇温した低粘性の熱媒体が始動時に供給さ
れる際、高粘性熱媒体による配管内抵抗の増大がその動
作の障害となるため燃料電池の運転停止時には、次回の
再始動時にそなえて、熱媒体が温度が高く低粘性のうち
に熱媒体パージ用ガスを弁を介して熱媒体循環路に供給
し、そのガスの圧力で熱媒体を熱媒体タンクに戻してお
く。かくしてこの発明によれば熱媒体バイパス路と熱媒
体パージ用ガス供給源とを備えることによって寒冷地に
おいても燃料電池を容易に始動させることが可能となる
。
以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示す系統図で、従来例第３図と同じ部
位には同じ符号が付してあり重複の説明は省く。第１図
では熱媒体循環路２に弁３１と弁３３を設け、弁３１と
熱交換器９との間の配管より熱媒体タンク５へむけて、
弁３２を介し熱媒体バイパス路１２が設けられている。
の発明の実施例を示す系統図で、従来例第３図と同じ部
位には同じ符号が付してあり重複の説明は省く。第１図
では熱媒体循環路２に弁３１と弁３３を設け、弁３１と
熱交換器９との間の配管より熱媒体タンク５へむけて、
弁３２を介し熱媒体バイパス路１２が設けられている。
寒冷地での低い周囲温度から燃料電池の始動をするには
、まず弁３Ｌ３３を閉じ、弁３２を開けて循環ポンプ３
とバーナ４を作動させる。か（することで低温度に放置
され高粘性となっている熱媒体は燃料電池内熱交換器１
７を経由せずに、配管長の短いバイパス路１２を循環し
て加熱することになる。
、まず弁３Ｌ３３を閉じ、弁３２を開けて循環ポンプ３
とバーナ４を作動させる。か（することで低温度に放置
され高粘性となっている熱媒体は燃料電池内熱交換器１
７を経由せずに、配管長の短いバイパス路１２を循環し
て加熱することになる。
次に熱媒体タンク５に取り付けられた熱媒体温度センサ
６で検出した温度が基準値に達したら、制御部１６の指
令により弁３２を閉じて弁３１．３３を開き、燃料電池
内熱交換器１７に熱媒体を供給して燃料電池が運転温度
に達するまで昇温をつづける。
６で検出した温度が基準値に達したら、制御部１６の指
令により弁３２を閉じて弁３１．３３を開き、燃料電池
内熱交換器１７に熱媒体を供給して燃料電池が運転温度
に達するまで昇温をつづける。
燃料電池が運転を停止する場合には、次の再始動時に支
障なく早く始動できるようにするために、熱媒体の温度
が高い間に弁３１．３２を閉じ、弁３３．３４を開けて
熱媒体パージ用ガス供給源としてのガスタンクより減圧
弁３５を介して熱媒体循環ＦＩＭ２ヘパージ用ガスを供
給し、配管中と燃料電池内熱交換器１７内にある高温の
熱媒体をパージ用ガスの圧力で熱媒体タンク５に戻して
おく。このようにすることにより熱媒体が運転停止中に
低い周囲温度で低温となり粘性が高くなって次の再始動
時に配管内抵抗の増加がもたらす障害を取り除くことが
できる。
障なく早く始動できるようにするために、熱媒体の温度
が高い間に弁３１．３２を閉じ、弁３３．３４を開けて
熱媒体パージ用ガス供給源としてのガスタンクより減圧
弁３５を介して熱媒体循環ＦＩＭ２ヘパージ用ガスを供
給し、配管中と燃料電池内熱交換器１７内にある高温の
熱媒体をパージ用ガスの圧力で熱媒体タンク５に戻して
おく。このようにすることにより熱媒体が運転停止中に
低い周囲温度で低温となり粘性が高くなって次の再始動
時に配管内抵抗の増加がもたらす障害を取り除くことが
できる。
第２図はこの発明の異なる実施例を示す系統図で第１図
に示した実施例との違いは、熱媒体パージ用ガスタンク
に代わって熱媒体パージ用コンプレッサーを設けること
により空気をパージ用ガスとして使用しかつ装置を小型
化することができる。
に示した実施例との違いは、熱媒体パージ用ガスタンク
に代わって熱媒体パージ用コンプレッサーを設けること
により空気をパージ用ガスとして使用しかつ装置を小型
化することができる。
この発明は前述のように燃料電池の温度調節装置におい
て、熱媒体循環路にバイパス路を設けて、また燃料電池
の運転停止時に熱媒体をパージ用ガスによって熱媒体タ
ンクに戻して配管内を空にすることによって、冬期寒冷
地で氷点下の周囲温度より燃料電池を始動する際に、熱
媒体の低温度。
て、熱媒体循環路にバイパス路を設けて、また燃料電池
の運転停止時に熱媒体をパージ用ガスによって熱媒体タ
ンクに戻して配管内を空にすることによって、冬期寒冷
地で氷点下の周囲温度より燃料電池を始動する際に、熱
媒体の低温度。
高粘性の状態での使用をさけられるので、燃料電池の昇
温性向上がはかられるとともに、熱媒体循環路の配管サ
イズを小型化することができる。また熱媒体の循環を駆
動する循環ポンプの動力を低くおさえることもできる。
温性向上がはかられるとともに、熱媒体循環路の配管サ
イズを小型化することができる。また熱媒体の循環を駆
動する循環ポンプの動力を低くおさえることもできる。
従来寒冷地用の機器の配管には保温とか予熱のために電
熱作用を利用してしたが、この必要もなくなり電熱装置
や電源が不要となり燃料電池発電装置の小型軽量化が達
成出来る。
熱作用を利用してしたが、この必要もなくなり電熱装置
や電源が不要となり燃料電池発電装置の小型軽量化が達
成出来る。
第１図はこの発明の実施例を示す系統図、第２図はこの
発明の異なる実施例を示す系統図、第３図は従来例を示
す系統図、第４図は熱媒体の温度と粘性の関係を示すグ
ラフである。 １：燃料電池、２：熱媒体循環路、３：循環ポンプ、４
：バーナ、５：熱媒体タンク、６：熱媒体温度センサ、
７：燃料電池温度センサ、８：ファン、９：熱交換器、
１０：熱媒体パージ用ガスタンク、１１：熱媒体パージ
用コンプレッサ、１２：熱媒体バイパス路、１３，３１
，３２，３３．３４ ：弁、１５．１６ ：制御部、
１７：燃料電池内熱交換器、３５：減圧弁。 第３図 第４図
発明の異なる実施例を示す系統図、第３図は従来例を示
す系統図、第４図は熱媒体の温度と粘性の関係を示すグ
ラフである。 １：燃料電池、２：熱媒体循環路、３：循環ポンプ、４
：バーナ、５：熱媒体タンク、６：熱媒体温度センサ、
７：燃料電池温度センサ、８：ファン、９：熱交換器、
１０：熱媒体パージ用ガスタンク、１１：熱媒体パージ
用コンプレッサ、１２：熱媒体バイパス路、１３，３１
，３２，３３．３４ ：弁、１５．１６ ：制御部、
１７：燃料電池内熱交換器、３５：減圧弁。 第３図 第４図
Claims (1)
- １）燃料電池内に設けられた第１の熱交換器と、バーナ
およびファンを具備した第２の熱交換器と、循環ポンプ
と、熱媒体タンクとで構成した熱媒体循環路を備えた燃
料電池の温度調節装置において、前記第１の熱交換器の
熱媒体入口側と出口側とに弁を設け、前記熱媒体タンク
と前記第２の熱交換器出口との間に弁を介して接続され
た熱媒体バイパス路を設けるとともに、前記熱媒体循環
路に弁を介して熱媒体パージ用ガス供給源を接続したこ
とを特徴とする燃料電池の温度調節装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63225301A JPH0799698B2 (ja) | 1988-09-08 | 1988-09-08 | 燃料電池の温度調節装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63225301A JPH0799698B2 (ja) | 1988-09-08 | 1988-09-08 | 燃料電池の温度調節装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0275165A true JPH0275165A (ja) | 1990-03-14 |
| JPH0799698B2 JPH0799698B2 (ja) | 1995-10-25 |
Family
ID=16827197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63225301A Expired - Lifetime JPH0799698B2 (ja) | 1988-09-08 | 1988-09-08 | 燃料電池の温度調節装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0799698B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000072396A1 (de) * | 1999-05-19 | 2000-11-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Flüssigkeitsgekühlte brennstoffzellenbatterie und verfahren zum betreiben einer flüssigkeitsgekühlten brennstoffzellenbatterie |
| FR2805666A1 (fr) * | 2000-02-29 | 2001-08-31 | Valeo Thermique Moteur Sa | Dispositif de refroidissement d'un vehicule electrique alimente par une pile a combustible |
| KR100671682B1 (ko) * | 2005-09-28 | 2007-01-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | 액체연료형 연료전지 시스템의 열교환 장치 및 방법 |
| CN112242540A (zh) * | 2019-07-17 | 2021-01-19 | 丰田自动车株式会社 | 热交换器冷却系统 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7721979B2 (ja) * | 2021-06-22 | 2025-08-13 | 富士電機株式会社 | 燃料電池発電装置 |
-
1988
- 1988-09-08 JP JP63225301A patent/JPH0799698B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000072396A1 (de) * | 1999-05-19 | 2000-11-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Flüssigkeitsgekühlte brennstoffzellenbatterie und verfahren zum betreiben einer flüssigkeitsgekühlten brennstoffzellenbatterie |
| FR2805666A1 (fr) * | 2000-02-29 | 2001-08-31 | Valeo Thermique Moteur Sa | Dispositif de refroidissement d'un vehicule electrique alimente par une pile a combustible |
| KR100671682B1 (ko) * | 2005-09-28 | 2007-01-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | 액체연료형 연료전지 시스템의 열교환 장치 및 방법 |
| CN112242540A (zh) * | 2019-07-17 | 2021-01-19 | 丰田自动车株式会社 | 热交换器冷却系统 |
| JP2021017997A (ja) * | 2019-07-17 | 2021-02-15 | トヨタ自動車株式会社 | 熱交換器冷却システム |
| US11454449B2 (en) | 2019-07-17 | 2022-09-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Heat exchanger cooling system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0799698B2 (ja) | 1995-10-25 |
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