JPH0831330B2 - 燃料電池の始動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明はりん酸燃料電池の始動装置、特に電池運転休
止中の保温状態から昇温する方法に係る。

（ロ） 従来技術 電池の運転休止時、りん酸電動液の変質を防止するた
め電池は熱源により50〜80℃に保温されている。

この電池（１）の始動時、保温温度から電池反応熱に
よる昇温可能な約120〜130℃まで昇温する際第４図に示
すよう冷却媒体を熱交換器（３）もしくは加熱器で加熱
し、加熱媒体として電池に循環供給することにより昇温
が行われる。しかし、始動開始時、循環経路の媒体温度
は常温であり、熱交換器もしくは加熱器で加熱しても循
環管路で吸熱されるため昇温初期において電池入口の加
熱媒体温度は電池温度よりも低い。そのため逆に媒体に
より電池熱が奪われて電池温度が保温温度よりも低下す
ることになり、マトリックス中のりん酸電解液が変質し
て特性に悪影響を及ぼすという問題があつた。

（ハ） 発明の目的 本発明は電池始動時における前記問題点を解消し、電
池温度を保温温度より低下させることなく昇温を行うこ
とを目的とする。

（ホ） 構成 本発明の燃料電池の始動方法は、燃料電池と、前記燃
料電池に設けられた第１温度検出器と、前記燃料電池の
始動昇温時に用いる媒体と、前記燃料電池に燃料を供給
する入口管と、前記入口管に設けられた入口弁と、前記
燃料電池から排ガスを放出する出口管と、前記出口管に
設けられた出口弁と、前記入口管と前記出口管とを連通
するバイパス管路と、前記入口管と前記出口管とを繋ぐ
循環経路と、前記循環経路に設けられた第２温度検出器
と、前記各温度検出器からの信号に基づき前記各弁を作
動制御する制御器とを有する燃料電池システムを用い、
前記燃料電池の作動時、前記媒体を、前記入口管を介し
て、前記燃料電池に循環供給し、前記燃料電池の始動
時、前記媒体の温度を、前記第２温度検出器により検出
し、前記第１温度検出器により検出された前記燃料電池
の温度より、前記媒体の温度が高くなるまで、前記媒体
を、前記燃料電池を通過させず、前記バイパス管路に通
らせて循環させるよう、前記制御器により、前記各弁開
閉することを特徴とする。

（ヘ） 実施例 本発明の実施例を図について説明する。

電池（１）は多数のセル積重体で構成されるが、第１
図の分離冷却方式では反応ガスと独立的に冷却媒体（例
えば空気）の循環経路（２）を有し、電池作動時反応熱
を奪つて高温となつた排気媒体は熱交換器（３）で冷却
されてブロワ（４）により再び電池に送られ、電池を規
定作動温度（約190℃）に保つ。

電池の運転休止状態より始動する場合先づ保温温度
（50〜80℃）から反応熱による昇温可能な温度（120〜1
30℃）まで昇温するが、この場合熱交換器（３）に水の
代りにスチームを通し、冷却媒体を加熱媒体として電池
（１）に循環供給することになる。しかし、昇温初期熱
交換器（３）で加熱しても電池に供給される加熱媒体の
温度は電池温度よりも低い。

本発明では加熱媒体の入口管（５）と出口管（５′）
間を結ぶバイパス管路（６）とこのバイパス管路（６）
を作動させる切換弁（７）（７′）（８）とを設け、第
１温度検出器（９）及び第２温度検出器（10）で夫々検
出された電池温度（ｔ）と循環経路の加熱媒体温度
（ｔ′）とを検出して制御器（11）に入力し、両温度信
号を比較して、弁（７）（７′）（８）を制御する。

昇温初期電池入口弁（７）及び出口弁（７′）が閉、
バイパス弁（８）が開状態にあるので、加熱媒体は電池
を通ることなくバイパス管路（６）を通つて循環し、加
熱媒体温度電池温度に達すれば、制御器（11）からの
出力信号により入口及び出口弁（７）（７′）を開、バ
イパス弁（８）を閉に切換え制御し、通常の如く電池に
循環する加熱媒体により昇温が行われる。

電池温度が120〜130℃に達すると各反応ガスを電池に
供給し、電池反応熱を利用して負荷（ダミー）昇温に入
る。電池温度が規定の作動温度に達すると正規の負荷へ
給電を開始し、運転状態に入る。

第２図の実施例は冷却媒体が冷却ガスと反応ガスを兼
ねる空気を用いた場合で、電池運転中冷却媒体（空気）
は電池の冷却通路と空気極に分流し、空気極に供給され
た空気は、燃料極に供給された燃料ガスとの間で電池反
応に用いられると同時に冷却通路を流れる大部分の空気
は反応熱を奪つて電池を冷却する。

この際、電池（１）からの排空気はダンパー（12）に
より外部排出流と循環流とに配分され、この循環流は外
部排出流に見合つて外部より導入された新鮮空気と共に
ブロワ（４）で電池（１）に送られる。この新鮮空気に
より空気中の酸素分圧の低下を補うと共に電池への供給
空気温度を下げて電池を冷却する。

電池の始動時冷却媒体を加熱媒体として用いる点で第
１図実施例と同様であるが、この際はダンパー（12）で
外部排出流を遮断して後導入弁（13）を閉じ、ブロワ
（４）による媒体流を始動ヒーター（14）で加熱して電
池に循環供給する。

尚、空気極に加熱空気が供給されても燃料極側は休止
中と同様窒素ガスで置換されているので、電池反応は起
らない。

昇温初期加熱媒体温度（ｔ′）が電池温度（ｔ）より
低い間は、加熱媒体が電池（１）を通ることなくバイパ
ス管路（６）を通り、（ｔ′）（ｔ）となつた時点を
検出して電池（１）に通るよう切換える構成について
は、第１図実施例と同一であるので、その説明は省略す
る。

第３図（イ）（ロ）は、前記実施例の弁（７）
（７′）（８）の代りに、一対のバタフライ弁（15）
（15′）を用い、バイパス管路（６）を不作動状態及び
作動状態に夫々切換えた場合の模式図である。

（ホ） 効果 本発明によれば運転休止の保温状態より電池始動時の
昇温に際し、運転時の冷却媒体を加熱媒体として用いる
ものであつて、始動初期加熱媒体の温度が電池保温温度
より高くなるまで、媒体が電池を通ることなくバイパス
管路を循環するよう制御されるので、電池温度がその保
温温度より低下するのを阻止し、電解質の変質による電
池特性の劣下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で使用された燃料電池システムのブロッ
ク図、第２図は同じく他実施例を示すブロック図、第３
図（イ）（ロ）は他実施例で使用された燃料電池システ
ムを示す要部拡大図、第４図は従来電池のブロック図で
ある。 （１）……電池、（３）（14）……熱交換器もしくは加
熱器、（４）……ブロワ、（６）……バイパス管路、
（７）（７′）（８）及び（15）（15′）……切換弁、
（９）（10）……温度検出器、（11）……制御器、（1
2）……ダンパー、（13）……導入弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 英貴 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−212777（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料電池（１）と、前記燃料電池（１）に
   設けられた第１温度検出器（９）と、前記燃料電池
   （１）の始動昇温時に用いる媒体と、前記燃料電池
   （１）に燃料を供給する入口管（５）と、前記入口管
   （５）に設けられた入口弁（７、15）と、前記燃料電池
   （１）から排ガスを放出する出口管（５′）と、前記出
   口管（５′）に設けられた出口弁（７′、15′）と、前
   記入口管（５）と前記出口管（５′）とを連通するバイ
   パス管路（６）と、前記入口管（５）と前記出口管
   （５′）とを繋ぐ循環経路（２）と、前記循環経路
   （２）に設けられた第２温度検出器（10）と、前記各温
   度検出器（９、10）からの信号に基づき前記各弁（７、
   ７′、15、15′）を作動制御する制御器（11）とを有す
   る燃料電池を用い、 前記燃料電池（１）の作動時、前記媒体を、前記入口管
   （５）を介して、前記燃料電池（１）に循環供給し、 前記燃料電池（１）の始動時、前記媒体の温度を、前記
   第２温度検出器（10）により検出し、前記第１温度検出
   器（９）により検出された前記燃料電池（１）の温度よ
   り、前記媒体の温度が高くなるまで、前記媒体を、前記
   燃料電池（１）を通過させず、前記バイパス管路（６）
   を通らせて循環させるよう、前記制御器（11）により、
   前記各弁（７、７′、15、15′）を開閉することを特徴
   とする燃料電池の始動方法。
2. 【請求項２】前記媒体が反応ガスと分離して独立的に循
   環供給される冷却専用ガスであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の燃料電池の始動方法。
3. 【請求項３】前記媒体が反応ガス及び冷却ガスを兼ねる
   空気であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の燃料電池の始動方法。