CN111584898A

CN111584898A - 燃料电池系统

Info

Publication number: CN111584898A
Application number: CN202010098456.1A
Authority: CN
Inventors: 永田优作
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2020-08-25
Anticipated expiration: 2040-02-18
Also published as: NO20200180A1; JP2020136041A; CN111584898B; JP7134897B2

Abstract

提供一种能够通过简单的构成来高效地利用由多个燃料电池产生的废热的燃料电池系统。在具备多个燃料电池的燃料电池系统中，通过冷却水管线(3)对各燃料电池(2a～n)供给冷却水。在冷却水管线(3)的冷却水供给管线(3a)设有循环泵(4)，进行将冷却水分配给各燃料电池(2a～2n)的集流管(31a)的压力的调整。在燃料电池系统(1)中，通过以将集流管(31a)内的冷却水的压力保持在一定以上的方式使循环泵(4)驱动，使得即使在连结了燃料电池(2a～2n)的情况下，也以一定以上的压力供给冷却水。

Description

燃料电池系统

技术领域

实施方式涉及燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是通过氢与氧的电化学反应来进行发电的装置。燃料电池在产生电化学反应时发热。为了继续燃料电池的发电，需要将燃料电池维持在规定的温度，通过供给冷却水来进行燃料电池的冷却。

换言之，燃料电池是能够取出电能、热能的装置。该燃料电池即使是小型的燃料电池也能够高效率地运用。另外，能够连结多台小型的燃料电池，作为大型的燃料电池系统而取出较大的热量、电力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010－027366号公报

发明内容

发明要解决的课题

在连结多台燃料电池而运转的情况下，在各个燃料电池中具有散热器，在各燃料电池系统中对多余的热量进行了排热。因此，需要与所连结的燃料电池的数量相同的散热器。另外，由于也需要与散热器连接的散热用的配管，因此若需要散热器与燃料电池的数量相同，则需要较大的设置空间。另外，由于散热器的数量变多，因此在散热器单体中不会成为问题的噪声也成为了问题。

本实施方式的燃料电池系统是为了解决上述那样的现有技术的问题点而提出的，提供一种能够通过简单的构成来高效地利用由多个燃料电池产生的废热的燃料电池系统。

用来解决课题的手段

本实施方式的燃料电池系统具备多个燃料电池，其特征在于，该燃料电池系统具备：冷却水管线，对各燃料电池供给冷却水，并从各燃料电池回收废热；集流管，将所述冷却水管线内的冷却水向各燃料电池供给；循环泵，进行所述冷却水管线的压力的调整；以及控制部，以将所述集流管内的冷却水的压力保持在一定以上的方式使所述循环泵驱动。

由此，能够获得可以通过简单的构成来高效地利用由多个燃料电池产生的废热的燃料电池系统。

附图说明

图1是表示本实施方式的构成的配管图。

图2是表示本实施方式的控制部的构成的框图。

图3是表示本实施方式的燃料电池系统的动作的流程图。

图4是表示本实施方式的燃料电池系统的冷却水管线的形态的配管图。

附图标记说明

1…燃料电池系统、2a～2n…燃料电池、20a～20n…冷却路、21a～21n…调流阀、22a～22n…手动阀、23a～23n…手动阀、3…冷却水管线、3a…冷却水供给管线、31a…集流管、3b…废热回收管线、4…循环泵、5…压力计、6…热交换器、7…控制部、71…压力检测部、72…存储部、73…泵控制部、74…泵动作指示部

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行说明。对附图中的相同的部分标注相同的附图标记并适当省略其详细说明，对不同的部分进行说明。

[1.第一实施方式][1－1.构成]

如图1所示，本实施方式的燃料电池系统1具备燃料电池2a～2n、冷却水管线3、集流管31a、循环泵4、压力计5、热交换器6、以及控制部7。

燃料电池2a～2n是多个燃料电池，是通过氢与氧的电化学反应来进行发电的装置。燃料电池2a～2n只要为多个即可，其数量不限。在燃料电池2a～2n中，具有与冷却水管线3连接并供冷却水流动的冷却路20a～20n。在冷却路20a～20n中设置调流阀21a～21n。在燃料电池2a～2n内产生的热量向在冷却路20a～20n中流动的冷却水传递。为了高效地进行排热，需要调整在冷却路20a～20n中流动的冷却水的流速。燃料电池2a～2n通过即使在冷却水管线3的冷却水的压力发生了上升下降的情况下也能够进行流量控制的调流阀21a～21n来调整冷却路20a～20n的流速。

冷却路20a～20n的入口与冷却水供给管线3a连接。在该连接部分配置手动阀22a～22n。另一方面，冷却路20a～20n的出口与废热回收管线3b连接。在该连接部分配置手动阀23a～23n。

冷却水管线3对燃料电池2a～2n供给冷却水，并从燃料电池2a～2n回收冷却水。冷却水管线3使冷却水在燃料电池2a～2n与热交换器6之间循环。冷却水管线3具备冷却水供给管线3a和废热回收管线3b。

冷却水供给管线3a由连接热交换器6与燃料电池2a～2n的管构成。冷却水供给管线3a连接于冷却路20a～20n的入口侧。冷却水供给管线3a将由热交换器6冷却后的冷却水向燃料电池2a～2n供给。冷却水供给管线3a具备将管线内的冷却水分配给燃料电池2a～2n的集流管31a。集流管31a具备循环泵4以及压力计5。

循环泵4通过内置的马达对冷却水供给管线3a内的冷却水施加压力。循环泵4通过使马达的转速可变，来使冷却水的排出量可变，对冷却水供给管线3a内的冷却水施加压力。压力计5测量集流管31a内的冷却水的压力。

废热回收管线3b由连接燃料电池2a～2n与热交换器6的管构成。废热回收管线3b连接于冷却路20a～20n的出口侧。利用从燃料电池2a～2n排出的冷却水的压力，使冷却水循环至热交换器6。

热交换器6从冷却水回收热量，使冷却水管线3内的冷却水的温度降低。热交换器6并不局限于热交换器，能够适当使用空气冷却风扇、散热器等回收冷却水管线3内的冷却水的热量的公知的散热机构。

控制部7以将集流管3a内的冷却水的压力保持在一定以上的方式使循环泵4驱动。如图2所示，控制部7具备压力检测部71、存储部72、泵控制部73、泵动作指示部74。

压力检测部71从压力计5周期性地接收集流管31a内的压力值。在存储部72中，存储应保持的集流管31a内的压力即设定压力值Ps。控制部7经由未图示的输入接口受理来自用户的设定压力值Ps的输入。

泵控制部73计算使集流管31a内的压力值与设定压力值Ps相同的循环泵4的转速。循环泵4的转速的计算通过使用了比例控制与积分控制的反馈控制(PI控制)来进行。PI控制通过P与I各自的控制，计算使检测出的集流管31a内的压力值与设定压力值Ps一致的循环泵的转速。泵动作指示部74基于计算出的循环泵4的转速，使循环泵4动作。

[1－2.作用]

在具有以上那样的构成的本实施方式的燃料电池系统1中，以使集流管31a内的压力成为设定压力值Ps的方式使循环泵4动作。图3是表示本实施方式的燃料电池系统1的动作的流程图。

在开始燃料电池系统1的运转之前，预先对设定压力值Ps进行设定。然后，在燃料电池系统1中，当开始发电时，压力检测部71周期性地接收压力计5的检测结果(S1)。

然后，泵控制部73以使集流管31a内的压力值与设定压力值Ps相同的方式进行反馈控制，并计算循环泵4的转速。然后，泵动作指示部74基于计算结果使循环泵驱动。由此，集流管31a内的冷却水的压力被保持为恒定(S2)。

继续以上的S1～S2的动作直至燃料电池系统1中发电停止为止(S3)。

[1－3.效果]

(1)在具备以上的构成的燃料电池系统1中，在连结了多个燃料电池的情况下，能够使冷却水管线3为一根，设于冷却水管线3的散热器6、循环泵4各设置一台即可。另外，在燃料电池2a～2n的运转状态不同的情况下，以将集流管31a内的压力保持为设定压力值Ps的方式使循环泵4驱动，从而能够使供给至燃料电池2a～2n的冷却水的压力恒定。

燃料电池2a～2n根据供给目的地的电力需要，进行在效率良好的额定的中间输出附近进行运转的控制。例如，在连结十台100kW的燃料电池2a～2n的情况下，为了高效率化，各燃料电池2a～2n的发电输出不同。在该情况下，各燃料电池2a～2n所需的废热回收水流量不同，由燃料电池2a～2n内的调流阀21a～21n控制的冷却水的流速也不同。另外，由于在一台燃料电池变更了发电输出的情况下等、变更废热回收水流量的情况下等变更一个调流阀的开度，有集流管31a内的压力变动而对其他燃料电池中的流量控制产生影响的可能性。

在本实施方式中，通过以将集流管31a内的压力保持为设定压力值Ps的方式使循环泵驱动，使得即使系统内的燃料电池2a～2n中的某一个的调流阀的开度发生了改变，集流管31a内的压力也保持为恒定，因此能够顺畅地进行各燃料电池2a～2n中的冷却水的流量控制。

(2)在本实施方式的燃料电池系统1中，在集流管内具备测定冷却水的压力的压力计5。由此，能够直接测定集流管31a内的压力，因此能够顺畅地进行各燃料电池2a～2n中的冷却水的流量控制。

(3)经由使流速恒定的调流阀从集流管内向本实施方式的燃料电池系统1的各燃料电池2a～2n供给冷却水。由此，即使在集流管内的冷却水的压力控制产生时滞而集流管内的压力偏离了设定值的情况下，也能够在调流阀的性能的范围内顺畅地进行冷却水的流量控制。

(4)本实施方式的燃料电池系统1具备循环泵4和冷却水供给管线3a。在冷却水供给管线3a中，循环泵4配置于集流管31a的紧上游。因此，在变更了循环泵4的转速的情况下，能够立即影响集流管31a内的压力，因此不易产生压力控制的时滞。因此，能够顺畅地进行各燃料电池2a～2n中的冷却水的流量控制。

(5)在本实施方式的燃料电池系统1中，如图1所示，冷却水供给管线3a以及废热回收管线3b由不分支的一根管构成。然而，若能够对各燃料电池2a～2n供给和回收冷却水，则并不限定于此。例如，如图4所示，在对四台燃料电池2a～2d供给和回收冷却水的情况下，也可以使用具有两个分支的冷却水供给管线3a以及废热回收管线3b。在该情况下，在冷却水供给管线3a中，通过在循环泵4的下游的集流管31a设置分支，能够将集流管31a内的压力保持为恒定，能够顺畅地进行各燃料电池2a～2d中的冷却水的流量控制。

(6)在本实施方式的燃料电池2a～2n中，在燃料电池2a～2n的冷却路的出口设置用于将冷却路20a～20n从废热回收管线3b分离的手动阀23a～23n。在由其他燃料电池发电期间而停止某一燃料电池的运转的情况下，调流阀21a～21n可能不再动作。在该情况下，集流管31a内的冷却水经由停止中的燃料电池内的冷却路20而无压力损失地向废热回收管线3b流动。因此，即使提高循环泵的转速，集流管31a内的压力也不再上升。为了避免该现象，优选对停止中的燃料电池切断冷却水的供给。因此，通过在燃料电池2a～2n的冷却路的出口设置用于将冷却路从废热回收管线3b分离的手动阀23a～23n，能够通过关闭手动阀23a～23n而使冷却水无损失地流过冷却路20a～20n。

为了切断冷却水向停止中的燃料电池的供给，优选在冷却路20a～20n与废热回收管线3b之间设置手动阀23a～23n，但也可以在冷却水供给管线3a与冷却路20a～20n之间设置手动阀22a～22n，通过该手动阀22a～22n来切断来自冷却水供给管线3a的冷却水的供给。当然，手动阀22a～22n以及手动阀23a～23n不仅可以具备单方，也可以具备双方。

[其他实施方式]

以上，对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等效的范围内。

Claims

1.一种燃料电池系统，具备多个燃料电池，其特征在于，

该燃料电池系统具备：

冷却水管线，对各燃料电池供给冷却水，并从各燃料电池回收废热；

集流管，将所述冷却水管线内的冷却水向各燃料电池供给；

循环泵，进行所述冷却水管线的压力的调整；以及

控制部，以将所述集流管内的冷却水的压力保持为一定以上的方式使所述循环泵驱动。

2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述集流管具备压力计，该压力计测定所述集流管内的冷却水的压力。

3.如权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述各燃料电池具备调流阀，该调流阀调整从集流管内供给的冷却水的流速。

4.如权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述冷却水管线具备：

冷却水供给管线，包含所述集流管，并对各燃料电池供给冷却水；以及

废热回收管线，从各燃料电池回收冷却水，

所述循环泵配备于所述冷却水供给管线。

5.如权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述冷却水管线具备：

废热回收管线，从各燃料电池回收冷却水，

所述循环泵配备于所述冷却水供给管线。

6.如权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述冷却水供给管线分支成多个，对各燃料电池分配冷却水。

7.如权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，

8.如权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述各燃料电池具备切换与所述废热回收管线的连接分离的阀。

9.如权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于，