JP2000251915A - 燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム

Info

Publication number
JP2000251915A
JP2000251915A JP11055476A JP5547699A JP2000251915A JP 2000251915 A JP2000251915 A JP 2000251915A JP 11055476 A JP11055476 A JP 11055476A JP 5547699 A JP5547699 A JP 5547699A JP 2000251915 A JP2000251915 A JP 2000251915A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
heater
thawing
oxygen
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11055476A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideo Takahashi
日出雄 高橋
Yoichi Yagi
洋一 八木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP11055476A priority Critical patent/JP2000251915A/ja
Priority to DE10010006A priority patent/DE10010006A1/de
Priority to US09/518,149 priority patent/US6428919B1/en
Publication of JP2000251915A publication Critical patent/JP2000251915A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • B60L50/72—Constructional details of fuel cells specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/31—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for starting of fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/34—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/525—Temperature of converter or components thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Abstract

(57)【要約】 【課題】システムを構成する機器類およびバッテリの解
凍機能をも備えた燃料電池システムを提供する。 【解決手段】燃料電池１０と、燃焼器２２を有し燃料電
池へ水素含有ガスを供給する改質器２０と、燃料電池へ
酸素含有ガスを供給する圧縮機３０とを備えた燃料電池
システム１であり、燃焼器２２の排ガスをシステム構成
機器の外表面へ導く第１の解凍系１１０，８０と、燃焼
器の排ガスを熱源とし圧縮機からの酸素含有ガスを加熱
する加熱器７０と、加熱器にて加熱された酸素含有ガス
をシステム構成機器の気液流路へ導く第２の解凍系１１
１，１１４，１０８と、加熱器にて加熱された酸素含有
ガスをシステム構成機器の外表面へ導く第３の解凍系１
１５，１１６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に関し、特にシステム内の機器およびバッテリの解凍機
能を備えた燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池システムでは、燃料電池にて電
池反応が生じるとカソード側で水が生成されるが、発電
効率を高めるとともに水の補給頻度を低減するために、
この生成水をタンクへ回収し、改質器への供給水として
循環利用することが行われている。
【０００３】ところが、電気自動車などの車両に燃料電
池システムを適用すると、燃料電池の運転／停止が頻繁
に行われることから、こうした水がシステム内で滞留
し、特に寒冷地などでは当該水が凍結することが少なく
ない。このため、始動時などにおいて燃料電池システム
の水系統を解凍することが行われている（たとえば特開
平８−２７３６８９号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
燃料電池システムの解凍機能は、専ら水配管のみを解凍
するものであり、燃料電池システムを構成する各種機器
類は解凍対象とされていないので、かかる機器類の凍結
によって動作不良が生じるおそれがある。
【０００５】また、圧縮機やポンプなどを継続的に作動
させるためにはバッテリ容量の回復が必要とされるが、
従来の燃料電池システムではバッテリの解凍機能を備え
ていないので、低温環境下においてバッテリ容量が不足
し、これにより消費電力の多い圧縮機やポンプなどの機
器類が途中で停止するおそれもあった。
【０００６】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、システムを構成する機器類
およびバッテリの解凍機能をも備えた燃料電池システム
を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、請求項１記載の燃料電池システムは、燃料電
池と、燃焼器を有し前記燃料電池へ水素含有ガスを供給
する改質器と、前記燃料電池へ酸素含有ガスを供給する
圧縮機とを備えた燃料電池システムにおいて、前記燃焼
器の排ガスをシステム構成機器の外表面へ導く第１の解
凍系と、 前記燃焼器の排ガスを熱源とし前記圧縮機か
らの酸素含有ガスを加熱する加熱器と、前記加熱器にて
加熱された酸素含有ガスをシステム構成機器の気液流路
へ導く第２の解凍系と、 前記加熱器にて加熱された酸
素含有ガスをシステム構成機器の外表面へ導く第３の解
凍系とを備えたことを特徴とする。
【０００８】本発明の燃料電池システムでは、改質器の
燃焼器の排ガスを利用して、これを直接解凍熱源とする
第１の解凍系と、加熱器を介して間接的な熱源とする第
２および第３の解凍系とを備えている。そして、これら
第１乃至第３の解凍系によりシステムの構成機器の外表
面および気液流路を解凍する。これにより、水配管のみ
ならず全てのシステム構成機器類を解凍することがで
き、低温環境におけるシステムの作動不良を防止するこ
とができる。
【０００９】（２）このとき、請求項２記載の燃料電池
システムのように、前記システム構成機器の気液流路ま
たはシステム構成機器の外表面へ導かれた酸素含有ガス
を前記燃焼器の入口へ戻す経路をさらに備えることがよ
り好ましい。解凍熱源として利用した熱媒体（酸素含有
ガス）を燃焼器に再利用することでシステムの省エネル
ギを達成することができる。
【００１０】（３）上記発明において、前記第１乃至第
３の解凍系により解凍対象とされるシステム構成機器と
しては、特に限定されないが、以下の機器類を上げるこ
とができる。
【００１１】すなわち、前記第１の解凍系によるシステ
ム構成機器は、少なくとも水タンクを含み、前記第２の
解凍系によるシステム構成機器は、少なくとも前記燃料
電池の排ガスの凝縮器を含み、前記第３の解凍系による
システム構成機器は、少なくともバッテリを含む。
【００１２】（４）また、上記発明において、前記第１
乃至第３の解凍系によるシステム構成機器の解凍順序
は、特に限定されないが、以下の観点から構成すること
が好ましい。
【００１３】すなわち、請求項６記載の燃料電池システ
ムでは、前記第１乃至第３の解凍系によるシステム構成
機器の解凍順序は、清浄度が必要な順序である。システ
ム構成機器によってはクリーン性が必要とされることも
あるため、熱媒体を循環するに際しては、こうした清浄
度を考慮しつつ循環経路を定めることが好ましい。
【００１４】またこれに代えてあるいはこれに加えて、
請求項７記載の燃料電池システムでは、前記第１乃至第
３の解凍系によるシステム構成機器の解凍順序は、熱容
量が大きい順序である。熱媒体による解凍に多くの熱量
を必要とするものから順に循環させることで、解凍し難
い機器についても確実かつ効率的に解凍することができ
る。
【００１５】請求項７記載の発明において、前記システ
ム構成機器の熱容量が同等の場合は、何れの順序でも良
いが、請求項８記載の燃料電池システムでは、耐熱性の
高い順序で解凍される。耐熱性をも考慮することで機器
類の過熱を防止することができる。
【００１６】（５）上記発明においては、特に限定され
ないが、請求項９記載の燃料電池システムは、前記加熱
器の前記燃焼器の排ガスの流路に前記水タンクからの冷
却水を導く経路をさらに備え、定常運転時においては前
記加熱器を前記圧縮機から前記燃料電池へ供給される酸
素含有ガスの冷却器として用いることを特徴とする。
【００１７】解凍後の定常運転時においては加熱器は特
に必要とされないが、熱交換機構を利用して酸素含有ガ
スの冷却に利用し、圧縮機にて圧縮された高温ガスを燃
料電池に供給するに適した温度まで冷却する。これによ
り、酸素含有ガスのインタークーラを省略またはその必
要能力を低減することができ、また水蒸気分圧を抑制す
ることにより、水素含有ガスおよび酸素含有ガスの濃度
低下が防止され、発電効率が向上する。
【００１８】この場合、特に限定されないが、請求項１
０記載の燃料電池システムのように、前記加熱器に導か
れる酸素含有ガスの温度が所定温度以上のときは、前記
加熱器に前記水タンクからの冷却水を導かないことがよ
り好ましい。
【００１９】過度に高温となった酸素含有ガスを冷却す
ると、冷却媒体であるシステム内の水も高温となるの
で、これを燃料電池の排ガス凝縮器の冷却媒体として用
いることができなくなるからである。
【００２０】
【発明の効果】請求項１乃至１０記載の発明によれば、
水配管のみならず全てのシステム構成機器類を解凍する
ことができ、低温環境におけるシステムの作動不良を防
止することができる。
【００２１】これに加えて、請求項９および１０記載の
発明によれば、解凍時以外は加熱器を冷却器として用い
るので、酸素含有ガスのインタークーラを省略またはそ
の必要能力を低減できるとともに、燃料ガスおよび酸素
濃度の低下を抑制でき発電効率が向上する。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。第１実施形態 図１および図２は本発明の燃料電池システムの第１実施
形態を示すブロック図であり、図１は解凍時の状態、図
２は定常運転時の状態を示す。
【００２３】本実施形態の燃料電池システム１は、電解
質１１を挟んで対電極１２，１３が設けられた燃料電池
１０を有し、この燃料電池１０の陰極１２側に圧縮機３
０からの圧縮空気（酸素含有ガス）が供給され、陽極１
３側に改質器２０からの水素含有ガスが供給される。こ
れらの供給配管をそれぞれ１０１，１０２で示す。
【００２４】圧縮機３０は、外気等を取り入れてこれを
２ｋｇ／ｃｍ２ 程度まで圧縮して燃料電池１０に供給
するが、その型式は特に限定されず、ピストン式圧縮
機、スクロール式圧縮機あるいはターボ式圧縮機等々を
用いることができる。
【００２５】燃料電池１０に供給される空気は８０〜８
５℃の温度が望ましいが、圧縮機３０で圧縮された空気
は約１７０℃となっているので、これを上記温度範囲ま
で冷却するために、圧縮機３０と燃料電池１０との間の
配管にインタークーラ（図示を省略する。）を設けるこ
とが望ましい。このインタークーラは、水冷式、空冷式
の何れのものをも用いることができる。
【００２６】一方、改質器２０は、たとえばメタノール
（改質原料）を水蒸気改質して、水素を多量に含む燃料
ガス（水素含有ガス）とするもので、メタノールおよび
水の供給を受けて下記式に示すメタノールの分解反応と
一酸化炭素の変性反応とを同時進行させて水素と二酸化
炭素とを含有する改質ガスを生成する改質部と、この改
質部で得られた改質ガス中の未反応の一酸化炭素と水と
を同じ変性反応により水素と二酸化炭素とに変性して水
素含有量の多い燃料ガスを生成するシフト部とを備え
る。図１および図２には、これら改質部およびシフト部
を２１で示す。
【００２７】
【化１】 メタノール反応：ＣＨ３ ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ２ −２１．７kcal/mol 変性反応 ：ＣＯ＋Ｈ２ Ｏ→ＣＯ２ ＋Ｈ２ ＋９．８kcal/mol 全体反応 ：ＣＨ３ ＯＨ＋Ｈ２ Ｏ→ＣＯ２ ＋３Ｈ２ −１１．９kc al/mol また、改質器２０には、上述した改質部およびシフト部
２１における反応部分を加熱するためのバーナーを有す
る燃焼器２２が設けられており、改質器２０自体で生成
した燃料ガスの一部と、配管１０３，１０４を介して燃
料電池１０からの排出ガスが送り込まれ、当該排出ガス
中の未反応の水素ガス（過剰水素含有ガス）はここで燃
焼することになる。また、この燃焼器２２には、これら
の水素ガス以外にも、配管１０５，１０６を介して、燃
料電池１０で余剰となった空気が燃焼用空気として供給
される。なお、燃焼器２２で燃焼された排ガスは、配管
１０９を介して系外へ排出される。
【００２８】これら燃料電池１０で余剰となった水素含
有ガスおよび空気は、気液混合状態となっており、ここ
から気体のみを取り出して改質器２０の燃焼器２２へ供
給するために、それぞれの配管途中に凝縮器４０，５０
が設けられている。凝縮器４０は、燃料電池１０の陽極
１３側で余剰となった排気ガスを気液分離し、気体状態
の水素含有ガスを燃焼器２２へ供給する。また、凝縮器
５０は、燃料電池１０の陰極１２側で余剰となった排気
ガスおよびこれに含まれる生成水を気液分離し、気体状
態の酸素含有ガスを燃焼器２２へ供給する。
【００２９】これら２つの凝縮器４０，５０には、凝縮
用冷却水として、後述する水タンク６０からの水が、ポ
ンプＰを有する配管１０７，１０８を介して供給され
る。なお、この冷却水は、配管１０８、１０９を介して
燃料電池１０の冷却用としても流用され、水タンク６０
へ戻される。
【００３０】水タンク６０には、凝縮器５０で凝縮され
た水が回収されるか或いは別途補給された水が貯めら
れ、定常運転時においては、凝縮器４０，５０および燃
料電池１０の冷却用に供するためにポンプＰにて配管１
０７，１０８および１０９を循環する。
【００３１】特に本実施形態では、改質器２０の燃焼器
２２から排出される燃焼排ガスを熱源とした加熱器７
０，８０が設けられている。このうちの加熱器７０は、
配管１１０を介して燃焼排ガスが導入され、解凍モード
においては、圧縮機３０から配管１１１を介して導入さ
れる空気を加熱する。こうした解凍モードと定常運転モ
ードとを切り替えるために、配管１０９および１１０に
はそれぞれ電磁弁２０１，２０２が設けられ、また配管
１０１および１１１にはそれぞれ電磁弁２０３，２０４
が設けられている。そして、解凍モードの際は、電磁弁
２０１を閉じ電磁弁２０２を開いて燃焼排ガスを加熱器
７０へ導くとともに、電磁弁２０３を閉じ電磁弁２０４
を開いて圧縮空気を加熱器７０へ導く。これにより、圧
縮空気が燃焼排ガスによって加熱される。
【００３２】また加熱器８０は、水タンク６０の内部ま
たは外表面に設けられ、加熱器７０から連続した配管１
１２を介して燃焼排ガスが通過することで水タンク６０
内の水を加熱する。なお、水タンク６０に設けられた加
熱器８０を通過した排ガスは、配管１１３を介して配管
１０９の電磁弁２０１の下流に接続されているが、この
配管１０９の下流側において図外の弁類を経由しこれら
の機器をも加熱する。この燃焼器２２、配管１１０，１
１２、加熱器８０および図示しない弁類等の経路が本発
明の第１の解凍系を構成する。
【００３３】一方、加熱器７０にて加熱された圧縮空気
は、配管１１４を介して凝縮器４０，５０に導かれる。
これら凝縮器４０，５０の前後の配管１０７，１０８お
よび１０９は定常運転時は冷却水が流通する配管である
が、解凍モードにおいてはその一部に加熱された圧縮空
気を導入し、これにより解凍することとしている。この
燃焼器２２、配管１１０、加熱器７０、圧縮機３０、配
管１１１，１１４，１０８が本発明の第２の解凍系を構
成する。
【００３４】また、燃料電池１０の下流側に、加熱器７
０で加熱された圧縮空気をバッテリ９０に導くための配
管１１５が設けられ、詳細な図示は省略するが、配管１
１５で案内された圧縮空気は、バッテリ９０の外表面を
覆うダクト（図示しない）に案内されたのち、配管１１
６を介して燃焼器２２の空気入口配管１０６に戻され
る。配管１０９に設けられた電磁弁２０５と配管１１５
に設けられた電磁弁２０６は、解凍モードと通常運転モ
ードとを切り替えるためのもので、解凍モードの際は電
磁弁２０５を閉じ電磁弁２０６を開いて、加熱された圧
縮空気を燃料電池１０から配管１１５を介してバッテリ
９０に導き、当該バッテリ９０の解凍を行う。これに対
して、通常運転モードの際は電磁弁２０６を閉じ電磁弁
２０５を開いて燃料電池１０を通過した冷却水を配管１
０９を介して水タンク６０へ戻す。この配管１１５，１
１６および図示しないバッテリ９０のダクトが本発明の
第３の解凍系を構成する。
【００３５】なお、図示は省略したが、燃料電池１０の
下流側の配管１０９および水タンク６０の出口側の配管
１０７とポンプＰとは、加熱器８０を通過して配管１０
９に至るまでの間の燃焼排ガスによって解凍されるよう
になっている。
【００３６】次に作用を説明する。まず解凍モードにお
いては、燃焼器２２からの排ガスを加熱器７０へ送るべ
く、電磁弁２０１を閉じ電磁弁２０２を開く。また、圧
縮機３０による圧縮空気を加熱器７０へ送るべく、電磁
弁２０３を閉じ電磁弁２０４を開く。さらに、燃料電池
１０の下流側の配管１０９の電磁弁２０５を閉じ、配管
１１５の電磁弁２０６を開く。
【００３７】これにより、燃焼器２２にて高温とされた
排ガスが加熱器７０に導かれるとともに圧縮機３０から
の圧縮空気も加熱器７０に導かれ、当該圧縮空気が加熱
されることになる。加熱器７０を通過した燃焼排ガス
は、水タンク６０に設けられた加熱器８０を通過するこ
とで当該水タンク６０内を解凍する。また、この加熱器
８０を通過した燃焼排ガスによって、燃料電池１０の下
流側の配管１０９および水タンク６０の出口側の配管１
０７とポンプＰとが解凍される。なお、この燃焼排ガス
は以上の解凍に供されたのち改質器２０の排気配管１０
９に導かれ、系外へ排出される。
【００３８】一方、加熱器７０にて加熱された圧縮空気
は、配管１１４を介して凝縮器４０および５０に導か
れ、ここを通過することで冷却水の流路内を解凍する。
さらに、配管１０８および燃料電池１０の冷却水の流路
内を通過することで、ここに滞留して凍結した冷却水を
解凍したのち、配管１１５を介してバッテリ９０のダク
トへ導かれる。そして、このダクトを通過する際にバッ
テリ９０を解凍する。なお、バッテリ９０の解凍に供さ
れた圧縮空気は、配管１１６を介して燃焼器２２に戻さ
れる。
【００３９】以上のように、本実施形態の燃料電池シス
テム１では、低温環境の始動時などにおいて、水配管は
勿論のこと、凝縮器４０，５０やバッテリ９０も解凍で
き、低温環境における燃料電池システム１の作動不良を
防止することができる。
【００４０】ちなみに、定常運転時には、燃焼器２２か
らの排ガスをそのまま系外へ排出すべく、電磁弁２０１
を開き電磁弁２０２を閉じる。また、圧縮機３０による
圧縮空気を燃料電池１０へ送るべく、電磁弁２０３を開
き電磁弁２０４を閉じる。さらに、燃料電池１０の下流
側の配管１０９の電磁弁２０５を開き、配管１１５の電
磁弁２０６を閉じる。
【００４１】これにより、圧縮機３０からの圧縮空気は
燃料電池１０の陰極１２側に供給される一方で、改質器
２０で生成された水素含有ガスは、燃料電池１０の陽極
１３側に供給され、これら酸素と水素との電気化学反応
によって燃料電池１０からバッテリ９０や図外の電気機
器に電力が取り出される。
【００４２】燃料電池１０の陰極１２側を通過した圧縮
空気は、凝縮器５０に送られ、生成水が分離されたのち
空気のみが燃焼器２２へ送られる。また、燃料電池１０
の陽極１３側を通過した水素含有ガスは凝縮器４０へ送
られ、ここで気体のみが燃焼器２２へ送られて燃焼処理
される。凝縮器４０および５０には、水タンク６０に貯
められた水がポンプＰによって送られ、さらにこの冷却
水は燃料電池１０の冷却用に供されたのち水タンク６０
へ戻される。
【００４３】第２実施形態 図３および図４は本発明の燃料電池システムの第２実施
形態を示すブロック図であり、図３は解凍時の状態、図
４は定常運転時の状態を示す。
【００４４】本実施形態の燃料電池システム１は、上述
した第１実施形態に比べて、定常運転モードにおける加
熱器７０の機能が相違する。すなわち、解凍モードにお
いては第１実施形態と同じであるが、定常運転モードに
おいては加熱器７０を冷却器として用いる。
【００４５】そのために、水タンク６０の出口側配管１
０７と加熱器７０の入口配管１１０とを接続するための
配管１１７および電磁弁２０７を設け、また水タンク６
０の出口側配管１０７と加熱器７０の出口配管１１８と
を接続するための配管１１８および電磁弁２０８を設け
る。さらに、加熱器７０の配管１１４と圧縮機３０の出
口配管１０１とを接続する配管１１９と、この流路を切
り替えるための電磁弁２０９，２１０を設ける。
【００４６】そして、解凍モードにおいては、電磁弁２
０７，２０３，２０９を閉じ（電磁弁２０８は開閉何れ
でも可）、電磁弁２１０を開き、燃焼器２２からの燃焼
排ガスを配管１１０を介して加熱器７０へ導き、圧縮機
３０からの圧縮空気を加熱するとともに、加熱器８０に
より水タンク６０を解凍する。また、加熱器７０によっ
て加熱された圧縮空気によって、凝縮器４０，５０およ
び燃料電池１０を解凍する。
【００４７】一方、定常運転時には、電磁弁２０７を開
くとともに電磁弁２０８を閉じ、ポンプＰを作動して水
タンク６０内の冷却水を配管１０７，１１７，１１０を
介して加熱器７０に導き、また電磁弁２０３，２１０を
閉じるとともに電磁弁２０４，２０９を開いて圧縮機３
０からの圧縮空気を冷却する。これにより、燃料電池１
０の陰極１２側に供給される圧縮空気の水蒸気分圧が抑
制されることになり、燃料電池１０における燃料ガスお
よび酸素濃度の低下が防止されるので、発電効率が向上
することになる。ただし、加熱器７０に導入される圧縮
空気の温度が高すぎると熱交換媒体である冷却水の温度
も高くなり、その後に凝縮器４０および５０へ高温の冷
却水が導入されることになるので、加熱器７０への圧縮
空気の温度が所定温度以上であるときは、上述した冷却
水の加熱器７０への導入を禁止することが望ましい。
【００４８】なお、以上説明した実施形態は、本発明の
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池システムの第１実施形態を示
すブロック図であり、解凍時の状態を示す。
【図２】図１の燃料電池システムの定常運転時の状態を
示すブロック図である。
【図３】本発明の燃料電池システムの第２実施形態を示
すブロック図であり、解凍時の状態を示す。
【図４】図３の燃料電池システムの定常運転時の状態を
示すブロック図である。
【符号の説明】
１…燃料電池システム １０…燃料電池 ２０…改質器 ２２…燃焼器 ３０…圧縮機 ４０，５０…凝縮器 ６０…水タンク ７０…加熱器 ８０…加熱器 ９０…バッテリ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】燃料電池と、燃焼器を有し前記燃料電池へ
    水素含有ガスを供給する改質器と、前記燃料電池へ酸素
    含有ガスを供給する圧縮機とを備えた燃料電池システム
    において、 前記燃焼器の排ガスをシステム構成機器の外表面へ導く
    第１の解凍系と、 前記燃焼器の排ガスを熱源とし前記圧縮機からの酸素含
    有ガスを加熱する加熱器と、 前記加熱器にて加熱された酸素含有ガスをシステム構成
    機器の気液流路へ導く第２の解凍系と、 前記加熱器にて加熱された酸素含有ガスをシステム構成
    機器の外表面へ導く第３の解凍系とを備えたことを特徴
    とする燃料電池システム。
  2. 【請求項２】前記システム構成機器の気液流路またはシ
    ステム構成機器の外表面へ導かれた酸素含有ガスを前記
    燃焼器の入口へ戻す経路をさらに備えたことを特徴とす
    る請求項１記載の燃料電池システム。
  3. 【請求項３】前記第１の解凍系によるシステム構成機器
    は、少なくとも水タンクを含むことを特徴とする請求項
    １または２記載の燃料電池システム。
  4. 【請求項４】前記第２の解凍系によるシステム構成機器
    は、少なくとも前記燃料電池の排ガスの凝縮器を含むこ
    とを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池システ
    ム。
  5. 【請求項５】前記第３の解凍系によるシステム構成機器
    は、少なくともバッテリを含むことを特徴とする請求項
    １または２記載の燃料電池システム。
  6. 【請求項６】前記第１乃至第３の解凍系によるシステム
    構成機器の解凍順序は、清浄度が必要な順序であること
    を特徴とする請求項１乃至５記載の燃料電池システム。
  7. 【請求項７】前記第１乃至第３の解凍系によるシステム
    構成機器の解凍順序は、熱容量が大きい順序であること
    を特徴とする請求項１乃至５記載の燃料電池システム。
  8. 【請求項８】前記システム構成機器の熱容量が同等の場
    合は、耐熱性の高い順序で解凍されることを特徴とする
    請求項７記載の燃料電池システム。
  9. 【請求項９】前記加熱器の前記燃焼器の排ガスの流路に
    前記水タンクからの冷却水を導く経路とをさらに備え、
    定常運転時においては前記加熱器を前記圧縮機から前記
    燃料電池へ供給される酸素含有ガスの冷却器として用い
    ることを特徴とする請求項３乃至８記載の燃料電池シス
    テム。
  10. 【請求項１０】前記加熱器に導かれる酸素含有ガスの温
    度が所定温度以上のときは、前記加熱器に前記水タンク
    からの冷却水を導かないことを特徴とする請求項９記載
    の燃料電池システム。
JP11055476A 1999-03-03 1999-03-03 燃料電池システム Pending JP2000251915A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11055476A JP2000251915A (ja) 1999-03-03 1999-03-03 燃料電池システム
DE10010006A DE10010006A1 (de) 1999-03-03 2000-03-02 Brennstoffzellensystem
US09/518,149 US6428919B1 (en) 1999-03-03 2000-03-03 Fuel cell system having a defrosting function

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11055476A JP2000251915A (ja) 1999-03-03 1999-03-03 燃料電池システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000251915A true JP2000251915A (ja) 2000-09-14

Family

ID=12999674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11055476A Pending JP2000251915A (ja) 1999-03-03 1999-03-03 燃料電池システム

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6428919B1 (ja)
JP (1) JP2000251915A (ja)
DE (1) DE10010006A1 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002313389A (ja) * 2001-04-10 2002-10-25 Honda Motor Co Ltd 燃料電池の始動制御装置
KR20040009648A (ko) * 2002-07-24 2004-01-31 엘지전자 주식회사 연료전지 스택의 가열장치
KR20060059457A (ko) * 2004-11-29 2006-06-02 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템
KR100699788B1 (ko) * 2002-10-16 2007-03-28 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 제어방법
KR101136898B1 (ko) * 2007-05-29 2012-04-20 도요타 지도샤（주） 연료전지시스템
KR101363504B1 (ko) 2010-12-10 2014-02-17 삼성중공업 주식회사 연료전지시스템 및 이를 구비한 선박
JP2019149339A (ja) * 2018-02-28 2019-09-05 本田技研工業株式会社 燃料電池システム

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002023661A1 (fr) * 2000-09-14 2002-03-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Systeme de pile a combustible de type a polymere solide
JP3580236B2 (ja) * 2000-10-04 2004-10-20 日産自動車株式会社 燃料電池システム
CN100391037C (zh) * 2001-01-12 2008-05-28 三洋电机株式会社 质子交换膜燃料电池发电装置
EP1300900A1 (en) * 2001-10-04 2003-04-09 Ballard Power Systems AG Fuel cell system and method for operating the same
JP2003288908A (ja) * 2002-03-28 2003-10-10 Honda Motor Co Ltd 燃料電池自動車
JP3711970B2 (ja) * 2002-09-06 2005-11-02 日産自動車株式会社 燃料電池システム
US6986958B2 (en) 2003-02-06 2006-01-17 Utc Fuel Cells, Llc Fuel cell stack melting of coolant water during frozen startup
JP2005026199A (ja) * 2003-06-09 2005-01-27 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用水供給装置
US7240492B2 (en) * 2004-07-22 2007-07-10 Sprint Communications Company L.P. Fuel system used for cooling purposes
US7081687B2 (en) * 2004-07-22 2006-07-25 Sprint Communications Company L.P. Power system for a telecommunications facility
FR2881579A1 (fr) * 2005-02-01 2006-08-04 Renault Sas Systeme de pile a combustible pour vehicule automobile a moteur de traction electrique et procede de production d'eau pour un tel systeme
JP2007250374A (ja) * 2006-03-16 2007-09-27 Denso Corp 燃料電池システム
DE102006042107A1 (de) * 2006-09-07 2008-03-27 Enerday Gmbh Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Beeinflussen des Wärme- und Temperaturhaushaltes eines Brennstoffzellenstapels
DE102007023417A1 (de) * 2007-05-18 2008-11-20 Daimler Ag Heizvorrichtung für Kondensatableiter
US9496572B2 (en) * 2007-09-21 2016-11-15 GM Global Technology Operations LLC Closed-loop method for fuel cell system start-up with low voltage source
US8486573B2 (en) * 2007-12-21 2013-07-16 Utc Power Corporation Freeing a frozen fuel cell component
AT505940B1 (de) * 2008-02-07 2009-05-15 Vaillant Austria Gmbh Hochtemperaturbrennstoffzellensystem mit abgasrückführung
US8053127B2 (en) * 2008-04-23 2011-11-08 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell cooling tank assembly
DE102009037145B4 (de) 2009-08-06 2015-08-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Hochtemperaturbrennstoffzellensystem mit einem Startbrenner
JP5763484B2 (ja) * 2011-09-15 2015-08-12 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
DE102017211307A1 (de) 2017-07-04 2019-01-10 Audi Ag Heizelement für einen Brennstoffzellenstapel

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3761217B2 (ja) 1995-03-31 2006-03-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US6186254B1 (en) * 1996-05-29 2001-02-13 Xcelliss Fuel Cell Engines Inc. Temperature regulating system for a fuel cell powered vehicle

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002313389A (ja) * 2001-04-10 2002-10-25 Honda Motor Co Ltd 燃料電池の始動制御装置
KR20040009648A (ko) * 2002-07-24 2004-01-31 엘지전자 주식회사 연료전지 스택의 가열장치
KR100699788B1 (ko) * 2002-10-16 2007-03-28 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 제어방법
US7427451B2 (en) 2002-10-16 2008-09-23 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system
KR20060059457A (ko) * 2004-11-29 2006-06-02 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템
KR101136898B1 (ko) * 2007-05-29 2012-04-20 도요타 지도샤（주） 연료전지시스템
KR101363504B1 (ko) 2010-12-10 2014-02-17 삼성중공업 주식회사 연료전지시스템 및 이를 구비한 선박
JP2019149339A (ja) * 2018-02-28 2019-09-05 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP7075780B2 (ja) 2018-02-28 2022-05-26 本田技研工業株式会社 燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
DE10010006A1 (de) 2000-11-30
US6428919B1 (en) 2002-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2000251915A (ja) 燃料電池システム
KR101437134B1 (ko) 연료 전지 열 교환 시스템 및 방법
US7052787B2 (en) Solid high polymer type fuel cell power generating device
JPH11233129A (ja) 固体電解質型燃料電池発電システム
KR100482709B1 (ko) 고체 고분자형 연료 전지
JP5490102B2 (ja) 水素生成装置、燃料電池システム、水素生成装置の運転方法
JP3809646B2 (ja) 燃料電池装置
JP2013105612A (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
JP5298500B2 (ja) 燃料電池発電装置の停止方法及び燃料電池発電装置
US7560181B2 (en) Fuel cell system and method of operating the same
JP6098795B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池システム
WO2009113305A1 (ja) 燃料電池システム及びその運転方法
JP2009036473A (ja) 燃料電池システム
JP2017068913A (ja) 燃料電池システム
JP2014182923A (ja) 燃料電池システム及びその運転方法
JP2003007319A (ja) 燃料電池システム
JP2004213941A (ja) 脱硫装置および燃料電池システムとその運転方法
JP2005093374A (ja) 燃料電池発電システムおよび燃料電池発電システムの停止方法
JP3956208B2 (ja) 燃料電池発電システムとその運転方法
JPH10302824A (ja) 一酸化炭素除去装置
KR20080016112A (ko) Ｃｏ 제거유닛의 워밍업 구조가 개선된 연료개질기 및 그운영방법
JP2007242493A (ja) 燃料電池システムおよびその運転停止方法
JP5212889B2 (ja) 燃料電池システム
JP2005259440A (ja) 燃料電池システム
JP5502521B2 (ja) 燃料電池システム