JP2003331894A - 燃料電池システム - Google Patents
燃料電池システムInfo
- Publication number
- JP2003331894A JP2003331894A JP2002132607A JP2002132607A JP2003331894A JP 2003331894 A JP2003331894 A JP 2003331894A JP 2002132607 A JP2002132607 A JP 2002132607A JP 2002132607 A JP2002132607 A JP 2002132607A JP 2003331894 A JP2003331894 A JP 2003331894A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- pressure gas
- flow path
- cooling water
- cooling
- 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
Links
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】冷却水の凍結を抑制することのできる燃料電池
システムを提供する。 【解決手段】電気化学反応により発生した熱を除去する
ための冷却水の流通路となる電池内冷却流路１１を備
え、単位セル５ａを積層することにより構成した燃料電
池スタック５と、電池内冷却流路１１に冷却水を供給・
回収する冷却水流路６と、電池内冷却流路１１に高圧ガ
スを供給する高圧ガス供給手段２と、高圧ガス供給手段
２から前記電池内冷却流路１１に高圧ガスを供給するか
どうかを切り替える開閉弁３と、を備える。当該システ
ムの休止時に凍結が予測される際に、高圧ガス供給手段
２内から電池内冷却流路１１に高圧ガスを流通させて、
冷却水を排出させる。
システムを提供する。 【解決手段】電気化学反応により発生した熱を除去する
ための冷却水の流通路となる電池内冷却流路１１を備
え、単位セル５ａを積層することにより構成した燃料電
池スタック５と、電池内冷却流路１１に冷却水を供給・
回収する冷却水流路６と、電池内冷却流路１１に高圧ガ
スを供給する高圧ガス供給手段２と、高圧ガス供給手段
２から前記電池内冷却流路１１に高圧ガスを供給するか
どうかを切り替える開閉弁３と、を備える。当該システ
ムの休止時に凍結が予測される際に、高圧ガス供給手段
２内から電池内冷却流路１１に高圧ガスを流通させて、
冷却水を排出させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池システムに関
する、特に低温環境下における燃料電池の凍結防止に関
する。
する、特に低温環境下における燃料電池の凍結防止に関
する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池システムは、燃料が有する化学
エネルギを直接電気エネルギに変換する装置である。燃
料電池は、用いる電解質により分類することができる
が、その一つとして固体高分子膜を用いたものがある。
固体高分子型燃料電池は、固体高分子膜近傍や、バイポ
ーラプレート、冷却水流路に純水を備えている。このよ
うな燃料電池を自動車等の移動体に搭載する場合、０℃
以下の使用環境で機関を停止させると、純水が凍結して
システムの破損や起動エネルギの増大、起動時間の延長
という問題が生じる。
エネルギを直接電気エネルギに変換する装置である。燃
料電池は、用いる電解質により分類することができる
が、その一つとして固体高分子膜を用いたものがある。
固体高分子型燃料電池は、固体高分子膜近傍や、バイポ
ーラプレート、冷却水流路に純水を備えている。このよ
うな燃料電池を自動車等の移動体に搭載する場合、０℃
以下の使用環境で機関を停止させると、純水が凍結して
システムの破損や起動エネルギの増大、起動時間の延長
という問題が生じる。
【０００３】そこで、特開２０００−２１４３０号公報
においては、システムの始動・停止に連動した開閉弁を
利用して純水の排水を制御し、システム内での水の凍
結、凍結により発生する燃料電池システムの破損を防止
している。
においては、システムの始動・停止に連動した開閉弁を
利用して純水の排水を制御し、システム内での水の凍
結、凍結により発生する燃料電池システムの破損を防止
している。
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】しかしながら、
特開２０００−２１４３０号公報においては、排水を重
力により実施しているので、燃料電池内の純水を効果的
に排水するのが困難でるという問題があった。特に、排
水口から遠いセルにおいては、純水の排水不良による凍
結不具合を発生する可能性があった。
特開２０００−２１４３０号公報においては、排水を重
力により実施しているので、燃料電池内の純水を効果的
に排水するのが困難でるという問題があった。特に、排
水口から遠いセルにおいては、純水の排水不良による凍
結不具合を発生する可能性があった。
【０００５】そこで、本発明は燃料電池内の純水を効果
的に排出し、凍結を抑制することのできる燃料電池シス
テムを提供することを目的とする。
的に排出し、凍結を抑制することのできる燃料電池シス
テムを提供することを目的とする。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】温度調整を行うための
冷却水の流通路となる電池内冷却流路を備え、単位セル
を積層することにより構成した燃料電池スタックと、電
池内冷却流路に冷却水を供給する冷却水流路と、電池内
冷却流路に高圧ガスを供給する高圧ガス供給手段と、高
圧ガス供給手段から電池内冷却流路に高圧ガスを選択的
に供給する切替え手段と、を備える。
冷却水の流通路となる電池内冷却流路を備え、単位セル
を積層することにより構成した燃料電池スタックと、電
池内冷却流路に冷却水を供給する冷却水流路と、電池内
冷却流路に高圧ガスを供給する高圧ガス供給手段と、高
圧ガス供給手段から電池内冷却流路に高圧ガスを選択的
に供給する切替え手段と、を備える。
【０００７】このような燃料電池システムにおいて、停
止時の凍結が予測される際に、高圧ガス供給手段内から
電池内冷却流路に高圧ガスを流通させることにより、電
池内冷却流路内の冷却水を排水する。
止時の凍結が予測される際に、高圧ガス供給手段内から
電池内冷却流路に高圧ガスを流通させることにより、電
池内冷却流路内の冷却水を排水する。
【０００８】
【作用及び効果】停止時の凍結が予測される際に、高圧
ガス供給手段内から電池内冷却流路に高圧ガスを流通さ
せることにより、電池内冷却流路内の冷却水を排出する
ことができる。これにより燃料電池スタック内の凍結を
抑制し、凍結による燃料電池スタックの破壊を抑制する
ことができる。
ガス供給手段内から電池内冷却流路に高圧ガスを流通さ
せることにより、電池内冷却流路内の冷却水を排出する
ことができる。これにより燃料電池スタック内の凍結を
抑制し、凍結による燃料電池スタックの破壊を抑制する
ことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】第１の実施形態に用いる燃料電池
システムの排水システムの構成を図１に示す。ここで
は、固体高分子型燃料電池システムを用いる。また単位
セル５ａを複数積層することにより燃料電池スタック５
を構成し、この単位セル５ａは、固体高分子膜を電極で
狭持することにより構成する。
システムの排水システムの構成を図１に示す。ここで
は、固体高分子型燃料電池システムを用いる。また単位
セル５ａを複数積層することにより燃料電池スタック５
を構成し、この単位セル５ａは、固体高分子膜を電極で
狭持することにより構成する。
【００１０】燃料電池スタック５は、発電に伴って熱を
発生する。この熱を除去するために、燃料電池スタック
５には純水が循環する冷却システムを備え、これにより
燃料電池スタック５の温度を制御する。
発生する。この熱を除去するために、燃料電池スタック
５には純水が循環する冷却システムを備え、これにより
燃料電池スタック５の温度を制御する。
【００１１】また、発電時には固体高分子膜をイオン透
過膜として利用するが、このとき固体高分子膜には水分
を含有させる必要がある。そこで、燃料電池スタック５
に供給される燃料ガスや酸化剤ガスに水分を含有させる
ことにより、固体高分子膜に水分を供給する方法が知ら
れている。
過膜として利用するが、このとき固体高分子膜には水分
を含有させる必要がある。そこで、燃料電池スタック５
に供給される燃料ガスや酸化剤ガスに水分を含有させる
ことにより、固体高分子膜に水分を供給する方法が知ら
れている。
【００１２】本実施形態では、冷却水流路６から燃料電
池スタック５内の電池内冷却流路１１に純水を供給し、
燃料電池スタック５内を流通してから、再び純水を冷却
水流路６に回収する。この燃料電池スタック５内を流通
する純水を用いて燃料電池スタック５の温度を調整する
とともに、固体高分子膜の含水を行う。このとき、冷却
水流路６上の電池内冷却流路１１に純水を供給する供給
口６ａ付近に、純水の供給を制御する開閉弁４を配置す
る。本実施形態では、所定温度時に弁を開く電磁弁４ａ
により開閉弁４を構成する。
池スタック５内の電池内冷却流路１１に純水を供給し、
燃料電池スタック５内を流通してから、再び純水を冷却
水流路６に回収する。この燃料電池スタック５内を流通
する純水を用いて燃料電池スタック５の温度を調整する
とともに、固体高分子膜の含水を行う。このとき、冷却
水流路６上の電池内冷却流路１１に純水を供給する供給
口６ａ付近に、純水の供給を制御する開閉弁４を配置す
る。本実施形態では、所定温度時に弁を開く電磁弁４ａ
により開閉弁４を構成する。
【００１３】また、電池内冷却流路１１から再び冷却水
流路６に排出される排出口６ｂを、電池内冷却流路１１
に対して最下部に構成する。これにより、電池内冷却流
路１１内の純水の重力による排水を行うことができる。
流路６に排出される排出口６ｂを、電池内冷却流路１１
に対して最下部に構成する。これにより、電池内冷却流
路１１内の純水の重力による排水を行うことができる。
【００１４】このような構成の燃料電池システムを自動
車等の移動体に動力源として搭載した場合、システム停
止中に環境温度が氷点下となると、燃料電池スタック５
内の純水が凍結するという問題がある。純水が凍結する
と、システムの破損や起動エネルギの増大、起動時間の
延長等の問題が生じる。
車等の移動体に動力源として搭載した場合、システム停
止中に環境温度が氷点下となると、燃料電池スタック５
内の純水が凍結するという問題がある。純水が凍結する
と、システムの破損や起動エネルギの増大、起動時間の
延長等の問題が生じる。
【００１５】そこで本実施形態では高圧ガス供給手段２
を設け、環境温度が氷点下となる際には、高圧ガス供給
手段２から燃料電池スタック５に高圧ガスを供給するこ
とにより純水を排水する。高圧ガス供給手段２からの高
圧ガスを燃料電池スタック５に供給する流路である高圧
ガス流路７は、電池内冷却流路１１に接続させる。ま
た、高圧ガス流路７上には開閉弁３を設け、この開閉に
より燃料電池スタック５に高圧ガスを供給するかどうか
を切り替える。
を設け、環境温度が氷点下となる際には、高圧ガス供給
手段２から燃料電池スタック５に高圧ガスを供給するこ
とにより純水を排水する。高圧ガス供給手段２からの高
圧ガスを燃料電池スタック５に供給する流路である高圧
ガス流路７は、電池内冷却流路１１に接続させる。ま
た、高圧ガス流路７上には開閉弁３を設け、この開閉に
より燃料電池スタック５に高圧ガスを供給するかどうか
を切り替える。
【００１６】本実施形態では、高圧ガス供給手段２を加
圧タンク２ａと、システム運転中に加圧タンク２ａに空
気を加圧し、備蓄するコンプレッサ２ｂと、から構成す
る。また、開閉弁３を、所定温度時に弁を開く電磁弁３
ａにより構成する。
圧タンク２ａと、システム運転中に加圧タンク２ａに空
気を加圧し、備蓄するコンプレッサ２ｂと、から構成す
る。また、開閉弁３を、所定温度時に弁を開く電磁弁３
ａにより構成する。
【００１７】このような燃料電池システムを制御するた
めに、外気温度を測定する温度センサ８と、加圧タンク
２ａ内の圧力を測定する圧力センサ９と、を備える。ま
た、温度センサ８、圧力センサ９の出力に基づいて、コ
ンプレッサ２ｂ、電磁弁３ａ、４ａを制御するコントロ
ーラ１０を備える。
めに、外気温度を測定する温度センサ８と、加圧タンク
２ａ内の圧力を測定する圧力センサ９と、を備える。ま
た、温度センサ８、圧力センサ９の出力に基づいて、コ
ンプレッサ２ｂ、電磁弁３ａ、４ａを制御するコントロ
ーラ１０を備える。
【００１８】次に、このような燃料電池システムにおけ
る稼動停止時の純水排出の制御方法を図２に示す。
る稼動停止時の純水排出の制御方法を図２に示す。
【００１９】ステップＳ１において重力による排水を行
う。ここでは電磁弁３ａ、４ａを開放する。ここでは、
コンプレッサ２ｂを介して加圧タンク２ａ内を大気圧に
開放し、さらに電磁弁３ａを介して燃料電池スタック５
内の冷却水流路６を大気圧に開放する。これにより、重
力により燃料電池スタック５内の冷却水を図示しない冷
却水タンクに回収することができる。重力による排水が
終了するのに必要な時間が経過したらステップＳ２に進
む。
う。ここでは電磁弁３ａ、４ａを開放する。ここでは、
コンプレッサ２ｂを介して加圧タンク２ａ内を大気圧に
開放し、さらに電磁弁３ａを介して燃料電池スタック５
内の冷却水流路６を大気圧に開放する。これにより、重
力により燃料電池スタック５内の冷却水を図示しない冷
却水タンクに回収することができる。重力による排水が
終了するのに必要な時間が経過したらステップＳ２に進
む。
【００２０】ステップＳ２において、温度センサ８によ
り外気温度Ｔを測定する。ステップ３において、外気温
度Ｔと所定温度Ｔ0を比較する。ここでは、所定温度Ｔ0
を水の凝縮点である０℃とする。外気温度Ｔが所定温度
Ｔ0より大きければ制御を終了する。
り外気温度Ｔを測定する。ステップ３において、外気温
度Ｔと所定温度Ｔ0を比較する。ここでは、所定温度Ｔ0
を水の凝縮点である０℃とする。外気温度Ｔが所定温度
Ｔ0より大きければ制御を終了する。
【００２１】一方、ステップＳ３において、外気温度Ｔ
が所定温度Ｔ0以下である場合には、ステップＳ４に進
み、電磁弁３ａ、４ａを閉じる。ステップＳ５に進み、
コンプレッサ２ｂを稼動する。これにより、加圧タンク
２ａ内の圧力が上昇する。ステップＳ６において、圧力
センサ９により加圧タンク２ａ内の圧力Ｐを測定する。
ステップＳ７で、測定した圧力Ｐと所定圧力Ｐ0、ここ
では予め実験等で求めておいた純水の排水に必要な圧力
と、を比較する。圧力Ｐが所定圧力Ｐ0に達していない
場合には、ステップＳ５に戻り加圧を継続する。圧力Ｐ
が所定圧力Ｐ0に到達したら、ステップＳ８に進みコン
プレッサ２ａを停止する。ステップＳ９に進み電磁弁３
ａを開放することにより、電池内冷却流路１１に高圧ガ
スが供給されるので、電池内冷却流路１１内の純水を確
実に排出することができる。
が所定温度Ｔ0以下である場合には、ステップＳ４に進
み、電磁弁３ａ、４ａを閉じる。ステップＳ５に進み、
コンプレッサ２ｂを稼動する。これにより、加圧タンク
２ａ内の圧力が上昇する。ステップＳ６において、圧力
センサ９により加圧タンク２ａ内の圧力Ｐを測定する。
ステップＳ７で、測定した圧力Ｐと所定圧力Ｐ0、ここ
では予め実験等で求めておいた純水の排水に必要な圧力
と、を比較する。圧力Ｐが所定圧力Ｐ0に達していない
場合には、ステップＳ５に戻り加圧を継続する。圧力Ｐ
が所定圧力Ｐ0に到達したら、ステップＳ８に進みコン
プレッサ２ａを停止する。ステップＳ９に進み電磁弁３
ａを開放することにより、電池内冷却流路１１に高圧ガ
スが供給されるので、電池内冷却流路１１内の純水を確
実に排出することができる。
【００２２】このとき、電磁弁４ａを閉じた状態で高圧
ガスを放出することにより、高圧ガスを排出口６ｂから
のみ排出することができるので、高圧ガスの圧力を燃料
電池スタック５内の純水の排水に有効に利用することが
できる。また、高圧ガス流路７と電池内冷却流路１１と
の接続部であるガス供給部７ａを、燃料電池スタック５
からの冷却水の排水口６ｂから遠いセル側に配置する。
ここでは、排出口６ｂをセルの積層方向の一端に、ガス
供給部７ａをセルの積層方向の他端に配置する。また、
排出口６ｂは電池内冷却流路１１内の最下部に配置する
のに対して、ガス供給部７ａは電池内冷却流路１１内の
最上部に配置する。これにより、排水不良が発生し易い
排水口６ｂから遠いセルの排水を積極的に行うことがで
きる。
ガスを放出することにより、高圧ガスを排出口６ｂから
のみ排出することができるので、高圧ガスの圧力を燃料
電池スタック５内の純水の排水に有効に利用することが
できる。また、高圧ガス流路７と電池内冷却流路１１と
の接続部であるガス供給部７ａを、燃料電池スタック５
からの冷却水の排水口６ｂから遠いセル側に配置する。
ここでは、排出口６ｂをセルの積層方向の一端に、ガス
供給部７ａをセルの積層方向の他端に配置する。また、
排出口６ｂは電池内冷却流路１１内の最下部に配置する
のに対して、ガス供給部７ａは電池内冷却流路１１内の
最上部に配置する。これにより、排水不良が発生し易い
排水口６ｂから遠いセルの排水を積極的に行うことがで
きる。
【００２３】本実施形態では以下のような効果を有す。
【００２４】冷却水の流通路となる電池内冷却流路１１
を備えた燃料電池スタック５と、電池内冷却流路１１に
冷却水を供給、排出する冷却水流路６と、電池内冷却流
路１１に高圧ガスを供給する高圧ガス供給手段２と、高
圧ガス供給手段２から電池内冷却流路１１に高圧ガスを
選択的に供給する電磁弁３ａから構成される切替え手段
と、を備える。このような構成にすることにより、電池
内冷却流路１１内に高圧ガスを流通させることができる
ので、電池内冷却流路１１内の冷却水を排水できる。こ
れにより、燃料電池スタック５内の凍結を抑制し、燃料
電池スタック５の破損を抑制することができる。また、
凍結による起動時間の延長を抑制し、起動エネルギを低
減することができる。
を備えた燃料電池スタック５と、電池内冷却流路１１に
冷却水を供給、排出する冷却水流路６と、電池内冷却流
路１１に高圧ガスを供給する高圧ガス供給手段２と、高
圧ガス供給手段２から電池内冷却流路１１に高圧ガスを
選択的に供給する電磁弁３ａから構成される切替え手段
と、を備える。このような構成にすることにより、電池
内冷却流路１１内に高圧ガスを流通させることができる
ので、電池内冷却流路１１内の冷却水を排水できる。こ
れにより、燃料電池スタック５内の凍結を抑制し、燃料
電池スタック５の破損を抑制することができる。また、
凍結による起動時間の延長を抑制し、起動エネルギを低
減することができる。
【００２５】また、電池内冷却流路１１に高圧ガスを供
給するガス供給部７ａを単位セル５ａの積層方向の一端
に、電池内冷却流路１１内から高圧ガスが排出される排
出部６ｂを、単位セル５ａの積層方向の他端に、配置す
る。これにより、排水不良を発生し易い排水部６ｂから
遠いセル側の冷却水も排水することができる。
給するガス供給部７ａを単位セル５ａの積層方向の一端
に、電池内冷却流路１１内から高圧ガスが排出される排
出部６ｂを、単位セル５ａの積層方向の他端に、配置す
る。これにより、排水不良を発生し易い排水部６ｂから
遠いセル側の冷却水も排水することができる。
【００２６】また、高圧ガス供給手段２を、加圧タンク
２ａと、加圧タンク２の圧力を上昇させる加圧手段、こ
こではコンプレッサ２ｂにより構成し、加圧タンク２ａ
に内部の圧力を測定する圧力センサ９を備える。これに
より、加圧タンク２ａ内の高圧ガスの圧力を電池内冷却
流路１１内の排水に必要な圧力に正確に調整することが
できるので、確実に冷却水を排出することができる。
２ａと、加圧タンク２の圧力を上昇させる加圧手段、こ
こではコンプレッサ２ｂにより構成し、加圧タンク２ａ
に内部の圧力を測定する圧力センサ９を備える。これに
より、加圧タンク２ａ内の高圧ガスの圧力を電池内冷却
流路１１内の排水に必要な圧力に正確に調整することが
できるので、確実に冷却水を排出することができる。
【００２７】また、燃料電池システム停止時の凍結が予
測される際に、高圧ガス供給手段２内から電池内冷却流
路１１に高圧ガスを流通させる。これにより、燃料電池
スタック５が凍結される前に冷却水を効果的に排水する
ことができるので、燃料電池スタックの凍結による破損
を抑制することができる。
測される際に、高圧ガス供給手段２内から電池内冷却流
路１１に高圧ガスを流通させる。これにより、燃料電池
スタック５が凍結される前に冷却水を効果的に排水する
ことができるので、燃料電池スタックの凍結による破損
を抑制することができる。
【００２８】また、冷却水流路６の前記電池内冷却流路
１１に冷却水を供給する供給口６ａ付近に、冷却水を電
池内冷却流路１１に選択的に供給する冷却水開閉弁、こ
こでは電磁弁４ａを備える。電磁弁３ａにより電池内冷
却流路１１に高圧ガスが供給される際には、電磁弁４ａ
により冷却水流路６を遮断することにより、高圧ガスに
よる排水を効率的に行うことができる。
１１に冷却水を供給する供給口６ａ付近に、冷却水を電
池内冷却流路１１に選択的に供給する冷却水開閉弁、こ
こでは電磁弁４ａを備える。電磁弁３ａにより電池内冷
却流路１１に高圧ガスが供給される際には、電磁弁４ａ
により冷却水流路６を遮断することにより、高圧ガスに
よる排水を効率的に行うことができる。
【００２９】また、高圧ガス供給手段２を、加圧タンク
２ａとコンプレッサ２ｂと、から構成し、切替え手段
を、高圧ガス供給手段２と電池内冷却流路１１との間に
配置した電磁弁４ａから構成する。このとき、環境温度
を検出する温度センサ８の出力に応じて燃料電池スタッ
ク５内で凍結があると判断されたら、コンプレッサ２ｂ
を用いて加圧タンク２ａ内の圧力を上昇させてから、電
磁弁３ａを開く。これにより高圧ガスを電池内冷却流路
１１に供給することができ、環境温度に応じて燃料電池
スタック５内の排水を行うことで凍結を回避することが
できる。
２ａとコンプレッサ２ｂと、から構成し、切替え手段
を、高圧ガス供給手段２と電池内冷却流路１１との間に
配置した電磁弁４ａから構成する。このとき、環境温度
を検出する温度センサ８の出力に応じて燃料電池スタッ
ク５内で凍結があると判断されたら、コンプレッサ２ｂ
を用いて加圧タンク２ａ内の圧力を上昇させてから、電
磁弁３ａを開く。これにより高圧ガスを電池内冷却流路
１１に供給することができ、環境温度に応じて燃料電池
スタック５内の排水を行うことで凍結を回避することが
できる。
【００３０】次に第２の実施形態の説明をする。ここで
用いる排水システムの構成を図３に、制御方法を図４に
示すフローチャートに示す。
用いる排水システムの構成を図３に、制御方法を図４に
示すフローチャートに示す。
【００３１】ここでは、開閉弁３、４を所定温度Ｔ0で
開弁または閉弁する感温弁３ｂ、４ｂを用いる。例え
ば、２種の金属の熱膨張率を利用した温度感応型バイメ
タル弁を用いる。ここで、所定温度Ｔ0を純水の凍結が
予想される温度、例えば純水の凝固点とする。感温弁３
ｂは所定温度Ｔ0に達したときに開く弁を用い、感温弁
４ｂには所定温度Ｔ0に達した時に閉じる弁を用いる。
開弁または閉弁する感温弁３ｂ、４ｂを用いる。例え
ば、２種の金属の熱膨張率を利用した温度感応型バイメ
タル弁を用いる。ここで、所定温度Ｔ0を純水の凍結が
予想される温度、例えば純水の凝固点とする。感温弁３
ｂは所定温度Ｔ0に達したときに開く弁を用い、感温弁
４ｂには所定温度Ｔ0に達した時に閉じる弁を用いる。
【００３２】また、ここでは感温弁３ｂ、４ｂを用いる
ので外気温度を測定する温度センサ８を省略する。
ので外気温度を測定する温度センサ８を省略する。
【００３３】燃料電池システムに停止命令がでたら制御
を開始する。このとき、発電により燃料電池スタック５
は所定温度Ｔ0以上であるので、感温弁３ｂは閉じ、感
温弁４ｂは開いている。よって、この状態で重力による
排水が行われる。
を開始する。このとき、発電により燃料電池スタック５
は所定温度Ｔ0以上であるので、感温弁３ｂは閉じ、感
温弁４ｂは開いている。よって、この状態で重力による
排水が行われる。
【００３４】その一方で、ステップＳ１１においてコン
プレッサ２ｂを稼動させる。ステップＳ１２で加圧タン
ク２ａ内の圧力Ｐを測定し、ステップＳ１３で圧力Ｐと
所定圧力Ｐ0とを比較する。ここで、所定圧力Ｐ0を第１
の実施形態と同様に、予め求めた純水の排出に必要な圧
力とする。
プレッサ２ｂを稼動させる。ステップＳ１２で加圧タン
ク２ａ内の圧力Ｐを測定し、ステップＳ１３で圧力Ｐと
所定圧力Ｐ0とを比較する。ここで、所定圧力Ｐ0を第１
の実施形態と同様に、予め求めた純水の排出に必要な圧
力とする。
【００３５】ステップＳ１３において、圧力Ｐが所定圧
力Ｐ0に到達するまでステップＳ１２、Ｓ１３を繰り返
し、到達したらステップＳ１４に進みコンプレッサ２ｂ
を停止させる。これにより、燃料電池システム停止中に
温度が低下した場合にも、感温弁３ｂが開いて感温弁４
ｂが閉じることにより、効率的に燃料電池スタック５内
から純水を排水することができる。
力Ｐ0に到達するまでステップＳ１２、Ｓ１３を繰り返
し、到達したらステップＳ１４に進みコンプレッサ２ｂ
を停止させる。これにより、燃料電池システム停止中に
温度が低下した場合にも、感温弁３ｂが開いて感温弁４
ｂが閉じることにより、効率的に燃料電池スタック５内
から純水を排水することができる。
【００３６】このように構成・制御することで、本実施
形態には以下のような効果がある。ここでは、第１実施
形態との違いのみを説明する。
形態には以下のような効果がある。ここでは、第１実施
形態との違いのみを説明する。
【００３７】切替え手段を、燃料電池スタック５内で凍
結が予測される温度で電池内冷却流路１１に高圧ガスを
供給する開閉弁である感温弁３ｂから構成し、高圧ガス
供給手段２を、加圧タンク２ａと、加圧タンク２ａの加
圧手段としてのコンプレッサ２ｂと、から構成する。燃
料電池システム停止時には、コンプレッサ２ｂにより加
圧タンク２ａ内の圧力を上昇させることにより、燃料電
池システム停止時に凍結が予測される温度となった場合
に燃料電池内冷却流路１１に高圧ガスを供給することが
できる。これにより、加圧タンク２ａ内の圧力を上昇さ
せるだけで、燃料電池スタック５内の凍結を抑制するこ
とができる。
結が予測される温度で電池内冷却流路１１に高圧ガスを
供給する開閉弁である感温弁３ｂから構成し、高圧ガス
供給手段２を、加圧タンク２ａと、加圧タンク２ａの加
圧手段としてのコンプレッサ２ｂと、から構成する。燃
料電池システム停止時には、コンプレッサ２ｂにより加
圧タンク２ａ内の圧力を上昇させることにより、燃料電
池システム停止時に凍結が予測される温度となった場合
に燃料電池内冷却流路１１に高圧ガスを供給することが
できる。これにより、加圧タンク２ａ内の圧力を上昇さ
せるだけで、燃料電池スタック５内の凍結を抑制するこ
とができる。
【００３８】次に第３の実施形態に用いる排水システム
の構成を図５に示す。ここでは、システムダウン時にお
ける燃料電池スタック５の排水システム機能を示す構成
を示し、通常停止時独自の排水システム機能を省略す
る。第１または第２の実施形態におけるコンプレッサ２
ｂの機能に加えて、手動でも圧力を加えることができる
手動ポンプ２ｃを用いる。また、第１または第２の実施
形態に用いた開閉弁３、４の機能に加えて、開閉を手動
でも行うことのできる手動開閉弁３ｃ、４ｃを用いる。
さらに、本実施形態では、圧力センサ９の出力を表示す
る表示部１２を有し、これは燃料電池システムの状態に
かかわらず作動する。
の構成を図５に示す。ここでは、システムダウン時にお
ける燃料電池スタック５の排水システム機能を示す構成
を示し、通常停止時独自の排水システム機能を省略す
る。第１または第２の実施形態におけるコンプレッサ２
ｂの機能に加えて、手動でも圧力を加えることができる
手動ポンプ２ｃを用いる。また、第１または第２の実施
形態に用いた開閉弁３、４の機能に加えて、開閉を手動
でも行うことのできる手動開閉弁３ｃ、４ｃを用いる。
さらに、本実施形態では、圧力センサ９の出力を表示す
る表示部１２を有し、これは燃料電池システムの状態に
かかわらず作動する。
【００３９】ここでは、通常のシステム停止時には、第
１または第２の実施形態と同様の制御を行う。
１または第２の実施形態と同様の制御を行う。
【００４０】一方、不慮の事故、故障等でのシステム停
止時で凍結環境となることが予期される場合における制
御方法を説明する。まず、手動開閉弁４ｃを開いた状態
で重力による排水を行う。このとき、手動開閉弁３ｃを
大気圧に開放することで、速やかな排水を行うことがで
きる。重力による排水が終了したら、手動開閉弁４ｃを
閉塞、続いて手動ポンプ２ｃにて加圧タンク２ａを加圧
する。圧力センサ９により測定される加圧タンク２ａ内
の圧力が所定圧力Ｐ0に達したら、手動開閉弁３ｃを開
く。
止時で凍結環境となることが予期される場合における制
御方法を説明する。まず、手動開閉弁４ｃを開いた状態
で重力による排水を行う。このとき、手動開閉弁３ｃを
大気圧に開放することで、速やかな排水を行うことがで
きる。重力による排水が終了したら、手動開閉弁４ｃを
閉塞、続いて手動ポンプ２ｃにて加圧タンク２ａを加圧
する。圧力センサ９により測定される加圧タンク２ａ内
の圧力が所定圧力Ｐ0に達したら、手動開閉弁３ｃを開
く。
【００４１】これにより、システムダウンした場合に
も、燃料電池スタック５内の冷却水を排水することがで
きるので、凍結によるシステムの破壊を避けることがで
きる。
も、燃料電池スタック５内の冷却水を排水することがで
きるので、凍結によるシステムの破壊を避けることがで
きる。
【００４２】このように構成・制御することで、本実施
形態には以下のような効果がある。ここでは、第１実施
形態との違いのみを説明する。
形態には以下のような効果がある。ここでは、第１実施
形態との違いのみを説明する。
【００４３】切替え手段を、手動によっても開閉を制御
できる手動開閉弁３ｃとし、高圧ガス供給手段２を、加
圧タンク２ａと加圧タンク２ａ内の圧力を手動によって
も上昇できる手動ポンプ２ｃとする。これにより、シス
テム異状時にも冷却水を排水することができ、凍結によ
る破損を抑制することができる。
できる手動開閉弁３ｃとし、高圧ガス供給手段２を、加
圧タンク２ａと加圧タンク２ａ内の圧力を手動によって
も上昇できる手動ポンプ２ｃとする。これにより、シス
テム異状時にも冷却水を排水することができ、凍結によ
る破損を抑制することができる。
【００４４】次に第４の実施形態に用いる排水システム
の構成を図６に示す。ここでは、システムダウン時にお
ける燃料電池スタック５の排水システム機能を示す構成
を示し、通常停止時独自の排水システム機能を省略す
る。加圧手段２として、高圧空気または高圧窒素を収容
した高圧容器２ｄを用いる。また、第１または第２の実
施形態に用いた開閉弁３、４の制御に加えて開閉を手動
でも行うことのできる手動開閉弁３ｃ、４ｃを用いる。
の構成を図６に示す。ここでは、システムダウン時にお
ける燃料電池スタック５の排水システム機能を示す構成
を示し、通常停止時独自の排水システム機能を省略す
る。加圧手段２として、高圧空気または高圧窒素を収容
した高圧容器２ｄを用いる。また、第１または第２の実
施形態に用いた開閉弁３、４の制御に加えて開閉を手動
でも行うことのできる手動開閉弁３ｃ、４ｃを用いる。
【００４５】このような燃料電池システムにおいて、通
常の運転停止時には、外気温度に応じて手動開閉弁３
ｃ、４ｃを開閉することで純水を排水することができ
る。ここで、手動開閉弁３ｃ、４ｃとして電磁弁を用い
る場合には、温度センサ８を備え、第１実施形態と同様
に、停止時に所定温度Ｔ0以下であれば手動開閉弁３ｃ
を開き、手動開閉弁４ｃを閉じる。また、第２の実施形
態と同様に、手動開閉弁３ｃ、４ｃに感温弁を用いた場
合には、開閉の制御を行うことなく凍結を防ぐことがで
きる。
常の運転停止時には、外気温度に応じて手動開閉弁３
ｃ、４ｃを開閉することで純水を排水することができ
る。ここで、手動開閉弁３ｃ、４ｃとして電磁弁を用い
る場合には、温度センサ８を備え、第１実施形態と同様
に、停止時に所定温度Ｔ0以下であれば手動開閉弁３ｃ
を開き、手動開閉弁４ｃを閉じる。また、第２の実施形
態と同様に、手動開閉弁３ｃ、４ｃに感温弁を用いた場
合には、開閉の制御を行うことなく凍結を防ぐことがで
きる。
【００４６】また、不慮の事故、故障等でのシステム停
止時で凍結環境となることが予期される場合には、重力
による排水が終了したら手動開閉弁４ｃを閉じてから手
動開閉弁３ｃを開く。これにより、燃料電池スタック５
内の純水を高圧ガスにより効果的に排水することができ
る。その結果、凍結によるシステムの破壊を回避するこ
とができる。
止時で凍結環境となることが予期される場合には、重力
による排水が終了したら手動開閉弁４ｃを閉じてから手
動開閉弁３ｃを開く。これにより、燃料電池スタック５
内の純水を高圧ガスにより効果的に排水することができ
る。その結果、凍結によるシステムの破壊を回避するこ
とができる。
【００４７】このように構成・制御することで、本実施
形態には以下のような効果がある。ここでは、第１実施
形態との違いのみを説明する。
形態には以下のような効果がある。ここでは、第１実施
形態との違いのみを説明する。
【００４８】切替え手段を、手動によっても開閉を制御
できる手動開閉弁３ｃとし、高圧ガス供給手段２を、高
圧ガスが貯蔵された高圧容器２ｄとする。これにより、
システム異状時にも冷却水を排水することができ、凍結
による破損を抑制することができる。
できる手動開閉弁３ｃとし、高圧ガス供給手段２を、高
圧ガスが貯蔵された高圧容器２ｄとする。これにより、
システム異状時にも冷却水を排水することができ、凍結
による破損を抑制することができる。
【００４９】また、高圧ガス供給手段２を、高圧ガスを
貯蔵した高圧容器２ｄにより構成することで、開閉弁
３、ここでは手動開閉弁３ｃの開閉のみで冷却水の排水
を行うことができる。
貯蔵した高圧容器２ｄにより構成することで、開閉弁
３、ここでは手動開閉弁３ｃの開閉のみで冷却水の排水
を行うことができる。
【００５０】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の
範囲内で様々な変更がなされることは言うまでもない。
れるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の
範囲内で様々な変更がなされることは言うまでもない。
【図１】第１の実施形態における燃料電池スタックの排
水システムの構成図である。
水システムの構成図である。
【図２】第１の実施形態における燃料電池スタックの排
水制御のフローチャートである。
水制御のフローチャートである。
【図３】第２の実施形態における燃料電池スタックの排
水システムの構成図である。
水システムの構成図である。
【図４】第２の実施形態における燃料電池スタックの排
水制御のフローチャートである。
水制御のフローチャートである。
【図５】第３の実施形態における燃料電池スタックのシ
ステムダウン時の排水システムの構成である。
ステムダウン時の排水システムの構成である。
【図６】第４の実施形態における燃料電池スタックのシ
ステムダウン時の排水システムの構成である。
ステムダウン時の排水システムの構成である。
２ 高圧ガス供給手段
２ａ 加圧タンク
２ｂ コンプレッサ
２ｃ 手動ポンプ（手動加圧手段）
２ｄ 高圧容器（高圧タンク）
３ 開閉弁
３ａ 電磁弁
３ｂ 感温弁
３ｃ 手動開閉弁
４ 開閉弁（冷却水開閉弁）
４ａ 電磁弁
４ｂ 感温弁
４ｃ 手動開閉弁
５ 燃料電池スタック
５ａ 単位セル
６ 冷却水流路
６ａ 供給口（冷却水供給部）
６ｂ 排出口（排出部）
７ａ ガス供給部（供給部）
８ 温度センサ（温度検出手段）
９ 圧力センサ（圧力検出手段）
１０ コントローラ
１１ 電池内冷却流路
Ｓ２〜Ｓ３ … 判断手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 吉澤 幸大
神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産
自動車株式会社内
Ｆターム(参考） 5H026 AA06
5H027 AA06 CC06 KK01 KK41 MM01
MM16
Claims (10)
- 【請求項１】電気化学反応により発生した熱を除去する
ための冷却水の流通路となる電池内冷却流路を備え、単
セルを積層することにより構成した燃料電池スタック
と、 前記電池内冷却流路に冷却水を供給する、または前記電
池内冷却流路内の冷却水を回収する冷却水流路と、 前記電池内冷却流路に高圧ガスを供給する高圧ガス供給
手段と、 前記高圧ガス供給手段から前記電池内冷却流路に高圧ガ
スを選択的に供給する切替え手段と、を備えた燃料電池
システム。 - 【請求項２】前記電池内冷却流路に高圧ガスを供給する
供給部を前記単位セルの積層方向の一端に、 前記電池内冷却流路内から高圧ガスが排出される排出部
を、前記単位セルの積層方向の他端に、構成する請求項
１に記載の燃料電池システム。 - 【請求項３】前記高圧ガス供給手段を、加圧タンクと、
前記加圧タンクの圧力を上昇させる加圧手段により構成
し、 前記加圧タンクに内部の圧力を測定する圧力検出手段を
備えた請求項１に記載の燃料電池システム。 - 【請求項４】前記高圧ガス供給手段を、高圧ガスを貯蔵
した高圧タンクにより構成した請求項１に記載の燃料電
池システム。 - 【請求項５】電気化学反応により発生した熱を除去する
ための冷却水の流通路となる電池内冷却流路を備え、単
位セルを積層することにより構成した燃料電池スタック
と、 前記電池内冷却流路に冷却水を供給する、または前記電
池内冷却流路内の冷却水を回収する冷却水流路と、 前記電池内冷却流路に高圧ガスを供給する高圧ガス供給
手段と、 前記高圧ガス供給手段から前記電池内冷却流路に高圧ガ
スを選択的に供給する切替え手段と、を備え燃料電池シ
ステム停止時の凍結が予測される際に、前記高圧ガス供
給手段内から前記電池内冷却流路に高圧ガスを流通させ
ることを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項６】前記冷却水流路の前記電池内冷却流路に冷
却水を供給する冷却水供給部付近に、前記冷却水を前記
電池内冷却流路に選択的に供給する冷却水開閉弁を備
え、 前記切替え手段により前記電池内冷却流路に高圧ガスが
供給される際には、前記冷却開閉弁により前記冷却水流
路を遮断する請求項５に記載の燃料電池システム。 - 【請求項７】燃料電池システムの環境温度を検出する温
度検出手段と、 前記温度検出手段の出力に応じて前記燃料電池スタック
内で凍結があるかどうかを判断する判断手段を備え、 前記切替え手段を、前記高圧ガス供給手段と前記電池内
冷却流路との間に配置した、前記判断手段の出力に応じ
た開閉弁である電磁弁から構成し、 前記高圧ガス供給手段を、加圧タンクと、前記加圧タン
クの加圧手段としてのコンプレッサと、から構成し、 前記判断手段において前記燃料電池スタック内で凍結が
あると判断されたら、前記コンプレッサを用いて前記加
圧タンク内の圧力を上昇させてから、前記電磁弁を開く
ことにより高圧ガスを前記電池内冷却流路に供給する請
求項５に記載の燃料電池システム。 - 【請求項８】前記切替え手段を、前記燃料電池スタック
内で凍結が予測される温度で前記電池内冷却流路に高圧
ガスを供給する開閉弁である感温弁から構成し、 前記高圧ガス供給手段を、加圧タンクと、前記加圧タン
クの加圧手段としてのコンプレッサと、から構成し、 前記燃料電池システム停止時には、前記コンプレッサに
より前記加圧タンク内の圧力を上昇させる請求項５に記
載の燃料電池システム。 - 【請求項９】前記切替え手段を、手動によっても開閉を
制御できる手動開閉弁とし、 前記高圧ガス供給手段を、加圧タンクと前記加圧タンク
内の圧力を手動によっても上昇できる手動加圧手段とす
る請求項７または８に記載の燃料電池システム。 - 【請求項１０】前記切替え手段を、手動によっても開閉
を制御できる手動開閉弁とし、 前記高圧ガス供給手段を、高圧ガスが貯蔵された高圧タ
ンクとする請求項７または８に記載の燃料電池システ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002132607A JP2003331894A (ja) | 2002-05-08 | 2002-05-08 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002132607A JP2003331894A (ja) | 2002-05-08 | 2002-05-08 | 燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003331894A true JP2003331894A (ja) | 2003-11-21 |
Family
ID=29696096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002132607A Pending JP2003331894A (ja) | 2002-05-08 | 2002-05-08 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003331894A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004091022A2 (en) * | 2003-04-09 | 2004-10-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| JP2004335240A (ja) * | 2003-05-07 | 2004-11-25 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| WO2008007689A1 (fr) * | 2006-07-13 | 2008-01-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Système de pile à combustible et véhicule à pile à combustible |
| JP2009212045A (ja) * | 2008-03-06 | 2009-09-17 | Ebara Ballard Corp | 燃料電池システム及び燃料電池の除水方法 |
| KR101371740B1 (ko) | 2012-09-07 | 2014-03-12 | 기아자동차(주) | 배터리 냉난방 제어시스템 및 제어방법 |
| CN114006012A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-02-01 | 上海神力科技有限公司 | 一种燃料电池双极板高低温冲刷测试系统以及方法 |
-
2002
- 2002-05-08 JP JP2002132607A patent/JP2003331894A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004091022A2 (en) * | 2003-04-09 | 2004-10-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| WO2004091022A3 (en) * | 2003-04-09 | 2005-02-24 | Toyota Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| US7838157B2 (en) | 2003-04-09 | 2010-11-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| JP2004335240A (ja) * | 2003-05-07 | 2004-11-25 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP4506099B2 (ja) * | 2003-05-07 | 2010-07-21 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| WO2008007689A1 (fr) * | 2006-07-13 | 2008-01-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Système de pile à combustible et véhicule à pile à combustible |
| JP5012801B2 (ja) * | 2006-07-13 | 2012-08-29 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池車 |
| US8334077B2 (en) | 2006-07-13 | 2012-12-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and fuel cell vehicle |
| JP2009212045A (ja) * | 2008-03-06 | 2009-09-17 | Ebara Ballard Corp | 燃料電池システム及び燃料電池の除水方法 |
| KR101371740B1 (ko) | 2012-09-07 | 2014-03-12 | 기아자동차(주) | 배터리 냉난방 제어시스템 및 제어방법 |
| CN114006012A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-02-01 | 上海神力科技有限公司 | 一种燃料电池双极板高低温冲刷测试系统以及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2007035389A (ja) | 燃料電池システムおよびその制御方法 | |
| JP2004172025A (ja) | 燃料電池システム | |
| WO2005086268A1 (ja) | 燃料電池の冷却装置および冷却方法 | |
| KR20190000229A (ko) | 연료전지 차량의 응축수 배출장치 및 그 제어방법 | |
| WO2007066485A1 (ja) | 燃料電池システムおよびその停止方法 | |
| KR102614135B1 (ko) | 연료전지의 공기 공급 제어방법 및 제어시스템 | |
| JP2002313403A (ja) | 燃料電池システムの生成水排出方法 | |
| WO2006019027A1 (ja) | 燃料電池システム及びその液体排出方法 | |
| JP5065794B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| US8277994B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP5168719B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2007305412A (ja) | 燃料電池システムのアイドル制御装置及び制御方法 | |
| JP5324838B2 (ja) | 燃料電池システム及びその運転方法 | |
| JP2003331894A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2009123670A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2005050574A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP5024889B2 (ja) | 燃料電池システム、燃料電池システムの起動制御方法 | |
| JP2006185877A (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法 | |
| JP2007184199A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2009076261A (ja) | 燃料電池システム及びその起動方法 | |
| JP2002246052A (ja) | 燃料電池装置及びその起動方法 | |
| JP7382357B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2007305519A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2011204447A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP5262520B2 (ja) | 加熱制御装置 |