JP2005158509A - 燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム Download PDF

Info

Publication number
JP2005158509A
JP2005158509A JP2003395902A JP2003395902A JP2005158509A JP 2005158509 A JP2005158509 A JP 2005158509A JP 2003395902 A JP2003395902 A JP 2003395902A JP 2003395902 A JP2003395902 A JP 2003395902A JP 2005158509 A JP2005158509 A JP 2005158509A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
combustor
drain pipe
water
cell system
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.)
Withdrawn
Application number
JP2003395902A
Other languages
English (en)
Inventor
Karuki Hamada
香留樹 浜田
Takeshi Aoyanagi
健 青柳
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 JP2003395902A priority Critical patent/JP2005158509A/ja
Priority to US10/990,392 priority patent/US7326483B2/en
Publication of JP2005158509A publication Critical patent/JP2005158509A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022Heating by combustion
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029Heat exchange using liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156Arrangements 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231Purging of the reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】 排出物管理を簡素化できる燃料電池システムの提供を図る。
【解決手段】 燃焼器7は焼器内7で凝縮した凝縮水を排出するドレイン管43を有し、水回収装置(加湿器)10Bは水回収装置10B内で凝縮した凝縮水を排水するドレイン管41を有し、水タンク25は貯蔵量を超えた水を排出するドレイン管45を有する。燃焼器7のドレイン管43および水回収装置10Bのドレイン管43および水タンク25のドレイン管45を、燃焼器7からの燃焼ガスを排気する排気管19に接続した。このように各部(燃焼器7および水回収装置10Bおよび水タンク25)からの排水を排気管19にまとめたことで、燃料電池システムからの排出物(燃焼ガスおよび排水)が一カ所(排気管)から系外に排出される。そのため、燃料電池システムからの排出物(排気および排水)を一元管理でき、排出物管理が簡素化する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。
燃料電池システムは、燃料電池で、水素ガスなどの燃料ガス(アノード供給ガス)と酸素を有する酸化ガス(カソード供給ガス)とを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。
通常、地上で使用される燃料電池は、カソードに空気を供給している。この空気中の窒素の一部は、燃料電池の高分子電解質膜をリークしてカソードからアノードに至り、燃料ガス循環経路内に蓄積する。(なお、燃料ガスとして化学工業の副生水素ガスを用いる場合には、水素ガス中の不純物が燃料ガス循環経路に蓄積する。)窒素等の不純物が燃料ガス循環路に蓄積すると、アノードに供給される燃料ガス分圧が下がるので発電効率が低下する。このため、一定時間毎、或いは、一定電力量を発電した後には、不純物濃度が高まった燃料ガスを燃料ガス循環路から循環路外へ放出(パージ)する。但し、水素を含むパージガスをそのまま大気中に放出するのは好ましくないので、水素を燃焼器で燃焼させてから系外へ放出している。
このような燃料電池システムでは、カソードオフガスは大量の水を含む。これは、そもそもカソード供給ガスが湿潤であるとともに燃料電池で使用されたカソードオフガスには燃料電池で生成された水も同伴されるからである。このため、燃料電池から燃焼器までのカソードオフガスの排気経路が低温であると、多量の凝縮水が発生する。この凝縮水により燃焼器内の燃焼触媒が濡れると、燃焼触媒が不活性となり、不完全燃焼が生じたり最悪の場合は失火し水素等が排出される。
これを防ぐため、例えば特許文献1に開示されるように、燃料電池から燃焼器までのカソードオフガスの排気経路には、凝縮水を排出するドレイン管が設けれられている。
このドレイン管は、ドレインタンクに接続され、ドレイン管に混入するガスがドレインタンクを通じて漏れていかないように水封されている。
特許第02842517号
しかしながら、前記従来の燃料電池システムでは、排気管を通じて燃焼器からの燃焼ガスを排出するとともに各ドレインタンクから過剰な水を排出するため、排出経路が複数あり、排気物管理が複雑である。
本発明の目的は、上記従来の問題点を解決するため、排出物管理を簡素化できる燃料電池システムの提供である。
本発明の燃料電池システムは、燃料ガスまたは燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスと、酸化剤ガスまたは燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガス、の混合ガスを燃焼させる燃焼器と、燃料電池システムで必要な水を貯蔵・供給する水タンクと、を備え、
前記燃焼器は前記燃焼器内で凝縮した凝縮水を排出するドレイン管を有し、前記水タンクは貯蔵量を超えた水排出するドレイン管を有し、
前記燃焼器のドレイン管および前記水タンクのドレイン管を、前記燃焼器からの燃焼ガスを排気する排気管に接続したことを要旨とする。
本発明によれば、各部(燃焼器および水タンク)からの排水を排気管にまとめたため、燃料電池システムからの排出物(燃焼ガスおよび排水)が一カ所(排気管)から、車外に排出される。そのため、燃料電池システムからの排出物(排気および排水)を一元管理できる。これにより、排出物管理が簡素化する。しかも、燃料電池システムが軽量化し、また燃料電池システムの製造コストが低減する。
また、燃焼器からの燃焼ガスまたは燃焼器からの排水または水タンクからの排水、のいずれか1つが環境基準の規定濃度をオーバーした濃度(例えば可燃濃度)となっていても、排気物が一カ所(排気管)に集められて排出されることで、規定濃度以下に希釈できる。
さらに、外気温度によっては各ドレイン管内の排水が凍結する虞があるが、各ドレイン管は高温の燃焼ガスが流通する排気管に接続されているので、この燃焼ガスの熱により、ドレイン管内の凍結を防ぐことができる。
以下、図面を参照して、本発明に係る燃料電池システムの一実施形態を詳細に説明する。この実施形態の燃料電池システムは、燃料電池車両の駆動源として車両の床下に搭載されたものである。
第1実施形態:
図1〜図3はこの発明の第1実施形態を示すものである。図1はこの第1実施形態の燃料電池システムの概略図であり、図2はこの実施形態の燃料電池および燃焼器および近傍の配置レイアウトを示す平面図である。まず、この実施形態の燃料電池システムの概要を説明する。
「燃料電池システムの全体構成」
図1に示すように、燃料電池システムは、水素供給配管11を介して燃料ガスとしての水素を供給する水素供給装置(燃料ガス供給装置)1と、空気供給配管14を介して酸化剤ガスとしての空気を供給する空気供給装置(酸化剤ガス供給装置)2と、アノード(燃料極)4とカソード(酸化剤極)5を電極として備えそれぞれの電極に供給された水素と酸素とを用いて発電する燃料電池3と、アノードオフガスをアノードオフガス循環配管12を介してアノード4の上流に循環させるアノードオフガス循環装置6と、アノードオフガスを燃焼させる燃焼器7と、燃焼器7の燃焼排ガスで冷媒を加熱する熱交換器8と、冷却装置9と、アノード供給ガスとしての水素を加湿する加湿器10A及びカソード供給ガスとしての空気を加湿する加湿器10Bと、空気流量制御弁16と、熱交換器8又は冷却装置9と燃料電池3との間の冷媒流路20に冷媒を循環させる冷媒ポンプ21と、冷媒流路20を熱交換器8又は冷却装置9に切り換える三方弁22と、アノードオフガスをアノードオフガス循環装置6からアノードオフガス排出配管13を介して燃焼器7へ排出するアノードオフガス排出弁27と、燃料電池システム全体を制御するシステムコントローラ37と、を備えている。
尚、この実施形態では、アノード供給ガス用の加湿器10Aとカソード供給用の加湿器10Bでは構成が異なっている。アノード供給ガス用の加湿器10Aは、水タンク25に貯蔵される水を利用して水素供給配管11を流れる水素を加湿する。一方、カソード供給ガス用の加湿器10Bは、内部に中空糸膜の集合体を備え、この中空糸膜内にカソードオフガスを流通させるとともに中空糸膜外にカソード供給ガスを流通させて、このカソードオフガス中の水分でカソード供給ガスを加湿する。つまり、このカソード供給用の加湿器10Bは、カソードオフガスの水分を回収する「水回収装置」である。
「燃料電池システムの動作」
次に、燃料電池システムの動作を説明する。
まず、水素供給装置1からの水素が加湿器10Aで加湿されてアノード4に供給されるとともに空気供給装置2からの空気が加湿器10Bで加湿されてカソード5に供給され、これら水素および空気が燃料電池3内で反応し、発電される。その際アノード4からは消費されずに残ったアノードオフガスが排出される。またカソード5からは一部の酸素が消費され且つ発電により生成した水分を含んだカソードオフガスがそれぞれ排出される。
通常運転時にアノードオフガスは、アノードオフガス循環装置6によりアノードオフガス循環配管12を介して水素供給配管11に全量循環されて再度アノード4へと供給される。一方、カソードオフガスは、加湿器10B、燃焼器7、熱交換器8、排気管19を介してシステム外へ排気される。
ここで、燃料電池3のセル電圧を検知する電圧検知手段により所定の電圧値よりも低い電圧が検知された場合には、システムコントローラ37はアノード供給ガスに蓄積した不純物量が多くなったと判断してパージ信号を発信し、これに基づいて、アノードオフガス排出弁27から所定流量のアノードオフガスが燃焼器7に排出される。
燃焼器7では、アノードオフガス排出弁27を介して供給されたアノードオフガス(排水素)がミキサ23でカソードオフガスと混合され、この混合ガスが燃焼触媒を有する燃焼室24で燃焼される。燃焼器7で生成された燃焼ガスは、熱交換器8を通過して排気管19を通じてシステム外(大気)に排気される。
なお、燃焼器7には、図示せぬ配管を介して水素供給装置1から水素を供給できると共に図示せぬ配管を介して空気を供給できるようになっていて、パージされる排水素を処理する時以外にも、水素および空気(酸素)を燃焼させて熱を発生できるようになっている。この燃焼熱を利用して、必要に応じて燃料電池3を加温できる。
「燃料電池の温度管理」
次に、燃料電池3の温度管理について説明する。燃料電池3は、不凍液等の冷媒により運転温度が適温に維持されるように温度管理されている。
燃料電池システムの通常運転時には、発熱した燃料電池3を適正な運転温度に冷却維持する必要がある。そのため、三方弁22で冷媒ポンプ21と冷却装置9とを連通することで、冷媒を冷媒ポンプ21、三方弁22,冷却装置9、燃料電池3、冷媒ポンプ21という閉路に循環させるようになっている。これにより、燃料電池3の発熱を冷却装置9からシステム外へ放出して、燃料電池3の温度を適温に冷却維持する。
一方、燃料電池システムの起動時には、燃料電池3を適正な運転温度に上昇させる必要がある。そのため、三方弁22で冷媒ポンプ21と熱交換器8とを連通することで、冷媒を冷媒ポンプ21、三方弁22、熱交換器8、燃料電池3、冷媒ポンプ21という閉路に循環させるようになっている。これにより、通常運転時冷媒として用いる媒体を温媒として用いることができ、温媒温度を熱交換器8で上昇させて、燃料電池3の温度を運転開始に適切な温度まで上昇させることができる。
「燃料電池と燃焼器との配置レイアウト」
次に、図2を参照しつつ燃料電池と燃焼器との配置レイアウトを説明する。図2は燃料電池および燃焼器の近傍を示す平面図である。
図2中符号30はフロントシート下方の床下で車体に固定されたフレームである。このフレーム30には主に燃料電池3と燃焼器7を含む排気系の構成部品(加湿器10B、燃焼器7、冷媒用熱交換器8、排気配管19等)とがサブアッセンブリされた状態で、取付固定されている。なお、図示せぬ水素タンクおよび燃料電池3で発電した電気を蓄える図示せぬ二次電池およびシステムコントローラ37は、燃料電池3より車両後方の床下で図示せぬ他のフレームに取付固定されている。
図2に示すように運転温度の大きく異なる燃焼器7と燃料電池3との間には、遮熱体として機能する水タンク25が配置されている。燃焼器7および水タンク25および燃料電池3の配置関係は、車両の前方から後方に向けて順番に燃焼器7および水タンク25および燃料電池3が近接配置されている。カソード供給ガス用の加湿器10Bは、燃料電池3に対して車両前方で且つ燃焼器7および水タンク25に対して車両側方に配置されている。このようにカソード供給ガス用の加湿器10Bは燃焼器7に近接配置されることで燃焼器7の熱を受熱するため、加湿器10B内を流通する水分の凝縮を防止できさらには凍結を防止できるようになっている。また、カソード供給ガス用の加湿器10Bは燃焼器7に対して車幅方向に配置されているため、走行風の影響を受けて直に燃焼熱を浴びることが無く、一般に耐熱性の低い中空糸膜を確実に保護できるようになっている。
「排水管理」
以下、主に図3を基にこの燃料電池システムの排水管理について説明する。図3は燃料電池システムの排水系を示す概略図である。
図3に示すように、加湿器(水回収装置)10Bは、加湿器10B内で凝縮した凝縮水を排出するドレイン管41を有する。また、燃焼器7は、燃焼器7内で凝縮した凝縮水を排出するドレイン管43を有する。また、水タンク25は貯蔵量を超えた水および気液分離後の気体を排出するドレイン管45を有する。なお、水タンク25には、燃料電池3で生成された水の一部が配管39(図1中2点鎖線)を通じて供給され、この水タンク25に貯水される水が一定量を超えると水タンク25のドレイン管45から排水されるようになっている。
これら加湿器10Bのドレイン管41および燃焼器7のドレイン管43および水タンク25のドレイン管45は、燃焼器7からの燃焼ガスを排気する排気管19に接続されている。
「効果」
このようにこの第1実施形態の燃料電池システムによれば、各部(燃焼器7および加湿器10Bおよび水タンク25)からの排水を排気管19にまとめたことで、燃料電池システムからの排出物(燃焼ガスおよび排水)を一カ所(排気管19)から車外に排出できる。そのため、燃料電池システムからの排出物(排気および排水)を一元管理できる。これにより、排出物管理が簡素化する。しかも、燃料電池システムが軽量化し、また燃料電池システムの製造コストが低減する。
また、燃焼器7からの燃焼ガスまたは燃焼器7からの排水または加湿器10Bからの排水または水タンク25からの排水、のいずれか1つが環境基準の規定濃度をオーバーした濃度(例えば可燃濃度)となっていても、排気物が一カ所(排気管19)に集められて排出されることで、規定濃度以下に希釈できる。
さらに、外気温度によっては各ドレイン管41、43、45内の排水が凍結する虞があるが、各ドレイン管41、43、45は高温の燃焼ガスが流通する排気管19に接続されているので、この燃焼ガスの熱により、ドレイン管41、43、45内の凍結を防ぐことができる。
なお、この第1実施形態では、各ドレイン管41、43、45の排気管19への接続位置41b、43b、45bにおいて、各ドレイン管41、43、45がまとめられているが、本発明にあっては各ドレイン管41、43、45がその途中で合流していてもよい。また、後述するその他の実施形態のように、各ドレイン管41、43、45の排気管19への接続位置41b、43b、45bが異なっていてもよい。
以下、本発明のその他の実施形態について説明する。なお以下の説明で、第1実施形態と類似または同一の構成については同一符号を付して、構成およびその作用効果の説明を省略する。
第2実施形態:
図4は本発明の第2実施形態の燃料電池システムの排水系を示す概略図である。この第2実施形態では、燃焼器7のドレイン管43が排気管19の上流側に接続され、且つ、燃焼器7のドレイン管43の排気管19への接続位置43bが、加湿器10Bのドレイン管41の接続位置41bおよび水タンク25のドレイン管45の接続位置45bよりも排気管19の上流側に接続されている点で、第1実施形態の燃料電池システムと異なっている。
この第2実施形態の燃料電池システムは、第1実施形態の燃料電池システムの効果に加え、以下の効果を備える。
まず第1に、燃焼器7のドレイン管43が排気管19の上流側に接続されているため、排気管19からの燃焼ガスが高温のまま車外に排出されることを防ぐことができる。つまり、燃焼器7の燃焼時には燃焼器7のドレイン管43から凝縮水とともに高温の燃焼ガスも排気管19に導入されることがあるため、仮に燃焼器7のドレイン管43を排気管19の下流側(排気出口側)に接続した場合は、高温の燃焼ガスが車外に排出される可能性がある。しかし、この第2実施形態の燃料電池システムによれば、このような心配はない。
第2に、燃焼器7のドレイン管43が他のドレイン管41、45よりも排気管19の上流側に接続されているため、さらに確実に、燃焼ガスが高温のまま車外に排出されることを防ぐことができる。つまり、燃焼器7の燃焼時に燃焼器7のドレイン管43から高温の燃焼ガスが排気管19に導入されても、加湿器10Bからの排水および水タンク25からの排水により高温の燃焼ガスが冷却されるからである。
第3実施形態:
図5は本発明の第3実施形態の燃料電池システムの排水系を示す概略図である。この第3実施形態は、排気管19に排気管19内の温度を検出する温度センサ(温度検出手段)47を設けた点で、第2実施形態の燃料電池システムと異なっている。この温度センサ47は、燃焼器7のドレイン管43の接続位置43bよりも下流且つ加湿器10Bのドレイン管41の接続位置41bおよび水タンク25のドレイン管45の接続位置45bよりも上流に配置されている。
この第3実施形態の燃料電池システムによれば、第2実施形態の燃料電池システムの効果に加え、温度センサ47で検出される温度が、燃焼器7で生じる燃焼ガスおよび凝縮水を基に計測されるので、燃焼器7の燃焼状態を示す燃焼ガスの温度をより正確に計測できる。つまり、燃焼器7の燃焼温度に無関係な、水タンク25のドレイン管45からの排水や加湿器10Bのドレイン管41からの排水の温度の影響を受けずに、燃焼器7の燃焼状態を検出できる。
第4実施形態:
図6は本発明の第4実施形態の燃料電池システムの排水系を示す概略図である。この第4実施形態は、各ドレイン管41、43、45の排気管19との接続位置41b、43b、45bを、排気管19の上流側から下流側に向けて、燃焼器7のドレイン管43→加湿器10Bのドレイン管41→水タンク25のドレイン管45の順とした点で、第2実施形態と異なっている。
この第4実施形態の燃料電池システムによれば、第2実施形態の燃料電池システムの効果に加え、水タンク25のドレイン管45の接続位置45bよりも上流に、燃焼器7のドレイン管43の接続位置43bおよび加湿器10Bのドレイン管41の接続位置41bを設けたため、水タンク25のオーバーフロー時に水タンク25のドレイン管45から大量に水が排出されたとしても、燃焼器7および加湿器10Bに水が逆流する可能性を低下できる。
第5実施形態:
図7は本発明の第5実施形態の燃料電池システムの排水系を示す概略図である。この第5実施形態は、排気管19の底面19aが、少なくともドレイン管41、43、45が接続される区間において、上流側から下流側に行くにしたがって重力方向下方に傾斜している点で第4実施形態と異なっている。
この第4実施形態の燃料電池システムによれば、第4実施形態の燃料電池システムの効果に加え、各ドレイン管41、43、45からの排水が、排気管19の底面19aの傾斜によって排気管19の下流側に向けて流れやすい構造となる。そのため、各ドレイン管41、43、45からの排水が排気管19を燃焼器7に向けて逆流することを防止できる。
第6実施形態:
図8は本発明の第6実施形態の燃料電池システムの排水系を示す概略図である。この第6実施形態は、ドレイン管41、43、45の排気管19との接続位置41b、43b、45bはいずれも、排気管19の入口51よりも重力方向下方に位置する点で、第4実施形態と異なっている。
この第6実施形態の燃料電池システムによれば、ドレイン管41、43、45の排気管19との接続位置41b、43b、45bはいずれも、排気管19の入口51よりも重力方向下方に位置するので、各ドレイン管41、43、45からの排水が排気管19より上流側の燃焼器7に向けて逆流することを防止できる。
また、この第6実施形態では、各ドレイン管41、43、45の接続位置41b、43b、45bは排気管19の底面より離間し、且つ、各ドレイン管41、43、45の接続位置41b、43b、45bが重力方向にほぼ同一高さに設定されているため、ある程度の水量が排気管19の底面を流れても、各ドレイン管41、43、45に水が逆流することが防止されている。
以上要するに本発明にあっては、各部(燃焼器および水タンク)からの排水を排気管にまとめたことで、燃料電池システムからの排出物(燃焼ガスおよび排水)を一カ所(排気管)から排出できる。つまり、燃料電池システムからの排出物(排気および排水)を一元管理できるので、これにより、排出物管理が簡素化する。
なお、上述の実施形態では水回収装置はカソードオフガスの水分を回収して直接カソード供給ガスを加湿する加湿器であるが、本発明にあっては水回収装置はこれに限定されるものではなく、カソードオフガスから水を回収するものであればよい。つまり本発明の水回収装置としては、例えば図9に示すように水回収装置101でカソードオフガスから回収した水を別途配置された加湿器102に供給するものであってもよいし、また、図10に示すように水回収装置101でカソードオフガスから回収した水を水タンク25に供給するものであってもよい。
また、上述の実施形態ではいずれも水回収装置を備える燃料電池システムを例示したが、本発明には水回収装置を備えない燃料電池システムも含まれるものとする。
本発明の第1実施形態の燃料電池システムを示す概略図。 同燃料電池システムの燃料電池および燃焼器の近傍の配置レイアウトを示す平面図。 同燃料電池システムの排水系の配置レイアウトを示す概略図。 本発明の第2実施形態の燃料電池システムの排水系の配置レイアウトを示す概略図。 本発明の第3実施形態の燃料電池システムの排水系の配置レイアウトを示す概略図。 本発明の第4実施形態の燃料電池システムの排水系の配置レイアウトを示す概略図。 本発明の第5実施形態の燃料電池システムの排水系の配置レイアウトを示す概略図。 本発明の第6実施形態の燃料電池システムの排水系の配置レイアウトを示す概略図。 燃料電池システムのその他の例を示す概略図。 燃料電池システムのその他の例を示す概略図。
符号の説明
3…燃料電池
4…アノード
5…カソード
7…燃焼器
10B…加湿器(水回収装置)
19…排気管
19a…底面
25…水タンク
41…加湿器のドレイン管
41b…接続位置
43…燃焼器のドレイン管
43b…接続位置
45…水タンクのドレイン管
45b…接続位置
47…温度センサ(温度検出手段)
51…排気管の入口
101…水回収装置
102…加湿器

Claims (8)

  1. 燃料ガスまたは燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスと、酸化剤ガスまたは燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガスと、の混合ガスを燃焼させる燃焼器と、
    燃料電池システムで必要な水を貯蔵・供給する水タンクと、
    を備え、
    前記燃焼器は、前記燃焼器内で凝縮した凝縮水を排出するドレイン管を有し、
    前記水タンクは、貯蔵量を超えた水を排出するドレイン管を有し、
    前記燃焼器のドレイン管および前記水タンクのドレイン管を、前記燃焼器からの燃焼ガスを排気する排気管に接続したことを特徴とする燃料電池システム。
  2. 燃料ガスまたは燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスと、酸化剤ガスまたは燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガスと、の混合ガスを燃焼させる燃焼器と、
    前記アノードオフガスに含まれる水分を回収する水回収装置と、
    燃料電池システムで必要な水を貯蔵・供給する水タンクと、
    を備え、
    前記燃焼器は、前記燃焼器内で凝縮した凝縮水を排出するドレイン管を有し、
    前記水回収装置は、前記水回収装置内で凝縮した凝縮水を排出するドレイン管を有し、
    前記水タンクは、貯蔵量を超えた水を排出するドレイン管を有し、
    前記水回収装置のドレイン管を、前記燃焼器からの燃焼ガスを排気する排気管または前記水タンクに接続し、
    前記燃焼器のドレイン管および前記水タンクのドレイン管を、前記燃焼器からの燃焼ガスを排気する排気管に接続したことを特徴とする燃料電池システム。
  3. 燃料ガスまたは燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスと、酸化剤ガスまたは燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガスと、の混合ガスを燃焼させる燃焼器と、
    前記アノードオフガスに含まれる水分を回収する水回収装置と、
    燃料電池システムで必要な水を貯蔵・供給する水タンクと、
    を備え、
    前記燃焼器は、前記燃焼器内で凝縮した凝縮水を排出するドレイン管を有し、
    前記水回収装置は、前記水回収装置内で凝縮した凝縮水を排出するドレイン管を有し、
    前記水タンクは、貯蔵量を超えた水を排出するドレイン管を有し、
    前記燃焼器のドレイン管および前記水回収装置のドレイン管および前記水タンクのドレイン管を、前記燃焼器からの燃焼ガスを排気する排気管に接続したことを特徴とする燃料電池システム。
  4. 請求項3に記載の燃料電池システムであって、
    前記燃焼器のドレイン管を、前記水回収装置のドレイン管および前記水タンクのドレイン管よりも前記排気管の上流側に接続したことを特徴とする燃料電池システム。
  5. 請求項3または4に記載の燃料電池システムであって、
    前記排気管に排気管内の温度を検出する温度検出手段を設け、
    前記温度検出手段を、前記燃焼器のドレイン管の接続位置よりも下流且つ前記水回収装置のドレイン管の接続位置および前記水タンクのドレイン管の接続位置よりも上流に、配置したことを特徴とする燃料電池システム。
  6. 請求項3〜5の何れか1項に記載の燃料電池システムであって、
    前記各ドレイン管の前記排気管への接続位置を、前記排気管の上流側から下流側に向けて、前記燃焼器のドレイン管、前記水回収装置のドレイン管、前記水タンクのドレイン管、の順としたことを特徴とする燃料電池システム。
  7. 請求項3〜6の何れか1項に記載の燃料電池システムであって、
    前記排気管の底面は、少なくとも前記ドレイン管が接続される区間において、上流側から下流側にいくにしたがって重力方向下方に傾斜していることを特徴とする燃料電池システム。
  8. 請求項3〜6の何れか1項に記載の燃料電池システムであって、
    前記各ドレイン管の前記排気管との接続位置は、いずれも、前記排気管の入口よりも重力方向下方に位置することを特徴とする燃料電池システム。

JP2003395902A 2003-11-26 2003-11-26 燃料電池システム Withdrawn JP2005158509A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003395902A JP2005158509A (ja) 2003-11-26 2003-11-26 燃料電池システム
US10/990,392 US7326483B2 (en) 2003-11-26 2004-11-18 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003395902A JP2005158509A (ja) 2003-11-26 2003-11-26 燃料電池システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005158509A true JP2005158509A (ja) 2005-06-16

Family

ID=34587616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003395902A Withdrawn JP2005158509A (ja) 2003-11-26 2003-11-26 燃料電池システム

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7326483B2 (ja)
JP (1) JP2005158509A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1728996A1 (en) 2005-05-31 2006-12-06 Nissan Motor Co., Ltd. Combustion control method and apparatus for a direct injection spark ignition internal combustion engine
WO2018029829A1 (ja) * 2016-08-10 2018-02-15 日産自動車株式会社 燃料電池システム、及び、燃料電池システムの制御方法
CN117154153A (zh) * 2023-09-20 2023-12-01 江苏核电有限公司 一种氢能燃料电池备用系统及其使用方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007042597A (ja) * 2005-07-01 2007-02-15 Nissan Motor Co Ltd 触媒燃焼器
DE102006046257A1 (de) 2006-09-28 2008-04-10 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Brennstoffzellensystem
GB2453127A (en) 2007-09-26 2009-04-01 Intelligent Energy Ltd Fuel Cell System
GB2453126B (en) 2007-09-26 2013-02-06 Intelligent Energy Ltd Fuel cell system
JP5812379B2 (ja) * 2010-07-02 2015-11-11 スズキ株式会社 燃料電池車両の暖房装置
JP5549735B2 (ja) * 2010-09-09 2014-07-16 日産自動車株式会社 燃料電池システム及びその運転方法
DE202013009357U1 (de) 2013-06-27 2015-01-16 Dana Canada Corporation Integrierte Gasmanagementvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2842517B2 (ja) * 1994-12-27 1999-01-06 三菱電機株式会社 燃料電池発電設備

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1728996A1 (en) 2005-05-31 2006-12-06 Nissan Motor Co., Ltd. Combustion control method and apparatus for a direct injection spark ignition internal combustion engine
WO2018029829A1 (ja) * 2016-08-10 2018-02-15 日産自動車株式会社 燃料電池システム、及び、燃料電池システムの制御方法
JPWO2018029829A1 (ja) * 2016-08-10 2019-06-13 日産自動車株式会社 燃料電池システム、及び、燃料電池システムの制御方法
US11101478B2 (en) 2016-08-10 2021-08-24 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and control method of fuel cell system
CN117154153A (zh) * 2023-09-20 2023-12-01 江苏核电有限公司 一种氢能燃料电池备用系统及其使用方法
CN117154153B (zh) * 2023-09-20 2024-04-30 江苏核电有限公司 一种氢能燃料电池备用系统及其使用方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20050112431A1 (en) 2005-05-26
US7326483B2 (en) 2008-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5083234B2 (ja) 燃料電池システム
US7981555B2 (en) Method of operating a fuel cell system
JP5394568B2 (ja) 開放型燃料電池システム
JP5914862B2 (ja) 燃料電池システム
JP2005158509A (ja) 燃料電池システム
JP4418299B2 (ja) 加湿装置
KR101001589B1 (ko) 미반응 물질 제거 기능을 갖는 개방형 연료전지 시스템
JP2011018534A (ja) 燃料電池システム
KR20100025026A (ko) 연료전지 시스템의 가습 장치 및 방법
JP2006278117A (ja) 固体高分子型燃料電池発電装置
JP5109284B2 (ja) 燃料電池システム
JP2009110684A (ja) 燃料電池システム
JP2008171806A (ja) 燃料電池発電装置
JP2005116368A (ja) 燃料電池システム
JP2005156370A (ja) 圧力計測システム
JP5471030B2 (ja) 燃料電池システム
JP4528570B2 (ja) 燃料電池コージェネレーションシステム
JP2008218353A (ja) 燃料電池発電システム
JP2017199659A (ja) 燃料電池システム
JP2014191965A (ja) 燃料電池システム
JP2014007001A (ja) 燃料電池システム
JP2006049140A (ja) 燃料電池システム
JP5411199B2 (ja) 未反応物質除去機能を有する開放型燃料電池システム
KR101189236B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 그의 가습장치
JP2006114413A (ja) 燃料電池発電装置の水質管理方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060925

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20090908