JP2005166404A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】冷却水の流路とガスの流路とを有する被冷却部における、ガスと冷却水との差圧を規定値以内に維持して、被冷却部のシール機能の信頼性を高める燃料電池システムを提供する。
【解決手段】冷却水の流路とガスの流路とを有する被冷却部と、冷却水の熱を外部へ放出する熱交換器と、冷却水の流路内に冷却水を流通させるポンプと、冷却水を貯蓄するリザーバータンクと、リザーバータンクの内部を負圧にする負圧装置とを有する。
【選択図】図1
【解決手段】冷却水の流路とガスの流路とを有する被冷却部と、冷却水の熱を外部へ放出する熱交換器と、冷却水の流路内に冷却水を流通させるポンプと、冷却水を貯蓄するリザーバータンクと、リザーバータンクの内部を負圧にする負圧装置とを有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、燃料電池システムに係り、特に、冷却水の流路とガスの流路とを有する被冷却部を備えた燃料電池システムに関する。
近年、高効率のエネルギー変換装置として、燃料電池が注目を集めている。特に、電解質としてプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池は、コンパクトな構造で高出力密度が得られ、かつ簡略なシステムで運転が可能なことから、定置用分散電源だけでなく自動車用や家庭用などの電源として注目されている。また、固体高分子電解質膜以外のプロトン伝導性を有する膜を用いた燃料電池や、直接メタノール型燃料電池なども合わせて脚光を浴びている。その中でも自動車用の燃料電池は、世界規模でのアライアンスが組まれるなどグローバルな開発競争が展開されている。
固体高分子型燃料電池は、一般的に、燃料ガス及び酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池本体がその周辺システム及び周辺機器と一体となった燃料電池システムとして構成されている。燃料電池本体は、固体高分子電解質膜の両面に燃料極並びに酸化剤極に相当する2枚のガス拡散電極を配置した膜電極複合体が燃料極及び酸化剤極に燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ供給する為のガス流路を備えたセパレータ及び冷却水が流通する冷却板を介して複数積層されてなる並設積層構造体を有する。
従来、冷却水流路と燃料ガス流路を仕切るための、水が透過する導電性を有する水透過材を設けることにより、冷却水を用いて燃料電池本体を冷却するとともに、燃料ガス及び酸化剤ガスを加湿して固体高分子電解質膜を安定して湿潤させてイオン導電性を向上できるようにした固体高分子型燃料電池が知られている(例えば、特許文献1等を参照)。
特開2001−185169号公報
上記の固体高分子型燃料電池においては、燃料電池本体内でのガス流路と冷却水流路の間の差圧を一定値以内に維持することが、内部構造の主にシール機能の信頼性において有効とされる。
しかしながら、燃料電池の冷却水は放熱要求の増大のために流量を増大することがあり、これにより、燃料電池本体内流路や冷却水系の部品や配管での圧力損失が増大する傾向となる。
この状態においても要求流量を確保するためには、ポンプ能力を増大しなければならないが、そうするとポンプ出口圧力は上昇し、燃料電池本体内の冷却水流路において、全体または部分的に、圧力値が規定のガス流路との差圧を維持できないおそれがある。
本発明の特徴は、冷却水の流路とガスの流路とを有する被冷却部と、冷却水の熱を外部へ放出する熱交換器と、冷却水の流路内に冷却水を流通させるポンプと、冷却水を貯蓄するリザーバータンクと、リザーバータンクの内部を負圧にする負圧装置とを有する燃料電池システムであることを要旨とする。
本発明によれば、冷却水の流路とガスの流路とを有する被冷却部における、ガスと冷却水との差圧を規定値以内に維持して、被冷却部のシール機能の信頼性を高める燃料電池システムを提供することができる。
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似部分には同一あるいは類似な符号を付している。
(第1の実施の形態)
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係わる燃料電池システムは、冷却水の流路1aとガスの流路1bとを有する被冷却部(例えば、燃料電池本体1)と、冷却水の熱を外部へ放出する熱交換器3と、冷却水の流路1a内に冷却水を流通させるポンプ4と、冷却水20を貯蓄するリザーバータンク5と、リザーバータンク5の内部を負圧にする負圧装置6と、燃料電池本体1、熱交換器3、ポンプ4、リザーバータンク5の間を接続する冷却水主流路9とを有する。ポンプ4と燃料電池本体1との間の冷却水主流路9上に第1の部品23が接続され、燃料電池本体1と熱交換器3との間の冷却水主流路9上に第2の部品22が接続されている。また、ガスの流路1bの出入り口にはそれぞれガス主流路21が接続されている。
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係わる燃料電池システムは、冷却水の流路1aとガスの流路1bとを有する被冷却部(例えば、燃料電池本体1)と、冷却水の熱を外部へ放出する熱交換器3と、冷却水の流路1a内に冷却水を流通させるポンプ4と、冷却水20を貯蓄するリザーバータンク5と、リザーバータンク5の内部を負圧にする負圧装置6と、燃料電池本体1、熱交換器3、ポンプ4、リザーバータンク5の間を接続する冷却水主流路9とを有する。ポンプ4と燃料電池本体1との間の冷却水主流路9上に第1の部品23が接続され、燃料電池本体1と熱交換器3との間の冷却水主流路9上に第2の部品22が接続されている。また、ガスの流路1bの出入り口にはそれぞれガス主流路21が接続されている。
燃料電池本体1は、固体高分子電解質膜の両面に燃料極並びに酸化剤極に相当する2枚のガス拡散電極を配置した膜電極複合体が燃料極及び酸化剤極に燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ供給する為のガス流路1bを備えたセパレータ及び冷却水が流通する流路1aを備えた冷却板を介して複数積層されてなる並設積層構造体を有する。冷却水は、燃料電池本体1の発熱反応により生じた熱を奪い外部へ放出する。なお、燃料電池本体1に、冷却水の流路1aとガスの流路1bとを仕切るための、水が透過する導電性を有する水透過材を設けることが望ましい。これにより、冷却水を用いて燃料電池本体1を冷却するとともに、燃料ガス及び酸化剤ガスを加湿することが出来る。
熱交換器3は、冷却水を冷却することにより、冷却水を介して燃料電池本体1の熱を外部へ放出する。例えば、ラジエータ及びラジエータファンなどが相当する。ラジエータファンの回転数などを制御することにより、熱交換器3の冷却能力を制御することが出来る。
ポンプ4は、所定の流速で冷却水を冷却水主流路9内で循環させる。なお、ポンプ4が送り出す冷却水の流速は可変であり、ポンプ4の動作を制御することにより、燃料電池本体1の冷却能力が変化する。
リザーバータンク5の内部は、冷却水20よりその一部分が満たされ、他の部分は空気で満たされている。負圧装置6は、リザーバータンク5の内部の空気を負圧にするか、或いはリザーバータンク5の内部の冷却水20を負圧にする。冷却水20のリザーバータンク5を負圧にできる装置としては、ファン、バキュームポンプなどで負圧装置6を個別作動させる例や、燃料電池本体1の空気供給用コンプレッサの吸気側より連通路のバルブなどの開閉による負圧を利用する例などが含まれる。
図2は、図1に示した燃料電池システムにおいて負圧装置6を動作させない場合の冷却水の各部位の圧力状況を示す。横軸は、冷却水循環システムの各部位を示し、縦軸は冷却水の絶対圧を示す。ポンプ4が冷却水を送り出すことでポンプ4の入口から出口にかけて冷却水20の絶対圧は上昇する。ポンプ4と第1の部品23間の冷却水主流路9、第1の部品23、第1の部品23と燃料電池本体1間の冷却水主流路9において、冷却水20の絶対圧は減少し、燃料電池本体1の流路1aの入口から出口にかけて更に減少する。燃料電池本体1の流路1a内での冷却水20の絶対圧は、ガス極との差圧の許容範囲よりも高い。ここで、ガス極との差圧の許容範囲は、冷却水の流路1aとガスの流路1bとを仕切るための水透過材のシール性能の信頼性を維持することが出来る冷却水とガスとの差圧の範囲を示す。燃料電池本体1から排出された冷却水は第2の部品22及び熱交換器3を通過してリザーバータンク5へ戻る。ここで、負圧装置6を動作させない場合、リザーバータンク5内部の圧力は、大気圧に等しくなる。
図3は、図1に示した燃料電池システムにおいて負圧装置6を動作させた場合の冷却水の圧力状況を示すグラフである。図2と同様に、横軸は冷却水循環システムの各部位を示し、縦軸は冷却水の絶対圧を示す。ポンプ4の入口から出口にかけて冷却水20の絶対圧は上昇する。ポンプ4、第1の部品23、及び燃料電池本体1にかけて冷却水20の絶対圧は減少し、燃料電池本体1の流路1aの入口から出口にかけて更に減少する。燃料電池本体1の流路1a内での冷却水20の絶対圧は、ガス極との差圧の許容範囲に収まっている。燃料電池本体1から排出された冷却水は第2の部品22及び熱交換器3を通過してリザーバータンク5へ戻る。ここで、負圧装置6を動作させた場合、リザーバータンク5内部の圧力は、大気圧よりも低く、すなわち負圧になる。これにより、燃料電池本体1の流路1aの入口から出口にかけての冷却水の絶対圧が上記の許容範囲を満足する状況となる。
以上説明したように、第1の実施の形態によれば、燃料電池本体1内部の流路1aにおいて冷却水の絶対圧を低減でき、ガス極との差圧を低減でき、シール信頼性を向上させることが出来る。
また、冷却水20内の空気抜きを容易にすることができる。
更に、初期の液体注入時の空気抜きにも活用できる。
(第2の実施の形態)
図4に示すように、本発明の第2の実施の形態に係わる燃料電池システムは、冷却水の流路1aとガスの流路1bとを有する燃料電池本体1と、冷却水の熱を外部へ放出する熱交換器3と、冷却水の流路1a内に冷却水を流通させるポンプ4と、冷却水20を貯蓄するリザーバータンク5と、リザーバータンク5の内部を負圧にする負圧装置6と、燃料電池本体1、熱交換器3、ポンプ4、リザーバータンク5の間を接続する冷却水主流路9と、被冷却部(燃料電池本体1)の運転状況に応じてリザーバータンク5の内部の負圧レベルを調整する制御装置7とを有する。ポンプ4と燃料電池本体1との間の冷却水主流路9上に第1の部品23が接続され、燃料電池本体1と熱交換器3との間の冷却水主流路9上に第2の部品22が接続されている。また、ガスの流路1bの出入り口にはそれぞれガス主流路21が接続されている。
図4に示すように、本発明の第2の実施の形態に係わる燃料電池システムは、冷却水の流路1aとガスの流路1bとを有する燃料電池本体1と、冷却水の熱を外部へ放出する熱交換器3と、冷却水の流路1a内に冷却水を流通させるポンプ4と、冷却水20を貯蓄するリザーバータンク5と、リザーバータンク5の内部を負圧にする負圧装置6と、燃料電池本体1、熱交換器3、ポンプ4、リザーバータンク5の間を接続する冷却水主流路9と、被冷却部(燃料電池本体1)の運転状況に応じてリザーバータンク5の内部の負圧レベルを調整する制御装置7とを有する。ポンプ4と燃料電池本体1との間の冷却水主流路9上に第1の部品23が接続され、燃料電池本体1と熱交換器3との間の冷却水主流路9上に第2の部品22が接続されている。また、ガスの流路1bの出入り口にはそれぞれガス主流路21が接続されている。
このように、図4に示す燃料電池システムは、図1に比べて制御装置7を新たに付加したものである。負圧装置6の動作を可変とし、燃料電池本体1の運転状況に応じてリザーバータンク6内の負圧レベルを調整する制御装置を新たに設ける。これにより、燃料電池本体1の運転状況に応じてリザーバータンク5の負圧レベルを可変可能となる。
負圧装置6としては、ファン、バキュームポンプなどで負圧装置を個別調整させる例や、燃料電池の空気供給用コンプレッサの吸気側より連通路のバルブなどの流路調整による負圧を利用する例などが望ましい。
以上説明したように、第2の実施の形態によれば、燃料電池本体1内部の流路1aにおいて冷却水の絶対圧を低減でき、ガス極との差圧を低減でき、シール信頼性を向上させることが出来る。また、冷却水20内の空気抜きを容易にすることができる。更に、初期の液体注入時の空気抜きにも活用できる。
また、燃料電池本体1の運転状況に応じて任意に冷却水の絶対圧を可変できるので、燃料電池システムの運転状況に応じて負圧レベルの変更ができ、ガス極との差圧を所定範囲内に維持しやすくでき、シール信頼性が更に向上する。
(第3の実施の形態)
図5に示すように、本発明の第3の実施の形態に係わる燃料電池システムは、冷却水の流路1aとガスの流路1bとを有する燃料電池本体1と、冷却水の熱を外部へ放出する熱交換器3と、冷却水の流路1a内に冷却水を流通させるポンプ4と、冷却水20を貯蓄するリザーバータンク5と、リザーバータンク5の内部を負圧にする負圧装置6と、燃料電池本体1、熱交換器3、ポンプ4、リザーバータンク5の間を接続する冷却水主流路9と、燃料電池本体1の運転状況に応じてリザーバータンク5の内部の負圧レベルを調整する制御装置7と、リザーバータンク5内及び被冷却部(燃料電池本体1)へ入る冷却水の少なくとも一方の圧力を測定する圧力検知器8a、8bとを有する。ポンプ4と燃料電池本体1との間の冷却水主流路9上に第1の部品23が接続され、燃料電池本体1と熱交換器3との間の冷却水主流路9上に第2の部品22が接続されている。また、ガスの流路1bの出入り口にはそれぞれガス主流路21が接続されている。第3の実施の形態では、リザーバータンク5内及び被冷却部(燃料電池本体1)へ入る冷却水の圧力をそれぞれ測定する圧力検知器8a及び圧力検知器8bを有する場合について説明する。
図5に示すように、本発明の第3の実施の形態に係わる燃料電池システムは、冷却水の流路1aとガスの流路1bとを有する燃料電池本体1と、冷却水の熱を外部へ放出する熱交換器3と、冷却水の流路1a内に冷却水を流通させるポンプ4と、冷却水20を貯蓄するリザーバータンク5と、リザーバータンク5の内部を負圧にする負圧装置6と、燃料電池本体1、熱交換器3、ポンプ4、リザーバータンク5の間を接続する冷却水主流路9と、燃料電池本体1の運転状況に応じてリザーバータンク5の内部の負圧レベルを調整する制御装置7と、リザーバータンク5内及び被冷却部(燃料電池本体1)へ入る冷却水の少なくとも一方の圧力を測定する圧力検知器8a、8bとを有する。ポンプ4と燃料電池本体1との間の冷却水主流路9上に第1の部品23が接続され、燃料電池本体1と熱交換器3との間の冷却水主流路9上に第2の部品22が接続されている。また、ガスの流路1bの出入り口にはそれぞれガス主流路21が接続されている。第3の実施の形態では、リザーバータンク5内及び被冷却部(燃料電池本体1)へ入る冷却水の圧力をそれぞれ測定する圧力検知器8a及び圧力検知器8bを有する場合について説明する。
このように、図5に示す燃料電池システムは、図5に比べて圧力検知器8a、8bを新たに付加したものである。制御装置7は、圧力検知器8a、8bが測定した圧力に応じて負圧レベルを調整指示する。これにより、制御装置7は、圧力検知器8a、8bが検知した圧力により負圧装置6の運転制御を行い、リザーバータンク5内の圧力を制御可能となる。
以上説明したように、第3の実施の形態によれば、燃料電池本体1内部の流路1aにおいて冷却水の絶対圧を低減でき、ガス極との差圧を低減でき、シール信頼性を向上させることが出来る。また、冷却水20内の空気抜きを容易にすることができる。更に、初期の液体注入時の空気抜きにも活用できる。更に、燃料電池本体1の運転状況に応じて任意に冷却水の絶対圧を可変できるので、燃料電池システムの運転状況に応じて負圧レベルの変更ができ、ガス極との差圧を所定範囲内に維持しやすくでき、シール信頼性が更に向上する。
また、制御装置7が、リザーバータンク5内の圧力や、差圧を管理したい燃料電池本体1内の圧力を把握しながら任意に冷却水の絶対圧を調整できるので、規定値の差圧管理を、より確実に、より細かく行うことができる。
(第4の実施の形態)
図6に示すように、本発明の第4の実施の形態に係わる燃料電池システムは、冷却水の流路1aとガスの流路1bとを有する燃料電池本体1と、冷却水の熱を外部へ放出する熱交換器3と、冷却水の流路1a内に冷却水を流通させるポンプ4と、冷却水20を貯蓄するリザーバータンク5と、リザーバータンク5の内部を負圧にする負圧装置6と、燃料電池本体1、熱交換器3、ポンプ4、リザーバータンク5の間を接続する冷却水主流路9と、燃料電池本体1の運転状況に応じてリザーバータンク5の内部の負圧レベルを調整する制御装置7と、リザーバータンク5内及び燃料電池本体1へ入る冷却水の圧力を測定する圧力検知器8a、8bと、冷却水主流路9上の任意の個所とリザーバータンク5とを接続するガス抜き流路10a〜10dと、冷却水主流路9或いはガス抜き流路10a〜10d上に配置されたガス弁11a〜11eとを有する。ポンプ4と燃料電池本体1との間の冷却水主流路9上に第1の部品23が接続され、燃料電池本体1と熱交換器3との間の冷却水主流路9上に第2の部品22が接続されている。また、ガスの流路1bの出入り口にはそれぞれガス主流路21が接続されている。ガス弁11a〜11eは、ガス抜き流路10a〜10dにおけるガスの流通を遮断若しくは制限し、制御装置7は、ガス弁11a〜11eの動作を個別に制御する。
図6に示すように、本発明の第4の実施の形態に係わる燃料電池システムは、冷却水の流路1aとガスの流路1bとを有する燃料電池本体1と、冷却水の熱を外部へ放出する熱交換器3と、冷却水の流路1a内に冷却水を流通させるポンプ4と、冷却水20を貯蓄するリザーバータンク5と、リザーバータンク5の内部を負圧にする負圧装置6と、燃料電池本体1、熱交換器3、ポンプ4、リザーバータンク5の間を接続する冷却水主流路9と、燃料電池本体1の運転状況に応じてリザーバータンク5の内部の負圧レベルを調整する制御装置7と、リザーバータンク5内及び燃料電池本体1へ入る冷却水の圧力を測定する圧力検知器8a、8bと、冷却水主流路9上の任意の個所とリザーバータンク5とを接続するガス抜き流路10a〜10dと、冷却水主流路9或いはガス抜き流路10a〜10d上に配置されたガス弁11a〜11eとを有する。ポンプ4と燃料電池本体1との間の冷却水主流路9上に第1の部品23が接続され、燃料電池本体1と熱交換器3との間の冷却水主流路9上に第2の部品22が接続されている。また、ガスの流路1bの出入り口にはそれぞれガス主流路21が接続されている。ガス弁11a〜11eは、ガス抜き流路10a〜10dにおけるガスの流通を遮断若しくは制限し、制御装置7は、ガス弁11a〜11eの動作を個別に制御する。
第4の実施の形態では、ガス抜き流路10aが燃料電池本体1と第2の部品22の間の冷却水主流路9上に接続され、ガス抜き流路10bが第2の部品22と熱交換器3の間の冷却水主流路9上に接続され、ガス抜き流路10cが第1の部品23と燃料電池本体1の間の冷却水主流路9上に接続され、ガス抜き流路10dがポンプ4と第1の部品23の間の冷却水主流路9上に接続されている。また、ガス弁11a〜11dはガス抜き流路10a〜10d上に配置され、ガス弁11eは第2の部品22と熱交換器3間の冷却水主流路9上に配置されている。
図7は、図6に示した燃料電池システムにおける冷却水の各部位での圧力状況を示す。横軸は、冷却水循環システムの各部位を示し、縦軸は冷却水の絶対圧を示す。ポンプ4の入口から出口にかけて冷却水20の絶対圧は上昇する。ポンプ4、第1の部品23、及び燃料電池本体1にかけて冷却水20の絶対圧は減少し、燃料電池本体1の流路1aの入口から出口にかけて更に減少する。ここで、図6の第1の部品23と燃料電池本体1の間の冷却水主流路9に接続されたガス弁11cを開いてガス抜き配管10c及び冷却水主流路9内部の圧力を下げる。このことにより、下流に位置する燃料電池本体1の流路1a内での冷却水20の絶対圧も下がり、ガス極との差圧の許容範囲に収まる。燃料電池本体1から排出された冷却水は第2の部品22及び熱交換器3を通過してリザーバータンク5へ戻る。このように、負圧装置6を動作させず、リザーバータンク5内部の圧力が大気圧と等しい場合であっても、冷却水の流路の途中においてガス弁11a〜11eを開き冷却水の圧力を下げることにより、燃料電池本体1の流路1aの入口から出口にかけての冷却水の絶対圧が上記の許容範囲を満足する状況となる。
以上説明したように、第4の実施の形態によれば、燃料電池本体1内部の流路1aにおいて冷却水の絶対圧を低減でき、ガス極との差圧を低減でき、シール信頼性を向上させることが出来る。また、冷却水20内の空気抜きを容易にすることができる。更に、初期の液体注入時の空気抜きにも活用できる。
また、ガス抜き配管10a〜10dが接続される冷却水主流路9の各点において、全体流量変化によって変動する絶対圧を個別に制御でき、冷却水系内の圧力バランスの制御性が向上できる。
(第5の実施の形態)
図8に示すように、本発明の第5の実施の形態に係わる燃料電池システムは、加湿水の流路2aとガスの流路2bとを有する被冷却部(加湿器2)と、加湿水の熱を外部へ放出する熱交換器3と、加湿水の流路2a内に加湿水を流通させるポンプ4と、加湿水20を貯蓄するリザーバータンク5と、リザーバータンク5の内部を負圧にする負圧装置6と、加湿器2、熱交換器3、ポンプ4、リザーバータンク5の間を接続する加湿水主流路9と、加湿器2の運転状況に応じてリザーバータンク5の内部の負圧レベルを調整する制御装置7と、リザーバータンク5内及び加湿器2へ入る加湿水の圧力を測定する圧力検知器8a、8bと、加湿水主流路9上の任意の個所とリザーバータンク5とを接続するガス抜き流路10a〜10dと、加湿水主流路9或いはガス抜き流路10a〜10d上に配置されたガス弁11a〜11eとを有する。ポンプ4と加湿器2との間の加湿水主流路9上に第1の部品23が接続され、加湿器2と熱交換器3との間の加湿水主流路9上に第2の部品22が接続されている。また、ガスの流路2bの出入り口にはそれぞれガス主流路21が接続されている。
図8に示すように、本発明の第5の実施の形態に係わる燃料電池システムは、加湿水の流路2aとガスの流路2bとを有する被冷却部(加湿器2)と、加湿水の熱を外部へ放出する熱交換器3と、加湿水の流路2a内に加湿水を流通させるポンプ4と、加湿水20を貯蓄するリザーバータンク5と、リザーバータンク5の内部を負圧にする負圧装置6と、加湿器2、熱交換器3、ポンプ4、リザーバータンク5の間を接続する加湿水主流路9と、加湿器2の運転状況に応じてリザーバータンク5の内部の負圧レベルを調整する制御装置7と、リザーバータンク5内及び加湿器2へ入る加湿水の圧力を測定する圧力検知器8a、8bと、加湿水主流路9上の任意の個所とリザーバータンク5とを接続するガス抜き流路10a〜10dと、加湿水主流路9或いはガス抜き流路10a〜10d上に配置されたガス弁11a〜11eとを有する。ポンプ4と加湿器2との間の加湿水主流路9上に第1の部品23が接続され、加湿器2と熱交換器3との間の加湿水主流路9上に第2の部品22が接続されている。また、ガスの流路2bの出入り口にはそれぞれガス主流路21が接続されている。
このように、図8に示す燃料電池システムは、被冷却部として燃料電池本体1の替わりに加湿器2を適用して、空気や水素への加湿器2における加湿水の供給システムを有する。
以上説明したように、第5の実施の形態によれば、加湿器2内部の流路2aにおいて加湿水の絶対圧を低減でき、ガス極との差圧を低減でき、シール信頼性を向上させることが出来る。また、加湿水20内の空気抜きを容易にすることができる。更に、初期の液体注入時の空気抜きにも活用できる。
また、ガス抜き配管10a〜10dが接続される加湿水主流路9の各点において、全体流量変化によって変動する絶対圧を個別制御でき、加湿水系内の圧力バランスの制御性が向上できる。
上記のように、本発明は、第1乃至第5の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
燃料電池の放熱用に、熱交換機3と、ポンプ4と、リザーバータンク5をもつ冷却水の循環システムにおいて、リザーバータンク5を負圧にできる装置6を設ける。燃料電池の冷却水の絶対圧を低減でき、ガス極との差圧を低減でき、シール信頼性が向上する。また、冷却水内の空気抜きが容易になる。さらに、初期の液体注入時の空気抜きにも活用できる。
上記の冷却水の循環システムにおいて、負圧装置6を可変とし、燃料電池の運転状況に応じて負圧レベルを調整する制御装置7を設け、燃料電池の運転状況に応じてリザーバータンク5の負圧レベルを可変可能とする。燃料電池の運転状況に応じて任意に冷却水の絶対圧を可変できるので、燃料電池システムの運転状況に応じて負圧レベルの変更ができ、ガス極との差圧維持をしやすくでき、シール信頼性が更に向上する。
上記の冷却水の循環システムにおいて、リザーバータンク5内と燃料電池への入口の両方またはどちらか一方に冷却水の圧力検知器8a、8bと、検知した圧力に応じて負圧レベルを調整指示する制御装置7を設け、検知した圧力により負圧装置6の運転制御を行い、リザーバータンク5内の圧力を制御可能とする。冷却水を負圧にするリザーバータンク5内の圧力や、差圧を管理したい燃料電池1内の圧力を把握しながら任意に冷却水圧を調整できるので、規定値の差圧管理を、より確実に、より細かく、制御を可能とする。
上記の冷却水の循環システムにおいて、リザーバータンク5に接続される冷却水の主流路9と、流路9内に数点設置される各ガス抜き流路10a〜10dにおいて、遮断弁もしくは流路を制限する弁11a〜11eと、それらの弁11a〜11eを個別に制御可能とする制御装置7を設け、運転状態に応じてそれらの弁11a〜11eを個別に制御可能とする。ガス抜き配管10a〜10dが接続される冷却水流路9の各点において、全体流量変化によって変動する絶対圧を個別制御でき、冷却水系内の圧力バランスの制御性が向上できる。
燃料電池の冷却水に限らず、燃料電池システムでの空気や水素への加湿器2における加湿用水の供給系について、上記の冷却水の循環システムと同様に負圧装置6を設け、また、圧力制御を実施する。燃料電池本体にかぎらず、ガスとの差圧要求のある加湿器においても、上述した冷却水の循環システムと同様に差圧の制御ができる。
1 燃料電池本体
1a 冷却水流路
1b ガス流路
2 加湿器
2a 加湿水流路
2b ガス流路
3 熱交換器
4 ポンプ
5 リザーバータンク
6 負圧装置
7 制御装置
8a、8b 圧力検知器
9 冷却水主流路
10a〜10d ガス抜き流路
11a〜11e ガス弁
20 冷却水(加湿水)
21 ガス主流路
22 第2の部品
23 第1の部品
1a 冷却水流路
1b ガス流路
2 加湿器
2a 加湿水流路
2b ガス流路
3 熱交換器
4 ポンプ
5 リザーバータンク
6 負圧装置
7 制御装置
8a、8b 圧力検知器
9 冷却水主流路
10a〜10d ガス抜き流路
11a〜11e ガス弁
20 冷却水(加湿水)
21 ガス主流路
22 第2の部品
23 第1の部品
Claims (5)
- 冷却水の流路とガスの流路とを有する被冷却部と、
前記冷却水の熱を外部へ放出する熱交換器と、
前記冷却水の流路内に前記冷却水を流通させるポンプと、
前記冷却水を貯蓄するリザーバータンクと、
前記リザーバータンクの内部を負圧にする負圧装置
とを有することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記被冷却部の運転状況に応じて前記リザーバータンクの内部の負圧レベルを調整する制御装置を更に有することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
- 前記リザーバータンク内及び前記被冷却部へ入る前記冷却水の少なくとも一方の圧力を測定する圧力検知器を更に有し、前記制御装置は、前記圧力検知器が測定した圧力に応じて前記負圧レベルを調整することを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。
- 前記被冷却部、前記熱交換器、前記ポンプ、前記リザーバータンクの間を接続する前記冷却水の主流路と、
前記主流路上の任意の個所と前記リザーバータンクとを接続するガス抜き流路と、
前記主流路或いは前記ガス抜き流路上に配置された、ガスの流通を遮断若しくは制限するガス弁とを更に有し、
前記制御装置は、前記ガス弁の動作を制御することを特徴とする請求項1乃至3何れか1項記載の燃料電池システム。 - 前記被冷却部は、酸素及び水素が供給される燃料電池本体或いは前記燃料電池本体へ供給される空気又は水素を加湿する加湿器であることを特徴とする請求項1乃至4何れか1項記載の燃料電池システム。
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JP2003402850A JP2005166404A (ja) | 2003-12-02 | 2003-12-02 | 燃料電池システム |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003402850A JP2005166404A (ja) | 2003-12-02 | 2003-12-02 | 燃料電池システム |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2003-12-02 JP JP2003402850A patent/JP2005166404A/ja active Pending
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