JP2005347151A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 水素無循環型の燃料電池システム100において、アノードから排出される不純物ガスを貯留するための貯留タンク50を備えるようにする。この貯留タンク50は、内部にピストンを備え、不純物ガスの貯留時に、内部圧力の上昇を緩和するように、容積が変化する。貯留タンク50に貯留された不純物ガスは、貯留量が所定値以上になったときに、配管33および排出バルブ60を介して、外部に排出される。
【選択図】 図1
Description
本発明の第1の燃料電池システムは、
アノードおよびカソードを備える燃料電池と、
前記燃料電池への要求出力に基づいて、前記アノードに水素を供給する水素供給部と、
前記アノードから排出されたアノードオフガスを外部に排出するための排出配管と、
前記排出配管に接続され、前記排出配管内の圧力上昇を緩和するように容積が変化するとともに、前記アノードオフガスを貯留するための貯留タンクと、
前記貯留タンクに貯留されたアノードオフガスの貯留量が所定値以上になったときに、前記貯留されたアノードオフガスを排出する排出弁と、
を備えることを要旨とする。
前記貯留タンクは、前記貯留タンクに前記アノードオフガスを流入するための流入口と、前記貯留タンクから前記アノードオフガスを排出するための流出口と、を備えており、
前記排出配管と前記流入口との少なくとも一部の断面積が、前記排出口の断面積よりも小さくなっているようにすることが好ましい。
前記貯留タンクは、
前記アノードオフガスを貯留するためのシリンダと、
前記アノードオフガスの貯留量に応じて、前記シリンダ内を移動するピストンと、を備えており、
前記燃料電池システムは、さらに、
前記ピストンの移動量が所定量以上のときに、前記アノードオフガスの貯留量が所定量以上になったとして、前記排出弁を開弁する制御部を備えるようにしてもよい。
アノードおよびカソードを備える燃料電池と、
前記燃料電池への要求出力に基づいて、前記アノードに水素を供給する水素供給部と、
前記アノードから排出されたアノードオフガスを外部に排出するための排出配管と、
前記排出配管に接続され、前記排出配管内の圧力上昇を緩和するように容積が変化するとともに、前記アノードオフガスを貯留するための貯留タンクと、を備え、
前記貯留タンクは、
前記アノードオフガスを流入するための流入口を有し、該流入口から流入したアノードオフガスを貯留するための貯留部と、前記アノードオフガスを排出するための排出口を有する排出部とを備えるシリンダと、
前記アノードオフガスの貯留時に、前記貯留部と、前記排出部とを分離するとともに、前記貯留部に貯留されたアノードオフガスの貯留量に応じて、前記シリンダ内を一体的に移動する第1のピストン、および、第2のピストンと、
前記第2のピストンの移動量を、所定値以下に制限する制限手段と、を備え、
前記第1のピストンの移動量が前記所定値を超えたときに、前記第2のピストンの移動が前記制限手段によって制限され、前記第1のピストンが前記第2のピストンとは離れて移動することによって、前記貯留部と前記排出部とが連通し、前記貯留部に貯留されたアノードオフガスが、前記排出部に流れることを特徴とする。
A.燃料電池システム(第1実施例):
B.貯留タンク:
C.排出バルブ開閉制御処理:
D.貯留タンクの変形例:
E.第2実施例:
F.変形例:
図1は、本発明の第1実施例としての水素無循環型の燃料電池システム100の概略構成を示す説明図である。本実施例の燃料電池システム100は、モータで駆動する電気車両に、電源として搭載されている。運転者が車両に備えられたアクセルを操作すると、アクセル開度センサ70によって検出された操作量に応じて、水素の供給が行われて発電が行われ、その電力によって車両は走行することができる。なお、実施例の燃料電池システム100は、車載用である必要はなく、据え置き型など種々の構成を採ることが可能である。
図2は、貯留タンク50の構造を示す説明図である。貯留タンク50の側断面図を示した。貯留タンク50は、略円筒形のシリンダ51と、ピストン52とを備えている。シリンダ51と、ピストン52とは、スプリング53によって、連結されている。そして、このスプリング53によって、ピストン52の最下位置が設定されている。なお、本実施例では、シリンダ51の上部と、ピストン52の上部とを連結するものとしたが、シリンダ51の底部と、ピストンの下部とを連結するものとしてもよい。
図3は、排出バルブ開閉制御処理の流れを示すフローチャートである。制御ユニット20のCPUが実行する処理である。なお、この処理中、燃料電池スタック10には、要求出力に応じて、発電に必要な量の水素が供給され、発電が行われている。また、排出バルブ60は閉じられており、貯留タンク50には、不純物ガスが貯留され、貯留タンク50のピストン52は上昇している。
図4は、変形例としての貯留タンク50Aの構造を示す説明図である。この貯留タンク50Aの構造は、第1実施例における貯留タンク50の構造とほぼ同じである。貯留タンク50Aには、貯留タンク50におけるスプリング53の代わりに、ストッパー部51aが設けられており、このストッパー部51aによって、ピストン52の最下位置が設定されている。したがって、ピストン52は、不純物ガスの排出時には、自重によって、ストッパー部51aの位置まで下降する。このような貯留タンク50Aによっても、第1実施例における貯留タンク50と同様の機能を奏することができる。
図5は、第2実施例としての水素無循環型の燃料電池システム100Aの概略構成を示す説明図である。第2実施例の燃料電池システム100Aは、第1実施例の燃料電池システム100における貯留タンク50、および、排出バルブ60を備えていない。その代わりに、貯留タンク80を備えている。貯留タンク80は、後述するように、所定量以上の不純物ガスが貯留されたときに、不純物ガスを排出する機構を備えている。この他は、第1実施例の燃料電池システム100と、ほぼ同じである。
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形例が可能である。
上記第1実施例では、図3に示した排出バルブ開閉制御処理において、ピストン52のリフト量に基づいて、排出バルブ60の開弁の制御を行うものとしたが、これに限られず、たとえば、燃料電池スタック10の発電量や、発電時間に基づいて、不純物の生成量を算出し、この算出値に基づいて、制御するようにしてもよい。また、上記第1実施例では、ピストン52のリフト量に基づいて、排出バルブ60の閉弁の制御を行うものとしたが、これに限られず、例えば、排出バルブ60の開弁時間に基づいて、制御するようにしてもよい。
上記第1実施例では、貯留タンク50において、スプリング53を、シリンダ51の内部に備えるものとしたが、外部に備えるようにしてもよい。ただし、スプリング53を、シリンダ51の内部に備えるようにすれば、貯留タンク50を小型化することができる。
上記第2実施例では、貯留タンク80において、Oリング84c、85dを用いるものとしたが、これに限られない。これらの代わりに、例えば、ピストンリングを用いるようにしてもよい。
上記第2実施例では、突起部81aや、スプリング86、87を用いて、第1ピストン84、および、第2ピストン85の昇降を機械的に制御するようにしたが、モータを用いて、制御ユニット20によって制御するようにしてもよい。
10...燃料電池スタック
20...制御ユニット
31、32、33、34、35...配管
40...流量調節バルブ
50、50A...貯留タンク
51...シリンダ
51a...ストッパー部
52...ピストン
53...スプリング
54...流入口
55...排出口
56...通気口
57...センサ
58、59...空隙
60...排出バルブ
70...アクセル開度センサ
100A...燃料電池システム
80...貯留タンク
81...シリンダ
81a...突起部
82...流入口
83...排出口
84...第1ピストン
84a...円筒部
84b...皿部
84h1〜84h4...貫通孔
85...第2ピストン
85a...上皿部
85b...軸部
85c...下皿部
86、87...スプリング
88、89...空隙
Claims (4)
- 燃料電池システムであって、
アノードおよびカソードを備える燃料電池と、
前記燃料電池への要求出力に基づいて、前記アノードに水素を供給する水素供給部と、
前記アノードから排出されたアノードオフガスを外部に排出するための排出配管と、
前記排出配管に接続され、前記排出配管内の圧力上昇を緩和するように容積が変化するとともに、前記アノードオフガスを貯留するための貯留タンクと、
前記貯留タンクに貯留されたアノードオフガスの貯留量が所定値以上になったときに、前記貯留されたアノードオフガスを排出する排出弁と、
を備える燃料電池システム。 - 請求項1記載の燃料電池システムであって、
前記貯留タンクは、前記貯留タンクに前記アノードオフガスを流入するための流入口と、前記貯留タンクから前記アノードオフガスを排出するための流出口と、を備えており、
前記排出配管と前記流入口との少なくとも一部の断面積が、前記排出口の断面積よりも小さくなっている、
燃料電池システム。 - 請求項1または2記載の燃料電池システムであって、
前記貯留タンクは、
前記アノードオフガスを貯留するためのシリンダと、
前記アノードオフガスの貯留量に応じて、前記シリンダ内を移動するピストンと、を備えており、
前記燃料電池システムは、さらに、
前記ピストンの移動量が所定量以上のときに、前記アノードオフガスの貯留量が所定量以上になったとして前記排出弁を開弁する制御部を備える、
燃料電池システム。 - 燃料電池システムであって、
アノードおよびカソードを備える燃料電池と、
前記燃料電池への要求出力に基づいて、前記アノードに水素を供給する水素供給部と、
前記アノードから排出されたアノードオフガスを外部に排出するための排出配管と、
前記排出配管に接続され、前記排出配管内の圧力上昇を緩和するように容積が変化するとともに、前記アノードオフガスを貯留するための貯留タンクと、を備え、
前記貯留タンクは、
前記アノードオフガスを流入するための流入口を有し、該流入口から流入したアノードオフガスを貯留するための貯留部と、前記アノードオフガスを排出するための排出口を有する排出部とを備えるシリンダと、
前記アノードオフガスの貯留時に、前記貯留部と、前記排出部とを分離するとともに、前記貯留部に貯留されたアノードオフガスの貯留量に応じて、前記シリンダ内を一体的に移動する第1のピストン、および、第2のピストンと、
前記第2のピストンの移動量を、所定値以下に制限する制限手段と、を備え、
前記第1のピストンの移動量が前記所定値を超えたときに、前記第2のピストンの移動が前記制限手段によって制限され、前記第1のピストンが前記第2のピストンとは離れて移動することによって、前記貯留部と前記排出部とが連通し、前記貯留部に貯留されたアノードオフガスが、前記排出部に流れることを特徴とする燃料電池システム。
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