JP2007157468A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池FCに供給する前の、水素が流通する分岐アノードガス供給配管44と、空気が流通する分岐カソードガス供給配管48とを備えている。また、分岐アノードガス供給配管44は、上流がアノードガス供給配管11のレギュレータ14の上流側において接続され、他端が水素インジェクタ45を介して分岐カソードガス供給配管48と接続されている。また、分岐アノードガス供給配管44は、水素レギュレータ47を備え、この水素レギュレータ47に、分岐カソードガス供給配管48の圧力が信号圧として入力される。
【選択図】図1
Description
図1は第1実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図である。なお、以下では燃料電池システム1Aを燃料電池自動車(車両)に搭載した場合を例に挙げて説明するが、燃料電池システム1Aを船舶や航空機などに適用してもよい。
第1実施形態の燃料電池システム1Aは、燃料電池FC、アノード系10、カソード系20、冷却系30、燃焼系40、希釈系60などを含んで構成されている。
車両のイグニッションがオフからオンに切り替えられて、図示しない制御装置が燃料電池FCの暖機が必要であると判断した場合には、熱媒体がラジエータ32をバイパスして熱媒体配管31cを通るように切替弁33,34が切り替えられるとともに、三方電磁弁36が暖機運転位置に切り替えられる。そして、遮断弁13a,46が開弁されて、分岐アノードガス供給配管44を介して水素インジェクタ45から分岐カソードガス供給配管48内の流路に水素が噴射される。同時に、カソードガス流量制御弁49が所定の開度に設定され、蓄電装置80から供給される電力によってエアコンプレッサ23が駆動されて、分岐カソードガス供給配管48を介して混合器43に向けて空気が供給される。そして、水素と空気とが混合器43で混合された後に、燃焼ヒータ42の燃焼器42aにおいて触媒燃焼が行われ、触媒燃焼によって生成された燃焼オフガス(排ガス)が熱交換器42bを流通する。また、循環ポンプ35が駆動され、熱媒体が燃焼系配管41aから熱交換器42bを流通することで、前記燃焼オフガスとの間で熱交換が行われ、熱媒体が加熱される。加熱された熱媒体は、燃焼系配管41b、熱媒体配管31a、燃料電池FC内を流通して、燃料電池FCが暖機される。これにより、燃料電池システム1Aを極低温時で使用したとしても、燃料電池FCの発電特性を向上させることができるため、極低温時での発電効率が向上し、従来の燃料電池システムに比べて燃料消費量(水素消費量)を低減することが可能になる。なお、温度センサ54から出力される温度情報に基づいて、燃焼器42aに供給される水素と空気の各供給量を制御することができる。
図2は第2実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図である。なお、第2実施形態の燃料電池システム1Bと第1実施形態の燃料電池システム1Aとの主な相違点は、燃焼系40Aの構成である。なお、その他の構成は同一の符号を付してその説明を省略する。
11 アノードガス供給配管(燃料ガス供給流路)
12 アノードオフガス配管(燃料オフガス流路)
21 カソードガス供給配管(酸化剤ガス供給流路)
22 カソードオフガス配管(酸化剤オフガス流路)
42a 燃焼器
42b 熱交換器
44,44A 分岐アノードガス供給配管(分岐燃料ガス流路)
45 水素インジェクタ(燃料ガス供給量制御手段)
47 水素レギュレータ(圧力制御手段)
48 分岐カソードガス供給配管(分岐酸化剤ガス流路)
49 カソードガス流量制御弁(酸化剤ガス流量制御手段)
51 信号圧供給配管(第2の分岐酸化剤ガス流路)
52 燃焼器オフガス配管(燃焼器オフガス流路)
63 希釈器
64 水素濃度センサ(燃料ガス検出装置)
71 暖房用熱交換器(第2の熱交換器)
FC 燃料電池
Claims (7)
- 燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池へ供給される燃料ガスが流通する燃料ガス供給流路から分岐する分岐燃料ガス流路と、
前記燃料電池から排出される燃料ガスが流通する燃料オフガス流路と、
前記燃料電池に供給される酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス供給流路から分岐する分岐酸化剤ガス流路と、
前記燃料電池から排出される酸化剤ガスが流通する酸化剤オフガス流路と、
前記分岐燃料ガス流路と、前記分岐酸化剤ガス流路とに連通し、前記燃料電池へ供給される前の前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスを燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼により発生した熱と熱媒体とを熱交換する熱交換器と、
前記熱交換器と前記燃料電池との間に前記熱媒体を循環させる熱媒体循環流路と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記分岐酸化剤ガス流路に流通する前記酸化剤ガスの流量を制御する酸化剤ガス流量制御手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記分岐燃料ガス流路には、
前記燃焼器へ供給する燃料ガスの供給量を制御する燃料ガス供給量制御手段と、
前記燃料ガス供給量制御手段の上流に、前記燃料ガスの圧力を前記分岐酸化剤ガス流路にかかる圧力に基づいて制御する圧力制御手段と、が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池システム。 - 前記圧力制御手段は、前記分岐酸化剤ガス流路から分岐した第2の分岐酸化剤ガス流路に設けられ、前記分岐酸化剤ガス流路の圧力を信号圧とすることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。
- 前記熱媒体循環流路は、前記燃料電池以外を暖めるのに利用する第2の熱交換器に連通していることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料オフガス流路と前記酸化剤オフガス流路とが合流した合流部の下流に前記燃焼器から排出される燃焼器オフガス流路が合流し、その下流に前記燃料ガスを検知する燃料ガス検出装置を備えることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料オフガス流路と前記酸化剤オフガス流路とがそれぞれ希釈器に連通し、前記希釈器の上流に前記燃焼器から排出される前記燃焼器オフガス流路が合流することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
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