JP2007323815A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システム、特に、反応ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池本体と、燃料電池本体の外周を覆う筐体と、燃料電池本体から筐体外部へ延設された反応ガス用の流体配管とを含む燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system, in particular, a fuel cell main body that generates power by an electrochemical reaction of a reactive gas, a casing that covers the outer periphery of the fuel cell main body, and a reactive gas that extends from the fuel cell main body to the outside of the casing. The present invention relates to a fuel cell system including a fluid pipe for use.
車両に用いられる燃料電池には、固体高分子型燃料電池(PEFC)を始めとして種々のタイプがある。これらの燃料電池を用いたシステムは、基本的に、燃料ガス(水素)と酸化ガス(酸素又は空気)を電気化学的に反応させて電力を発生させる発電システムである。 There are various types of fuel cells used in vehicles including a polymer electrolyte fuel cell (PEFC). A system using these fuel cells is basically a power generation system that generates electric power by electrochemically reacting a fuel gas (hydrogen) and an oxidizing gas (oxygen or air).
図3に、燃料電池システムの概略構成を示す。図3(a)に、燃料電池システムの全体構成を断面図で示し、図3(b)に、図3(a)をA−A方向からみた側面図を示す。本明細書において、燃料電池システム1は、燃料電池2、エンドプレート3、筐体4、及び流体配管5を含む。燃料電池2とは、例えば、固体高分子型燃料電池(PEFC)の場合、一般に、ポリエチレン等の材料で形成された固体高分子電解質膜が、ガス拡散電極により挟まれた状態で一体的に接合されたMEA(Membrane Electrode Assembly)と、セパレータとから成る単セルが複数積層されたものをいう。この積層された単セルの集合である燃料電池2は、その端部に取り付けられる一対のエンドプレート3に挟まれて締付ボルト(図示せず)により固定される。このようにして、燃料電池2とエンドプレート3とが組み合わされた燃料電池本体(スタック)6が形成される。
FIG. 3 shows a schematic configuration of the fuel cell system. FIG. 3A shows a cross-sectional view of the overall configuration of the fuel cell system, and FIG. 3B shows a side view of FIG. 3A viewed from the direction AA. In this specification, the
燃料電池本体6には、反応ガスである燃料ガス(水素)、酸化ガス(酸素又は空気)、及び冷却水(水等)を外部から供給する供給配管5aと、外部へ排出する排出配管5bとが接続されている。一方、燃料電池本体6は、補機部品とともに筐体(燃料電池ケース)4により外周を覆われている。従って、燃料電池本体6に接続される供給配管5a及び排出配管5bは、この筐体4の一部に設けられた貫通孔7を貫通する。ここでは、これらの反応ガス用の供給配管5a及び排出配管5bをまとめて流体配管5という。これらの流体配管5が貫通する筐体4の貫通孔7には、封止蓋8が設けられ、流体配管5は、この封止蓋8により貫通孔7に設置される。
The fuel cell
また、燃料電池2の流体配管5である反応ガスの供給配管5a及び排出配管5bには、反応ガスに含まれる不純物、塵埃、異物等を除去するフィルタやイオン交換器が取り付けられる。これらのフィルタやイオン交換器といった部品は、その使用により機能が次第に低下することから、所定の期間経過後には、新たな部品との交換を考慮しなければならない。ここでは、フィルタやイオン交換器を総称して、「交換部品」と称する。この交換部品は、流体配管5の一部に、通常バルブと共に取り付けられる。また、交換部品は、冬季の凍結対策として、燃料電池本体6に発生する熱を利用するために、燃料電池本体6に近接して設けられるのが一般的である。
Further, a filter or an ion exchanger for removing impurities, dust, foreign matters and the like contained in the reaction gas is attached to the reaction
特許文献1には、燃料電池本体の高電圧部との接触を防止する燃料電池が開示されている。図4に、この燃料電池に関する従来技術の概略の断面図を示す。ここでは、燃料電池本体24から貫通孔40を経て電源ケーブル38を燃料電池ケース22の外に延出させる構造において、その貫通孔40に貫通した穴を持つグロメット(シール蓋)42が取り付けられている。また、グロメット42の貫通した穴に電源ケーブル38を密着して貫通させ、そのグロメット42を燃料電池ケース22の貫通孔40に嵌合させている。この構造により、高電圧部34を表面に有する燃料電池20を燃料電池ケース22により保護しつつ、電力や制御信号を燃料電池本体24から取り出すことができる。
特許文献2には、燃料電池装置が開示され、この装置に取り付けられたメンテナンスが必要な部品を、パッケージの外部パネル近傍に配置することが開示されている。
上述したように、流体配管用の交換部品は、使用によりその機能が低下した場合には交換しなければならない。しかし、この交換部品は、燃料電池本体に組み込まれているため、部品単体を取り出して交換することはできない。 As described above, replacement parts for fluid piping must be replaced if their function is reduced by use. However, since this replacement part is incorporated in the fuel cell main body, it is not possible to take out the single part and replace it.
しかも、交換部品が収納されている筐体内部の燃料電池本体には、高電圧な部位があるため、保守点検員が保守のために燃料電池本体内へアクセスすることは禁止されている。つまり、部品を交換するために、燃料電池の筐体を開けることはできない。これは、発電終了後であっても、燃料電池本体の残留電荷量が予測できないことから、燃料電池本体内へアクセスすることは禁止されている。従って、部品の交換をするためには、燃料電池本体が収納された筐体ごと交換しなければならない。 In addition, since the fuel cell main body inside the casing in which the replacement parts are stored has a high voltage portion, it is prohibited for maintenance personnel to access the fuel cell main body for maintenance. That is, the fuel cell housing cannot be opened to replace the parts. Since the residual charge amount of the fuel cell main body cannot be predicted even after the end of power generation, access to the fuel cell main body is prohibited. Therefore, in order to replace the parts, the entire housing in which the fuel cell main body is stored must be replaced.
本願の目的は、かかる課題を解決し、燃料電池の流体配管用の交換部品が、部品単体で安全に交換できる燃料電池システムを提供することである。 An object of the present application is to solve this problem and provide a fuel cell system in which replacement parts for fluid piping of a fuel cell can be safely replaced by a single component.
上記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、反応ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池本体と、燃料電池本体の外周を覆う筐体と、燃料電池本体から筐体外部へ延設された反応ガス用の流体配管と、筐体の一部に設けられ、流体配管が貫通する貫通孔と、を備え、流体配管の交換部品が筐体内部に収納される燃料電池システムにおいて、交換部品は、筐体外部に延設する延設部を有するとともに、延設部とともに着脱可能であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell main body that generates power by an electrochemical reaction of a reaction gas, a casing that covers the outer periphery of the fuel cell main body, and a fuel cell main body to the outside of the casing. In a fuel cell system, comprising: an extended reaction gas fluid pipe; and a through-hole provided in a part of the casing through which the fluid pipe passes, wherein a replacement part of the fluid pipe is housed inside the casing. The replacement part has an extending part extending outside the housing and is detachable together with the extending part.
また、燃料電池システムは、延設部が、交換部品と着脱可能に設置された封止蓋であることが好ましい。 In the fuel cell system, it is preferable that the extending portion is a sealing lid that is detachably installed on the replacement part.
また、燃料電池システムは、流体配管の交換部品が、封止蓋と燃料電池本体の一部との間に設置され、封止蓋と交換部品とに設けられたボルト孔にボルトを挿入して燃料電池本体の一部に取り付けられることが好ましい。 In addition, in the fuel cell system, the replacement part of the fluid piping is installed between the sealing lid and a part of the fuel cell main body, and the bolt is inserted into the bolt hole provided in the sealing lid and the replacement part. It is preferably attached to a part of the fuel cell main body.
また、燃料電池システムは、流体配管の交換部品が、封止蓋と燃料電池本体の一部との間に設置され、封止蓋に設けられたボルト孔にボルトを挿入して燃料電池本体の一部に取り付けられることが好ましい。 In addition, in the fuel cell system, the replacement part of the fluid piping is installed between the sealing lid and a part of the fuel cell main body, and a bolt is inserted into a bolt hole provided in the sealing lid. It is preferable that it is attached to a part.
また、燃料電池システムは、交換部品がフィルタであることが好ましく、また、交換部品がイオン交換器であることが好ましい。 In the fuel cell system, the replacement part is preferably a filter, and the replacement part is preferably an ion exchanger.
また、燃料電池システムは、封止蓋と交換部品との接触面には、反応ガス漏れを防ぐためのシール構造が設けられることが好ましく、また、交換部品と燃料電池本体の一部との接触面には、反応ガス漏れを防ぐためのシール構造が設けられることが好ましい。 In the fuel cell system, it is preferable that a contact structure between the sealing lid and the replacement part is provided with a seal structure for preventing leakage of reaction gas, and the contact between the replacement part and a part of the fuel cell main body. The surface is preferably provided with a seal structure for preventing leakage of reaction gas.
更に、燃料電池システムは、燃料電池本体の一部がエンドプレートであることが好ましい。 Further, in the fuel cell system, a part of the fuel cell main body is preferably an end plate.
上記構成により、本発明に係る燃料電池システムは、流体配管の交換部品が、筐体の内部に設けられるものの、交換部品は筐体外部に延設する延設部を有し、その延設部とともに筐体外部から着脱可能となる。従って、交換部品を単体で取り出すことが可能となる。 With the above configuration, the fuel cell system according to the present invention has the extension part that extends outside the casing, although the replacement part of the fluid pipe is provided inside the casing, and the extension part At the same time, it can be detached from the outside of the housing. Therefore, the replacement part can be taken out alone.
また、交換部品のみを筐体外部から交換できる。従って、燃料電池本体が収納された筐体ごと交換せずにメンテナンスが可能となる。 Also, only replacement parts can be exchanged from outside the housing. Therefore, maintenance can be performed without replacing the entire housing in which the fuel cell main body is stored.
また、交換部品は、筐体外部から延設部とともに取り外すことで交換可能となる。従って、燃料電池本体の高電圧部に接触することもなく、安全性を確保しつつ部品の交換が可能となる。 Further, the replacement part can be replaced by removing it from the outside of the casing together with the extending portion. Therefore, parts can be replaced while ensuring safety without contacting the high voltage portion of the fuel cell main body.
以上のように、本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の流体配管用の交換部品が、部品単体で安全に交換可能となる。 As described above, according to the fuel cell system of the present invention, the replacement part for the fluid piping of the fuel cell can be safely replaced by a single part.
以下に、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1に、燃料電池システムの一つの実施形態の概略構成を示す。図1(a)に、燃料電池システム1を断面図で示し、図1(b)に、図1(a)のA−A方向からみた側面図で示す。図1では、燃料電池システム1の構成として、燃料電池2、エンドプレート3、筐体4、燃料電池本体6、及び流体配管5を示す。さらに、交換部品11と、筐体4に設けられた貫通孔7と、貫通孔7に設置され、交換部品11の延設部である封止蓋8と、封止蓋8と交換部品11とを燃料電池本体6のエンドプレート3に取り付けるボルト9とを示す。交換部品11の延設部は、本実施形態の封止蓋8に限らず、交換部品11を貫通孔7に設置するものであれば、交換部品11の一部に設けられ、筐体外部に延設されたものでも良い。
FIG. 1 shows a schematic configuration of one embodiment of a fuel cell system. FIG. 1A shows a
燃料電池システム1の流体配管5には、反応ガスである燃料ガス(水素)と酸化ガス(酸素又は空気)、及び冷却水(水等)を、外部から供給する供給配管5aと外部へ排出する排出配管5bとがある。本実施の形態では、流体配管5は、そのうちの燃料ガス(水素)の排出配管5bの場合について説明する。燃料電池本体6内で、電気化学的に反応した燃料ガスである水素ガスは、エンドプレート3から取り出される排出配管5bにより筐体4の外部に排出される。この排出の際に、水素ガスは、空気と混合され、排出されても問題のない濃度にまで下げられる。但し、本燃料電池システム1は、この燃料ガスの排出配管5bに限らず、交換部品11が取り付けられる供給配管5a、或いは、燃料ガス以外の排出配管5bにも適用され得る。
A fuel gas (hydrogen), an oxidizing gas (oxygen or air), which is a reaction gas, and cooling water (water, etc.) are discharged to the
交換部品11は、不純物、塵埃等の異物を除去するフィルタか、或いは異物のうちイオン交換可能な成分を除去するイオン交換器である。また、フィルタとイオン交換器とが組み合わされたものであっても良い。一般的に、交換部品11は、フィルタやイオン交換器の冬季の凍結防止のために、燃料電池本体6に発生する熱を利用し、筐体4内の燃料電池本体6の近傍に設置される。また、交換部品11は、バルブ(図示せず)と一体になっているのが一般的である。
The
交換部品11は、不純物、塵埃等の異物を除去するため、使用によりその機能が低下する。従って、機能が低下した交換部品11は、適切な時期に新たな部品と交換を考慮する必要がある。この交換部品11は、内部にフィルタやイオン交換器が組み込まれユニット化されており、そのユニットごと取り替えればよい。従って、交換部品11のフィルタやイオン交換器の内部の構成は省略して図示する。
Since the
筐体4に設けられた排出配管5b用の貫通孔7には、封止蓋8が取り付けられる。この封止蓋8により排出配管5bが筐体4に固定される。また、筐体4は、封止蓋8により機密性等の性能が確保される。この封止蓋8には、複数のボルト用の孔が設けられる。このボルト用の孔は、図1(b)では、4本の場合を示すが、この本数はこれに限らない。また、この封止蓋8には、筐体4の外部の排出配管5bが、溶接により接続される。図1(a)に排出配管5bと封止蓋8との環状の溶接部13を示す。但し、この接続は溶接に限らずネジ式の接合であっても良い。さらに、この封止蓋8は、ボルト9を介して燃料電池本体6のエンドプレート3に取り付けられる。このボルト9は、ワンサイドボルトであり、エンドプレート3に予め設けられた雌ねじ孔にねじ込まれる。
A sealing
交換部品11は、封止蓋8とエンドプレート3との間に挿入される。交換部品11にも、予めボルト9が貫通する孔が設けられ、封止蓋8の貫通孔7と、交換部品11の孔と、エンドプレート3の雌ねじ孔は、それぞれボルト9が貫通して締結することが可能な位置に設けられる。
The
この封止蓋8と交換部品11とが当接する面には、環状溝10bが形成され、Oリングが挿入されて燃料ガスである水素の漏洩をシールする。同様に、エンドプレート3と交換部品11とが当接する面にも、環状溝10aが形成され、Oリングが挿入されてガスの漏洩をシールする。このように、交換部品11を封止壁8とエンドプレート3との間に挟みこみ、ボルト9によりそれらを締め込むことで、相互に密着させることが可能となり、シール機構と合わせて燃料ガスの十分なシールが可能となる。
An
上記構成により、交換部品11を筐体4の外部から交換することが可能となる。その手順を以下に説明する。まず、ボルト9のボルトヘッド12を筐体4の外部から緩めて外す。次に、封止蓋8及び交換部品11をボルト9が貫通したまま取り外す。そしてユニット化された交換部品11を新たな交換部品11と交換し、それを封止蓋8とともに貫通孔7に設置し、ボルト9によりエンドプレート3に固定する。この方法により、燃料電池本体6の高電圧部に接触することもなく、安全性を確保しつつ交換部品11の交換が可能となる。
With the above configuration, the
なお、交換部品11を封止蓋8とともにエンドプレート3に取り付ける方法は、上述の構成に限らない。図2に、この点に関する他の実施形態の概略を図示する。図2(a)に、燃料電池システム1を断面図で示し、図2(b)に、図2(a)のB−B方向からみた側面図で示す。
The method for attaching the
この実施形態では、ボルト9は、交換部品11の内部を貫通することなく、エンドプレート3の雌ねじ孔に直接ねじ込まれる。この場合、交換部品11は、簡易な接着、或いは、封止蓋8に交換部品11の受台を取り付けるといった方法により、封止蓋8に着脱可能に取り付いていれば良い。これにより、交換部品11は、筐体4の外部から着脱可能となる。また、ボルト9を締め込むことで、このシール面は密着し、十分なシール効果が発生する。この実施形態の場合には、交換部品11にボルト用の孔を設ける必要がない。
In this embodiment, the
1 燃料電池システム、2,20 燃料電池、3 エンドプレート、4 筐体、5 流体配管、5a 供給配管、5b 排出配管、6,24 燃料電池本体、7,40 貫通孔、8 封止蓋(延設部)、9 ボルト、10a,10b 環状溝、11 交換部品、12 ボルトヘッド、13 溶接部、22 燃料電池ケース、34 高電圧部、38 電源ケーブル、42 グロメット。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
交換部品は、筐体外部に延設する延設部を有するとともに、延設部とともに着脱可能であることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell body that generates power by electrochemical reaction of the reaction gas, a casing that covers the outer periphery of the fuel cell body, a fluid pipe for the reaction gas that extends from the fuel cell body to the outside of the casing, and one of the casings In the fuel cell system provided with a through hole through which the fluid pipe passes, and a replacement part of the fluid pipe is housed inside the housing,
The replacement part has an extending part extending outside the casing and is detachable together with the extending part.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006149168A JP2007323815A (en) | 2006-05-30 | 2006-05-30 | Fuel cell system |
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Publications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009266611A (en) * | 2008-04-25 | 2009-11-12 | Aisin Seiki Co Ltd | Fuel cell system |
JP2010092810A (en) * | 2008-10-10 | 2010-04-22 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Package-type fuel cell power generation device |
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2006
- 2006-05-30 JP JP2006149168A patent/JP2007323815A/en active Pending
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JP2010092810A (en) * | 2008-10-10 | 2010-04-22 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Package-type fuel cell power generation device |
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