JP2008218168A - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008218168A JP2008218168A JP2007053298A JP2007053298A JP2008218168A JP 2008218168 A JP2008218168 A JP 2008218168A JP 2007053298 A JP2007053298 A JP 2007053298A JP 2007053298 A JP2007053298 A JP 2007053298A JP 2008218168 A JP2008218168 A JP 2008218168A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- fuel cell
- humidifier
- flow path
- oxidizing
- 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.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas.
近年、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電する燃料電池が、エネルギー源として注目されている。例えば、燃料電池の一種である固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜を水素極(以下、「アノード」という場合がある。)と酸素極(以下、「カソード」という場合がある。)とで両側から挟み込んだMEA(Membrane Electrode Assembly:膜−電極接合体)を含むセルを積層したスタック(「燃料電池スタック」ともいう)を備えている。MEAのアノードには、燃料ガスとして例えば水素ガスが供給され、カソードには酸化ガスとして、例えば空気が供給される。 In recent years, fuel cells that generate electricity using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen have attracted attention as energy sources. For example, in a polymer electrolyte fuel cell which is a kind of fuel cell, a solid polymer electrolyte membrane may be referred to as a hydrogen electrode (hereinafter sometimes referred to as “anode”) and an oxygen electrode (hereinafter referred to as “cathode”). ) And a stack (also referred to as “fuel cell stack”) in which cells including MEA (Membrane Electrode Assembly) sandwiched from both sides are stacked. For example, hydrogen gas is supplied to the anode of the MEA as a fuel gas, and air is supplied to the cathode as an oxidizing gas, for example.
ところで、酸化ガスとして用いられる空気は、通常、コンプレッサにより外部から取り込まれる。そのため、圧力脈動やその他の気流の乱れにより、酸化ガスが流路の随所に設けられたバルブを通過する際に、気流音や振動を発生させてしまう。従って、燃料電池システムやそれが搭載された車両等の騒音を抑制するために、そのような気流音を低減することが望まれている。 Incidentally, the air used as the oxidizing gas is usually taken in from the outside by a compressor. For this reason, air pressure noise and vibration are generated when the oxidizing gas passes through valves provided at various points in the flow path due to pressure pulsation and other disturbances in the air flow. Therefore, in order to suppress noise of a fuel cell system or a vehicle on which the fuel cell system is mounted, it is desired to reduce such airflow noise.
関連する技術として、特許文献1の図1には、コンプレッサ、サイレンサ、アフタクーラ、フィルタ、加湿器及び燃料電池が、空気流路流れに沿ってこの順に配設されている燃料電池システムが開示されている。また、特許文献2には、水蒸気交換による加湿器の排気側下流にマフラーが配置された燃料電池用加湿システムが開示されている。
しかしながら、特許文献1及び2のいずれにも、酸化ガスの流路に設けられたバルブにおける気流音の発生や、それを低減する方法については記載されていない。
そこで、本発明は、流路に設けられたバルブをガスが通過する際に発生する気流音を低減することを目的とする。
However, neither
Therefore, an object of the present invention is to reduce airflow noise that is generated when gas passes through a valve provided in a flow path.
上記目的を達成するため、本発明の1つの観点に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出されるガスを希釈する希釈器と、第1及び第2の流路を有する加湿器であって、前記燃料電池に供給されるガスを前記第1の流路に流通させ、前記希釈器を通過したガスを前記第2の流路に流通させることにより、前記第1の流路を流通するガスを加湿する加湿器と、前記第1の流路を通過したガスの一部を前記希釈器に導入するバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられたバルブとを備える。 In order to achieve the above object, a fuel cell system according to one aspect of the present invention includes a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas, and a diluter that dilutes the gas discharged from the fuel cell. And a humidifier having first and second flow paths, wherein the gas supplied to the fuel cell is circulated through the first flow path, and the gas that has passed through the diluter is passed through the second flow path. A humidifier that humidifies the gas flowing through the first flow path by flowing through the path, a bypass flow path that introduces a portion of the gas that has passed through the first flow path into the diluter, and And a valve provided in the bypass channel.
かかる構成とすることにより、第1の流路を通過することにより整流された酸化ガスがバルブを通過するので、その際に生じる気流音を低減させることができる。また、加湿器の第2の流路の上流に希釈器等の機器を配置することにより、燃料電池から排出された酸化オフガスが加湿器に導入されるまでの間にその温度が低下するので、相対的に湿度が高くなり、加湿器における加湿性能を向上させることができる。 By adopting such a configuration, the oxidizing gas rectified by passing through the first flow path passes through the valve, so that airflow noise generated at that time can be reduced. In addition, by disposing a device such as a diluter upstream of the second flow path of the humidifier, the temperature decreases until the oxidizing off gas discharged from the fuel cell is introduced into the humidifier. The humidity becomes relatively high, and the humidifying performance in the humidifier can be improved.
また、前記燃料電池システムは、前記加湿器の第2の流路の上流又は下流に配置されたマフラーをさらに備えても良い。それにより、騒音や振動をさらに低減することができる。また、マフラーを加湿器の上流に設ける場合には、燃料電池から加湿器に至る流路に配置される機器が増加するので、その間に酸化オフガスの湿度をさらに低下させて、加湿器における加湿性能をさらに向上させることができる。 The fuel cell system may further include a muffler disposed upstream or downstream of the second flow path of the humidifier. Thereby, noise and vibration can be further reduced. In addition, when the muffler is provided upstream of the humidifier, the number of devices arranged in the flow path from the fuel cell to the humidifier increases, so that the humidity of the oxidant off-gas is further reduced during that time, and the humidifying performance in the humidifier Can be further improved.
本発明によれば、加湿器においてガスを整流することにより、ガスがバルブを通過する際に発生させる気流音を低減させるので、後段のマフラーにおける消音効果を高めることができる。従って、燃料電池システムやそれを備えた車両等の装置における振動・騒音(NV)性能を向上させることが可能になる。 According to the present invention, the flow noise generated when the gas passes through the valve is reduced by rectifying the gas in the humidifier, so that the silencing effect in the muffler at the subsequent stage can be enhanced. Accordingly, it is possible to improve the vibration / noise (NV) performance of the fuel cell system and a vehicle equipped with the fuel cell system.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すシステム図である。本実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池自動車の車載発電システムや船舶、航空機、電車あるいは歩行ロボット等のあらゆる移動体用の発電システム、さらには、建物(住宅、ビル等)用の発電設備として用いられる定置用発電システム等に適用可能であるが、本実施形態においては自動車用となっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same reference number is attached | subjected to the same component and description is abbreviate | omitted.
FIG. 1 is a system diagram showing the configuration of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention. The fuel cell system according to the present embodiment includes an in-vehicle power generation system for fuel cell vehicles, a power generation system for any moving body such as a ship, an aircraft, a train, or a walking robot, and a power generation facility for a building (house, building, etc.). However, in this embodiment, it is for automobiles.
図1に示す燃料電池システムは、電解質及びその両側に配置された電極層(アノード及びカソード)を含む複数のセルが積層された燃料電池20を含んでいる。燃料電池20は、酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する。なお、本実施形態においては、酸化ガスとして空気が用いられ、燃料ガスとして水素ガスが用いられる。
The fuel cell system shown in FIG. 1 includes a
また、この燃料電池システムには、酸化ガスを燃料電池20に供給する酸化ガス供給系(フィルタ10〜酸化ガス導入路1〜加湿器12〜酸化ガス供給路2、及び、流路3)と、使用された酸化ガス(酸化オフガス)を燃料電池20から排出する酸化オフガス排出系(酸化オフガス導出路4〜加湿器12〜酸化オフガス排出路6)と、燃料ガスを燃料電池20に供給する燃料ガス供給系(燃料ガスタンク30及び燃料ガス供給路31)と、使用された燃料ガス(燃料オフガス)を燃料電池20から排出する燃料オフガス排出系(燃料オフガス導出路32及び燃料オフガス排出路33)とが設けられている。
The fuel cell system includes an oxidizing gas supply system (
燃料ガス供給路31には、燃料ガスタンク30が接続されており、その途中には開閉弁H1、圧調整弁H2及び開閉弁H3が設けられている。また、燃料オフガス導出路32には、循環ポンプH4が設けられている。循環ポンプH4は、燃料オフガスを燃料ガス供給路31に向けて圧送することにより、燃料ガスとして再利用させる。また、燃料オフガス導出路32には、開閉弁H5が設けられた燃料オフガス排出路33が接続されており、燃料オフガスを再利用しない場合に、燃料オフガスは燃料オフガス排出路33を通って外部に排出される。
A
酸化ガス導入路1には、フィルタ10及びコンプレッサ11が設けられている。フィルタ10を介してコンプレッサ11により取り込まれた酸化ガスは、加湿器12に導入され、そこで適切な湿度まで加湿される。なお、加湿器12の構造及び機能については、後で説明する。
A
酸化ガス供給路2には、開閉弁A1が設けられており、加湿器12において加湿された酸化ガスはここを通過して燃料電池20に導入される。なお、酸化ガスを加湿する必要がない場合には、開閉弁A1閉じ、開閉弁A2を開くことにより、流路3を通じて燃料電池20に直接供給される。
The oxidant
酸化オフガス導出路4には、背圧調整弁A3と、希釈器13と、マフラー14とが設けられている。また、酸化ガス供給路2と酸化オフガス導出路4とは、バイパス弁(開閉弁)A4が設けられたバイパス流路5によって接続されている。
The oxidation off gas lead-out
ここで、燃料電池20における発電効率が低い場合には、使用されない燃料ガスの量が増加する。そのため、アノード側に供給された燃料ガスの余剰分が電解質を透過して、カソード側に染み出してくることがある。しかし、そのような燃料ガスが混入した酸化オフガスをそのまま外部に排出することは、環境上好ましくない。
Here, when the power generation efficiency in the
そこで、バイパス流路5を介して、加湿器12を通過した酸化ガスを希釈器13に導入することにより、酸化オフガスに混入した燃料ガスの濃度を希釈している。バイパス弁A4は、燃料電池20における発電効率が低くなったときに開かれるように制御されている。
Therefore, the concentration of the fuel gas mixed in the oxidizing off gas is diluted by introducing the oxidizing gas that has passed through the
マフラー14は、酸化オフガスを整流することにより、騒音や振動の発生を抑制する。マフラー14を通過した酸化オフガスは、加湿器12(図2参照)において酸化ガスを加湿するために用いられ、その後、酸化オフガス排出路6から外部に排出される。
The
図2は、加湿器12の内部構造を示す図である。加湿器12の筐体100には、酸化ガス導入口101と、酸化ガス導出口102と、酸化オフガス導入口103と、酸化オフガス導出口104とが設けられている。また、筐体100の内部には、望ましくは水蒸気のみを透過させる複数の中空糸膜105を束ねた中空糸膜束(中空糸モジュール)が配置されている。さらに、筐体100の内部の空間は、仕切り部材106によって、酸化ガスの流路(ドライ側流路)107と酸化オフガスの流路(ウェット側流路)108とに仕切られている。
FIG. 2 is a diagram illustrating the internal structure of the
燃料電池20(図1)から導出された酸化オフガスは、電気化学反応の際に生成された水を含む高湿ガスである。この酸化オフガスをウェット側流路108に導入して中空糸膜105の内側を通過させると、ガスに含まれる水分が中空糸膜105に吸収される。一方、酸化ガスをドライ側流路107に導入して中空糸膜105の外側を通過させると、酸化ガスは、中空糸膜から水分供給を受けて加湿される。
なお、図2においては中空糸膜105の外側をドライ側流路とし、内側をウェット側流路としているが、その反対にしても良い。
The oxidizing off gas derived from the fuel cell 20 (FIG. 1) is a high-humidity gas containing water generated during the electrochemical reaction. When this oxidizing off gas is introduced into the wet-
In FIG. 2, the outer side of the
次に、図1〜図3を参照しながら、本実施形態に係る燃料電池システムの特徴について説明する。
図3は、酸化オフガス排出系に希釈器13及びマフラー14を設ける場合における通常の配置を示している。通常、希釈器13やマフラー14は、酸化オフガス排出系の末端側、即ち、加湿器12のウェット側流路108(図2)の下流側に配置される。そのため、希釈器13に酸化ガスを導入するためのバイパス流路5及びバイパス弁A4も、加湿器12と燃料電池20とを接続する流路(酸化ガス供給路2及び酸化オフガス導出路4)の外側に配置される。
Next, features of the fuel cell system according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 shows a normal arrangement when the
ところが、コンプレッサ11により取り込まれ、気流が乱れた状態の酸化ガスは、流路に設けられたバルブを通過する際に気流音を発生させたり、バルブを振動させたりする。そのため、図3に示す構成においては、騒音や振動を抑えることが困難である。
However, the oxidizing gas that has been taken in by the
ここで、加湿器12の中空糸膜105のような多孔質材料は、ガスに対して整流作用を有することが知られている。
そこで、本実施形態においては、その整流作用に着目し、加湿器12を補助的なマフラーとしても利用している。即ち、各種バルブのように、気流の乱れにより気流音や振動を発生し易い部品を、加湿器12と燃料電池20とを接続する流路内に配置することにより、加湿器12を通過した後のガスがその部品を通過するようにする。
Here, it is known that a porous material such as the
Therefore, in the present embodiment, paying attention to the rectifying action, the
具体的には、バイパス流路5及びバイパス弁A4を、加湿器12のドライ側流路107(図2)の下流側に配置する。それに伴い、希釈器13及びマフラー14を、加湿器12のウェット側流路108(図2)の上流側に配置する。それにより、一旦加湿器12を通過することにより整流された酸化ガスが、バイパス弁A4を通って希釈器13に導入されるようになる。その結果、バイパス弁A4における気流音や振動が低減する。
Specifically, the
また、加湿器12のウェット側流路108の上流に希釈器13及びマフラー14を配置することにより、燃料電池20と加湿器12との間の距離が長くなると共に、酸化オフガスは、加湿器12に導入されるまでに希釈器13等から所定の作用を受ける。その間に酸化オフガスの温度が低下するので、酸化オフガスの湿度は相対的に高くなる。或いは、酸化オフガスに含まれる水分が凝結する場合もある。その結果、加湿器12において加湿されるガス(酸化ガス)と加湿するガス(酸化オフガス)との湿度の差が大きくなるので、加湿性能が向上する。
Further, by disposing the
次に、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池システムについて、図4を参照しながら説明する。本実施形態においては、図1に示す構成に対して、マフラー14を加湿器12のウェット側流路108(図2)の下流側に配置している。その他の構成については、図1に示すものと同様である。
Next, a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the
この場合においても、加湿器12において整流された酸化ガスがバイパス弁A4を通過するので、その際に生じる気流音や振動を低減することができる。
このように、気流の状態の影響を受け易いバルブに対して、加湿器12を通過した後のガスを通過させることができれば、加湿器12、希釈器13、及び、マフラー14の配置関係は特に限定されない。
Even in this case, since the oxidizing gas rectified in the
Thus, if the gas after passing through the
2…酸化ガス供給路、4…酸化オフガス導出路、5…バイパス流路、12…加湿器、13…希釈器、14…マフラー、20…燃料電池、107…ドライ側流路、108…ウェット側流路、A4…バイパス弁
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記燃料電池から排出されるガスを希釈する希釈器と、
第1及び第2の流路を有する加湿器であって、前記燃料電池に供給されるガスを前記第1の流路に流通させ、前記希釈器を通過したガスを前記第2の流路に流通させることにより、前記第1の流路を流通するガスを加湿する加湿器と、
前記第1の流路を通過したガスの一部を前記希釈器に導入するバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられたバルブと、
を備える燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas;
A diluter for diluting the gas discharged from the fuel cell;
A humidifier having first and second flow paths, wherein the gas supplied to the fuel cell is circulated through the first flow path, and the gas that has passed through the diluter is passed through the second flow path. A humidifier for humidifying the gas flowing through the first flow path by circulating the first flow path;
A bypass flow path for introducing a part of the gas that has passed through the first flow path into the diluter;
A valve provided in the bypass flow path;
A fuel cell system comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007053298A JP2008218168A (en) | 2007-03-02 | 2007-03-02 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007053298A JP2008218168A (en) | 2007-03-02 | 2007-03-02 | Fuel cell system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008218168A true JP2008218168A (en) | 2008-09-18 |
Family
ID=39837966
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007053298A Pending JP2008218168A (en) | 2007-03-02 | 2007-03-02 | Fuel cell system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008218168A (en) |
-
2007
- 2007-03-02 JP JP2007053298A patent/JP2008218168A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2008149753A1 (en) | Humidifier and fuel cell system | |
US9466846B2 (en) | Fuel cell system and humidification device of the same | |
JP2009170209A (en) | Fuel cell system | |
US9437886B2 (en) | Fuel cell system and method for stopping power generation in fuel cell system | |
JP4644136B2 (en) | Humidifier | |
US10535886B2 (en) | Fuel cell assembly with jet pump in the exhaust path, and motor vehicle with fuel cell assembly | |
JP5665684B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2013008664A (en) | Fuel cell system | |
JP2007051797A (en) | Humidifier | |
JP2006216293A (en) | Fuel cell system | |
JP5082790B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5217470B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND OXIDATOR VERTICAL METHOD | |
JP2001216986A (en) | Humidifying system for fuel cell | |
JP2009238595A (en) | Fuel cell system | |
JP2009152013A (en) | Fuel cell system | |
JP2008218168A (en) | Fuel cell system | |
JP2008041335A (en) | Humidifier of fuel cell | |
JP2008052969A (en) | Fuel cell system | |
JP2005108698A (en) | Fuel cell system | |
JP2005032685A (en) | Fuel cell system | |
KR100986385B1 (en) | Device and method for controlling APS of fuel cell system | |
JP3943006B2 (en) | Fuel supply device integrated structure | |
JP2005302442A (en) | Cathode gas humidifying device of fuel cell | |
JP2005158523A (en) | Dilution device and fuel cell system | |
JP2005044665A (en) | Air feeder of fuel cell |