JP2008269844A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2008269844A
JP2008269844A JP2007108397A JP2007108397A JP2008269844A JP 2008269844 A JP2008269844 A JP 2008269844A JP 2007108397 A JP2007108397 A JP 2007108397A JP 2007108397 A JP2007108397 A JP 2007108397A JP 2008269844 A JP2008269844 A JP 2008269844A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
water
water supply
heat exchanger
heat
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.)
Withdrawn
Application number
JP2007108397A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Koyama
貴志 小山
Shinya Sakaguchi
信也 坂口
Hidetsugu Izuhara
英嗣 伊豆原
Toru Mizuno
透 水野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2007108397A priority Critical patent/JP2008269844A/en
Publication of JP2008269844A publication Critical patent/JP2008269844A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve downsizing of a cooling device of a fuel cell while improving cooling efficiency of the cooling device of a fuel cell system. <P>SOLUTION: The cooling device is equipped with a vapor-liquid separating means 16 to separate moisture from an oxidizer gas discharged from the fuel cell 10, a heat exchanger 23 having a heat exchange part 40a to heat exchange cooling water of the fuel cell with the exterior air, and a water supply part 40b to which water separated by the vapor-liquid separating means 16 is supplied, and a pressure reducing means to reduce the pressure of the water supply part 40b of the heat exchanger 23. In the heat exchanger 23, evaporation of water is promoted by means that the water supply part 40b is pressure-reduced by the pressure reducing means, and cooling water is cooled by vaporization latent heat of water. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、空調のための冷凍サイクルを搭載している車両、船舶及びポータブル発電機等の移動体用発電機に適用して有効である。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and power generation for moving bodies such as vehicles, ships, and portable generators equipped with a refrigeration cycle for air conditioning. It is effective when applied to a machine.

従来より、水素と酸素(空気)との化学反応を利用して発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが知られている。燃料電池では、発電時の化学反応により水分および熱が発生する。燃料電池は発電効率のため80℃程度に維持する必要があり、発電時に発生する熱のほとんどを、水等の冷媒を介してラジエータ(空冷式の冷却装置)により大気に放出している。しかし、燃料電池システムでは内燃機関に比較して発熱量が小さく、燃料電池の冷却水温度と外気温度との気水温度差が50%程度低下するため、ラジエータによる冷却には不利である。   Conventionally, a fuel cell system including a fuel cell that generates power using a chemical reaction between hydrogen and oxygen (air) is known. In a fuel cell, moisture and heat are generated by a chemical reaction during power generation. The fuel cell needs to be maintained at about 80 ° C. for power generation efficiency, and most of the heat generated during power generation is discharged to the atmosphere by a radiator (air cooling type cooling device) through a refrigerant such as water. However, in the fuel cell system, the amount of heat generated is smaller than that of the internal combustion engine, and the air-water temperature difference between the cooling water temperature of the fuel cell and the outside air temperature is reduced by about 50%, which is disadvantageous for cooling by the radiator.

そのため、燃料電池の発電により発生する生成水をラジエータに直接散布、あるいはラジエータに送風される空気中に散布し、生成水の気化潜熱を利用することで、ラジエータの放熱量を増大させることでラジエータの小型化を図った燃料電池システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−313054号公報
For this reason, the generated water generated by the power generation of the fuel cell is directly sprayed on the radiator or sprayed into the air blown to the radiator, and by using the latent heat of vaporization of the generated water, the amount of heat released from the radiator is increased. There is known a fuel cell system that is miniaturized (see, for example, Patent Document 1).
JP 2001-313054 A

しかしながら、一般的な燃料電池の作動温度は、80℃程度であるため、生成水をラジエータに直接散布、あるいはラジエータに送風される空気中に散布しても、一部の生成水は気化することなく、そのまま通過してしまうため冷却水の冷却効率が向上しない場合がある。   However, since the operating temperature of a typical fuel cell is about 80 ° C., even if the generated water is sprayed directly on the radiator or sprayed into the air blown to the radiator, a part of the generated water is vaporized. The cooling efficiency of the cooling water may not be improved because it passes as it is.

本発明は、上記点に鑑み、燃料電池システムの冷却装置の冷却効率を向上させつつ、燃料電池の冷却装置の小型化を図ることを目的とする。   An object of the present invention is to reduce the size of a cooling device for a fuel cell while improving the cooling efficiency of the cooling device for the fuel cell system.

上記目的を達成するため、本発明では、水素と酸素とを化学反応させて電力を得る燃料電池(10)と、燃料電池(10)から排出される酸化剤ガスから水分を分離する気液分離手段(16)と、燃料電池(10)の冷却水と外気とを熱交換する熱交換部(40a)と、気液分離手段(16)により分離された水が供給される水供給部(40b)とを有する熱交換器(23)と、熱交換器(23)の水供給部(40b)を減圧させる減圧手段とを備え、熱交換器(23)では、減圧手段により水供給部(40b)が減圧されることで水の蒸発を促進し、水の気化潜熱により冷却水を冷却することを特徴とする。   In order to achieve the above object, in the present invention, a fuel cell (10) that obtains electric power by chemically reacting hydrogen and oxygen, and gas-liquid separation that separates moisture from an oxidant gas discharged from the fuel cell (10). Means (16), a heat exchange part (40a) for exchanging heat between the cooling water of the fuel cell (10) and the outside air, and a water supply part (40b) to which water separated by the gas-liquid separation means (16) is supplied. ) And a pressure reducing means for depressurizing the water supply part (40b) of the heat exchanger (23). In the heat exchanger (23), the water supply part (40b) is provided by the pressure reducing means. ) Is accelerated to evaporate water, and cooling water is cooled by latent heat of vaporization of water.

これにより、発電時に発生する水分を最大限に有効利用して、熱交換器(23)での放熱量を増大できる。また、従来のように熱交換器(23)に直接生成水を散布することで冷却を行う場合より、減圧手段により熱交換器(23)の水供給部(40b)を減圧することで、水の気化を促進することができるため、冷却効率を向上させることができる。さらに、熱交換器(23)における外気による放熱量を低減することができるため、熱交換器(23)を小型化することができる。   Thereby, the water | moisture content produced | generated at the time of electric power generation can be utilized effectively to the maximum, and the heat dissipation in a heat exchanger (23) can be increased. Moreover, compared with the case where it cools by spraying produced | generated water directly to a heat exchanger (23) like the past, water pressure part (40b) of a heat exchanger (23) is pressure-reduced by a pressure reduction means, Since the vaporization of can be promoted, the cooling efficiency can be improved. Furthermore, since the amount of heat released by outside air in the heat exchanger (23) can be reduced, the heat exchanger (23) can be reduced in size.

また、酸化剤ガスをノズル部(33a)から噴射し、ノズル部(33a)から噴射される酸化剤ガスの流れにより流体を吸引口(33b)から吸引するエジェクタ(33)であって、吸引口(33b)は、熱交換器(23)の水供給部(40b)に接続されているように構成することで、燃料電池(10)から排出される酸化剤ガスの流体エネルギを利用して、熱交換器(23)の水供給部(40b)を減圧することができるため、熱交換器(23)による冷却効率を向上させることができる。   An ejector (33) that injects oxidant gas from the nozzle part (33a) and sucks fluid from the suction port (33b) by the flow of the oxidant gas injected from the nozzle part (33a). (33b) is configured to be connected to the water supply part (40b) of the heat exchanger (23), thereby utilizing the fluid energy of the oxidant gas discharged from the fuel cell (10), Since the water supply part (40b) of the heat exchanger (23) can be depressurized, the cooling efficiency by the heat exchanger (23) can be improved.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図1、図2に基づいて説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

本実施形態は、燃料電池システムを、燃料電池10を電源として走行する電気自動車(燃料電池車両)に適用したものである。   In this embodiment, the fuel cell system is applied to an electric vehicle (fuel cell vehicle) that runs using the fuel cell 10 as a power source.

図1は、本実施形態に係る燃料電池システムの主要構成図である。図1に示すように、燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池10を備えている。燃料電池10は、二次電池、走行用モータ、補機等の電力機器に電力を供給するように構成されている。ここで、水素が本発明の燃料ガスに相当し、酸素を含んだ空気が本発明の酸化剤ガスに相当する。   FIG. 1 is a main configuration diagram of a fuel cell system according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system includes a fuel cell 10 that generates electric power using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The fuel cell 10 is configured to supply power to power devices such as a secondary battery, a traveling motor, and an auxiliary machine. Here, hydrogen corresponds to the fuel gas of the present invention, and air containing oxygen corresponds to the oxidant gas of the present invention.

本実施形態では、燃料電池10として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、電解質膜の両側面に電極が接合されたMEAと、MEAを挟持する一対のセパレータから構成されるセルが複数個積層され、かつ電気的に直列接続されている。燃料電池10では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり、電気エネルギが発生する。   In the present embodiment, a solid polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell 10, and there are a plurality of cells each composed of an MEA having electrodes joined to both side surfaces of the electrolyte membrane and a pair of separators sandwiching the MEA. They are stacked and electrically connected in series. In the fuel cell 10, the following electrochemical reaction between hydrogen and oxygen occurs, and electric energy is generated.

(水素極側)H→2H+2e
(酸素極側)2H+1/2O+2e→H
燃料電池システムには、燃料電池10の水素極に供給される水素が通過する水素供給経路11と、燃料電池10の水素極から排出される水素極側排ガスが通過する水素排出経路12が設けられている。水素供給経路11の最上流部には、燃料電池10の水素極に水素を供給するための水素供給装置(図示せず)が設けられている。
(Hydrogen electrode side) H 2 → 2H + + 2e
(Oxygen electrode side) 2H + + 1 / 2O 2 + 2e → H 2 O
The fuel cell system is provided with a hydrogen supply path 11 through which hydrogen supplied to the hydrogen electrode of the fuel cell 10 passes and a hydrogen discharge path 12 through which hydrogen electrode side exhaust gas discharged from the hydrogen electrode of the fuel cell 10 passes. ing. A hydrogen supply device (not shown) for supplying hydrogen to the hydrogen electrode of the fuel cell 10 is provided at the most upstream portion of the hydrogen supply path 11.

燃料電池システムには、燃料電池10の空気極(酸素極)に供給される空気が通過する空気供給経路13と、燃料電池10の空気極から排出される空気極側排出ガスが通過する空気排出経路14が設けられている。空気供給経路13には、空気を供給するための空気供給装置15が設けられている。なお、燃料電池10から排出される空気(空気極側排出ガス)は燃料電池10の熱が伝熱されて高温状態となっている。   The fuel cell system includes an air supply path 13 through which air supplied to an air electrode (oxygen electrode) of the fuel cell 10 passes, and an air discharge through which air electrode side exhaust gas discharged from the air electrode of the fuel cell 10 passes. A path 14 is provided. The air supply path 13 is provided with an air supply device 15 for supplying air. Note that the air (air electrode side exhaust gas) discharged from the fuel cell 10 is in a high temperature state due to the heat transferred from the fuel cell 10.

燃料電池10は発電の際、上記電気化学反応により水分および熱が発生する。燃料電池10は発電効率確保のために運転中一定温度に維持する必要がある。また、燃料電池10内部の電解質膜は、所定の許容上限温度を超えると、高温により破壊されるため、燃料電池10の温度を許容温度以下に保持する必要がある。   When the fuel cell 10 generates power, moisture and heat are generated by the electrochemical reaction. The fuel cell 10 needs to be maintained at a constant temperature during operation to ensure power generation efficiency. Further, since the electrolyte membrane inside the fuel cell 10 exceeds a predetermined allowable upper limit temperature and is destroyed by high temperature, it is necessary to keep the temperature of the fuel cell 10 below the allowable temperature.

そのため、燃料電池システムには、燃料電池10を冷却して作動温度が電気化学反応に適した温度(例えば80℃程度)となるようにする冷却システムが設けられている。   Therefore, the fuel cell system is provided with a cooling system that cools the fuel cell 10 so that the operating temperature becomes a temperature suitable for the electrochemical reaction (for example, about 80 ° C.).

冷却システムには、燃料電池10に冷却水(冷媒)を循環させる冷媒循環経路20、冷却水を循環させる冷媒循環ポンプ21、冷媒循環ポンプ21を駆動する電動モータ(図示せず)、ファン22を備えたラジエータ23が設けられている。燃料電池10で発生した熱は、冷却水と外気とを熱交換するラジエータ23により大気に放熱される。なお、ラジエータ23が、本発明の熱交換器に相当している。   The cooling system includes a refrigerant circulation path 20 that circulates cooling water (refrigerant) in the fuel cell 10, a refrigerant circulation pump 21 that circulates cooling water, an electric motor (not shown) that drives the refrigerant circulation pump 21, and a fan 22. The provided radiator 23 is provided. The heat generated in the fuel cell 10 is radiated to the atmosphere by the radiator 23 that exchanges heat between the cooling water and the outside air. The radiator 23 corresponds to the heat exchanger of the present invention.

本実施形態で用いるラジエータ23について、図2(a)、図2(b)に基づいて説明する。図2(a)は、本実施形態で用いるラジエータの斜視図であり、図2(b)は、図2(a)内のチューブの斜視図である。   The radiator 23 used in this embodiment will be described with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b). Fig.2 (a) is a perspective view of the radiator used by this embodiment, FIG.2 (b) is a perspective view of the tube in Fig.2 (a).

ラジエータ23は、図2に示すように、冷却水および後述する気液分離器16で分離された水が流れるチューブ40、チューブ40の外表面に接合されて空気との伝熱面積を増大させるフィン41、チューブ40の長手方向の両端に設けられた出入口タンク42等からなるものである。   As shown in FIG. 2, the radiator 23 includes a tube 40 through which cooling water and water separated by a gas-liquid separator 16 (to be described later) flow, a fin that is joined to the outer surface of the tube 40 and increases the heat transfer area with air. 41, an inlet / outlet tank 42 provided at both ends in the longitudinal direction of the tube 40, and the like.

チューブ40は、冷却水が流れる熱交換経路40aおよび後述する気液分離器16で分離された水が流れる水供給経路40bを有している。熱交換経路40aと水供給経路40bは、チューブ40長手方向に並列になるように設けられている。ここで、チューブ40内の熱交換経路40aと水供給経路40bは、熱の授受が可能な構成となっている。なお、熱交換経路40aが本発明の熱交換部に相当しており、水供給経路40bが本発明の水供給部に相当している。   The tube 40 has a heat exchange path 40a through which cooling water flows and a water supply path 40b through which water separated by the gas-liquid separator 16 described later flows. The heat exchange path 40a and the water supply path 40b are provided in parallel to the longitudinal direction of the tube 40. Here, the heat exchange path 40a and the water supply path 40b in the tube 40 are configured to be able to exchange heat. The heat exchange path 40a corresponds to the heat exchange section of the present invention, and the water supply path 40b corresponds to the water supply section of the present invention.

出入口タンク42は、チューブ40内の熱交換経路40aと連通している冷却水用出入口タンク42aと水供給経路40bと連通している水用出入口タンク42bから構成されている。冷却水用出入口タンク42aと水用出入口タンク42bは、出入口タンク42長手方向に並列になるように配置されている。   The inlet / outlet tank 42 includes a cooling water inlet / outlet tank 42a communicating with the heat exchange path 40a in the tube 40 and a water inlet / outlet tank 42b communicating with the water supply path 40b. The cooling water inlet / outlet tank 42 a and the water inlet / outlet tank 42 b are arranged in parallel in the longitudinal direction of the inlet / outlet tank 42.

図1に戻り、燃料電池10にて発電の際に発生した水分は、燃料電池10から空気に含まれた状態で空気排出経路14に排出される。そこで、本実施形態の燃料電池システムには、空気排出経路14における燃料電池10の下流側に、発電の際に発生した水分を空気および水に分離する気液分離器16が設けられている。なお、気液分離器16は、本発明の気液分離手段に相当している。   Returning to FIG. 1, the moisture generated during power generation in the fuel cell 10 is discharged from the fuel cell 10 into the air discharge path 14 while being contained in the air. Therefore, the fuel cell system of the present embodiment is provided with a gas-liquid separator 16 that separates moisture generated during power generation into air and water on the downstream side of the fuel cell 10 in the air discharge path 14. The gas-liquid separator 16 corresponds to the gas-liquid separation means of the present invention.

気液分離器16で分離された空気は外部に排出される。一方、気液分離器16で分離された水は、分岐経路30を介してラジエータ23に供給される。   The air separated by the gas-liquid separator 16 is discharged to the outside. On the other hand, the water separated by the gas-liquid separator 16 is supplied to the radiator 23 via the branch path 30.

分岐経路30におけるラジエータ23の上流側には、分岐経路30を流れる水の流量を調整するためのシャット弁31が設けられている。また、分岐経路30におけるラジエータ23の下流側に真空ポンプ32が設けられている。   A shut valve 31 for adjusting the flow rate of water flowing through the branch path 30 is provided on the upstream side of the radiator 23 in the branch path 30. A vacuum pump 32 is provided on the downstream side of the radiator 23 in the branch path 30.

真空ポンプ32は、分岐経路30を介して排出される空気を真空吸引するとともに、分岐経路30におけるものシャット弁31の下流側を減圧させるものである。ここで、本実施形態における真空ポンプ32は、本発明の減圧手段に相当しており、熱交換器23の水供給経路40bを減圧させるために用いている。   The vacuum pump 32 vacuums the air discharged through the branch path 30 and depressurizes the downstream side of the shut valve 31 in the branch path 30. Here, the vacuum pump 32 in the present embodiment corresponds to the decompression means of the present invention, and is used to decompress the water supply path 40b of the heat exchanger 23.

上記構成の燃料電池システムでは、空気供給経路14および水素供給経路11から燃料電池10に空気および水素が供給されることで、燃料電池10では発電が行われる。燃料電池10の発電に伴い燃料電池10の空気極側では水が発生し、この水は、空気に含まれる状態で燃料電池10から排出される。   In the fuel cell system configured as described above, air and hydrogen are supplied from the air supply path 14 and the hydrogen supply path 11 to the fuel cell 10, so that the fuel cell 10 generates power. With the power generation of the fuel cell 10, water is generated on the air electrode side of the fuel cell 10, and this water is discharged from the fuel cell 10 in a state of being contained in the air.

燃料電池10から排出される水を含んだ空気は、気液分離器16で水と空気とに分離される。気液分離器16により分離された空気は、空気排出経路14を介して外部に排出される。また、気液分離器16により分離された水は、凝縮により温度が下げられた状態で気液分離器16内に一旦貯えられ、シャット弁31を開放することで分岐経路30を介してラジエータ23の水供給経路40bに流入する。   The air containing water discharged from the fuel cell 10 is separated into water and air by the gas-liquid separator 16. The air separated by the gas-liquid separator 16 is discharged to the outside through the air discharge path 14. The water separated by the gas-liquid separator 16 is once stored in the gas-liquid separator 16 in a state where the temperature is lowered by condensation, and the radiator 23 is connected via the branch path 30 by opening the shut valve 31. Into the water supply path 40b.

一方、冷却システムの冷却水は、冷媒循環ポンプ21の駆動により冷媒循環経路20内に冷却水を循環させて、ラジエータ23の熱交換経路40aに供給される。   On the other hand, the cooling water of the cooling system is supplied to the heat exchange path 40 a of the radiator 23 by circulating the cooling water in the refrigerant circulation path 20 by driving the refrigerant circulation pump 21.

このとき、分岐経路30におけるラジエータ23下流に設けられた真空ポンプ32により、分岐経路30におけるシャット弁31下流側を減圧する。そのため、ラジエータ23の水供給経路40b内の圧力が低下し、水供給経路40b内の水の気化が促進される。これにより、水供給経路40b内の水の気化潜熱により、熱交換経路40aを流れる冷却水を冷却することができる。   At this time, the downstream side of the shut valve 31 in the branch path 30 is depressurized by the vacuum pump 32 provided downstream of the radiator 23 in the branch path 30. Therefore, the pressure in the water supply path 40b of the radiator 23 decreases, and the vaporization of water in the water supply path 40b is promoted. Thereby, the cooling water which flows through the heat exchange path 40a can be cooled by the vaporization latent heat of the water in the water supply path 40b.

以上のように、発電時に発生する水分を最大限に有効利用して、ラジエータ23での放熱量を増大できる。また、従来のようにラジエータ23に直接生成水を散布することで冷却を行う場合より、真空ポンプ32によりラジエータ23の水供給経路40b内を減圧することで、水供給経路40b内の水の蒸発を促進し、水の気化潜熱により熱交換経路40aを流れる冷却水を冷却することができる。さらに、ラジエータ23における外気による放熱量を低減することができるため、ラジエータ23を小型化することができる。   As described above, the heat generated in the radiator 23 can be increased by maximally effectively using the moisture generated during power generation. In addition, the cooling of the water supply path 40b of the radiator 23 is reduced by the vacuum pump 32, so that the water in the water supply path 40b is evaporated, compared with the conventional case where the generated water is directly sprayed on the radiator 23 for cooling. The cooling water flowing through the heat exchange path 40a can be cooled by the latent heat of vaporization of water. Furthermore, since the amount of heat released by the outside air in the radiator 23 can be reduced, the radiator 23 can be reduced in size.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図3に基づいて説明する。本第2実施形態では、上記第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, only parts different from the first embodiment will be described.

上記第1実施形態では、分岐経路30におけるラジエータ23の下流側に、ラジエータ23の水供給経路40bを通過する水を減圧させる真空ポンプ32を設けているが、本第2実施形態では、真空ポンプ32に変えてエジェクタ33を設けている。   In the first embodiment, the vacuum pump 32 for reducing the pressure of the water passing through the water supply path 40b of the radiator 23 is provided on the downstream side of the radiator 23 in the branch path 30, but in the second embodiment, the vacuum pump Instead of 32, an ejector 33 is provided.

本実施形態において、空気排出経路14における気液分離器16の下流側と、空気排出経路14から分岐する分岐経路30のラジエータ23下流側の合流部には、エジェクタ33が設けられている。   In the present embodiment, an ejector 33 is provided at a merging portion on the downstream side of the gas-liquid separator 16 in the air discharge path 14 and on the downstream side of the radiator 23 of the branch path 30 branched from the air discharge path 14.

エジェクタ33は、高速で噴出する作動流体のエネルギ交換作用によって流体輸送を行う運動量輸送式ポンプであり、具体的には、空気排出経路14を介して排出される空気の流体エネルギを利用して、分岐経路30を介して排出される空気を吸引するとともに、分岐経路30におけるものシャット弁31の下流側で負圧を発生させるものである。ここで、本実施形態におけるエジェクタ33は、本発明の減圧手段に相当しており、熱交換器23の水供給経路40bを減圧させるために用いている。   The ejector 33 is a momentum transport type pump that transports fluid by the energy exchange action of the working fluid ejected at high speed. Specifically, the ejector 33 uses the fluid energy of the air discharged through the air discharge path 14, The air exhausted through the branch path 30 is sucked and a negative pressure is generated on the downstream side of the shut valve 31 in the branch path 30. Here, the ejector 33 in the present embodiment corresponds to the decompression means of the present invention, and is used to decompress the water supply path 40b of the heat exchanger 23.

エジェクタ33には、上記空気排出経路14を介して排出される空気の通路面積を小さく絞って、空気を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル部33aと、ノズル部33aの噴出口と連通するように配置され、分岐経路30を介して排出される流体を吸引する吸引口33bが備えられている。また、ノズル部33aおよび吸引口33bの下流側には、ノズル部33aからの高速度の空気と吸引口33bから吸引する空気とを混合する混合部33cが設けられている。そして、混合部33cの下流側に昇圧部をなすディフューザ部33dが配置されている。このディフューザ部33dは冷媒の通路面積を徐々に大きくする形状に形成されている。   In the ejector 33, the passage area of the air discharged through the air discharge path 14 is narrowed down so as to communicate with the nozzle portion 33a that decompresses and expands the air isentropically and the ejection port of the nozzle portion 33a. A suction port 33 b that is disposed and sucks the fluid discharged through the branch path 30 is provided. Further, on the downstream side of the nozzle portion 33a and the suction port 33b, a mixing portion 33c that mixes high-speed air from the nozzle portion 33a and air sucked from the suction port 33b is provided. And the diffuser part 33d which makes a pressure | voltage rise part is arrange | positioned downstream of the mixing part 33c. The diffuser portion 33d is formed in a shape that gradually increases the passage area of the refrigerant.

分岐経路30を流れる流体は、ノズル部33aで減圧膨張された空気流の吸引作用により吸引口33bに吸い込まれる。これに伴って、分岐通路30におけるシャット弁31の下流側からエジェクタ33の吸引口33bの間で負圧が発生する。そのため、ラジエータ23の水供給経路40b内の圧力が低下し、水供給経路40b内の水の気化が促進される。   The fluid flowing through the branch path 30 is sucked into the suction port 33b by the suction action of the air flow decompressed and expanded by the nozzle portion 33a. Along with this, a negative pressure is generated between the suction port 33 b of the ejector 33 from the downstream side of the shut valve 31 in the branch passage 30. Therefore, the pressure in the water supply path 40b of the radiator 23 decreases, and the vaporization of water in the water supply path 40b is promoted.

このように、エジェクタ33を減圧手段として利用することで、真空ポンプを減圧手段として使用する場合に比べて、動力が不要となるため、冷却システムの冷却効率を向上させることができる。   In this way, by using the ejector 33 as the pressure reducing means, power is not required compared to the case where the vacuum pump is used as the pressure reducing means, so that the cooling efficiency of the cooling system can be improved.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図4(a)〜(c)に基づいて説明する。本第3実施形態では、上記第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図4(a)は、本実施形態で用いるラジエータの斜視図であり、図4(b)は、図4(a)の正面断面図であり、図4(c)は、図4(a)内のチューブの斜視図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the third embodiment, only portions different from the first embodiment will be described. 4A is a perspective view of the radiator used in the present embodiment, FIG. 4B is a front sectional view of FIG. 4A, and FIG. 4C is FIG. 4A. It is a perspective view of an inner tube.

本実施形態では、ラジエータ23の構成が上記第1実施形態の構成と異なっている。上記第1実施形態では、ラジエータ23のチューブ40内部には、チューブ40長手方向に並行になるように熱交換経路40aと水供給経路40bを設けているが、本実施形態のラジエータ23のチューブ40内部には、図4に示すように、熱交換経路40aの内部に水供給経路40bを設けており、いわゆる二重管構造のチューブ40となっている。ここで、チューブ40内の熱交換経路40aと水供給経路40bは、熱の授受が可能な構成となっている。   In the present embodiment, the configuration of the radiator 23 is different from the configuration of the first embodiment. In the said 1st Embodiment, although the heat exchange path | route 40a and the water supply path | route 40b are provided in the inside of the tube 40 of the radiator 23 so that it may become parallel to the tube 40 longitudinal direction, the tube 40 of the radiator 23 of this embodiment is provided. As shown in FIG. 4, a water supply path 40 b is provided inside the heat exchange path 40 a, and the tube 40 has a so-called double pipe structure. Here, the heat exchange path 40a and the water supply path 40b in the tube 40 are configured to be able to exchange heat.

また、チューブ40の長手方向の両端に設けられた出入口タンク42を構成する熱交換経路40aと連通している冷却水用出入口タンク42a、および水供給経路40bと連通している水用出入口タンク42bの配置は、水用出入口タンクが冷却水用出入口タンクを挟むように構成されている。   Also, a cooling water inlet / outlet tank 42a communicating with the heat exchange path 40a constituting the inlet / outlet tank 42 provided at both ends of the tube 40 in the longitudinal direction, and a water inlet / outlet tank 42b communicating with the water supply path 40b. The arrangement is configured such that the water inlet / outlet tank sandwiches the cooling water inlet / outlet tank.

このような構成のラジエータ23を用いても、発電時に発生する水分を有効利用して、ラジエータ23での放熱量を増大できる。   Even if the radiator 23 having such a configuration is used, the heat generated in the radiator 23 can be increased by effectively using the moisture generated during power generation.

第1実施形態の燃料電池システムの概念図である。It is a conceptual diagram of the fuel cell system of 1st Embodiment. 第1実施形態のラジエータの斜視図である。It is a perspective view of the radiator of a 1st embodiment. 第2実施形態の燃料電池システムの概念図である。It is a conceptual diagram of the fuel cell system of 2nd Embodiment. 第3実施形態のラジエータの斜視図である。It is a perspective view of the radiator of a 3rd embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10…燃料電池、14…空気排出経路、16…気液分離器、20…冷媒循環経路、21…冷媒循環ポンプ、23…ラジエータ、30…分岐経路、31…シャット弁、32…真空ポンプ、33…エジェクタ、40…チューブ、40a…熱交換経路、40b…水供給経路、41…フィン。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell, 14 ... Air discharge path, 16 ... Gas-liquid separator, 20 ... Refrigerant circulation path, 21 ... Refrigerant circulation pump, 23 ... Radiator, 30 ... Branch path, 31 ... Shut valve, 32 ... Vacuum pump, 33 ... ejector, 40 ... tube, 40a ... heat exchange path, 40b ... water supply path, 41 ... fin.

Claims (2)

水素と酸素とを化学反応させて電力を得る燃料電池(10)と、
前記燃料電池(10)から排出される酸化剤ガスから水分を分離する気液分離手段(16)と、
前記燃料電池(10)の冷却水と外気とを熱交換する熱交換部(40a)と、前記気液分離手段(16)により分離された水が供給される水供給部(40b)とを有する熱交換器(23)と、
前記熱交換器(23)の前記水供給部(40b)を減圧する減圧手段とを備え、
前記熱交換器(23)では、前記減圧手段により前記水供給部(40b)が減圧されることで水の蒸発を促進し、水の気化潜熱により前記冷却水を冷却することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell (10) for obtaining electric power by chemically reacting hydrogen and oxygen;
Gas-liquid separation means (16) for separating moisture from the oxidant gas discharged from the fuel cell (10);
A heat exchange section (40a) for exchanging heat between the cooling water of the fuel cell (10) and the outside air; and a water supply section (40b) for supplying water separated by the gas-liquid separation means (16). A heat exchanger (23);
Pressure reducing means for reducing the pressure of the water supply part (40b) of the heat exchanger (23),
In the heat exchanger (23), the water supply part (40b) is depressurized by the depressurizing means to promote water evaporation, and the cooling water is cooled by latent heat of vaporization of water. Battery system.
前記減圧手段は、前記酸化剤ガスをノズル部(33a)から噴射し、前記ノズル部(33a)から噴射される前記酸化剤ガスの流れにより流体を吸引口(33b)から吸引するエジェクタ(33)であって、
前記吸引口(33b)は、前記熱交換器(23)の前記水供給部(40b)に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
The decompression means ejects the oxidant gas from the nozzle part (33a), and ejects the fluid from the suction port (33b) by the flow of the oxidant gas ejected from the nozzle part (33a). Because
The fuel cell system according to claim 1, wherein the suction port (33b) is connected to the water supply unit (40b) of the heat exchanger (23).
JP2007108397A 2007-04-17 2007-04-17 Fuel cell system Withdrawn JP2008269844A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007108397A JP2008269844A (en) 2007-04-17 2007-04-17 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007108397A JP2008269844A (en) 2007-04-17 2007-04-17 Fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008269844A true JP2008269844A (en) 2008-11-06

Family

ID=40049114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007108397A Withdrawn JP2008269844A (en) 2007-04-17 2007-04-17 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008269844A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010218803A (en) * 2009-03-16 2010-09-30 Toyota Industries Corp Fuel cell system
JP2010218802A (en) * 2009-03-16 2010-09-30 Toyota Industries Corp Fuel cell system
US20100279191A1 (en) * 2009-03-16 2010-11-04 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Fuel cell system
JP2011249030A (en) * 2010-05-24 2011-12-08 Toyota Industries Corp Fuel cell system
KR101610489B1 (en) 2014-08-14 2016-04-07 현대자동차주식회사 Cooling water injection auxiliary device for fuel cell car
KR20180076671A (en) * 2016-12-28 2018-07-06 한온시스템 주식회사 Humidification and cooling device for fuel cell
CN111900438A (en) * 2019-05-06 2020-11-06 上海轩玳科技有限公司 Fuel cell system and method for solving low-temperature starting capability of fuel cell system
CN116387561A (en) * 2023-04-17 2023-07-04 武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司 Device and method for solving mixed liquid water in fuel cell hydrogen system

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010218803A (en) * 2009-03-16 2010-09-30 Toyota Industries Corp Fuel cell system
JP2010218802A (en) * 2009-03-16 2010-09-30 Toyota Industries Corp Fuel cell system
US20100279191A1 (en) * 2009-03-16 2010-11-04 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Fuel cell system
US8697305B2 (en) 2009-03-16 2014-04-15 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Fuel cell system
JP2011249030A (en) * 2010-05-24 2011-12-08 Toyota Industries Corp Fuel cell system
KR101610489B1 (en) 2014-08-14 2016-04-07 현대자동차주식회사 Cooling water injection auxiliary device for fuel cell car
KR20180076671A (en) * 2016-12-28 2018-07-06 한온시스템 주식회사 Humidification and cooling device for fuel cell
KR102595244B1 (en) * 2016-12-28 2023-10-30 한온시스템 주식회사 Humidification and cooling device for fuel cell
CN111900438A (en) * 2019-05-06 2020-11-06 上海轩玳科技有限公司 Fuel cell system and method for solving low-temperature starting capability of fuel cell system
CN116387561A (en) * 2023-04-17 2023-07-04 武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司 Device and method for solving mixed liquid water in fuel cell hydrogen system
CN116387561B (en) * 2023-04-17 2024-02-23 武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司 Device and method for solving mixed liquid water in fuel cell hydrogen system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2008269844A (en) Fuel cell system
CN108666597B (en) Fuel cell system
JP5733578B2 (en) Fuel cell system
US11018354B2 (en) Fuel cell system
JP3706937B2 (en) Fuel cell system
US20140193726A1 (en) Full cell system and method of humidifying and cooling the same
JP2008066087A (en) Fuel cell system
JP2007242280A (en) Fuel cell system
JP2010020924A (en) Fuel cell system
WO2008149753A1 (en) Humidifier and fuel cell system
CN112018410B (en) Fuel cell system
JP7131493B2 (en) fuel cell system
JP2012099394A (en) Fuel cell system
EP1469546A2 (en) Fuel cell system and related method
JP2021022535A (en) Fuel cell system
JP2008130477A (en) Fuel cell system
JP2019036469A (en) Fuel cell system
JP2006134743A (en) Fuel cell system
JP2009152013A (en) Fuel cell system
JP7120983B2 (en) fuel cell system
JP2005259440A (en) Fuel cell system
JP2005032685A (en) Fuel cell system
JP7077699B2 (en) Fuel cell system
JP2019021545A (en) Fuel cell system
JP2009009762A (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20100706