JP2010123314A - 燃料電池システム - Google Patents
燃料電池システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010123314A JP2010123314A JP2008294221A JP2008294221A JP2010123314A JP 2010123314 A JP2010123314 A JP 2010123314A JP 2008294221 A JP2008294221 A JP 2008294221A JP 2008294221 A JP2008294221 A JP 2008294221A JP 2010123314 A JP2010123314 A JP 2010123314A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- cell stack
- heat capacity
- temperature
- cell system
- 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
【課題】燃料電池スタックを備える燃料電池システムにおいて、発電中に、燃料電池スタックの端部セルを保温するとともに、燃料電池システムの始動性を向上させる。
【解決手段】燃料電池システム1000は、燃料電池スタック100と、燃料電池スタック100における単セル10の積層方向の端部に接続され、この端部の熱容量を変化させることができる熱容量可変部20と、燃料電池スタック100の温度を検出する温度センサ30と、温度センサ30によって検出された燃料電池スタック100の温度が所定の閾値以下になったときに、燃料電池スタック100の端部の熱容量が減少するように、熱容量可変部20を制御する制御ユニット40と、を備える。
【選択図】図1
【解決手段】燃料電池システム1000は、燃料電池スタック100と、燃料電池スタック100における単セル10の積層方向の端部に接続され、この端部の熱容量を変化させることができる熱容量可変部20と、燃料電池スタック100の温度を検出する温度センサ30と、温度センサ30によって検出された燃料電池スタック100の温度が所定の閾値以下になったときに、燃料電池スタック100の端部の熱容量が減少するように、熱容量可変部20を制御する制御ユニット40と、を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、燃料電池システムに関するものである。
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。このような燃料電池(単セル)を複数積層した燃料電池スタックでは、各単セルのカソードにおいて、発電時に、カソード反応によって、水(生成水)が生成される。そして、燃料電池スタックにおいて、単セルの積層方向の端部に配置された単セル(以下、端部セルと呼ぶ)は、放熱によって、中央部に配置された単セルよりも温度が低くなる。このため、端部セルでは、飽和水蒸気圧が低下し、生成水が凝縮しやすくなり、フラッディングやガス分配の不均一が生じやすくなる。
そこで、従来、燃料電池スタックの端部セルに隣接して蓄熱材を配置することによって、端部セルの保温が行われる場合があった。こうすることによって、発電中の端部セルの温度低下を抑制し、フラッディングやガス分配の不均一を抑制することができる。
しかし、燃料電池スタックの端部セルに隣接して蓄熱材を配置する場合、発電が停止されて長時間が経過し、燃料電池スタックの温度が十分に低下した後に燃料電池スタックを始動する場合には、蓄熱材を加熱するためのエネルギを必要とするため、燃料電池スタックの始動性が悪かった。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池スタックを備える燃料電池システムにおいて、発電中に、燃料電池スタックの端部セルを保温するとともに、燃料電池システムの始動性を向上させることを目的とする。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
[適用例1]燃料電池システムであって、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する単セルを複数積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックにおける前記単セルの積層方向の端部に接続され、該端部の熱容量を変化させるための熱容量可変部と、前記燃料電池スタックの温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部によって検出された前記燃料電池スタックの温度が所定の閾値以下になったときに、前記端部の熱容量が減少するように、前記熱容量可変部を制御する制御部と、を備える燃料電池システム。
適用例1の燃料電池システムでは、発電中には、燃料電池スタックの端部の熱容量が増大するように、上記熱容量可変部を制御することによって、端部セルの保温を行うことができる。また、発電停止後、燃料電池スタックの温度が所定の閾値以下になったときには、燃料電池スタックの端部の熱容量が減少するように、上記熱容量可変部を制御することによって、燃料電池スタックの端部の熱容量を減少させ、燃料電池スタックの暖機を速やかに行えるようにすることができる。つまり、適用例1の燃料電池システムによって、発電中に、燃料電池スタックの端部セルを保温するとともに、燃料電池システムの始動性を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
A.第1実施例:
図1は、本発明の第1実施例としての燃料電池システム1000の概略構成を示す説明図である。
A.第1実施例:
図1は、本発明の第1実施例としての燃料電池システム1000の概略構成を示す説明図である。
燃料電池スタック100は、水素と酸素との電気化学反応によって発電する単セル10を、複数積層させたスタック構造を有している。各単セル10は、概ね、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合した膜電極接合体を、セパレータによって挟持した構成となっている。本実施例では、電解質膜として、ナフィオン(登録商標)等の固体高分子膜を用いるものとした。
燃料電池スタック100における単セル10の積層方向の端部には、熱容量可変部20が接続されている。この熱容量可変部20は、燃料電池スタック100との接続部以外が断熱材からなるケース21と、蓄熱部材22とを備えており、ケース21内で蓄熱部材22をアクチュエータ(図示省略)によってスライドさせることによって、燃料電池スタック100の端部の熱容量を変化させることができる。具体的には、蓄熱部材22を燃料電池スタック100側(図の左側)にスライドさせることによって、燃料電池スタック100の端部の熱容量を増大させることができる。また、蓄熱部材22を燃料電池スタック100から離れる側(図の右側)にスライドさせることによって、燃料電池スタック100の端部の熱容量を減少させることができる。なお、熱容量可変部20は、後述するように、燃料電池スタック100に設けられた温度センサ30の出力に基づいて制御される。
また、図示は省略しているが、燃料電池スタック100には、各単セル10のアノードに燃料ガスとしての水素を供給するための水素供給配管や、アノードから排出されるアノードオフガスを燃料電池スタック100の外部に排出するためのアノードオフガス排出配管や、各単セル10のカソードに酸化剤ガススとしての空気を供給するための空気供給配管や、カソードから排出されるカソードオフガスを燃料電池スタック100の外部に排出するためのカソードオフガス排出配管や、各単セル10に冷却水を循環させるための冷却水循環系が接続されている。
燃料電池システム1000の運転は、制御ユニット40によって制御される。制御ユニット40は、内部にCPU、RAM、ROM、タイマなどを備えるマイクロコンピュータとして構成されており、ROMに記憶されたプログラムに従って、システムの運転を制御する。バッテリ50は、燃料電池スタック100によって発電された電力を蓄電可能であり、燃料電池スタック100による発電が停止されているときに利用される。
図2は、燃料電池システム1000の運転停止後の燃料電池スタック100の温度変化を示す説明図である。図示するように、燃料電池システム1000の運転停止後、燃料電池スタック100の温度は、放熱によって、時間の経過とともに低下する。そして、本実施例の燃料電池システム1000では、燃料電池システム1000の運転停止後に、制御ユニット40が、バッテリ50の電源を用いて、熱容量可変部20の制御を行う。
燃料電池スタック100による発電中は、熱容量可変部20において、蓄熱部材22は、燃料電池スタック100側にスライドされている。こうすることによって、燃料電池スタック100の端部の熱容量を増大させて蓄熱し、放熱によって温度が低下しやすい端部セルの保温を行うことができる。そして、制御ユニット40は、燃料電池システム1000の運転停止後、燃料電池スタック100の温度を監視し、燃料電池スタック100の温度が閾値Tth以下になったときに(時刻t)、蓄熱部材22を燃料電池スタック100から離れる側にスライドさせる。こうすることによって、燃料電池スタック100の端部の熱容量を減少させ、燃料電池システム1000の再始動時に、燃料電池スタック100の暖機を速やかに行えるようにすることができる。
以上説明した第1実施例の燃料電池システム1000によれば、発電中に、燃料電池スタック100の端部セルを保温するとともに、燃料電池スタック100の温度の低下後、燃料電池システム1000の始動性を向上させることができる。
B.第2実施例:
図3は、本発明の第2実施例としての燃料電池システム1000A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1000Aの構成は、熱容量可変部20A、および、制御ユニット40Aを除き、第1実施例の燃料電池システム1000の構成と同じである。
図3は、本発明の第2実施例としての燃料電池システム1000A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1000Aの構成は、熱容量可変部20A、および、制御ユニット40Aを除き、第1実施例の燃料電池システム1000の構成と同じである。
本実施例では、燃料電池スタック100における単セル10の積層方向の端部には、熱容量可変部20Aが接続されている。この熱容量可変部20Aは、燃料電池スタック100との接続部以外が断熱材からなるタンク23と、タンク23に不凍液(LLC)を導入するための導入配管24と、導入配管24に配設されたバルブ25と、タンク23から不凍液を排出するための排出配管26と、排出配管26に配設されたバルブ27とを備えている。そして、タンク23内の不凍液の量を変化させることによって、燃料電池スタック100の端部の熱容量を変化させることができる。具体的には、タンク23内の不凍液の量を増大させることによって、燃料電池スタック100の端部の熱容量を増大させることができる。また、タンク23内の不凍液の量を減少させることによって、燃料電池スタック100の端部の熱容量を減少させることができる。なお、熱容量可変部20Aは、第1実施例における熱容量可変部20と同様に、燃料電池スタック100に設けられた温度センサ30の出力に基づいて制御される。
本実施例の燃料電池システム1000Aでは、燃料電池システム1000Aの運転停止後に、制御ユニット40Aが、バッテリ50の電源を用いて、熱容量可変部20Aの制御を行う。
燃料電池スタック100による発電中は、熱容量可変部20Aにおいて、バルブ27が閉弁された状態でバルブ25が開弁され、タンク23内に不凍液が充填されている。こうすることによって、燃料電池スタック100の端部の熱容量を増大させて蓄熱し、放熱によって温度が低下しやすい端部セルの保温を行うことができる。そして、制御ユニット40Aは、燃料電池システム1000の運転停止後、燃料電池スタック100の温度を監視し、燃料電池スタック100の温度が閾値Tth以下になったときに(時刻t)、バルブ27を開弁して、タンク23内の不凍液を排出する。こうすることによって、燃料電池スタック100の端部の熱容量を減少させ、燃料電池システム1000Aの再始動時に、燃料電池スタック100の暖機を速やかに行えるようにすることができる。
以上説明した第2実施例の燃料電池システム1000Aによっても、第1実施例の燃料電池システム1000と同様に、発電中に、燃料電池スタック100の端部セルを保温するとともに、燃料電池スタック100の温度の低下後、燃料電池システム1000の始動性を向上させることができる。
1000,1000A…燃料電池システム
10…単セル
100…燃料電池スタック
20,20A…熱容量可変部
21…ケース
22…蓄熱部材
23…タンク
24…導入配管
25…バルブ
26…排出配管
27…バルブ
30…温度センサ
40,40A…制御ユニット
50…バッテリ
10…単セル
100…燃料電池スタック
20,20A…熱容量可変部
21…ケース
22…蓄熱部材
23…タンク
24…導入配管
25…バルブ
26…排出配管
27…バルブ
30…温度センサ
40,40A…制御ユニット
50…バッテリ
Claims (1)
- 燃料電池システムであって、
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する単セルを複数積層してなる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックにおける前記単セルの積層方向の端部に接続され、該端部の熱容量を変化させるための熱容量可変部と、
前記燃料電池スタックの温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部によって検出された前記燃料電池スタックの温度が所定の閾値以下になったときに、前記端部の熱容量が減少するように、前記熱容量可変部を制御する制御部と、
を備える燃料電池システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008294221A JP2010123314A (ja) | 2008-11-18 | 2008-11-18 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008294221A JP2010123314A (ja) | 2008-11-18 | 2008-11-18 | 燃料電池システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010123314A true JP2010123314A (ja) | 2010-06-03 |
Family
ID=42324492
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008294221A Pending JP2010123314A (ja) | 2008-11-18 | 2008-11-18 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010123314A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110061276A (zh) * | 2014-11-10 | 2019-07-26 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池组的制造方法 |
-
2008
- 2008-11-18 JP JP2008294221A patent/JP2010123314A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110061276A (zh) * | 2014-11-10 | 2019-07-26 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池组的制造方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2003151601A (ja) | 燃料電池システム及びその停止方法 | |
JP2008041505A (ja) | 燃料電池システム、燃料電池の水分量推定装置及び方法 | |
JP2008059922A (ja) | 燃料電池システム | |
WO2009104368A1 (ja) | 燃料電池システム、および、燃料電池システムの制御方法 | |
JP2010129479A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2007305334A (ja) | 燃料電池システム | |
JP4542911B2 (ja) | 燃料電池システムの掃気処理装置及び掃気処理方法 | |
JP5145778B2 (ja) | 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法 | |
JP2014086131A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2011198653A (ja) | 燃料電池システム | |
JP5287368B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2010123314A (ja) | 燃料電池システム | |
JP5262125B2 (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池の運転方法 | |
US7534511B2 (en) | Thermal control of fuel cell for improved cold start | |
JP2005044668A (ja) | 燃料電池の低温起動方法 | |
JP2010086933A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2010113959A (ja) | 燃料電池スタック | |
JP2006099992A (ja) | 燃料電池システム及びその制御方法 | |
JP2008034248A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2009026482A (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池の運転方法 | |
JP5266782B2 (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 | |
JP2006049139A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2009238628A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2008176986A (ja) | 燃料電池および燃料電池システム | |
JP2009187727A (ja) | 燃料電池システム |