JP2010140683A - Freeze preventing device for fuel cell system, and the fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、寒冷地に設置される燃料電池システムの凍結を防止するための燃料電池システム用凍結防止装置及び該凍結防止装置を備えた燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a freeze prevention device for a fuel cell system for preventing freezing of a fuel cell system installed in a cold region, and a fuel cell system including the freeze prevention device.
寒冷地に設置される定置型燃料電池システムにおいては、冬季間、気温が氷点下の環境で電力系統及び燃料電池の停電が発生する可能性は常に存在する。このように気温が氷点下の環境で、燃料電池システムが停止し、電力系統が停電した場合、燃料電池の発電または電力系統からの受電を前提とした凍結防止対策は機能しないため、燃料電池システム内部の電池スタック等の加湿された状態にある機器は凍結による破損の可能性がある。 In a stationary fuel cell system installed in a cold region, there is always a possibility that a power outage of the power system and the fuel cell will occur in an environment where the temperature is below freezing during the winter. If the fuel cell system stops in such an environment where the temperature is below freezing and the power system fails, the anti-freezing measures based on the assumption that the fuel cell generates power or receives power from the power system will not function. Equipment that is in a humidified state, such as a battery stack, may be damaged by freezing.
このため、寒冷地に設置される定置型燃料電池システムにおいては、電力系統が復旧するまでの間、特に凍結に対して脆弱な燃料電池スタック等の加湿された状態にある機器を、可能な限り長時間、保温する対策が必須である。そこで、近年、寒冷地対応の燃料電池システムにおいては、保温材の追加、バッテリまたは他の自家発電機器を電源とする保温ヒータの設置(例えば、特許文献1)、燃料電池システム内の他の高温機器の冷媒を熱源とした保温対策(例えば、特許文献2)等が提案されている。
しかしながら、上述したような従来の寒冷地対応の燃料電池システムには、以下のような問題点があった。すなわち、特許文献1に示された燃料電池システムでは、保護対象となる燃料電池スタックを均等に保温できるようにするには、加温面積が広い、複数の保温ヒータを配置する必要があるため、部材コストがかかるだけでなく、結果として熱源としての消費電力が大きくなるという問題点があった。また、特許文献2に示された燃料電池システムでは、燃料電池スタックよりも高温の機器を冷却していた冷媒を燃料電池スタックに供給するための配管が必要となるため、装置が大掛かりなものとなるという問題点があった。 However, the conventional fuel cell system for cold regions as described above has the following problems. That is, in the fuel cell system disclosed in Patent Document 1, it is necessary to arrange a plurality of heat retaining heaters having a large warming area in order to uniformly warm the fuel cell stack to be protected. In addition to the cost of the members, there is a problem that power consumption as a heat source increases as a result. Further, in the fuel cell system disclosed in Patent Document 2, a pipe for supplying the fuel cell stack with the refrigerant that has cooled the equipment having a temperature higher than that of the fuel cell stack is required. There was a problem of becoming.
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、燃料電池システム内に備えた限られた寸法の熱源により、保護対象となる燃料電池スタック等を均等に保温し、また凍結に至るまでの時間を伸長することができる燃料電池システム用凍結防止装置及び該凍結防止装置を備えた燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been proposed in order to solve the above-described problems of the prior art, and the object thereof is to provide a fuel cell to be protected by a heat source having a limited size provided in the fuel cell system. An object of the present invention is to provide a fuel cell system anti-freezing device and a fuel cell system equipped with the anti-freezing device capable of keeping the stack and the like evenly and extending the time until freezing.
上記の目的を達成するため、本発明の燃料電池システム用凍結防止装置は、凍結防止対象となる燃料電池システム内部機器を、内部に所定の液体を注入したジャケットで覆うと共に、前記ジャケットの下部に、該ジャケットと接触するようにヒータを配設し、予め設定された所定の条件を満たした場合に、前記ヒータが投入されるように構成したことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a freeze prevention device for a fuel cell system according to the present invention covers an internal device of a fuel cell system to be subjected to freeze prevention with a jacket filled with a predetermined liquid, and is provided at a lower portion of the jacket. The heater is disposed so as to come into contact with the jacket, and the heater is turned on when a predetermined condition set in advance is satisfied.
上記のような構成を有する本発明においては、予め設定された所定の条件を満たし、ヒータが投入されると、このヒータから供給される熱によって、ジャケット内の液体が温められる。これにより、ジャケット内の液体が熱媒体となり、温められた液体は燃料電池システム内部機器の上部に到達する。その結果、燃料電池システム内部機器をほぼ均等に保温することができるので、電力系統等が復旧するまでの間、燃料電池システム内部機器の凍結を防止することができる。 In the present invention having the above-described configuration, when a predetermined condition set in advance is satisfied and the heater is turned on, the liquid in the jacket is warmed by the heat supplied from the heater. Thereby, the liquid in the jacket becomes a heat medium, and the warmed liquid reaches the upper part of the internal device of the fuel cell system. As a result, the internal devices of the fuel cell system can be kept warm almost evenly, so that the internal devices of the fuel cell system can be prevented from freezing until the power system is restored.
また、本発明の燃料電池システム用凍結防止装置は、請求項1に記載の燃料電池システム用凍結防止装置において、前記ジャケットの外側に、さらに1又は2以上の外層ジャケットを層状に配設し、前記ヒータを前記2層またはそれ以上のジャケットにより密封したことを特徴とするものである。 Moreover, the antifreezing device for a fuel cell system according to the present invention is the antifreezing device for a fuel cell system according to claim 1, wherein one or more outer layer jackets are further arranged in layers outside the jacket, The heater is sealed by the two or more jackets.
上記のような構成を有する本発明においては、ヒータを2層またはそれ以上のジャケットにより密封することにより、凍結防止対象以外の隣接する機器への放熱を防止することができるので、ヒータにより得られる熱を高効率で利用することができる。 In the present invention having the above-described configuration, the heater is sealed with two or more jackets, so that heat can be prevented from being emitted to adjacent equipment other than the freeze-prevention target. Heat can be used with high efficiency.
また、本発明の燃料電池システム用凍結防止装置は、請求項1に記載の燃料電池システム用凍結防止装置において、前記ジャケットの外側に、さらに1又は2以上の外層ジャケットを層状に配設し、前記外層ジャケットに注入する液体として、内側に設置されるジャケットに注入する液体よりも融点の高い液体を用いたことを特徴とするものである。 Moreover, the antifreezing device for a fuel cell system according to the present invention is the antifreezing device for a fuel cell system according to claim 1, wherein one or more outer layer jackets are further arranged in layers outside the jacket, As the liquid to be injected into the outer layer jacket, a liquid having a melting point higher than that of the liquid to be injected into the jacket installed inside is used.
上記のような構成を有する本発明においては、外層ジャケットに注入する液体として、内側に設置されるジャケットに注入する液体よりも融点の高い液体を用いることにより、外層ジャケット内の液体を内側ジャケット内の液体より先に凝結させ、その潜熱を回収することができる。その結果、たとえヒータの電源が途絶え、熱源としての機能が喪失した場合であっても、燃料電池システム内部機器の内部に滞留した水分が凍結するまでの時間を伸長することができる。 In the present invention having the above-described configuration, a liquid having a melting point higher than that of the liquid to be injected into the jacket installed on the inner side is used as the liquid to be injected into the outer layer jacket. It is possible to condense before the liquid and recover the latent heat. As a result, even if the power supply of the heater is interrupted and the function as a heat source is lost, it is possible to extend the time until the water staying inside the fuel cell system internal device is frozen.
以上のような本発明によれば、燃料電池システム内に備えた限られた寸法の熱源により、保護対象となる燃料電池スタック等を均等に保温し、また凍結に至るまでの時間を伸長することができる燃料電池システム用凍結防止装置及び該凍結防止装置を備えた燃料電池システムを提供することができる。 According to the present invention as described above, the heat source having a limited size provided in the fuel cell system can keep the fuel cell stack to be protected evenly warm and extend the time until freezing. It is possible to provide a fuel cell system anti-freezing device and a fuel cell system including the anti-freezing device.
以下、本発明に係る燃料電池システム用凍結防止装置(以下、凍結防止装置という)の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of a freeze prevention device for a fuel cell system (hereinafter referred to as a freeze prevention device) according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1)第1実施形態
(1−1)構成
本実施形態の凍結防止装置は、図1に示すように、凍結防止対象となる燃料電池システム内部機器11の周囲に、内部に熱媒体としての液体が注入された液体注入ジャケット12が配設され、この液体注入ジャケット12の下部には、凍結防止用ヒータ13が該液体注入ジャケット12と接触するように配設されている。
(1) First Embodiment (1-1) Configuration As shown in FIG. 1, the anti-freezing device of the present embodiment includes a fuel cell system
また、前記凍結防止用ヒータ13は、燃料電池システム内のバッテリまたはキャパシタ等、電力系統とは独立した電源装置14と接続され、制御装置15によって、後述する起動シーケンスによってこの電源装置14をON/OFFすることにより、適宜、前記液体注入ジャケット12を加熱するように構成されている。なお、この凍結防止用ヒータ13としては、燃料電池システム内部の限られたスペースの中に設置できる寸法、形状のものが好ましい。
The
また、前記液体注入ジャケット12は、防水性の被覆材から構成された中空の部材であり、この防水性の被覆材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルムを内側に貼付したポリアミド系樹脂等を用いることが好ましい。また、前記液体注入ジャケット12に注入される液体としては、水、ベンゼン、グリセリン溶液等を用いることができる。
In addition, the
また、前記燃料電池システム内部機器11とは、燃料電池システム内の装置や配管、水タンク等を指し、燃料電池スタックに代表される、発電状態において加湿または通水される燃料電池システム内の機器をいう。また、燃料電池システムが通常に運用されている状態においては、前記液体注入ジャケット12は保温材として機能する。
The fuel cell system
また、前記凍結防止用ヒータ13は、前記制御装置15によって、例えば、以下の3つの条件をすべて満たした場合に電源が投入されるように構成されている。すなわち、(a)燃料電池の電池電圧が0V、または予め設定された電池電圧値より低い値である、(b)燃料電池システムが接続されている電力系統の受電電圧が0V、または予め設定された受電電圧値より低い値である、(c)所定の位置に設置された外気温センサの検出値が0℃、または予め設定された温度より低い値である、という3つの条件を全て満たした場合に、凍結防止用ヒータ13を投入するように構成されている。なお、これらの条件は、制御装置15内の不揮発メモリ上に記憶され、適宜、更新される。
The
なお、個々の燃料電池システムにおいては他の凍結防止機能を有している場合もあるため、凍結防止用ヒータの起動条件は、上記の3つに限定されるものではない。例えば、既述の条件が成立した後、燃料電池システムの起動を試み、起動に失敗した場合に凍結防止用ヒータ13を投入するなど、燃料電池システムが備える他の凍結防止機能との整合を取れるよう、適宜、条件を追加、変更することができる。
Since each fuel cell system may have other anti-freezing functions, the activation conditions for the anti-freezing heater are not limited to the above three. For example, after the above-described conditions are satisfied, the fuel cell system is attempted to be activated, and when the activation fails, the
(1−2)作用・効果
上記のような構成を有する本実施形態の凍結防止装置は以下のように作用する。すなわち、寒冷地に設置された燃料電池システムにおいて、気温が氷点下の環境で、燃料電池システムが停止し、電力系統が停電した場合に、前記制御装置15によって、予め設定された凍結防止用ヒータの起動条件を満たしているか否かが判断され、起動条件を満たしていると判断された場合には、凍結防止用ヒータ13が投入される。
(1-2) Action / Effect The antifreezing apparatus according to the present embodiment having the above-described configuration operates as follows. That is, in a fuel cell system installed in a cold region, when the fuel cell system stops and the power system fails in an environment where the temperature is below freezing point, the
この凍結防止用ヒータ13から供給された熱によって、液体注入ジャケット12内の液体が温められる。これにより、液体注入ジャケット12内の液体が熱媒体となり、温められた液体は燃料電池システム内部機器11の上部に到達する。その結果、燃料電池システム内部機器11をほぼ均等に保温することができる。
The liquid supplied from the
このように本実施形態によれば、熱媒体としての液体が注入された液体注入ジャケット12を凍結防止対象となる燃料電池システム内部機器11の周囲に配設し、この液体注入ジャケット12を適宜加温するという簡単な構成により、電力系統等が復旧するまでの間、燃料電池システム内部機器11の凍結を防止することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
(2)第2実施形態
本実施形態は、上記第1実施形態の変形例であって、図2(A)に示すように、液体注入ジャケット12の内壁12a(燃料電池システム内部機器11と接触する側)を外壁12bより厚くして、保温性が向上する形状としても良い。また、図2(B)に示すように、液体注入ジャケット12の外気に接触する側に、複数個の放熱用のフィン16を付加して、その表面積を増やす形状としても良い。
(2) Second Embodiment This embodiment is a modification of the first embodiment, and as shown in FIG. 2A, the
このような構成を有する本実施形態においては、たとえ凍結防止用ヒータ13の電源が途絶え、熱源としての機能が喪失した場合であっても、燃料電池システム内部機器11内に滞留する水分よりも先に、液体注入ジャケット12内の液体が外気により冷却され、凍結される。この凝結時の潜熱を利用して、燃料電池システム内部機器11の内部に滞留した水分が凍結するまでの時間を伸長することができる。
In the present embodiment having such a configuration, even if the power supply of the
(3)第3実施形態
本実施形態は、上記第1実施形態の変形例であって、図1に示した凍結防止装置を、さらに外層液体注入ジャケット20で覆ったものである。すなわち、本実施形態においては、図3に示すように、前記凍結防止用ヒータ13が前記液体注入ジャケット12と外層液体注入ジャケット20で密封されている。
(3) Third Embodiment This embodiment is a modification of the first embodiment, in which the antifreezing device shown in FIG. 1 is further covered with an outer
また、前記外層液体注入ジャケット20に注入する液体としては、前記液体注入ジャケット12に注入する液体よりも融点の高い液体を用いることが好ましい。外層液体注入ジャケット20内の液体を液体注入ジャケット12内の液体より先に凝結させることにより、その潜熱を回収することができるようにするためである。具体的には、液体注入ジャケット12内に注入する液体として水を用い、外層液体注入ジャケット20に注入する液体として水よりも融点の高い、ベンゼン、グリセリン溶液等を用いることが好ましい。
Further, as the liquid to be injected into the outer layer
このような構成を有する本実施形態においては、凍結防止用ヒータ13を液体注入ジャケット12と外層液体注入ジャケット20で密封することにより、凍結防止対象以外の隣接する機器への放熱を防止することができるので、凍結防止用ヒータ13により得られる熱を高効率で利用することができる。
In the present embodiment having such a configuration, the
また、外層液体注入ジャケット20に注入する液体として、液体注入ジャケット12に注入する液体よりも融点の高い液体を用いることにより、外層液体注入ジャケット20内の液体を液体注入ジャケット12内の液体より先に凝結させ、その潜熱を回収することができる。その結果、たとえ凍結防止用ヒータ13の電源が途絶え、熱源としての機能が喪失した場合であっても、燃料電池システム内部機器11の内部に滞留した水分が凍結するまでの時間を伸長することができる。
In addition, by using a liquid having a melting point higher than that of the liquid injected into the
11…燃料電池システム内部機器
12…液体注入ジャケット
13…凍結防止用ヒータ
14…電源装置
15…制御装置
16…フィン
20…外層液体注入ジャケット
DESCRIPTION OF
Claims (7)
予め設定された所定の条件を満たした場合に、前記ヒータが投入されるように構成したことを特徴とする燃料電池システム用凍結防止装置。 Cover the fuel cell system internal device to be freeze-prevented with a jacket filled with a predetermined liquid, and arrange a heater at the bottom of the jacket so as to contact the jacket,
An antifreezing apparatus for a fuel cell system, wherein the heater is turned on when a predetermined condition set in advance is satisfied.
前記請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の凍結防止装置が、前記内部機器に設置されていることを特徴とする燃料電池システム。 In a fuel cell system having internal devices that are subject to freeze prevention,
A fuel cell system, wherein the antifreezing device according to any one of claims 1 to 6 is installed in the internal device.
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