JP2016122571A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
従来、特許文献1には、複数の単セルが積層されたスタックを冷却する燃料電池システムが提案されている。このシステムにおいて、冷却フィンと、冷却フィンの端面に平行に配置された板バネの内壁面との隙間に、冷媒である空気が流され、スタックが冷却される。 Conventionally, Patent Document 1 proposes a fuel cell system that cools a stack in which a plurality of single cells are stacked. In this system, air as a coolant is caused to flow through the gap between the cooling fin and the inner wall surface of the leaf spring disposed in parallel to the end face of the cooling fin, thereby cooling the stack.
しかしながら、単セルは端部に近いほど周囲の大気と接触する面積が広いために放熱し易く、中心部分に近いほど放熱し難い。このため、単セルにおいて場所によって温度のばらつきが生じる。特許文献1に記載の燃料電池システムは、スタックの冷却性能を高める構造を有するが、温度のばらつきを低減させる手段を備えていない。このため、特許文献1に記載の燃料電池システムにおいて、スタックの温度にばらつきが生ずる問題がある。 However, since the unit cell has a larger area in contact with the surrounding atmosphere as it is closer to the end portion, it is easier to radiate heat, and as it is closer to the center portion, it is difficult to radiate heat. For this reason, temperature variation occurs depending on the location in the single cell. The fuel cell system described in Patent Document 1 has a structure that improves the cooling performance of the stack, but does not include means for reducing temperature variations. For this reason, the fuel cell system described in Patent Document 1 has a problem that the stack temperature varies.
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、スタックの温度のばらつきを低減することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can reduce variations in stack temperature.
この目的を達成するために、請求項1記載の燃料電池システムは、所定の積層方向に単セルを複数個積層して構成され、所定の積層方向に沿って延びる複数の側壁面を有するスタックと、前記複数の側壁面の内の少なくとも1つの側壁面との間に通風路を形成するガイド部材と、前記通風路に空気を導入するファンとを備え、前記通風路は一端に吸気開口と他端に排気開口とを有し、前記吸気開口と前記排気開口との間に位置する前記通風路の特定部分の断面積が、前記吸気開口と前記排気開口との少なくとも一方の開口面積よりも小さくなるように構成されたことを特徴とするものである。 In order to achieve this object, a fuel cell system according to claim 1 is configured by stacking a plurality of single cells in a predetermined stacking direction, and having a stack having a plurality of side wall surfaces extending along the predetermined stacking direction. A guide member that forms a ventilation path between at least one of the plurality of side wall surfaces, and a fan that introduces air into the ventilation path. An exhaust opening is provided at an end, and a cross-sectional area of a specific portion of the ventilation path located between the intake opening and the exhaust opening is smaller than an opening area of at least one of the intake opening and the exhaust opening It is comprised so that it may become.
また、請求項2記載の燃料電池システムは、請求項1に記載の燃料電池システムであって、更に前記通風路の前記吸気開口及び前記排気開口の少なくとも一方に向かって、前記特定部分から前記通風路の断面積が大きくなるように、前記ガイド部材が折れ曲がっていることを特徴とするものである。
Further, the fuel cell system according to
また、請求項3記載の燃料電池システムは、請求項1または2に記載の燃料電池システムであって、更に前記特定部分から前記吸気開口及び前記排気開口の少なくとも一方に向かって、前記単セルは、前記所定の積層方向および前記通風路の送風方向と直交する方向の外形長さが小さくなることを特徴とするものである。
Further, the fuel cell system according to claim 3 is the fuel cell system according to
また、請求項4記載の燃料電池システムは、請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池システムであって、更に前記通風路の前記特定部分は、前記通風路の送風方向の中央部分であり、前記特定部分の断面積が前記通風路の最小断面積であることを特徴とするものである。
The fuel cell system according to
また、請求項5記載の燃料電池システムは、請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池システムであって、更に前記吸気開口から前記特定部分までの距離よりも、前記排気開口から前記特定部分までの距離のほうが短いことを特徴とするものである。
Further, the fuel cell system according to
また、請求項6記載の燃料電池システムは、請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池システムであって、更に前記単セルは冷却フィンを備え、前記通風路の送風方向が、前記所定の積層方向と直交することを特徴とするものである。
The fuel cell system according to
また、請求項7記載の燃料電池システムは、請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃料電池システムであって、更に内部に水素吸蔵合金を収容した水素貯蔵容器を備え、前記水素貯蔵容器は、前記通風路の送風方向において、前記排気開口の下流側に配置されることを特徴とするものである。
The fuel cell system according to
また、請求項8記載の燃料電池システムは、請求項1〜7のいずれか1項に記載の燃料電池システムであって、更に前記スタックに空気を供給する空気ポンプを備え、前記空気ポンプは、前記通風路の送風方向において、前記排気開口の下流側に配置されることを特徴とするものである。
The fuel cell system according to
また、請求項9記載の燃料電池システムは、請求項7または8に記載の燃料電池システムであって、更に前記通風路の断面積は、前記特定部分から前記排気開口に向かって大きくなり、前記ファンが、前記吸気開口より前記排気開口に近い位置に配置され、かつ、前記スタックから外方に離れて配置され、前記ファンの回転軸線が前記通風路の送風方向に進むにつれて、送風方向から外方に離れるように前記ファンが配置されることを特徴とするものである。
The fuel cell system according to claim 9 is the fuel cell system according to
また、請求項10記載の燃料電池システムは、請求項1〜9のいずれか1項に記載の燃料電池システムであって、更に前記ファンが前記排気開口に配置され、前記ガイド部材には、前記通風路の送風方向の中央位置に位置する換気口が設けられたことを特徴とするものである。
The fuel cell system according to
また、請求項11記載の燃料電池システムは、請求項1〜10のいずれか1項に記載の燃料電池システムであって、更に前記ファンは複数の軸流ファンを含み、前記軸流ファンの回転方向が、隣り合う前記軸流ファンの回転方向とは異なることを特徴とするものである。 The fuel cell system according to claim 11 is the fuel cell system according to any one of claims 1 to 10, wherein the fan further includes a plurality of axial fans, and the rotation of the axial fan The direction is different from the rotation direction of the adjacent axial fans.
請求項1記載の燃料電池システムによれば、通風路の特定部分の断面積が吸気開口と排気開口との少なくとも一方の開口面積よりも小さくなるため、特定部分において風速が速くなり、冷却効果が高くなる。このため、スタックの一部分を重点的に冷却でき、スタックの温度のばらつきを低減することができる。 According to the fuel cell system of the first aspect, the cross-sectional area of the specific portion of the ventilation path is smaller than the opening area of at least one of the intake opening and the exhaust opening. Get higher. For this reason, a part of the stack can be intensively cooled, and variations in the temperature of the stack can be reduced.
また、請求項2記載の燃料電池システムによれば、ガイド部材が折れ曲がっていることにより、開口部の断面積が大きくなるため、開口部付近において風速が遅くなり、冷却効果が低くなる。このため、スタックの端部を冷却し過ぎることがなく、スタックの温度のばらつきを低減することができる。 According to the fuel cell system of the second aspect, since the guide member is bent, the sectional area of the opening is increased, so that the wind speed is reduced in the vicinity of the opening and the cooling effect is reduced. For this reason, it is possible to reduce the variation in stack temperature without overcooling the end of the stack.
また、請求項3記載の燃料電池システムによれば、開口部付近で単セルの外形の長さが小さくなることにより、開口部の断面積が大きくなるため、開口部付近において風速が遅くなり、冷却効果が低くなる。このため、スタックの端部を冷却し過ぎることがなく、スタックの温度のばらつきを低減することができる。 Further, according to the fuel cell system of claim 3, since the cross-sectional area of the opening is increased by reducing the outer length of the single cell in the vicinity of the opening, the wind speed is decreased in the vicinity of the opening, Cooling effect is reduced. For this reason, it is possible to reduce the variation in stack temperature without overcooling the end of the stack.
また、請求項4記載の燃料電池システムによれば、通風路の送風方向の中央部分を重点的に冷却することができ、スタックの温度のばらつきを低減することができる。 According to the fuel cell system of the fourth aspect, the central portion of the ventilation path in the air blowing direction can be intensively cooled, and variations in the stack temperature can be reduced.
また、請求項5記載の燃料電池システムによれば、通風路に導入された空気は、通風路を通る間にスタックから吸熱し、排気開口に近くなるほど温度が上がる。スタックと空気の温度差が少なくなると冷却機能が低下してしまうが、スタック中央よりも排気開口側で風速を早くすることにより、冷却機能の低下を補うことができ、スタックの温度のばらつきを低減することができる。 According to the fuel cell system of the fifth aspect, the air introduced into the ventilation path absorbs heat from the stack while passing through the ventilation path, and the temperature rises as it approaches the exhaust opening. When the temperature difference between the stack and the air decreases, the cooling function decreases, but by increasing the wind speed at the exhaust opening side of the stack center, the cooling function can be compensated for and the temperature variation of the stack is reduced. can do.
また、請求項6記載の燃料電池システムによれば、単セルに備えられた冷却フィンに沿って送風することで冷却機能を高めることができる。 According to the fuel cell system of the sixth aspect, the cooling function can be enhanced by blowing air along the cooling fins provided in the single cell.
また、請求項7記載の燃料電池システムによれば、水素吸蔵合金は水素を放出する際の反応が吸熱反応であるが、スタックからの排熱を利用して水素貯蔵容器を加熱することができ、水素の放出を促進させることができる。
According to the fuel cell system of
また、請求項8記載の燃料電池システムによれば、空気ポンプが、スタックからの排熱により温められた空気を取り込むことができるため、安定した装置の運転が可能となる。また、スタックの放熱機能が高い場合は、より高温の空気を取り込むことができるため、より安定した装置の運転が可能となる。 According to the fuel cell system of the eighth aspect, since the air pump can take in the air warmed by the exhaust heat from the stack, it is possible to stably operate the apparatus. In addition, when the heat dissipation function of the stack is high, higher-temperature air can be taken in, so that more stable operation of the apparatus is possible.
また、請求項9記載の燃料電池システムによれば、スタックからの排熱により温められた空気を、全体的に広く水素貯蔵容器と空気ポンプとに伝えることができるため、水素の放出を促進させ、安定した装置の運転が可能となる。 According to the fuel cell system of claim 9, since the air heated by the exhaust heat from the stack can be widely transmitted to the hydrogen storage container and the air pump as a whole, the release of hydrogen is promoted. Thus, stable operation of the apparatus becomes possible.
また、請求項10記載の燃料電池システムによれば、通風路に導入された空気は、通風路を通る間にスタックから吸熱し、排気開口に近くなるほど温度が上がる。スタックと空気の温度差が少なくなると冷却機能が低下してしまうが、換気口から新たに空気を吸引することにより空気の温度上昇を抑え、冷却機能を維持できる。 According to the fuel cell system of the tenth aspect, the air introduced into the ventilation path absorbs heat from the stack while passing through the ventilation path, and the temperature rises as it approaches the exhaust opening. When the temperature difference between the stack and the air decreases, the cooling function decreases. However, by newly sucking air from the ventilation port, the temperature rise of the air can be suppressed and the cooling function can be maintained.
また、請求項11記載の燃料電池システムによれば、軸流ファンから発生する旋回流が隣り合うファンの旋回流とぶつかり合うことがなく、送風効率を高めることができる。 According to the fuel cell system of the eleventh aspect, the swirling flow generated from the axial fan does not collide with the swirling flow of the adjacent fans, and the blowing efficiency can be improved.
<第1実施形態>
本発明の燃料電池システムは、例えば信号機などに設置され、災害などによる停電時において非常用電源として使用される。
<First Embodiment>
The fuel cell system of the present invention is installed in a traffic light, for example, and is used as an emergency power source in the event of a power failure due to a disaster or the like.
以下、本発明の第1実施形態について図1を参照して説明する。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
<燃料電池システムの全体構成>
燃料電池システム1は、システム筐体2を備える。システム筐体2は、内部に横板4と横板5とを備える。横板4の下方には燃料電池6が配置される。横板4上には水素貯蔵容器7が配置される。横板5上には空気ポンプ8が配置される。
<Overall configuration of fuel cell system>
The fuel cell system 1 includes a
<システム筐体>
システム筐体2は正面に開閉可能な扉10と、上面に開閉式の上蓋12を備える。上蓋12は複数の排気口13を備える。
<System housing>
The
<水素貯蔵容器>
水素貯蔵容器7は水素吸蔵合金を内蔵し、水素を貯蔵する。水素貯蔵容器7は水素配管14に連結され、燃料電池6に水素を供給する。また、水素貯蔵容器7は、水素配管14との接続を取り外すことにより着脱が可能であり、交換作業も容易に行うことができる。
<Hydrogen storage container>
The
<空気ポンプ>
空気ポンプ8は空気配管15に接続され、燃料電池6に空気を供給する。
<Air pump>
The
<燃料電池>
次に、燃料電池6の詳細を、図2〜4を参照して説明する。
<Fuel cell>
Next, details of the
燃料電池6の内部にはスタック16が配置される。スタック16は、固体高分子型の燃料電池の単セル17を所定の積層方向SDに複数枚積層し、積層方向SDの両端に1枚ずつ端板20を配置したものである。2枚の端板20は、各単セル17を積層方向SDの両側から加圧し、図示しないボルトにより互いに締結される。
A
単セル17は、膜/電極接合体(MEA)を一対のセパレータで挟み込んで構成された単位電池であり、上下に長い長方形の形状である。セパレータは端部に冷却フィン18を備える。側壁面19は各単セル17の冷却フィン18の先端により形成される面である。
The
燃料電池6は、2枚の端板20を介してシステム筐体2の底面に固定される。
The
端板20の前後には、横ガイド21が設置される。横ガイド21は端板20に固定される。スタック16の前後には、通風路カバー22が配置される。通風路カバー22は、側壁面19から隙間をあけて配置され、隙間には通風路25が形成される。通風路カバー22の四隅は、横ガイド21に固定される。
A
通風路カバー22の上部は、上方に向かって側壁面19から離れる方向に鈍角に折れ曲がり、上端部の左右の両端はそれぞれ横ガイド21の上端部に固定される。また、通風路カバー22の下部は、側壁面19から外方に離れる方向に向かって直角に折れ曲がり、下端部の左右の両端はそれぞれ横ガイド21の下端部に固定される。通風路カバー22の送風方向FDにおける中央部は、平面であり、側壁面19と平行に配置される。
The upper part of the ventilation path cover 22 is bent at an obtuse angle in the direction away from the
通風路25の下部には吸気開口27が形成される。吸気開口27は、通風路25の一端であって、側壁面19の下端部と通風路カバー22との間に形成される空間である。また、通風路25の上部には排気開口28が形成される。排気開口28は、通風路25の他端であって、側壁面19の上端部と通風路カバー22との間に形成される空間である。
An
通風路25の送風方向FDにおける断面積は、通風路25の中央部分よりも吸気開口27および排気開口28のほうが大きい。通風路25は、中央部分の断面積が最も小さい。尚、中央部分とは、中央線を含む付近の所定範囲を示す。
The cross-sectional area of the
スタック16の上方には上カバー24が配置される。上カバー24は、薄板形状であり両端部が折れ曲がっている。両端部は、通風路カバー22と共に横ガイド21の上端部に固定される。上カバー24は、中央の平面がスタック16の上面と平行に配置され、平面には横3列×縦2列の6個の開口が設けられ、開口位置に合わせて6個の冷却ファン26が配列される。
An
6個の冷却ファン26は、すべて同じ種類の軸流ファンであり、送風方向はすべて上向きで、羽の回転方向もすべて同一方向である。冷却ファン26が通風路25内の空気を排気開口28から吸引することにより、吸気開口27から通風路25に空気が導入される。
The six
上カバー24と端板20との間には横カバー23が配置される。横カバー23は端板20の上面に固定され、上カバー24と端板20との間の隙間を塞ぐ。
A
燃料電池システム1は、図示しない別体の電力制御装置と接続される。電力制御装置は二次電池、CPU、及び各種制御回路などを含み、燃料電池システム1全体を制御する。 The fuel cell system 1 is connected to a separate power control device (not shown). The power control device includes a secondary battery, a CPU, various control circuits, and the like, and controls the entire fuel cell system 1.
次に、本実施形態の燃料電池システム1の動作について説明する。 Next, operation | movement of the fuel cell system 1 of this embodiment is demonstrated.
本発明における燃料電池システムは、例えば災害などによる停電時において非常用電源として使用される。商用電源が遮断されると、二次電池の電力によって弁動作がなされ、水素貯蔵容器7が水素配管14を通してスタック16に水素を供給する。また、空気ポンプ8が動作して空気を吸引し、空気配管15を通してスタック16に空気を供給する。
The fuel cell system according to the present invention is used as an emergency power source at the time of a power failure due to, for example, a disaster. When the commercial power supply is shut off, the valve operation is performed by the power of the secondary battery, and the
スタック16は水素と空気中の酸素とを燃料として発電し、電気を電力制御装置に供給する。スタック16は、発電に伴って熱を発する。
The
スタック16の温度が上昇すると、冷却ファン26が動作し、排気開口28から通風路25内の空気を吸引することにより、吸気開口27から通風路25に空気を導入し、スタック16を冷却する。冷却ファン26は、スタック16の温度が十分に高くなった後で動作させるのが望ましく、動作温度としては45℃以上が望ましい。動作温度が所定の温度範囲よりも低くなった場合には、冷却ファン26を停止することもできる。また、動作温度に応じて冷却ファン26の回転数や風量を調整するようにしてもよい。
When the temperature of the
スタック16の温度は、温度計などを用いて測定し、その結果を電力制御装置に送信することで冷却ファン26の動作を制御することができる。
The temperature of the
冷却ファン26が動作すると、吸気開口27から空気が導入され、通風路25に送風される。通風路25の送風方向FDにおける断面積は、吸気開口27及び排気開口28よりも中央部分のほうが小さいため、中央部分において送風の速度が速くなる。このため、単セル17の下端部および上端部よりも中央部の放熱量が多くなり、中央部分が重点的に冷却されるため、スタック16全体の温度のばらつきを低減させることができる。
When the cooling
空気が通風路25を通過するとき、スタック16からの熱が伝わり空気が昇温する。排気開口28から排出された空気は、冷却ファン26の動作により上昇して水素貯蔵容器7に伝わり、水素貯蔵容器7を加熱する。水素貯蔵容器7は、加熱されることで効果的に水素を放出してスタック16に供給することが可能となる。また、排気開口28から排出された空気は、空気ポンプ8に伝わる。スタック16に供給する空気の温度が高いほど、空気加湿性能が増加し、燃料電池の性能が向上する。水素貯蔵容器7と空気ポンプ8とが加熱された後、空気は排気口13を通って燃料電池システム1外に排気される。
When air passes through the
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について図5を参照して説明する。本実施形態では、通風路カバー22aの形状と単セル17aの形状とが第1の実施形態とは異なる。第1実施形態では通風路カバー22の上端部と下端部とが側壁面19から離れる方向に向かって、外側に曲がっているために通風路25の断面積が変化しているが、本実施形態では、単セル17aの長さ寸法が変化することにより断面積が変化している。なお、単セル17aと通風路カバー22aとを除く構成と、燃料電池システム1の動作については、上述の第1実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the shape of the ventilation path cover 22a and the shape of the
通風路カバー22aは薄板形状であり、側壁面19から隙間をあけて配置され、隙間には通風路25が形成される。
The ventilation path cover 22a has a thin plate shape and is disposed with a gap from the
通風路カバー22aは、上端部の左右の両端はそれぞれ横ガイド21の上端部に固定される。また、下端部の左右の両端はそれぞれ横ガイド21の下端部に固定される。
The ventilation path cover 22 a is fixed to the upper end portion of the
単セル17aは、送風方向FDの中央部から上端部に向かって、積層方向SDおよび送風方向FDと直交する外形の長さが小さくなる。また、中央部から下端部に向かって、積層方向SDおよび送風方向FDと直交する外形の長さが小さくなる。各単セル17aは冷却フィン18を備え、側壁面19は冷却フィン18の先端により形成される平面である。
As for the
側壁面19は、通風路カバー22aと平行な側面と、側面と上面をつなぐ斜面と、側面と下面をつなぐ斜面と、から成る。
The
この場合でも、第1実施形態と同様にスタック16全体の温度のばらつきを低減させることができる。
Even in this case, the temperature variation of the
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態について図6を参照して説明する。本実施形態では、第1実施形態とは通風路カバー22bの形状が異なる。なお、通風路カバー22bを除く構成と、燃料電池システム1の動作については、上述の第1実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the shape of the
通風路カバー22bの端部は、上方に向かって側壁面19から離れる方向に鈍角に折れ曲がり、上端部の左右の両端はそれぞれ横ガイド21の上端部に固定される。また、通風路カバー22bの下部は、下方に向かって側壁面19から離れる方向に、上部よりも更に大きな角度で折れ曲がり、下端部の左右の両端はそれぞれ横ガイド21の下端部に固定される。単セル17の上端部から通風路カバー22bの上部の折れ曲がり位置までの距離よりも、単セル17の下端部からから通風路カバー22bの下部の折れ曲がり位置までの距離のほうが長い。通風路カバー22bの送風方向FDにおける中央部は、平面であり、側壁面19と平行に配置される。
The end of the
冷却ファン26が動作すると、吸気開口27から空気が吸引され、通風路25に送風される。吸気開口27から送風方向FDの中央部分に向かって通風路25の断面積が小さくなるため、送風の速度が速くなり、単セル17の下端部よりも中央部の放熱量が多くなる。また、通風路25の中央部分から排気開口28に向かって通風路25の断面積が大きくなるため、送風の速度が遅くなり、単セル17の上端部よりも中央部の放熱量が多くなる。
When the cooling
通風路25に導入された空気は、通風路25を通る間にスタック16から吸熱し、排気開口28に近くなるほど温度が上がる。空気の温度が上がるとスタック16と空気の温度差が少なくなり冷却機能が低下してしまうが、本実施形態では、通風路25の送風方向FDにおいて最も風速が早くなる範囲の中心が、スタック16の中央よりも下流側に位置しているため、冷却機能の低下を補うことができ、スタック16全体の温度のばらつきを低減させることができる。
The air introduced into the
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態について図7を参照して説明する。本実施形態では、第1実施形態とは上カバー24aの形状と冷却ファン26の配置向きとが異なる。なお、上カバー24aと冷却ファン26とを除く構成と、燃料電池システム1の動作については、上述の第1実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the shape of the
スタック16の上方には上カバー24aが配置される。上カバー24aは、2つの斜面を備えた山型の形状であり、両端部は、通風路カバー22と共に横ガイド21の上端部に固定される。上カバー24aは、斜面にはそれぞれ3個の開口が設けられ、開口位置に合わせて6個の冷却ファン26が、回転軸線がスタック16の外方に離れるように、斜面に沿って配置される。
An
6個の冷却ファン26は、すべて同じ種類の軸流ファンであり、羽の回転方向もすべて同一方向である。冷却ファン26により、上方に向かってスタック16から離れる方向に送風され、通風路25に空気が導入される。
The six
この場合でも、第1実施形態と同様にスタック16全体の温度のばらつきを低減させることができる。
Even in this case, the temperature variation of the
また、冷却ファン26の軸方向を外方に向けることにより、通風路25を通過した空気が外方に広がりながらスタック16の上方に向かって流れ、水素貯蔵容器7と空気ポンプ8とを、全体的に広く加熱することができる。
Further, by directing the axial direction of the cooling
<第5実施形態>
次に、本発明の第5実施形態について図8を参照して説明する。本実施形態では、第1実施形態とは通風路カバー22cの形状が異なる。なお、通風路カバー22cを除く構成と、燃料電池システム1の動作については、上述の第1実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the shape of the
通風路カバー22cの上部は、上方に向かって側壁面19から離れる方向に鈍角に折れ曲がり、上端部の左右の両端はそれぞれ横ガイド21の上端部に固定される。また、通風路カバー22cの下部は、側壁面19から外方に離れる方向に向かって直角に折れ曲がり、下端部の左右の両端はそれぞれ横ガイド21の下端部に固定される。通風路カバー22cの送風方向FDにおける中央部は、平面であり、側壁面19と平行に配置される。通風路カバー22cは、通風路25の送風方向FDの中央部分に、換気口29を備える。換気口29は1箇所でも複数でもよく、通風路25に異物が入ることを防止するためにフィルタ等を設けることが望ましい。また、換気口29の位置は中央の点でもよく、中央の点を含む付近でもよい。
The upper part of the
冷却ファン26が動作すると、吸気開口27から空気が吸引され、通風路25に送風される。吸気開口27から送風方向FDの中央に向かって通風路25の断面積が小さくなるため、送風の速度が速くなり、単セル17の下端部よりも中央部の放熱量が多くなる。また、通風路25の中央から排気開口28に向かって通風路25の断面積が大きくなるため、送風の速度が遅くなり、単セル17の上端部よりも中央部の放熱量が多くなる。
When the cooling
また、通風路25に導入された空気は、通風路25を通る間にスタック16から吸熱し、排気開口28に近くなるほど温度が上がる。空気の温度が上がるとスタック16と空気の温度差が少なくなり冷却機能が低下してしまうが、本実施形態では、換気口29から新たに空気を吸引し温度上昇を抑える。このため、スタック16全体の温度のばらつきを低減させることができる。
Further, the air introduced into the
<第6実施形態>
次に、本発明の第6実施形態について図9を参照して説明する。本実施形態では、第1実施形態とは2種類の冷却ファン26a、26bの回転方向が異なる。なお、冷却ファン26a、26bを除く構成と、燃料電池システム1の動作については、上述の第1実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
<Sixth Embodiment>
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the rotation directions of the two types of cooling
上カバー24は、3個の冷却ファン26aと、冷却ファン26aとは羽の向きが反対の3個の冷却ファン26bを備える。冷却ファン26aと冷却ファン26bとは交互に設置される。冷却ファン26aと冷却ファン26bとは、送風方向はすべて上向きであるが、羽の向きが反対であるため回転方向RDが逆である。
The
軸流ファンは旋回流を発生させるが、隣り合うファンと回転方向を交互に配置することにより、隣り合う旋回流がぶつかることを防ぐ。このため、送風効率が上がり、冷却機能を高めることができる。 The axial fan generates a swirl flow, but the adjacent swirl flows are prevented from colliding with each other by alternately arranging the rotation direction with the adjacent fans. For this reason, ventilation efficiency increases and a cooling function can be improved.
以上のように、本実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態に加えうる変更の例について説明する。 As mentioned above, although this embodiment was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible. Below, the example of the change which can be added to the said embodiment is demonstrated.
例えば図10で示すように、通風路カバー22dは、上端部と下端部とが側壁面19から離れる方向に、曲線を描いて折れ曲がってもよい。この場合も上記同様に、通風路25は送風方向FDの中央付近で断面積が小さくなり、風速が早くなる。このため、単セル17の中央部分を重点的に冷却でき、スタック16全体の温度のばらつきを低減させることができる。また、図11で示すように、通風路カバー22eは、上端部と下端部が側壁面19から離れる方向に、階段状に直角に折れ曲がってもよい。この場合も上記同様の効果を得る。
For example, as illustrated in FIG. 10, the ventilation path cover 22 d may be bent in a curved line in a direction in which the upper end portion and the lower end portion are separated from the
また、例えば図12で示すように、単セル17bは、送風方向FDの中央部から上端部に向かって、積層方向SDおよび送風方向FDと直交する長さが曲線を描くように小さくなり、中央部から下端部に向かって、積層方向SDおよび送風方向FDと直交する長さが曲線を描くように小さくなってもよい。各単セル17bは冷却フィン18を備え、側壁面19は冷却フィン18の先端から成る曲面である。この場合も上記同様に、通風路25は送風方向FDの中央付近で断面積が小さくなり、風速が早くなる。このため、単セルの中央部分を重点的に冷却でき、スタック16全体の温度のばらつきを低減させることができる。また、図13で示すように、単セル17cは、送風方向FDの中央部から上端部に向かって、積層方向SDおよび送風方向FDと直交する長さが階段状に小さくなり、中央部から下端部に向かって、積層方向SDおよび送風方向FDと直交する長さが階段状に小さくなってもよい。この場合も上記同様の効果を得る。
For example, as shown in FIG. 12, the
側壁面19は冷却フィン18の先端を含む面であり、平面、曲面、または凹凸のある面であってもよい。
The
また、冷却ファンは、吸気開口側に設置される軸流ファンであってもよい。この場合でも、吸気開口から空気を送り込むことにより通風路に空気が導入される。または吸気開口と排気開口との両方に設置される軸流ファンであっても良い。この場合でも通風路に空気が導入され、上記同様の効果を得る。 The cooling fan may be an axial fan installed on the intake opening side. Even in this case, air is introduced into the ventilation path by sending air from the intake opening. Alternatively, it may be an axial fan installed in both the intake opening and the exhaust opening. Even in this case, air is introduced into the ventilation path, and the same effect as described above is obtained.
また、冷却ファンは、吸気開口側または排気開口側またはその両方に設置される遠心ファンであってもよい。この場合でも通風路に空気が導入され、上記同様の効果を得る。 The cooling fan may be a centrifugal fan installed on the intake opening side or the exhaust opening side or both. Even in this case, air is introduced into the ventilation path, and the same effect as described above is obtained.
また、単セル17は、積層方向SDと送風方向FDが平行になる向きで配置してもよい。この場合でも上記同様の効果を得る。
The
1 燃料電池システム
2 システム筐体
6 燃料電池
7 水素貯蔵容器
8 空気ポンプ
16 スタック
17 単セル
19 側壁面
20 端板
22 通風路カバー
24 上カバー
25 通風路
26 冷却ファン
27 吸気開口
28 排気開口
SD 積層方向
FD 送風方向
RD 回転方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (11)
前記複数の側壁面の内の少なくとも1つの側壁面との間に通風路を形成するガイド部材と、
前記通風路に空気を導入するファンとを備え、
前記通風路は一端に吸気開口と他端に排気開口とを有し、
前記吸気開口と前記排気開口との間に位置する前記通風路の特定部分の断面積が、前記吸気開口と前記排気開口との少なくとも一方の開口面積よりも小さくなるように構成されたことを特徴とする燃料電池システム。 A stack having a plurality of single cells stacked in a predetermined stacking direction and having a plurality of side wall surfaces extending along the predetermined stacking direction;
A guide member that forms a ventilation path between at least one of the plurality of side wall surfaces;
A fan for introducing air into the ventilation path,
The ventilation path has an intake opening at one end and an exhaust opening at the other end,
A cross-sectional area of a specific portion of the ventilation path located between the intake opening and the exhaust opening is configured to be smaller than an opening area of at least one of the intake opening and the exhaust opening. A fuel cell system.
前記通風路の送風方向が、前記所定の積層方向と直交することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 The single cell comprises cooling fins;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein a blowing direction of the ventilation path is orthogonal to the predetermined stacking direction.
前記水素貯蔵容器は、前記通風路の送風方向において、前記排気開口の下流側に配置されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 It has a hydrogen storage container that contains a hydrogen storage alloy inside,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein the hydrogen storage container is disposed on the downstream side of the exhaust opening in the blowing direction of the ventilation path.
前記空気ポンプは、前記通風路の送風方向において、前記排気開口の下流側に配置されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 An air pump for supplying air to the stack;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7, wherein the air pump is disposed on the downstream side of the exhaust opening in a blowing direction of the ventilation path.
前記ファンが、前記吸気開口より前記排気開口に近い位置に配置され、かつ、前記スタックから外方に離れて配置され、
前記ファンの回転軸線が前記通風路の送風方向に進むにつれて、送風方向から外方に離れるように前記ファンが配置されることを特徴とする請求項7または8に記載の燃料電池システム。 The cross-sectional area of the ventilation path increases from the specific portion toward the exhaust opening,
The fan is disposed at a position closer to the exhaust opening than the intake opening, and is disposed away from the stack;
9. The fuel cell system according to claim 7, wherein the fan is disposed so as to move away from the blowing direction as the rotation axis of the fan advances in the blowing direction of the ventilation path.
前記ガイド部材には、前記通風路の送風方向の中央位置に位置する換気口が設けられたことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 The fan is disposed in the exhaust opening;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 9, wherein the guide member is provided with a ventilation port located at a central position in a ventilation direction of the ventilation path.
前記軸流ファンの回転方向が、隣り合う前記軸流ファンの回転方向とは異なることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 The fan includes a plurality of axial fans,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 10, wherein a rotation direction of the axial fan is different from a rotation direction of the adjacent axial fans.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014261829A JP2016122571A (en) | 2014-12-25 | 2014-12-25 | Fuel cell system |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114342131A (en) * | 2019-06-26 | 2022-04-12 | 罗伯特·博世有限公司 | Fuel cell system having a ventilation line and/or a compressor ventilation line, method for ventilating a housing of a fuel cell system, and motor vehicle |
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2014
- 2014-12-25 JP JP2014261829A patent/JP2016122571A/en active Pending
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CN114342131A (en) * | 2019-06-26 | 2022-04-12 | 罗伯特·博世有限公司 | Fuel cell system having a ventilation line and/or a compressor ventilation line, method for ventilating a housing of a fuel cell system, and motor vehicle |
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