JP2019079678A - Fuel cell system and control method of fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system and control method of fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019079678A JP2019079678A JP2017205272A JP2017205272A JP2019079678A JP 2019079678 A JP2019079678 A JP 2019079678A JP 2017205272 A JP2017205272 A JP 2017205272A JP 2017205272 A JP2017205272 A JP 2017205272A JP 2019079678 A JP2019079678 A JP 2019079678A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- low temperature
- temperature region
- oxidant gas
- 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.)
- Granted
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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and a control method of the fuel cell system.
固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)や溶融炭酸塩形燃料電池等の比較的高温で動作する燃料電池を備えた燃料電池システムのハウジング内部において、外部への放熱を抑制すべく、燃料電池と、燃料電池の運転に用いる改質装置等の周辺装置とを含む燃料電池モジュール等を断熱材で囲んだ高温領域と、燃料電池の運転に要する電気部品等が配置される低温領域とが存在する。 In order to suppress heat dissipation to the outside inside a fuel cell system housing including a fuel cell operating at a relatively high temperature such as a solid oxide fuel cell (SOFC) or a molten carbonate fuel cell , A high temperature region surrounding a fuel cell module and the like including the fuel cell and a peripheral device such as a reformer used for the operation of the fuel cell with a heat insulating material, and a low temperature region where the electric parts and the like required for the And exist.
ここで、上記のハウジングは、一定の気密性能を有しているため、高温領域からの伝熱により低温領域が昇温する。このため、低温領域に配置された電気部品等には所定の耐熱性能が求められる。求められる耐熱性能が満たせない場合は、低温領域の昇温を抑制するための冷却装置等が必要になる。 Here, since the above-mentioned housing has a certain airtightness performance, the temperature of the low temperature region rises due to the heat transfer from the high temperature region. For this reason, predetermined heat resistance performance is calculated | required by the electrical component etc. which are arrange | positioned in the low temperature area | region. If the required heat resistance can not be satisfied, a cooling device or the like is required to suppress the temperature rise in the low temperature region.
例えば、国際公開2012−128368には、燃料電池及び改質装置を含む燃料電池モジュールを断熱材に収容した燃料電池システムの一例が提案されている。この燃料電池システムでは、ハウジング内において、断熱材の周囲に低温領域と区画された空間を設け、その空間に空気を流すことにより高温領域から低温領域への伝熱を抑制している。 For example, WO 2012-128368 proposes an example of a fuel cell system in which a fuel cell module including a fuel cell and a reformer is accommodated in a heat insulating material. In this fuel cell system, in the housing, a space partitioned from the low temperature region is provided around the heat insulating material, and the heat transfer from the high temperature region to the low temperature region is suppressed by flowing air in the space.
しかしながら、特許文献1に開示された技術は、ハウジング内において、断熱材と低温領域との間に空気を流すための空間を設けるので、ハウジング内の構造が複雑になり、製造コストが増加するという問題がある。
However, the technique disclosed in
本発明は、製造コストの増加を抑制しつつ、より簡素な構成により、高温領域からの伝熱によって低温領域が昇温することを抑制できる燃料電池システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing a temperature rise in a low temperature region due to heat transfer from a high temperature region with a simpler configuration while suppressing an increase in manufacturing cost.
本発明による燃料電池システムによれば、燃料ガスおよび酸化剤ガスで発電を行う燃料電池と、燃料電池を含む高温領域を取り囲むように設けられた断熱材と、断熱材を収容し、断熱材の外部に低温領域を有する筐体とを備える。そして、燃料電池システムはさらに、低温領域に配置され、燃料電池の発電に用いられる機器と、酸化剤ガスを筐体の外部から低温領域に導入する酸化剤ガス導入路と、低温領域に導入された酸化剤ガスを断熱材の内部に導入して燃料電池に供給する酸化剤ガス供給路と、酸化剤ガス導入路に配置された酸化剤ガス導入装置と、を備える。 According to the fuel cell system according to the present invention, a fuel cell that generates electricity with fuel gas and oxidant gas, a heat insulating material provided so as to surround a high temperature region including the fuel cell, and a heat insulating material are accommodated. And a housing having a low temperature region outside. Then, the fuel cell system is further disposed in a low temperature region, and is introduced into a device used for power generation of the fuel cell, an oxidant gas introduction path for introducing oxidant gas from the outside of the casing into the low temperature region, and The oxidant gas supply path which introduces the oxidant gas into the inside of the heat insulating material and supplies the fuel cell to the fuel cell, and the oxidant gas introduction device disposed in the oxidant gas introduction path.
本発明によれば、酸化剤ガス導入路の開口部と、酸化剤ガス供給路の開口部とを低温領域に配置するだけの簡素な構成により空気の流れを形成するので、製造コストの増加を抑制しつつ、高温領域からの伝熱によって低温領域が昇温することを抑制することができる。 According to the present invention, since the air flow is formed with a simple configuration in which the opening of the oxidant gas introduction passage and the opening of the oxidant gas supply passage are disposed in a low temperature region, the manufacturing cost is increased. While suppressing, it can suppress that a low temperature area | region heats up by the heat transfer from a high temperature area | region.
−第1実施形態−
図1は、本発明の第1実施形態に係る燃料電池システム100の概略構成図である。
-1st Embodiment-
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
本実施形態に係る燃料電池システム100は例えば車両等に搭載される。図示するように、燃料電池システム100は、燃料電池スタック1と、燃料電池1が発電するために必要な補機類2と、空気導入路3と、ブロア4と、空気供給路5と、燃料供給路6と、電気通路7と、排気管8と、筐体9とを含んで構成される。なお、図示する各構成はあくまでも概略図であって、各構成の形状や上下左右の方向を特定する趣旨ではない。
The
燃料電池スタック1(以下、単に「燃料電池1」という)は、複数の燃料電池または燃料電池の単位セルを積層して構成される。本実施形態では、発電源である燃料電池を構成する単位セルは、固体酸化物形燃料電池(SOFF:Solid Oxide Fuel Cell)である。すなわち、燃料電池1は、例えば、800℃〜1000℃の好適な作動温度で燃料及び酸化剤(空気)の供給を受けて発電を行う。
A fuel cell stack 1 (hereinafter simply referred to as "
補機類2は、燃料電池1が発電するために必要となる機器類のうち、発電時に加熱する、あるいは加熱される機器類である。具体的には、本実施形態の補機類2は、例えば蒸発器、熱交換器、改質器、燃焼器(排気燃焼器)等を含む。
Among the devices required for the
蒸発器は、燃料供給路6に設けられ、燃料供給路6を介して供給された燃料を気化させ、熱交換器に供給する。なお、蒸発器は、後述する排気燃焼器から排出される排気の熱を利用して燃料を気化させる。
The evaporator is provided in the
熱交換器は、空気供給路5、および燃料供給路6にそれぞれ設けられる。空気供給路5に設けられる熱交換器は、排気燃焼器から排出される排気の熱を利用して空気を加熱する。燃料供給路6に設けられる熱交換器は、蒸発器よりも下流側において排気燃焼器と隣接して配置され、排気燃焼器から伝熱してくる熱を利用して、蒸発器において気化した燃料をさらに加熱する。
The heat exchangers are provided in the
改質器は、図示しない燃料タンク等の燃料貯留部から燃料供給路6を介して供給される改質前の燃料を、改質用触媒によって燃料電池1の発電に用いるために適切な状態の燃料ガスに改質する。改質器で改質された燃料は、燃料電池1に供給され、発電に利用される。
The reformer is in a state suitable for using the fuel before reforming supplied from the fuel storage unit such as a fuel tank (not shown) via the
排気燃焼器は、不図示の排出通路を介して燃料電池1から排出されるアノードオフガスとカソードオフガスを触媒燃焼させ、二酸化炭素や水を主成分とする燃焼ガス(排気ガス)を生成する。なお、上述のとおり、排気燃焼器は熱交換器と隣接する様に配置されるため、排気燃焼器の触媒燃焼による熱は熱交換器に伝熱され、伝熱された熱は燃料を加熱するために利用される。排気燃焼器で生成された排気ガスは、排気管8を介して筐体9の外部へ排出される。
The exhaust combustor catalytically burns the anode off gas and the cathode off gas discharged from the
以上が補機類2の具体例である。燃料電池1および補機類2は、上述のとおり高い熱を発するので、外部への放熱を抑制するために断熱材10の内部に収容される。換言すると、断熱材10は、燃料電池1および補機類2の放熱を抑制するために、燃料電池1および補機類2を取り囲むように設けられる。なお、図1における断熱材10は矩形形状であるが、実際の形状はこれに限られない。燃料電池1および補機類2を取り囲むように設けられる限り、断熱材10の形状は特に限定されない。
The above is the specific example of the
断熱材10は、例えばシリカ系セラミックス等の断熱材料で構成される。断熱材10が筐体9の内部において燃料電池1および補機類2を取り囲むように設けられることにより、燃料電池1および補機類2の熱が外部へ放熱するのを抑制することができる。この断熱材10で取り囲まれた領域を以下では「高温領域H」と称する。
The
一方で、筐体9の内部における断熱材10の外側の領域を、以下では「低温領域L」と称する。すなわち、本実施形態の燃料電池システム100が備える筐体9は、断熱材10により区画された高温領域Hと低温領域Lとを有している。筐体9は、燃料電池システム100のハウジングであって、例えば、ステンレス又はステンレスに類する熱伝導率および水密性を有する所望の金属材料により形成される。なお、本実施形態の筐体9は、断熱材10を構成する材料よりも高い熱伝導率を有する材料で構成されることが好ましい。これにより低温領域を低温に維持できる。
On the other hand, the area | region of the outer side of the
空気導入路3は、筐体9の外部から筐体9の内部に空気(酸化剤ガス、カソードガス)を導入するための通路(例えば配管)である。空気導入路3の筐体9の内部側の開口部3a(導入開口部3a)は、低温領域Lに配置される。
The
また、空気導入路3は、空気導入装置としてのブロア4を備える、本実施形態のブロア4は、筐体9の外部に配置される。これにより、筐体9の外気を空気導入路3を介して筐体9内に積極的に導入することができる。ここで、筐体9は、通常常温領域に設置されるので、筐体9の近傍の外気は、断熱材10の内部(高温領域H)の温度よりも低い。このため、筐体9の外気が筐体9の内部に導入されることにより、筐体9の内部の温度を高温領域Hよりも低くすることができる。
Further, the
すなわち、ブロア4を用いて筐体9の外気を一定の気密性を有する筐体9の内部に空気導入路3を介して導入することにより、筐体9の内部における断熱材10の外側の領域(低温領域L)を、高温領域Hよりも温度の低い状態に保つことができる。また、ブロア4を用いることにより、筐体9内に導入する空気量を増加させることができるので、低温領域Lの冷却効果を高めることができるとともに、後述する空気供給路5を介して燃料電池1に供給される空気量を増加させることができる。
That is, by using the
またさらに、ブロア4を用いて筐体9へ導入する空気量を増加させることにより、筐体9の内部を加圧し、大気圧よりも高い正圧にすることができるので、筐体9の外部から内部へ水や埃等が侵入し難くし、筐体9の水密性をより向上させることができる。なお、空気導入手段としては、ブロアに限らず、ファンやコンプレッサ等でもよい。
Furthermore, by increasing the amount of air introduced into the
空気供給路5は、筐体9の外部から空気導入路3を介して導入された低温領域L内の空気を断熱材10内に導入するとともに、補機類2(熱交換器等)を介して燃料電池1に供給するための通路である。そのため、空気供給路5の断熱材10の外側の開口部5a(供給開口部5a)は、低温領域Lに配置される。また、空気供給路5は、空気を燃料電池1へ供給するために必要な空気供給用部品5cを備える。空気供給用部品5cは、例えば空気の流量を調整するバルブ等である。空気供給用部品5cは、低温領域Lに配置される。
The
燃料供給路6は、筐体9の外部に設けられた不図示の燃料タンクに貯蔵された燃料を筐体9内の低温領域Lを通して断熱材10内に導入するとともに、補機類2(蒸発器、改質器等)を介して燃料電池1に供給するための通路である。また、燃料供給路6は、燃料を燃料電池1へ供給するために必要な燃料供給用部品6cを備える。燃料供給用部品6cは、例えば燃焼器に燃料を供給するためのインジェクタ等である。燃料供給用部品6cは、低温領域Lに配置される。
The
電気通路7は、筐体9の外部に設けられた不図示の電源からの電気を燃料電池1および補機類2に供給するための電源線、および、燃料電池1および補機類2を制御するための制御信号を送信するための信号線などが通るための通路である。また、電気通路7には、燃料電池1および補機類2を動作させ、制御するために必要な電気部品(電装品)7cを備える。電気部品7cは、例えば燃料電池システムを統括するコントローラや、電力を変換するためのインバータ等である。電気部品7cは、低温領域Lに配置される。
The
なお、上記の空気供給用部品5c、燃料供給用部品6c、および電気部品7cも燃料電池1の発電に用いられる機器であるため、一般的にはいわゆる「補機類」に含まれる。しかしながら、空気供給用部品5c、燃料供給用部品6c、および電気部品7c等の低温領域Lに配置される機器は、低温ないし常温であることが望ましく、加熱を要求されないので、本明細書における「補機類2」には含まれない。また、本実施形態における低温領域Lに配置される機器は、空気供給用部品5c、燃料供給用部品6c、および電気部品7cの少なくとも一つ以上であればよい。
Since the
また、図示しないが、筐体9において空気供給路5、燃料供給路6、および電気通路7が通る孔には、筐体9の気密性あるいは水密性を高めるためのシール材が設けられていてもよい。シール材は、例えば、車両用のリップパッキン、スクィーズドパッキン(Oリング)、又はガスケット等である。
Although not shown, in the
上述のとおり、低温領域Lには、筐体9の外部から高温領域Hよりも低い低温の空気が導入され、導入された空気は、供給開口部5aまで流れて断熱材10の内部に配置された燃料電池1へ供給される。すなわち、低温領域Lでは、上記文献に開示されたような構造よりも簡素な構成によって、導入開口部3aから供給開口部5aまでの低温な空気の流れが形成される。
As described above, low temperature air lower than the high temperature area H is introduced into the low temperature area L from the outside of the
また、上記文献に開示された構造では、断熱材の周囲に空気を流すための空間を設けているが、当該空間の構造的な複雑さに起因する圧力損失により空気の流れが妨げられる場合があった。しかしながら、本実施形態では、低温領域Lにおいて導入開口部3aと供給開口部5aとを配置するだけの簡素な構成により空気の流れを形成しているので、従来のような圧力損失が生じることによって空気の流れが妨げられることがない。
Moreover, in the structure disclosed in the above document, a space for flowing air is provided around the heat insulating material, but the pressure loss due to the structural complexity of the space may prevent the air flow. there were. However, in the present embodiment, since the air flow is formed by the simple configuration in which the introduction opening 3a and the
そして、筐体9の内部に導入された低温の空気は、低温領域Lに配置された空気供給用部品5c、燃料供給用部品6c、および、電気部品7c(以下これらをまとめて「内部部品」という)と、断熱材10の外表面の少なくとも一部と接して熱交換し、それらの温度を低下させることができる。このように、本実施形態の燃料電池システム100は、従来に比べて簡素な構成により低温領域Lでの低温な空気の流れを形成することによって、製造コストを増加させることなく、高温領域Hから内部部品等への伝熱を抑制するとともに、内部部品を冷却することができる。
The low temperature air introduced into the inside of the
以上、第1実施形態の燃料電池システム100によれば、燃料ガスおよび酸化剤ガスで発電を行う燃料電池1と、燃料電池1を含む高温領域Hを取り囲むように設けられた断熱材10と、断熱材10を収容し、断熱材10の外部に低温領域Lを有する筐体9と、低温領域Lに配置され、燃料電池1の発電に用いられる機器と、酸化剤ガスを筐体9の外部から低温領域Lに導入する酸化剤ガス導入路(空気導入路3)と、低温領域Lに導入された酸化剤ガスを断熱材10の内部に導入して燃料電池1に供給する酸化剤ガス供給路(空気供給路5)と、酸化剤ガス導入路(空気導入路3)に配置された酸化剤ガス導入装置(ブロア4)と、を備える。これにより、空気導入路3の導入開口部3aと、空気供給路5の供給開口部5aとを低温領域Lに配置するだけの簡素な構成により空気の流れを形成するので、製造コストの増加を抑制しつつ、高温領域Hからの伝熱によって低温領域Lが昇温することを抑制することができる。
As described above, according to the
また、第1実施形態の燃料電池システムによれば、酸化剤ガス導入装置としてのブロア4は、筐体9の外部に配置される。これにより、ブロア4により筐体9の内部スペースが狭められないので、筐体9内のレイアウト性を向上することができる。または、筐体9をより小型化することができる。
Further, according to the fuel cell system of the first embodiment, the
−第2実施形態−
以下、第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
-Second embodiment-
The second embodiment will be described below. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element similar to 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
図2は、第2実施形態の燃料電池システム200を説明する概略構成図である。燃料電池システム200が燃料電池システム100と異なる点は、ブロア4の配置である。
FIG. 2 is a schematic configuration view for explaining a
図示するとおり、本実施形態のブロア4は、筐体9の内部の低温領域Lに配置される。これにより、ブロア4が筐体9の外部に配置されることにより外部環境にさらされる場合に比べて、ブロア4の防水性を向上させることができる。結果として、ブロア4が雨などによって濡れることを防止するための防水構造等を別個に設ける必要がなくなるので、燃料電池システム200の構造を複雑化させることなく、燃料電池システム200全体の防水性を向上させることができる。
As illustrated, the
以上、第2実施形態の燃料電池システム200によれば、ブロア4は、筐体9の内部には配置される。これにより、燃料電池システム200の構造を複雑化させることなく、燃料電池システム200全体の防水性を向上させることができる。
As described above, according to the
−第3実施形態−
以下、第3実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
-Third embodiment-
The third embodiment will be described below. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element similar to 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
図3は、第3実施形態の燃料電池システム300を説明する概略構成図である。燃料電池システム300が燃料電池システム100、200と異なる点は、筐体9の内部における断熱材10の配置に以下の限定を加えた点である。
FIG. 3 is a schematic configuration view for explaining a
すなわち、燃料電池システム300に係る断熱材10は、断熱材10の周囲と筐体9の内面との間に、低温領域Lと連続(連通)する空間が形成されるように設けられる。ここでの「断熱材10の周囲」とは、断熱材10の接地面(重力方向における下側の面)以外の面、または、接地面も含む全面である。なお、「断熱材10の周囲」を接地面も含む全面とする場合は、例えば、接地面にスペーサ等の空間確保用部材を設ける、あるいは断熱材10を筐体9の内部において上からつるし接地面を浮かせる等することで、接地面と筐体9との間において低温領域Lと連続する空間を確保することができる。
That is, the
これにより、断熱材10の外面と低温領域Lとの接触面をより広くすることができるので、断熱材10の外面の温度をより低下させることができる。結果として、高温領域Hから内部部品等への伝熱をより抑制することができるとともに、内部部品をより効率的に冷却することができる。
Thereby, since the contact surface of the outer surface of the
以上、第3実施形態の燃料電池システム300によれば、断熱材10の周囲と筐体9の内面との間に低温領域Lと連続する空間が形成される。これにより、低温領域Lの空気と断熱材10の外面との接触面をより広くすることができるので、断熱材10の外面の温度をより低下させることができる。
As described above, according to the
−第4実施形態−
以下、第4実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
-Fourth Embodiment-
The fourth embodiment will be described below. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element similar to 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
図4A〜図4Eは、第4実施形態の燃料電池システム400を説明する概略構成図である。燃料電池システム400が燃料電池システム100〜300と異なる点は、導入開口部3a、供給開口部5a、燃料供給用部品6c、および電気部品7cの配置関係に以下の限定を加えた点である。なお、以下では、燃料供給用部品6cと、電気部品7cとをまとめて「被冷却部品」とも称する。
FIGS. 4A to 4E are schematic diagrams illustrating a
本実施形態に係る被冷却部品は、導入開口部3aの近傍、または、供給開口部5aの近傍、もしくは、導入開口部3aおよび供給開口部5aにおけるそれぞれの空気の流れ方向の延長線上に配置される。
The parts to be cooled according to the present embodiment are arranged in the vicinity of the
図4A、4Bは、被冷却部品が導入開口部3aの近傍に配置された燃料電池システム400を示す概略構成図である。図4Aではブロア4が筐体9の外部に配置されており、図4Bではブロア4が筐体9の内部に配置されている。
FIGS. 4A and 4B are schematic configuration diagrams showing a
図示するとおり、被冷却部品が導入開口部3aの吹き出し口の近く、もしくは空気導入路3の導入開口部3aから吹出される空気の流れ方向(吹き出し方向)に沿って延びる延長線上に配置されると、被冷却部品の表面を流れる空気量が増加する(図中の点線矢印参照)。その結果、被冷却部品の表面と空気との熱交換がより効率よく行われるので、被冷却部品をより効果的に冷却することができる。なお、同図における被冷却部品は、導入開口部3aに近い順に、電気部品7c、燃料供給用部品6cと配置されているが、逆の配置であってもよい。また、駆動中により温度が高くなる部品、あるいは耐熱性能がより低い部品が導入開口部3aにより近づくように配置してもよい。
As illustrated, the parts to be cooled are disposed near the outlet of the
図4C、図4Dは、被冷却部品が供給開口部5aの近傍に配置された燃料電池システム400を示す概略構成図である。図4Cではブロア4が筐体9の外部に配置されており、図4Bではブロア4が筐体9の内部に配置されている。
FIG. 4C and FIG. 4D are schematic block diagrams showing a
図示するとおり、被冷却部品が供給開口部5aの吸い込み口の近く、もしくは空気供給路5の供給開口部5aから吸入される空気の流れ方向(吸い込み方向)に沿って延びる延長線上に配置されると、被冷却部品の表面を流れる空気量が増加する(図中の点線矢印参照)。その結果、被冷却部品の表面と空気との熱交換が効率よく行われるので、被冷却部品を効果的に冷却することができる。なお、同図における被冷却部品は、供給開口部5aに近い順に、燃料供給用部品6c、電気部品7cと配置されているが、逆の配置であってもよい。また、駆動中により温度が高くなる部品、あるいは耐熱性能がより低い部品を供給開口部5aにより近づくように配置してもよい。なお、導入開口部3aと供給開口部5aとを結ぶ線上に配置されるのであれば、燃料供給用部品6cおよび電気部品7cのいずれか一方が導入開口部3aおよび供給開口部5aのいずれか一方に近づくように配置される必要は必ずしもなく、それぞれ均等な距離に配置されてもよい。
As shown, the parts to be cooled are arranged near the suction port of the
また、図4Eで示すように、導入開口部3aと供給開口部5aとを、その開口面が向かい合うように構成するとともに、被冷却部品を導入開口部3aと供給開口部5aとを結ぶ直線上に配置してもよい。このように配置することにより、被冷却部品全体の表面を流れる空気量がより増加するので(図中の点線矢印参照)、被冷却部品の表面と空気との熱交換がより効率よく行われ、被冷却部品を効果的に冷却することができる。
Further, as shown in FIG. 4E, the introduction opening 3a and the
以上、第4実施形態の燃料電池システム400によれば、被冷却部品は、低温領域Lに位置する導入開口部3a、または低温領域Lに位置する供給開口部5aの近傍に配置される。これにより、被冷却部品の表面を流れる空気量が増加するので、被冷却部品の表面と空気との熱交換がより効率よく行われ、被冷却部品をより効果的に冷却することができる。
As described above, according to the
また、第4実施形態の燃料電池システム400によれば、低温領域Lにおける導入開口部3aの吹き出し方向の延長線上、または低温領域Lにおける供給開口部5aの吸い込み方向の延長線上に配置される。これにより、被冷却部品の表面を流れる空気量が増加するので、被冷却部品の表面と空気との熱交換がより効率よく行われ、被冷却部品をより効果的に冷却することができる。
Further, according to the
−第5実施形態−
以下、第5実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
-Fifth embodiment-
The fifth embodiment will be described below. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element similar to 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
図5A、図5Bは、第5実施形態の燃料電池システム500を説明する概略構成図である。燃料電池システム500が燃料電池システム100〜400と異なる点は、導入開口部3aに空気の流れ方向を変更するためのスワラ11をさらに設けた点である。
FIG. 5A and FIG. 5B are schematic configuration diagrams for explaining a
図5Aではブロア4が筐体9の外部に配置されており、図5Bではブロア4が筐体9の内部に配置されている。いずれの態様であっても、導入開口部5aにスワラ11を備えることにより、導入開口部5aから吹出される空気の流れ方向、および、流量を制御することができる。これにより、被冷却部品に対する空気の流れ方向および流量を適切に調整することができるので、被冷却部品に対する冷却効果を向上させることができる。
The
また、スワラ11によって導入開口部5aからの空気の流れ方向を制御することができるので、被冷却部品の配置、空気導入路3の設置場所、および、導入開口部5aの開口面を向ける方向等のレイアウトに関する自由度を向上させることができる。
Further, since the flow direction of the air from the
なお、空気の流れ方向を変更する手段としては、スワラ11に限らず、プロペラやノズル等であってもよい。
The means for changing the air flow direction is not limited to the
以上、第5実施形態の燃料電池システム500は、低温領域Lにおける導入開口部3aに配置され、低温領域Lに導入された空気の流れ方向を変更するスワラ11をさらに備える。これにより、被冷却部品に対する空気の流れ方向および流量を適切に調整することができるので、被冷却部品に対する冷却効果を向上させることができる。
As described above, the
−第6実施形態−
以下、第6実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
-Sixth embodiment-
The sixth embodiment will be described below. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element similar to 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
図6A、図6Bは、第6実施形態の燃料電池システム600を説明する概略構成図である。燃料電池システム600が燃料電池システム100〜500と異なる点は、低温領域Lにおける空気供給路5に、低温領域Lの空気を積極的に吸入するための空気吸入手段をさらに設けた点である。
6A and 6B are schematic configuration diagrams for explaining a
図6Aは、空気吸入装置としてブロア12を設けた燃料電池システム600を説明する概略構成図である。空気供給路5にブロア12が設けられることにより、空気供給路5に吸入される低温領域Lの空気量を増加させることができる。これにより、燃料電池1への空気供給量を増加させることができる。また、低温領域Lを流れる空気の量あるいは速さを増加させることができるので、内部部品の冷却効果を向上させることができる。
FIG. 6A is a schematic configuration view illustrating a
また、ブロア12によって空気供給路5へ吸引される空気量を増加させることによって、筐体9内における低温領域Lの圧力を低くすることができる。その結果、ブロア12を備えず、筐体9の内部が強い正圧状態となり得る場合と比べて、筐体9の耐圧性能を軽減し、シール構造を簡素化することができる。これにより、筐体9をより軽量化することができるとともに、筐体9の製造コストを低減することができる。
In addition, by increasing the amount of air drawn into the
図6Bは、空気吸入装置としてジェットポンプ13を設けた燃料電池システム600を説明する概略構成図である。空気供給手段としてジェットポンプ13を用いる場合は、ジェットポンプ13は、図示するとおり、空気導入路3と空気供給路5とに接続される。そして、ジェットポンプ13は、空気導入路3からジェットポンプ13を介して空気供給路5へ空気が流れる際に、いわゆるベンチュリ効果によって低温領域Lの空気を吸入する。これにより、ブロア12と同様、空気供給路5に吸入される低温領域Lの空気量を増加させることができる。
FIG. 6B is a schematic diagram illustrating a
以上、第6実施形態の燃料電池システム600によれば、低温領域Lにおける空気供給路5に配置され、低温領域Lに導入された空気を吸入する吸入手段(ブロア12、またはジェットポンプ13)をさらに備える。これにより、低温領域Lを流れる空気の量あるいは速さを増加させることができるので、内部部品の冷却効果を向上させることができる。
As described above, according to the
以上が、本発明が適用される各実施形態の詳細である。ただし、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。上記実施形態に対し、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内で様々な変更及び修正が可能である。 The above is the details of each embodiment to which the present invention is applied. However, the said embodiment showed only a part of application example of this invention, and it is not the meaning which limits the technical scope of this invention to the specific structure of the said embodiment. Various changes and modifications can be made to the above embodiment within the scope of the claims.
例えば、上記実施形態では、燃料電池1が固体酸化物形燃料電池により構成される例を説明した。しかしながら、燃料電池1は、固体高分子形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、又はりん酸形燃料電池等の作動時に発熱を伴う他の種類の燃料電池により構成してもよい。
For example, in the above embodiment, an example in which the
なお、上記の各実施形態は、矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせ可能である。 In addition, said each embodiment is combinable suitably in the range which a contradiction does not produce.
1…燃料電池
2…補機類
3…酸化剤ガス導入路(空気導入路)
3a…開口部(導入開口部)
4…酸化剤ガス導入装置(ブロア)
5…酸化剤ガス供給路(空気供給路)
5a…開口部(供給開口部)
7c…機器(電気部品)
9…筐体
10…断熱材
11…流路変更手段(スワラ)
12…酸化剤ガス吸入装置(ブロア)
13…酸化剤ガス吸入装置(ジェットポンプ)
1 ...
3a ... opening (introduction opening)
4 ... Oxidizer gas introduction device (blower)
5 ... Oxidant gas supply path (air supply path)
5a ... opening (supply opening)
7c ... Equipment (electrical parts)
9: Case 10: Insulating material 11: Flow path changing means (swirler)
12 ... Oxidizer gas suction device (blower)
13 ... Oxidizer gas suction device (jet pump)
Claims (9)
前記燃料電池を含む高温領域を取り囲むように設けられた断熱材と、
前記断熱材を収容し、前記断熱材の外部に低温領域を有する筐体と、
前記低温領域に配置され、前記燃料電池の発電に用いられる機器と、
前記酸化剤ガスを前記筐体の外部から前記低温領域に導入する酸化剤ガス導入路と、
前記低温領域に導入された前記酸化剤ガスを前記断熱材の内部に導入して前記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給路と、
前記酸化剤ガス導入路に配置された酸化剤ガス導入装置と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity with fuel gas and oxidant gas;
A heat insulating material provided so as to surround a high temperature area including the fuel cell;
A housing for containing the heat insulating material and having a low temperature region outside the heat insulating material;
A device disposed in the low temperature region and used for power generation of the fuel cell;
An oxidant gas introduction passage for introducing the oxidant gas from the outside of the casing to the low temperature region;
An oxidant gas supply passage for introducing the oxidant gas introduced into the low temperature region into the inside of the heat insulating material and supplying the fuel cell to the fuel cell;
An oxidant gas introduction device disposed in the oxidant gas introduction passage;
A fuel cell system comprising:
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 oxidant gas introduction device is disposed outside the housing.
The fuel cell system according to claim 1, characterized in that:
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 oxidant gas introduction device is disposed in the low temperature region inside the housing.
The fuel cell system according to claim 1, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池システム。 A space continuous with the low temperature region is formed between the periphery of the heat insulating material and the inner surface of the housing.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の燃料電池システム。 The device is disposed in the vicinity of the opening of the oxidizing gas introduction passage located in the low temperature region or the opening of the oxidizing gas supply passage located in the low temperature region.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の燃料電池システム。 The device is disposed on an extension of a blowing direction of the oxidant gas introduction passage in the low temperature region, or on an extension of a suction direction of the oxidant gas supply passage in the low temperature region.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の燃料電池システム。 It further comprises flow path changing means disposed at the opening of the oxidizing gas introduction path in the low temperature range, and changing the flow direction of the oxidizing gas introduced into the low temperature range.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein
ことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の燃料電池システム。 The system further comprises an oxidant gas suction device disposed in the oxidant gas supply path in the low temperature region and sucking the oxidant gas introduced into the low temperature region.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7, characterized in that:
前記燃料電池を含む高温領域を取り囲むように設けられた断熱材と、
前記断熱材を収容し、前記断熱材の外部に低温領域を有する筐体と、
前記低温領域に配置され、前記燃料電池の発電に用いられる機器と、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
酸化剤ガス導入装置を用いて前記酸化剤ガスを前記筐体の外部から前記低温領域に導入し、
前記低温領域に導入された前記酸化剤ガスを前記断熱材の内部に導入して前記燃料電池に供給する、
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A fuel cell that generates electricity with fuel gas and oxidant gas;
A heat insulating material provided so as to surround a high temperature area including the fuel cell;
A housing for containing the heat insulating material and having a low temperature region outside the heat insulating material;
A control method of a fuel cell system comprising: a device disposed in the low temperature region and used for power generation of the fuel cell;
Introducing the oxidant gas into the low temperature region from the outside of the housing using an oxidant gas introduction device;
Introducing the oxidant gas introduced into the low temperature region into the inside of the heat insulating material and supplying the fuel cell to the fuel cell;
And controlling a fuel cell system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017205272A JP6972910B2 (en) | 2017-10-24 | 2017-10-24 | Fuel cell system and fuel cell system control method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017205272A JP6972910B2 (en) | 2017-10-24 | 2017-10-24 | Fuel cell system and fuel cell system control method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019079678A true JP2019079678A (en) | 2019-05-23 |
JP6972910B2 JP6972910B2 (en) | 2021-11-24 |
Family
ID=66628868
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017205272A Active JP6972910B2 (en) | 2017-10-24 | 2017-10-24 | Fuel cell system and fuel cell system control method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6972910B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020009644A (en) * | 2018-07-09 | 2020-01-16 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell system and vehicle system having fuel cell system |
JP2021044163A (en) * | 2019-09-11 | 2021-03-18 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell unit support structure |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007087784A (en) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Corona Corp | Fuel cell cogeneration system |
JP2007103194A (en) * | 2005-09-06 | 2007-04-19 | Toto Ltd | Power source provided with solid oxide fuel cell |
JP2007329079A (en) * | 2006-06-09 | 2007-12-20 | Honda Motor Co Ltd | Package type fuel cell |
JP2010272288A (en) * | 2009-05-20 | 2010-12-02 | Aisin Seiki Co Ltd | Fuel cell system |
JP2011091004A (en) * | 2009-10-26 | 2011-05-06 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
JP2012028182A (en) * | 2010-07-23 | 2012-02-09 | Aisin Seiki Co Ltd | Fuel cell system |
JP2012234745A (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-29 | Konica Minolta Holdings Inc | Secondary battery type fuel cell system |
JP2013191315A (en) * | 2012-03-12 | 2013-09-26 | Aisin Seiki Co Ltd | Fuel cell system |
-
2017
- 2017-10-24 JP JP2017205272A patent/JP6972910B2/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007103194A (en) * | 2005-09-06 | 2007-04-19 | Toto Ltd | Power source provided with solid oxide fuel cell |
JP2007087784A (en) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Corona Corp | Fuel cell cogeneration system |
JP2007329079A (en) * | 2006-06-09 | 2007-12-20 | Honda Motor Co Ltd | Package type fuel cell |
JP2010272288A (en) * | 2009-05-20 | 2010-12-02 | Aisin Seiki Co Ltd | Fuel cell system |
JP2011091004A (en) * | 2009-10-26 | 2011-05-06 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
JP2012028182A (en) * | 2010-07-23 | 2012-02-09 | Aisin Seiki Co Ltd | Fuel cell system |
JP2012234745A (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-29 | Konica Minolta Holdings Inc | Secondary battery type fuel cell system |
JP2013191315A (en) * | 2012-03-12 | 2013-09-26 | Aisin Seiki Co Ltd | Fuel cell system |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020009644A (en) * | 2018-07-09 | 2020-01-16 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell system and vehicle system having fuel cell system |
JP7102993B2 (en) | 2018-07-09 | 2022-07-20 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell system and vehicle system equipped with the fuel cell system |
JP2021044163A (en) * | 2019-09-11 | 2021-03-18 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell unit support structure |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6972910B2 (en) | 2021-11-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH0475263A (en) | Package type fuel cell power generating unit | |
KR20180045716A (en) | Thermal management system for fuel cell vehicle and control method thereof | |
JPH05290868A (en) | Ventilation structure for package type fuel cell power generation device | |
US8883362B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5349251B2 (en) | Fuel cell system | |
JP4932265B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2011204446A (en) | Solid oxide fuel cell system | |
JP2019079678A (en) | Fuel cell system and control method of fuel cell system | |
JP3138118B2 (en) | Package type fuel cell power generator | |
JP2019114530A (en) | Fuel cell system | |
JP2020004726A (en) | Solid oxide fuel cell module | |
JP2011119095A (en) | Fuel cell system | |
JP4271245B2 (en) | Fuel cell system | |
JPH10284105A (en) | Package type fuel cell power generating device | |
JP2009277505A (en) | Fuel cell device | |
KR101449051B1 (en) | Thermal management system for fuel cell vehicle | |
KR101675204B1 (en) | Fuel cell system | |
US10998564B2 (en) | Fuel cell system | |
CN112696609A (en) | Hydrogen filling system | |
JP2013069685A (en) | Power supply device | |
JP2002008687A (en) | Fuel cell power generator | |
JP2019079680A (en) | Fuel cell system and control method of fuel cell system | |
JP5166971B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2005032685A (en) | Fuel cell system | |
JP2016110723A (en) | Fuel battery cogeneration system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200804 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210618 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210629 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210830 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20211005 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20211018 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6972910 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |