JP2019079680A - Fuel cell system and control method of fuel cell system - Google Patents
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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 There are a high temperature area in which the fuel cell is surrounded by a heat insulating material, and an area in which electrical components and the like required for the operation of the fuel cell are disposed.
燃料電池を含む高温領域をハウジング内部に配置する燃料電池システムでは、燃料電池システムの運転の観点からハウジング内部を冷却する必要がある。また、このような燃料電池システムでは、設置場所の事情等により、ハウジングの気密性の確保が要求される場合がある。 In a fuel cell system in which a high temperature area including a fuel cell is disposed inside a housing, it is necessary to cool the inside of the housing from the viewpoint of operation of the fuel cell system. In addition, in such a fuel cell system, it may be required to ensure the airtightness of the housing due to the circumstances of the installation place and the like.
そこで、国際公開2012−091031では、ハウジングの内部に高温となる発電部と、ブロアとを有し、当該ブロアによって、ハウジングの外部と連通する空気導入路から外部の空気を吸引するとともに、吸引した空気を発電部周辺に形成された冷却空気流路を介して発電部へ供給している。これにより、ハウジング内に外気を導入しながらも、ハウジングの気密性を確保しつつ発電部からの放熱を抑制し、ハウジング内の冷却を行っている。 Therefore, WO 2012-091031 has a power generation unit with high temperature inside the housing and a blower, and the blower sucks and sucks the external air from the air introduction path communicating with the outside of the housing by the blower. Air is supplied to the power generation unit via a cooling air flow path formed around the power generation unit. As a result, while the outside air is introduced into the housing, the heat dissipation from the power generation unit is suppressed while the airtightness of the housing is secured, and the inside of the housing is cooled.
しかしながら、特許文献1に開示された構造では、空気導入路の圧損によりハウジング内部の圧力が下がり、負圧が大きくなるので、ハウジング内部と外部とに大きな圧力差が発生する。その結果、ハウジングの耐圧設計要求が高まり、ハウジングが大型化、重量化して製造コストの増大につながるという問題がある。
However, in the structure disclosed in
本発明は、ハウジング内に外気を導入しながらも、ハウジング内部と外部との圧力差を小さくし、ハウジングの小型化、低コスト化を実現する技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a technology for reducing the pressure difference between the inside and the outside of the housing and realizing downsizing and cost reduction of the housing while introducing the outside air into the housing.
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、燃料電池を取り囲むように設けられた断熱材と、燃料電池と断熱材とを収容する筐体とを備える。そして、燃料電池システムはさらに、酸化剤ガスを筐体の外部から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、酸化剤ガス供給路に配置された酸化剤ガス供給装置と、筐体の内部かつ断熱材の外部の領域における酸化剤ガス供給路に配置され、当該領域に酸化剤ガスを導入する酸化剤ガス導入部と、燃料電池からの排気を筐体の外部に排出するための排気通路と、前述の領域における排気通路上に配置され、当該領域に導入された酸化剤ガスを吸引する酸化剤ガス吸引装置と、を備える。 According to the fuel cell system according to the present invention, there are provided a fuel cell that generates electric power with fuel gas and oxidant gas, a heat insulating material provided so as to surround the fuel cell, and a housing for containing the fuel cell and the heat insulating material. Prepare. Then, the fuel cell system further introduces an oxidant gas from the outside of the casing into the interior of the heat insulating material and supplies the oxidant gas supply passage to the fuel cell and the oxidant gas supply disposed in the oxidant gas supply passage. The device, an oxidant gas introduction unit disposed in an oxidant gas supply path in an area inside the casing and outside the heat insulating material, for introducing the oxidant gas into the area, and an exhaust from the fuel cell outside the casing And an oxidant gas suction device which is disposed on the exhaust passage in the above-mentioned region and sucks the oxidant gas introduced into the region.
本発明によれば、筐体の内部かつ断熱材の外部の領域に導入される空気量と、当該領域から排出される空気量とを制御し、筐体の内部と外部との圧力差を小さくすることができるので、筐体の耐圧設計要求に対する製造コストの増加を抑制することができる。 According to the present invention, the amount of air introduced into the region inside the casing and the region outside the heat insulating material and the amount of air discharged from the region are controlled to reduce the pressure difference between the inside and the outside of the casing. As a result, it is possible to suppress the increase in the manufacturing cost with respect to the pressure resistance design requirement of the housing.
−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、断熱材2と、空気供給路3と、空気導入路4と、ブロア5と、燃料供給路6と、排気通路7と、吸引装置8と、吸引口9と、筐体10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規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1を構成する単位セルは、固体酸化物形燃料電池(SOFC: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ガス及び酸化剤ガス(空気)の供給を受けて発電を行う。
A fuel cell stack 1 (hereinafter simply referred to as "
断熱材2は、例えばシリカ系セラミックス等の断熱材量で構成される。断熱材2が筐体10の内部において燃料電池1を取り囲むように設けられることにより、燃料電池1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2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10の内部における断熱材2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10は、断熱材2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。なお、筐体10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。また、筐体10は、断熱材2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
また、図示していないが、本実施形態の燃料電池システム100は、燃料電池1が発電するために必要となる機器(補機類)を備える。燃料電池1が発電するために必要となる補機類のうち、発電時に加熱する、あるいは加熱される補機類は、断熱材2内の高温領域Hに配置される。より具体的には、例えば、蒸発器、熱交換器、改質器、燃焼器(排気燃焼器)等の補機類は、高温領域Hに配置される。燃料電池1および高温となる補機類が断熱材2により区画された高温領域Hに配置されることにより、これらの熱が外部へ放熱することを抑制することができる。
Further, although not shown, the
一方、燃料電池1が発電するために必要となる補機類のうち、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機器は、低温領域Lに配置される。より具体的には、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の電気部品や、燃焼器に燃料を供給するためのインジェクタ等は、低温領域Lに配置される。
On the other hand, among the accessories required for the
空気供給路3は、筐体10の外部から筐体10の内部(低温領域L)に空気(酸化剤ガス、カソードガス)を導入するとともに、断熱材2の内部に配置された燃料電池1に不図示の補機類(熱交換器等)を介して空気を供給するための流路(例えば配管)である。空気供給路3は、筐体10の外部からの空気の一部を低温領域Lに導入するための空気導入路4を備える。
The
空気導入路4は、低温領域Lにおける空気供給路3に配置され、筐体10の外部からの空気を低温領域Lに導入するための空気導入部として機能する。本実施形態の空気導入路4は、低温領域Lにおいて空気供給路3から分岐する管である。より詳細には、空気導入路4は、空気供給路3内の流路と連通して分岐した流路であり、その開口部が低温領域L内に位置する様に構成された配管である。ただし、低温領域Lに空気を導入するための空気導入部としては、必ずしも管状である必要はなく、低温領域Lにおいて空気供給路3に設けられた孔であってもよい。
The air introduction passage 4 is disposed in the
また、空気供給路3は、空気供給装置としてのブロア5を備える、本実施形態のブロア5は、筐体10の外部に配置される。空気供給路3において、空気導入路4との分岐位置の上流にブロア5が配置されることにより、筐体10の外気を空気供給路3を介して燃料電池1へ積極的に供給できるとともに、空気導入路4を介して筐体10内に積極的に導入することができる。なお、空気導入装置としては、ブロアに限らず、ファンやコンプレッサ等でもよい。
Moreover, the
このように、燃料電池システム100は、ブロア5から供給される空気の一部を筐体10の内部かつ断熱材2の外側の領域(低温領域L)に積極的に導入できるように構成される。これにより、燃料電池システム100は、低温領域Lに導入される空気量と、後述する吸引装置8によって吸引されて筐体10の外部に排出される空気量とのバランスを調整することにより、筐体10内の圧力を調整することが可能となる。詳細は後述する。
Thus, the
なお、筐体10は、通常常温領域に設置されるので、筐体10の近傍の外気は、断熱材2の内部(高温領域H)の温度よりも通常低くなる。このため、筐体10の外気が筐体10の内部に導入されることにより、筐体10の内部における断熱材2の外側の領域の温度を高温領域Hよりも低くすることができる。
In addition, since the housing |
燃料供給路6は、筐体10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10内の低温領域Lを通して断熱材2内に導入するとともに、不図示の補機類(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。
The
排気通路7は、燃料電池1からの排ガス(オフガス)を筐体10の外部に排出するための排気管である。排気通路7は、低温領域L内の空気を吸引し、吸引した空気を排気通路7を介して筐体10の外部へ排出するための吸引装置8を備える。
The
吸引装置8は、低温領域Lにおける排気通路7に配置され、排気通路7の流路内に筐体10内の空気を吸引するための空気吸引手段として機能する。本実施形態の吸引装置8は、例えばジェットポンプである。空気吸引手段としてジェットポンプを用いる場合は、燃料電池1からの排ガスがジェットポンプを介して筐体10の外部へ流れる際に、いわゆるベンチュリ効果によって低温領域内の空気が吸引口9から吸入される。これにより、低温領域L内の空気を排気通路7を介して筐体10の外部へ積極的に排出することができる。なお、空気吸引手段としては、ジェットポンプに限られず、低温領域Lの空気を排気通路7を介して排出可能に構成されたポンプ、ブロア、またはコンプレッサ等であってもよい。
The
このように、本実施形態の燃料電池システム100は、ブロア5から供給される空気の一部を低温領域Lに積極的に導入できるように構成された空気導入路4と、低温領域L内の空気を積極的に吸引し筐体10の外部へ排出できるように構成された吸引装置8とを備える。これにより、燃料電池システム100は、筐体10内に導入される空気量と筐体10外に排出される空気量とのバランスを制御することができる。これにより、筐体10の内部と外部の圧力差を小さくすることができるので、筐体10の耐圧構造を簡素化することができ、筐体10をより小型化、軽量化することが可能となる。その結果、燃料電池システムの製造コストを低減することができる。
As described above, in the
また、本実施形態の燃料電池システム100は、筐体10内における低温領域Lの圧力を、筐体10の外部の圧力(大気圧)を基準とする所定の圧力範囲内に収まるように制御してもよい。所定の圧力範囲内とは、耐圧性能の観点から、筐体10の内部と外部との圧力差に起因して要求される設計事項が生じないか、生じたとしても、筐体10の内部と外部との圧力差が無い場合に比べて製造コストの増加を生じさせない程度の圧力範囲内をいう。換言すると、所定の圧力範囲内とは、耐圧構造、あるいは製造コストの観点から筐体10の内部と外部との圧力差を実質的に無視できる圧力範囲内である。なお、「要求される設計事項」とは、例えば、筐体10の剛性および強度を増大させるために更に必要となる構造および部材などに関する設計事項や、気密性および水密性を向上させるために更に必要となる設計事項など、耐圧構造全般に関する設計事項である。
In addition, the
このように、燃料電池システム100における筐体10の内部と外部の圧力差が所定の範囲内に収まるように制御されることにより、筐体10の耐圧構造を筐体10の内部と外部との圧力差が無い場合と同様に簡素化することができる。そのため、従来に比べて筐体10をより小型化、軽量化することが可能となり、製造コストを低減することができる。
By controlling the pressure difference between the inside and the outside of the
なお、本実施形態の筐体10の内部の圧力は、大気圧よりも高い正圧に制御されてもよい。具体的には、空気導入路4から導入される空気量よりも吸引装置8から吸引される空気量が小さくなるように制御することにより、筐体10の内部の圧力を正圧にすることができる。これにより、筐体10の外部から内部へ水や埃等が侵入し難くし、筐体10の水密性をより向上させることができる。なお、ここでの正圧は上記の所定の圧力範囲内における上限値に収まる正圧であることが望ましい。
In addition, the pressure inside the housing | casing 10 of this embodiment may be controlled by the positive pressure higher than atmospheric pressure. Specifically, by controlling the amount of air drawn from the
他方、本実施形態の筐体10の内部の圧力は、大気圧よりも低い負圧に制御されてもよい。具体的には、空気導入路4から低温領域Lに導入される空気量を制限すればよい。例えば、空気供給路3を介して燃料電池1に供給される空気量(流量)を、空気導入路4を介して低温領域Lに導入される空気量よりも大きくすればよい。具体的手段としては、空気導入路4の断面積(流路径)を、空気導入路が分岐する位置における空気供給路3の断面積(流路径)よりも小さく設定する。
On the other hand, the pressure inside the
これにより、低温領域Lに導入される空気の量が燃料電池1に供給される空気の量よりも小さく制限されるので、筐体10の内部の圧力を負圧に制御しやすくなる。このようにして低温領域Lの圧力を負圧に制御することにより、筐体10内の圧力を昇圧するのに比べて、ブロア5の消費電力を小さくすることができる。なお、ここでの負圧は上記の所定の圧力範囲内における下限値に収まる負圧であることが望ましい。
As a result, the amount of air introduced into the low temperature region L is restricted to be smaller than the amount of air supplied to 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(空気)で発電を行う燃料電池1と、燃料電池1を取り囲むように設けられた断熱材2と、燃料電池1と断熱材2とを収容する筐体10とを備え、さらに、酸化剤ガスを筐体10の外部から断熱材2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3)と、空気供給路3に配置された酸化剤ガス供給装置(ブロア5)と、筐体10の内部かつ断熱材2の外部の領域(低温領域L)における空気供給路3に配置され、低温領域Lに空気を導入する酸化剤ガス導入部(空気導入路4)と、燃料電池1からの排気(排ガス)を筐体10の外部に排出するための排気通路7と、低温領域Lにおける排気通路7上に配置され、低温領域Lに導入された空気を吸引する酸化剤ガス吸引装置(吸引装置8)と、を備える。
As described above, according to the
これにより、筐体の内部かつ断熱材の外部の領域に導入される空気量と、当該領域から排出される空気量とを制御し、筐体の内部と外部との圧力差を小さくすることができる。その結果、従来に比べて筐体10をより小型化、軽量化することが可能となり、筐体10の耐圧設計要求に対する製造コストの増加を抑制することができる。
Thereby, the amount of air introduced into the region inside the casing and the region outside the heat insulating material and the amount of air discharged from the region are controlled to reduce the pressure difference between the inside and the outside of the casing. it can. As a result, it is possible to reduce the size and weight of the
また、第1実施形態の燃料電池システム100によれば、筐体10内の圧力は、大気圧を基準とする所定の圧力範囲内に収まるように調整される。これにより、筐体10の耐圧構造を筐体10の内部と外部との圧力差が無い場合と同様に簡素化することができるので、従来に比べて筐体10をより小型化、軽量化することが可能となり、筐体10の耐圧設計要求に対する製造コストの増加を回避することができる。
Further, according to the
また、第1実施形態の燃料電池システム100によれば、筐体10内の圧力を正圧にしてもよい。これにより、筐体10の外部から内部へ水や埃等が侵入し難くし、筐体10の水密性をより向上させることができる。
Further, according to the
また、第1実施形態の燃料電池システム100によれば、燃料電池1に供給される空気の流量は、空気導入路4から低温領域Lに導入される空気の流量よりも大きい。これにより、低温領域Lに導入される空気の量が燃料電池1に供給される空気の量よりも小さく制限されるので、筐体10の内部の圧力を負圧に制御することができる。その結果、筐体10内の圧力を昇圧するのに比べて、ブロア5の消費電力を小さくすることができる。
Further, according to the
また、第1実施形態の燃料電池システム100によれば、空気導入路4は、低温領域Lにおいて空気供給路3から分岐する管であって、管の断面積は、管が分岐する位置における空気供給路3の断面積よりも小さい。これにより、バルブ等の他の部品をさらに要することなく筐体10内の圧力を負圧にすることができる。
Further, according to 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、吸引装置8が開閉弁11を備える点である。
FIG. 2 is a schematic configuration view for explaining a
開閉弁11は、吸引装置8が吸引口9から低温領域Lの空気を吸引する際の流路を開閉する弁である。排気通路7に配置された吸引装置8が開閉弁11を備えることで、吸引口9から排気通路7へ連通する流路を開閉することができる。これにより、開閉弁11を閉弁することにより筐体10の外部から排気通路7を介して低温領域Lまで続く流路を断絶することができるので、排気通路7における吸引装置8の下流側から低温領域Lへ水蒸気や水等が逆流することを防止することができる。
The on-off
また、開閉弁11を開閉制御することで、排気通路7を介して筐体10の外部に排出される筐体10内の空気量を調整することができるので、空気導入路4から導入される空気量に応じて開閉弁11の開閉を調整することにより筐体10内の圧力を制御することができる。
Further, by controlling the opening and closing of the on-off
開閉弁11は、公知の弁が採用されればよい。具体的には、圧力差で駆動する機械式圧力弁(差圧制御弁)、温度差で駆動するバイメタル弁、または、電気駆動弁としてのソレノイド(電磁弁)やステッピングモータ(電動弁)などであればよく、本実施形態においては特に限定されない。
A known valve may be employed as the on-off
例えば、開閉弁11として差圧制御弁を採用した場合は、入り口圧力と出口圧力、すなわち、筐体10の内部圧力と外部圧力の差圧を一定に自動で調整するように構成することができる。また、バイメタル弁の開閉は熱により制御されるので、所定温度より低いと閉弁し、所定温度より高いと開弁するように構成できる。したがって、開閉弁11にバイメタル弁を採用した場合は、燃料電池1の運転中は、その排ガスにより排気通路7の温度が上昇するので開閉弁が自動で開き、燃料電池1が停止すると、排気が止まり、排気通路7の温度が低下するので、開閉弁11が自動で閉まるように構成することができる。また、開閉弁11として電気駆動弁が採用されてよい。その場合は、電気駆動弁の駆動源としての電力は、例えば筐体10の外部に配置された不図示の電源から、図示しない電装ライン(電気配線)を介して供給される。
For example, when a differential pressure control valve is employed as the on-off
以上、第2実施形態の燃料電池システム200によれば、吸引装置8は、空気の吸引量を制御するための開閉弁11を備える。これにより、開閉弁11を閉弁することにより筐体10の外部から排気通路7を介して低温領域Lまでの流路を断絶することができるので、排気通路7における吸引装置8の下流側から低温領域Lへ水蒸気や水等が逆流することを防止することができる。また、空気導入路4から導入される空気量に応じて開閉弁11の開閉を調整することにより筐体10内の圧力を制御することができる。
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と異なる点は、空気導入路4が開閉弁12を備える点である。
FIG. 3 is a schematic configuration view for explaining a
開閉弁12は、空気導入路4が筐体10の外部からの空気を低温領域Lに導入する際の流路を開閉可能な弁である。空気導入路4が開閉弁12を備えることで、筐体10の外部から空気供給路3および空気導入路4を介して筐体10の内部へ連通する流路を開閉制御することができる。これにより、空気導入路4を介して筐体10の内部に導入される空気量を調整することができるので、吸引装置8から吸引される空気量に応じて開閉弁12の開閉を調整することにより筐体10内の圧力を制御することができる。
The on-off
なお、開閉弁12は、第2実施形態の説明において上述したのと同様に、公知の弁を採用すればよい。具体的には、例えば、圧力差で駆動する機械式圧力弁(差圧制御弁)、電気駆動弁としてのソレノイド(電磁弁)やステッピングモータ(電動弁)などであればよく、本実施形態においては特に限定されない。
The on-off
以上、第3実施形態の燃料電池システム300によれば、空気導入路4は、空気の導入量を制御するための開閉弁12を備える。これにより、空気導入路4を介して筐体10の内部に導入される空気量を調整することができるので、吸引装置8から吸引される空気量に応じて開閉弁12の開閉を調整することにより筐体10内の圧力を制御することができる。
As mentioned 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4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と異なる点は、吸引口9の配置に以下の限定を加えた点である。
FIG. 4 is a schematic configuration view for explaining a
すなわち、燃料電池システム400が備える吸引口9は、排気通路7の少なくとも排出口13よりも重力方向における高い位置にて開口するように配置される。これにより、排出口13から水が侵入した場合でも、バルブ等の追加の部材を要することなく筐体10内に水が侵入することを防止することができる。
That is, the
以上、第4実施形態の燃料電池システム400によれば、吸引装置8は、空気を吸引する吸引口9を有し、吸引口9は、排気通路7の排出口13よりも高い位置で開口するように構成される。これにより、排出口13から水が侵入した場合でも、バルブ等の追加の部材を要することなく筐体10内に水が侵入することを防止することができる。
As described above, 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5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と異なる点は、低温領域Lにおける電気部品14の配置に以下の限定を加えた点である。
FIG. 5 is a schematic configuration view for explaining a
電気部品14は、燃料電池システムを構成する電気部品であって、燃料電池1、および上述した不図示の補機類を動作させ、制御するために必要な電気部品(電装品)である。また、電気部品14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。また、低温領域Lに上述した電気駆動弁やコンプレッサ等が配置される場合は、それらを駆動するために必要な電気部品も含まれる。
The
そして、電気部品14は、低温領域Lにおいて以下のように配置される。すなわち、電気部品14は、空気導入路4の開口部(導入口15)の近傍、または、吸引口9の近傍、もしくは、導入口15および吸引口9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。
Then, the
図5では、導入口15と吸引口9とを、その開口面が向かい合うように構成するとともに、電気部品14が導入口15と吸引口9とを結ぶ直線上に配置された例を示している。電気部品14がこのように配置されることにより、電気部品14の表面を流れる空気量が増加するので(図中の一点鎖線矢印参照)、電気部品14の表面と空気との熱交換が効率よく行われ、電気部品14を効果的に冷却することができる。
FIG. 5 shows an example in which the introduction port 15 and the
なお、電気部品14の配置は図示する位置に限られない。電気部品14は、導入口15または吸引口9の近く、もしくは、導入口15から吹出される空気の流れ方向(吹き出し方向)または吸引口9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のいずれかに配置されれば良い。また、そのように配置される際における導入口15および吸引口9の開口面の方向は、図5あるいは上述した図1から4で図示する方向に限られず、特に限定されない。また、図5における電気部品14は一箇所に固めて配置されているが、電気部品14が複数の電気部品を含む場合は、上述の規定の範囲内において分散して配置されてもよい。
The arrangement of the
以上、第5実施形態の燃料電池システム500によれば、燃料電池システムを構成する電気部品14が配置され、電気部品14は、空気導入路4の開口部(導入口15)、または、吸引装置8の吸引口9の近傍に配置される。これにより、電気部品14の表面を流れる空気量が増加するので、電気部品14の表面と空気との熱交換が効率よく行われ、電気部品14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5実施形態の燃料電池システム500によれば、電気部品14は、導入口15の吹き出し方向の延長線上、または吸引口9の吸い込み方向の延長線上に配置される。これにより、電気部品14の表面を流れる空気量が増加するので、電気部品14の表面と空気との熱交換がより効率よく行われ、電気部品14をより効果的に冷却することができる。
Further, 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
また、上記実施形態に係る空気導入装置(ブロア5)は、筐体10の外部に配置される必要は必ずしもなく、図6に示す変形例のように、筐体10の内部(低温領域L)に配置されてもよい。これにより、ブロア5が筐体10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5の防水性を向上させることができる。結果として、ブロア5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100の構造を複雑化させることなく、燃料電池システム全体の防水性を向上させることができる。
In addition, the air introducing device (blower 5) according to the above embodiment does not have to be disposed outside the
また、上記実施形態に係る空気導入路4および吸引装置8は、その全体が低温領域Lに収まるように配置される必要は必ずしもなく、図7に示す変形例のように配置されてもよい。すなわち、空気導入路4は、その導入口15が低温領域L内に位置していればよく、空気供給路3からの分岐点が筐体10の外部に位置していてもよい。また、吸引装置8は、吸引口9が低温領域L内に位置する限り、筐体10の外部に配置されていてもよい。
Further, the air introduction passage 4 and the
なお、上記の各実施形態および変形例は、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 and modification are combinable suitably in the range which a contradiction does not produce.
1…燃料電池
2…断熱材
3…酸化剤ガス供給路(空気供給路)
4…酸化剤ガス導入部(空気導入路)
5…酸化剤ガス供給装置(ブロア5)
7…排気通路
8…酸化剤ガス吸引装置(吸引装置)
9…吸引口
10…筐体
11…開閉弁
12…開閉弁
13…排出口
14…電気部品
15…空気導入路の開口部(導入口)
DESCRIPTION OF
4 ... Oxidant gas inlet (air inlet)
5 ... Oxidizer gas supply device (blower 5)
7 ...
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記燃料電池を取り囲むように設けられた断熱材と、
前記燃料電池と前記断熱材とを収容する筐体と、
前記酸化剤ガスを前記筐体の外部から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、
前記酸化剤ガス供給路に配置された酸化剤ガス供給装置と、
前記筐体の内部かつ前記断熱材の外部の領域における前記酸化剤ガス供給路に配置され、前記領域に前記酸化剤ガスを導入する酸化剤ガス導入部と、
前記燃料電池からの排気を前記筐体の外部に排出するための排気通路と、
前記領域における前記排気通路上に配置され、前記領域に導入された前記酸化剤ガスを吸引する酸化剤ガス吸引装置と、
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 to surround the fuel cell;
A housing for containing the fuel cell and the heat insulating material;
An oxidant gas supply passage for introducing the oxidant gas from the outside of the housing into the inside of the heat insulating material and supplying the fuel cell to the fuel cell;
An oxidant gas supply device disposed in the oxidant gas supply path;
An oxidant gas introduction unit which is disposed in the oxidant gas supply passage in an area inside the casing and outside the heat insulating material and introduces the oxidant gas into the area;
An exhaust passage for exhausting the exhaust gas from the fuel cell to the outside of the housing;
An oxidant gas suction device which is disposed on the exhaust passage in the region and sucks the oxidant gas introduced into the region;
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 pressure in the housing is adjusted to fall within a predetermined pressure range based on atmospheric pressure.
The fuel cell system according to claim 1, characterized in that:
ことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。 The pressure in the housing is a positive pressure,
The fuel cell system according to claim 2, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell is larger than the flow rate of the oxidant gas introduced into the region from the oxidant gas inlet.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that.
前記管の断面積は、前記管が分岐する位置における前記酸化剤ガス供給路の断面積よりも小さい、
ことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。 The oxidant gas introduction unit is a pipe that branches from the oxidant gas supply path in the region, and
The cross-sectional area of the pipe is smaller than the cross-sectional area of the oxidant gas supply passage at the position where the pipe branches.
The fuel cell system according to claim 4,
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The oxidant gas suction device includes an on-off valve for controlling the suction amount of the oxidant gas.
A 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のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The oxidant gas introduction unit includes an on-off valve for controlling the introduction amount of the oxidant gas.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, characterized in that:
前記吸引口は、前記排気通路の排出口よりも高い位置で開口するように構成される、
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The oxidizing gas suction device has a suction port for sucking the oxidizing gas.
The suction port is configured to open at a position higher than a discharge port of the exhaust passage.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7, characterized in that:
前記電気部品は、前記酸化剤ガス導入部の開口部、または、前記酸化剤ガス吸引装置の吸引口の近傍に配置される、
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 In the area, electrical components constituting the fuel cell system are disposed;
The electrical component is disposed in the vicinity of an opening of the oxidant gas inlet or a suction port of the oxidant gas suction device.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 8, characterized in that.
前記電気部品は、前記酸化剤ガス導入部の吹き出し方向の延長線上、または前記酸化剤吸引装置の吸引口における吸い込み方向の延長線上に配置される、
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 In the area, electrical components constituting the fuel cell system are disposed;
The electrical component is disposed on an extension of a blow-off direction of the oxidant gas inlet or an extension of a suction direction at a suction port of the oxidant suction device.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 9, wherein
前記燃料電池を取り囲むように設けられた断熱材と、
前記燃料電池と前記断熱材とを収容する筐体と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
酸化剤ガス供給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断熱材の内部に導入して前記燃料電池に供給するとともに、前記筐体の内部かつ前記断熱材の外部の領域に導入し、
吸引した前記領域に挿入された前記酸化剤ガスを前記燃料電池からの排気とともに前記筐体の外部に排出する、
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 to surround the fuel cell;
A control method of a fuel cell system, comprising: a housing for containing the fuel cell and the heat insulating material;
The oxidant gas is introduced from the outside of the casing into the inside of the heat insulating material using the oxidant gas supply device and supplied to the fuel cell, and in the region inside the casing and outside the heat insulating material Introduced
Exhausting the oxidant gas inserted into the sucked area to the outside of the housing together with the exhaust from the fuel cell;
And controlling a fuel cell system.
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- 2017-10-24 JP JP2017205284A patent/JP7056074B2/en active Active
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