JP2023169741A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な機構で暖機運転を実施しつつ、ヒートスポットを抑制することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池と、燃料ガス供給装置と、酸化剤ガス供給装置と、冷媒供給装置と、燃料電池の温度を測定する燃料電池温度測定装置と、制御部と、を備え、制御部は、燃料電池の温度が目標温度未満である場合、冷媒の供給を停止し、かつ、酸化剤ガスの供給量を制御することにより、酸化剤ガスにより燃料電池を冷却しながら燃料電池による発電を実施し、燃料電池の温度を目標温度まで昇温させる暖機運転を行う、燃料電池システムである。【選択図】図2
Description
本願は燃料電池システムを開示する。
燃料電池システムは、燃料電池に酸化剤ガスと燃料ガスとを供給することにより発電する発電装置である。燃料電池は発電効率を高めるために、通常、所定の目標温度で発電が実施される。そのため、燃料電池を低温で起動する場合、燃料電池の温度を目標温度まで速やかに昇温する必要がある。このようなプロセスを暖機運転と呼ぶ。暖機運転は燃料電池が発電することにより実施される。
低温起動時に燃料電池システムを暖機運転する方法は、例えば、特許文献1、2に開示されている。特許文献1、2では、燃料電池スタックに流す冷媒の供給量を調整することにより、昇温速度を高めている。
暖機運転において、燃料電池の昇温速度を高めるために、冷媒を燃料電池に全く供給しないことが考えられる。しかし、冷媒を全く供給しない場合、燃料電池にヒートスポットが発生するため、燃料電池の劣化が促進する問題がある。
一方で、特許文献1、2に記載されているように冷媒の供給量を調整すると、ヒートスポットの発生をある程度抑制することができるが、冷媒流路にバルブ等を設置する必要があり、システムの複雑化及びコスト増加の懸念がある。
そこで、本開示の主な目的は、簡易な機構で暖機運転を実施しつつ、ヒートスポットを抑制することができる燃料電池システムを提供することである。
本開示は、燃料ガスと酸化剤ガスが供給されることにより発電する燃料電池と、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、燃料電池に冷媒を供給する冷媒供給装置と、燃料電池の温度を測定する燃料電池温度測定装置と、制御部と、を備え、制御部は、燃料電池の温度が目標温度未満である場合、冷媒の供給を停止し、かつ、酸化剤ガスの供給量を制御することにより、酸化剤ガスにより燃料電池を冷却しながら燃料電池による発電を実施し、燃料電池の温度を目標温度まで昇温させる暖機運転を行う、燃料電池システムを提供する。
上記燃料電池システムにおいて、冷媒は冷却ガスであってもよい。
本開示の燃料電池システムによれば、簡易な機構で暖機運転を実施しつつ、ヒートスポットを抑制することができる。
[燃料電池システム100]
本開示の燃料電池システムについて、一実施形態である燃料電池システム100を用いて詳しく説明する。図1に燃料電池システム100のブロック図を示した。
本開示の燃料電池システムについて、一実施形態である燃料電池システム100を用いて詳しく説明する。図1に燃料電池システム100のブロック図を示した。
図1の通り、燃料電池システム100は、燃料電池10と、燃料ガス配管部20と、酸化剤ガス配管部30と、冷媒配管部40と、制御部50と、を備えている。
<燃料電池10>
燃料電池10は、複数の単セルを直列に積層してなるものである。単セルは電解質膜、該電解質膜の一方の面に配置されるアノード、及び該電解質膜の他方の面に配置されるカソードを有している。具体的には、電解質膜の両面に触媒層が配置されており、触媒層の外側にガス拡散層が配置され、さらにガス拡散層の外側に燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路が形成されたセパレータがそれぞれ配置されている。このような単セルは一般的な構成である。ここで、単セルにおいて、触媒層及びガス拡散層がアノード又はカソードとして機能する。
燃料電池10は、複数の単セルを直列に積層してなるものである。単セルは電解質膜、該電解質膜の一方の面に配置されるアノード、及び該電解質膜の他方の面に配置されるカソードを有している。具体的には、電解質膜の両面に触媒層が配置されており、触媒層の外側にガス拡散層が配置され、さらにガス拡散層の外側に燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路が形成されたセパレータがそれぞれ配置されている。このような単セルは一般的な構成である。ここで、単セルにおいて、触媒層及びガス拡散層がアノード又はカソードとして機能する。
単セルに配置される電解質膜、触媒層、ガス拡散層及びセパレータは特に限定されず、公知のものを使用することができる。例えば、電解質膜としては固体高分子材料からなるイオン交換膜を挙げることができる。触媒層としては、白金系の触媒を挙げることができる。ガス拡散層としては、炭素材料等の多孔質材料を挙げることができる。セパレータとしては、ステンレス鋼等の金属材料やカーボンコンポジット材等の炭素材料を挙げることができる。
燃料電池10は、アノードに燃料ガスが供給され、カソードに酸化剤ガスが供給されることにより、電気化学反応が生じて発電する。発電された電流は、例えば燃料電池システム100が車両に備えられている場合、車両に備えられる電力負荷に使用されたり、バッテリに蓄電されたりする。
なお、燃料電池10は、暖機運転時において、酸化剤ガスによる冷却でヒートスポットの発生が抑制可能なサイズ・容量のものを選択してもよい。
<燃料ガス配管部20>
燃料ガス配管部20は燃料ガスを燃料電池10のアノードに供給するためのものである。燃料ガス配管部20は、燃料ガス供給源21と、インジェクタ22と、エジェクタ23と、気液分離器24と、排気排水弁25とを備えている。また、燃料ガス配管部20はこれらの部材に接続される配管である流路20a~20fを備えている。さらに、燃料ガス配管部20は燃料電池10の燃料ガス入口側に燃料ガス圧力測定装置P1を備えている。なお、燃料ガス配管部20はその他に一般的に燃料ガス配管部に備えられる部材を備えていてもよい。
燃料ガス配管部20は燃料ガスを燃料電池10のアノードに供給するためのものである。燃料ガス配管部20は、燃料ガス供給源21と、インジェクタ22と、エジェクタ23と、気液分離器24と、排気排水弁25とを備えている。また、燃料ガス配管部20はこれらの部材に接続される配管である流路20a~20fを備えている。さらに、燃料ガス配管部20は燃料電池10の燃料ガス入口側に燃料ガス圧力測定装置P1を備えている。なお、燃料ガス配管部20はその他に一般的に燃料ガス配管部に備えられる部材を備えていてもよい。
燃料ガス供給源21は、水素ガスを貯留する高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成されていてもよい。あるいは、燃料ガス供給源21は、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、から構成されていてもよい。従って、燃料ガスとは水素ガスや改質ガスである。
流路20aは燃料ガス供給源21とインジェクタ22とを接続する配管であり、燃料ガス供給源から供給される燃料ガスをインジェクタ22に流す役割を有している。流路20aには、燃料ガス供給源21の開閉を制御する遮断弁や、燃料ガスの圧力を制御するレギュレータが備えられていてもよい。
インジェクタ22は燃料電池10に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置であり、燃料電池10に供給する燃料ガスの供給量を制御することができる。インジェクタ22から供給される燃料ガスの供給量は制御部50により制御されている。インジェクタ22としては、例えばオン-オフバルブやソレノイドバルブ等が挙げられる。
流路20bはインジェクタ22とエジェクタ23とを接続する配管であり、インジェクタ22から供給される燃料ガスをエジェクタ23に流す役割を有している。
エジェクタ23は、インジェクタ22から供給された燃料ガスを燃料電池10に供給する役割を有する。また、エジェクタ23は、気液分離器24によって分離された循環ガスを燃料電池10に供給する役割を有している。さらに、エジェクタ23は、インジェクタ22から供給された燃料ガスと気液分離器24によって分離された循環ガスとを混合した混合ガスを燃料電池に供給する役割を有している。このようなエジェクタ23は公知である。
流路20c(燃料ガス供給流路)は燃料電池10とエジェクタ23とを接続する配管であり、エジェクタ23から供給される燃料ガスを燃料電池10に流す役割を有している。
燃料ガス圧力測定装置P1は流路20cに配置されており、燃料電池10に供給される燃料ガスの圧力を測定する。測定結果は制御部50に送信される。
流路20d(燃料ガス排出流路)は燃料電池10と気液分離器24とを接続する配管であり、燃料電池10から排出された燃料ガス(燃料オフガス)を気液分離器24に流す役割を有している。燃料オフガス中には、燃料電池10の電気化学反応により生成された液水が含まれている。
気液分離器24は、燃料電池10から排出される燃料オフガス中のから気体成分と液体成分とを分離する機能を有するものである。分離された気体成分は流路20eに供給される。分離された液体成分は排気排水弁25を介して流路20fに排出される。ここで、液体成分とは、燃料電池10の電気化学反応により生成した水であり、不可避的に含まれる不純物が含まれていてもよい。気体成分は未反応の燃料ガスであり、不可避的に含まれる不純物が含まれていてもよい。
流路20e(循環流路)は気液分離器24とエジェクタ23とを接続する配管であり、気液分離器24により分離された気体成分(循環ガス)をエジェクタ23に流す役割を有している。
排気排水弁25は気液分離器24によって分離された液体成分の排出を制御するものである。排気排水弁25は、気体成分の圧力を駆動力として、液体成分を気体成分と共に流路20fに流してもよい。排気排水弁25の制御は制御部50により実施される。
流路20f(排気排水流路)は排気排水弁25に接続された配管であり、気液分離器24により分離された液体成分を系外に排出するための流路である。流路20fは流路30fに接続されていてもよい。この場合、排出される液体成分は流路30fを経由して系外に排出される。
<酸化剤ガス配管部30>
酸化剤ガス配管部30は酸化剤ガスをカソードに供給するためのものである。酸化剤ガス配管部30は、エアフィルター31と、エアコンプレッサ32と、入口バルブ33と、出口バルブ34と、を備えている。また、酸化剤ガス配管部30はこれらの部材に接続される配管である流路30a~30fを備えている。流路30a~30dまでが酸化剤ガス供給流路であり、流路30e~30fまでが酸化剤ガス排出流路である。さらに、酸化剤ガス配管部30は燃料電池10の酸化剤ガス入口側に入口側酸化剤ガス温度測定装置T1及び酸化剤ガス圧力測定装置P2を備えている。また、酸化剤ガス配管部30は燃料電池10の酸化剤ガス出口側に出口側酸化剤ガス温度測定装置T2を備えている。なお、酸化剤ガス配管部30はその他に一般的に酸化剤ガス配管部に備えられる部材を備えていてもよい。
酸化剤ガス配管部30は酸化剤ガスをカソードに供給するためのものである。酸化剤ガス配管部30は、エアフィルター31と、エアコンプレッサ32と、入口バルブ33と、出口バルブ34と、を備えている。また、酸化剤ガス配管部30はこれらの部材に接続される配管である流路30a~30fを備えている。流路30a~30dまでが酸化剤ガス供給流路であり、流路30e~30fまでが酸化剤ガス排出流路である。さらに、酸化剤ガス配管部30は燃料電池10の酸化剤ガス入口側に入口側酸化剤ガス温度測定装置T1及び酸化剤ガス圧力測定装置P2を備えている。また、酸化剤ガス配管部30は燃料電池10の酸化剤ガス出口側に出口側酸化剤ガス温度測定装置T2を備えている。なお、酸化剤ガス配管部30はその他に一般的に酸化剤ガス配管部に備えられる部材を備えていてもよい。
流路30aはエアフィルター31に接続された配管であり、酸化剤ガスをエアフィルター31に流す役割を有している。酸化剤ガスが空気である場合、流路30aは外気とエアフィルター31とを接続する。
エアフィルター31は酸化剤ガスに含まれる異物を取り除く役割を有している。このようなエアフィルターは公知である。
流路30bはエアフィルター31とエアコンプレッサ32とを接続する配管であり、エアフィルター31によって異物が取り除かれた酸化剤ガスをエアコンプレッサ32に流す役割を有している。
エアコンプレッサ32は燃料電池10に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置であり、燃料電池10に供給する酸化剤ガスの供給量を制御することができる。エアコンプレッサ32から供給される酸化剤ガスの供給量は制御部50により制御されている。
流路30cはエアコンプレッサ32と入口バルブ33とを接続する配管であり、エアコンプレッサ32から供給される酸化剤ガスを入口バルブ33に流す役割を有している。
入口側酸化剤ガス温度測定装置T1及び酸化剤ガス圧力測定装置P2は流路30cに配置されている。入口側酸化剤ガス温度測定装置T1は燃料電池10に供給される酸化剤ガスの温度を測定する。酸化剤ガス圧力測定装置P2燃料電池10に供給される酸化剤ガスの圧力を測定する。これらの装置の測定結果は御部50に送信される。
入口バルブ33はエアコンプレッサ32から供給された酸化剤ガスの圧力や供給量を制御する役割を有している。入口バルブ33は制御部50により制御されている。
流路30dは入口バルブ33と燃料電池10とを接続する配管であり、入口バルブ33により調節された酸化剤ガスを燃料電池10に流す役割を有している。
流路30eは燃料電池10と出口バルブ34とを接続する配管であり、燃料電池10から排出された酸化剤ガス(酸化剤オフガス)を出口バルブ34に流す役割を有している。酸化剤オフガス中には、燃料電池10の電気化学反応により生成された液水が含まれている。
出口バルブ34は燃料電池10から排出された酸化剤オフガスの系外への排出を制御する役割を有している。出口バルブ34は制御部50により制御されている。
流路30fは出口バルブ34に接続された配管であり、出口バルブ34から排出された酸化剤オフガスを系外に排出するための流路である。流路30fの途中には流路20h(排気排水流路)が接続されていてもよく、酸化剤オフガスと共に流路20f(排気排水流路)から排出された液体成分及び気体成分を一緒に系外に排出してもよい。
出口側酸化剤ガス温度測定装置T2は流路30fに配置され、燃料電池10から排出される酸化剤ガスの温度を測定する。測定結果は適宜制御部50に送信される。暖機運転時は、出口側酸化剤ガス温度測定装置T2の測定結果に基づいて、燃料電池10の温度が推定される。従って、暖機運転時は、出口側酸化剤ガス温度測定装置T2が燃料電池温度測定装置である。
<冷媒配管部40>
冷媒配管部40は燃料電池10を冷却するための冷却ガス(冷媒)を供給するためのものである。冷媒配管部40はエアフィルター41とファン42とを備えている。また、冷媒配管部40はこれらの部材に接続される配管である流路40a~40dを備えている。さらに、冷媒配管部40は燃料電池10の冷媒入口側及び出口側に入口側冷媒温度測定装置T3及び出口側冷媒温度測定装置T4をそれぞれ備えている。なお、冷媒配管部40はその他に一般的に冷媒配管部40に備えられる部材を備えていてもよい。冷却ガスとは、例えば冷却空気等である。
冷媒配管部40は燃料電池10を冷却するための冷却ガス(冷媒)を供給するためのものである。冷媒配管部40はエアフィルター41とファン42とを備えている。また、冷媒配管部40はこれらの部材に接続される配管である流路40a~40dを備えている。さらに、冷媒配管部40は燃料電池10の冷媒入口側及び出口側に入口側冷媒温度測定装置T3及び出口側冷媒温度測定装置T4をそれぞれ備えている。なお、冷媒配管部40はその他に一般的に冷媒配管部40に備えられる部材を備えていてもよい。冷却ガスとは、例えば冷却空気等である。
流路40aはエアフィルター41に接続された配管であり、冷却ガスをエアフィルター41に流す役割を有している。冷却ガスが空気である場合、流路40aは外気とエアフィルター41とを接続する。
エアフィルター41は燃料電池10に供給される冷却ガスに含まれる異物を取り除く役割を有する。このようなエアフィルターは公知である。
流路40bはエアフィルター41と燃料電池10とを接続する配管であり、エアフィルター41によって異物が取り除かれた冷却ガスを燃料電池10に流す役割を有している。
入口側冷媒温度測定装置T3は流路40bに配置され、燃料電池10に供給される冷媒の温度を測定する。測定結果は適宜制御部50に送信される。
流路40cは燃料電池10とファン42とを接続する配管であり、燃料電池10から排出された冷却ガスをファン42に流す役割を有している。
出口側冷媒温度測定装置T4は流路40cに配置され、燃料電池10から排出される冷媒の温度を測定する。測定結果は適宜制御部50に送信される。通常運転時は、出口側冷媒温度測定装置T4の測定結果に基づいて、燃料電池10の温度が推定される。従って、通常運転時は、出口側冷媒温度測定装置T4が燃料電池温度測定装置である。
ファン42は冷却ガスを冷却配管部40に流通させるための動力であり、冷却ガスを燃料電池10に供給する冷媒供給装置であるといえる。ファン42によって供給される冷却ガスの供給量は制御部50により制御されている。
流路40dはファン42に接続された配管である。冷却ガスが空気である場合、流路40dはファン42と外気とを接続する。
<制御部50>
制御部50は、CPU、ROM、RAM、及び入出力インタフェース等を備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システム100の各部を制御することができる。
制御部50は、CPU、ROM、RAM、及び入出力インタフェース等を備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システム100の各部を制御することができる。
燃料電池システム100は燃料電池10を冷却する冷媒として、冷却ガスを用いている。すなわち、燃料電池システム100は空冷式である。
燃料電池システム100は、起動後、燃料電池10の温度が目標温度よりも低い場合(低温起動時)、燃料電池10の発電効率を高めるために、燃料電池10の温度を速やかに目標温度まで昇温する必要がある。これを暖機運転と呼ぶ。暖機運転において、燃料電池10の昇温速度を高めるために、冷媒を燃料電池10に全く供給しないで、発電を実施することが考えられる。しかし、冷媒を全く供給しない場合、燃料電池10にヒートスポットが発生するため、燃料電池の劣化が促進する問題がある。
一方で、特許文献1、2に記載されているように冷媒の供給量を調整すると、ヒートスポットの発生をある程度抑制することができる。しかしながら、冷媒の供給量の調整のために冷媒流路にバルブ等を設置する必要があり、システムの複雑化及びコスト増加の懸念がある。また、空冷式の場合、冷却ガスの熱容量が小さいため、よりヒートスポットが発生しやすい。
そこで、燃料電池システム100では、冷媒の供給を停止し、酸化剤ガスの供給量を制御することで、低温起動時の暖機運転を実施することとした。すなわち、燃料電池システム100において、制御部50は、燃料電池10の温度が目標温度未満である場合、冷却ガスの供給を停止し、かつ、酸化剤ガスの供給量を制御することにより、酸化剤ガスにより燃料電池10を冷却しながら燃料電池10による発電を実施し、燃料電池10の温度を目標温度まで昇温させる暖機運転を行う。
これにより、暖機運転時において、追加のバルブ等を設置せずに、簡易な機構でヒートスポットの発生を抑制しつつ、速やかに暖機運転を完了することができる。また、速やかに暖機運転を完了することにより、燃料電池10の発電効率を向上することができる。さらに、暖機運転時において、酸化剤ガスの供給量を制御することにより、フラッディングを抑制することができる。
暖機運転時における酸化剤ガスの供給量は、燃料電池10の温度及び昇温速度に応じて、酸化剤ガスの供給量を適宜制御してよい。例えば、通常の運転時と比較して、酸化剤ガスの供給量を低減してもよく、増加してもよいが、燃料電池10を冷却する観点から、酸化剤ガスの供給量を増加してよい。酸化剤ガスの供給量は、酸化剤ガスの温度(入口側酸化剤ガス温度測定装置T1の測定結果)に基づいて、制御してもよい。さらに、ヒートスポットが抑制されるように、事前実験やシミュレーションの結果に基づいて、酸化剤ガスの供給量を制御してもよい。
例えば、暖機運転時における酸化剤ガスの供給量は、通常運転時の0.5倍以上10倍以下の範囲としてもよく、2倍以上10倍以下としてもよい。これにより、よりヒートスポットを抑制することができる。また、暖機運転時における燃料ガスの供給量は、通常運転時の0.5倍以上10倍以下の範囲としてもよく、2倍以上10倍以下としてもよい。これにより、燃料電池10を速やかに昇温することができる。
燃料電池10の温度は、通常、出口側冷媒温度測定装置T4の測定結果から推定するが、暖機運転時は冷媒の供給が停止しているため、出口側冷媒温度測定装置T4の測定結果に基づいて推定することができない。そこで、暖機運転時は、出口側酸化剤ガス温度測定装置T2の測定結果から燃料電池10の温度を推定する。燃料電池10の昇温速度は、推定された燃料電池10の温度の経時変化から算出する。燃料電池10の目標温度は、燃料電池の発電に適した温度であり、燃料電池10の構成に応じて適宜設定される。
また、暖機運転は、出口側冷媒温度測定装置T4の測定結果だけでなく、その他の測定装置の測定結果を用いて、制御してもよい。例えば、燃料電池10の発電量を制御するために、燃料ガス圧力測定装置P1及び酸化剤ガス圧力測定装置P2の測定結果を用いてもよい。
図2に暖機運転を行うか否かを判断するフローチャートの一例を示した。図2に示した通り、例えば起動時において、燃料電池10の温度が目標温度未満であるか否かを判断する。燃料電池10の温度が目標温度未満である場合、暖機運転を行う。暖機運転は、上述した制御方法を採用する。そして、暖機運転により、燃料電池10の温度が目標温度以上となった場合、暖機運転を停止し、通常運転を行う。通常運転は、冷却ガスを用いた運転である。
このようなフローで暖機運転を実施することにより、燃料電池10の温度を速やかに目標温度まで上昇することができる。
[燃料電池システム200]
燃料電池システム100では、冷媒として冷却ガスを用いた形態を示したが、本開示の燃料電池システムに用いることができる冷媒はこれに限定されず、冷却水を用いてもよい。冷却水を用いる形態(水冷式)であっても、本開示の効果を奏するものである。
燃料電池システム100では、冷媒として冷却ガスを用いた形態を示したが、本開示の燃料電池システムに用いることができる冷媒はこれに限定されず、冷却水を用いてもよい。冷却水を用いる形態(水冷式)であっても、本開示の効果を奏するものである。
以下において、冷媒として冷却水を用いた一実施形態である燃料電池システム200について説明する。図3に燃料電池システム200のブロック図を示した。
燃料電池システム200は、燃料電池システム100の冷媒配管部40を冷媒配管部140に変更したものである。従って、それ以外の構成は同じであるため、ここでは説明を省略する。
<冷媒配管部140>
冷媒配管部140は燃料電池10を冷却するための冷却水(冷媒)を供給するためのものである。図3に示した通り、冷媒配管部140は冷却水を循環させて使用する。冷媒配管部140はポンプ141とラジエータ142とを備える。また、冷媒配管部140はこれらの部材に接続される配管である流路140a~40cを備えている。さらに、燃料電池システム100と同様に、冷媒配管部140は燃料電池10の冷媒入口側及び出口側に入口側冷媒温度測定装置T3及び出口側冷媒温度測定装置T4をそれぞれ備えている。なお、冷媒配管部140はその他に一般的に冷媒配管部40に備えられる部材を備えていてもよい。
冷媒配管部140は燃料電池10を冷却するための冷却水(冷媒)を供給するためのものである。図3に示した通り、冷媒配管部140は冷却水を循環させて使用する。冷媒配管部140はポンプ141とラジエータ142とを備える。また、冷媒配管部140はこれらの部材に接続される配管である流路140a~40cを備えている。さらに、燃料電池システム100と同様に、冷媒配管部140は燃料電池10の冷媒入口側及び出口側に入口側冷媒温度測定装置T3及び出口側冷媒温度測定装置T4をそれぞれ備えている。なお、冷媒配管部140はその他に一般的に冷媒配管部40に備えられる部材を備えていてもよい。
ポンプ141は、冷媒配管部140を循環する冷却水の動力であり、冷却水を燃料電池10に供給する冷媒供給装置であるといえる。
流路140aはポンプ141と燃料電池10とに接続された配管であり、ポンプ141から供給される冷却水を流すものである。
流路140bは燃料電池10とラジエータ142とに接続された配管であり、燃料電池10から排出された冷却水を流すものである。
ラジエータ142は、冷却水と外気との間で熱交換を行い、冷却水を冷却するものである。
流路140cはラジエータ142とポンプ141とに接続された配管であり、ラジエータ142により冷却された冷却水を流すものである。
以上、本開示の燃料電池システムについて、一実施形態である燃料電池システム100,200を用いて説明した。本開示の燃料電池システムによれば、簡易な機構で暖機運転を実施しつつ、ヒートスポットを抑制することができる。
10 燃料電池
20 燃料ガス配管部
20a~20f 流路
21 燃料ガス供給源
22 インジェクタ
23 エジェクタ
24 気液分離器
25 排気排水弁
P1 燃料ガス圧力測定装置
30 酸化剤ガス配管部
30a~30f 流路
31 エアフィルター
32 エアコンプレッサ
33 入口バルブ
34 出口バルブ
P2 酸化剤ガス圧力測定装置
T1 入口側酸化剤ガス温度測定装置
T2 出口側酸化剤ガス温度測定装置
40 冷媒配管部
41 エアフィルター
42 ファン
流路 40a~40d
T3 入口側冷媒温度測定装置
T4 出口側冷媒温度測定装置
50 制御部
100 燃料電池システム
140 冷媒配管部
141 ポンプ
142 ラジエータ
140a~140c 流路
200 燃料電池システム
20 燃料ガス配管部
20a~20f 流路
21 燃料ガス供給源
22 インジェクタ
23 エジェクタ
24 気液分離器
25 排気排水弁
P1 燃料ガス圧力測定装置
30 酸化剤ガス配管部
30a~30f 流路
31 エアフィルター
32 エアコンプレッサ
33 入口バルブ
34 出口バルブ
P2 酸化剤ガス圧力測定装置
T1 入口側酸化剤ガス温度測定装置
T2 出口側酸化剤ガス温度測定装置
40 冷媒配管部
41 エアフィルター
42 ファン
流路 40a~40d
T3 入口側冷媒温度測定装置
T4 出口側冷媒温度測定装置
50 制御部
100 燃料電池システム
140 冷媒配管部
141 ポンプ
142 ラジエータ
140a~140c 流路
200 燃料電池システム
Claims (2)
- 燃料ガスと酸化剤ガスが供給されることにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池に冷媒を供給する冷媒供給装置と、
前記燃料電池の温度を測定する燃料電池温度測定装置と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の温度が目標温度未満である場合、前記冷媒の供給を停止し、かつ、前記酸化剤ガスの供給量を制御することにより、前記酸化剤ガスにより前記燃料電池を冷却しながら前記燃料電池による発電を実施し、前記燃料電池の温度を前記目標温度まで昇温させる暖機運転を行う、
燃料電池システム。 - 前記冷媒は冷却ガスである、請求項1に記載の燃料電池システム。
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-
2023
- 2023-04-18 DE DE102023109707.5A patent/DE102023109707A1/de active Pending
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- 2023-04-28 US US18/309,479 patent/US20230378498A1/en active Pending
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