JP3407914B2 - 燃料電池自動車 - Google Patents

燃料電池自動車

Info

Publication number
JP3407914B2
JP3407914B2 JP01290393A JP1290393A JP3407914B2 JP 3407914 B2 JP3407914 B2 JP 3407914B2 JP 01290393 A JP01290393 A JP 01290393A JP 1290393 A JP1290393 A JP 1290393A JP 3407914 B2 JP3407914 B2 JP 3407914B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling water
fuel cell
gas
passage
oxygen
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP01290393A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH06223855A (ja
Inventor
正五 渡辺
憲一郎 江草
肇 山根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP01290393A priority Critical patent/JP3407914B2/ja
Publication of JPH06223855A publication Critical patent/JPH06223855A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3407914B2 publication Critical patent/JP3407914B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029Heat exchange using liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水素ガス等の燃料ガス
と酸素ガスとを反応させて発電する燃料電池を備え、該
燃料電池で発電した電気により駆動される燃料電池自動
車に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば米国特許第5,047,298号明細書に
は、水素を酸素とを反応させて発電を行なう燃料電池が
開示されている。また、特開昭51-4717号公報には、そ
の様な水素と酸素とを反応させて発電を行なう燃料電池
を備え、該燃料電池で発電した電気により走行用モータ
を駆動して走行する燃料電池自動車が開示されている。
【0003】上記の如き燃料電池は、水素と酸素とを反
応させるので反応熱が生成し、従って燃料電池を通る冷
却水通路を含む冷却水循環路を設け、冷却水で燃料電池
を冷却する必要がある。また、プロトン交換膜を用いた
PEM型燃料電池の場合、プロトン交換膜の水素イオン
伝導性維持のため、プロトン膜に水分を保持させる必要
があり、そのため一般に上記冷却水を水素ガスと酸素ガ
スとに接触させることが行なわれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の如き燃料電池に
おいては、温度が0℃以下になる場合、燃料電池の作動
時には燃料電池の反応熱により冷却水の凍結は免れる
が、停止時は冷却水の凍結により燃料電池や冷却水循環
路が破損する虞れがあるので、冷却水の凍結防止策が必
要となる。
【0005】しかるに、燃料電池の場合用いる冷却水は
純水でなければならない。なぜならば、冷却水が純水で
ないと燃料電池で発電した電気がその冷却水を通してリ
ークしてしまうからであり、また上記PEM型燃料電池
の場合、冷却水は加湿のため反応させる水素ガスと酸素
ガスとに含有させるので、もし冷却水が純粋でないと水
素ガスや酸素ガスに含有された冷却水分中の金属イオン
がプロトン交換膜に付着し、該プロトン交換膜の水素イ
オン伝導性が低下するからである。
【0006】従って冷却水の凍結防止策として、従来の
自動車で用いられている様な不凍液を使用することはで
きず、それに代わる構造簡単で燃料電池に適した凍結防
止策が必要となる。
【0007】本発明の目的は、上記事情に鑑み、不凍液
に代わる構造簡単で燃料電池に適した冷却水凍結防止手
段を備えた燃料電池自動車を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明の
料電池自動車は、上記目的を達成するため、燃料ガスと
酸素ガスとを反応させて発電する燃料電池と、該燃料電
池を通る冷却水通路を含み内部を純水からなる冷却水が
循環して上記燃料電池を冷却する冷却水循環路とを備
え、上記燃料電池により発電した電気で駆動される燃料
電池自動車であって、上記燃料電池に酸素ガスを供給す
る酸素供給源から開閉弁を介して上記冷却水循環路に酸
素ガスを圧送する抜取用気体圧送手段を備え、上記燃料
電池の作動停止時に、上記抜取用気体圧送手段により上
記冷却水循環路に酸素ガスを圧送して該冷却水循環路内
の冷却水の抜き取りを行なうように構成されていること
を特徴とする。
【0009】請求項2に係る発明の燃料電池自動車は、
上記目的を達成するため、燃料ガスと酸素ガスとを反応
させて発電する燃料電池と、該燃料電池を通る冷却水通
路を含み内部を純水からなる冷却水が循環して上記燃料
電池を冷却する冷却水循環路とを備え、上記燃料電池に
より発電した電気で駆動される燃料電池自動車であっ
て、 上記冷却水循環路に気体を圧送する抜取用気体圧送
手段と、上記冷却水循環路に設けた水トラップ容器と、
冷却水貯留容器と、該水トラップ容器の下部と該冷却水
貯留容器の下部とを接続する冷却水抜取通路と、をさら
に備え、上記燃料電池の作動停止時に、該抜取用気体圧
送手段により該冷却水循環路に気体を圧送して該冷却水
循環路内の冷却水の抜き取りを行ない、該冷却水循環路
から抜き取った冷却水を該冷却水貯留容器に収容するよ
うに構成されていることを特徴とする。
【0010】請求項3に係る発明の燃料電池自動車は、
請求項2において、上記冷却水貯留容器の上部に接続し
た戻し用気体圧送手段を備え、上記燃料電池の起動時
に、上記戻し用気体圧送手段により上記冷却水貯留容器
にその上部から気体を圧送し該気体の圧力で上記冷却水
貯留容器内に収容された冷却水を該冷却水貯留容器から
上記冷却水抜取通路を介して上記水トラップ容器に戻す
ように構成したことを特徴とする。
【0011】請求項4に係る発明の燃料電池自動車は、
上記目的を達成するため、燃料ガス と酸素ガスとを反応
させて発電する燃料電池と、該燃料電池を通る冷却水通
路を含み内部を純水からなる冷却水が循環して上記燃料
電池を冷却する冷却水循環路とを備え、上記燃料電池に
より発電した電気で駆動される燃料電池自動車であっ
て、 上記冷却水循環路に気体を圧送する抜取用気体圧送
手段と、上記冷却水循環路に接続した冷却水抜取通路
と、該冷却水抜取通路に接続した冷却水貯留容器と、該
冷却水抜取通路に設けた気液分別センサと、をさらに備
え、上記燃料電池の作動停止時に、上記抜取用気体圧送
手段により上記冷却水循環路に気体を圧送して該冷却水
循環路内の冷却水の抜き取りを行ない、上記冷却水循環
路から抜き取った冷却水を該冷却水貯留容器に収容し、
該気液分別センサからの出力により冷却水の抜き取り完
了を検出するように構成されていることを特徴とする燃
料電池自動車。
【0012】請求項5に係る発明の燃料電池自動車は、
請求項4において、上記気液分別センサは、上記冷却水
抜取通路に設けた電気抵抗体と、該電気抵抗体に接続さ
れた定電圧電源と、上記電気抵抗体に流れる電流を検出
する電流検出手段とで構成したことを特徴とする。
【0013】なお、本発明における燃料ガスとしては、
典型的には水素ガスを用い得るが、酸素ガスと反応して
発電できるものであればその他のものであっても良い。
また、上記燃料電池に反応のため酸素ガスを供給するに
あたっては、酸素ガスそのものを供給しても良いし酸素
ガスを含むガス例えば空気を供給することもできる。従
って、上記燃料電池に酸素ガスを供給する酸素供給源
は、酸素ガスそのものの供給源であっても良いし、空気
供給源であっても良い。
【0014】請求項2〜5に係る発明の燃料電池自動車
において、上記抜取用気体圧送手段はいかなる気体を上
記冷却水循環路に圧送するものでも良く、上記燃料電池
に酸素ガスを供給する酸素供給源から供給される酸素ガ
スそのものもしくは空気に限定されるものではない。ま
た、請求項3に係る発明の燃料電池自動車において、
記戻し用気体圧送手段いかなる気体を上記冷却水貯留
容器に圧送するものでもよく、例えば上記燃料電池に酸
素ガスを供給する酸素供給源から供給される酸素ガスそ
のものもしくは空気を圧送することができる。
【0015】
【作用および発明の効果】請求項1に係る発明の燃料電
池自動車は、上記の様に燃料電池を通る冷却水通路を含
む冷却水循環路に酸素ガスを圧送する冷却水の抜取用気
体圧送手段を備えて成るので、該気体圧送手段により冷
却水循環路内の特に燃料電池を通る冷却水通路内の冷却
水を抜き取ることができ、冷却水として不凍液を用いる
ことなく冷却水循環路内特に燃料電池を通る冷却水通路
内での純水からなる冷却水の凍結を防止することができ
る。
【0016】また、抜取用気体圧送手段として燃料電池
に反応ガスとしての酸素ガスを供給する酸素供給源を用
いることにより、別途の気体供給源を用意することなく
簡単な構成とすることができる。
【0017】請求項2に係る発明の燃料電池自動車は、
上記の様に燃料電池を通る冷却水通路を含む冷却水循環
路に気体を圧送する冷却水の抜取用気体圧送手段を備え
て成るので、該気体圧送手段により冷却水循環路内の特
に燃料電池を通る冷却水通路内の冷却水を抜き取ること
ができ、冷却水として不凍液を用いることなく冷却水循
環路内特に燃料電池を通る冷却水通路内での純水からな
る冷却水の凍結を防止することができる。
【0018】また、上記冷却水循環路から抜き取った冷
却水を該冷却水循環路に接続した冷却水抜取通路を介し
て別途設けた冷却水貯留容器に収容することにより、冷
却水循環路内から確実に冷却水を抜き取ることができ
る。
【0019】また、上記冷却水循環路に設けた水トラッ
プ容器と上記冷却水貯留容器とを両容器の下部に連結し
た冷却水抜取通路を介して接続することにより、冷却水
循環路に気体を圧送するのみで冷却水循環路内の冷却水
を容易に冷却水貯留容器に収容することができる。
【0020】請求項3に係る発明の燃料電池自動車は、
燃料電池の起動時に、冷却水貯留容器より冷却水抜取時
と逆の順序で冷却水循環路内に冷却水を送ることができ
る。
【0021】請求項4に係る発明の燃料電池自動車は、
上記の様に燃料電池を通る冷却水通路を含む冷却水循環
路に気体を圧送する冷却水の抜取用気体圧送手段を備え
て成るので、該気体圧送手段により冷却水循環路内の特
に燃料電池を通る冷却水通路内の冷却水を抜き取ること
ができ、冷却水として不凍液を用いることなく冷却水循
環路内特に燃料電池を通る冷却水通路内での純水からな
る冷却水の凍結を防止することができる。
【0022】また、上記冷却水循環路から抜き取った冷
却水を該冷却水循環路に接続した冷却水抜取通路を介し
て別途設けた冷却水貯留容器に収容することにより、冷
却水循環路内から確実に冷却水を抜き取ることができ
る。
【0023】また、気液分別センサにより、冷却水抜取
通路内を流れる流体が気体から冷却水に変化するのを検
出し、これにより冷却水の冷却水貯留容器への収容の完
了を検知することができる。
【0024】請求項5に係る発明の燃料電池自動車は、
上記気液分別センサを、上記冷却水抜取通路に設けた電
気抵抗体と、定電圧電源と、電流検出手段とで構成する
ことにより、気液分別センサを簡単な構造のものとする
ことができる。
【0025】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて詳細に説明する。
【0026】<燃料電池システムの基本構成> 図1は本発明に係る燃料電池自動車の一実施例における
燃料電池システムの基本構成を示す図、図2は図1中の
燃料電池を示す図、図3は図2に示す燃料電池における
反応ガスである水素ガスと酸素ガスおよび冷却水の流れ
を示す図、図4は図2に示す燃料電池における酸素ガス
の流れを示す詳細断面図である。
【0027】まず、図2,3および4を参照しながら燃
料電池について説明する。本実施例では燃料電池として
プロトン交換膜を使用した水素ガスと酸素ガスとを反応
させて発電するPEM型燃料電池を用いている。
【0028】図2に示す様に、この燃料電池2は、加湿
部4と発電部6とを備え、加湿部4で純水を用いた冷却
水により反応ガスである酸素ガスと水素ガスとを加湿
し、発電部6でこれらの加湿された酸素ガスと水素ガス
とを反応させて発電し、かつこの反応により反応熱が生
じる発電部6を上記冷却水で冷却する様に構成されてい
る。
【0029】上記加湿部4は複数の加湿セルを積み重ね
て成り、酸素ガス、水素ガスおよび冷却水は各セルを順
次通り、各セルで加湿される。各セルでの加湿は水分を
通過させる高分子膜を介して酸素ガスおよび水素ガスを
冷却水と接触させて酸素ガスおよび水素ガスに飽和蒸気
圧の水分を含有させることにより行なわれる。
【0030】上記発電部6は、図4に示す様に、複数の
発電セル8を積み重ねて成り、上記加湿部4で加湿され
た酸素ガスと水素ガスとが各セル8を順次通り、各セル
8で反応して発電する。各セル8は、水素イオンのみを
通すプロトン交換膜10と、該プロトン交換膜10によって
区画された水素室12および酸素室14と、上記プロトン交
換膜10に設けられた水素側電極16および酸素側電極18を
備えて成る。
【0031】発電部6には各発電セル8の積み重ね方向
に延びる酸素通路20が設けられている。この酸素通路20
は、各セル8の積み重ね方向に延びる供給側通路22と排
出側通路24とを備え、供給側通路22から各セル8の酸素
室14に酸素ガスを供給し、各セル8の酸素室14から未反
応酸素ガスを排出側通路24を介して排出する。また、発
電部6には、この酸素通路20と同様に構成された図示し
ない水素通路が設けられている。この水素通路も、上記
酸素通路20と同様に、各セル8の積み重ね方向に延びる
供給側通路と排出側通路とを備え、供給側通路から各セ
ルの水素室12に水素ガスを供給すると共に各セルの水素
室12から未反応水素ガスを排出側通路を介して排出す
る。さらに、発電部6には、図示しない冷却水通路が設
けられており、この冷却水通路も上記酸素通路20と同様
に各セル8の積み重ね方向に延びる供給側通路と排出側
通路とを備え、供給側通路から各セル8間に形成された
冷却水室25に冷却水を供給すると共に各冷却水室25から
冷却水を排出側通路を介して排出する。
【0032】上記各発電セル8における発電メカニズム
は次の通りである。即ち、各セル8の水素室12に供給さ
れた加湿水素は水素側電極16の下でイオン化され、この
水素イオンがプロトン交換膜を通って酸素室14に入り該
酸素室14において酸素側電極18の下で水素と酸素とが反
応し、該反応により発電をすると共に水が生成され、こ
の生成水は未反応酸素ガスと共に酸素の排出側順路24か
ら未反応酸素ガスの流れによって排出される。
【0033】図3に上記加湿部4および発電部6におけ
る酸素ガス、水素ガスおよび冷却水の通路および流れを
示す。図示の様に、水素供給側通路26および水素排出側
通路28を備えて成る水素通路30も、冷却水供給側通路32
および冷却水排出側通路34を備えて成る冷却水通路36も
上記酸素通路20と同様に各セル8の積み重ね方向に延び
ている。また、燃料電池2は各セル8の積み重ね方向を
上下方向として配設され、加湿部4は発電部6の上部に
位置し、酸素通路20、水素通路30および冷却水通路36は
いずれも上下方向に延び、酸素ガスおよび水素ガスは上
から供給して下に排出するように、冷却水は下から供給
して上に排出する様に構成されている。
【0034】次に、図1を参照しながら上述の燃料電池
を用いた自動車における燃料電池システムについて説明
する。図示の燃料電池システムは、2個の燃料電池2を
備え、両燃料電池2には酸素ガス、水素ガスおよび冷却
水が並列的に供給され、各燃料電池2で発電した電気は
直列的に取り出される。
【0035】各燃料電池2には、酸素供給源である高圧
酸素ボンベ50から酸素供給路52を介して酸素ガスそのも
のが供給される。また、各燃料電池2からは未反応酸素
ガスが酸素排出路54を介して排出され、該酸素排出路54
はA点において上記酸素供給路52に接続され、各燃料電
池2内の酸素通路と上記酸素排出路54と上記酸素供給路
52のうち上記A点から燃料電池2までの部分とで酸素循
環路56が形成され、上記未反応酸素ガスはこの酸素循環
路56を通って循環せしめられる。
【0036】上記酸素供給路52には、酸素供給源50側か
ら順に元バルブであるソレノイドバルブSV1′、供給
酸素ガス圧を一定に保つ圧力レギュレータPR′、分岐
路に設けられたソレノイドバルブSV3′、圧力センサ
PS1′、入口バルブであるソレノイドバルブSV2′
が設けられ、かつ酸素循環路56兼用部分には流量センサ
FS′、循環路開閉バルブであるソレノイドバルブSV
4′、圧力センサPS2′が設けられている。上記酸素
排出路54には、分岐路に設けられたパージバルブである
ソレノイドバルブSV5′、水トラップ容器(水セパレ
ータ)58、酸素ガス循環ポンプGP′および脱イオンフ
ィルタDIF′が設けられている。
【0037】また、各燃料電池2には、水素供給源であ
る水素を吸蔵した水素吸蔵合金60から水素供給路62を介
して水素ガスそのものが供給される。また、各燃料電池
2からは未反応水素ガスが水素排出路64を介して排出さ
れ、該水素排出路64はB点において上記水素供給路62に
接続され、各燃料電池2内の水素通路と上記水素排出路
64と上記水素供給路62のうち上記B点から燃料電池2ま
での部分とで水素循環路66が形成され、上記未反応水素
ガスはこの水素循環路66を通って循環せしめられる。
【0038】上記水素供給路62には、水素供給源60側か
ら順に元バルブであるソレノイドバルブSV1、供給水
素ガス圧を一定に保つ圧力レギュレータPR、分岐路に
設けられたソレノイドバルブSV3、圧力センサPS
1、入口バルブであるソレノイドバルブSV2が設けら
れ、かつ水素循環路66兼用部分には流量センサFS、循
環路開閉バルブであるソレノイドバルブSV4、圧力セ
ンサPS2が設けられている。上記水素排出路64には、
分岐路に設けられたパージバルブであるソレノイドバル
ブSV5、水トラップ容器(水セパレータ)68、水素ガ
ス循環ポンプGPおよび脱イオンフィルタDIFが設け
られている。また、上記水素供給源60とソレノイドバル
ブSV1との間には分岐路が設けられ、リークバルブR
V、マニュアルバルブMV1およびクイックコネクタQ
Cが設けられ、水素吸蔵合金60に水素を吸蔵させる際、
水素ボンベ(図示せず)がこのクイックコネクタQCに
接続される。
【0039】また、各燃料電池2には冷却水循環路70が
設けられている。該冷却水循環路70は燃料電池2内の図
示しない前述の冷却水通路を含んで成り、該冷却水循環
路70には上述の水トラップ容器58、冷却水循環ポンプW
P、三方弁TV、冷却水放熱用のラジエタRD、該ラジ
エタRDと並列的に設けられたバイパスBPおよび脱イ
オンフィルタDIF、冷却水の導電率を検出する導電率
センサCSが設けられている。
【0040】また、上記各燃料電池2には、発電部6の
各発電セル8の出力電圧を検出する電圧センサVSが設
けられ、また両燃料電池2を直列に接続した電線にはス
イッチSW1を介して走行用モータ72が接続されてい
る。
【0041】また、上記システムにおいては、その他に
も図示の如きソレノイドバルブSV6,SV6′,SV
7,マニュアルバルブMV2,MV2′,MV3′およ
びオートバルブAV1が設けられている。
【0042】上記の如く構成されたシステムにおいて
は、通常の燃料電池作動停止時には、ソレノイドバルブ
SV4,SV4′を除きその他のすべてのソレノイドバ
ルブ、マニュアルバルブ、オートバルブおよびリークバ
ルブは閉成され、各循環ポンプGP,GP′WPは駆動
停止され、かつ走行用モータ72のスイッチSW1は開成
されている。
【0043】また、通常の燃料電池作動時(運転時)に
は、ソレノイドバルブSV1,SV2,SV1′,SV
2′を開成し、水素ガスおよび酸素ガス循環ポンプG
P,GP′を作動させ、各燃料電池2に酸素ガスおよび
水素ガスを供給すると共にそれらを循環させ(酸素およ
び水素供給源50,60からは反応により消費した量だけ新
たに酸素ガスおよび水素ガスが供給される)、また冷却
水循環ポンプWPを作動させて冷却水を燃料電池2に循
環させ、もって前述のメカニズムにより各燃料電池2で
の発電および各燃料電池2の冷却が行なわれ、さらにス
イッチSW1を閉成してその発電した電気により走行用
モータ72が駆動される。
【0044】<冷却水抜取システム> 次に、上記基本システムに付設される冷却水抜取システ
ムの実施例について図5〜図10を参照しながら説明す
る。
【0045】上記基本システムには冷却水の凍結防止の
ための冷却水抜取システムが付設されている。この冷却
水抜取システムは、図5に示す様に、冷却水循環路70に
気体供給源から気体を圧送する抜取用気体圧送手段80
と、上記冷却水循環路70から抜き取られた冷却水を収容
する別途設けられた断熱冷却水貯留容器82と、この冷却
水貯留容器82の下部と上記冷却水循環路70の水トラップ
容器58の下部とを接続する冷却水抜取通路84とを備えて
成る。
【0046】上記抜取用気体圧送手段80は、気体供給源
として前述の酸素供給源50を用い、一端がこの酸素供給
源50に接続され他端が冷却水循環路70のC点に接続され
た冷却水抜取用気体供給路86と、該供給路86に設けた開
閉弁であるソレノイドバルブSV11とを備えて成る。ま
た、上記冷却水循環路70の上記C点と上記水トラップ容
器58との間には開閉弁であるソレノイドバルブSV12が
設けられ、上記C点には分岐路が接続され該分岐路には
ガス抜き用開閉弁であるソレノイドバルブSV13が設け
られている。また、上記冷却水抜取用気体供給路86と冷
却水貯留容器82との間には冷却水戻し用気体供給路88が
設けられ、該供給路88の一端は上記冷却水抜取用気体供
給路86の上記バルブSV11よりも上流側に、他端は上記
冷却水貯留容器82の上部に接続されている。また、この
冷却水戻し用気体供給路88には開閉弁であるソレノイド
バルブSV14が設けられると共に分岐路が設けられ該分
岐路にガス抜き用開閉弁であるソレノイドバルブSV15
が設けられている。上記酸素供給源50、冷却水戻し用気
体供給路88およびソレノイドバルブSV14は、冷却水戻
し用気体圧送手段89を構成している。さらに、上記冷却
水抜取通路84には開閉弁であるソレノイドバルブSV16
と気液分別センサ90とが設けられている。
【0047】上記気液分別センサ90は、図9に示す様
に、温度によって抵抗値が変化する電気抵抗体92と、該
抵抗体92に接続した定電圧電源94と、上記抵抗体92に流
れる電流を検出する電流検出手段96とを備えて成る。上
記電気抵抗体92は上記冷却水抜取通路84内に設けられ、
電流が流れることにより発熱し、かつ冷却水抜取通路84
内の流体の流れにより冷却される。しかるに、その流体
が気体と液体とではその熱容量の差により冷却される度
合が異なり、液体の場合は冷却の度合が大きく従って電
気抵抗体92の温度が低下して抵抗値が小さくなり流れる
電流が大きくなるが、気体の場合は冷却の度合が小さく
従って電気抵抗体92の温度が上昇して抵抗値が大きくな
り、流れる電流が小さくなる。従って、電気抵抗体92を
流れる電流値の大小により冷却水抜取通路84内を流れる
流体が液体(冷却水)であるか気体(酸素ガス)である
かを分別することができる。なお、図10は液体と気体と
で電流値が変化する状態を示す。
【0048】次に、上記の如き冷却水抜取システムにお
ける燃料電池作動停止時の冷却水抜取りおよび起動時の
冷却水戻しについて、上記図5〜図8を参照しながら説
明する。
【0049】図5は燃料電池2の通常作動時の冷却水の
状態およびその流れを示している。バルブは、SV12は
開いており、SV11,SV13,SV14,SV15,SV16
は閉じている。冷却水は、水トラップ容器58から冷却水
循環ポンプWPを通って三方弁TV→ラジエタRD(高
温時)またはバイパスBP(低温時)→脱イオンフィル
タDIF→燃料電池2→SV12を経て、再び水トラップ
容器58に戻る。この状態では、冷却水は燃料電池2の反
応熱を得るので凍結することはない。
【0050】図6は燃料電池2の作動停止直後の状態を
示す。この状態では冷却水循環ポンプWPは停止してい
る。停止時は、先ずバルブSV12,SV13,SV14を閉
じ、SV11,SV15,SV16を開く。この時、SV11開
により酸素供給源50から加圧酸素ガスがC点より冷却水
循環路70内に導入され、該加圧酸素ガスは燃料電池2内
の冷却水通路36を通り脱イオンフィルタDIF→ラジエ
タRDもしくはバイパスBP→冷却水循環ポンプWP→
水トラップ容器58→冷却水抜取通路84→SV16→気液分
別センサ90を経て冷却水貯留容器82に至る。この加圧酸
素ガスにより、この冷却水循環路70中の冷却水は上記加
圧酸素ガスの進行方向に押され、冷却水貯留容器82に運
ばれる。
【0051】そして、冷却水貯留容器82の直前にある気
液分別センサ90により、冷却水抜取通路84内を流れる流
体が酸素ガスから冷却水に変化するのを検出し、これに
より冷却水の冷却水貯留容器82への収容の完了を検知
し、再びバルブSV11,SV13,SV14,SV15,SV
16を閉じ、SV12を開いて、燃料電池2の作動停止状態
に入る。これを図7に示す。このとき、バルブSV12が
設けられている通路中の冷却水が水トラップ容器58に出
てくるが、少量ゆえに凍結による影響は殆んどない。ま
た、SV16から冷却水貯留容器82につながる通路は、冷
却水貯留容器82の上部から挿入され冷却水貯留容器82の
底部に至るため、冷却水を冷却水貯留容器82に収容した
後は、冷却水はSV16には存在せず、SV16のバルブ凍
結は免れる。
【0052】冷却水貯留容器82に蓄えられた冷却水は、
燃料電池の作動時に該燃料電池2での反応熱によって暖
められているので、外気温が低い状態でも長時間にわた
り凍結を免れる。また、再始動に際しても、冷却水は冷
却水貯留容器82内で保温されているため暖かく、したが
って暖気時間を短縮できる。
【0053】図8は起動時の状態を示す。この時点では
まだ冷却水循環ポンプWPは作動していない。起動時は
先ずバルブSV13,SV14,SV16を開き、SV11,S
V12,SV15を閉じる。これにより、上記戻し用気体圧
送手段89より加圧酸素ガスが冷却水貯留容器82に導入さ
れ、該容器82より冷却水抜取時と逆の順序で冷却水循環
路70内に冷却水が送られる。そして、気液分別センサ90
により冷却水抜取通路84内を流れる流体が冷却水から酸
素ガスに変化するのを検出し、これにより冷却水貯留容
器82から冷却水循環路70内への冷却水の戻しの完了を検
知し、再び図5の通常作動時の状態に各バルブをセット
する。
【0054】上記の様に気液分別センサ90によって冷却
水の移動の完了を検知することで、作動停止時および起
動時の冷却水の移動を完全に行なうとともに、加圧酸素
ガスの浪費を防止するように制御することができる。
【0055】なお、上記酸素供給源50と冷却水循環路70
とを接続する冷却水抜取通路86は、例えば図1中におい
て破線で示す様に、酸素供給路52の圧力レギュレータP
R′と入口バルブSV2′との間から分岐して冷却水循
環路70のC点に接続することができる。
【0056】また、上記抜取用気体圧送手段80および戻
し用気体圧送手段89により圧送する気体はどの様なもの
でも良く、実施例に示す酸素供給源(高圧酸素ガス供給
源)の他高圧空気等の各種高圧ガス供給源からの高圧ガ
スを供給するものを使用でき、かつそれは燃料電池2に
酸素を供給するためのものであってもそれとは別個のも
のであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る燃料電池自動車における燃料電池
システムの一実施例の基本構成を示す図
【図2】図1中の燃料電池を示す図
【図3】図2中の燃料電池における水素ガス、酸素ガス
および冷却水の流れを示す図
【図4】図2中の燃料電池の発電部の構成および酸素ガ
スの流れを示す断面図
【図5〜図8】図1に示す燃料電池システムに付設する
冷却水抜取システムの一実施例を示す図
【図9】冷却水抜取システムにおける気液分別センサを
示す図
【図10】気液分別センサにおける電流値の変化を示す
【符号の説明】
2 燃料電池 36 燃料電池を通る冷却水通路 50 酸素供給源 58 水トラップ容器 70 冷却水循環路 80 抜取用気体圧送手段 82 冷却水貯留容器 84 冷却水抜取通路 90 気液分別センサ 92 電気抵抗体 94 定電圧電源 96 電流検出手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−26962(JP,A) 特開 昭62−115672(JP,A) 実開 平2−34716(JP,U) 実開 昭61−29471(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/04 B60L 11/18 H01M 8/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料ガスと酸素ガスとを反応させて発電
    する燃料電池と、該燃料電池を通る冷却水通路を含み内
    部を純水からなる冷却水が循環して上記燃料電池を冷却
    する冷却水循環路とを備え、上記燃料電池により発電し
    た電気で駆動される燃料電池自動車であって、上記燃料電池に酸素ガスを供給する酸素供給源から開閉
    弁を介して上記冷却水循環路に酸素ガスを 圧送する抜取
    用気体圧送手段を備え、上記燃料電池の作動停止時に、
    上記抜取用気体圧送手段により上記冷却水循環路に酸素
    ガスを圧送して該冷却水循環路内の冷却水の抜き取りを
    行なうように構成されていることを特徴とする燃料電池
    自動車。
  2. 【請求項2】 燃料ガスと酸素ガスとを反応させて発電
    する燃料電池と、該燃料電池を通る冷却水通路を含み内
    部を純水からなる冷却水が循環して上記燃料電池を冷却
    する冷却水循環路とを備え、上記燃料電池により発電し
    た電気で駆動される燃料電池自動車であって、 上記冷却水循環路に気体を圧送する抜取用気体圧送手段
    と、上記冷却水循環路に設けた水トラップ容器と、冷却
    水貯留容器と、該水トラップ容器の下部と該冷却水貯留
    容器の下部とを接続する冷却水抜取通路と、をさらに備
    え、上記燃料電池の作動停止時に、該抜取用気体圧送手
    段により該冷却水循環路に気体を圧送して該冷却水循環
    路内の冷却水の抜き取りを行ない、該冷却水循環路から
    抜き取った冷却水を該冷却水貯留容器に収容するように
    構成されていることを特徴とする燃料電池自動車。
  3. 【請求項3】 上記冷却水貯留容器の上部に接続した戻
    し用気体圧送手段を備え、上記燃料電池の起動時に、上
    記戻し用気体圧送手段により上記冷却水貯留容器にその
    上部から気体を圧送し該気体の圧力で上記冷却水貯留容
    器内に収容された冷却水を該冷却水貯留容器から上記冷
    却水抜取通路を介して上記水トラップ容器に戻すことを
    特徴とする請求項記載の燃料電池自動車。
  4. 【請求項4】 燃料ガスと酸素ガスとを反応させて発電
    する燃料電池と、該 燃料電池を通る冷却水通路を含み内
    部を純水からなる冷却水が循環して上記燃料電池を冷却
    する冷却水循環路とを備え、上記燃料電池により発電し
    た電気で駆動される燃料電池自動車であって、 上記冷却水循環路に気体を圧送する抜取用気体圧送手段
    と、上記冷却水循環路に接続した冷却水抜取通路と、該
    冷却水抜取通路に接続した冷却水貯留容器と、該冷却水
    抜取通路に設けた気液分別センサと、をさらに備え、上
    記燃料電池の作動停止時に、上記抜取用気体圧送手段に
    より上記冷却水循環路に気体を圧送して該冷却水循環路
    内の冷却水の抜き取りを行ない、上記冷却水循環路から
    抜き取った冷却水を該冷却水貯留容器に収容し、該気液
    分別センサからの出力により冷却水の抜き取り完了を検
    出するように構成されていることを特徴とする燃料電池
    自動車。
  5. 【請求項5】 上記気液分別センサが、上記冷却水抜取
    通路に設けた電気抵抗体と、該電気抵抗体に接続された
    定電圧電源と、上記電気抵抗体に流れる電流を検出する
    電流検出手段とで構成されていることを特徴とする請求
    記載の燃料電池自動車。
JP01290393A 1993-01-28 1993-01-28 燃料電池自動車 Expired - Lifetime JP3407914B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP01290393A JP3407914B2 (ja) 1993-01-28 1993-01-28 燃料電池自動車

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP01290393A JP3407914B2 (ja) 1993-01-28 1993-01-28 燃料電池自動車

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06223855A JPH06223855A (ja) 1994-08-12
JP3407914B2 true JP3407914B2 (ja) 2003-05-19

Family

ID=11818335

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP01290393A Expired - Lifetime JP3407914B2 (ja) 1993-01-28 1993-01-28 燃料電池自動車

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3407914B2 (ja)

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7482085B2 (en) 1996-06-07 2009-01-27 Bdf Ip Holdings Ltd. Apparatus for improving the cold starting capability of an electrochemical fuel cell
US6479177B1 (en) * 1996-06-07 2002-11-12 Ballard Power Systems Inc. Method for improving the cold starting capability of an electrochemical fuel cell
EP1116296B1 (en) 1998-09-22 2005-05-11 Ballard Power Systems Inc. Antifreeze cooling subsystem
DE19922923C2 (de) * 1999-05-19 2002-02-21 Siemens Ag Flüssigkeitsgekühlte Brennstoffzellenbatterie und Verfahren zum Betreiben einer flüssigkeitsgekühlten Brennstoffzellenbatterie
FR2805666B1 (fr) * 2000-02-29 2007-02-09 Valeo Thermique Moteur Sa Dispositif de refroidissement d'un vehicule electrique alimente par une pile a combustible
US6368737B1 (en) * 2000-07-13 2002-04-09 Utc Fuel Cells, Llc Subambient pressure coolant loop for a fuel cell power plant
JP2002042846A (ja) * 2000-07-19 2002-02-08 Nippon Soken Inc 燃料電池の冷却/暖機設備
CA2379363A1 (en) 2001-03-28 2002-09-28 Ballard Power Systems Inc. Methods and apparatus for improving the cold starting capability of a fuel cell
US6596426B2 (en) 2001-04-05 2003-07-22 Utc Fuel Cells, Llc Method and apparatus for the operation of a cell stack assembly during subfreezing temperatures
JP4867094B2 (ja) 2001-07-19 2012-02-01 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US6562503B2 (en) * 2001-08-22 2003-05-13 Utc Fuel Cells, Llc Freeze tolerant fuel cell power plant
JP4131110B2 (ja) 2002-02-28 2008-08-13 株式会社エクォス・リサーチ 燃料電池スタック
KR100444056B1 (ko) * 2002-03-06 2004-08-11 현대자동차주식회사 연료 전지 차량의 엔진 동파 방지 제어장치 및 방법
TW553500U (en) * 2002-04-24 2003-09-11 Asia Pacific Fuel Cell Tech Liquid cooling type fuel battery device
JP3835362B2 (ja) * 2002-07-05 2006-10-18 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP4140294B2 (ja) 2002-07-05 2008-08-27 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP4790964B2 (ja) * 2002-12-24 2011-10-12 本田技研工業株式会社 除加湿装置付き燃料電池
JP4506099B2 (ja) * 2003-05-07 2010-07-21 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP4246768B2 (ja) * 2004-05-19 2009-04-02 パナソニック株式会社 燃料電池システム
JP4955915B2 (ja) * 2004-06-11 2012-06-20 株式会社豊田中央研究所 燃料電池システム
US7282287B2 (en) * 2004-11-24 2007-10-16 Utc Power Corporation Purging water with reactant air pump powered by operational fuel cell system during shutdown
JP2006156084A (ja) * 2004-11-29 2006-06-15 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2006164670A (ja) * 2004-12-06 2006-06-22 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
KR100709435B1 (ko) * 2005-06-14 2007-04-18 현대모비스 주식회사 연료전지 차량의 응축수 퍼징 장치 및 퍼징 방법
JP4791152B2 (ja) * 2005-11-11 2011-10-12 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
JP2010015868A (ja) * 2008-07-04 2010-01-21 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp 燃料電池発電システム及び燃料電池発電方法
JP2011076728A (ja) * 2009-09-29 2011-04-14 Toshiba Corp 燃料電池およびその水抜き方法
KR102647197B1 (ko) * 2019-03-18 2024-03-13 현대자동차주식회사 차량용 배터리 관리 시스템 및 방법
WO2024086709A1 (en) * 2022-10-21 2024-04-25 Advent Technologies Holdings Inc. Freeze proof cooling subsystem for fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06223855A (ja) 1994-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3407914B2 (ja) 燃料電池自動車
US6432568B1 (en) Water management system for electrochemical engine
JP6126974B2 (ja) 燃料電池システム
US6428915B1 (en) Apparatus for regulating humidity of process air in fuel cell system
US8557454B2 (en) Fuel cell system and reverse flow relief valve
JP3378068B2 (ja) 燃料電池発電装置
US20190024248A1 (en) Water electrolysis system and method of stopping operation thereof
JP2003017104A (ja) 燃料電池システム
US7267900B2 (en) Fuel cell system
JP2001006711A (ja) 燃料電池システム
JP2007273234A (ja) 燃料電池自動車
WO2005096420A2 (en) Fuel cell system and control method therefor
WO2006019027A1 (ja) 燃料電池システム及びその液体排出方法
JP2010170927A (ja) 燃料電池システム
JP2009117189A (ja) 燃料電池システムの制御方法
JP2008097993A (ja) 燃料電池システムの掃気方法および燃料電池システム
JP5324838B2 (ja) 燃料電池システム及びその運転方法
JP6307536B2 (ja) 燃料電池システムの低温起動方法
JP2011014252A (ja) 燃料電池システム
US8445151B2 (en) Fuel cell system and method for controlling the same
JP2008159299A (ja) 燃料電池システム及びその掃気方法
EP1487045A1 (en) Water supply system for fuel cell
JP2003123805A (ja) 水循環装置
JP2006286484A (ja) 燃料電池システム
JP2007280642A (ja) 燃料電池システム及びその運転方法

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080314

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090314

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090314

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100314

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110314

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130314

Year of fee payment: 10

EXPY Cancellation because of completion of term