JP3736374B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン除去フィルタが用いられた燃料電池システムの改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池として固体高分子型の燃料電池を用いた燃料電池システムにおいては、システムの通常時の運転温度を80℃前後に維持する必要があるため、燃料電池スタックを冷却する冷却水を循環する必要があるが、冷却水は燃料電池スタックに接触して冷却するため、冷却水は燃料電池スタックからの電流の漏れを防止する目的で導電率を低くする必要がある。
【0003】
また燃料電池スタック内部の固体高分子膜は適度の湿潤状態でプロトン(水素イオン)伝導性を示すため、固体高分子膜は適度に水分を補給する必要がある。このため燃料電池スタックに供給される燃料ガスと酸化剤ガスは加湿器にて加湿された状態で燃料電池スタックに供給される。したがって、冷却水と同様に電流の漏れを防止するために加湿器での加湿に用いられる純水を低導電率に維持する必要がある。
【0004】
しかしながら冷却水はその循環経路中のラジエータ(または熱交換器)、ポンプ、配管等から導電性イオンが冷却水中に溶け出し、冷却水中の導電性イオンが増加するという問題がある。
【0005】
このことは加湿器においても同様であり、純水中に導電性イオンが溶け出し、純水中の導電性イオンが増加する。
【0006】
したがって、燃料電池スタックから電流が漏れ、燃料電池システムの効率を低下させるという問題を生じる。
【0007】
このような問題を解決する手段として特開平07−47349号公報に開示の技術では、図9に示すようにろ過フィルタ33を通過した冷却水はポンプ34によって活性炭フィルタエレメント35cとイオン交換樹脂35dを備えたフィルタイオン交換樹脂カートリッジ35に供給され、イオン交換樹脂35dの作用によって冷却水の導電率を低下させるようになっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの従来技術においては、冷却水または純水の全流量をイオン除去フィルタ(イオン交換樹脂35d)に通すため、燃料電池システムでは冷却水または純水の流量が20から100(L/min)程度の流量で変化するが、イオン除去フィルタの除去能力を流量の少ない場合に適応すると大流量時にイオン除去フィルタ前後での圧力差が大きくなり、冷却水または純水を供給するポンプ負荷が増大し、燃料電池システムの効率が低下することがある。これを防ぐためには、イオン除去フィルタを薄くして、イオン除去性能を低下せざるを得ない。一方、大流量時に適応したイオン除去フィルタとすると、その形状寸法が大型化し、燃料電池システムの大型化を招き、例えば、車両等の設置スペースに制限のある場所に燃料電池を設置する際に不適切なものとなる。
【0009】
そこで本発明の目的は、上記問題点を解決する燃料電池用イオン除去フィルタを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、燃料電池の効率を低下させる水中の導電性イオンを除去するイオン除去フィルタを流路に備えた燃料電池システムにおいて、前記イオン除去フィルタ前後の圧力差に応じて水がイオン除去フィルタをバイパスするバイパス流路と、前記バイパス流路にイオン除去フィルタ前後の圧力差に応じて開く制御弁を設ける。
【0012】
第2の発明は、第1に記載の発明において、水がイオン除去フィルタを通過して下流に流出する流路と、水がイオン除去フィルタを通過せずに下流に流出するバイパス流路とを一体に設け、バイパス流路にイオン除去フィルタ前後の圧力差に応じて開く制御弁を設ける。
【0013】
第3の発明は、第1の発明において、イオン除去フィルタは下流側ほどフィルタの通過抵抗が低い構成を有し、水がイオン除去フィルタを通過して下流に流出する流路と、水がイオン除去フィルタを通過せずに下流に流出するバイパス流路とを一体に設け、バイパス流路にイオン除去フィルタ前後の圧力差に応じて流れ方向に摺動し、水のバイパス流路からイオン除去フィルタへの流れを制御する制御弁を設ける。
【0014】
第4の発明は、第2の発明において、前記イオン除去フィルタは円筒形に構成され、その中央部の一端側開口をイオン除去フィルタ上流の流路と連通するとともに、他端側開口を閉鎖する制御弁を設け、イオン除去フィルタ前後での圧力差が所定値以下のときには制御弁が他端側開口を閉鎖して水がイオン除去フィルタを通過し、圧力差が所定値を超えると制御弁が開いて水を下流に流出するように構成される。
【0015】
第5の発明は、第3の発明において、前記イオン除去フィルタは中心部に穴が形成された円錐形に構成され、その底面側の開口がイオン除去フィルタ上流の流路と連通するとともに、穴の途中に制御弁が設置され、イオン除去フィルタ前後の圧力差が小さいときに制御弁は上流寄りに位置して水をイオン除去フィルタ断面積の大きい領域を通過するようにし、圧力差が大きくなるほど制御弁が下流側に移動するとともに水がイオン除去フィルタを通過する領域は下流側に拡張し、圧力差が所定値を超えると制御弁がイオン除去フィルタの下流側の開口から離れて水を下流に流出するように構成される。
【0016】
第6の発明は、第1から5のいずれか一つの発明において、前記流路およびバイパス流路を通過する水の異物を除去する異物除去フィルタを備える。
【0017】
第7の発明は、第1から5のいずれか一つの発明において、前記バイパス流路を通過する水の異物を除去する異物除去フィルタを設けると共に、イオン除去フィルタを異物除去フィルタとして機能させる。
【0018】
【発明の効果】
第1の発明は、燃料電池システムのイオン除去フィルタ前後の圧力差に応じて水がイオン除去フィルタをバイパスするバイパス流路を設けたので、イオン除去フィルタ前後での圧力損失を抑制し、ポンプの負荷の増加を防止し、ポンプの運転効率低下を防ぎ、燃料電池システムとしての効率を維持することができる。また、前記バイパス流路にイオン除去フィルタ前後の圧力差に応じて開く制御弁を設けたので、流量が少ないときにはイオン除去フィルタに水を全量流し、流量が多くなると制御弁から水を流し流路抵抗の増大を抑制でき、ポンプの負荷の増加を防止し、ポンプの運転効率低下を防ぐことができる。
【0020】
第2と4の発明は、水がイオン除去フィルタを通過して下流に流出する流路と、水がイオン除去フィルタを通過せずに下流に流出するバイパス流路とを一体に設け、バイパス流路にイオン除去フィルタ前後の圧力差に応じて開く制御弁を設けたので、流路の構成を簡潔にできる。
【0021】
第3と5の発明は、イオン除去フィルタは下流側ほどフィルタの通過抵抗が低い構成を有し、水がイオン除去フィルタを通過して下流に流出する流路と、水がイオン除去フィルタを通過せずに下流に流出するバイパス流路とを一体に設け、バイパス流路にイオン除去フィルタ前後の圧力差に応じて流れ方向に摺動し、水のバイパス流路からイオン除去フィルタへの流れを制御する制御弁を設けたので、イオン除去フィルタ前後での圧損低減と伝導性イオン除去性能をバランスよく制御することができる。
【0022】
第6の発明は、前記流路およびバイパス流路を通過するすべての水の異物を除去する異物除去フィルタを備えたので、異物除去フィルタによって冷却水中の異物が除去されて、異物によるイオン除去フィルタの目詰まりを防ぎ、寿命を延ばすことができる。
第7の発明は、前記バイパス流路を通過する水の異物を除去する異物除去フィルタを設けると共に、イオン除去フィルタを異物除去フィルタとして機能させることにより、イオン除去フィルタを通過せずに下流に流出する冷却水の異物のみを異物除去フィルタで除去し、イオン除去フィルタが異物除去フィルタを兼ねる構成として、冷却水全量の異物除去を可能とし、さらにポンプの運転負荷を低減することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は本発明のイオン除去フィルタを用いた燃料電池システムの構成を説明する図である。
【0024】
本燃料電池システムは燃料と酸化剤(例えば、空気)から発電を行う燃料電池スタック1と、燃料電池スタック1に供給される燃料と空気の加湿を行う加湿器2と、燃料電池スタック1を冷却するための水を貯蔵する水タンク11と、加湿器2に供給される純水を貯める純水タンク14と、各構成要素間を連通する流路から構成される。
【0025】
加湿器2には空気を供給する空気供給流路3と燃料を供給する燃料供給流路4とが接続されると共に、これら燃料と空気を加湿する純水を純水タンク14から供給するための純水流路12aが接続される。加湿器2から排出される純水は排純水流路12bを通って純水タンク14に戻ることで、純水は循環する。
【0026】
加湿器2においてそれぞれ独立して加湿された燃料と空気は、加湿空気流路5と加湿燃料流路6を通って燃料電池スタック1のアノードおよびカソードに供給される。燃料電池スタック1に供給された燃料と空気は発電後、排ガスとして空気排出流路7と燃料ガス排出流路8から外部に排出される。
【0027】
電気化学反応に伴って加熱した燃料電池スタック1を冷却するための冷却水を水タンク11から燃料電池スタック1に供給する冷却水流路9aが設けられ、冷却後の冷却水が通過する排冷却水流路9bは水タンク11に戻り、冷却水は循環して用いられる。
【0028】
冷却水流路9aの途中には、冷却水中の導電性イオンを除去する円筒形のイオン除去フィルタ16を収装したフィルタ部15が設置されると共に、フィルタ部15をバイパスするバイパス流路9cが設けられる。ここで円筒形のイオン除去フィルタ16はその軸方向を冷却水の流れ方向に向くように設置されており、また、バイパス流路9cの管路抵抗は冷却水の流量が少ないときには、イオン除去フィルタ16とイオン除去フィルタ16を介装した部分の冷却水流路9aの合計の抵抗より大きくなるように設定される。たとえば、図示しないがバイパス流路9cにオリフィスを設けたり、断面積を冷却水流路9aより小さくするようにしてもよい。
【0029】
したがって、フィルタ部15を流れる冷却水流量が少量である時には冷却水はバイパス流路9cを介さず、フィルタ部15のみを通過する。このとき冷却水の全量がイオン除去フィルタ16を通過するので、冷却水中の導電性イオンは十分に除去され、またイオン除去フィルタ16前後での圧力差(圧損)は小さく、ポンプ負荷が増大することはない。また冷却水流量が増加し、イオン除去フィルタ16前後での圧力差がバイパス流路9cの管路抵抗により生じる圧力差より高くなると、冷却水がバイパス流路9cを通過するので、イオン除去フィルタ16前後での圧損を抑制することができる。したがって、ポンプの負荷の増加を防止し、ポンプの運転効率低下を抑制し、燃料電池システムとしての効率を維持することができる。
【0030】
本実施形態においては、イオン除去フィルタ16を冷却水流路9aに設置したが、純水流路12aに設置することで、燃料電池スタック1での発電に供される燃料と空気の加湿に用いられる純水の導電性イオンを除去し、さらに冷却水流路に設置した場合と同様にシステムの効率を維持できる。
【0031】
図2に示す第2の実施形態は、バイパス流路9cにイオン除去フィルタ16の前後での圧力差に基づき開閉するリリーフ弁(制御弁)17を設置したもので、イオン除去フィルタ16の前後の圧力差が所定値より大きいときにリリーフ弁17を開くように構成するものである。なお第1実施形態ではバイパス流路9cの管路抵抗を冷却水流路9aより高く設定したが,この実施形態ではリリーフ弁17がその機能を有するので、バイパス流路9cの管路抵抗を高く設定する必要がないことは明らかである。
【0032】
したがって、冷却水流量が少ない、つまりイオン除去フィルタ16の前後での圧力差が小さい時にはバイパス流路9cが閉じて、冷却水全量がフィルタ部15を通過するようにしたので、冷却水中のイオン除去を確実に行うことができる一方、冷却水流量が多い時には、イオン除去フィルタ16の前後での圧力差が所定圧を超えるとリリーフ弁17が開き、冷却水がバイパス流路9cを流れることにより、イオン除去フィルタ16の前後での圧損を小さく抑制して、ポンプの運転効率の低下を防止し、システムの効率低下を防止する。
【0033】
図3は第3の実施形態としてフィルタ部15とバイパス流路9cを一体的に構成したものを示す。フィルタ部15内のイオン除去フィルタ18は円筒形に構成され、その一端面18aをフィルタ部15上流側の冷却水通路9aとイオン除去フィルタ16の内部流路16bが連続するように設置し、さらに下流側の他端面18cの開口部18dを開閉するリリーフ弁19を設けた。したがって冷却水はフィルタ部15上流の冷却水流路9aから円筒形の除去フィルタ18の中央部に位置する中央流路18bに導入されて、その流量が少量のときには除去フィルタ18の下流側開口部18dがリリーフ弁19によって閉ざされているため、冷却水は中央流路18bから外周側へ、イオン除去フィルタ18を通過して導電性イオンを除去され下流側に流出する。
【0034】
冷却水流量が少量時には、冷却水は全量がイオン除去フィルタ18を通過して、導電性イオンを除去されて下流に流れるが(このときリリーフ弁19は開口部18eを閉鎖している)、冷却水流量が増量すると、内部流路18bの圧力が上昇し、イオン除去フィルタ18下流の圧力との差圧が所定圧を越えるとリリーフ弁19が開放され、冷却水は内部流路16bからリリーフ弁19とイオン除去フィルタ18との間(流路18e)を通過して下流側に流れ出ることで内部流路18b内の圧力が所定圧力以上に上昇することを防止し、イオン除去フィルタ前後での圧損を抑制する。第2実施形態との構成と比較して説明すると、第2実施形態のバイパス流路9cは、本実施形態のリリーフ弁19がイオン除去フィルタ18から離れた時にイオン除去フィルタ18とリリーフ弁19との間に形成される流路18eと中央流路18bに相当する。
【0035】
このように第2実施形態のイオン除去フィルタ16が介装された冷却水流路9aとバイパス流路9cとの機能を1本の流路に一体的に構成することができ、第2実施形態の効果に加え、冷却水の流路構成を簡素にすることができる。
【0036】
次に図4に示す第4実施形態について説明する。これは第3の実施形態に対してイオン除去フィルタの形状を変更するとともに、リリーフ弁を摺動弁(制御弁)に変更したものである。
【0037】
本実施形態のイオン除去フィルタ20は円錐形状を有しており、その中心は中心線上に貫通し、中央流路20bを形成し、その周囲はフィルタ部20cを形成する。イオン除去フィルタ20は円錐の底面側を上流側に向けて設置され、イオン除去フィルタ20の中央流路20bの底面側開口20aはイオン除去フィルタ20上流側の冷却水流路9aと連続するように設置される。摺動弁21はイオン除去フィルタ20の中央流路20bの途中に設けられて、摺動弁21上流の中央流路20bの圧力とイオン除去フィルタ20下流の圧力との差圧により流れ方向に摺動する。
【0038】
したがって冷却水流量が少量の時には図4(a)に示すように、摺動弁21はイオン除去フィルタ20の中央流路20b内の上流寄りに位置し、冷却水は中央流路20bから円錐形状をしたイオン除去フィルタ20のフィルタ層20cの断面積の大きな部分を全周に渡って通過することになり、冷却水中のイオンを効率よく除去することができる。冷却水の流量が徐々に増量すると図4(b)に示すように、摺動弁21に作用する圧力が上昇し、摺動弁21は下流側に変位する。したがって冷却水が通過するイオン除去フィルタ20のフィルタ層20cの領域が広がり、冷却水はフィルタ層20cの下流側の圧力損失が小さい断面積が比較的小さな部分を通過して下流に流れ出す。冷却水流量がさらに増量すると図4(c)に示すように、摺動弁21はさらに下流側に変位し、イオン除去フィルタ20から離れ、冷却水は中央流路20bからイオン除去フィルタ20を通過することなく、下流側に流出する。このときのイオン除去フィルタ20とリリーフ弁21との間の隙間(流路20d)と中央流路20bが第2実施形態のバイパス流路9cに相当するものである。
【0039】
したがって、冷却水流量が少量の時には圧損を考慮する必要がないので、イオン除去性能に優れたフィルタ層の断面積の大きな領域に冷却水を導き、導電性のイオンを十分に除去し、流量の増加に伴って圧損の少ないフィルタ層の薄い領域にも冷却水を導くことで圧損低減とイオン除去性能の両立をバランスよく制御することができる。さらに圧力差が大きくなったときには冷却水はバイパス流路に相当する流路20bと20dからイオン除去フィルタ20を通過せずに下流に流出することになり、ポンプの運転負荷を抑制し、システムの効率向上を図ることができる。
【0040】
次に図5に示す第5実施形態について説明する。これは第1実施形態の冷却水流路9aとバイパス流路9bとの上流側分岐点の上流に冷却水中の異物を除去する異物除去フィルタ22を設置したものである。
【0041】
したがって異物除去フィルタ22の効果によって冷却水中の異物が除去されて、異物による高価なイオン除去フィルタ16の目詰まりを防ぎ、寿命を延ばすことができる。
【0042】
なお、本実施形態では分岐点の上流に異物除去フィルタ22を設置したが、分岐点下流の冷却水流路9aとバイパス流路9cそれぞれに設置してもよい。または、イオン除去フィルタ16を異物除去フィルタ22としても作用させることで、バイパス流路9cにのみ異物除去フィルタ22を設置するようにしてもよい。この構成では異物除去フィルタをバイパス流路にのみ設ければ良く、またイオン除去フィルタ16に流入する冷却水への異物除去フィルタによる圧損の影響がなく、ポンプの運転負荷を低減できるという効果がある。
【0043】
図6から図8には第2実施形態から第4実施形態の構成に異物除去フィルタを設置した構成を示しており、これらの構成ではイオン除去フィルタを通過せずに下流に流出する冷却水の異物のみを異物除去フィルタで除去し、イオン除去フィルタが異物除去フィルタを兼ねる構成としている。この構成により、冷却水全量の異物除去を可能として、さらに前述のようにポンプの運転負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を説明する図である。
【図2】第2実施形態を説明する図である。
【図3】第3実施形態を説明する図である。
【図4】第4実施形態を説明する図である。
【図5】第5実施形態を説明する図である。
【図6】第6実施形態を説明する図である。
【図7】第7実施形態を説明する図である。
【図8】第8実施形態を説明する図である。
【図9】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
9a 冷却水流路
9b 排冷却水流路
9c バイパス流路
15 フィルタ部
16 イオン除去フィルタ
17 リリーフ弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of a fuel cell system used is ion filter.
[0002]
[Prior art]
In a fuel cell system using a polymer electrolyte fuel cell as a fuel cell, it is necessary to maintain the normal operating temperature of the system at around 80 ° C. Therefore, it is necessary to circulate cooling water for cooling the fuel cell stack However, since the cooling water contacts and cools the fuel cell stack, the cooling water needs to have a low conductivity in order to prevent leakage of current from the fuel cell stack.
[0003]
Further, since the solid polymer membrane inside the fuel cell stack exhibits proton (hydrogen ion) conductivity in a moderately wet state, the solid polymer membrane needs to be appropriately replenished with water. For this reason, the fuel gas and the oxidant gas supplied to the fuel cell stack are supplied to the fuel cell stack while being humidified by the humidifier. Therefore, it is necessary to maintain the low conductivity of the pure water used for humidification in the humidifier in order to prevent current leakage as in the case of cooling water.
[0004]
However, the cooling water has a problem that conductive ions are dissolved into the cooling water from a radiator (or heat exchanger), a pump, piping, and the like in the circulation path, and the conductive ions in the cooling water increase.
[0005]
This also applies to the humidifier, in which conductive ions are dissolved in pure water and conductive ions in pure water are increased.
[0006]
Therefore, current leaks from the fuel cell stack, causing a problem that the efficiency of the fuel cell system is lowered.
[0007]
In the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-47349 as means for solving such problems, the cooling water that has passed through the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this prior art, since the entire flow rate of the cooling water or pure water is passed through the ion removal filter (
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell ion removal filter that solves the above-mentioned problems.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
1st invention is a fuel cell system provided with the ion removal filter which removes the conductive ion in the water which reduces the efficiency of a fuel cell in a flow path, water removes ion according to the pressure difference before and behind the said ion removal filter A bypass passage that bypasses the filter and a control valve that opens in accordance with the pressure difference before and after the ion removal filter are provided in the bypass passage .
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a flow path in which water passes through the ion removal filter and flows downstream, and a bypass flow path in which water flows downstream without passing through the ion removal filter A control valve that is provided integrally and that opens according to the pressure difference before and after the ion removal filter is provided in the bypass channel.
[0013]
According to a third aspect , in the first aspect , the ion removal filter has a configuration in which the passage resistance of the filter is lower toward the downstream side, a flow path through which water passes through the ion removal filter and flows downstream, and water is ionized. A bypass flow path that flows downstream without passing through the removal filter is integrally provided, and the bypass flow path slides in the flow direction according to the pressure difference before and after the ion removal filter, so that the ion removal filter is removed from the water bypass flow path. A control valve is provided to control the flow to
[0014]
According to a fourth invention, in the second invention, the ion removal filter is formed in a cylindrical shape, and one end side opening at the center thereof communicates with a flow path upstream of the ion removal filter and the other end side opening is closed. A control valve is provided, and when the pressure difference before and after the ion removal filter is less than or equal to a predetermined value, the control valve closes the other end side opening, water passes through the ion removal filter, and when the pressure difference exceeds the predetermined value, the control valve It is configured to open and allow water to flow downstream.
[0015]
According to a fifth invention, in the third invention, the ion removal filter is formed in a conical shape having a hole formed in a central portion thereof, and an opening on the bottom side thereof communicates with a flow path upstream of the ion removal filter, and a hole is formed. A control valve is installed on the way, and when the pressure difference before and after the ion removal filter is small, the control valve is positioned upstream so that water passes through a region with a large cross-sectional area of the ion removal filter, and the pressure difference increases. As the control valve moves downstream, the region where water passes through the ion removal filter expands downstream, and when the pressure difference exceeds a predetermined value, the control valve moves away from the downstream opening of the ion removal filter and flows water downstream. Configured to spill.
[0016]
In a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, a foreign matter removing filter that removes foreign matter of water passing through the flow path and the bypass flow path is provided.
[0017]
According to a seventh invention, in any one of the first to fifth inventions, a foreign matter removal filter for removing foreign matter of water passing through the bypass flow path is provided, and the ion removal filter functions as a foreign matter removal filter.
[0018]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the bypass channel is provided in which water bypasses the ion removal filter according to the pressure difference between the front and rear of the ion removal filter of the fuel cell system, the pressure loss before and after the ion removal filter is suppressed, It is possible to prevent an increase in load, prevent a decrease in the operation efficiency of the pump, and maintain efficiency as a fuel cell system. In addition, since the bypass flow path is provided with a control valve that opens in accordance with the pressure difference before and after the ion removal filter, when the flow rate is small, all the water flows through the ion removal filter, and when the flow rate increases, the control valve allows water to flow. An increase in resistance can be suppressed, an increase in pump load can be prevented, and a decrease in pump operation efficiency can be prevented.
[0020]
In the second and fourth aspects of the present invention, a flow path in which water passes through the ion removal filter and flows out downstream and a bypass flow path in which water flows out downstream without passing through the ion removal filter are provided integrally, Since the control valve which opens according to the pressure difference before and behind the ion removal filter is provided in the channel, the configuration of the channel can be simplified.
[0021]
In the third and fifth aspects of the invention, the ion removal filter has a configuration in which the passage resistance of the filter is lower toward the downstream side, a flow path through which water passes through the ion removal filter and flows downstream, and water passes through the ion removal filter. A bypass flow path that flows downstream without being integrated, and slides in the flow direction according to the pressure difference before and after the ion removal filter in the bypass flow path, and the flow of water from the bypass flow path to the ion removal filter Since the control valve to be controlled is provided, the pressure loss reduction before and after the ion removal filter and the conductive ion removal performance can be controlled with good balance.
[0022]
Since the sixth aspect of the present invention includes the foreign matter removal filter that removes all the foreign matter in the water that passes through the flow path and the bypass flow path, the foreign matter in the cooling water is removed by the foreign matter removal filter, and the ion removal filter by the foreign matter is removed. It can prevent clogging and extend the service life .
According to a seventh aspect of the present invention, a foreign matter removal filter that removes foreign matter of water passing through the bypass flow path is provided, and the ion removal filter functions as a foreign matter removal filter, so that it flows downstream without passing through the ion removal filter. As a configuration in which only the foreign matter of the cooling water to be removed is removed by the foreign matter removal filter and the ion removal filter also serves as the foreign matter removal filter, foreign matter removal of the entire amount of cooling water is possible, and the operating load of the pump can be reduced.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a fuel cell system using an ion removal filter of the present invention.
[0024]
This fuel cell system cools the fuel cell stack 1, a fuel cell stack 1 that generates power from fuel and an oxidant (for example, air), a humidifier 2 that humidifies the fuel and air supplied to the fuel cell stack 1, and the fuel cell stack 1. The
[0025]
An air supply channel 3 for supplying air and a fuel supply channel 4 for supplying fuel are connected to the humidifier 2, and pure water for humidifying the fuel and air is supplied from a
[0026]
The fuel and air humidified independently in the humidifier 2 are supplied to the anode and cathode of the fuel cell stack 1 through the humidified air channel 5 and the humidified fuel channel 6. The fuel and air supplied to the fuel cell stack 1 are discharged to the outside from the air discharge channel 7 and the fuel gas discharge channel 8 as exhaust gas after power generation.
[0027]
A cooling
[0028]
In the middle of the cooling
[0029]
Therefore, when the flow rate of the cooling water flowing through the
[0030]
In this embodiment, the
[0031]
In the second embodiment shown in FIG. 2, a relief valve (control valve) 17 that opens and closes based on a pressure difference before and after the
[0032]
Therefore, when the flow rate of the cooling water is small, that is, when the pressure difference before and after the
[0033]
FIG. 3 shows a third embodiment in which the
[0034]
When the cooling water flow rate is small, the entire cooling water passes through the
[0035]
As described above, the functions of the cooling
[0036]
Next, a fourth embodiment shown in FIG. 4 will be described. In this embodiment, the shape of the ion removal filter is changed with respect to the third embodiment, and the relief valve is changed to a sliding valve (control valve).
[0037]
The
[0038]
Therefore, when the flow rate of the cooling water is small, as shown in FIG. 4A, the sliding
[0039]
Therefore, there is no need to consider the pressure loss when the cooling water flow rate is small, so the cooling water is guided to a large area of the cross-sectional area of the filter layer with excellent ion removal performance, and conductive ions are sufficiently removed, With the increase, the cooling water is also guided to the thin region of the filter layer where the pressure loss is small, so that the balance between the pressure loss reduction and the ion removal performance can be controlled in a balanced manner. When the pressure difference further increases, the cooling water flows out from the
[0040]
Next, a fifth embodiment shown in FIG. 5 will be described. In this embodiment, a foreign
[0041]
Therefore, the foreign matter in the cooling water is removed by the effect of the foreign
[0042]
In the present embodiment, the foreign
[0043]
6 to 8 show a configuration in which a foreign matter removal filter is installed in the configurations of the second embodiment to the fourth embodiment. In these configurations, the cooling water that flows downstream without passing through the ion removal filter is shown. Only the foreign matters are removed by the foreign matter removing filter, and the ion removing filter also serves as the foreign matter removing filter. With this configuration, foreign matter can be removed from the entire amount of cooling water, and the operating load of the pump can be reduced as described above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a second embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a third embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a fourth embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a fifth embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a sixth embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a seventh embodiment.
FIG. 8 is a diagram for explaining an eighth embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating a conventional technique.
[Explanation of symbols]
9a
Claims (7)
前記イオン除去フィルタ前後の圧力差に応じて水がイオン除去フィルタをバイパスするバイパス流路と、
前記バイパス流路にイオン除去フィルタ前後の圧力差に応じて開く制御弁と、
を設けたことを特徴とする燃料電池システム。In a fuel cell system including an ion removal filter for removing conductive ions in water that lowers the efficiency of the fuel cell in a flow path,
A bypass flow path in which water bypasses the ion removal filter according to the pressure difference before and after the ion removal filter ;
A control valve that opens in the bypass channel according to the pressure difference before and after the ion removal filter;
A fuel cell system comprising:
水がイオン除去フィルタを通過して下流に流出する流路と、水がイオン除去フィルタを通過せずに下流に流出するバイパス流路とを一体に設け、バイパス流路にイオン除去フィルタ前後の圧力差に応じて流れ方向に摺動し、水のバイパス流路からイオン除去フィルタへの流れを制御する制御弁を設けた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 ion removal filter has a configuration in which the passage resistance of the filter is lower toward the downstream side,
A flow path through which water flows out downstream through the ion removal filter and a bypass flow path through which water flows out downstream without passing through the ion removal filter are integrally provided, and the pressure before and after the ion removal filter is provided in the bypass flow path. 2. The fuel cell system according to claim 1 , further comprising a control valve that slides in a flow direction according to the difference and controls a flow of water from the bypass channel to the ion removal filter.
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