JP4193428B2 - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4193428B2 JP4193428B2 JP2002197400A JP2002197400A JP4193428B2 JP 4193428 B2 JP4193428 B2 JP 4193428B2 JP 2002197400 A JP2002197400 A JP 2002197400A JP 2002197400 A JP2002197400 A JP 2002197400A JP 4193428 B2 JP4193428 B2 JP 4193428B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- fuel
- fuel gas
- oxidizing gas
- fuel cell
- 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 - Fee Related
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 70
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 198
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 118
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 81
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 25
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 19
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 12
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 12
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000009194 climbing Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
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
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に係り、より特別には車両用の燃料電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、燃料電池に対する関心が高まっている。燃料電池は、既存の発電装置に比較して、特にその高いエネルギ効率と排出ガスの低公害(クリーン)性に特徴を有する。車両に関しても、車両からの排出ガスによる公害、温暖化が問題とされており、これの解決案として、従来の内燃機関に換えて燃料電池を使用する開発が盛んに行われており、実用化の直前の段階と考えられる。燃料電池は、前述のごとく顕著な利点を有するが、その一方でその稼動条件が適切に維持されなければ、高効率、低公害の特性を発揮できない。燃料電池を適切に稼動させるために、その稼動条件を適切に維持することも、重要な開発項目である。
【0003】
燃料電池は発電に伴い水が生成する。低負荷時には反応するガス流量が少ないためガス流速が遅くなり、生成水がセパレータのガス流路内に滞留しやすい状態となることが、流路を可視化できる燃料電池を用いた実験により確認されている。ガス流路内に滞留した生成水は、ガス流の抵抗損失を生じたり、燃料ガス及び酸化ガスの流れを妨げるように作用する可能性がある。上記の作用は、燃料電池の効率や発電量を低下する等の悪影響を与えて、燃料電池の電池特性を低下させる可能性がある。この様な生成水の滞留は、燃料電池の稼動条件に影響する要因の1つである。従って、燃料電池の電池特性を向上させるためには生成水は速やかに排出することが望ましい。生成水の排出性を向上させるための従来技術として、例えば燃料電池にガスを過剰に供給する方法が、特開昭54−144934号公報により開示されている。しかしこの開示の方法では、酸化ガスの流量を増加するとエアポンプの動力が増加し、また燃料ガスの流量を増加すると反応に関与せずに排出される燃料が増加するなどの問題が生じる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情に鑑みなされたもので、本発明は、セパレータのガス流路の断面積を小さくすればガス流速が増して生成水の排出性が向上するという点に着目し、ガス量を増加することなく生成水の滞留を防止し、発電特性を向上させることができる燃料電池を提供することを目的とする。
【0005】
本発明のその他の目的は、燃料電池において電解質膜に均等にガスを導入することにより、一部の電解質膜だけが劣化することを防止することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に記載した形態では、燃料電池は上述した目的を達成するために、単位電池を複数積層したスタックを具備しており、該スタックは、発電に必要な燃料ガスが通されていて前記単位電池内に設けられた燃料ガス流路と、やはり発電に必要な酸化ガスが通されていて前記単位電池内に設けられた酸化ガス流路と、前記燃料ガスがそれを介して前記燃料ガス流路に供給されるために配置された燃料ガスマニフォールドと、前記酸化ガスがそれを介して前記酸化ガス流路に供給されるために配置された酸化ガスマニフォールドとを具備する。前記単位電池内において前記燃料ガス流路及び前記酸化ガス流路は、それぞれ複数並列に具備されており、前記燃料ガスマニフォールド及び前記酸化ガスマニフォールドは、前記複数の燃料ガス流路及び前記複数の酸化ガス流路に対応して、それぞれ複数並列に具備される。前記スタックは、前記複数の燃料ガスマニフォールドへの燃料ガスの流れを切り替えて、前記燃料ガス流路への前記燃料ガスの流れを切り替える燃料ガス流路切り替え手段と、前記複数の酸化ガスマニフォールドへの酸化ガスの流れを切り替えて、前記酸化ガス流路への前記酸化ガスの流れを切り替える酸化ガス流路切り替え手段と、を更に具備する。燃料電池の運転状態によって、前記複数の燃料ガス及び酸化ガスマニフォールドへの燃料ガス及び酸化ガスの流れを、それぞれ前記燃料ガス及び酸化ガス流路切り替え手段を使用して切り替え得ることにより、前記複数の燃料ガス及び酸化ガス流路をそれぞれ使い分け得る。燃料ガス流路切り替え手段と酸化ガス流路切り替え手段は共に、1つの入口と2つの出口を有する三方弁であり、該三方弁は、入口側の流入ガス圧力が小さいときには、一方の出口だけにガスが流れ、流入ガスの圧力が大きいときには、流入ガス圧力が小さいときには閉じられている三方弁の他方の出口にもガスを流して、2つの出口にガスが流れるように形成される。
【0007】
この様に構成することにより、発電量が少ない燃料電池の低負荷時には必要となるガス流量が少なく流路内を流れるガスの流速が遅いため、流路内で反応あるいは凝縮によって生成した水が流路内に滞留しやすい状態となる。本形態では低負荷時には流路の一部だけを使用することにより、燃料電池スタックに供給するガス流量を増加することなくガス流路を流れるガスの流速が増して生成水の排水性が向上し、燃料電池の発電特性が向上する。更に低負荷時には、複数の流路に交互にガスを流すことにより、電解質膜を均等に使用して、一部の電解質膜だけが劣化することを防止して、電解質膜の寿命を延ばすことができる。
【0008】
本発明の請求項2に記載した形態の空調装置は、上記請求項1の形態において、前記燃料電池の負荷(発電量)が低い場合に、前記複数の燃料ガス流路及び酸化ガス流路のうちそれぞれ一部だけを使用して発電することを特徴とする。
【0009】
この様に構成することにより、請求項1の形態と同様の効果の実現が更に具体化する。
【0010】
本発明の請求項3に記載した形態では、上記請求項1又は2のいずれかの形態において、三方弁は電磁式であり、前記負荷が低い場合に、前記複数の燃料ガス流路及び酸化ガス流路をそれぞれ順番に交替で使用することを特徴とする。
【0011】
本形態によれば、電解質膜に均等にガスを導入することにより、一部の電解質膜だけが劣化することを防止できる。
【0012】
本発明の請求項4に記載した形態では、上記請求項1から3の形態のいずれか一項において、前記負荷に応じて、前記複数の燃料ガス流路及び酸化ガス流路のうち使用する流路をそれぞれ段階的に切り換えることを特徴とする。
【0013】
本形態によれば、低負荷においてガスの流速をより高くすることが可能であり、排水性がより向上し、更に燃料電池の発電特性が向上する。
【0020】
また、本発明の請求項5に記載した形態では、上記請求項1から4の形態いずれか一項において、前記複数の並列して具備される燃料ガス流路及び酸化ガス流路の数は、それぞれ2つであり、前記2つの酸化ガス流路の断面積及び2つの燃料ガス流路の断面積はそれぞれ等しいことを特徴とする。
【0021】
本形態によれば、より簡単な構成の燃料電池により、請求項1の効果と同様の効果が得られる。
【0022】
また、本発明の請求項6に記載した形態では、上記請求項1から5の形態いずれか一項において、前記複数の並列して具備される燃料ガス流路及び酸化ガス流路の数は、それぞれ2つであり、前記2つの酸化ガス流路の断面積の比及び2つの燃料ガス流路の断面積の比はそれぞれ1:2であることを特徴とする。
【0023】
本形態によれば、負荷に応じてガス流路を3段階に分けているので、低負荷時のガス流速は第1の実施の形態よりも速く、排水性がより向上し、更に燃料電池の発電特性が向上する。
【0024】
また、本発明の請求項8に記載した形態の車両は、上記請求項1から6のいずれか一項に記載する燃料電池を搭載することを特徴とする。
【0025】
本形態によれば、請求項1から6の効果を有する燃料電池を備えた車両を提供できる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態の装置を詳細に説明する。
図1から図4は、本発明に係る燃料電池の第1の実施の形態を示している。図1は本発明の燃料電池スタックの概略的な構成の立体図であり、図2は本発明の燃料電池スタックの単位電池内の酸化ガスセパレータの構成を図解的に示す。図3は、本発明の燃料電池に使用される三方弁の作動概要を示し、図4は、本発明の燃料電池のシステム構成図である。
【0027】
まず図1を参照すると、本発明の燃料電池のスタック1の第1の実施の形態が立体的に示されている。
燃料電池スタック1は、酸化ガスセパレータ10と、燃料ガスセパレータ20と、セパレータ10及び20の間に挟まれる図示しない電解質膜とを積層し、これらをフロントプレート40及びエンドプレート50で挟み込む格好で構成される。本実施例では図1に示すように、セパレータ20のガス流路の裏面には冷却水流路30が形成されている。ここで図2を参照すると、セパレータ10及び20には、概略積層方向に単位電池を貫通したガス及び冷却水マニホールドである、酸化ガス入口マニホールド11a,11b、酸化ガス出口マニホールド12a,12b、燃料ガス入口マニホールド13a,13b、燃料ガス出口マニホールド14a,14b、冷却水入口マニホールド15、冷却水出口マニホールド16が具備されており、これらはフロントプレート40に設けられたガス及び冷却水出入口である、酸化ガス入口41、酸化ガス出口42、燃料ガス入口43、燃料ガス出口44、冷却水入口45、冷却水出口46と連通している。
【0028】
図2は、単位電池内の酸化ガスセパレータ10の図解的な平面図を示しており、燃料ガスセパレータ20も同様の構成である。セパレータ10には、酸化ガス流路17a及び流路17bの2列の並列した流路が形成されている(セパレータ20も同様)。本実施の形態において各ガス流路及び各ガスマニホールドは2つづつ具備される。本実施例では2つの酸化ガス流路17aと17bの断面積は等しく、流路17aは酸化ガス出口及び入口マニホールド11a及び12aと連通しており、流路17bは酸化ガス出口及び入口マニホールド11b及び12bと連通している。フロントプレート40に設けられた酸化ガス入口41には、例えば外部制御が可能な電磁式等の三位置三方弁47が設置されている(図1参照)(燃料ガス入口43も同様)。
【0029】
酸化ガスは、酸化ガス入口41から燃料電池スタック1に導入され、酸化ガス用の三方弁47を通り分配されて、入口マニフォールド11a,11bに導入される。更に入口マニフォールド11aに導入された酸化ガスは、入口マニフォールド11aに接続する酸化ガス流路17aに導かれるが、ここで前記の酸化ガスセパレータ10と燃料ガスセパレータ20に挟まれる図示されない電解質膜に導入されて燃料ガスセパレータ20から導入された燃料ガスと反応して、発電すると共に生成水を生成する。電解質膜に導入されなかった酸化ガスは、酸化ガス流路17aの出口側に接続する出口マニフォールド12aに導入され、酸化ガス出口42からスタック1外に排出される。
【0030】
入口マニフォールド11bに導入された酸化ガスも同様に、酸化ガス流路17bに導入され、反応に寄与しなかった酸化ガスは、更に出口マニフォールド12bを通り、酸化ガス出口42からスタック1外に排出される。
燃料ガスの流れについても酸化ガスと同様であるので省略する。
【0031】
図3を参照すると、本実施の形態において使用される三方弁47の図解的な構造及び作動概要が示されている。同じ三方弁47が、酸化ガスマニフォールド及び燃料ガスマニフォールドに設置されている。三方弁47は電磁弁等の一般的な各種の三方弁であって良い。三方弁47は、入口48と、2つの出口49a,49bと、弁体47aとを具備する。
酸化ガスラインの場合について説明すると、入口48は酸化ガス入口41に、出口49aは入口マニフォールド11aに、出口49bは入口マニフォールド11bに接続する。燃料ガスラインに設置された三方弁47も同様に接続する。
【0032】
以下、燃料電池の高負荷時及び低負荷時の作動について説明する。本実施の形態は、以下において説明する様に、燃料電池が車両に搭載された例として説明する。ここで言う負荷とは車両制御装置(ECU)によって算出された必要発電量のことであり、車両の場合は例えば登坂時などが高負荷、低速一定走行時などが低負荷である。第1実施例においては例えば、スタック1の最大発電量の1/2に設定されたしきい値より多い場合を高負荷、小さい場合を低負荷とする。下記作動においては水が多く発生する酸化ガスセパレータ10側を例にとって説明するが、図1に示すように燃料ガスセパレータ20側も同様である。
【0033】
多くの発電量が必要とされる高負荷時には、ECUからの制御信号をもとに、三方弁47を図3の(A)の位置に制御する。三方弁入口48に流入した酸化ガスは三方弁出口49a及び49bの両方に流れるため、マニホールド11a及び11bの両方に酸化ガスが供給され、酸化ガス流路17a及び酸化ガス流路17bの両方で発電可能な状態となる。
一方、発電量が少なくて良い低負荷時には、ECUからの制御信号をもとに三方弁47を図3の(B)の位置あるいは図3の(C)の位置に制御する。三方弁入口48に流入した酸化ガスは三方弁出口49aあるいは49bの片方だけに流れるため、マニホールド11aあるいは11bの片方だけに酸化ガスが供給され、酸化ガス流路17aあるいは酸化ガス流路17bのいずれか一方で発電可能な状態となる。低負荷時が長く続く場合には、例えば任意の時間間隔で三方弁47を図3の(B)の位置から図3の(C)の位置へ切り換える。
【0034】
この様にして酸化ガス流路17a,17bに供給される酸化ガスの流量は、燃料電池の負荷に応じて三方弁47により調整されるので、各酸化ガス流路を流れる酸化ガスの流速は遅くなり過ぎることはなく、酸化ガス流路17a,17bにおいて生成される水は適宜排出される。燃料ガスの分配についても同様に調整されるので、燃料ガス流路においても生成される水は適宜排出される。
【0035】
ここで図4を参照して、車両に本発明の燃料電池を搭載した場合のシステム(全体装置)構成及び該システムの制御概要の一例について説明する。図4において燃料電池スタックは1で示されており、スタック1には、一方で燃料ガスボンベ107より燃料ガス用流量制御弁106を介して燃料ガス125が供給されており、他方で酸化ガス用電動ポンプ105により酸化ガス124が供給される。燃料電池スタック1により発電された電気は、電流123としてインバータ102を介してモータ103等に供給され車両を駆動すると共に、二次電池にも供給され適宜電力が貯蔵される。
【0036】
上記の燃料電池による発電及び給電システムは、ECU(車両制御装置)101により制御されており、ECU101は図4で点線で示すように、制御信号122を各機器に送信し負荷に応じて各機器を制御する。ECU101は、運転状態を示す情報等の、情報120,121を車両に搭載されたセンサ等より受信して、その情報を下に必要電流量、酸化ガス流量(酸化ガス用電動ポンプの回転数)、燃料ガス流量等を算出し、制御信号を酸化ガス用電動ポンプ105及び燃料ガス用流量制御弁106等へ送信して、これらの機器を制御する。本実施の形態においては、ECU101は各三方弁47にも制御信号を送信し、上記のように、各ガスの分配を制御する。更にECU101は、インバータ102に制御信号122を送信し、各機器への電力の供給についても制御する。
【0037】
次に、本発明の第2の実施の形態について、図5及び図6を参照して説明する。本第2の実施の形態では、スタック1内における構成は上記第1の実施の形態と同じであるが、第1の実施の形態において、並列して設置される2つのガスマニフォールド11a,11b及び2つのガス流路17a,17b等の断面積を相違させることにより燃料電池負荷に対応して3段階のガスの分配可能にしており、この点が第1の実施の形態と相違する。第2の実施の形態においては、ガスの流れる部分の断面積が11a>11b、12a>12b、13a>13b、14a>14b、17a>17b、49a>49bとなっており、これらの断面積の比率が全て2:1になっている。
ここでは図面、より特別には図5を参照すると、図2に示される第1の実施の形態の要素部分と同じ又は同様である図5の要素部分は、同じ参照符号により指定されている。
【0038】
図5は、図2に対応する酸化ガスセパレータ10の平面図を示す。本実施の形態において、上記のごとく酸化ガス流路17bの断面積は、酸化ガス流路17aの断面積の1/2になっている。低負荷時においては、負荷が全負荷の1/3以下の場合であり、図6に示す三方弁47の作動概要図の(C)の場合に、三方弁47が設定されるように制御されており、酸化ガスは、第1の実施の形態より断面積の小さい酸化ガス流路17bのみに供給されるので、第1の実施の形態より酸化ガスの流速をより速くする効果を有する。
三方弁47は、図6に示すように、負荷が全負荷の1/3から2/3の間にある中負荷時には(B)の位置に設定されて、出口49aを介して酸化ガス流路17aのみに酸化ガスを導入し、高負荷時には(A)の位置に設定して両方の酸化ガス流路17a,17bに酸化ガスを導入する。燃料ガスセパレータ20についても2つの燃料ガス流路等の断面積は、同様に2:1に設定されており、上記の酸化ガス系統と同様に負荷に応じて同様のガス分配の制御が行われる。
【0039】
本発明の第3の実施の形態では、上記第1の実施の形態において、三方弁47に代わって構造が相違する別の三方弁130が使用されている点が、第1の実施の形態と相違する。従って第3の実施の形態に関する三方弁130の構造の概要及び作動概要を図7に示す。ここでは図7を参照すると、図3に示される第1の実施の形態の要素部分と同じ又は同様である図7の要素部分は、同じ参照符号により指定されている。
【0040】
図7に示す本発明の第3の実施の形態において、別の三方弁130は、第1の実施の形態の弁体47aの代わりに、弁体131と、ねじりバネ132を具備する。弁体131にはねじりバネ132が係合しており、ねじりバネ132は弁体131を閉じる方向で常に付勢している。三方弁130において、弁入口48は常時弁出口49aと連通しており、負荷に応じてガス流量が増大してガス圧力が増大すると、ねじりバネ132の付勢力に対抗して、増大したガス圧力により、弁体131が押されて開き、弁入口48と弁出口49bを連通させる。ガス圧力が小さければ、ねじりバネ132の付勢力はガス圧力に打ち勝って、弁体131を閉じる。
【0041】
図7を参照して、弁130の作動概要を説明する。
低負荷時には、弁体131はねじりバネ132に押され、図7の(C)に示す状態となる。この状態では弁入口48に流入したガス(124,125)は弁出口49aに流れるため、ガス流路11aだけにガスが供給され、ガス流路17aが発電可能な状態となる。ガス流量が増加するとガス圧によって弁体131が開き図7の(B)の状態となり、更にガス流量が増加すると図7の(A)の状態となる。この状態では弁入口48に流入したガスは弁出口49a及び49bの両方に流れるため、ガス流路11a及び11bの両方にガスが供給され、ガス流路17a及び17bの両方で発電可能な状態となる。
【0042】
上記の説明において、本発明の燃料電池は車両に搭載された場合について、説明されたが、発電装置等の車両以外の用途に使用されても良い。また、本発明の実施の形態においてガス流路及びガスマニホールド数が3以上並列に具備されても良い。更には、三方弁47は、ガス流路及びガスマニホールド数に応じて、四方弁あるいは複数の弁等で置換されても良い。
【0043】
次に上記実施の形態の効果及び作用について説明する。
本発明の第1の実施の形態の燃料電池により以下の効果が期待できる。
・発電量が少ない低負荷時には必要となるガス流量が少なく流路内を流れるガスの流速が遅いため、流路内で反応あるいは凝縮によって生成した水が流路内に滞留しやすい状態となるが、本発明では低負荷時には流路の一部だけを使用することにより、燃料電池スタックに供給するガス流量を増加することなくガス流路を流れるガスの流速が増して生成水の排水性が向上し、燃料電池の発電特性が向上する。
・低負荷時には2つの流路に交互にガスを流すことにより、電解質膜を均等に使用して、一部の電解質膜だけが劣化することを防止できる。
【0044】
本発明の第2の実施の形態の燃料電池により以下の効果が期待できる。
・ 負荷に応じてガス流路を3段階に分けているので、低負荷時のガス流速は第1の実施の形態よりも速く、排水性がより向上し、更に燃料電池の発電特性が向上する。
【0045】
本発明の第3の実施の形態の燃料電池により以下の効果が期待できる。
・ ガス流路をガス圧によって自動で切り替えるので、燃料電池の構成が簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の第1の実施の形態の燃料電池スタックの構成を示す図解的立体図である。
【図2】図2は、図1のスタックの単位電池内の酸化ガスセパレータの図解的平面図を示す。
【図3】図3は、本発明の第1の実施の形態に使用される三方弁の構成の概要及び作動概要を示す。
【図4】図4は、本発明の第1の実施の形態の燃料電池が車両に搭載された場合の燃料電池システムの主要部の系統図である。
【図5】図5は、本発明の第2の実施の形態の燃料電池スタックの単位電池内の酸化ガスセパレータの図解的平面図を示しており、図2に対応する。
【図6】図6は、本発明の第2の実施の形態における三方弁の構成の概要及び作動概要を示しており、図3に対応する。
【図7】図7は、本発明の第3の実施の形態に使用される三方弁の構成の概要及び作動概要を示しており、図3に対応する。
【符号の説明】
1…スタック
10…酸化ガスセパレータ
11a,11b…酸化ガス入口マニフォールド
12a,12b…酸化ガス出口マニフォールド
13a,13b…燃料ガス入口マニフォールド
14a,14b…燃料ガス出口マニフォールド
15…冷却水入口マニフォールド
16…冷却水出口マニフォールド
17a,17b…酸化ガス流路
20…燃料ガスセパレータ
30…冷却水流路
40…フロントプレート
41…酸化ガス入口
42…酸化ガス出口
43…燃料ガス入口
44…燃料ガス出口
45…冷却水入口
46…冷却水出口
47…三方弁
50…エンドプレート
Claims (8)
- 単位電池を複数積層したスタックを具備する燃料電池において、該スタックは、
発電に必要な燃料ガスが通されていて前記単位電池内に設けられた燃料ガス流路と、
やはり発電に必要な酸化ガスが通されていて前記単位電池内に設けられた酸化ガス流路と、
前記燃料ガスが前記燃料ガス流路に供給されて通過するように配置された燃料ガスマニフォールドと、
前記酸化ガスが前記酸化ガス流路に供給されて通過するように配置された酸化ガスマニフォールドと、
を具備しており、
前記単位電池内において前記燃料ガス流路及び前記酸化ガス流路は、それぞれ複数並列に具備されており、
前記燃料ガスマニフォールド及び前記酸化ガスマニフォールドは、前記複数の燃料ガス流路及び前記複数の酸化ガス流路に対応して、それぞれ複数並列に具備されており、
前記スタックは、
前記複数の燃料ガスマニフォールドへの燃料ガスの流れを切り替えて、前記燃料ガス流路への前記燃料ガスの流れを切り替える燃料ガス流路切り替え手段と、
前記複数の酸化ガスマニフォールドへの酸化ガスの流れを切り替えて、前記酸化ガス流路への前記酸化ガスの流れを切り替える酸化ガス流路切り替え手段と、を更に具備しており、
燃料電池の運転状態によって、前記複数の燃料ガス及び酸化ガスマニフォールドへの燃料ガス及び酸化ガスの流れを、それぞれ前記燃料ガス及び酸化ガス流路切り替え手段を使用して切り替え得ることにより、前記複数の燃料ガス及び酸化ガス流路をそれぞれ使い分けることが可能であり、
前記燃料ガス流路切り替え手段と前記酸化ガス流路切り替え手段は共に、1つの入口と2つの出口を有する三方弁であり、該三方弁は、入口側の流入ガス圧力が小さいときには、一方の出口だけにガスが流れ、流入ガスの圧力が大きいときには、流入ガス圧力が小さいときには閉じられている前記三方弁の他方の出口にもガスを流して、前記2つの出口にガスが流れるように形成されることを特徴とする燃料電池。 - 前記燃料電池の負荷(発電量)が低い場合に、前記複数の燃料ガス流路及び酸化ガス流路のうちそれぞれ一部だけを使用して発電することを特徴とする請求項1記載の燃料電池。
- 前記三方弁は電磁式であり、前記負荷(発電量)が低い場合に、前記複数の燃料ガス流路及び酸化ガス流路をそれぞれ順番に交替で使用することを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の燃料電池。
- 前記負荷に応じて、前記複数の燃料ガス流路及び酸化ガス流路のうち使用する流路をそれぞれ、段階的に切り換える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。
- 前記複数の並列して具備される燃料ガス流路及び酸化ガス流路の数は、それぞれ2つであり、前記2つの酸化ガス流路の断面積及び2つの燃料ガス流路の断面積はそれぞれ等しいことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の燃料電池。
- 前記複数の並列して具備される燃料ガス流路及び酸化ガス流路の数は、それぞれ2つであり、前記2つの酸化ガス流路の断面積の比及び2つの燃料ガス流路の断面積の比はそれぞれ1:2である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。
- 前記三方弁は、
前記入口と出口が形成されるハウジングと、
前記ハウジング内に取り付けられて、前記ハウジングに囲まれて形成される弁内の流路の開閉を行う弁体と、
前記弁体を付勢して、前記弁体が前記出口の内の一方を閉じるように作用するバネと、を具備しており、
前記三方弁は、
流入ガス圧力が増大すると、前記弁体に係合する前記バネの付勢力に対抗して前記弁体が開いて、双方の流路にガスを流通させ、
流入ガス圧力が減少すると、前記弁体に係合する前記バネの付勢力に打ち勝って前記弁体が閉じて、一方の出口流路だけにガスを流通させるように形成される請求項1又は2に記載の燃料電池。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載する燃料電池を搭載することを特徴とする車両。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002197400A JP4193428B2 (ja) | 2002-07-05 | 2002-07-05 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002197400A JP4193428B2 (ja) | 2002-07-05 | 2002-07-05 | 燃料電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004039541A JP2004039541A (ja) | 2004-02-05 |
JP4193428B2 true JP4193428B2 (ja) | 2008-12-10 |
Family
ID=31705183
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002197400A Expired - Fee Related JP4193428B2 (ja) | 2002-07-05 | 2002-07-05 | 燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4193428B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006024478A (ja) * | 2004-07-08 | 2006-01-26 | Ebara Ballard Corp | 燃料電池発電システムの運転方法及び燃料電池発電システム |
JP2007048484A (ja) * | 2005-08-05 | 2007-02-22 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池スタック |
EP1952470B1 (en) | 2005-10-25 | 2012-03-07 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell electric vehicle |
-
2002
- 2002-07-05 JP JP2002197400A patent/JP4193428B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004039541A (ja) | 2004-02-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101632193B (zh) | 燃料电池系统 | |
CN101513830B (zh) | 用于燃料电池车中的驱动单元和燃料电池的优化冷却装置 | |
EP2597716B1 (en) | Fuel cell system and operating method thereof | |
CN102959783A (zh) | 燃料电池系统 | |
JP2000030730A (ja) | 燃料電池 | |
CN103597642A (zh) | 燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法 | |
JP4295847B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池システム | |
JP3699063B2 (ja) | 燃料電池およびその制御方法 | |
KR20200056230A (ko) | 연료전지용 가습기 | |
JP2010192251A (ja) | 燃料電池システム | |
CN101313430B (zh) | 燃料电池 | |
CN105870479B (zh) | 具有冷却系统的燃料电池总成 | |
CN104380512A (zh) | 燃料电池系统 | |
JP4193428B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP3655507B2 (ja) | 燃料電池システムおよびこれを搭載した電気自動車 | |
JP4700886B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2002305014A (ja) | 燃料電池 | |
JP2004039540A (ja) | 燃料電池 | |
JP4415538B2 (ja) | 燃料電池システム | |
CN111211340B (zh) | 燃料电池系统 | |
JP4954383B2 (ja) | 燃料電池 | |
JPS62252075A (ja) | 空冷式燃料電池の温度制御装置 | |
JP2000164237A (ja) | 燃料電池及び燃料電池集合体 | |
KR102654843B1 (ko) | 연료전지 시스템용 공기밸브 장치 | |
KR102575715B1 (ko) | 차량용 연료전지시스템 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050228 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070920 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070925 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071121 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20071219 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20071219 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080304 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080430 |
|
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: 20080902 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080915 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111003 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111003 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121003 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131003 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |