JP4761107B2 - Fuel cell stack - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池スタックに関し、特に、始動時の暖機性能向上に有効な技術に関する。 The present invention relates to a fuel cell stack, and more particularly to a technique effective for improving warm-up performance at the time of starting.
燃料電池は、水素と酸素の反応から水を生成する反応により電気を作り出す。かかる反応は発熱反応であるため、定置型などの連続運転では温度低下はほとんどなく、水蒸気が凝結して氷が生成される心配はない。しかしながら、車載用の燃料電池スタックの場合は、走行時は問題ないが、駐車場やガレージへの車両駐車時に外気温が低下すると、水蒸気が凝結して氷になることがある。かかる場合には、セル内のガス拡散が一部閉塞され、発電できなくなる場合や性能低下を生ずることがある。さらに、燃料極側での氷結による部分的なガス欠は、セル自体を劣化させる要因ともなる。 Fuel cells produce electricity through a reaction that produces water from the reaction of hydrogen and oxygen. Since this reaction is an exothermic reaction, there is almost no temperature drop in continuous operation such as a stationary type, and there is no fear that water vapor condenses and ice is generated. However, in the case of a fuel cell stack for in-vehicle use, there is no problem when traveling, but if the outside air temperature decreases when the vehicle is parked in a parking lot or a garage, water vapor may condense and become ice. In such a case, gas diffusion in the cell is partially blocked, and power generation cannot be performed or performance may be degraded. Further, partial gas shortage due to icing on the fuel electrode side also causes deterioration of the cell itself.
この対策として、起動時にヒータや燃料ガスを使用した燃焼などによる熱エネルギーを利用して燃料電池スタックを暖機する、あるいは、停止時にドライガスを流したりヒータ等で加温することによって、氷結の原因となるセル内の水分量を低減させることも考えられるが、いずれの場合もエネルギー消費が生じるため、燃料電池システム全体としてのエネルギー効率を低下させてしまう。このような背景から、冷却水に潜熱蓄熱材を混入し、潜熱蓄熱材の相変化に伴う発熱にて燃料電池スタックを暖機する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1に記載の技術は、顕熱のみにて燃料電池から吸熱する冷却方式よりも効率よく多量の熱を吸熱することを目的として、言い換えれば、燃料電池の冷却性能向上を目的として、凝固しても流動性を保つ潜熱蓄熱材をラジエータ等で相変化させることにより、熱交換量を増大させるものである。このため、暖機時にも潜熱蓄熱材がラジエータを通ることになり、速やかな暖機を行うことはできない。以上の課題は、氷結した場合に限られず、低温始動時にも同様に生じる。 However, the technique described in Patent Document 1 is intended to absorb a large amount of heat more efficiently than the cooling system that absorbs heat from the fuel cell only by sensible heat, in other words, for the purpose of improving the cooling performance of the fuel cell. The amount of heat exchange is increased by changing the phase of a latent heat storage material that maintains fluidity even when solidified by a radiator or the like. For this reason, the latent heat storage material passes through the radiator even at the time of warming up, so that quick warming up cannot be performed. The above problems are not limited to icing, but also occur at low temperature start.
そこで、本発明は、エネルギー効率の低下を来たすことなく、暖機性能の十分な燃料電池スタックの提供を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell stack with sufficient warm-up performance without causing a decrease in energy efficiency.
本発明は、膜−電極接合体とその両面に配されるセパレータとを有するセルが複数積層されてなるセル積層体を備えた燃料電池スタックであって、相変化により発熱する潜熱蓄熱材を保持する蓄熱材保持体が前記セルと接するように設けられたものである。 The present invention is a fuel cell stack including a cell stack in which a plurality of cells having a membrane-electrode assembly and separators disposed on both sides thereof are stacked, and holds a latent heat storage material that generates heat by phase change The heat storage material holder to be provided is in contact with the cell.
このような構成では、潜熱蓄熱材が発熱すると、発生した熱は潜熱蓄熱材を保持する蓄熱材保持体から直接セルに伝熱するため、燃料電池スタックの速やかな暖機が可能となる。潜熱蓄熱材は、例えば、酢酸ナトリウム・三水和物、リン酸水素二ナトリウム・十水和物、硫酸ナトリウム・十水和物、チオ硫酸ナトリウム・五水和物、及び塩化カルシウム・六水和物等、過冷却可能な蓄熱材であって、過冷却状態が解除されて液体(ジェルを含む)から固体へと相変化を起こすと、その相変化の際に凝固熱を発生するものである。 In such a configuration, when the latent heat storage material generates heat, the generated heat is directly transferred from the heat storage material holder holding the latent heat storage material to the cell, so that the fuel cell stack can be quickly warmed up. Latent heat storage materials include, for example, sodium acetate trihydrate, disodium hydrogen phosphate decahydrate, sodium sulfate decahydrate, sodium thiosulfate pentahydrate, and calcium chloride hexahydrate. It is a heat storage material that can be supercooled, such as materials, and when the supercooled state is released and a phase change occurs from a liquid (including gel) to a solid, solidification heat is generated during the phase change. .
前記蓄熱材保持体は、潜熱蓄熱材の相変化を促すトリガをさらに保持する構成でもよい。トリガとしては、潜熱蓄熱材に対して、例えば機械的あるいは電気的な振動・衝撃等の外乱を与え得るものが採用される。 The heat storage material holder may be configured to further hold a trigger that promotes a phase change of the latent heat storage material. As a trigger, what can give disturbances, such as a mechanical or electrical vibration and an impact, is employ | adopted with respect to a latent heat storage material.
前記蓄熱材保持体は、セル積層方向端部に設けられた構成でもよい。このような構成では、外気温低下の影響を最も受け易い端部セルを選択的に暖機することが可能となる。 The heat storage material holder may be provided at an end portion in the cell stacking direction. With such a configuration, it is possible to selectively warm up the end cell that is most susceptible to the influence of a decrease in outside air temperature.
前記蓄熱材保持体が導通性を有する構成でもよい。このような構成では、配置の自由度が増し、セル積層体の積層方向内部に蓄熱材保持体を設けることが可能となる。 The heat storage material holder may be conductive. In such a configuration, the degree of freedom of arrangement increases, and it becomes possible to provide the heat storage material holder inside the cell stack in the stacking direction.
前記蓄熱材保持体が出力端子を有する構成でもよい。このような構成では、蓄熱材保持体の出力端子から燃料電池スタックの総電力を取り出すことが可能となり、燃料電池スタックの体格が小型化される。 The heat storage material holder may have an output terminal. In such a configuration, it is possible to take out the total power of the fuel cell stack from the output terminal of the heat storage material holder, and the size of the fuel cell stack is reduced.
前記蓄熱材保持体はその側面に、セルとの熱交換に用いられる熱交換媒体の一部を流通させる媒体流路を有する構成でもよい。このような構成では、潜熱蓄熱材の発熱によって加温された熱交換媒体がセルに流通するので、蓄熱材保持体に接しないセルを速やかに暖機することが可能となる。 The heat storage material holder may have a medium flow path on a side surface thereof through which a part of a heat exchange medium used for heat exchange with the cell is circulated. In such a configuration, since the heat exchange medium heated by the heat generated by the latent heat storage material flows through the cells, it is possible to quickly warm up the cells that do not contact the heat storage material holder.
前記媒体流路は、互いに隣接するセル間に介在する媒体流路と同程度の圧損となるように形成された構成でもよい。このような構成では、セル及び蓄熱材保持体への媒体供給が例えばマニホールド等を介して並列的に行われる場合であっても、熱交換媒体をセル及び蓄熱材保持体に均等に分配することが可能となる。 The medium flow path may be configured to have a pressure loss comparable to that of a medium flow path interposed between adjacent cells. In such a configuration, even when the medium supply to the cells and the heat storage material holder is performed in parallel via, for example, a manifold, the heat exchange medium is evenly distributed to the cells and the heat storage material holder. Is possible.
前記蓄熱材保持体は、セルと接触しない面側に断熱性を有する構成でもよい。このような構成では、潜熱蓄熱材による発熱の外部への放熱が有効に抑制され、セルへの伝熱効率が向上する。 The heat storage material holder may have a heat insulating property on the surface side not in contact with the cell. In such a configuration, the heat release by the latent heat storage material is effectively suppressed to the outside, and the heat transfer efficiency to the cell is improved.
本発明の燃料電池スタックは、始動時に前記トリガにて潜熱蓄熱材の相変化を促す制御部を有する構成でもよい。このような構成では、解氷が必要な始動時の暖機を確実に行える。 The fuel cell stack of the present invention may have a control unit that promotes a phase change of the latent heat storage material by the trigger at the start. With such a configuration, warm-up at start-up that requires ice melting can be reliably performed.
前記制御部は、スタック温度が所定値以下の場合にのみ相変化を促す構成でもよい。このような構成では、始動時であっても、真に暖機が必要な場合にのみ選択的に暖機を行うことが可能となる。 The controller may be configured to prompt the phase change only when the stack temperature is equal to or lower than a predetermined value. In such a configuration, even at the time of start-up, it is possible to selectively perform warm-up only when truly warm-up is necessary.
本発明の燃料電池スタックによれば、潜熱蓄熱材が発熱すると、この熱エネルギーが潜熱蓄熱材を保持する蓄熱材保持体から直接セルに伝熱するため、始動時における暖機及び停止時におけるセル内水分の除去に余計なエネルギーを消費せずに、燃料電池スタックの速やかな暖機が可能となる。よって、エネルギー効率の低下を来たすことがなく、しかも暖機性能の十分な燃料電池スタックの提供が可能となる。 According to the fuel cell stack of the present invention, when the latent heat storage material generates heat, this thermal energy is directly transferred from the heat storage material holder holding the latent heat storage material to the cell. The fuel cell stack can be quickly warmed up without consuming extra energy to remove the internal moisture. Therefore, it is possible to provide a fuel cell stack that does not cause a decrease in energy efficiency and has sufficient warm-up performance.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタックを備えた燃料電池システムの要部を示すシステム構成図である。この燃料電池システムは、特に燃料電池車両の車載発電システムに用いて好適であるが、その他に、例えば定置用発電システムへの適用も可能である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a main part of a fuel cell system including a fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention. This fuel cell system is particularly suitable for use in an in-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle, but can also be applied to, for example, a stationary power generation system.
燃料電池スタック10のカソードには酸化剤ガスとしての空気が供給され、カソードからの排気は外部に排出される。一方、燃料電池スタック10のアノードには燃料ガスとしての水素が供給され、アノードからの排気(オフガス)は再び燃料電池スタック10を循環するが、オフガス中の不純物濃度に応じて適宜外部に排出(パージ)される。
Air as an oxidant gas is supplied to the cathode of the
燃料電池スタック10には、これら反応ガス(水素および空気)の他に、冷却水(熱交換媒体)も供給される。冷却水は、ポンプ20によって冷却水系21を流れ、通常運転時は、ラジエータ22で冷却(熱交換)されてから、燃料電池スタック10に供給される。冷却水系21の燃料電池スタック入口側及び出口側には、冷却水温を検出する温度センサT1,T2が設けられている。
In addition to these reaction gases (hydrogen and air), the cooling water (heat exchange medium) is also supplied to the
冷却水系21は、ラジエータ22の上流にて二つに分岐しており、その一方はラジエータ22をバイパスして、該ラジエータ22の下流に設けられたロータリーバルブ23等の流路切り替え手段に接続するバイパス配管21aとされている。この構成により、所定の場合(例えば、始動時等)には、燃料電池スタック10から流出した冷却水をラジエータ22で冷却(熱交換)せずに、そのまま燃料電池スタック10に供給することが可能になっている。
The
燃料電池スタック10は、図2に示すように、水素と酸素の電気化学反応によって発電するセルの積層体(以下、セル積層体11)と、該セル積層体11の両端面(燃料電池スタックのセル積層方向端部)に接するように設けられた、言い換えれば、セル積層体11の端部セル12に接するように設けられた蓄熱材保持体13とを備えてなる。
As shown in FIG. 2, the
この蓄熱材保持体13は、発電セルと共にセル積層体11に締結されており、燃料電池スタックの10のセル積層方向の一部(本実施形態では端部であるが、後述するその他の実施形態のように内部でもよい。)に介在するように設けられている。
The heat
各セルは、膜−電極接合体(以下、「MEA」と称する。)の両面を燃料ガス(水素等)流路及び酸化剤ガス(酸素等)流路を備えたセパレータで狭持したものである。MEAは電子を通さず、イオンを透過する電解質膜と、その電解質膜の両面を狭持する反応電極との接合体の両面を、燃料ガス又は酸化剤ガスを拡散・透過させ反応電極で発生した電子を透過できる拡散層で狭持したものである。 Each cell has a membrane-electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA”) sandwiched on both sides by a separator having a fuel gas (hydrogen etc.) channel and an oxidant gas (oxygen etc.) channel. is there. The MEA was generated at the reaction electrode by diffusing and permeating the fuel gas or the oxidant gas on both sides of the joined body of the electrolyte membrane that does not transmit electrons and permeates ions and the reaction electrode that holds both sides of the electrolyte membrane. It is sandwiched by a diffusion layer that can transmit electrons.
蓄熱材保持体13は、図3及び図4に示すように、所定の厚みを有する平板状の外形をなしており、中空箱状の本体部31と、該本体部31の内空部を複数の蓄熱材充填空間に分割する複数のリブ部32と、各蓄熱材充填空間に充填されていて相変化により発熱する潜熱蓄熱材33とを備えると共に、潜熱蓄熱材33の相変化を促すトリガ34が一体に設けられてなる(図2)。
As shown in FIGS. 3 and 4, the heat storage
リブ部32は、蓄熱材保持体13の断面積を増大させ、当該蓄熱材保持体13の電気抵抗を低減することができるという第1の効果と、発電セルと共にセル積層体11に締結された時の締結力に抗するための強度を確保することができるという第2の効果と、セルとの熱交換に係る表面積を増大させ、速やかな熱交換(暖機)を実現することができるという第3の効果を奏するものである。
The
なお、リブ部32の第3の効果については、本実施形態のリブ部32のように、本体部31のうちセル積層方向に対向する板状部材を相互連結させる構成でなくても、本体部31の内面を凹凸状(フィン状)にすることのできる構成であれば、例えば、一方の前記板状部材から起立して他方の板状部材側に延在するが、該他方の板状部材にまでは到達(当接)していない構成であってもよい。
As for the third effect of the
蓄熱材保持体13の本体部31とリブ部32は、例えばSUS(ステンレス鋼)やFe等のように熱伝導性及び電気伝導性を備えていることが好ましく、さらに好ましくは、例えばカーボンやチタン化合物等のように、上記熱伝導性及び電気伝導性に加えて、潜熱蓄熱材33に対する耐食性(耐酸性)を備えていることが好ましい。ただし、この耐食性は、SUSやFe等からなる本体部31とリブ部32に表面処理を施すことによって付与してもよい。
The
また、潜熱蓄熱材33をポリエチレン等の耐食性樹脂からなる袋体に充填することによって、SUSやFe等からなる本体部31及びリブ部32と、潜熱蓄熱材33とが直接接触しないようにしてもよい。
Further, by filling the latent
潜熱蓄熱材33は、酢酸ナトリウム・三水和物、リン酸水素二ナトリウム・十水和物、硫酸ナトリウム・十水和物、チオ硫酸ナトリウム・五水和物、及び塩化カルシウム・六水和物等、過冷却可能な蓄熱材であって、例えば振動や衝撃等の外乱がトリガ34によって機械的あるいは電気的な要因にて与えられると、過冷却状態が解除されて液体(ジェルを含む)から固体へと相変化を起こし、その相変化の際に凝固熱を発生するものである。
The latent
トリガ34の構成としては、例えば、コイルと、該コイルの内部に進退可能に配されたプランジャと、該プランジャを前進方向に付勢するバネ等の付勢手段と、コイルへの通電を制御する制御手段とを備えた構成の採用が可能である。この構成では、トリガ作動前は、コイル通電による電磁力でプランジャをバネの付勢力に抗する方向(蓄熱材保持体13から離間する方向)に後退させておき、トリガ作動時にコイル通電をカットして電磁力を解除することにより、プランジャをバネの付勢力方向に駆動して蓄熱材保持体13に機械的な衝撃を与えることができる。
As the configuration of the
制御部100(図1)は、制御コンピュータシステムによって構成されていて、図示しない車両のアクセル開度信号等の要求負荷、燃料電池システムの各部に設けられたセンサ(圧力センサ、温度センサT1,T2、流量センサ、電流計、電圧計等)、各機器(エアコンプレッサ、ポンプ20等)から制御情報を受け取り、システム各部の弁類(ロータリーバルブ23等)やモータ類の運転を制御する。
The control unit 100 (FIG. 1) is configured by a control computer system, and includes a required load such as an accelerator opening signal of a vehicle (not shown), and sensors (pressure sensors, temperature sensors T1, T2) provided in each part of the fuel cell system. Control information from each device (air compressor, pump 20 etc.), and controls the operation of valves (
例えば、制御部100は、始動時であって、燃料電池スタック10の温度(スタック温度)が所定温度以下の場合には、トリガ34を作動させて機械的な振動や衝撃等を潜熱蓄熱材33に与えることにより、潜熱蓄熱材33の相変化(液体→固体)を促し、凝固熱を発生させる。
For example, when the temperature of the fuel cell stack 10 (stack temperature) is equal to or lower than a predetermined temperature at the time of start-up, the
次に、上記構成からなる燃料電池システムの作用を説明する。始動時には、まず、燃料電池スタック10の温度(スタック温度)を検出する。本実施の形態では、冷却水系21の燃料電池スタック出口側に配設された温度センサT2で検出された冷却水温度をスタック温度とみなす。このスタック温度が所定温度(例えば、5℃)以下の低温始動時の場合には、トリガ34を作動し、潜熱蓄熱材33に機械的な振動や衝撃を与える。
Next, the operation of the fuel cell system having the above configuration will be described. At the start, first, the temperature of the fuel cell stack 10 (stack temperature) is detected. In the present embodiment, the coolant temperature detected by the temperature sensor T2 disposed on the fuel cell stack outlet side of the
すると、潜熱蓄熱材33の過冷却状態が解除され、潜熱蓄熱材33は液体から固体へと相変化し、その相変化に伴い凝固熱を発生する。発生した凝固熱は、潜熱蓄熱材33を保持している蓄熱材保持体13を介して、この蓄熱材保持体13に接しているセル積層体11の端部セル12に直接伝熱する。つまり、スタック温度が所定値以下の場合にのみトリガ34が作動して潜熱蓄熱材33の相変化が促されることにより、始動時であって、かつ、真に暖機が必要な場合にのみ選択的に燃料電池スタック10の暖機が開始される。
Then, the supercooled state of the latent
また、本実施の形態では、図7の実験結果に示すように、特に外気温低下の影響を最も受け易い端部セル12を選択的に暖機することができるので、十分な暖機性能を得ることが可能となっている。
Further, in the present embodiment, as shown in the experimental results of FIG. 7, the
図7において、実線は図3,4に示す蓄熱保持体13を用いた本発明の第1実施例であり、破線は比較例である。比較例(破線)では、まず、端部セル12が80℃になるまで発電を実施し、発電停止後、恒温槽にて0℃環境に4時間放置した。次いで、徐々に電流を挿引していき、一定電流で30秒固定した後、各セルのセル電圧を測定した。
In FIG. 7, the solid line is the first embodiment of the present invention using the
一方、第1実施例(実線)では、端部セル12が80℃になるまで発電を実施し、発電停止後、恒温槽にて0℃環境に4時間放置するまでの工程は上述の比較例と同様であるが、その後、トリガ34を作動させ、潜熱蓄熱材33に相変化を生じさせている。本実施例では、潜熱蓄熱材33として、酢酸ナトリウム三水和物を使用した。次いで、上述の比較例と同様、徐々に電流を挿引していき、一定電流で30秒固定した後、各セルのセル電圧を測定した。
On the other hand, in the first example (solid line), power generation is performed until the
図7より明らかなように、比較例(破線)では、セル積層体11の左端側及び右端側、つまり、左右の端部セル12及びその近傍に位置するセルのセル電圧が、セル積層体11の中央部およびその近傍のセルに比して、極端に低下しているのに対し、第1実施例(実線)では、逆に上昇していることがわかる。両者のセル電圧差は、最大で15%である。つまり、第1実施形態の燃料電池スタック10によれば、端部セル12を速やかに暖機できることが確認された。
As is clear from FIG. 7, in the comparative example (broken line), the cell voltage of the cell located on the left end side and the right end side of the
(第2の実施形態)
本実施の形態に係る蓄熱材保持体41は、図5に示すように、セル積層体11に接する側(セル積層方向内側)の一側面(以下、内端面41A)に、蛇行状の凹溝からなる冷媒流路(媒体流路)42を有する。この冷媒流路42は、図示しないセパレータに形成された冷媒流路(以下、セパレータ冷媒流路)と同程度の圧損となるように、例えばセパレータ冷媒流路と同一形態をなすように形成されている。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 5, the heat
冷却水系21を流通する冷却水は、入口側マニホールド15より燃料電池スタック10に導入され、セル積層体11の各セルおよび両蓄熱材保持体13,13を並列的に流通して、出口側マニホールド16より燃料電池スタック10から導出される。このとき、冷媒流路42は、セパレータ冷媒流路と同圧損となるよう形成されているので、入口側マニホールド15より燃料電池スタック10に導入された冷却水は、各セル及び両蓄熱材保持体13,13に均等に分配される。
Cooling water flowing through the cooling
予め冷却水がバイパス配管21a側を流通するように、言い換えれば、ラジエータ22を迂回するように、ロータリーバルブ23内の流路を切り替えておけば、蓄熱材保持体13の冷媒流路を流通する間に加温された冷却水は、ラジエータ22で冷却されることなく、燃料電池スタック10の各セルに入口側マニホールド15を介して供給されるので、図8に示すように、蓄熱材保持体33に接しないセル、つまり、端部セル12よりもセル積層方向内側のセルについても速やかに暖機することが可能となる。
If the flow path in the
図8において、実線は図5に示す蓄熱材保持体41を用いた本発明の第2実施例であり、破線は比較例である。比較例(破線)では、まず、端部セル12が80℃になるまで発電を実施し、発電停止後、恒温槽にて0℃環境に4時間放置した。次いで、徐々に電流を挿引していき、一定電流で30秒固定した後、各セルのセル電圧を測定した。
In FIG. 8, a solid line is the second embodiment of the present invention using the heat
一方、第2実施例(実線)では、端部セル12が80℃になるまで発電を実施し、発電停止後、恒温槽にて0℃環境に4時間放置するまでの工程は上述の比較例と同様であるが、その後、トリガを作動させ、潜熱蓄熱材33に相変化を生じさせている。本実施例では、潜熱蓄熱材33として、酢酸ナトリウム三水和物を使用した。次いで、上述の比較例と同様、徐々に電流を挿引していき、一定電流で30秒固定した後、各セルのセル電圧を測定した。
On the other hand, in the second embodiment (solid line), power generation is performed until the
図8より明らかなように、比較例(破線)では、セル積層体11の左端側及び右端側、つまり、左右の端部セル12及びその近傍に位置するセルのセル電圧が、セル積層体11の中央部およびその近傍のセルに比して、極端に低下しているのに対し、第2実施例(実線)では、逆に上昇していることがわかる。両者のセル電圧差は、最大で9%である。つまり、本発明の第2実施例では、端部セル12での低温に起因する性能低下が抑制される。
As is clear from FIG. 8, in the comparative example (broken line), the cell voltage of the cells located on the left end side and the right end side of the
さらに、この第2実施例では、端部セル12よりも中央寄りのセルについても、セル電圧が上昇している。つまり、第2実施形態の燃料電池スタック10によれば、端部セル12だけでなく、端部セル12よりも内側のセルについても速やかに暖機できることが確認された。
Furthermore, in the second embodiment, the cell voltage also rises for the cells closer to the center than the
(第3の実施形態)
本実施の形態に係る蓄熱材保持体51は、図5に示す第2実施形態の構成に加えて、冷媒流路42を有する内端面41Aと反対側(セル積層方向外側)の他側面(以下、外端面)に出力端子52を備えている。この出力端子52は、セル積層方向に対して直交する方向(図6では外端面に沿って上方)に突出する。かかる構成によれば、蓄熱材保持体51の出力端子52から燃料電池スタック10の総電力を取り出すことができるので、燃料電池スタック11の体格を小型化することが可能となる。
(Third embodiment)
In addition to the configuration of the second embodiment shown in FIG. 5, the heat storage
(その他の実施形態)
本発明は上記実施形態以外にも種々に変更して適用することが可能である。例えば、トリガは、上記の構成以外に、ピエゾ素子等の振動子と、該振動子に電圧を印加する電圧印加手段と、印加電圧を制御する制御手段とを備えた構成としてもよい。この構成では、振動子に電位差を与え、振動する振動子によって潜熱蓄熱材33に機械的な振動を連続的に与えることができる。
(Other embodiments)
The present invention can be applied with various modifications other than the above embodiment. For example, in addition to the above-described configuration, the trigger may include a vibrator such as a piezo element, a voltage applying unit that applies a voltage to the vibrator, and a control unit that controls the applied voltage. In this configuration, a potential difference is applied to the vibrator, and mechanical vibration can be continuously applied to the latent
また、トリガは、潜熱蓄熱材33内に配される電極と、該電極への通電を制御する制御手段とを備えた構成としてもよい。この構成では、電極への通電によって潜熱蓄熱材33に電気的な衝撃を与えることができる。
Further, the trigger may be configured to include an electrode disposed in the latent
蓄熱材保持体13…は、蓄熱材保持体13…の外周面および外端面に断熱材を設けることによって、あるいは、蓄熱材保持体13…の外周壁部および外端壁部の内部に一または複数の空孔部を形成することによって、セル積層体(セル)11と接触しない面側に断熱性を備える構成としてもよい。かかる構成によれば、潜熱蓄熱材33による発熱の外部への放熱が有効に抑制されるので、セルへの伝熱効率が向上し、より短時間での暖機が可能となる。
The heat
また、上記実施形態のように、蓄熱材保持体13…が導通性を有する場合には、蓄熱材保持体13…の配置は、端部セル12に接する位置、つまり、セル積層体11のセル積層方向端部に限定されることなく、セル積層体11の内部(セル積層方向内側)に設けることも可能である。つまり、配置上の制約がなくなり、蓄熱材保持体13を所望の位置に配置することが可能となる。
Moreover, when the heat
さらに、燃料電池スタック10に供給された冷却水が、セル積層体11の各セルと両蓄熱材保持体13,13…とに並列的に導入される構成に代えて、まず両蓄熱材保持体13,13…のみに冷却水が導入され、両蓄熱保持体13,13…より導出された冷却水が各セルに並列的に導入されるように構成してもよい。かかる構成によれば、冷却水循環の初回から各セルが暖機されるので、より短時間での暖機が可能となる。
Furthermore, instead of the configuration in which the cooling water supplied to the
上記実施形態では、互いに隣接するセル間に介在する媒体流路として、セルの一部を構成するセパレータに形成された冷媒流路(セパレータ冷媒流路)を例示したが、このような構成に限らず、例えば、セルの一部を構成せずにセル間に介在する、言い換えれば、発電するセルとは別体に設けられる板状体(冷却プレート)に形成された媒体流路でもよい。 In the above-described embodiment, the refrigerant flow path (separator refrigerant flow path) formed in the separator constituting a part of the cell is illustrated as the medium flow path interposed between the cells adjacent to each other. For example, a medium flow path formed in a plate-like body (cooling plate) provided between cells without forming a part of the cells, in other words, may be provided separately from the cells that generate power.
(燃料電池車両)
上記いずれかの実施形態の燃料電池スタック10を搭載した燃料電池車両によれば、駐車場やガレージへの車両駐車時に外気温が低下しても、ヒータや燃料ガスを利用しない暖機が可能であるから、始動時に余計な電力を消費しなくてすみ、エネルギー効率の低下を抑制することができる。また、氷結状態からの始動を回避できるので、発電不能、発電不良、及びガス欠によるセル劣化も防止することができる。
(Fuel cell vehicle)
According to the fuel cell vehicle equipped with the
10…燃料電池スタック、11…セル積層体、12…端部セル、13,41,51…蓄熱材保持体、33…潜熱蓄熱材、34…トリガ、42…冷媒流路(媒体流路)、52…出力端子、100…制御部、T1,T2…温度センサ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
相変化により発熱する潜熱蓄熱材を保持する蓄熱材保持体が前記セルと接するように設けられ、
前記蓄熱材保持体はその側面に、前記セルとの熱交換に用いられる熱交換媒体の一部を流通させる媒体流路を有し、前記熱交換媒体が当該蓄熱材保持体と前記セルとに並列的に供給可能であり、
前記媒体流路は、互いに隣接するセル間に介在する媒体流路と同程度の圧損となるように形成された、燃料電池スタック。 A fuel cell stack including a cell stack in which a plurality of cells having a membrane-electrode assembly and separators disposed on both sides thereof are stacked,
A heat storage material holding body that holds a latent heat storage material that generates heat due to a phase change is provided in contact with the cell,
The heat storage material holding body has a medium flow path through which a part of a heat exchange medium used for heat exchange with the cell is circulated, and the heat exchange medium is connected to the heat storage material holding body and the cell. Can be supplied in parallel,
The fuel cell stack , wherein the medium flow path is formed to have a pressure loss comparable to a medium flow path interposed between adjacent cells .
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