JP5286922B2 - 燃料電池システム及びイオン交換装置 - Google Patents
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Description
[形態1]燃料電池システムであって、積層された複数のセルモジュールと、前記複数のセルモジュールの積層体の両端に配置された一対の板状のエンドプレートと、各セルモジュールに前記冷却媒体を供給するための冷却媒体供給マニホールドと、各セルモジュールから前記冷却媒体を排出するための冷却媒体排出マニホールドと、を有する燃料電池と、前記一対のエンドプレートのうち一方のエンドプレートの外側面と当接する端面と、前記冷却媒体供給マニホールドと前記冷却媒体排出マニホールドとを繋ぎ、イオン交換体を有する冷却媒体のバイパス流路と、前記端面から突出して形成され、前記冷却媒体供給マニホールドに挿入される供給側挿入部と、前記端面から突出して形成され、前記冷却媒体排出マニホールドに挿入される排出側挿入部と、を有するイオン交換装置と、を備える、燃料電池システム。
[形態2]燃料電池に供給される冷却媒体用のイオン交換装置であって、前記燃料電池は、積層された複数のセルモジュールと、前記複数のセルモジュールの積層体の両端に配置された一対の板状のエンドプレートと、各セルモジュールに前記冷却媒体を供給するための冷却媒体供給マニホールドと、各セルモジュールから前記冷却媒体を排出するための冷却媒体排出マニホールドと、を有し、前記イオン交換装置は、前記一対のエンドプレートのうち一方のエンドプレートの外側面と当接可能な端面と、前記冷却媒体供給マニホールドと前記冷却媒体排出マニホールドとを繋ぐことができ、イオン交換体を有する冷却媒体のバイパス流路と、前記端面から突出して形成され、前記冷却媒体供給マニホールドに挿入される供給側挿入部と、前記端面から突出して形成され、前記冷却媒体排出マニホールドに挿入される排出側挿入部と、を備える、イオン交換装置。
A.第1の実施例:
B.第2の実施例:
C.第3の実施例:
D.変形例:
図1は、本発明の一実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。この燃料電池システム1000は、燃料電池100と、イオン交換装置200と、水素タンク500と、ラジエータ400と、循環ポンプP1と、エアコンプレッサP2と、を備えている。この燃料電池システム1000は、固体高分子形燃料電池システムであり、据え置いて用いたり、電気自動車(図示省略)に搭載して用いたりすることができる。
図8は、第2の実施例における燃料電池100及びイオン交換装置200aの詳細構成を示す説明図である。第2の実施例の燃料電池システムは、イオン交換装置の詳細構成において、第1の実施例の燃料電池システム1000(図1)と異なり、他の構成は第1の実施例と同じである。
図9は、第3の実施例における燃料電池100及びイオン交換装置200bの詳細構成を示す説明図である。第3の実施例の燃料電池システムは、イオン交換装置の詳細構成において、第1の実施例の燃料電池システム1000(図1)と異なり、他の構成は第1の実施例と同じである。
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上述した各実施例では、イオン交換体250は、陽イオン(カチオン)交換樹脂から成るものとしたが、これに代えて、特定金属のみを選択的に補足するキレート樹脂を採用することもできる。また、陽イオン交換樹脂に加えて、陰イオン(アニオン)交換樹脂を用いたイオン交換装置をイオン交換装置200,200a,200bと並列に配置することもできる。なお、有機質のイオン交換樹脂に代えて、無機質のイオン交換体を採用することもできる。なお、各セパレータを金属製ではなくカーボン製とすることもでき、この場合、冷媒中に溶出したカーボンを吸着するイオン交換樹脂をイオン交換体250として採用することができる。すなわち、一般には、燃料電池100から冷却媒体中に溶出するイオンを吸着・吸収することができる任意のイオン交換体を、本発明の燃料電池システムにおいて採用することができる。
上述した各実施例では、イオン交換装置200,200a,200bは、表面がすべて絶縁部材で覆われていたが、これに代えて、一部を絶縁部材で覆わない構成とすることもできる。具体的には、例えば、第1の実施例におけるイオン交換装置200(図2)のうち、各挿入部222,224,242,244の表面は絶縁部材で覆い、板状部210の表面は絶縁部材で覆わない構成とすることもできる。この構成においては、端面S200とエンドプレート30aの外側面S100とをシール部252,254でのみ当接させて他の部分は接しないように配置することで、絶縁を確保することができる。また、例えば、第1の実施例における各挿入部222,224,242,244の表面を絶縁部材で覆わないようにすることもできる。この場合であっても、冷却媒体供給マニホールド102aや冷却媒体排出マニホールド102bの内面を絶縁部材で覆うことで、絶縁を確保することができる。
上述した第3の実施例では、イオン交換装置200bに形成された各挿入部(冷却媒体が通る挿入部222,224,242,244を除く)は、反応ガス(水素ガス及び空気)の各流路312,314,322,324と、燃料電池100の各マニホールド103a,103b,104a,104bと、を1対1で接続するものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、燃料電池が複数の燃料ガス供給マニホールドを備える構成の場合、イオン交換装置200bを、燃料ガス供給路322から供給される水素ガスをこれらの複数の燃料ガス供給マニホールドに分配するための分配管として機能させることもできる。このようにすることで、イオン交換装置200bとは別に分配管を設ける構成に比べて部品点数を減らすことができ、燃料電池システムの製造コストを抑えることができる。
上述した第3の実施例では、燃料電池100の備える全てのマニホールド102a,103a,104a,102b,103b,104bに対応して挿入部を備える構成であったが、これに代えて、一部の挿入部を省略する構成とすることもできる。また、第2の実施例と同様に、全ての挿入部を省略する構成とすることもできる。
上述した各実施例では、シール部252,254は、いずれもイオン交換装置200,200a,200b側に形成されていたが、これに代えて、又は、これに加えて、燃料電池100側に形成することもできる。
20…セルモジュール
30a,30b…エンドプレート
31a,31b…テンションプレート
32…ボルト
33a,33b…インシュレータ
34a…正極ターミナルプレート
34b…負極ターミナルプレート
100…燃料電池
102a…冷却媒体供給マニホールド
102b…冷却媒体排出マニホールド
103a…酸化剤ガス供給マニホールド
103b…酸化剤ガス排出マニホールド
104a…燃料ガス供給マニホールド
104b…燃料ガス排出マニホールド
200,200a,200b…イオン交換装置
210,210b…板状部
222…第1供給側挿入部
223…中空部
224…第2供給側挿入部
242…第1排出側挿入部
243…中空部
244…第2排出側挿入部
250…イオン交換体
252,254…シール部
232,234,262,264,272,274,282,284…挿入部
280…バイパス
302…冷却媒体供給路
304…冷却媒体排出路
310…冷却媒体循環路
312…酸化剤ガス供給路
314…酸化剤ガス排出路
322…燃料ガス供給路
324…燃料ガス排出路
400…ラジエータ
500…水素タンク
1000…燃料電池システム
S200,S201…端面
S100…外側面
P1…循環ポンプ
P2…エアコンプレッサ
Bd…ボディ
Br…据付部材
AR1,AR2,AR3,AR4…スペース
Claims (4)
- 燃料電池システムであって、
積層された複数のセルモジュールと、前記複数のセルモジュールの積層体の両端に配置された一対の板状のエンドプレートと、各セルモジュールに前記冷却媒体を供給するための冷却媒体供給マニホールドと、各セルモジュールから前記冷却媒体を排出するための冷却媒体排出マニホールドと、を有する燃料電池と、
前記一対のエンドプレートのうち一方のエンドプレートの外側面と当接する端面と、前記冷却媒体供給マニホールドと前記冷却媒体排出マニホールドとを繋ぎ、イオン交換体を有する冷却媒体のバイパス流路と、前記端面から突出して形成され、前記冷却媒体供給マニホールドに挿入される供給側挿入部と、前記端面から突出して形成され、前記冷却媒体排出マニホールドに挿入される排出側挿入部と、を有するイオン交換装置と、
を備える、燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
前記供給側挿入部と前記排出側挿入部とは、いずれも表面が絶縁部材で覆われている、燃料電池システム。 - 請求項1または請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記イオン交換装置は、前記端面において、気密性を保つためのシール部材を有する、燃料電池システム。 - 燃料電池に供給される冷却媒体用のイオン交換装置であって、
前記燃料電池は、積層された複数のセルモジュールと、前記複数のセルモジュールの積層体の両端に配置された一対の板状のエンドプレートと、各セルモジュールに前記冷却媒体を供給するための冷却媒体供給マニホールドと、各セルモジュールから前記冷却媒体を排出するための冷却媒体排出マニホールドと、を有し、
前記イオン交換装置は、
前記一対のエンドプレートのうち一方のエンドプレートの外側面と当接可能な端面と、
前記冷却媒体供給マニホールドと前記冷却媒体排出マニホールドとを繋ぐことができ、イオン交換体を有する冷却媒体のバイパス流路と、
前記端面から突出して形成され、前記冷却媒体供給マニホールドに挿入される供給側挿入部と、
前記端面から突出して形成され、前記冷却媒体排出マニホールドに挿入される排出側挿入部と、
を備える、イオン交換装置。
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