JP5765518B2

JP5765518B2 - 燃料電池システム

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Publication number: JP5765518B2
Application number: JP2010167673A
Authority: JP
Inventors: 隼人筑後; 貴仁長田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2030-07-27
Also published as: JP2012028233A

Description

本発明は、燃料電池及びシステム構成部品に対して冷却媒体を流通循環させる構造を有する燃料電池システムの改良に関するものである。

従来、燃料電池及びシステム構成部品に対して冷却媒体を流通循環させるようにした燃料電池システムとしては、例えば特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載の燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に対して冷却液を循環流通させる冷却系と、燃料電池から排出されたアノードオフガス中の生成水を分離する気液分離器などを備えている。また、燃料電池システムは、気液分離器から生成水を排出するためのドレン配管及びドレン弁を備えると共に、ドレン配管が二重構造を有している。気液分離器やドレン配管及びドレン弁などがシステム構成部品に相当する。

上記の燃料電池システムは、ドレン配管の内側流路に気液分離器から排出された生成水を流通させると共に、ドレン配管の外側流路に燃料電池から排出された冷却液、すなわち燃料電池の冷却により昇温した冷却水を流通させる。これにより、燃料電池システムは、燃料電池を冷却すると共に、システム構成部品であるドレン配管やドレン弁を加熱して、排出経路中における生成水の凍結を防止する。

特開２００６−１４７４４０号公報

しかしながら、上記したような従来の燃料電池システムは、ドレン配管を二重構造にしてその内外に生成水及び冷却液を流通させる構造であるため、このドレン配管を燃料電池の冷却系の一部としてみれば、冷却液の流路内にドレン配管が存在することになる。これにより、従来の燃料電池システムでは、冷却系における流路の圧力損失が増加するという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであって、燃料電池及びシステム構成部品に対して冷却媒体を流通循環させる構造を有する燃料電池システムにおいて、燃料電池に複数の冷媒排出口を設けて、燃料電池の冷却系及びシステム構成部品の冷媒循環系の夫々に冷却媒体を流通循環させることで、冷却媒体の流路における圧力損失の増加を防ぐことができる燃料電池システムを提供することを目的としている。

本発明の燃料電池システムは、燃料電池、及び氷点下環境にて機能失陥が発生し得る部品であるシステム構成部品に対して冷却媒体を流通循環させる構造を有するものであって、燃料電池から冷却媒体を排出する二つ以上の冷媒排出口を備えている。そして、燃料電池システムは、各冷媒排出口のうちの一つが、燃料電池の冷却系を構成する冷媒排出口であり、他の冷媒排出口が、システム構成部品の冷媒循環系の冷媒流入口を構成する冷媒排出口であり、前記システム構成部品が、セパレーションタンク、パージ弁、空気調圧弁、イジェクタ、圧力センサ、水素循環ポンプ、熱交換器、アノードガス供給ライン、及び排圧調整弁のうちの少なくとも一つである部品、又はこれらの部品を選択的に組み合わせてモジュール化された部品であることを特徴としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

本発明によれば、燃料電池及び氷点下環境にて機能失陥が発生し得る部品であるシステム構成部品に対して冷却媒体を流通循環させる構造を有する燃料電池システムにおいて、燃料電池に複数の冷媒排出口を設けて、燃料電池の冷却系及びシステム構成部品の冷媒循環系の夫々に冷却媒体を流通循環させるので、二重構造の配管を使用した従来のシステムに比べて、冷却媒体の流路における圧力損失の増加を防ぐことができる。

本発明の燃料電池システムの一実施形態を示す説明図である。本発明の燃料電池システムの他の実施形態を示す説明図である。本発明の燃料電池システムのさらに他の実施形態を示す説明図である。本発明の燃料電池システムのさらに他の実施形態を示す説明図である。本発明の燃料電池システムのさらに他の実施形態を示す説明図である。本発明の燃料電池システムのさらに他の実施形態を示す説明図である。本発明の燃料電池システムのさらに他の実施形態を示す説明図（Ａ）、及び冷却媒体の流量と圧力損失との関係を示すグラフ（Ｂ）である。本発明の燃料電池システムのさらに他の実施形態を示す説明図（Ａ）、及び冷却媒体の流量と圧力損失との関係を示すグラフ（Ｂ）である。本発明の燃料電池システムのさらに他の実施形態を示す説明図（Ａ）、及び冷却媒体の流量と圧力損失との関係を示すグラフ（Ｂ）である。

図１に示す燃料電池システムは、燃料電池ＦＣ及びシステム構成部品Ｓ１，Ｓ２に対して冷却媒体を流通循環させる構造を有しており、燃料電池ＦＣから冷却媒体を排出する二つ以上の冷媒排出口を備えている。この実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池ＦＣに二つの冷媒排出口１Ａ，１Ｂが設けてある。

燃料電池ＦＣは、単位セルＣを複数積層してスタックを形成すると共に、その積層方向の両側にエンドプレートＥ１，Ｅ２を備えたもので、単位セルＣの積層方向に所定圧力を負荷して、その状態を維持している。単位セルＣは、電解質膜を燃料極（アノード）と空気極（カソード）とで挟持した膜電極構造体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly)と、この膜電極構造体を挟む二枚のセパレータを備えた周知のものである。

また、燃料電池ＦＣは、その内部に、各単位セルＣに対して反応用ガスや冷却媒体の供給及び排出を行うためのマニホールドが形成してある。図１には、反応用ガスの一方であるアノードガス（水素）の供給及び排出を行うための供給用マニホールドＭ１及び排出用マニホールドＭ２と、冷却媒体（水）の供給及び排出を行うための冷媒供給路Ｍ３及び冷媒排出路Ｍ４を示した。これらの供給路Ｍ３及び排出路Ｍ４はマニホールドと同義である。反応用ガスの他方であるカソードガス（空気）のマニホールドは図示を省略した。

冷却媒体を循環させる対象のシステム構成部品としては、例えば、氷点下環境にて機能失陥が発生し得る部品が考えられ、アノードオフガス用の排気排水モジュール、空気調圧弁、イジェクタ、圧力センサ、水素循環ポンプ等が挙げられる。また、燃料電池入口のアノードガス及びカソードガスの温度を適切にするために、燃料電池の供給流路に設けられる熱交換器も冷却媒体の流通対象となり、これらの部品を適宜組み合わせてモジュール化することもできる。図１には、システム構成部品として、排気排水モジュールＳ１と、水素循環ポンプＳ２を示した。排気排水モジュールＳ１は、アノードガス（アノードオフガス）の排出用マニホールドＭ２と水素循環ポンプＳ２との間に介装してあり、アノードオフガス中の反応水を貯留するセパレーションタンク２や、アノードオフガス中の不純物ガス（とくに窒素）を排出するパージ弁３などを備えている。

燃料電池システムは、燃料電池ＦＣにアノードガスを供給するアノードガス供給ライン４と、燃料電池ＦＣから排出されたアノードオフガス中の反応水や不純物ガスを分離する前記排気排水モジュールＳ１と、アノードオフガス中の未反応の水素をアノードガス供給ライン４に戻すための前記水素循環ポンプＳ２及びオフガス循環ライン５を備えている。なお、図示を省略したが、燃料電池システムは、カソードガスの供給ラインや排出ラインも備えている。

また、燃料電池システムは、冷却媒体の熱交換器６と、熱交換器６から冷却媒体を燃料電池ＦＣに供給するための冷媒供給ライン７及び冷媒循環ポンプ８を備えている。また、燃料電池システムは、燃料電池ＦＣからの冷却媒体を熱交換器６に戻す冷媒排出ライン９と、冷媒排出ライン９から分岐して冷却媒体を冷媒供給ライン７に戻すための切替弁１０及び冷媒循環ライン１１を備えている。

つまり、燃料電池システムでは、熱交換器６、冷媒供給ライン７、冷媒循環ポンプ８、冷媒供給路Ｍ３、冷媒排出路Ｍ４、冷媒排出ライン９、切替弁１０及び冷媒循環ライン１１により燃料電池ＦＣの冷却系を構成している。

上記の燃料電池システムは、先述の如く燃料電池ＦＣに二つの冷媒排出口１Ａ，１Ｂが設けてあり、各冷媒排出口のうちの一方が、燃料電池ＦＣの上記冷却系を構成する冷媒排出口１Ａであり、他方が、システム構成部品の冷媒循環系を構成する冷媒排出口１Ｂである。

より具体的には、燃料電池システムは、燃料電池ＦＣの冷却系が、同燃料電池ＦＣの内部に形成した冷媒供給路Ｍ３及び冷媒排出路Ｍ４を備えている。そして、この実施形態の燃料電池システムは、冷媒排出路Ｍ４の一端側（図中で右端側）に、燃料電池ＦＣの冷却系を構成する冷媒排出口１Ａを設けている。また、冷媒排出路Ｍ４の他端側に、システム構成部品すなわち排気排水モジュールＳ１及び水素循環ポンプＳ２の冷媒循環系を構成する冷媒排出口１Ｂを設けている。これらの冷媒排出口１Ａ，１Ｂは、エンドプレートＥ１，Ｅ２に形成してある。

この実施形態におけるシステム構成部品の冷媒循環系は、前記冷媒排出口１Ｂから排気排水モジュールＳ１に至る冷媒流通ライン１２と、排気排水モジュールＳ１及び水素循環ポンプＳ２の夫々に設けた冷媒流路１３，１４と、水素循環ポンプＳ２から冷媒供給ライン７に至る冷媒戻しライン１５で構成される。なお、システム構成部品の冷媒循環系には、燃料電池ＦＣの冷却系の構成の一部、すなわち冷媒供給ライン７、冷媒循環ポンプ８、冷媒供給路Ｍ３、及び冷媒排出路Ｍ４も含まれる。

上記構成を備えた燃料電池システムは、燃料電池ＦＣにアノードガスとカソードガスを供給し、各単位セルＣにおいて電気化学反応により電気エネルギを発生する。この燃料電池システムは、発電に伴って、燃料電池ＦＣからアノードオフガス及びカソードオフガスを排出し、とくに、アノードオフガスに含まれる反応水や不純物ガスを外部に排出し、未反応の水素を燃料電池ＦＣに戻して使用することができる。

また、燃料電池システムは、燃料電池ＦＣの冷却系に冷却媒体を流通循環させて、燃料電池ＦＣを冷却し、この際、冷却媒体の温度に応じて切替弁１０を作動させる。つまり、燃料電池ＦＣの一方の冷媒排出口１Ａから排出された冷却媒体の温度が高い場合には、冷媒排出ライン９を選択して冷却媒体を熱交換器６に導入する。逆に、冷却媒体の温度が低い場合には、冷媒循環ライン１１を選択して、冷却媒体を燃料電池ＦＣに再導入する。

さらに、燃料電池システムは、上記の如く燃料電池ＦＣに対して冷却媒体を流通循環させる一方で、燃料電池ＦＣの他方の冷媒排出口１Ｂから排出された冷却媒体をシステム構成部品である排気排水モジュールＳ１及び水素循環ポンプＳ２の冷媒循環系に流通させる。このとき、冷却媒体は、燃料電池ＦＣの冷却により昇温している。したがって、例えば燃料電池システムの運転開始時には、冷却媒体によりシステム構成部品の加熱が行われることとなる。これにより、排気排水モジュールＳ１を含む排出経路中で反応水が凍結したとしても、これを速やかに解凍することができる。

そしてさらに、燃料電池システムは、燃料電池ＦＣに二つの冷媒排出口１Ａ，１Ｂを設けて、燃料電池ＦＣの冷却系及びシステム構成部品の冷媒循環系の夫々に冷却媒体を流通循環させるので、例えば二重構造の配管を使用した従来のシステムに比べて、冷却媒体の流路における圧力損失の増加を防ぐことができる。これにより、冷媒循環ポンプ８の小型化及び省力化や、配管類の小径化及び短縮化などを実現することができ、システムのレイアウト性の向上や熱容量の低減などを図ることができる。また、圧力損失の増加によって生じる冷却媒体の流量不足等も解消することができる。

図２〜図９は、本発明に係る燃料電池システムの他の８例の実施形態を説明する図である。なお、先の図１に示す実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図２に示す燃料電池システムは、燃料電池ＦＣの冷却系が、同燃料電池ＦＣの内部に形成した冷媒供給路Ｍ３及び冷媒排出路Ｍ４を備えている。そして、燃料電池システムは、冷媒排出路Ｍ４の一端側に、燃料電池ＦＣの冷却系を構成する冷媒排出口１Ａを設けている。また、冷媒供給路Ｍ３の一端側に、システム構成部品の冷媒循環系を構成する冷媒排出口１Ｂを設けている。

この実施形態では、冷媒排出路Ｍ４の他端側は、一方のエンドプレートＥ１により閉塞してある。また、冷媒供給路Ｍ３の他端側は、他方のエンドプレートＥ２に形成した冷却媒体の供給口である。さらに、システム構成部品は、排気排水モジュールＳ１及び水素循環ポンプＳ２である。

上記構成を備えた燃料電池システムは、燃料電池ＦＣに供給した冷却媒体を冷却系に流通させる一方で、冷却媒体の一部を冷媒供給路Ｍ３から直接的にシステム構成部品の冷媒循環系に流通させる。より具体的には、冷却媒体の一部を冷媒供給路Ｍ３から排気排水モジュールＳ１の冷媒流路１３に流通させる。この燃料電池システムにあっても、先の実施形態と同等の作用及び効果を得ることができるほか、先の実施形態における冷媒流通ライン（図１中の符号１２）が不要になって、冷媒循環系の経路がより短くなり、レイアウト性のさらなる向上や熱容量のさらなる低減が可能となる。

図３に示す燃料電池システムは、システム構成部品の冷媒循環系が、燃料電池ＦＣの内部に形成した冷媒供給路Ｍ３と冷媒排出路Ｍ４とを連通させる複流流路１６を備えている。図示のシステム構成部品は、排気排水モジュールＳ３であって、セパレーションタンク２及びパージ弁３のほかに、アノードガス供給ライン４、未反応の水素をアノードガス供給ライン４に合流させるイジェクタ１７、圧力センサ１８を備えている。そして、この実施形態では、排気排水モジュールＳ３に前記複流流路１６が形成してある。

この実施形態の場合、システム構成部品の冷媒循環系は、前記複流流路１６と、燃料電池ＦＣのアクティブエリア（発電部）を除く冷却系により構成されることとなり、燃料電池ＦＣ内部の冷却系をバイパスするように冷却媒体が流通する。

上記構成を備えた燃料電池システムは、燃料電池ＦＣに供給した冷却媒体を冷却系に流通させる一方で、冷却媒体の一部を冷媒供給路Ｍ３から直接的にシステム構成部品の冷媒循環系に流通させ、その冷却媒体を複流流路１６により燃料電池ＦＣの冷却系に合流させる。この燃料電池システムにあっても、先の実施形態と同等の作用及び効果を得ることができるほか、冷媒循環系の経路がより短くなり、レイアウト性のさらなる向上や熱容量のさらなる低減が可能となる。

図４に示す燃料電池システムは、システム構成部品の冷媒循環系が、燃料電池ＦＣの内部に形成した冷媒供給路Ｍ３と冷媒排出路Ｍ４とを連通させる複流流路１６を備えている。この燃料電池システムは、アノードオフガスを循環させないデッドエンド方式と呼ばれるもので、燃料電池ＦＣにおけるアノードオフガスの排出用マニホールドＭ２の両端側に、システム構成部品としての排気排水モジュールＳ１，Ｓ１を備えている。なお、排気排水モジュールＳ１は、セパレーションタンク２及び冷媒流路１３を備えたものであり、片方の排気排水モジュールＳ１のみにパージ弁３が設けてある。

そして、燃料電池システムは、図４中で左側に示す一方の排気排水モジュールＳ１の冷媒流路１３と、この冷媒流路１３から燃料電池ＦＣの冷媒供給路Ｍ３に至る冷媒流通ライン１２とにより、前記複流流路１６を構成している。

上記構成を備えた燃料電池システムは、燃料電池ＦＣに供給した冷却媒体を冷却系に流通させる一方で、冷却媒体の一部を冷媒供給路Ｍ３から直接的にシステム構成部品の冷媒循環系に流通させ、その冷却媒体を複流流路１６により燃料電池ＦＣの冷却系に合流させる。この燃料電池システムにあっても、先の実施形態と同等の作用及び効果を得ることができる。

図５に示す燃料電池システムは、システム構成部品の冷媒循環系が、燃料電池ＦＣの内部に形成した冷媒供給路Ｍ３と冷媒排出路Ｍ４とを連通させる複流流路１６を備えている。この実施形態では、カソードガス（空気）の供給用マニホールドＭ５、排出用マニホールドＭ６、及びカソードガス供給ライン１９を図示しており、アノードガスのマニホールドや供給ラインの図示は省略した。また、システム構成部品は、排圧調整モジュールＳ４であって、カソードオフガスを外部に排出するための排圧調整弁２０や冷媒流路２１を備えている。

そして、燃料電池システムは、排圧調整モジュールＳ４の冷媒流路２１と、この冷媒流路２１から燃料電池ＦＣの冷媒供給路Ｍ３に至る冷媒流通ライン１２とにより、前記複流流路１６を構成している。

図６に示す燃料電池システムは、システム構成部品の冷媒循環系が、燃料電池ＦＣの内部に形成した冷媒供給路Ｍ３と冷媒排出路Ｍ４とを連通させる複流流路１６を備えており、とくに、複流流路１６の一部が、エンドプレートＥ１の内部に形成した冷媒流路２３により形成してある。この実施形態のシステム構成部品は、セパレーションタンク２、パージ弁３及び冷媒流路１３を備えた排気排水モジュールＳ１である。

そして、燃料電池システムは、排気排水モジュールＳ１の冷媒流路１３と、この冷媒流路１３から燃料電池ＦＣの冷媒供給路Ｍ３に至るエンドプレートＥ１の冷媒流路２３とにより、前記複流流路１６を構成している。

上記構成を備えた燃料電池システムは、燃料電池ＦＣに供給した冷却媒体を冷却系に流通させる一方で、冷却媒体の一部を冷媒供給路Ｍ３から直接的にシステム構成部品の冷媒循環系に流通させ、その冷却媒体を複流流路１６により燃料電池ＦＣの冷却系に合流させる。この燃料電池システムにあっても、先の実施形態と同等の作用及び効果を得ることができ、しかも、エンドプレートＥ１に複流流路１６の一部を形成したので、その分の配管類が不要になり、レイアウト性の向上や熱容量の低減のほか、部品点数の削減や製造コストの低減も図ることができる。

図７（Ａ）に示す燃料電池システムは、図４に示す燃料電池システムにおいて、燃料電池ＦＣの冷媒供給路Ｍ３の片側のみに、システム構成部品である排気排水モジュールＳ１を設けたものである。排気排水モジュールＳ１は、セパレーションタンク２、パージ弁３及び冷媒流路１３を備えている。この燃料電池システムは、排気排水モジュールＳ１の冷媒流路１３と冷媒流通ライン１２とによって複流流路１６を構成している。

そして、燃料電池システムは、複流流路１６の途中に、冷却媒体の流量を調整するための冷媒流量調整手段を備えており、この実施形態では、冷媒流量調整手段が、複流流路１６の流路径を狭めるオリフィス２４である。なお、図示例では、複流流路１６を構成する冷媒流通ライン１２の途中にオリフィス２４が設けてある。

ここで、前記オリフィス２４は、一定の口径を有するのであるが、温度によって冷却媒体の流量及び圧力損失が変化することから、その口径を適切なものに設定しておけば、一定の口径でも冷却媒体の流量を調整し得ることになる。

すなわち、図７（Ｂ）に流量圧損特性の温度感度を示すように、燃料電池ＦＣ及び複流流路１６に流通する冷却媒体の夫々の圧力損失は、冷却媒体の温度が上昇するにつれて低下する傾向にある。つまり、冷却媒体は高温になるほど流れ易い。また、燃料電池ＦＣにおける冷却媒体の流れは、電池内部の複雑な構造等の影響を受け易いので、複流流路１６に流通する冷却媒体よりも、温度に伴う圧力損失の変化量が明らかに大きい。

そこで、この実施形態では、低温時には、燃料電池ＦＣに流通する冷却媒体の圧力損失に対して、複流流路１６に流通する冷却媒体の圧力損失が小さくなり、且つ、高温時には、複流流路１６に流通する冷却媒体の圧力損失が大きくなるように、オリフィス２４の口径を設定する。これにより、冷却媒体の温度が上昇した際に、複流流路１６に流通する冷却媒体の流量が多くなり過ぎないようにする。

上記構成を備えた燃料電池システムは、燃料電池ＦＣに供給した冷却媒体を冷却系に流通させる一方で、冷却媒体の一部を冷媒供給路Ｍ３から直接的にシステム構成部品の冷媒循環系に流通させ、その冷却媒体を複流流路１６により燃料電池ＦＣの冷却系に合流させる。この燃料電池システムにあっても、先の実施形態と同等の作用及び効果を得ることができ、このほか、オリフィス２４により、冷却媒体の温度変化に伴って、燃料電池ＦＣ及び複流流路１６への夫々の冷却媒体の流量を適切に調整し、高負荷運転時における燃料電池ＦＣの冷却媒体の流量低下を軽減することができる。

図８（Ａ）に示す燃料電池システムは、図７に示す先の実施形態におけるオリフィス（２４）に代えて、冷媒流量調整手段として、複流流路１６に流通する冷却媒体の温度上昇により開度を減少させるサーモスタットバルブ２５を備えている。

すなわち、当該燃料電池システムでは、先の実施形態と同様に、図８（Ｂ）に示す如く燃料電池ＦＣ及び複流流路１６に流通する冷却媒体の夫々の圧力損失が、冷却媒体の温度が上昇するにつれて低下する傾向にある。

そこで、この実施形態では、複流流路１６にサーモスタットバルブ２５を設けることにより、低温時には、燃料電池ＦＣ及び複流流路１６の両方に冷却媒体が流通させる。また、高温時には、サーモスタットバルブ２５の開度が減少若しくは同バルブ２５が閉じることで、燃料電池ＦＣに流通する冷却媒体の流量が増大する。

上記の燃料電池システムにあっても、先の実施形態と同等の作用及び効果を得ることができ、このほか、サーモスタットバルブ２５により、冷却媒体の温度変化に伴って、燃料電池ＦＣ及び複流流路１６への夫々の冷却媒体の流量を適切に調整し、高温時には燃料電池ＦＣへの冷却媒体の充分な流量を確保して、高負荷運転時における燃料電池ＦＣの冷却媒体の流量低下を防止することができる。

図９（Ａ）に示す燃料電池システムは、複流流路１６の途中に、冷却媒体の流量を調整するための冷媒流量調整手段を備えると共に、冷媒温度検出手段２６と制御手段２７を備えている。また、当該燃料電池システムでは、先の実施形態と同様に、図９（Ｂ）に示す如く燃料電池ＦＣ及び複流流路１６に流通する冷却媒体の夫々の圧力損失が、冷却媒体の温度が上昇するにつれて低下する傾向にある。

この実施形態の冷媒流量調整手段は、電子制御バルブ２８であって、複流流路１６を構成する冷媒流通ライン１２の途中に設けてある。前記冷媒温度検出手段２６は、システム構成部品（排気排水モジュールＳ１）の冷媒循環系に流通する冷却媒体の温度を検出する。この実施形態では、燃料電池ＦＣの冷却系の一部が前記冷媒循環系を兼用しているので、燃料電池ＦＣからの冷媒排出ライン９に冷媒温度検出手段２６が設けてある。

前記制御手段２７は、冷媒温度検出手段２６の検出値に基づいて冷媒流量調整手段である電子制御バルブ２８を制御するものであって、とくに、冷却媒体の温度上昇に伴って同冷却媒体の流量が減少するように電子制御バルブ２８を制御する。この制御手段２７は、電子制御バルブ２８の専用の手段でも良いが、当該燃料電池システム全体の制御を行うコンピュータを用いるのがより望ましく、このコンピュータの一機能として電子制御バルブ２９の制御を行う。

上記の燃料電池システムにあっても、先の実施形態と同等の作用及び効果を得ることができ、このほか、冷媒温度検出手段２６、制御手段２７及び電子制御バルブ２８により、冷却媒体の温度変化に伴って、燃料電池ＦＣ及び複流流路１６への夫々の冷却媒体の流量を適切に調整し、高温時には燃料電池ＦＣへの冷却媒体の充分な流量を確保して、高負荷運転時における燃料電池ＦＣの冷却媒体の流量低下を防止することができる。

本発明の燃料電池システムは、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することが可能である。例えば、冷却媒体の流通を要するシステム構成部品の数や配置などに応じて、燃料電池に設ける冷媒排出口を三つやそれ以上にすることができる。

Ｃ単位セル
Ｅ１Ｅ２エンドプレート
ＦＣ燃料電池
Ｍ３冷媒供給路
Ｍ４冷媒排出路
Ｓ１排気排水モジュール（システム構成部品）
Ｓ２水素循環ポンプ（システム構成部品）
Ｓ３排気排水モジュール（システム構成部品）
Ｓ４排圧調整モジュール（システム構成部品）
１Ａ１Ｂ冷媒排出口
１６複流流路
２４オリフィス
２５サーモスタットバルブ
２６冷媒温度検出手段（冷媒流量調整手段）
２７制御手段（冷媒流量調整手段）
２８電子制御バルブ（冷媒流量調整手段）

Claims

燃料電池、及び氷点下環境にて機能失陥が発生し得る部品であるシステム構成部品に対して冷却媒体を流通循環させる構造を有する燃料電池システムであって、
燃料電池から冷却媒体を排出する二つ以上の冷媒排出口を備え、
各冷媒排出口のうちの一つが、燃料電池の冷却系を構成する冷媒排出口であり、
他の冷媒排出口が、システム構成部品の冷媒循環系の冷媒流入口を構成する冷媒排出口であり、
前記システム構成部品が、セパレーションタンク、パージ弁、空気調圧弁、イジェクタ、圧力センサ、水素循環ポンプ、熱交換器、アノードガス供給ライン、及び排圧調整弁のうちの少なくとも一つである部品、又はこれらの部品を選択的に組み合わせてモジュール化された部品であることを特徴とする燃料電池システム。
燃料電池の冷却系が、同燃料電池の内部に形成した冷媒供給路及び冷媒排出路を備え、冷媒排出路の一端側に、燃料電池の冷却系を構成する冷媒排出口を設けると共に、冷媒排出路の他端側に、システム構成部品の冷媒循環系の冷媒流入口を構成する冷媒排出口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。
燃料電池の冷却系が、同燃料電池の内部に形成した冷媒供給路及び冷媒排出路を備え、冷媒排出路の一端側に、燃料電池の冷却系を構成する冷媒排出口を設けると共に、冷媒供給路の一端側に、システム構成部品の冷媒循環系の冷媒流入口を構成する冷媒排出口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。
システム構成部品の冷媒循環系が、燃料電池の内部に形成した冷媒供給路と冷媒排出路とを連通させる複流流路を備えていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
燃料電池が、単位セルを複数積層し且つ単位セル積層方向の両側にエンドプレートを備えた構造を有し、エンドプレートの内部に、複流流路の少なくとも一部を形成したことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
複流流路の途中に、冷却媒体の流量を調整するための冷媒流量調整手段を備えたことを特徴とする請求項４又は５に記載の燃料電池システム。
冷媒流量調整手段が、複流流路の流路径を狭めるオリフィスであることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
冷媒流量調整手段が、複流流路に流通する冷却媒体の温度上昇により開度を減少させるサーモスタットバルブであることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
システム構成部品の冷媒循環系に流通する冷却媒体の温度を検出する冷媒温度検出手段と、冷媒温度検出手段の検出値に基づいて冷媒流量調整手段を制御する制御手段を備えると共に、制御手段が、冷却媒体の温度上昇に伴って同冷却媒体の流量が減少するように冷媒流量調整手段を制御することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。