JP7098560B2 - 燃料電池システム、及び燃料電池スタックの温度調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池スタックに冷媒を流通させる冷却配管を有する燃料電池システム、及び燃料電池スタックの温度調整方法に関する。

燃料電池システムは、燃料電池スタックに接続した反応ガス配管によりアノードガスやカソードガスを流通（供給及び排出）させることで、燃料電池スタック内で発電を行う。また特許文献１に示すように、燃料電池システムは、燃料電池スタックに接続した冷媒配管により冷媒を流通させることで、燃料電池スタックの発電時の温度調整を行う。

特開２００６－１４７３１５号公報

ところで、燃料電池スタックは、発電を停止した後に、急激に温度低下すると、その後早期に運転を再開する際に起動に必要なエネルギが大きくなる。さらに、燃料電池スタックは、急激な温度低下の機会が多いと劣化が進んで寿命が短くなる。このため、特許文献１に開示の燃料電池システムは、冷媒を温める蓄熱器を備えることで、発電停止時の燃料電池スタックを保温している。

しかしながら、特許文献１に開示の燃料電池システムのように蓄熱器を設けた構成では、システムの複雑化を招くことになり、製造コストが増加する、システムが大型化する等の不都合が生じる。

本発明は、上記の技術に関連してなされたものであり、システムの複雑化を抑制しつつ、発電を停止した後の冷媒の流通による燃料電池スタックの温度低下を低減することができる燃料電池システム、及び燃料電池スタックの温度調整方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の第１の態様は、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックのエンドプレートに接続され、冷媒を流通させる冷媒配管とを備えた燃料電池システムであって、前記冷媒配管は、前記燃料電池スタックに前記冷媒を供給する冷媒供給配管と、前記燃料電池スタックから前記冷媒を排出する冷媒排出配管とを含み、前記冷媒供給配管と前記冷媒排出配管の各々の前記エンドプレートの近傍位置には、前記冷媒の流通を抑制又は阻止する構造体が設けられる。

また前記の目的を達成するために、本発明の第２の態様は、冷媒を流通させる冷媒配管がエンドプレートに接続された燃料電池スタックの温度調整方法であって、前記冷媒配管は、前記燃料電池スタックに前記冷媒を供給する冷媒供給配管と、前記燃料電池スタックから前記冷媒を排出する冷媒排出配管と、前記冷媒を循環させるポンプとを含み、前記冷媒供給配管と前記冷媒排出配管の各々の前記エンドプレートの近傍位置には構造体が設けられ、前記燃料電池スタックの発電時に、前記ポンプを駆動し且つ前記構造体を通して前記冷媒を流通状態とすることで、該燃料電池スタックを冷却し、前記燃料電池スタックの発電停止時に、前記ポンプの駆動を停止し、且つ前記構造体により前記冷媒を流通抑制状態又は流通阻止状態とすることで前記燃料電池スタックの保温状態を維持する。

上記の燃料電池システムは、冷媒配管のエンドプレートの近傍位置に構造体を備えることで、燃料電池スタックの動作停止時に、冷媒配管の冷媒の流通を抑制又は阻止することができる。すなわち、燃料電池システムは、燃料電池スタックから昇温した冷媒の排出、又は燃料電池スタックへの低温の冷媒の供給が構造体により抑制されるので、燃料電池スタックの温度低下を低減することが可能となる。燃料電池スタックは、急激な温度低下の機会が少なくなることで、その寿命を延ばすことができる。しかも、構造体は、システムの複雑化を招くことなく、冷媒配管内に簡単に設けられるので、システムの小型化や製造コストの低廉化が図られる。

本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を概略的に示す説明図である。 燃料電池スタック及び冷却装置の構成を概略的に示す説明図である。 図３Ａは、冷媒配管に設けた弁体による冷媒の流通抑制状態を示す断面図である。図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線断面図である。図３Ｃは、冷媒配管に設けた弁体による冷媒の流通状態を示す断面図である。図３Ｄは、図３ＣのＩＩＩＤ－ＩＩＩＤ線断面図である。 図４Ａは、第１変形例に係るリード弁による冷媒の流通遮断状態を示す断面図である。図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ－ＩＶＢ線断面図である。図４Ｃは、図４Ａのリード弁による冷媒の流通状態を示す断面図である。図４Ｄは、図４ＣのＩＶＤ－ＩＶＤ線断面図である。 図５Ａは、第２変形例に係る遮断バルブによる冷媒の流通遮断状態を示す断面図である。図５Ｂは、図５Ａの遮断バルブによる冷媒の流通状態を示す断面図である。 第３変形例に係る燃料電池システムの全体構成を概略的に示す説明図である。 第４変形例に係る燃料電池システムの燃料電池スタック及びその周辺部を概略的に示す説明図である。

以下、本発明について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１０は、図１に示すように、燃料電池スタック１２、アノードガス系装置１４、カソードガス系装置１６、冷却装置１８及び制御装置２０を備える。この燃料電池システム１０は、例えば、燃料電池自動車（車両１１）の図示しないモータルームに搭載される。

燃料電池スタック１２は、アノードガス系装置１４から供給されるアノードガス（水素等の燃料ガス）と、カソードガス系装置１６から供給されるカソードガス（エア等の酸化剤ガス）とに基づき発電を行う。また、冷却装置１８は、燃料電池スタック１２の発電時に、燃料電池スタック１２に冷媒（冷却水等）を供給すると共に、燃料電池スタック１２から冷媒を排出することで、燃料電池スタック１２の冷却（温度調整）を行う。

図２に示すように、燃料電池スタック１２は、アノードガスとカソードガスの電気化学反応により発電する複数の発電セル２２を有する。複数の発電セル２２は、燃料電池スタック１２を車両１１に搭載した状態で、電極面を立位姿勢にして車幅方向に沿って積層された積層体２４に構成されている。積層体２４の積層方向両端部の各々には、ターミナルプレート２６ａ、２６ｂ、絶縁プレート２８ａ、２８ｂ、エンドプレート３０ａ、３０ｂが外方に向かって順に積層されている。なお、複数の発電セル２２は、車両１１の前後方向や重力方向に積層されていてもよい。

発電セル２２は、電解質膜・電極構造体３２（以下、「ＭＥＡ３２」という）と、ＭＥＡ３２を挟持する２つのセパレータ３４とで構成される。隣り合う発電セル２２同士のセパレータ３４は、その外周同士が接合され、一体的な接合セパレータに構成される。

発電セル２２のＭＥＡ３２は、電解質膜３６（例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜））と、電解質膜３６の一方の面に設けられたアノード電極３８と、電解質膜３６の他方の面に設けられたカソード電極４０とを有する。２つのセパレータ３４は、ＭＥＡ３２と対向し合う面の各々に、アノードガスを流動させるアノードガス流路３８ａと、カソードガスを流動させるカソードガス流路４０ａとを形成する。また、２つのセパレータ３４同士が対向し合う面には、冷媒を流動させる冷媒流路４２が形成される。

また、積層体２４は、アノードガス、カソードガス及び冷媒を、発電セル２２の積層方向に沿って個々に流動させる複数の連通孔（アノードガス連通孔４４、カソードガス連通孔４６、冷媒連通孔４８）を備える。積層体２４内において、アノードガス連通孔４４はアノードガス流路３８ａに連通し、カソードガス連通孔４６はカソードガス流路４０ａに連通し、冷媒連通孔４８は冷媒流路４２に連通している。

積層体２４に供給されたアノードガスは、アノードガス連通孔４４（アノードガス入口連通孔４４ａ）を流動してアノードガス流路３８ａに流入する。アノード電極３８で発電に使用されたアノードオフガスは、アノードガス流路３８ａからアノードガス連通孔４４（アノードガス出口連通孔４４ｂ）に流入して積層体２４から排出される。

積層体２４に供給されたカソードガスは、カソードガス連通孔４６（カソードガス入口連通孔４６ａ）を流動してカソードガス流路４０ａに流入する。カソード電極４０で発電に使用されたカソードオフガスは、カソードガス流路４０ａからカソードガス連通孔４６（カソードガス出口連通孔４６ｂ）に流入して積層体２４から排出される。

積層体２４に供給された冷媒は、冷媒連通孔４８（冷媒入口連通孔４８ａ）を流動して冷媒流路４２に流入される。発電セル２２を冷却した冷媒は、冷媒流路４２から冷媒連通孔４８（冷媒出口連通孔４８ｂ）に流入して積層体２４から排出される。

積層体２４の一端部に設けられるエンドプレート３０ａには、アノードガス及びカソードガスを流通させる反応ガス配管５０、及び冷媒を流通させる冷媒配管５２が接続される。反応ガス配管５０は、アノードガス入口連通孔４４ａに連通するアノードガス供給配管５０ａ、アノードガス出口連通孔４４ｂに連通するアノードガス排出配管５０ｂ、カソードガス入口連通孔４６ａに連通するカソードガス供給配管５０ｃ及びカソードガス出口連通孔４６ｂに連通するカソードガス排出配管５０ｄを含む。冷媒配管５２は、冷媒入口連通孔４８ａに連通する冷媒供給配管５２ａ、及び冷媒出口連通孔４８ｂに連通する冷媒排出配管５２ｂを有する。

さらに、燃料電池スタック１２は、エンドプレート３０ａ、３０ｂを含む積層体２４全体を空間部５４ａに収容するスタックケース５４を備える。なお、スタックケース５４は、発電セル２２の積層体２４の積層方向に直交する周囲を囲う筒体に形成され、エンドプレート３０ａ、３０ｂにより筒体の端部を閉塞した構成でもよい。

エンドプレート３０ａに接続される上記の反応ガス配管５０（アノードガス供給配管５０ａ、アノードガス排出配管５０ｂ、カソードガス供給配管５０ｃ、カソードガス排出配管５０ｄ）及び冷媒配管５２（冷媒供給配管５２ａ、冷媒排出配管５２ｂ）は、スタックケース５４の一端側の壁部５５を貫通してスタックケース５４の外部に露出されている。スタックケース５４の配管の貫通箇所にはパッキン等が設けられてもよい。

図１及び図２に示すように、燃料電池システム１０の冷却装置１８は、上記の冷媒配管５２、ラジエータ５６及びポンプ５８により、燃料電池スタック１２との間で冷媒を循環させる循環回路を形成している。具体的には、冷媒供給配管５２ａは、積層体２４（エンドプレート３０ａ）とラジエータ５６の間を延在し、その途中位置にポンプ５８を備える。冷媒排出配管５２ｂは、積層体２４（エンドプレート３０ａ）とラジエータ５６の間を延在する。

冷却装置１８のラジエータ５６は、車両１１内において燃料電池スタック１２の前方側且つ重力方向の下方側に設けられる。そのため、冷媒配管５２（冷媒供給配管５２ａ、冷媒排出配管５２ｂ）は、スタックケース５４の壁部５５から露出されると、壁部５５に近い位置で湾曲して前方且つ下方に延在している。また、冷媒配管５２を構成する材料は、特に限定されず、金属材料又は樹脂材料のいずれを適用してもよい。

ラジエータ５６は、例えば、冷媒配管５２に連通して冷媒が流動する内部配管（不図示）と、ラジエータファン５６ａとにより構成され、ラジエータファン５６ａの回転に伴う冷却風により内部配管内の冷媒を冷却する。なお、ラジエータ５６の構成や設置位置は、特に限定されないことは勿論である。

ポンプ５８は、制御装置２０により動作が制御され、冷媒供給配管５２ａの冷媒を循環させることで、燃料電池スタック１２に冷媒を供給する。これにより燃料電池スタック１２の冷媒も冷媒排出配管５２ｂに流出され、基づいてラジエータ５６に流動する。なお、冷却装置１８は、冷媒供給配管５２ａに代えて冷媒排出配管５２ｂにポンプ５８を備えてもよく、冷媒供給配管５２ａ及び冷媒排出配管５２ｂの各々にポンプ５８を備えてもよい。

また、冷却装置１８は、上記のデバイス以外に、図示しない種々のデバイスが設けられてよい。例えば、冷却装置１８のデバイスとしては、冷媒に含まれるイオンを除去するイオン交換器、冷媒を貯留するリザーブタンク、冷媒の温度を検出する温度センサ等が挙げられる。また、冷媒供給配管５２ａと冷媒排出配管５２ｂの延在方向も適宜設計され得る。冷媒供給配管５２ａと冷媒排出配管５２ｂの間には、ラジエータ５６をバイパスする図示しないバイパス管が設けられてもよい。

そして、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２の発電停止時に、冷媒配管５２の冷媒の流動を抑制する（流通抑制状態とする）構造体６０を有する。この構造体６０は、冷媒供給配管５２ａと冷媒排出配管５２ｂのそれぞれに設けられている。

また、構造体６０は、燃料電池スタック１２のエンドプレート３０ａの近傍位置に設けられている。エンドプレート３０ａの「近傍位置」とは、エンドプレート３０ａと冷却装置１８のデバイス（ラジエータ５６、ポンプ５８等）間を延在する冷媒配管５２の中間位置よりもエンドプレート３０ａ寄りにあることを言う。例えば、近傍位置は、エンドプレート３０ａと冷媒配管５２の接続箇所から３０ｃｍ以下程度の範囲である。本実施形態に係る構造体６０は、スタックケース５４の境界に設けられることで、エンドプレート３０ａに対して充分に近い位置にある。

本実施形態に係る構造体６０は、冷媒の流動停止状態で、冷媒配管５２の流路を完全に遮断しない（流路を部分的に開通させている）弁体６２に構成されている。以下、この弁体６２、及び弁体６２が配置される冷媒配管５２について、図３Ａ～図３Ｄを参照して説明する。

冷媒配管５２は、複数の配管（第１管６４、第２管６６）の分割構造に構成され、弁体６２が固定された中継管６８により第１管６４と第２管６６の間を接続している。すなわち、弁体６２と中継管６８は、冷媒配管５２の途中位置に弁体６２を設けるための管ユニット６９を構成している。

管ユニット６９は、スタックケース５４の一端側の壁部５５に重なる位置に設けられ、例えば壁部５５と中継管６８との間にパッキンが設置される。なお、中継管６８は、スタックケース５４の壁部５５に連結されていてもよい。また、スタックケース５４の「境界」とは、スタックケース５４の壁部５５に重なる箇所の他に、スタックケース５４の壁部５５の外側又は内側で当該壁部５５に隣接する箇所を含む。例えば、スタックケース５４内に第１管６４があり、スタックケース５４外に第２管６６がある場合に、中継管６８は第２管６６を接続するためにスタックケース５４から突出するコネクタに構成されていてもよい。

弁体６２は、中継管６８に固定するための固定部７０と、中継管６８（冷媒配管５２）の流路を開閉可能な開閉部７２とを有する。固定部７０及び開閉部７２は一体成形されている。

固定部７０は、環状に形成され、適宜の固定手段により中継管６８の内周面に密着固定される。固定手段は、特に限定されるものではなく、融着、接着、他の固定用部材を内嵌する等の手段をとり得る。或いは、中継管６８及び弁体６２は、図示しない被係止部（凹部や凸部等）を一方に設け、この被係止部に係止される係止部を他方に設けた構造でもよい。

開閉部７２は、複数（図示例では３つ）の薄片７４により構成される。各薄片７４は、固定部７０の一端から中継管６８の中心に向かって傾斜して突出することで、開閉部７２全体を略円錐形状としている。固定部７０から開閉部７２が突出する方向は、冷媒が流動方向の上流から下流に向かう方向である。従って、冷媒供給配管５２ａでは、エンドプレート３０ａに向かって開閉部７２が突出するように供給側弁体６２ａが配置され、冷媒排出配管５２ｂでは、ラジエータ５６に向かって開閉部７２が突出するように排出側弁体６２ｂが配置される。

各薄片７４は、開閉部７２の略円錐形状を分割した三角形状に形成されている。各薄片７４は、冷媒の流動力に基づき固定部７０の基点に突出端側が弾性変形する。また本実施形態における各薄片７４の突出端は、相互に離間しており、突出端同士の間に隙間７６を形成している。

上記の各薄片７４は、燃料電池スタック１２の発電停止時に、冷媒の流通が停止することで、相互に近接して冷媒を殆ど通過させない。ただし、隙間７６から冷媒を多少流動させることで流路の連通を維持する（冷媒の流通抑制状態とする）。また、各薄片７４は、冷媒が流通時と逆方向に流れた場合に、隙間７６を閉じるように動作する。さらに、各薄片７４は、燃料電池スタック１２の発電時（冷媒の流通時）に、相互に大きく離間することで、適切な量の冷媒を流動させる。

上記の弁体６２は、ポンプ５８による冷媒の循環に基づき、適度に弾性変形可能なゴム材料（樹脂材料）により構成されるとよい。ゴム材料は、特に限定されるものではないが、例えば、ウレタンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム等の熱硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマー、或いは他のエラストマー等が挙げられる。

本実施形態に係る燃料電池システム１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下その動作について説明する。

図１に示すように、燃料電池システム１０は、制御装置２０の制御に基づき、アノードガス系装置１４により燃料電池スタック１２にアノードガスを供給し、カソード系装置により燃料電池スタック１２にカソードガスを供給する。燃料電池スタック１２内では、図２に示すように、各発電セル２２のアノード電極３８にアノードガスが供給される一方で、各発電セル２２のカソード電極４０にカソードガスが供給されることで、各発電セル２２が発電を行う。また、燃料電池システム１０は、発電時のアノードオフガスを燃料電池スタック１２からアノードガス系装置１４に排出し、また発電時のカソードオフガスを燃料電池スタック１２からカソードガス系装置１６に排出する。

そして、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２の発電時に、制御装置２０の制御下にポンプ５８を適宜駆動して、燃料電池スタック１２と冷却装置１８との間で冷媒を循環させ、燃料電池スタック１２を冷却する。すなわち、冷却装置１８は、冷媒供給配管５２ａの流路を通して燃料電池スタック１２に冷媒を供給する。冷媒供給配管５２ａ内に設けられた供給側弁体６２ａは、積層体２４に冷媒が向かう流動力に伴い、開閉部７２（複数の薄片７４）が大きく開口して冷媒をスムーズに流通させる（図３Ｃ及び図３Ｄ参照）。

燃料電池スタック１２内において、冷媒供給配管５２ａから供給された冷媒は、隣接し合うセパレータ３４の間の冷媒流路４２を通ることで各発電セル２２を冷却する。そして燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２からラジエータ５６に冷媒排出配管５２ｂの流路を通して昇温した冷媒を排出する。この際、冷媒排出配管５２ｂ内に設けられた排出側弁体６２ｂは、ラジエータ５６に冷媒が向かう流動力に伴い、開閉部７２（複数の薄片７４）が大きく開口して冷媒をスムーズに流通させる。そして、ラジエータ５６は、ラジエータファン５６ａの駆動下に冷媒を冷却する。

燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２の発電停止時に、アノードガス系装置１４、カソードガス系装置１６及び冷却装置１８の動作を停止する。冷却装置１８のポンプ５８が停止することで、冷媒が循環しなくなる。しかしながら、冷媒排出配管５２ｂがスタックケース５４から下方に向かって延在していることで、燃料電池スタック１２の冷媒は、重力により下方に向かって積極的に流動しようとする。また例えば、ポンプ５８の停止の初期には冷媒配管５２内を循環していた冷媒の流動が継続している。

このような発電停止時の冷媒の動きに対し、冷媒配管５２内に設けられた弁体６２（構造体６０）は、冷媒の流通を抑制させる（図３Ａ及び図３Ｂ参照）。具体的には、冷媒供給配管５２ａの供給側弁体６２ａは、冷却装置１８（ラジエータ５６、ポンプ５８、冷媒配管５２）で冷やされた冷媒が燃料電池スタック１２に移動することを抑制する。逆に、冷媒排出配管５２ｂの排出側弁体６２ｂは、燃料電池スタック１２内で温められた冷媒が外部に移動することを抑制する。従って、燃料電池システム１０は、発電停止の初期における燃料電池スタック１２の急激な温度低下を低減して、燃料電池スタック１２を保温することができる。

特に、スタックケース５４の壁部５５（エンドプレート３０ａの近傍位置）に位置する弁体６２は、冷媒配管５２内で低温化した冷媒の流通を抑制するので、燃料電池スタック１２の保温をより効果的に行うことができる。また、冷媒供給配管５２ａの弁体６２は、発電停止中に、燃料電池スタック１２内の冷媒が逆流した場合（下方に傾斜している冷媒供給配管５２ａに冷媒が流出しようとした場合）に、弁体６２の開閉部７２が閉じることで冷媒の流出を防ぐことができる。或いは、冷媒排出配管５２ｂの弁体６２も、例えば車両１１が坂道等に停車する等してラジエータ５６が高い位置になって冷媒が逆流した場合に、開閉部７２が閉じることで冷媒の流入を防ぐことができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能である。例えば、弁体６２は、冷媒供給配管５２ａや冷媒排出配管５２ｂに複数設けられてもよい。また、弁体６２は、発電停止時に、上記のように開閉部７２が隙間７６（冷媒の流通抑制状態）を形成する構成に限定されず、冷媒配管５２の流路を完全に遮断する（冷媒の流通阻止状態を形成する）構成でもよい。

さらに、構造体６０（弁体６２）は、上記の構成に限定されず、種々の構成を適用し得る。例えば、弁体６２の開閉部７２は、４以上の薄片７４が弾性変形する構成でもよく、又は一対の膜が相互に離間及び近接する構成（いわゆるダックビル弁）でもよい。さらに、弁体６２は、一連に連なる円錐状の膜を有し、冷媒の流動力により膜が大きく開口する構成でもよい。或いは、構造体６０は、開閉部７２が突出していないディスク弁等を適用してもよい。

また、図４Ａ～図４Ｄに示す第１変形例のように、構造体６０は、円錐状に形成され、その傾斜面に１以上の口部８２ａを有する硬質部８２と、硬質部８２に一部が固定され且つ口部８２ａを開閉可能に覆う軟質部８４とを有するリード弁８０であってもよい。硬質部８２は、冷媒配管５２の内面に固定される図３中の固定部７０と同様の機能を有する。軟質部８４は、冷媒に流動力がない場合に口部８２ａを閉塞（冷媒の流通阻止状態を形成）する一方で、冷媒の流動力により変形することで口部８２ａを開放して冷媒を流通させる。これにより上記の弁体６２と同様の効果を得ることができる。

なお弁体６２と同様に、リード弁８０は、冷媒に流動力がない場合に、口部８２ａと軟質部８４の間に隙間７６（流通抑制状態）を形成する構成でもよい。また図４Ａ～図４Ｄ（及び図５Ａ～図５Ｂ）では、リード弁８０（遮断バルブ９２）を冷媒配管５２に直接設置した構成を示しているが、上記弁体６２と同様に、リード弁８０も中継管６８を適用して冷媒配管５２に設置し得ることは勿論である。

さらに、図５Ａ及び図５Ｂに示す第２変形例のように、構造体６０は、アクチュエータ９０で駆動されるボールバルブ９２ａ（遮断バルブ９２）であってもよい。ボールバルブ９２ａは、冷媒配管５２の流路内で回転可能であり且つ貫通孔９４ａを有する球体９４を備える。アクチュエータ９０は、制御装置２０の制御に基づき球体９４を回転させ、貫通孔９４ａを流路に対向させないことで流路を流通阻止状態（又は流通抑制状態）とし、貫通孔９４ａを流路に対向させることで連通状態とする。

制御装置２０は、冷媒配管５２内の冷媒の温度、燃料電池スタック１２の温度又は燃料電池システム１０の周囲環境の温度、燃料電池の発電状態等に応じて、流路の遮断と連通を切り替える。一例としては、制御装置２０は、燃料電池スタック１２の温度が高い場合に、発電停止直後に冷媒配管５２を遮断せずに冷媒を流通させ、燃料電池スタック１２の温度が所定以下になった際に冷媒配管５２を遮断する構成とすることができる。

なお、アクチュエータ９０で駆動される遮断バルブ９２は、ボールバルブ９２ａに限定されず、例えば、バタフライバルブやストップバルブ等でもよい。

図６に示す第３変形例のように、燃料電池システム１０Ａは、冷媒供給配管５２ａ及び冷媒排出配管５２ｂの各々にパイロット付きチェック弁１００を備えた構成でもよい。冷媒供給配管５２ａに設けられたパイロット付きチェック弁１００ａは、冷媒排出配管５２ｂの流路圧力に基づき冷媒供給配管５２ａの開放又は閉塞を切り替える。一方、冷媒排出配管５２ｂに設けられたパイロット付きチェック弁１００ｂは、冷媒供給配管５２ａの流路圧力に基づき冷媒排出配管５２ｂの開放又は閉塞を切り替える。これにより燃料電池システム１０Ａは、冷媒配管５２の流路圧力が高い場合に、冷媒を流通させ、流路圧力が低い場合に流路を遮断することができ、やはり燃料電池スタック１２を良好に保温することができる。

またさらに、図７に示す第４変形例のように、燃料電池システム１０Ｃは、スタックケース５４の一端側に、アノードガス系装置１４及びカソードガス系装置１６の少なくとも一方のデバイスを収容した補機ケース１１０を備え、補機ケース１１０の境界付近の冷媒配管５２に構造体６０が設けられてもよい。このように、補機ケース１１０に構造体６０を備えることでも、燃料電池システム１０Ｃは、上記実施形態と同様に、冷媒の流通を遮断又は抑制することができる。特に、補機ケース１１０の境界に構造体６０を備えることで、補機ケース１１０内の冷媒配管５２を、反応ガス系のデバイスや配管から放出される熱により保温することができる。

上記の実施形態から把握し得る技術的思想及び効果について、以下に記載する。

燃料電池システム１０、１０Ａ～１０Ｃは、冷媒配管５２（冷媒供給配管５２ａ、冷媒排出配管５２ｂの各々）のエンドプレート３０ａの近傍位置に構造体６０を備えることで、燃料電池スタック１２の動作停止時に、冷媒配管５２の冷媒の流通を抑制又は阻止することができる。すなわち、燃料電池システム１０、１０Ａ～１０Ｃは、燃料電池スタック１２から昇温した冷媒の排出、又は燃料電池スタック１２への低温の冷媒の供給が構造体６０により抑制されるので、燃料電池スタック１２を良好に保温することが可能となる。燃料電池スタック１２は、急激な温度低下の機会が少なくなることで、その寿命を延ばすことができる。しかも、構造体６０は、システムの複雑化を招くことなく、冷媒配管５２内に簡単に設けられるので、システムの小型化や製造コストの低廉化を図ることができる。

また、燃料電池スタック１２は、発電を行う複数の発電セル２２及びエンドプレート３０ａを積層した積層体２４と、積層体２４を収容するスタックケース５４とを備え、構造体６０は、スタックケース５４から冷媒配管５２が露出される境界に設けられる。これにより、燃料電池スタック１２の発電停止時に、スタックケース５４の外側に露出されている冷媒配管５２で低温化した冷媒がスタックケース５４内に流入することが抑制される。従って、燃料電池スタック１２を一層良好に保温することができる。

また、構造体６０は、冷媒配管５２を構成する複数の配管の間に設置される中継管６８内に設けられることで、管ユニット６９に構成されている。これにより、燃料電池システム１０、１０Ａ～１０Ｃは、冷媒配管５２に構造体６０を簡単に設置することができ、またメンテナンス等を簡単化することが可能となる。

また、構造体６０は、冷媒配管５２の内周面に固定され、冷媒の流動に伴い大きく開口する弁体６２である。これにより、燃料電池システム１０、１０Ａ～１０Ｃは、構造体６０の構成を一層簡素化しつつ、冷媒配管５２の冷媒の流通を抑制又は阻止することができる。

また、構造体６０は、冷媒配管５２の流路圧力に基づき開閉するパイロット付きチェック弁１００である。このように冷媒配管５２の流路圧力に基づき開閉するパイロット付きチェック弁１００を備えることで、燃料電池システム１０Ａは、冷媒配管５２の冷媒の流通状態の切り替えを一層確実に行うことが可能となる。

また、構造体６０は、アクチュエータ９０で駆動される遮断バルブ９２である。これにより、燃料電池システム１０、１０Ａ～１０Ｃは、アクチュエータ９０を制御して所望のタイミングで、冷媒の流通を抑制又は遮断することが可能となる。

また、本発明の他の態様は、冷媒を流通させる冷媒配管５２がエンドプレート３０ａに接続された燃料電池スタック１２の温度調整方法であって、冷媒配管５２は、燃料電池スタック１２に冷媒を供給する冷媒供給配管５２ａと、燃料電池スタック１２から冷媒を排出する冷媒排出配管５２ｂと、冷媒を循環させるポンプ５８とを含み、冷媒供給配管５２ａと冷媒排出配管５２ｂの各々のエンドプレート３０ａの近傍位置には構造体６０が設けられ、燃料電池スタック１２の発電時に、ポンプ５８を駆動し且つ構造体６０を通して冷媒を流通状態とすることで、燃料電池スタック１２を冷却し、燃料電池スタック１２の発電停止時に、ポンプ５８の駆動を停止し、且つ構造体６０を流通抑制状態又は流通阻止状態とすることで燃料電池スタック１２の保温状態を維持する。これにより、燃料電池システム１０、１０Ａ～１０Ｃは、システムの複雑化を招くことなく、燃料電池スタック１２の発電時に冷媒を良好に流通させる一方で、燃料電池スタック１２の発電停止時に燃料電池スタック１２の温度低下を低減することができる。

１０、１０Ａ～１０Ｃ…燃料電池システム １２…燃料電池スタック
１８…冷却装置 ２２…発電セル
２４…積層体 ３０ａ、３０ｂ…エンドプレート
５２…冷媒配管 ５２ａ…冷媒供給配管
５２ｂ…冷媒排出配管 ５４…スタックケース
５５…壁部 ６０…構造体
６２…弁体 ６８…中継管
６９…管ユニット ７４…薄片
８０…リード弁 ９０…アクチュエータ
９２…遮断バルブ ９２ａ…ボールバルブ
１００、１００ａ、１００ｂ…パイロット付きチェック弁

Claims (6)

1. 燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックのエンドプレートに接続され、冷媒を流通させる冷媒配管と、
   前記冷媒を循環させるポンプとを備えた燃料電池システムであって、
   前記冷媒配管は、前記燃料電池スタックに前記冷媒を供給する冷媒供給配管と、前記燃料電池スタックから前記冷媒を排出する冷媒排出配管とを含み、
   前記冷媒供給配管と前記冷媒排出配管の各々の前記エンドプレートの近傍位置には、前記ポンプが停止して前記冷媒の流動力が無い状態になることで前記冷媒の流通を抑制又は阻止する構造体が設けられる
   燃料電池システム。
2. 請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池スタックは、発電を行う複数の発電セル及び前記エンドプレートを積層した積層体と、前記積層体を収容するスタックケースとを備え、
   前記構造体は、前記スタックケースから前記冷媒配管が露出される境界に設けられる
   燃料電池システム。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池システムにおいて、
   前記構造体は、前記冷媒配管を構成する複数の配管の間に設置される中継管内に設けられることで、管ユニットに構成されている
   燃料電池システム。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記構造体は、前記冷媒配管の内周面に固定され、前記冷媒の流動に伴い大きく開口する弁体である
   燃料電池システム。
5. 請求項１～３のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記構造体は、前記冷媒配管の流路圧力に基づき開閉するパイロット付きチェック弁である
   燃料電池システム。
6. 冷媒を流通させる冷媒配管がエンドプレートに接続された燃料電池スタックの温度調整方法であって、
   前記冷媒配管は、前記燃料電池スタックに前記冷媒を供給する冷媒供給配管と、前記燃料電池スタックから前記冷媒を排出する冷媒排出配管と、前記冷媒を循環させるポンプとを含み、
   前記冷媒供給配管と前記冷媒排出配管の各々の前記エンドプレートの近傍位置には構造体が設けられ、
   前記燃料電池スタックの発電時に、前記ポンプを駆動して生じる前記冷媒の流動力により前記構造体が前記冷媒を流通状態とすることで、該燃料電池スタックを冷却し、
   前記燃料電池スタックの発電停止時に、前記ポンプの駆動を停止して前記流動力が無い状態になることにより前記構造体が前記冷媒を流通抑制状態又は流通阻止状態とすることで前記燃料電池スタックの保温状態を維持する
   燃料電池スタックの温度調整方法。

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