JP2007018856A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】小型の燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システム1において、分配マニホールド3a、3bが連結するエンドプレート13bに放電抵抗4を収容するボックス5を連結し、かつボックス5を分配マニホールド3a、3bの間に配設する。
【選択図】 図1
【解決手段】燃料電池システム1において、分配マニホールド3a、3bが連結するエンドプレート13bに放電抵抗4を収容するボックス5を連結し、かつボックス5を分配マニホールド3a、3bの間に配設する。
【選択図】 図1
Description
本発明は燃料電池システムに関するものである。
燃料電池システムは、燃料が有するエネルギを直接電気エネルギに変換する装置であり、電解質膜を挟んで設けられた一対の電極のうちアノードに水素を含有する燃料ガスを供給するとともに、他方のカソードに酸素を含有する酸化剤ガスを供給し、これら一対の電極の電解質膜側の表面で生じる下記の電気化学反応を利用して電極から電気エネルギを取り出すものが特許文献1に開示されている。
アノード反応:H2→2H++2e-・・・式(1)
カソード反応:2H++2e-+(1/2)O2→H2O・・・式(2)
カソード反応:2H++2e-+(1/2)O2→H2O・・・式(2)
アノードに供給する燃料ガスは、水素貯蔵装置から直接供給する方法、水素を含有する燃料を改質して改質した水素含有ガスを供給する方法が知られている。水素を含有する燃料としては、天然ガス、メタノール、ガソリン等が利用されている。カソードに供給する酸化剤ガスとしては、一般的に空気が利用されている。
こうした燃料電池システムを運転するにあたって、燃料電池システム運転停止後、燃料電池システム劣化防止のため、燃料電池に残った反応ガスを消費させ、燃料電池の電位を下げる必要がある。
このため燃料電池と電気回路上並列に放電抵抗を配置している。放電抵抗は、燃料電池を収める筐体外のリレーBOXに設置されている。
特開平8−106914号公報
しかし、放電抵抗を筐体外のリレーBOXに配置すると、燃料電池システムが大型になる、といった問題点がある。
本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、放電抵抗を有する燃料電池システムを小型にすることを目的とする。
本発明では、単位セルを積層したスタック部と、スタック部の両端に設けたエンドプレートと、を有する燃料電池と、エンドプレートの1つに対して、エンドプレートの両側において連結し、燃料電池の発電反応で使用する反応ガスと燃料電池を冷却する冷却水とを燃料電池に導入、または燃料電池の発電反応に使用されなかった反応ガスと燃料電池を冷却した冷却水とを燃料電池から排出する一対のマニホールドと、一対のマニホールドの間に配設され、エンドプレートに連結する抵抗ボックスと、抵抗ボックスに収容され燃料電池と電気的に並列に接続し、燃料電池で発電した電力を消費する抵抗と、燃料電池と抵抗ボックスと一対のマニホールドとを収容するケースと、を備える。
本発明によると、燃料電池に反応ガスなどを供給、または燃料電池から発電にしようされなかった反応ガスを排出するマニホールドが連結するエンドプレートに、燃料電池と電気的には並列に接続する抵抗(放電抵抗)を収容する抵抗ボックスを連結する。さらに抵抗ボックスをマニホールド間に配設する。これによって簡易なケースの内部のスペースを有効に利用することができ、燃料電池システムを小型にすることができる。
本発明の第1実施形態の構成を図1、図2を用いて説明する。図1は燃料電池システム1の概略構成図である。図2は燃料電池システム1の電気回路図である。なお、図1、図2においてはケース6を説明のため破線で示す。
この実施形態の燃料電池システム1は、燃料電池スタック2と、燃料電池スタック2の内部に水素(反応ガス)、空気(反応ガス)、冷却水を導入、または燃料電池スタック2の内部から排出水素、排出空気、冷却水を排出する分配マニホールド(マニホールド)3a、3bと、燃料電池システム1を停止する際に燃料電池スタック2に残存する水素または空気中の酸素を消費するための放電抵抗(抵抗)4と、放電抵抗4を収容するボックス5と、燃料電池スタック2を収容するケース6と、を備える。
この実施形態において、ケース6の中に複数の燃料電池スタック2配設し、複数の燃料電池スタック2をケース6の中で物理的には並列に配設し、電気的には直列に接続する。
燃料電池スタック2について図3を用いて説明する。図3は燃料電池スタック2の概略構成図である。燃料電池スタック2は例えば固体高分子電解質膜などを有する単位セル(図示せず)を積層して構成されたスタック部10と、単位セルの積層方向両端に設けた集電板11a、11bと、集電板11a、11bの外側に設けた絶縁プレート12a、12bと、絶縁プレート12a、12bの更に外側に設けたエンドプレート13a、13bと、一方のエンドプレート13aの更に外側にスタック部10の面圧を一定に保つために設けたプレッシャプレート14と、エンドプレート13bとプレッシャプレート14とを連結し、燃料電池スタック2をスタッキングするテンションプレート15と、エンドプレート13aとプレッシャプレート14との間に熱などによるスタック部10などの変形による面圧の変化を吸収するために例えば皿バネなどの弾性部材16と、を備える。
エンドプレート13bはスタック部10へ水素を導入する水素導入口17aと、スタック部10へ空気を導入する空気導入口18aと、スタック部10を冷却する冷却水を導入する冷却水導入口19aと、を備える。また、スタック部10による発電反応に使用されなかった水素を排出する水素排出口17bと、スタック部10による発電反応に使用されなかった空気を排出する空気排出口18bと、スタック部10を冷却した冷却水を排出する冷却水排出口19bと、を備える。
分配マニホールド3aは、エンドプレート13bに連結し、燃料電池スタック2に水素を導入する水素導入マニホールド20aと、燃料電池スタック2に空気を導入する空気導入マニホールド21aと、燃料電池スタック2に冷却水を導入する冷却水導入マニホールド22aと、を備える。
水素導入マニホールド20aは燃料電池システム1の外部より供給された水素を水素導入口17aを介して各燃料電池スタック2に分配して供給する。空気導入マニホールド21aと冷却水導入マニホールド22aも同様に空気、冷却水を空気導入口18a、冷却水導入口19aを介して各燃料電池スタック2に分配して供給する。
分配マニホールド3bは、エンドプレート13bに連結する。つまり、分配マニホールド3a、3bは燃料電池スタック2の同一のエンドプレート13bに連結する。分配マニホールド3bは、燃料電池スタック2から発電反応に使用されなかった排出水素を排出する水素排出マニホールド20bと、燃料電池スタック2から発電反応に使用されなかった排出空気を排出する空気排出マニホールド21bと、燃料電池スタック2を冷却した冷却水を排出する冷却水排出マニホールド22bと、を備える。なお、分配マニホールド3a、3bは、エンドプレート13bの両側に設け、分配マニホールド3a、3b間には所定の間隔を設ける。
水素排出マニホールド20bは各燃料電池スタック2における発電反応に使用されずに水素排出口17bを介して排出された排出水素を合流させ、燃料電池システム1の外部へ排出する。空気排出マニホールド21bは各燃料電池スタック2の発電反応に使用されずに空気排出口18bを介して排出された排出空気を合流させ、燃料電池システム1の外部へ排出する。冷却水排出マニホールド22bは各燃料電池スタック2を冷却し冷却水排出口19bを介して排出された冷却水を合流させ燃料電池システム1の外部へ排出する。
なお、この実施形態では分配マニホールド3aに水素導入マニホールド20aと空気導入マニホールド21aと冷却水導入マニホールド22aとを設け、分配マニホールド3bに水素排出マニホールド20bと空気排出マニホールド21bと冷却水排出マニホールド22bとを設けたが、これらの組み合わせに限られることはなく、燃料電池スタック2の水素流路、空気流路、冷却水流路(何れも図示せず)の形状などによって変更することが可能である。
ボックス5は、熱伝導性が大きい金属製の筐体であり、分配マニホールド3a、3bが連結するエンドプレート13bに連結し、分配マニホールド3a、3bの間に配設する。つまり、ボックス5はエンドプレート13bに連結し、燃料電池スタック2と分配マニホールド3a、3bとケース6とによって形成されるケース6内の空間に配設する。分配マニホールド3a、3bの間にボックス5を配設することで、燃料電池システム1を小型にすることができる。
また、燃料電池システム1を配置した場合に、重力方向下向きに位置するボックス5の面がケース6と接するようにボックス5を配設する。重力方向下向きに位置するボックス5の面がケース6と接することにより、ケース6の内部で水蒸気が凝縮し、ケース6内部に液水が溜まった場合でも、放電抵抗4によって生じた熱により温まったボックス5によって液水を蒸発させることができ、ケース6の腐食などによるケース6の劣化を抑制することができる。また、ボックス5の外壁面には防錆処理を施しており、これによって液水によるボックス5の腐食を防止することができる。
放電抵抗4は、ボックス5内に収容され、燃料電池スタック2と電気的には並列に接続する。放電抵抗4を分配マニホールド3aと分配マニホールド3bとの間に配設するので、例えば氷点下起動時に放電抵抗4で生じる熱によって分配マニホールド3a、3bを加熱し、分配マニホールド3a、3bで凍結した水を素早く解凍することができる。なお、放電抵抗4は分配マニホールド3a、3bで水の凍結が生じ易い箇所の近傍に配設することが望ましい。また、放電抵抗4を分配マニホールド3a、3bの内部に設けても良い。
ケース6は、燃料電池スタック2と分配マニホールド3a、3bとボックス5とを収容し、外部から燃料電池スタック2の内部へ塵などが入らないようにする。また、分配マニホールド3a、3bの水素導入マニホールド20aなどと連結する配管が通る貫通孔(図示せず)と、ケース6の内部の換気のために換気口(図示せず)を設ける。
以上の構成によって、燃料電池システムを小型にすることができ、氷点下起動時などに分配マニホールド3a、3b内で凍結した水を素早く解凍することができる。
燃料電池システム1の停止時には燃料電池スタック2の内部に水素や空気が残留するが、燃料電池スタック2の内部に水素や空気を残留させた状態で、長時間放置すると、例えば燃料電池スタック2のアノードに空気が混入し、燃料電池スタック2を劣化させるおそれがある。
そのため燃料電池システム1の停止時には燃料電池スタック2と電気的に並列に接続する放電抵抗4によって燃料電池スタック2の内部に残った水素と空気中の酸素を消費した後に燃料電池システム1を停止させる。これによって燃料電池スタック2の劣化を抑制することができる。この実施形態では分配マニホールド3a、3bの間であり、分配マニホールド3a、3bが連結するエンドプレート13bに放電抵抗4を収容するボックス5を連結することで、燃料電池システム1を小型にすることができる。
本発明の第1実施形態の効果について説明する。
この実施形態では、放電抵抗4を収容するボックス5を燃料電池スタック2のエンドプレート13bに連結し、分配マニホールド3a、3bの間に配設することで、簡易な構成のケース6内のスペースを有効に利用することができ、燃料電池システム1を小型にすることができる。
放電抵抗4を分配マニホールド3a、3bの間に設けることで、例えば氷点下起動時には、放電抵抗4に電流を流して生じた熱によって分配マニホールド3a、3b内で凍結した水を解凍し、燃料電池システム1を素早く起動させることができる。また、通常の運転時に分配マニホールド3a、3bの温度を比較的高い温度に保つことができ、分配マニホールド3a、3bでの水素、空気、または排出水素、排出空気中の水蒸気の凝縮を抑制し、分配マニホールド3a、3bにおけるフラッディングを抑制することができる。
放電抵抗4を収容するボックス5の重力方向下向きに位置する面をケース6と当接させることで、ケース6の内部で水蒸気が凝縮しケース6内に溜まった液水を放電抵抗4によって生じる熱によって蒸発させることができ、ケース6の腐食を抑制することができる。
次に本発明の第2実形態について図4を用いて説明する。図4はこの実施形態の電気回路図である。この実施形態では燃料電池スタック2と放電抵抗4との間に電気的な接続を選択的に切り替えるスイッチ(切替手段)7を備える。また、スイッチ7を制御するコントローラ(切替制御手段)30を備える。その他の構成については第1実施形態と同じ構成なので、ここでの説明は省略する。
この実施形態では例えばケース6の壁面温度、または分配マニホールド3a、3b内の温度を温度センサ(図示しない)によって検出し、温度センサによって検出した温度に基づいて、スイッチ7のON/OFFを切り替えて、燃料電池スタック2と放電抵抗4との電気的な接続状態を切り替える。
本発明の第2実施形態の効果について説明する。
この実施形態では燃料電池スタック2と放電抵抗4との電気的な接続状態を選択的に切り替えるスイッチ7を設けることで、放電抵抗4における消費電力を小さくすることができ、燃料電池システム1のエネルギー効率を良くすることができる。
次に本発明の第3実形態について図5を用いて説明する。図5はこの実施形態の電気回路図である。この実施形態では第2実施形態の放電抵抗4を可変抵抗8に変更するものである。また、スイッチ7のON/OFFを制御し、可変抵抗8の抵抗値を制御するコントローラ(切替制御手段、抵抗値制御手段)31を備える。その他の構成については第2実施形態と同じ構成なので、ここでの説明は省略する。
この実施形態では可変抵抗8を設け、例えば燃料電池システム1を停止させる場合には、可変抵抗8の抵抗値を小さくし、燃料電池スタック2の内部に残った水素と空気中の酸素を素早く消費することができる。また、通常の運転時には例えばケース6の壁面温度、または分配マニホールド3a、3b内の温度を温度センサ(図示しない)によって検出し、温度センサによって検出した温度に基づいて、可変抵抗8の抵抗値を変更する。
なお、第3実施形態では可変抵抗8とスイッチ7とを設けるが、スイッチ7を設けずに可変抵抗8のみを設けても良い。
本発明の第3実施形態の効果について説明する。
この実施形態では燃料電池スタック2を可変抵抗8と接続し、可変抵抗8の値を変更する。例えば燃料電池システム1を停止させる場合には可変抵抗8の抵抗値を小さくし、可変抵抗8における消費電力を多くすることで、燃料電池スタック2の内部に残った反応ガスを素早く消費することができる。また、通常の運転時には可変抵抗8の抵抗値を大きくすることで、可変抵抗8で消費される電力を小さくすることができ、燃料電池システム1のエネルギー効率を良くすることができる。また、可変抵抗8の発熱量を制御して分配マニホールド3a、3bの温度を正確に制御することができる。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。
燃料電池システムを搭載した燃料電池車両に利用することができる。
1 燃料電池システム
2 燃料電池スタック(燃料電池)
3a、3b 分配マニホールド(マニホールド)
4 放電抵抗(抵抗)
5 ボックス(抵抗ボックス)
6 ケース
7 スイッチ(切替手段)
8 可変抵抗
10 スタック部
11a、11b 集電板
13a、13b エンドプレート
30 コントローラ(切替制御手段)
31 コントローラ(切替制御手段、抵抗値制御手段)
2 燃料電池スタック(燃料電池)
3a、3b 分配マニホールド(マニホールド)
4 放電抵抗(抵抗)
5 ボックス(抵抗ボックス)
6 ケース
7 スイッチ(切替手段)
8 可変抵抗
10 スタック部
11a、11b 集電板
13a、13b エンドプレート
30 コントローラ(切替制御手段)
31 コントローラ(切替制御手段、抵抗値制御手段)
Claims (5)
- 単位セルを積層したスタック部と、前記スタック部の両端に設けたエンドプレートと、を有する燃料電池と、
前記エンドプレートの1つに対して、前記エンドプレートの両側において連結し、前記燃料電池の発電反応で使用する反応ガスと前記燃料電池を冷却する冷却水とを前記燃料電池に導入、または前記燃料電池の発電反応に使用されなかった反応ガスと前記燃料電池を冷却した冷却水とを前記燃料電池から排出する一対のマニホールドと、
前記一対のマニホールドの間に配設され、前記エンドプレートに連結する抵抗ボックスと、
前記抵抗ボックスに収容され前記燃料電池と電気的に並列に接続し、前記燃料電池で発電した電力を消費する抵抗と、
前記燃料電池と前記抵抗ボックスと前記一対のマニホールドとを収容するケースと、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記燃料電池と前記抵抗との電気的な接続を選択的に切り替える切替手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサによって検出した前記燃料電池の温度に基づいて、前記切替手段を制御する切替制御手段と、を備えることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。 - 前記抵抗は、可変抵抗であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサによって検出した前記燃料電池の温度に基づいて、前記可変抵抗の抵抗値を制御する抵抗値制御手段と、を備えることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005198674A JP2007018856A (ja) | 2005-07-07 | 2005-07-07 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005198674A JP2007018856A (ja) | 2005-07-07 | 2005-07-07 | 燃料電池システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007018856A true JP2007018856A (ja) | 2007-01-25 |
Family
ID=37755844
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005198674A Pending JP2007018856A (ja) | 2005-07-07 | 2005-07-07 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2007018856A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010251279A (ja) * | 2009-03-23 | 2010-11-04 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2022150144A (ja) * | 2021-03-26 | 2022-10-07 | 本田技研工業株式会社 | 電力制御システム |
-
2005
- 2005-07-07 JP JP2005198674A patent/JP2007018856A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010251279A (ja) * | 2009-03-23 | 2010-11-04 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2022150144A (ja) * | 2021-03-26 | 2022-10-07 | 本田技研工業株式会社 | 電力制御システム |
JP7299263B2 (ja) | 2021-03-26 | 2023-06-27 | 本田技研工業株式会社 | 電力制御システム |
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