JP4415639B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
以下、本発明の第1実施形態について図1、図2に基づいて説明する。本第1実施形態は、本発明の燃料電池システムを燃料電池を電源として走行する電気自動車(燃料電池車両)に適用したものである。
カソード(酸素極):2H++1/2O2+2e−→H2O
全体の反応: H2+1/2O2→H2O
本第1実施形態では燃料電池10として固体高分子型燃料電池を用いており、基本単位となるセルが複数積層されて構成されている。図1に示す例では、燃料電池10を構成するセルは左右方向に積層されている。通常、車両用等に用いられる燃料電池10は、出力を稼ぐため数百枚のセルが積層されたスタック構造となっており、各セルは電解質膜が一対の電極で挟まれた構成となっている。燃料電池システムには、燃料電池10の水素極(アノード)に水素ガスを供給するための水素供給装置(図示せず)と、燃料電池10の酸素極(カソード極)に酸素(空気)を供給するための空気供給装置(図示せず)が設けられている。
次に、本発明の第2実施形態について図3に基づいて説明する。本第2実施形態は、上記第1実施形態に比較して、熱交換器の構成が異なるものである。
次に、本発明の第3実施形態について図4に基づいて説明する。本第3実施形態は、上記第1実施形態に比較して、熱交換器の構成が異なるものである。
次に、本発明の第4実施形態について図5に基づいて説明する。本第4実施形態は、上記第1実施形態に比較して、熱交換器の凝縮手段が空冷により冷媒蒸気を冷却するように構成されている点が異なる。
次に、本発明の第5実施形態について図6に基づいて説明する。本第5実施形態は、上記第1実施形態に比較して、熱交換器に代えて加熱手段を設けている点が異なるものである。
なお、上記各実施形態では、燃料電池として固体高分子型燃料電池を用いたが、これに限らず、本発明は他の種類の燃料電池を用いた燃料電池システムにも適用可能である。例えばリン酸型燃料電池においては、各セルのセパレータに配管を埋め込んで沸騰冷却を行うことが知られているが、配管を埋め込む必要があるので体格が大きくなるという問題があるが、本発明の構成では各セルに配管を設置していないので、このような問題を回避できる。
Claims (13)
- 水素と酸素とを電気化学反応させて電気エネルギを発生する燃料電池(10)と、
熱媒体を用いて前記燃料電池(10)との間で熱交換を行う1以上の熱交換器(101、102、201、202)と、
前記燃料電池(10)と前記熱交換器(101、102、201、202)との間に設けられた絶縁層(103、104、203、204)と、
少なくとも1つの前記熱交換器(101、201)に熱媒体を循環させる熱媒体流路(20、28)と、
前記熱媒体を圧送する熱媒体循環手段(21)と、
前記熱媒体流路(28)に設けられ、前記熱媒体を加熱する熱媒体加熱手段(30)とを備え、
前記熱交換器(101、102、201、202)は複数設けられており、前記熱媒体加熱手段(30)にて加熱された熱媒体を前記複数の熱交換器(101、102、201、202)のうち所定の熱交換器(101、201)にのみに供給することで、前記燃料電池(10)のうち前記所定の熱交換器(101、201)に対向する部位を優先的に加熱することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記熱媒体流路(20)に設けられ、前記熱媒体を放熱させる放熱器(22)を備え、前記放熱器(22)にて放熱された熱媒体を前記熱交換器(101、102、201、202)に導入す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。
- 前記熱媒体流路(20)は、前記複数の熱交換器(201、202)のそれぞれに熱媒体を供給可能に構成されているとともに、前記熱媒体流路(20)には熱媒体を前記所定の熱交換器(201)のみに供給可能な熱媒体流路切替手段(32)を備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。
- 前記熱交換器(101)に接するように配置された熱交換器加熱手段(110)を備えていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
- 前記熱交換器(101、102)は、その内部の一部に冷媒を封入して構成され、前記熱交換器(101)には前記燃料電池(10)の熱により沸騰して蒸気となった冷媒を凝縮させる凝縮手段(107、101b、101c)が設けられていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池(10)は移動体に搭載されるものであり、
前記凝縮手段(101b、101c)は前記熱交換器(101)の外部に設けられたフィン(101c)を備えており、
前記熱交換器(101)の外部に設けられたフィン(101c)には前記移動体の走行風が供給されることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池システム。 - 前記凝縮手段(107)には前記熱媒体加熱手段(30)にて加熱された熱媒体が導入されるように構成されており、
前記凝縮手段(107)は前記熱交換器(101)と熱伝導部材(108)にて接続されていることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池システム。 - 前記熱交換器(101、102)は、前記燃料電池(10)における対向する側面に配置された2つの熱交換器(101、102)を含み、
前記2つの熱交換器(101、102)はフレキシブル配管で接続され、内部が連通していることを特徴とする請求項5ないし7のいずれか1つに記載の燃料電池システム。 - 前記熱交換器に封入する冷媒が水であることを特徴とする請求項5ないし8のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
- 前記熱交換器(101、102)は、前記燃料電池(10)における対向する側面に配置された2つの熱交換器(101、102)を含み、
前記2つの熱交換器(101、102)の一方は、前記燃料電池(10)の下面に配置されており、
下面側の前記熱交換器(102)内部における前記燃料電池(10)と対向する面には、周縁部に向けて上方に傾斜する傾斜部(102b)が設けられていることを特徴とする請求項5から9のいずれか1つに記載の燃料電池システム。 - 前記熱交換器(101、102、201、202)内部における前記燃料電池(10)に対向する面において、前記燃料電池(10)におけるセル積層方向の中央付近に対応する部位の面粗度を他の部位より大きくすることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
- 前記熱交換器(101、102、201、202)における前記絶縁層(103、104、203、204)に接する表面には、絶縁処理が施されていることを特徴とする請求項1から11のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
- 前記熱交換器(101、102、201、202)はアルミニウムから構成されており、
前記絶縁処理はアルマイト処理であることを特徴とする請求項12に記載の燃料電池システム。
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