JPWO2007129602A1 - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
本発明に係る燃料電池システムは、冷却水が循環する経路に設けられた加圧弁(2a)と、加圧弁(2a)が開いたときに配管(4)を介して冷却水が流れ込むリザーバタンク(5)と、リザーバタンク(5)に接続され、このリザーバタンク(5)に燃料ガスが溜まった場合にその燃料ガスを希釈するための空気を供給する空気供給配管(13)と、リザーバタンク(5)から希釈された燃料ガスを排出するための希釈ガス排出配管(15)とを備える。
Description
本発明は、燃料電池システムに関し、特に万が一微量の水素ガスが漏洩した場合でも可燃域未満に希釈して燃料電池システムの外部に排出することができる燃料電池システムに関する。
燃料電池は電解質膜を燃料極と酸化剤極によって挟み、燃料極に燃料ガス、酸化剤極に酸化剤ガスを供給することによって発電を行う。例えば自動車用途においては電解質膜として、一般的には水素イオン導電性を有する高分子固体電解質膜を利用する場合が多い。また、燃料ガスとして水素、酸化剤ガスとして空気を燃料電池に供給すると、以下のような反応が起こる。
燃料極:2H2→4H++4e− ・・・(1)
酸化剤極:O2+4H++4e−→2H2O ・・・(2)
したがって燃料電池は副生成物として水しか排出しないため、内燃機関のような二酸化炭素など地球環境に対するダメージを与える物質を放出しないといった利点がある。
日本国特許庁が2001年に発行したJP2001−250570Aに開示された燃料電池用の熱交換システムは、燃料電池に冷却水を供給するラジエータ(熱交換器)と、冷却水流路の圧力が上がったときに冷却水が排出されるリザーバタンクに水素リークセンサを設けて冷却水流路内に水素が漏洩したかどうかを検出する。
燃料極:2H2→4H++4e− ・・・(1)
酸化剤極:O2+4H++4e−→2H2O ・・・(2)
したがって燃料電池は副生成物として水しか排出しないため、内燃機関のような二酸化炭素など地球環境に対するダメージを与える物質を放出しないといった利点がある。
日本国特許庁が2001年に発行したJP2001−250570Aに開示された燃料電池用の熱交換システムは、燃料電池に冷却水を供給するラジエータ(熱交換器)と、冷却水流路の圧力が上がったときに冷却水が排出されるリザーバタンクに水素リークセンサを設けて冷却水流路内に水素が漏洩したかどうかを検出する。
しかし、JP2001−250570Aに開示された燃料電池用の熱交換システムでは、ラジエータに加圧キャップを設けているため、燃料電池の故障やシール部材の経時劣化等により燃料電池の発電部から冷却水へ微量の水素が流れ込んでしまうと、冷却水流路内の圧力が上昇して加圧キャップが開いたときに、冷却水とともに水素がリザーバタンクに流れ込むことがあった。そのため、加圧キャップが開くたびに警告ランプが点灯したり、フェールセーフ(安全確保)のための車両停止が行われてしまうという問題点がある。
本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、冷却水とともに水素がリザーバタンクに流れ込んだ場合でも警告ランプの点灯やフェールセーフのための車両停止が頻発することを防止することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと空気中の酸化剤ガスを反応させて発電を行う燃料電池と、この燃料電池に冷却水供給配管を介して冷却水を供給する熱交換器と、前記冷却水供給配管に設けられたポンプと、前記燃料電池から前記熱交換器へ冷却水を戻すための冷却水復路配管と、前記冷却水が循環する経路に設けられた加圧弁と、前記加圧弁が開いたときに配管を介して冷却水が流れ込むリザーバタンクと、前記リザーバタンクに接続され、このリザーバタンクに燃料ガスが溜まった場合にその燃料ガスを希釈するための空気を供給する空気供給配管と、前記リザーバタンクから前記希釈された燃料ガスを排出するための希釈ガス排出配管と、を備える。
このように本発明に係る燃料電池システムは、リザーバタンクに溜まった燃料ガス(水素ガス)を希釈するための空気を供給する空気供給配管と、リザーバタンクから希釈された燃料ガスを排出するための希釈ガス排出配管とを備えているため、万が一、冷却水が循環する経路に設けられた加圧弁が開いたときに微量の燃料ガスが排出されてしまった場合でも、その燃料ガスを可燃域未満まで希釈することができ、また警告ランプの点灯やフェールセーフのための車両停止が頻発することを防止することが可能となる。
本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、冷却水とともに水素がリザーバタンクに流れ込んだ場合でも警告ランプの点灯やフェールセーフのための車両停止が頻発することを防止することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと空気中の酸化剤ガスを反応させて発電を行う燃料電池と、この燃料電池に冷却水供給配管を介して冷却水を供給する熱交換器と、前記冷却水供給配管に設けられたポンプと、前記燃料電池から前記熱交換器へ冷却水を戻すための冷却水復路配管と、前記冷却水が循環する経路に設けられた加圧弁と、前記加圧弁が開いたときに配管を介して冷却水が流れ込むリザーバタンクと、前記リザーバタンクに接続され、このリザーバタンクに燃料ガスが溜まった場合にその燃料ガスを希釈するための空気を供給する空気供給配管と、前記リザーバタンクから前記希釈された燃料ガスを排出するための希釈ガス排出配管と、を備える。
このように本発明に係る燃料電池システムは、リザーバタンクに溜まった燃料ガス(水素ガス)を希釈するための空気を供給する空気供給配管と、リザーバタンクから希釈された燃料ガスを排出するための希釈ガス排出配管とを備えているため、万が一、冷却水が循環する経路に設けられた加圧弁が開いたときに微量の燃料ガスが排出されてしまった場合でも、その燃料ガスを可燃域未満まで希釈することができ、また警告ランプの点灯やフェールセーフのための車両停止が頻発することを防止することが可能となる。
図1は、本発明の実施形態1に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図2は、本発明の実施形態2に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図3は、本発明の実施形態3に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図4は、本発明の実施形態4に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図5は、本発明の実施形態5に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図6は、本発明の実施形態6に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図7は、本発明の実施形態7に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図8は、本発明の実施形態8に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図9は、本発明の実施形態9に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図10は、本発明の実施形態10に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図11は、本発明の実施形態11に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図2は、本発明の実施形態2に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図3は、本発明の実施形態3に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図4は、本発明の実施形態4に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図5は、本発明の実施形態5に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図6は、本発明の実施形態6に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図7は、本発明の実施形態7に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図8は、本発明の実施形態8に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図9は、本発明の実施形態9に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図10は、本発明の実施形態10に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図11は、本発明の実施形態11に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
(実施形態1)
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態1に係る燃料電池システムについて説明する。
図1は、本発明の実施形態1に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態1に係る燃料電池システムは、例えば燃料電池自動車に搭載されるものである。
本実施形態1に係る燃料電池システムは、燃料電池1とラジエータ(熱交換器)2を備えている。燃料電池1は、例えば固体高分子からなる電解質膜(図示せず)を2枚の触媒電極層等で挟んで構成された単位セル(図示せず)を100枚から200枚程度積層して構成されており、水素等の燃料ガスと空気中の酸素等の酸化剤ガスを反応させて発電を行う。なお、燃料電池1の電解質膜を2枚の触媒電極層等で挟んだ部分は、一般的に膜電極複合体(MEA)と呼ばれている。また燃料電池1は、燃料電池ケース1aに収容されている。
ラジエータ2は、燃料電池1に冷却水供給配管3を介して冷却水を供給し、例えば上流側(図1において上側)に加圧キャップ(加圧弁)2aを備えている。この加圧キャップ2aは、ラジエータ2が所定圧力以上の高圧になると開き、ラジエータ2から配管4を介してリザーバタンク5(後述)へ冷却水を送るようになっている。なお加圧キャップ2a等の加圧弁を設ける位置は、ラジエータ2の上流側に限定されず、燃料電池1、ラジエータ2、冷却水供給配管3、冷却水復路配管8(後述)等を含む冷却水が循環する経路のいずれの位置に設けてもよい。
ラジエータ2では、例えば冷却水を高圧にし、外気との圧力差を増大させ且つファン(図示せず)等を用いて燃料電池1で温度が上昇した冷却水を冷却することにより冷却効率を高めている。なおラジエータ2に負圧弁を設けて、ラジエータ2の圧力が所定値以下になったときにリザーバタンク5からラジエータ2に冷却水を戻すようにしてもよい。
冷却水供給配管3には、燃料電池1とラジエータ2の間に冷却水を循環させるためのポンプ7が設けられている。また本実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池1からラジエータ2へ冷却水を戻すための冷却水復路配管8を備え、この冷却水復路配管8には三方弁9が設けられている。三方弁9は、例えば温度センサ(図1において図示せず)からの検出信号に基づいて、燃料電池1から来た冷却水をラジエータ2へ送るか、冷却水供給配管3に接続された配管10を介して冷却水供給配管3に送るかを切り換える。
三方弁9は、燃料電池1を流れる冷却水の温度が低いときは冷却水供給配管3側に冷却水を流し、冷却水はポンプ7、燃料電池1、三方弁9の順に流れるようになっている。これは、例えば外気温が低いときに燃料電池1を暖めるためである。また、燃料電池1を流れる冷却水の温度が高くなった場合には、三方弁9はラジエータ2側に冷却水を流し、冷却水はポンプ7、燃料電池1、三方弁9、ラジエータ2の順に流れる。これにより冷却水は燃料電池1を冷却し、燃料電池1で温度の上昇した冷却水がラジエータ2において冷却される。なお、三方弁9は必ずしも設けなくてもよい。
上記のような順路で冷却水が循環するうちに、燃料電池1の経時劣化等によって燃料電池から冷却水に微量の燃料ガスが流れ込んで、ラジエータ2の上部等に溜まる場合がある。このラジエータ2に溜まった燃料ガスは、ラジエータ2が高圧となって加圧キャップ2aが開いたときに冷却水とともにリザーバタンク5に押し出される。リザーバタンク5は余剰の冷却水を貯留するものであるが、冷却水に漏洩した微量の燃料ガスも溜まり、リザーバタンク5内の燃料ガス(水素)濃度が上昇する。
このようなリザーバタンク5内の燃料ガス濃度の上昇を防止するために、本実施形態ではリザーバタンク5内に溜まってしまった燃料ガスを希釈するための空気を供給する。このため、燃料ガスを希釈するための空気が空気供給配管13からリザーバタンク5に供給される。本実施形態では空気供給配管13が、燃料電池1に酸化剤ガス(本実施形態では空気)を供給するための酸化剤ガス供給配管12から分岐した分岐管として構成され、リザーバタンク5に空気を供給する。また希釈された燃料ガスは、例えばリザーバタンク5に設けられたキャップ5aに接続された希釈ガス排出配管15から排出される。本実施形態では希釈ガス排出配管15が、燃料電池1から排出された未利用の気体(空気等)を排出するための排気管17に接続されており、希釈された燃料ガスは最終的にこの排気管17から燃料電池システムの外部に排出される。なおリザーバタンク5内の燃料ガスを希釈するときは、燃料ガスが可燃域未満となるようにするのが望ましい。
本実施形態では、希釈ガス排出配管15をリザーバタンク5の排水路(ドレインパイプ)としても使用している。また、リザーバタンク5の水位が上昇したときに空気供給配管13に冷却水が流入するのを防止するため、空気供給配管13がリザーバタンク5に接続される位置を、希釈ガス排出配管15がリザーバタンク5に接続される位置よりも上方(鉛直方向上側)に設定している。なお、空気供給配管13自体を希釈ガス排出配管15よりも上方に来るようにしてもよい。
また、燃料電池1とラジエータ2におけるフィルタ(図示せず)の目詰まり等を防止するために、酸化剤ガス供給配管12の上流側にエアフィルタ18が設けられている。なおエアフィルタ18の代わりに、異物除去フィルタ等を設けるようにしてもよい。さらに酸化剤ガス供給配管12におけるエアフィルタ18の下流側には、燃料電池1やリザーバタンク5へ酸化剤ガス(空気)を供給するための吸気コンプレッサ19が設けられている。これにより、燃料電池1やリザーバタンク5に浄化された空気が供給される。
本実施形態では、リザーバタンク5に溜まってしまった微量の燃料ガス(水素ガス)を希釈するための空気を供給する空気供給配管13と、リザーバタンク5から希釈された燃料ガスを排出するための希釈ガス排出配管15とを備えているため、ラジエータ2に設けられた加圧キャップ2aが開いたときに排出される燃料ガスを可燃域未満まで希釈することができ、また警告ランプの点灯やフェールセーフのための車両停止が頻発することを防止することが可能となる。
(実施形態2)
図2は、本発明の実施形態2に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態2に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態1に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態2に係る燃料電池システムでは、希釈ガス排出配管15の一方の端部がリザーバタンク5のキャップ5aに接続され、他方の端部が酸化剤ガス供給配管12に接続されている。なお本実施形態では希釈ガス排出配管15が、酸化剤ガス供給配管12のエアフィルタ18と吸気コンプレッサ19の間に接続されているものとする。このため、吸気コンプレッサ19の発生する負圧によってリザーバタンク5から希釈された燃料ガスを効率よく排出することができる。
なお、その他の効果については実施形態1に係る燃料電池システムと同様である。
(実施形態3)
図3は、本発明の実施形態3に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態3に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態1に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態3に係る燃料電池システムは、燃料電池1に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給配管12の他に、燃料電池1を収容する燃料電池ケース1aに換気ガスを供給するための換気ガス供給配管20が設けられている。換気ガス供給配管20は燃料電池ケース1aに接続されており、換気ガス供給配管20から供給された換気ガス(本実施形態では空気)によって燃料電池ケース1aの内部が換気される。
換気ガス供給配管20には、エアフィルタ21と燃料電池ケース1aに換気ガスを供給する換気ブロア22が設けられている。なお本実施形態では、エアフィルタ21が換気ブロア22よりも換気ガス供給配管20の上流側に設けられているものとする。また燃料電池ケース1aには、換気ガスを燃料電池ケース1aから排出するための換気ガス排出配管23が接続されており、この換気ガス排出配管23は下流側で排気管17と合流するようになっている。なお、換気ガス供給配管20に設けられたエアフィルタ21は換気ガスを浄化するものであるが、必ずしも設ける必要はない。また、換気ガス排出配管23は排気管17と合流させる必要はなく、換気ガスと燃料電池1から排出された未利用の気体を燃料電池システムの外部へ別々に排出するようにしてもよい。
本実施形態では空気供給配管13が、酸化剤ガス供給配管12ではなく燃料電池ケース1aに換気ガスを供給するための換気ガス供給配管20から分岐した分岐管として構成され、リザーバタンク5に空気を供給する。これにより、実施形態1と同様にリザーバタンク5内に溜まってしまった燃料ガスを希釈することができる。
また本実施形態では、希釈ガス排出配管15の一方の端部がリザーバタンク5のキャップ5aに接続され、他方の端部が大気に開放されている。例えば、本実施形態に係る燃料電池システムが燃料電池自動車に搭載されている場合には、リザーバタンク5のキャップ5aに接続された端部の他方の端部を燃料電池自動車のモータルーム等に開放するようにする。なお、希釈ガス排出配管15の一方の端部をリザーバタンク5のキャップ5aではなく、リザーバタンク5の本体に接続するようにしてもよい。
本実施形態では、燃料電池ケース1aに換気ガスを供給するための換気ガス供給配管20が設けられているため、燃料電池ケース1aの内部を換気することが可能となる。また、希釈ガス排出配管15の一方の端部がリザーバタンク5に接続され、他方の端部が大気に開放されているため、システム構成を簡略化することができる。
なお、その他の効果については実施形態1に係る燃料電池システムと同様である。
(実施形態4)
図4は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態4に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態3に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態4に係る燃料電池システムでは、希釈ガス排出配管15の一方の端部がリザーバタンク5のキャップ5aに接続され、他方の端部が換気ガス排出配管23に接続されている。このため、換気ガス排出配管23を流れる換気ガスの発生する負圧によって、リザーバタンク5から希釈された燃料ガスを効率よく排出することができる。
なお、その他の効果については実施形態3に係る燃料電池システムと同様である。
(実施形態5)
図5は、本発明の実施形態5に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態5に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態3に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態5に係る燃料電池システムでは、空気供給配管13の一方の端部がリザーバタンク5のキャップ5aに接続され、他方の端部が大気に開放されている。例えば、本実施形態に係る燃料電池システムが燃料電池自動車に搭載されている場合には、リザーバタンク5のキャップ5aに接続された端部の他方の端部を燃料電池自動車のモータルーム等に開放するようにする。なお、空気供給配管13の一方の端部をリザーバタンク5のキャップ5aではなく、リザーバタンク5の本体に接続するようにしてもよい。
また本実施形態では、希釈ガス排出配管15の一方の端部がリザーバタンク5に接続され、他方の端部が換気ガス供給配管20に接続されている。なお本実施形態では希釈ガス排出配管15が、換気ガス供給配管20のエアフィルタ21と換気ブロア22の間に接続されているものとする。このため、換気ブロア22の発生する負圧によって空気供給配管13からリザーバタンク5へ効率よく空気を吸入することができる。
さらに本実施形態では、リザーバタンク5の水位が上昇したときに希釈ガス排出配管15および換気ガス供給配管20に冷却水が流入するのを防止するため、希釈ガス排出配管15がリザーバタンク5に接続される位置を、空気供給配管13がリザーバタンク5に接続される位置よりも上方(鉛直方向上側)に設定している。
なお、その他の効果については実施形態3に係る燃料電池システムと同様である。
(実施形態6)
図6は、本発明の実施形態6に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態6に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態1に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態6に係る燃料電池システムは、リザーバタンク5および希釈ガス排出配管15のレイアウトの自由度を向上させるため、空気供給配管13がリザーバタンク5に接続される位置を希釈ガス排出配管15がリザーバタンク5に接続される位置よりも下方(鉛直方向下側)に設定するとともに、空気供給配管13に逆止弁25を設けて酸化剤ガス供給配管12等に冷却水が流入するのを防止するようにしている。
また本実施形態では、吸気コンプレッサ19の消費電力を低減するために、空気供給配管13に開閉弁26を設けて、リザーバタンク5の燃料ガス濃度を低下させる必要があるときのみリザーバタンク5内の燃料ガスを希釈するようにしている。図6に示すように、冷却水復路配管8にこの冷却水復路配管8内の圧力を検出する圧力センサ27が設けられており、開閉弁26は冷却水復路配管8内の圧力が所定値以上となった場合、すなわち加圧キャップ2aが開き、リザーバタンク5に冷却水および燃料ガスが流入してしまったときに開くようになっている。開閉弁26が開かれると空気供給配管13からリザーバタンク5に空気が流入して微量の燃料ガスが希釈される。これにより、例えば燃料電池システムの使用者等がリザーバタンク5のキャップ5aを開けたときでも燃料ガスが漏洩するのを防止することができる。なお冷却水供給配管3に圧力センサを設けて、冷却水供給配管3内の圧力が所定値以上となった場合に開閉弁26を開くようにしてもよい。
さらに本実施形態では、開閉弁26が閉じた状態でリザーバタンク5の冷却水がラジエータ2側に吸い戻された場合に、リザーバタンク5に発生する負圧によって希釈ガス排出配管15を介して排気管17から燃料ガスを含む空気がリザーバタンク5に流入するのを防ぐため、希釈ガス排出配管15に逆止弁28を設けて燃料ガスを含む空気がリザーバタンク5に流入するのを防止するようにしている。
なお、その他の効果については実施形態1に係る燃料電池システムと同様である。
(実施形態7)
図7は、本発明の実施形態7に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態7に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態6に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態では、加圧キャップ2aが開きリザーバタンク5に冷却水および燃料ガスが流入してしまうタイミングを予測するため、圧力センサ27の代わりに冷却水復路配管8の燃料電池1付近に冷却水復路配管8内を流れる冷却水の温度を検出する温度センサ30が設けられている。またポンプ7には、ポンプ7の回転数を検出するポンプ回転数検出手段7aが設けられている。
開閉弁26は、冷却水復路配管8を流れる冷却水の温度が所定値以上になった場合、またはポンプ7の回転数が所定値以上となった場合に、加圧キャップ2aが開きリザーバタンク5に冷却水および燃料ガスが流入してしまう条件であるとして開くようになっている。これにより、例えば燃料電池システムの使用者等がリザーバタンク5のキャップ5aを開けたときでも燃料ガスが漏洩するのを防止することができる。
なお、開閉弁26を開くときの冷却水復路配管8を流れる冷却水の温度およびポンプ7の回転数は、実験等から加圧キャップ2aが開くときの冷却水復路配管8を流れる冷却水の温度およびポンプ7の回転数のマップを作成して決定するようにしてもよい。
なお、その他の効果については実施形態6に係る燃料電池システムと同様である。
(実施形態8)
図8は、本発明の実施形態8に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態8に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態6に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態では、加圧キャップ2aが開きリザーバタンク5に冷却水および燃料ガスが流入してしまうタイミングを予測するため、圧力センサ27の代わりに三方弁9の開度を検出する開度検出手段9aが設けられている。
開閉弁26は、三方弁9のラジエータ2側の開度が所定値以上となった場合に、加圧キャップ2aが開きリザーバタンク5に冷却水および燃料ガスが流入してしまう条件であるとして開くようになっている。これにより、例えば燃料電池システムの使用者等がリザーバタンク5のキャップ5aを開けたときでも燃料ガスが漏洩するのを防止することができる。
なお、開閉弁26を開くときの三方弁9の開度は、実験等から加圧キャップ2aが開くときの三方弁9の開度のマップを作成して決定するようにしてもよい。
なお、その他の効果については実施形態6に係る燃料電池システムと同様である。
(実施形態9)
図9は、本発明の実施形態9に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態9に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態6に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態では、燃料電池システムが停止してメンテナンス等によりリザーバタンク5のキャップ5a等が開けられる前にのみリザーバタンク5に溜まってしまった燃料ガスを希釈する。このため、圧力センサ27の代わりに燃料電池1が停止したかどうかを検出する燃料電池停止検出手段1aが設けられている。
開閉弁26は、燃料電池1が停止したときに開くようになっている。希釈された燃料ガスは、リザーバタンク5から希釈ガス排出配管15を経て排出され、さらに排気管17を流れる燃料電池1から排出された未利用の空気に希釈されて、燃料電池システムの外部に排出される。これにより、例えば燃料電池システムの使用者等がリザーバタンク5のキャップ5aを開けたときでも燃料ガスが漏洩するのを防止することができる。
なお、その他の効果については実施形態6に係る燃料電池システムと同様である。
(実施形態10)
図10は、本発明の実施形態10に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態10に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態6に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態では、燃料電池システムが燃料電池自動車に搭載されており、車両および燃料電池システムが停止してメンテナンス等によりリザーバタンク5のキャップ5a等が開けられる前にのみリザーバタンク5に溜まった燃料ガスを希釈する。このため本実施形態に係る燃料電池システムは圧力センサ27の代わりに、燃料電池1が発電した電力を供給されて駆動するモータ32と、このモータ32の回転速度を検出するモータ回転速度検出手段32aと、モータ32により駆動される車輪33と、車輪33の回転速度を検出する車輪回転速度検出手段33aとを備えている。
開閉弁26は、モータ32の回転速度が所定値以下になったとき、または車輪33の回転速度が所定値以下になったときに開くようになっている。なお、開閉弁26が開くときのモータ32の回転速度および車輪33の回転速度は、燃料電池自動車が停止する寸前の0に近い値に設定することが望ましい。希釈された燃料ガスは、リザーバタンク5から希釈ガス排出配管15を経て排出され、さらに排気管17を流れる燃料電池1から排出された未利用の空気に希釈されて、燃料電池自動車の外部に排出される。これにより、例えば燃料電池自動車の使用者等がリザーバタンク5のキャップ5aを開けたときでも燃料ガスが漏洩するのを防止することができる。
なお、その他の効果については実施形態6に係る燃料電池システムと同様である。
(実施形態11)
図11は、本発明の実施形態11に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態11に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態6に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態では、燃料電池システムが燃料電池自動車に搭載されており、実施形態1と同様にリザーバタンク5に溜まってしまった燃料ガスを継続的に希釈している。このため本実施形態に係る燃料電池システムは、開閉弁26が設けられていない。また、酸化剤ガス供給配管12と空気供給配管13が別々に設けられており、酸化剤ガス供給配管12にはエアフィルタ18および吸気コンプレッサ19が設けられておらず、その代わりに空気供給配管13のリザーバタンク5の上流側に異物除去フィルタ34が設けられている。
さらに本実施形態に係る燃料電池システムは、排気管17に設けられ希釈ガス排出配管15と接続されたベンチュリ36を備える。本実施形態では、空気供給配管13が燃料電池自動車のモータルーム等に開放されており、ベンチュリ36は排気管17を通過する空気の流れを利用して負圧を生み出し、電力を消費することなく酸化剤ガス供給配管12内および希釈ガス排出配管15内の空気の循環を促進するようになっている。
なお実施形態1から10の燃料電池システムにおいて、排気管17等にベンチュリを設けて希釈ガス排出配管15を接続し、吸気コンプレッサ19の消費電力を低減するようにしてもよい。
その他の効果については実施形態6に係る燃料電池システムと同様である。
なお、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。例えば、実施形態1から11に示した燃料電池システムを組み合わせて、様々な構成の燃料電池システムを作成することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態1に係る燃料電池システムについて説明する。
図1は、本発明の実施形態1に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態1に係る燃料電池システムは、例えば燃料電池自動車に搭載されるものである。
本実施形態1に係る燃料電池システムは、燃料電池1とラジエータ(熱交換器)2を備えている。燃料電池1は、例えば固体高分子からなる電解質膜(図示せず)を2枚の触媒電極層等で挟んで構成された単位セル(図示せず)を100枚から200枚程度積層して構成されており、水素等の燃料ガスと空気中の酸素等の酸化剤ガスを反応させて発電を行う。なお、燃料電池1の電解質膜を2枚の触媒電極層等で挟んだ部分は、一般的に膜電極複合体(MEA)と呼ばれている。また燃料電池1は、燃料電池ケース1aに収容されている。
ラジエータ2は、燃料電池1に冷却水供給配管3を介して冷却水を供給し、例えば上流側(図1において上側)に加圧キャップ(加圧弁)2aを備えている。この加圧キャップ2aは、ラジエータ2が所定圧力以上の高圧になると開き、ラジエータ2から配管4を介してリザーバタンク5(後述)へ冷却水を送るようになっている。なお加圧キャップ2a等の加圧弁を設ける位置は、ラジエータ2の上流側に限定されず、燃料電池1、ラジエータ2、冷却水供給配管3、冷却水復路配管8(後述)等を含む冷却水が循環する経路のいずれの位置に設けてもよい。
ラジエータ2では、例えば冷却水を高圧にし、外気との圧力差を増大させ且つファン(図示せず)等を用いて燃料電池1で温度が上昇した冷却水を冷却することにより冷却効率を高めている。なおラジエータ2に負圧弁を設けて、ラジエータ2の圧力が所定値以下になったときにリザーバタンク5からラジエータ2に冷却水を戻すようにしてもよい。
冷却水供給配管3には、燃料電池1とラジエータ2の間に冷却水を循環させるためのポンプ7が設けられている。また本実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池1からラジエータ2へ冷却水を戻すための冷却水復路配管8を備え、この冷却水復路配管8には三方弁9が設けられている。三方弁9は、例えば温度センサ(図1において図示せず)からの検出信号に基づいて、燃料電池1から来た冷却水をラジエータ2へ送るか、冷却水供給配管3に接続された配管10を介して冷却水供給配管3に送るかを切り換える。
三方弁9は、燃料電池1を流れる冷却水の温度が低いときは冷却水供給配管3側に冷却水を流し、冷却水はポンプ7、燃料電池1、三方弁9の順に流れるようになっている。これは、例えば外気温が低いときに燃料電池1を暖めるためである。また、燃料電池1を流れる冷却水の温度が高くなった場合には、三方弁9はラジエータ2側に冷却水を流し、冷却水はポンプ7、燃料電池1、三方弁9、ラジエータ2の順に流れる。これにより冷却水は燃料電池1を冷却し、燃料電池1で温度の上昇した冷却水がラジエータ2において冷却される。なお、三方弁9は必ずしも設けなくてもよい。
上記のような順路で冷却水が循環するうちに、燃料電池1の経時劣化等によって燃料電池から冷却水に微量の燃料ガスが流れ込んで、ラジエータ2の上部等に溜まる場合がある。このラジエータ2に溜まった燃料ガスは、ラジエータ2が高圧となって加圧キャップ2aが開いたときに冷却水とともにリザーバタンク5に押し出される。リザーバタンク5は余剰の冷却水を貯留するものであるが、冷却水に漏洩した微量の燃料ガスも溜まり、リザーバタンク5内の燃料ガス(水素)濃度が上昇する。
このようなリザーバタンク5内の燃料ガス濃度の上昇を防止するために、本実施形態ではリザーバタンク5内に溜まってしまった燃料ガスを希釈するための空気を供給する。このため、燃料ガスを希釈するための空気が空気供給配管13からリザーバタンク5に供給される。本実施形態では空気供給配管13が、燃料電池1に酸化剤ガス(本実施形態では空気)を供給するための酸化剤ガス供給配管12から分岐した分岐管として構成され、リザーバタンク5に空気を供給する。また希釈された燃料ガスは、例えばリザーバタンク5に設けられたキャップ5aに接続された希釈ガス排出配管15から排出される。本実施形態では希釈ガス排出配管15が、燃料電池1から排出された未利用の気体(空気等)を排出するための排気管17に接続されており、希釈された燃料ガスは最終的にこの排気管17から燃料電池システムの外部に排出される。なおリザーバタンク5内の燃料ガスを希釈するときは、燃料ガスが可燃域未満となるようにするのが望ましい。
本実施形態では、希釈ガス排出配管15をリザーバタンク5の排水路(ドレインパイプ)としても使用している。また、リザーバタンク5の水位が上昇したときに空気供給配管13に冷却水が流入するのを防止するため、空気供給配管13がリザーバタンク5に接続される位置を、希釈ガス排出配管15がリザーバタンク5に接続される位置よりも上方(鉛直方向上側)に設定している。なお、空気供給配管13自体を希釈ガス排出配管15よりも上方に来るようにしてもよい。
また、燃料電池1とラジエータ2におけるフィルタ(図示せず)の目詰まり等を防止するために、酸化剤ガス供給配管12の上流側にエアフィルタ18が設けられている。なおエアフィルタ18の代わりに、異物除去フィルタ等を設けるようにしてもよい。さらに酸化剤ガス供給配管12におけるエアフィルタ18の下流側には、燃料電池1やリザーバタンク5へ酸化剤ガス(空気)を供給するための吸気コンプレッサ19が設けられている。これにより、燃料電池1やリザーバタンク5に浄化された空気が供給される。
本実施形態では、リザーバタンク5に溜まってしまった微量の燃料ガス(水素ガス)を希釈するための空気を供給する空気供給配管13と、リザーバタンク5から希釈された燃料ガスを排出するための希釈ガス排出配管15とを備えているため、ラジエータ2に設けられた加圧キャップ2aが開いたときに排出される燃料ガスを可燃域未満まで希釈することができ、また警告ランプの点灯やフェールセーフのための車両停止が頻発することを防止することが可能となる。
(実施形態2)
図2は、本発明の実施形態2に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態2に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態1に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態2に係る燃料電池システムでは、希釈ガス排出配管15の一方の端部がリザーバタンク5のキャップ5aに接続され、他方の端部が酸化剤ガス供給配管12に接続されている。なお本実施形態では希釈ガス排出配管15が、酸化剤ガス供給配管12のエアフィルタ18と吸気コンプレッサ19の間に接続されているものとする。このため、吸気コンプレッサ19の発生する負圧によってリザーバタンク5から希釈された燃料ガスを効率よく排出することができる。
なお、その他の効果については実施形態1に係る燃料電池システムと同様である。
(実施形態3)
図3は、本発明の実施形態3に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態3に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態1に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態3に係る燃料電池システムは、燃料電池1に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給配管12の他に、燃料電池1を収容する燃料電池ケース1aに換気ガスを供給するための換気ガス供給配管20が設けられている。換気ガス供給配管20は燃料電池ケース1aに接続されており、換気ガス供給配管20から供給された換気ガス(本実施形態では空気)によって燃料電池ケース1aの内部が換気される。
換気ガス供給配管20には、エアフィルタ21と燃料電池ケース1aに換気ガスを供給する換気ブロア22が設けられている。なお本実施形態では、エアフィルタ21が換気ブロア22よりも換気ガス供給配管20の上流側に設けられているものとする。また燃料電池ケース1aには、換気ガスを燃料電池ケース1aから排出するための換気ガス排出配管23が接続されており、この換気ガス排出配管23は下流側で排気管17と合流するようになっている。なお、換気ガス供給配管20に設けられたエアフィルタ21は換気ガスを浄化するものであるが、必ずしも設ける必要はない。また、換気ガス排出配管23は排気管17と合流させる必要はなく、換気ガスと燃料電池1から排出された未利用の気体を燃料電池システムの外部へ別々に排出するようにしてもよい。
本実施形態では空気供給配管13が、酸化剤ガス供給配管12ではなく燃料電池ケース1aに換気ガスを供給するための換気ガス供給配管20から分岐した分岐管として構成され、リザーバタンク5に空気を供給する。これにより、実施形態1と同様にリザーバタンク5内に溜まってしまった燃料ガスを希釈することができる。
また本実施形態では、希釈ガス排出配管15の一方の端部がリザーバタンク5のキャップ5aに接続され、他方の端部が大気に開放されている。例えば、本実施形態に係る燃料電池システムが燃料電池自動車に搭載されている場合には、リザーバタンク5のキャップ5aに接続された端部の他方の端部を燃料電池自動車のモータルーム等に開放するようにする。なお、希釈ガス排出配管15の一方の端部をリザーバタンク5のキャップ5aではなく、リザーバタンク5の本体に接続するようにしてもよい。
本実施形態では、燃料電池ケース1aに換気ガスを供給するための換気ガス供給配管20が設けられているため、燃料電池ケース1aの内部を換気することが可能となる。また、希釈ガス排出配管15の一方の端部がリザーバタンク5に接続され、他方の端部が大気に開放されているため、システム構成を簡略化することができる。
なお、その他の効果については実施形態1に係る燃料電池システムと同様である。
(実施形態4)
図4は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態4に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態3に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態4に係る燃料電池システムでは、希釈ガス排出配管15の一方の端部がリザーバタンク5のキャップ5aに接続され、他方の端部が換気ガス排出配管23に接続されている。このため、換気ガス排出配管23を流れる換気ガスの発生する負圧によって、リザーバタンク5から希釈された燃料ガスを効率よく排出することができる。
なお、その他の効果については実施形態3に係る燃料電池システムと同様である。
(実施形態5)
図5は、本発明の実施形態5に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態5に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態3に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態5に係る燃料電池システムでは、空気供給配管13の一方の端部がリザーバタンク5のキャップ5aに接続され、他方の端部が大気に開放されている。例えば、本実施形態に係る燃料電池システムが燃料電池自動車に搭載されている場合には、リザーバタンク5のキャップ5aに接続された端部の他方の端部を燃料電池自動車のモータルーム等に開放するようにする。なお、空気供給配管13の一方の端部をリザーバタンク5のキャップ5aではなく、リザーバタンク5の本体に接続するようにしてもよい。
また本実施形態では、希釈ガス排出配管15の一方の端部がリザーバタンク5に接続され、他方の端部が換気ガス供給配管20に接続されている。なお本実施形態では希釈ガス排出配管15が、換気ガス供給配管20のエアフィルタ21と換気ブロア22の間に接続されているものとする。このため、換気ブロア22の発生する負圧によって空気供給配管13からリザーバタンク5へ効率よく空気を吸入することができる。
さらに本実施形態では、リザーバタンク5の水位が上昇したときに希釈ガス排出配管15および換気ガス供給配管20に冷却水が流入するのを防止するため、希釈ガス排出配管15がリザーバタンク5に接続される位置を、空気供給配管13がリザーバタンク5に接続される位置よりも上方(鉛直方向上側)に設定している。
なお、その他の効果については実施形態3に係る燃料電池システムと同様である。
(実施形態6)
図6は、本発明の実施形態6に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態6に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態1に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態6に係る燃料電池システムは、リザーバタンク5および希釈ガス排出配管15のレイアウトの自由度を向上させるため、空気供給配管13がリザーバタンク5に接続される位置を希釈ガス排出配管15がリザーバタンク5に接続される位置よりも下方(鉛直方向下側)に設定するとともに、空気供給配管13に逆止弁25を設けて酸化剤ガス供給配管12等に冷却水が流入するのを防止するようにしている。
また本実施形態では、吸気コンプレッサ19の消費電力を低減するために、空気供給配管13に開閉弁26を設けて、リザーバタンク5の燃料ガス濃度を低下させる必要があるときのみリザーバタンク5内の燃料ガスを希釈するようにしている。図6に示すように、冷却水復路配管8にこの冷却水復路配管8内の圧力を検出する圧力センサ27が設けられており、開閉弁26は冷却水復路配管8内の圧力が所定値以上となった場合、すなわち加圧キャップ2aが開き、リザーバタンク5に冷却水および燃料ガスが流入してしまったときに開くようになっている。開閉弁26が開かれると空気供給配管13からリザーバタンク5に空気が流入して微量の燃料ガスが希釈される。これにより、例えば燃料電池システムの使用者等がリザーバタンク5のキャップ5aを開けたときでも燃料ガスが漏洩するのを防止することができる。なお冷却水供給配管3に圧力センサを設けて、冷却水供給配管3内の圧力が所定値以上となった場合に開閉弁26を開くようにしてもよい。
さらに本実施形態では、開閉弁26が閉じた状態でリザーバタンク5の冷却水がラジエータ2側に吸い戻された場合に、リザーバタンク5に発生する負圧によって希釈ガス排出配管15を介して排気管17から燃料ガスを含む空気がリザーバタンク5に流入するのを防ぐため、希釈ガス排出配管15に逆止弁28を設けて燃料ガスを含む空気がリザーバタンク5に流入するのを防止するようにしている。
なお、その他の効果については実施形態1に係る燃料電池システムと同様である。
(実施形態7)
図7は、本発明の実施形態7に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態7に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態6に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態では、加圧キャップ2aが開きリザーバタンク5に冷却水および燃料ガスが流入してしまうタイミングを予測するため、圧力センサ27の代わりに冷却水復路配管8の燃料電池1付近に冷却水復路配管8内を流れる冷却水の温度を検出する温度センサ30が設けられている。またポンプ7には、ポンプ7の回転数を検出するポンプ回転数検出手段7aが設けられている。
開閉弁26は、冷却水復路配管8を流れる冷却水の温度が所定値以上になった場合、またはポンプ7の回転数が所定値以上となった場合に、加圧キャップ2aが開きリザーバタンク5に冷却水および燃料ガスが流入してしまう条件であるとして開くようになっている。これにより、例えば燃料電池システムの使用者等がリザーバタンク5のキャップ5aを開けたときでも燃料ガスが漏洩するのを防止することができる。
なお、開閉弁26を開くときの冷却水復路配管8を流れる冷却水の温度およびポンプ7の回転数は、実験等から加圧キャップ2aが開くときの冷却水復路配管8を流れる冷却水の温度およびポンプ7の回転数のマップを作成して決定するようにしてもよい。
なお、その他の効果については実施形態6に係る燃料電池システムと同様である。
(実施形態8)
図8は、本発明の実施形態8に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態8に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態6に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態では、加圧キャップ2aが開きリザーバタンク5に冷却水および燃料ガスが流入してしまうタイミングを予測するため、圧力センサ27の代わりに三方弁9の開度を検出する開度検出手段9aが設けられている。
開閉弁26は、三方弁9のラジエータ2側の開度が所定値以上となった場合に、加圧キャップ2aが開きリザーバタンク5に冷却水および燃料ガスが流入してしまう条件であるとして開くようになっている。これにより、例えば燃料電池システムの使用者等がリザーバタンク5のキャップ5aを開けたときでも燃料ガスが漏洩するのを防止することができる。
なお、開閉弁26を開くときの三方弁9の開度は、実験等から加圧キャップ2aが開くときの三方弁9の開度のマップを作成して決定するようにしてもよい。
なお、その他の効果については実施形態6に係る燃料電池システムと同様である。
(実施形態9)
図9は、本発明の実施形態9に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態9に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態6に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態では、燃料電池システムが停止してメンテナンス等によりリザーバタンク5のキャップ5a等が開けられる前にのみリザーバタンク5に溜まってしまった燃料ガスを希釈する。このため、圧力センサ27の代わりに燃料電池1が停止したかどうかを検出する燃料電池停止検出手段1aが設けられている。
開閉弁26は、燃料電池1が停止したときに開くようになっている。希釈された燃料ガスは、リザーバタンク5から希釈ガス排出配管15を経て排出され、さらに排気管17を流れる燃料電池1から排出された未利用の空気に希釈されて、燃料電池システムの外部に排出される。これにより、例えば燃料電池システムの使用者等がリザーバタンク5のキャップ5aを開けたときでも燃料ガスが漏洩するのを防止することができる。
なお、その他の効果については実施形態6に係る燃料電池システムと同様である。
(実施形態10)
図10は、本発明の実施形態10に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態10に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態6に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態では、燃料電池システムが燃料電池自動車に搭載されており、車両および燃料電池システムが停止してメンテナンス等によりリザーバタンク5のキャップ5a等が開けられる前にのみリザーバタンク5に溜まった燃料ガスを希釈する。このため本実施形態に係る燃料電池システムは圧力センサ27の代わりに、燃料電池1が発電した電力を供給されて駆動するモータ32と、このモータ32の回転速度を検出するモータ回転速度検出手段32aと、モータ32により駆動される車輪33と、車輪33の回転速度を検出する車輪回転速度検出手段33aとを備えている。
開閉弁26は、モータ32の回転速度が所定値以下になったとき、または車輪33の回転速度が所定値以下になったときに開くようになっている。なお、開閉弁26が開くときのモータ32の回転速度および車輪33の回転速度は、燃料電池自動車が停止する寸前の0に近い値に設定することが望ましい。希釈された燃料ガスは、リザーバタンク5から希釈ガス排出配管15を経て排出され、さらに排気管17を流れる燃料電池1から排出された未利用の空気に希釈されて、燃料電池自動車の外部に排出される。これにより、例えば燃料電池自動車の使用者等がリザーバタンク5のキャップ5aを開けたときでも燃料ガスが漏洩するのを防止することができる。
なお、その他の効果については実施形態6に係る燃料電池システムと同様である。
(実施形態11)
図11は、本発明の実施形態11に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態11に係る燃料電池システムは、以下に説明する点を除いて実施形態6に係る燃料電池システムと同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態では、燃料電池システムが燃料電池自動車に搭載されており、実施形態1と同様にリザーバタンク5に溜まってしまった燃料ガスを継続的に希釈している。このため本実施形態に係る燃料電池システムは、開閉弁26が設けられていない。また、酸化剤ガス供給配管12と空気供給配管13が別々に設けられており、酸化剤ガス供給配管12にはエアフィルタ18および吸気コンプレッサ19が設けられておらず、その代わりに空気供給配管13のリザーバタンク5の上流側に異物除去フィルタ34が設けられている。
さらに本実施形態に係る燃料電池システムは、排気管17に設けられ希釈ガス排出配管15と接続されたベンチュリ36を備える。本実施形態では、空気供給配管13が燃料電池自動車のモータルーム等に開放されており、ベンチュリ36は排気管17を通過する空気の流れを利用して負圧を生み出し、電力を消費することなく酸化剤ガス供給配管12内および希釈ガス排出配管15内の空気の循環を促進するようになっている。
なお実施形態1から10の燃料電池システムにおいて、排気管17等にベンチュリを設けて希釈ガス排出配管15を接続し、吸気コンプレッサ19の消費電力を低減するようにしてもよい。
その他の効果については実施形態6に係る燃料電池システムと同様である。
なお、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。例えば、実施形態1から11に示した燃料電池システムを組み合わせて、様々な構成の燃料電池システムを作成することができる。
本発明では燃料電池システムを燃料電池自動車に搭載した例を示したが、本発明に係る燃料電池システムを他の目的で用いることも可能である。
Claims (27)
- 燃料ガスと空気中の酸化剤ガスを反応させて発電を行う燃料電池(1)と、
この燃料電池(1)に冷却水供給配管(3)を介して冷却水を供給する熱交換器(2)と、
前記冷却水供給配管(3)に設けられたポンプ(7)と、
前記燃料電池(1)から前記熱交換器(2)へ冷却水を戻すための冷却水復路配管(8)と、
前記冷却水が循環する経路に設けられた加圧弁(2a)と、
前記加圧弁(2a)が開いたときに配管(4)を介して冷却水が流れ込むリザーバタンク(5)と、
前記リザーバタンク(5)に接続され、このリザーバタンク(5)に燃料ガスが溜まった場合にその燃料ガスを希釈するための空気を供給する空気供給配管(13)と、
前記リザーバタンク(5)から前記希釈された燃料ガスを排出するための希釈ガス排出配管(15)と、
を備える燃料電池システム。 - 前記空気供給配管(13)は、前記燃料電池(1)に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給配管(12)から分岐した分岐管である請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池(1)を収容する燃料電池ケース(1a)と、この燃料電池ケース(1a)に換気ガスを供給するための換気ガス供給配管(20)とを備え、前記空気供給配管(13)は、前記換気ガス供給配管(20)から分岐した分岐管である請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記空気供給配管(13)は、前記リザーバタンク(5)に接続された端部の他方の端部が大気に開放されている請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記希釈ガス排出配管(15)は、前記燃料電池(1)に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給配管(12)に接続されている請求項1から4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(1)を収容する燃料電池ケース(1a)と、この燃料電池ケース(1a)に換気ガスを供給するための換気ガス供給配管(20)とを備え、前記希釈ガス排出配管(15)は、前記換気ガス供給配管(20)に接続されている請求項1、2、4のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
- 前記希釈ガス排出配管(15)は、前記換気ガス供給配管(20)に接続されている請求項3に記載の燃料電池システム。
- 前記希釈ガス排出配管(15)は、前記燃料電池(1)から排出された気体を外部へ排出するための排気管(17)に接続されている請求項1から4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(1)を収容する燃料電池ケース(1a)と、この燃料電池ケース(1a)に換気ガスを供給するための換気ガス供給配管(20)と、前記換気ガスを前記燃料電池ケース(1a)から排出するための換気ガス排出配管(23)とを備え、前記希釈ガス排出配管(15)は、前記換気ガス排出配管(23)に接続されている請求項1、2、4のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
- 前記換気ガスを前記燃料電池ケース(1a)から排出するための換気ガス排出配管(23)を備え、前記希釈ガス排出配管(15)は、前記換気ガス排出配管(23)に接続され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。
- 前記希釈ガス排出配管(15)は、一方の端部が前記リザーバタンク(5)に接続され、他方の端部が大気に開放されている請求項1から3のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
- 前記空気供給配管(13)は、前記希釈ガス排出配管(15)よりも前記リザーバタンク(5)の上方に接続されている請求項1から3、7、10、11のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
- 前記希釈ガス排出配管(15)は、前記空気供給配管(13)よりも前記リザーバタンク(5)の上方に接続されている請求項4に記載の燃料電池システム。
- 前記空気供給配管(13)に逆止弁(25)が設けられ、前記空気供給配管(13)は、前記希釈ガス排出配管(15)よりも前記リザーバタンク(5)の下方に接続されている請求項1から3、7、10、11のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
- 前記希釈ガス排出配管(15)に逆止弁(28)が設けられている請求項1から10のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
- 前記空気供給配管(13)の前記リザーバタンク(5)の上流側に異物除去フィルタ(34)が設けられている請求項1から15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(1)に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給配管(13)に、前記燃料電池(1)へ酸化剤ガスを供給する吸気コンプレッサ(19)が設けられている請求項1から16のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
- 前記換気ガス供給配管(20)に、前記燃料電池ケース(1a)に換気ガスを供給する換気ブロア(22)が設けられている請求項3、6、7、9、10のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
- 前記空気供給配管(13)に開閉弁(26)が設けられている請求項17または18に記載の燃料電池システム。
- 前記冷却水供給配管(3)または前記冷却水復路配管(8)に、前記冷却水供給配管(3)内または前記冷却水復路配管(8)内の圧力を検出する圧力センサ(27)が設けられ、前記開閉弁(26)は、前記冷却水供給配管(3)内または前記冷却水復路配管(8)内の圧力が所定値以上となった場合に開かれる請求項19に記載の燃料電池システム。
- 前記冷却水復路配管(8)に、この冷却水復路配管(8)内を流れる冷却水の温度を検出する温度センサ(30)が設けられ、前記開閉弁(26)は、前記冷却水復路配管(8)内を流れる冷却水の温度が所定温度以上となった場合に開かれる請求項19に記載の燃料電池システム。
- 前記ポンプ(7)の回転数を検出するポンプ回転数検出手段(7a)を備え、前記開閉弁(26)は、前記ポンプ(7)の回転数が所定値以上となった場合に開かれる請求項19に記載の燃料電池システム。
- 前記冷却水復路配管(8)に、前記冷却水供給配管(3)または前記熱交換器(2)に前記冷却水を送る三方弁(9)が設けられ、前記三方弁(9)の開度を検出する開度検出手段(9a)を備え、前記開閉弁(26)は、前記三方弁(9)の開度が所定値以上となった場合に開かれる請求項19に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池(1)が停止したかどうかを検出する燃料電池停止検出手段(1a)を備え、前記開閉弁(26)は、前記燃料電池(1)が停止したときに開かれる請求項19に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池(1)が発電した電力を供給されて駆動するモータ(32)と、このモータ(32)の回転速度を検出するモータ回転速度検出手段(32a)を備え、前記開閉弁(26)は、前記モータ(32)の回転速度が所定値以下となったときに開かれる請求項19に記載の燃料電池システム。
- 前記モータ(32)により駆動される車輪(33)と、この車輪(33)の回転速度を検出する車輪回転速度検出手段(33a)を備え、前記開閉弁(26)は、前記車輪(33)の回転速度が所定値以下となった場合に開かれる請求項25に記載の燃料電池システム。
- 前記排気管(17)に設けられ、前記希釈ガス排出配管(15)と接続されたベンチュリ(36)を備える請求項1から4のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
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KR102496639B1 (ko) * | 2016-12-13 | 2023-02-07 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 시스템 및 연료전지 스택 하우징 |
JP7264029B2 (ja) * | 2019-12-06 | 2023-04-25 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池の冷却システム |
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001250570A (ja) * | 2000-03-06 | 2001-09-14 | Toyota Motor Corp | 熱交換システム |
JP2004179102A (ja) * | 2002-11-29 | 2004-06-24 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池の排出ガス処理装置の制御方法 |
JP2004319206A (ja) * | 2003-04-15 | 2004-11-11 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池の冷却装置 |
JP2004335154A (ja) * | 2003-04-30 | 2004-11-25 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池の冷却装置 |
JP2005235635A (ja) * | 2004-02-20 | 2005-09-02 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システムの換気装置 |
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Patent Citations (5)
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---|---|---|---|---|
JP2001250570A (ja) * | 2000-03-06 | 2001-09-14 | Toyota Motor Corp | 熱交換システム |
JP2004179102A (ja) * | 2002-11-29 | 2004-06-24 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池の排出ガス処理装置の制御方法 |
JP2004319206A (ja) * | 2003-04-15 | 2004-11-11 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池の冷却装置 |
JP2004335154A (ja) * | 2003-04-30 | 2004-11-25 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池の冷却装置 |
JP2005235635A (ja) * | 2004-02-20 | 2005-09-02 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システムの換気装置 |
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