JP2005149883A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料極側の燃料と酸化剤極側の気体とを電解質膜を介して化学的に反応させることにより発電する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that generates power by chemically reacting a fuel on the fuel electrode side and a gas on the oxidant electrode side through an electrolyte membrane.
近年、図3に示されているように、水素等の燃料と酸素等の気体とを化学的に反応させて燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池システム1を搭載した自動車2が注目されている。
In recent years, as shown in FIG. 3, an
このような自動車2に搭載された従来の燃料電池システム1には、電解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極が設けられた燃料電池3と、燃料電池3等を冷却するための複数のラジエータ4とが設けられている。そして、燃料電池3は、前記燃料極に供給された燃料と前記酸化剤極に供給された気体との化学反応により電力を発生させ、この電力は自動車2の駆動部等に供給される。また、この時、燃料電池3において電力と共に多量の水分を含んだオフガスが発生し、このオフガスは一部分が燃料電池3の加湿に利用された後、外部に排出されるようになっている(例えば、特許文献1,2参照)。
A conventional fuel cell system 1 mounted on such an
しかしながら、上記した従来の燃料電池システム1では、燃料電池3での発電時に発生する多量の水分を含んだオフガスの大部分が外部に排出されていたため、ラジエータ4及び燃料電池システム1の性能を十分に向上させることができないといった問題があった。
However, in the conventional fuel cell system 1 described above, most of the off-gas containing a large amount of moisture generated during power generation in the fuel cell 3 has been discharged to the outside, so that the performance of the
本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、オフガスをラジエータに再循環させ、ラジエータ及び燃料電池システムの性能を向上させることのできる燃料電池システムを提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a fuel cell system that can recycle off-gas to a radiator and improve the performance of the radiator and the fuel cell system.
本発明は、燃料極に供給された燃料と酸化剤極に供給された気体とを電解質膜を介して化学的に反応させることにより電力を発生させる燃料電池システムであって、多数のチューブとフィンにより構成されたコアを有するラジエータと、発電時に発生するオフガスを前記ラジエータのコア外面に供給するオフガス供給手段とを備えていることを特徴とする。 The present invention relates to a fuel cell system that generates electric power by chemically reacting a fuel supplied to a fuel electrode and a gas supplied to an oxidant electrode through an electrolyte membrane, and includes a plurality of tubes and fins. And a radiator having a core constituted by the above and off-gas supply means for supplying off-gas generated during power generation to the core outer surface of the radiator.
好ましくは、前記オフガス供給手段には、前記ラジエータのコア外面にオフガスを噴射可能な噴射口が設けられ、該噴射口は噴射されたオフガス中の水分の粒径が200μm以下となるように形成されている。 Preferably, the off-gas supply means is provided with an injection port capable of injecting off-gas on the outer surface of the core of the radiator, and the injection port is formed so that a particle diameter of water in the injected off-gas is 200 μm or less. ing.
本発明によれば、オフガス中の水分の蒸発潜熱を利用することができるので、ラジエータ及び燃料電池システムの性能を向上させることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。 According to the present invention, since the latent heat of vaporization of water in off-gas can be used, various excellent effects can be obtained, such as improving the performance of the radiator and the fuel cell system.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、以下の説明では、本発明を自動車用のダイレクトメタノール型燃料電池システムに適用した場合を例にとって説明する。 Hereinafter, a fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, a case where the present invention is applied to a direct methanol fuel cell system for automobiles will be described as an example.
図1及び図2は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムを示している。このダイレクトメタノール型燃料電池システム11は、電解質膜12を挟んで燃料極13と酸化剤極14とが設けられた燃料電池15と、メタノール水溶液を貯蔵する燃料タンク16と、酸化剤極14の出口側に設けられた凝縮器17と、燃料電池15を冷却するためのラジエータ18とから概略構成されている。
1 and 2 show a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. The direct methanol
ラジエータ18には、多数のチューブ19とフィン20(図2参照)により構成されたコア21が設けられ、チューブ19の両端に一対のタンク22が設けられている。また、ラジエータ18のコア21の前面側には、ラジエータ18に向かって多数の噴射口25(図2参照)が形成されたパイプ状のオフガス供給ヘッダ23が設けられ、ラジエータ18の後面側にはファン24が設けられている。そして、オフガス供給ヘッダ23の噴射口25は、噴射口25から噴射されたオフガス中の水分が細かい霧状、好ましくは、その粒径が200μm以下となるように形成されている。
The
次に、本実施の形態に係る燃料電池システム11の作用を説明する。
Next, the operation of the
燃料タンク16から燃料極13にメタノール水溶液が供給されると共に酸化剤極14に空気が供給されると、メタノールと空気とが電解質膜12を介して化学的に反応し、燃料電池15において電力が発生する。この時、燃料極13側では二酸化炭素とメタノール水溶液が発生し、酸化剤極14側では多量に水分を含んだオフガスが発生する。そして、燃料極13側で発生したメタノールは燃料タンク16に還流され、一方、酸化剤極14側で発生したオフガスは、凝縮器17においてオフガス中の水分の一部が凝縮された後、オフガス供給ヘッダ23の噴射口25からラジエータ18のコア21外面側に噴射される。
When an aqueous methanol solution is supplied from the
この時、オフガス中には依然として多量の水分が含まれているため、オフガス中の水分は、細かい霧状の水滴となってフィン20に付着後、気化し、チューブ19内を流通する冷媒から潜熱を奪い、その冷媒を冷却する。実験によれば、h(kwh/kg)の蒸発潜熱を有するv(kg/h)の水分をラジエータ18に噴射した時にQ1(kw)の放熱量が得られたとすると、その放熱量Q1(kw)と、水分を噴射しない時のラジエータ18の放熱量Q2(kw)との関係は、
Q1/Q2+vh<<100%
となることが分かっている。そこで、例えば、ラジエータ18のフィン20の表面温度を80℃とすると、80℃の時の水の蒸発潜熱hは、
h=551kcal/kg=2304.4kJ/h
であるから、ラジエータ18に1kg/hの水分を噴射した場合、その水分による放熱量Q1は、
Q1=1kg/h×2304.3kJ/h=2304.3kJ/h=0.64kw≒Q2
となる。
At this time, since the offgas still contains a large amount of water, the water in the offgas is vaporized after adhering to the
Q 1 / Q 2 + vh << 100%
I know that Therefore, for example, if the surface temperature of the
h = 551 kcal / kg = 22304.4 kJ / h
Therefore, when 1 kg / h of moisture is injected into the
Q 1 = 1 kg / h × 2304.3 kJ / h = 22304.3 kJ / h = 0.64 kW≈Q 2
It becomes.
このように、オフガス中の水分の蒸発に伴いチューブ19内の冷媒から水の蒸発潜熱に略等しい潜熱を奪うことができる。また、オフガス中の水分は細かい霧状の水滴状態でフィン20に付着しているため接触抵抗が小さい。したがって、ラジエータの熱交換性能を向上させることができる。さらに、燃料電池15の排圧とファン24の駆動によりオフガスをラジエータ18側に吸引することができ、新たにポンプ等の動力源を追加設置する必要がないため、コストの低減化が可能となる。
Thus, latent heat substantially equal to the latent heat of evaporation of water can be taken from the refrigerant in the
なお、ラジエータのコア21外面にオフガスを供給する手段は、上記したパイプ状のヘッダ23に限定されるものではなく、空調用ダクト等、他のオフガス供給手段を使用してもよい。
The means for supplying off gas to the outer surface of the
また、オフガス供給ヘッダ23からオフガスをコア21外面に噴射させるタイミングは、ラジエータ18の負荷に応じて制御可能なように構成してもよい。
The timing at which off-gas is injected from the off-
さらに、上記実施の形態では、説明の簡略化のため、燃料電池の冷却用のラジエータ18についてのみ説明したが、燃料電池システム11には、改質器を冷却するためのラジエータや、車輪駆動用の駆動モータを制御するパワーコントロールユニットを冷却するためのラジエータ等、複数のラジエータが設けられているので、それらのラジエータに本発明を適用することもできる。
Furthermore, in the above-described embodiment, only the
さらに、本発明は、自動車用のダイレクトメタノール型燃料電池システム11に限らず、純水素、ガソリン、メタンガス等を燃料として使用する他のタイプの燃料電池システムにも適用可能であることは言う迄もない。
Furthermore, it goes without saying that the present invention is applicable not only to the direct methanol
11 燃料電池システム
12 電解質膜
13 燃料極
14 酸化剤極
15 燃料電池
18 ラジエータ
19 チューブ
20 フィン
21 コア
23 オフガス供給手段
25 噴射口
DESCRIPTION OF
Claims (2)
多数のチューブとフィンにより構成されたコアを有するラジエータと、
発電時に発生するオフガスを前記ラジエータのコア外面に供給するオフガス供給手段と、
を備えていることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system that generates electric power by chemically reacting a fuel supplied to a fuel electrode and a gas supplied to an oxidant electrode through an electrolyte membrane,
A radiator having a core constituted by a large number of tubes and fins;
Off gas supply means for supplying off gas generated during power generation to the core outer surface of the radiator;
A fuel cell system comprising:
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2012005159A (en) * | 2010-06-14 | 2012-01-05 | Mihama Kk | Temperature control system |
JP2020009569A (en) * | 2018-07-04 | 2020-01-16 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system |
-
2003
- 2003-11-14 JP JP2003385034A patent/JP2005149883A/en active Pending
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