JP2020087708A - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020087708A JP2020087708A JP2018220443A JP2018220443A JP2020087708A JP 2020087708 A JP2020087708 A JP 2020087708A JP 2018220443 A JP2018220443 A JP 2018220443A JP 2018220443 A JP2018220443 A JP 2018220443A JP 2020087708 A JP2020087708 A JP 2020087708A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- manifold
- anode gas
- flow path
- fuel cell
- fuel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本開示は、燃料電池システムに関する。 The present disclosure relates to fuel cell systems.
燃料電池スタックは、複数のセルを積層することにより構成される。このような燃料電池スタックでは、中央に配置されるセルの温度よりも、端部に配置されるセルの温度の方が低くなる傾向がある。そのため、端部に配置されるセルでは、アノードガスとカソードガスとの電池反応により生成される水蒸気が凝縮し易い。水蒸気が凝縮することにより、セルの内部に形成されたアノードガスの流路に水滴が生成されると、流路断面積が狭くなるため、セルにおけるアノードガスの供給量が低下する、いわゆる燃料欠乏を招くおそれがある。こうした燃料欠乏はセルの発電量の低下や触媒の劣化等を生じさせる要因となる。このような燃料欠乏を解消することが可能な燃料電池スタックとしては、下記の特許文献1に記載の燃料電池スタックがある。 The fuel cell stack is formed by stacking a plurality of cells. In such a fuel cell stack, the temperature of the cells arranged at the ends tends to be lower than the temperature of the cells arranged in the center. Therefore, in the cells arranged at the ends, water vapor generated by the cell reaction between the anode gas and the cathode gas is easily condensed. When water droplets are generated in the anode gas flow passage formed inside the cell due to the condensation of water vapor, the cross-sectional area of the flow passage becomes narrower, so the supply amount of anode gas in the cell decreases, so-called fuel deficiency. May be caused. Such fuel deficiency is a factor that causes a decrease in power generation of the cell and deterioration of the catalyst. As a fuel cell stack capable of eliminating such fuel deficiency, there is a fuel cell stack described in Patent Document 1 below.
特許文献1に記載の燃料電池スタックでは、ガス入口から導入されたアノードガスが、燃料電池スタックにおいて両端部に配置された2つの端部セルを流れた後、燃料電池スタックにおいて中央に配置される複数の中央部セルを流れるようになっている。電池スタックでは、各セルにおいて電池反応により生成される水蒸気がアノードガスの流路内を下流側に流れる。したがって、アノードガスの流れ方向の下流側に向かうほど、水蒸気の量が多くなる。特許文献1に記載の燃料電池スタックのように、端部セルに対して中央部セルがアノードガスの流れ方向の下流側に配置されていれば、中央部セルに存在する水蒸気の量よりも、端部セルに存在する水蒸気の量の方が少なくなる。これにより、端部セルの温度が低下した場合であっても、端部セルにおいて水滴が生成され難くなるため、上述した燃料欠乏を回避しやすくなる。 In the fuel cell stack described in Patent Document 1, the anode gas introduced from the gas inlet flows through two end cells arranged at both ends of the fuel cell stack, and then is arranged in the center of the fuel cell stack. It is designed to flow through a plurality of central cells. In the battery stack, water vapor generated by the battery reaction in each cell flows downstream in the flow path of the anode gas. Therefore, the amount of water vapor increases toward the downstream side in the flow direction of the anode gas. As in the fuel cell stack described in Patent Document 1, if the central cell is arranged downstream of the end cells in the flow direction of the anode gas, the amount of water vapor present in the central cell is more than Less water vapor is present in the end cells. As a result, even if the temperature of the end cells is lowered, water droplets are less likely to be generated in the end cells, so that the fuel starvation described above can be easily avoided.
ところで、特許文献1に記載の燃料電池スタックでは、並列に配置された複数の中央部セルに供給されるアノードガスの全流量が2つの端部セルに流れることになるため、アノードガスが端部セルを流れる際に、アノードガスに作用する圧力損失が大きくなり易い。アノードガスの圧力損失が大きくなると、燃料電池スタックにアノードガスを圧送するポンプの高出力化が求められるため、ポンプの大型化を招くこととなり、好ましくない。 By the way, in the fuel cell stack described in Patent Document 1, since the total flow rate of the anode gas supplied to the plurality of central cells arranged in parallel flows to the two end cells, the anode gas is discharged to the end cells. When flowing through the cell, the pressure loss acting on the anode gas tends to increase. If the pressure loss of the anode gas becomes large, it is required to increase the output of the pump that pressure-feeds the anode gas to the fuel cell stack, which leads to an increase in the size of the pump, which is not preferable.
本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料欠乏を抑制しつつ、アノードガスの圧力損失を低減することの可能な燃料電池システムを提供することにある。 The present disclosure has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a fuel cell system capable of reducing pressure loss of anode gas while suppressing fuel deficiency.
上記課題を解決する燃料電池システムは、燃料電池スタック(20)と、第1マニホールド(22)と、第2マニホールド(23)と、燃料供給部(30)と、分岐流路(W21,W22)と、を備える。燃料電池スタックは、アノードガスとカソードガスとの反応により電気エネルギを生成する複数のセル(21)の積層構造により構成される。第1マニホールドは、複数のセルのそれぞれの一端部に接続される。第2マニホールドは、複数のセルのそれぞれの他端部に接続され、独立した第1内部流路(231)及び第2内部流路(232,233)を有する。燃料供給部は、第1マニホールドに供給流路(W1)を通じてアノードガスを供給する。分岐流路は、供給流路を流れるアノードガスの一部を第2マニホールドの第2内部流路に導く。セルには、一端部が第1マニホールドに接続され、且つ他端部が第2マニホールドの第1内部流路に接続され、第1マニホールドから第2マニホールドに向かう方向にアノードガスが流れる第1セル(211)と、一端部が第1マニホールドに接続され、且つ他端部が第2マニホールドの第2内部流路に接続され、第2マニホールドから第1マニホールドに向かう方向にアノードガスが流れる第2セル(212,213)と、が含まれている。 A fuel cell system that solves the above-mentioned problems is a fuel cell stack (20), a first manifold (22), a second manifold (23), a fuel supply unit (30), and branch channels (W21, W22). And The fuel cell stack is composed of a laminated structure of a plurality of cells (21) that generate electric energy by reacting an anode gas and a cathode gas. The first manifold is connected to one end of each of the plurality of cells. The second manifold is connected to the other end of each of the plurality of cells and has an independent first internal flow path (231) and second internal flow paths (232, 233). The fuel supply unit supplies the anode gas to the first manifold through the supply flow path (W1). The branch channel guides a part of the anode gas flowing through the supply channel to the second internal channel of the second manifold. A first cell in which one end is connected to the first manifold and the other end is connected to the first internal flow path of the second manifold, and the anode gas flows in a direction from the first manifold to the second manifold (211), one end is connected to the first manifold and the other end is connected to the second internal flow path of the second manifold, and the second anode gas flows in the direction from the second manifold to the first manifold. Cells (212, 213) are included.
この構成によれば、燃料供給部から分岐流路を通じて第2セルにアノードガスが供給されるため、水蒸気をほとんど含んでいないアノードガスが第2セルに供給される。これにより、仮に第2セルの方が第1セルよりも温度が低くなり易い場合であっても、第2セルに水滴が生成され難くなるため、第2セルにおける燃料欠乏を抑制することができる。 According to this configuration, since the anode gas is supplied from the fuel supply unit to the second cell through the branch flow path, the anode gas containing almost no water vapor is supplied to the second cell. As a result, even if the temperature of the second cell tends to be lower than that of the first cell, water droplets are less likely to be generated in the second cell, and thus fuel deficiency in the second cell can be suppressed. ..
また、上記構成によれば、第1マニホールドには、第2セルからアノードガスが流れ込むだけでなく、燃料供給部から供給流路を通じてアノードガスが流れ込んでいる。すなわち、アノードガスの流路構成としては、第1マニホールドに対して第2セルと供給流路とが並列に接続されている。これにより、第1マニホールドに対して第2セルのみが直列に接続されている場合と比較すると、アノードガスの圧力損失を低減することが可能である。 Further, according to the above configuration, not only the anode gas flows into the first manifold from the second cell, but also the anode gas flows from the fuel supply unit through the supply passage. That is, as the flow path configuration of the anode gas, the second cell and the supply flow path are connected in parallel to the first manifold. As a result, the pressure loss of the anode gas can be reduced as compared with the case where only the second cell is connected in series to the first manifold.
なお、上記手段、特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 The above-mentioned means and the reference numerals in parentheses in the claims are an example showing the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.
本開示によれば、燃料欠乏を抑制しつつ、アノードガスの圧力損失を低減することの可能な燃料電池システムを提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a fuel cell system capable of reducing pressure loss of anode gas while suppressing fuel deficiency.
以下、燃料電池システムの一実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
<第1実施形態>
はじめに、図1に示される燃料電池システム10の第1実施形態について説明する。図1に示されるように、本実施形態の燃料電池システム10は、燃料電池スタック20と、燃料供給部30と、ポンプ40とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of a fuel cell system will be described with reference to the drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same reference numerals are given to the same constituent elements in each drawing as much as possible, and overlapping description will be omitted.
<First Embodiment>
First, a first embodiment of the
燃料電池スタック20は、矢印Xで示される方向に積層して配置される複数のセル21により構成されている。各セル21は、アノードガスとカソードガスとの化学反応により電気エネルギを生成する。アノードガスとしては、例えば水素が用いられる。カソードガスとしては、例えば空気が用いられる。各セル21は、矢印Yで示される方向に延びるように形成されている。以下では、便宜上、矢印Xで示される方向を「セル積層方向X」とも称する。また、矢印Yで示される方向を「セル長手方向Y」とも称する。
The
図2に示されるように、セル21は、セル構造体110と、アノードセパレータ116と、カソードセパレータ117とを備えている。セル構造体110とアノードセパレータ116との間には、アノードガスが流通するアノードガス流路Waが形成されている。セル構造体110とカソードセパレータ117との間には、カソードガスが流通するカソードガス流路Wcが形成されている。
As shown in FIG. 2, the
セル構造体110は、電解質膜111をアノード触媒層112とカソード触媒層113とにより挟み込んだ構造を有している。カソード触媒層113では、カソードガス流路Wcを流れるカソードガス中の酸素が還元される。すなわち、カソード触媒層113は、酸素を還元する部分としての機能を有している。電解質膜111は、カソード触媒層113において酸素の還元により生成される酸素イオンをアノード触媒層112に移動させる部分としての機能を有している。アノード触媒層112では、カソード触媒層113から電解質膜111を介して移動する酸素イオンと、アノードガス流路Waを流れるアノードガスとの化学反応により水が生成される。すなわち、アノード触媒層112は、アノードガスを酸化する部分としての機能を有している。アノード触媒層112における化学反応の際に放出される電子によりセル構造体110にて発電が行われる。
The
セル構造体110は、アノード触媒層112及びアノードセパレータ116の間に配置されるアノード拡散層114と、カソード触媒層113及びカソードセパレータ117の間に配置されるカソード拡散層115とを更に備えている。アノード拡散層114及びカソード拡散層115は多孔質体からなる。アノード拡散層114は、アノードガス流路Waを流れるアノードガスをアノード触媒層112に拡散させて供給する機能を有している。カソード拡散層115は、カソードガス流路Wcを流れるカソードガスをカソード触媒層113に拡散させて供給する機能を有している。
The
アノードセパレータ116は、その表面に凹凸部を有する部材からなる。アノードセパレータ116の凹凸部とセル構造体110との間に形成された隙間により、アノードガス流路Waが形成されている。カソードセパレータ117も、同様に、その表面に凹凸部を有する部材からなる。カソードセパレータ117の凹凸部とセル構造体110との間に形成された隙間により、カソードガス流路Wcが形成されている。
The
燃料電池スタック20は、図2に示されるようなセル21が電気的に直列に接続されることにより構成されている。図1に示されるように、燃料電池スタック20において発電される電気エネルギは負荷50に供給されている。負荷50は、燃料電池スタック20から供給される電気エネルギを用いて駆動することが可能となっている。
The
図1に示されるように、燃料電池スタック20の一端部には、第1マニホールド22が設けられている。第1マニホールド22には、複数のセル21のそれぞれの一端部が接続されている。燃料電池スタック20の他端部には、第2マニホールド23が設けられている。第2マニホールド23には、複数のセル21のそれぞれの他端部が接続されている。各マニホールド22,23は、各セル21にアノードガスを分配する部分、又は各セル21を流れたアノードガスを集合させる部分として機能する。
As shown in FIG. 1, a
第2マニホールド23の内部には、仕切り壁230が設けられている。仕切り壁230により、第2マニホールド23の内部には、第2マニホールド23の中央部に配置される中央部内部流路231と、第2マニホールド23の右端部に配置される右端部内部流路232と、第2マニホールド23の左端部に配置される左端部内部流路233とが区画して形成されている。各内部流路231〜233は、独立した流路となっている。本実施形態では、中央部内部流路231が第1内部流路に相当し、端部内部流路232,233が第2内部流路に相当する。
A
以下では、便宜上、複数のセル21のうち、第2マニホールド23の中央部内部流路231に接続される複数のセル211を「中央部セル211」と称する。また、第2マニホールド23の右端部内部流路232に接続される複数のセル212を「右端部セル212」と称する。さらに、第2マニホールド23の左端部内部流路233に接続される複数のセル213を「左端部セル213」と称する。本実施形態では、中央部セル211が第1セルに相当し、端部セル212,213が第2セルに相当する。
Hereinafter, for convenience, the plurality of
燃料供給部30は、タンクやレギュレータ等を有して構成されており、供給流路W1を通じて第1マニホールド22にアノードガスを供給する。供給流路W1には、燃料供給部30から第1マニホールド22に向かってシャット弁60、調圧弁61、及び燃料循環部70が順に設けられている。供給流路W1には、シャット弁60と調圧弁61との間の部分から分岐する第1分岐流路W21及び第2分岐流路W22が設けられている。第1分岐流路W21は、第2マニホールド23の右端部内部流路232に接続されている。第2分岐流路W22は、第2マニホールド23の左端部内部流路233に接続されている。したがって、供給流路W1を流れるアノードガスの一部は、第1分岐流路W21及び第2分岐流路W22を通じて第2マニホールド23の右端部内部流路232及び左端部内部流路233に導かれるようになっている。
The
シャット弁60は供給流路W1を開閉するために用いられる。シャット弁60が開弁状態である場合、燃料供給部30から各マニホールド22,23を介して各セル21にアノードガスが供給されている状態となる。そのため、燃料電池スタック20において発電が可能となる。一方、シャット弁60が閉弁状態である場合、燃料供給部30から各マニホールド22,23を介した各セル21へのアノードガスの供給が遮断される。そのため、燃料電池スタック20において発電が不可能となる。このように、シャット弁60の操作により、燃料電池スタック20の駆動及び停止を切り替えることが可能である。
The shut
調圧弁61は、燃料供給部30から第1マニホールド22に供給される燃料の圧力を調整する際に用いられる。
燃料循環部70は、循環流路W4を通じて第2マニホールド23の中央部内部流路231に接続されている。燃料循環部70は、第2マニホールド23の中央部内部流路231に集められて排出されるアノード排ガスを供給流路W1に循環させる。燃料循環部70としては、例えばエジェクタが用いられる。アノード排ガスには、燃料電池スタック20から排出される未反応のアノードガスが含まれている。燃料循環部70は、この未反応のアノードガスを、供給流路W1を通じて燃料電池スタック20に再循環させることにより、燃料効率を高めている。
The
The
循環流路W4の途中には、排出流路W5が接続されている。排出流路W5は、アノード排ガス、及びアノードガスとカソードガスとの化学反応により生成される水を外部に排出する流路である。排出流路W5には、当該流路を開閉するための排出弁62が設けられている。
A discharge flow path W5 is connected in the middle of the circulation flow path W4. The discharge flow path W5 is a flow path for discharging the anode exhaust gas and water produced by the chemical reaction between the anode gas and the cathode gas to the outside. The discharge flow path W5 is provided with a
第1分岐流路W21の途中には、逆止弁63及び開閉弁64が設けられている。逆止弁63は、第1分岐流路W21から供給流路W1へのアノードガスの逆流を防止している。開閉弁64は、逆止弁63よりもアノードガスの流れ方向の下流側に配置されている。開閉弁64は、第1分岐流路W21を間欠的に開閉する。開閉弁64には、例えばインジェクタが用いられる。開閉弁64が閉弁状態であるとき、第1分岐流路W21を流れるアノードガスが開閉弁64と逆止弁63との間に一時的に滞留することにより、アノードガスの圧力が高められる。その後、開閉弁64が開状態になることにより、圧力の高められたアノードガスを第2マニホールド23の右端部内部流路232に供給することが可能となっている。
A
第2分岐流路W22の途中には、第1分岐流路W21と同様に、逆止弁65及び開閉弁66が設けられている。
ポンプ40は、供給流路W6を通じて各セル21の一端部にカソードガスを供給する。各セル21を流れたカソードガスは、各セル21の他端部から排出流路W7を通じて排出される。排出流路W7には、カソードガスの圧力を調整するための調圧弁41が設けられている。
A
The
次に、本実施形態の燃料電池システム10の動作例について説明する。
本実施形態の燃料電池システム10では、図1に一点鎖線の矢印で示されるようにアノードガスが流れる。すなわち、本実施形態の燃料電池システム10では、燃料供給部30から供給流路W1を通じて第1マニホールド22にアノードガスが供給される。また、供給流路W1を流れるアノードガスの一部が各分岐流路W21,W22に流入する。第1分岐流路W21に流入したアノードガスは、間欠的に開閉する開閉弁64において圧力が高められた後、第2マニホールド23の右端部内部流路232に供給される。第2マニホールド23の右端部内部流路232におけるアノードガスの圧力を「Pin」とし、第1マニホールド22におけるアノードガスの圧力を「Pout」とするとき、開閉弁64では、「Pin>Pout」となるようにアノードガスの圧力が高められる。これにより、右端部セル212では、図1に一点鎖線の矢印で示される方向に、すなわち第2マニホールド23の右端部内部流路232から第1マニホールド22に向かう方向にアノードガスが流れるようになっている。第2分岐流路W22に流入したアノードガスも、同様に、間欠的に開閉する開閉弁66において圧力が高められた後、第2マニホールド23の左端部内部流路233に供給される。これにより、左端部セル213では、図1に一点鎖線の矢印で示される方向に、すなわち第2マニホールド23の左端部内部流路233から第1マニホールド22に向かう方向にアノードガスが流れるようになっている。
Next, an operation example of the
In the
第2マニホールド23の右端部セル212では、この第2マニホールド23の右端部内部流路232から供給されるアノードガスに基づいて発電が行われる。同様に、左端部セル213では、この第2マニホールド23の左端部内部流路233から供給されるアノードガスに基づいて発電が行われる。
In the
本実施形態の第1マニホールド22には、図1に一点鎖線の矢印で示されるように、燃料供給部30から供給流路W1を通じてアノードガスが直接流入するとともに、右端部セル212及び左端部セル213のそれぞれを一旦流れたアノードガスが流入する。第1マニホールド22に流入したアノードガスは、中央部セル211を流れた後、第2マニホールド23の中央部内部流路231に流入する。すなわち、中央部セル211では、第1マニホールド22から第2マニホールド23に向かう方向にアノードガスが流れる。燃料供給部30から供給流路W1を通じて第1マニホールド22に流入する全てのアノードガスは中央部セル211を流れる。中央部セル211では、第1マニホールド22から供給されるアノードガスに発電が行われる。
In the
中央部セル211において発電に用いられた後に排出されるアノード排ガスは第2マニホールド23の中央部内部流路231に集められる。第2マニホールド23の中央部内部流路231に集められるアノード排ガスには、各セル21においてアノードガス及びカソードガスの化学反応により生成される水が含まれている。アノード排ガスに含まれる水のほとんどは水蒸気の状態である。
The anode exhaust gas discharged after being used for power generation in the
第2マニホールド23の中央部内部流路231に流入したアノード排ガスは、循環流路W4に流入する。循環流路W4に流入したアノード排ガスは、燃料循環部70を通じて供給流路W1に循環するか、あるいは排出流路W5を通じて外部に排出される。
以上説明した本実施形態の燃料電池システム10によれば、以下の(1)〜(5)に示される作用及び効果を得ることができる。
The anode exhaust gas that has flowed into the central
According to the
(1)本実施形態の燃料電池システム10では、燃料供給部30から分岐流路W21,W22を通じて端部セル212,213にアノードガスがそれぞれ供給されるため、水蒸気をほとんど含んでいないアノードガスが端部セル212,213に供給される。これにより、端部セル212,213の方が中央部セル211よりも温度が低くなり易い場合であっても。端部セル212,213のアノードガス流路Waに水滴が生成され難くなるため、端部セル212,213における燃料欠乏を抑制することができる。
(1) In the
(2)図3に示されるように、中央部セル211が第1マニホールド22を介して端部セル212,213のみに直列に接続されている場合には、中央部セル211に流すために必要なアノードガスの全てが端部セル212,213に流れることになる。このような構成の場合、端部セル212,213を流れるアノードガスの圧力損失が非常に大きくなる可能性がある。具体的には、流体の圧力損失は流量の二乗に比例する。したがって、例えば右端部セル212における圧力損失(Pin−Pout)は、その内部を流れるアノードガスの流量の二乗に比例することになる。
(2) As shown in FIG. 3, when the
この点、本実施形態の燃料電池システム10では、図1に示されるように、第1マニホールド22には、端部セル212,213からアノードガスが流れ込むだけでなく、燃料供給部30から供給流路W1を通じてアノードガスが流れ込んでいる。すなわち、アノードガスの流路構成としては、第1マニホールド22に対して端部セル212,213と供給流路W1とが並列に接続された状態となっている。そのため、図3に示されるように第1マニホールド22に対して端部セル212,213のみが直列に接続されている構造と比較すると、本実施形態の燃料電池システム10の方が、アノードガスの圧力損失を低減することが可能である。
In this respect, in the
(3)分岐流路W21,W22は、供給流路W1において燃料循環部70よりもアノードガスの流れ方向の上流側の部分から分岐して第2マニホールド23の右端部内部流路232及び左端部内部流路233にそれぞれ接続されている。このような構成であれば、燃料電池スタック20に燃料循環部70が設けられている場合であっても、アノードガスの圧力損失を低減することが可能である。
(3) The branch flow passages W21 and W22 branch from the upstream portion of the supply flow passage W1 in the flow direction of the anode gas with respect to the
(4)分岐流路W21,W22には、それらを開閉可能な開閉弁64,66がそれぞれ設けられている。これにより、開閉弁64,66の開閉動作により、分岐流路W21,W22から第2マニホールド23の右端部内部流路232及び左端部内部流路233にそれぞれ供給されるアノードガスの圧力を高めることができる。アノードガスの圧力を高めることにより、端部セル212,213において生成される水蒸気を下流側に押し流すことができるため、端部セル212,213に水蒸気が貯まり難くなる。結果的に、端部セル212,213のそれぞれのアノードガス流路Waに水滴が生成され難くなるため、水滴の発生に起因する端部セル212,213の燃料欠乏を未然に回避することができる。
(4) The branch flow passages W21 and W22 are respectively provided with open/
(5)燃料電池スタック20は、複数の中央部セル211の積層構造の両端部に端部セル212,213がそれぞれ配置された構造からなる。このような構造からなる燃料電池スタック20では、中央部セル211と比較して端部セル212,213の温度が低くなり易いため、端部セル212,213では、水滴の発生に起因する燃料欠乏の課題が生じ易い。そのため、本実施形態の燃料電池システム10のような構造を採用することの意義は大きい。
(5) The
<第2実施形態>
次に、燃料電池システム10の第2実施形態について説明する。以下、第1実施形態の燃料電池システム10との相違点を中心に説明する。
図4に示されるように、本実施形態の燃料電池システム10には、第1分岐流路W21における開閉弁64よりも下流側の部分と循環流路W4とを接続する第1バイパス流路W31が設けられている。また、本実施形態の燃料電池システム10には、第2分岐流路W22における開閉弁66よりも下流側の部分と循環流路W4とを接続する第2バイパス流路W32が設けられている。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the
As shown in FIG. 4, in the
第1バイパス流路W31には、当該流路W31を開閉する開閉弁81が設けられている。同様に、第2バイパス流路W32には、当該流路W32を開閉する開閉弁82が設けられている。本実施形態では、開閉弁64,66が分岐流路開閉弁に相当し、開閉弁81,82がバイパス流路開閉弁に相当する。
The first bypass flow passage W31 is provided with an opening/closing
次に、本実施形態の燃料電池システム10の動作例について説明する。
本実施形態の燃料電池システム10では、開閉弁81,82を共に閉弁状態に設定した上で、開閉弁64,66を間欠的に開閉させることにより、図4に一点鎖線の矢印で示されるようなアノードガスの流れを実現することができる。すなわち、第1実施形態の燃料電池システム10と同様のアノードガスの流れを実現することができる。したがって、この場合には、第1実施形態の燃料電池システム10と同様の作用及び効果を奏することが可能である。
Next, an operation example of the
In the
一方、本実施形態の燃料電池システム10では、開閉弁81,82を共に開弁状態に設定した上で、開閉弁64,66を閉弁状態に設定することにより、図5に一点鎖線の矢印で示されるようなアノードガスの流れを実現することが可能である。すなわち、第1マニホールド22に流れ込んだアノードガスは、中央部セル211、右端部セル212、及び左端部セル213にそれぞれ供給される。このアノードガスに基づいて中央部セル211、右端部セル212、及び左端部セル213において発電が行われる。セル211〜213において発電に用いられた後に排出されるアノード排ガスは、第2マニホールド23の中央部内部流路231、右端部内部流路232、及び左端部内部流路233にそれぞれ集められる。
On the other hand, in the
第2マニホールド23の中央部内部流路231に集められるアノード排ガスは、循環流路W4を介して燃料循環部70又は排出流路W5へ流れる。また、第2マニホールド23の右端部内部流路232に集められるアノード排ガスは、第1分岐流路W21及び第1バイパス流路W31を通じて循環流路W4に流入した後、燃料循環部70又は排出流路W5へ流れる。さらに、第2マニホールド23の左端部内部流路233に集められるアノード排ガスは、第2分岐流路W22及び第2バイパス流路W32を通じて循環流路W4に流入した後、燃料循環部70又は排出流路W5へ流れる。
The anode exhaust gas collected in the central
以上説明した本実施形態の燃料電池システム10によれば、以下の(6)に示される作用及び効果を更に得ることができる。
(6)分岐流路開閉弁64,64の開閉状態、及びバイパス流路開閉弁81,82の開閉状態を切り替えることにより、図4に矢印で示されるようなアノードガスの流れと、図5に矢印で示されるようなアノードガスの流れとを実現することができる。すなわち、本実施形態の燃料電池システム10によれば、2種類のアノードガスの流れを切替可能であるため、利便性を高めることができる。
According to the
(6) By switching the open/closed states of the branch flow passage open/
<他の実施形態>
なお、各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・各実施形態の燃料電池システム10から燃料循環部70を省略することが可能である。燃料循環部70を省略した場合には、循環流路W4に流れ込むアノード排ガスを排出流路W5からそのまま排出する構成にすればよい。
<Other Embodiments>
In addition, each embodiment can also be implemented in the following forms.
The
・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。 The present disclosure is not limited to the above specific examples. A person skilled in the art appropriately modified the above-described specific examples is also included in the scope of the present disclosure as long as the features of the present disclosure are provided. The elements included in the above-described specific examples, and the arrangement, conditions, shapes, and the like of the elements are not limited to those illustrated, but can be appropriately changed. The respective elements included in the above-described specific examples can be appropriately combined as long as there is no technical contradiction.
W1:供給流路
W4:循環流路
W21,W22:分岐流路
W31,W32:バイパス流路
10:燃料電池システム
20:燃料電池スタック
21:セル
22:第1マニホールド
23:第2マニホールド
30:燃料供給部
64,66:開閉弁(分岐流路開閉弁)
70:燃料循環部
81,82:開閉弁(バイパス流路開閉弁)
211:中央部セル(第1セル)
212:右端部セル(第2セル)
213:左端部セル(第2セル)
231:第1内部流路
232,233:第2内部流路
W1: Supply flow path W4: Circulation flow path W21, W22: Branch flow path W31, W32: Bypass flow path 10: Fuel cell system 20: Fuel cell stack 21: Cell 22: First manifold 23: Second manifold 30:
70:
211: Central cell (first cell)
212: Right end cell (second cell)
213: Leftmost cell (second cell)
231: 1st
Claims (5)
複数の前記セルのそれぞれの一端部に接続される第1マニホールド(22)と、
複数の前記セルのそれぞれの他端部に接続され、独立した第1内部流路(231)及び第2内部流路(232,233)を有する第2マニホールド(23)と、
前記第1マニホールドに供給流路(W1)を通じてアノードガスを供給する燃料供給部(30)と、
前記供給流路を流れるアノードガスの一部を前記第2マニホールドの前記第2内部流路に導く分岐流路(W21,W22)と、を備え、
前記セルには、
一端部が前記第1マニホールドに接続され、且つ他端部が前記第2マニホールドの前記第1内部流路に接続され、前記第1マニホールドから前記第2マニホールドに向かう方向にアノードガスが流れる第1セル(211)と、
一端部が前記第1マニホールドに接続され、且つ他端部が前記第2マニホールドの前記第2内部流路に接続され、前記第2マニホールドから前記第1マニホールドに向かう方向にアノードガスが流れる第2セル(212,213)と、が含まれている
燃料電池システム。 A fuel cell stack (20) composed of a laminated structure of a plurality of cells (21) that generate electric energy by the reaction of an anode gas and a cathode gas;
A first manifold (22) connected to one end of each of the plurality of cells;
A second manifold (23) connected to the other end of each of the plurality of cells and having independent first internal flow paths (231) and second internal flow paths (232, 233);
A fuel supply unit (30) for supplying anode gas to the first manifold through a supply flow path (W1);
A branch flow path (W21, W22) for guiding a part of the anode gas flowing through the supply flow path to the second internal flow path of the second manifold,
In the cell,
One end is connected to the first manifold, the other end is connected to the first internal flow path of the second manifold, and the anode gas flows in a direction from the first manifold to the second manifold. The cell (211),
One end is connected to the first manifold and the other end is connected to the second internal flow path of the second manifold, and the anode gas flows in a direction from the second manifold to the first manifold. A fuel cell system including cells (212, 213).
請求項1に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, further comprising a branch passage opening/closing valve (64, 66) capable of opening/closing the branch passage.
前記分岐流路は、前記供給流路において前記燃料循環部よりもアノードガスの流れ方向の上流側の部分から分岐して前記第2マニホールドの前記第2内部流路に接続されている
請求項1又は2に記載の燃料電池システム。 A fuel circulation unit (70) is provided in the middle of the supply passage, and circulates the anode gas collected in the first internal passage of the second manifold to the supply passage through the circulation passage (W4). Prepare,
The branch flow passage is branched from a portion of the supply flow passage upstream of the fuel circulation portion in the flow direction of the anode gas and is connected to the second internal flow passage of the second manifold. Or the fuel cell system according to item 2.
前記バイパス流路を開閉させるバイパス流路開閉弁(81,82)と、を更に備える
請求項3に記載の燃料電池システム。 A bypass flow path (W31, W32) for connecting the branch flow path and the circulation flow path,
The fuel cell system according to claim 3, further comprising a bypass flow passage opening/closing valve (81, 82) that opens and closes the bypass flow passage.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel cell stack has a structure in which the second cells are arranged at ends of a laminated structure of a plurality of the first cells.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018220443A JP2020087708A (en) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018220443A JP2020087708A (en) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | Fuel cell system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020087708A true JP2020087708A (en) | 2020-06-04 |
Family
ID=70910063
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018220443A Pending JP2020087708A (en) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | Fuel cell system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020087708A (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09259917A (en) * | 1996-03-21 | 1997-10-03 | Mitsubishi Electric Corp | Molten carbonate type fuel battery and manufacture thereof |
JP2003157887A (en) * | 2001-11-21 | 2003-05-30 | Fuji Electric Co Ltd | Solid high polymer fuel cell |
JP2004186008A (en) * | 2002-12-04 | 2004-07-02 | Nissan Motor Co Ltd | Solid polymer fuel cell, solid polymer fuel cell system and mobile body |
JP2006526271A (en) * | 2003-05-15 | 2006-11-16 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell system |
-
2018
- 2018-11-26 JP JP2018220443A patent/JP2020087708A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09259917A (en) * | 1996-03-21 | 1997-10-03 | Mitsubishi Electric Corp | Molten carbonate type fuel battery and manufacture thereof |
JP2003157887A (en) * | 2001-11-21 | 2003-05-30 | Fuji Electric Co Ltd | Solid high polymer fuel cell |
JP2004186008A (en) * | 2002-12-04 | 2004-07-02 | Nissan Motor Co Ltd | Solid polymer fuel cell, solid polymer fuel cell system and mobile body |
JP2006526271A (en) * | 2003-05-15 | 2006-11-16 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100549683B1 (en) | Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of supplying reaction gas in fuel cell | |
US20090098435A1 (en) | Fuel cells | |
KR20210011204A (en) | Humidifier for fuel cell | |
JP5386676B2 (en) | High performance proton exchange membrane (PEM) fuel cell | |
KR20200056230A (en) | Humidifier for a fuel cell | |
JP2004031135A (en) | Fuel cell and its control method | |
GB2376793A (en) | Fuel cell and method of operating same | |
US20090023047A1 (en) | Fuel cell | |
KR101405737B1 (en) | Fuel cell system embedded ejector | |
US20090123795A1 (en) | Condensate drainage subsystem for an electrochemical cell system | |
US20070128479A1 (en) | High efficiency fuel cell system | |
CN215418247U (en) | Fuel cell system with proportional valve | |
JP2010129482A (en) | Fuel cell separator, fuel cell stack, and fuel cell system | |
JP2008311099A (en) | Passage structure for fuel cell stack, and separator for fuel cell stack | |
JP2020087708A (en) | Fuel cell system | |
JP6200009B2 (en) | Operation method of fuel cell system | |
JP6185296B2 (en) | Purge valve | |
JP5366999B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5439737B2 (en) | Fuel cell | |
KR101186797B1 (en) | fuel cell with flow field structure having multiple channels maintaining different pressure each other | |
JP2009026524A (en) | Fuel cell module and fuel cell | |
JP3943006B2 (en) | Fuel supply device integrated structure | |
JP2008186672A (en) | Fuel cell | |
US20240105971A1 (en) | Fuel cell system | |
JP2000164240A (en) | Fuel cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210415 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20210510 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20210510 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220524 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220531 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20221122 |