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JPH11317238A - Fuel cell system for vehicle - Google Patents

Fuel cell system for vehicle

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Publication number
JPH11317238A
JPH11317238A JP10181739A JP18173998A JPH11317238A JP H11317238 A JPH11317238 A JP H11317238A JP 10181739 A JP10181739 A JP 10181739A JP 18173998 A JP18173998 A JP 18173998A JP H11317238 A JPH11317238 A JP H11317238A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
vehicle
water
air
Prior art date
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Granted
Application number
JP10181739A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4501165B2 (en
Inventor
Masashi Nakamura
正志 中村
Chikayuki Takada
慎之 高田
Munehisa Horiguchi
宗久 堀口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AQUEOUS Research KK
AQUEOUS RESERCH KK
Original Assignee
AQUEOUS Research KK
AQUEOUS RESERCH KK
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH11317238A publication Critical patent/JPH11317238A/en
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the heating up of a fuel cell stack by arranging the fuel cell stack in a ram air path of a vehicle. SOLUTION: A fuel cell stack 2 in a fuel cell system for a vehicle is arranged in a ram air path of the vehicle to cool it by the ram air. Although the load to the fuel cell is increased with increase in car speed and the calorific power of the fuel cell is also increased, cooling effect to the fuel cell stack 2 is also increased. Although part of water supplied to an air manifold is vaporized, water vapor is condensed with a water condenser 51 and recovered. A heat exchanger 52 in the water condenser 51 is arranged in a ram air path to enhance the heat exchange function of the heat exchanger 52, and thereby, the capacity required to the heat exchanger 52 is decreased, so that the heat exchanger 52 and also the water condenser 51 can be made compact.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は車輌用燃料電池システ
ムに関する。更に詳しくは、高分子固体電解質膜を有す
るPEM型の燃料電池であって水を液体の状態で空気極
に供給するタイプの燃料電池システム(以下、「水直噴
タイプの燃料電池システム」という)を車輌に適用する
ときの改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system for a vehicle. More specifically, a PEM type fuel cell having a polymer solid electrolyte membrane, which supplies water in a liquid state to an air electrode (hereinafter, referred to as a "water direct injection type fuel cell system") To improvements when applied to vehicles.

【0002】[0002]

【従来の技術】PEM型の燃料電池本体は、燃料極と空
気極との間に高分子固体電解質膜が挟持された構成であ
る。燃料極及び空気極はともに触媒物質を含む触媒層
と、前記触媒層を支持すると共に反応ガスを供給しさら
に集電体としての機能を有する電極器材からなる。燃料
極と空気極の更に外側には、反応ガスを外部より電極内
に均一に供給するとともに、余剰ガスを外部に排出する
ためのガス流通溝を設けたセパレータ(コネクタ板)が
積層される。このセパレータはガスの透過を防止すると
ともに発生した電流を外部へ取り出すための集電を行
う。
2. Description of the Related Art A PEM fuel cell body has a structure in which a polymer solid electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an air electrode. Each of the fuel electrode and the air electrode includes a catalyst layer containing a catalyst substance, and an electrode device that supports the catalyst layer, supplies a reaction gas, and has a function as a current collector. A separator (connector plate) is further provided outside the fuel electrode and the air electrode, in which a reaction gas is uniformly supplied from the outside to the inside of the electrode and a gas flow groove for discharging excess gas to the outside is provided. The separator prevents current permeation and performs current collection for taking out the generated current to the outside.

【0003】上記燃料電池本体とセパレータとで単電池
が構成される。実際の燃料電池システムでは、かかる単
電池の多数個が直列に積層されてスタックが構成され
る。燃料電池本体では、一般的に発生電力にほぼ相当す
る熱量の熱が発生する。従って、燃料電池本体が過度に
ヒートアップすることを防止するために、スタックに冷
却板を内蔵させる。この冷却板には空気や水などの冷却
媒体が冷却板内に配される通路を介して流通されてスタ
ックが冷却され、もって燃料電池本体が所望の温度に維
持される。
A unit cell is composed of the fuel cell body and the separator. In an actual fuel cell system, a large number of such cells are stacked in series to form a stack. In the fuel cell main body, generally, heat having a calorific value substantially corresponding to generated power is generated. Therefore, in order to prevent the fuel cell body from excessively heating up, a cooling plate is built in the stack. A cooling medium, such as air or water, is circulated through the cooling plate through a passage arranged in the cooling plate to cool the stack, thereby maintaining the fuel cell body at a desired temperature.

【0004】このような構成の燃料電池の起電力は、燃
料極側(アノード)に燃料ガスが供給され、空気極側に
酸化ガスが供給された結果、電気化学反応の進行に伴い
電子が発生し、この電子を外部回路に取り出すことによ
り、発生される。即ち、燃料極(アノード)にて得られ
る水素イオンがプロトン(H)の形態で、水分を
含んだ電解質膜中を空気極(カソード)側に移動し、ま
た燃料極(アノード)にて得られた電子が外部負荷を通
って空気極(カソード)側に移動して酸化ガス(空気を
含む)中の酸素と反応して水を生成する、一連の電気化
学反応による電気エネルギーを取り出すことができるか
らである。
[0004] The electromotive force of the fuel cell having such a configuration is such that electrons are generated as the electrochemical reaction proceeds as a result of fuel gas being supplied to the fuel electrode side (anode) and oxidizing gas being supplied to the air electrode side. Then, the electrons are generated by extracting the electrons to an external circuit. That is, the hydrogen ions obtained at the fuel electrode (anode) move in the electrolyte membrane containing water to the air electrode (cathode) side in the form of protons (H 3 O + ), and are transferred to the fuel electrode (anode). The electrons thus obtained move through the external load to the cathode (cathode) side and react with oxygen in the oxidizing gas (including air) to produce water, extracting electrical energy through a series of electrochemical reactions. Because you can do it.

【0005】上記において、プロトンが燃料極より空気
極に向かって電解質膜中を移動する際に水和の状態をと
るため、電解質膜が乾燥してしまうと、イオン伝導率が
低下し、エネルギー変換効率が低下してしまう。よっ
て、良好なイオン伝導を保つために固体電解質膜に水分
を供給する必要があり、そのために燃料ガス及び酸化ガ
スを加湿して、水分を供給している。また、アノード電
極側では、電極反応を適正に継続させるために、より水
素ガスの湿潤状態を維持する必要があり、燃料ガスの加
湿方法については従来から様々な提案がある。
[0005] In the above, since protons take a hydrated state when moving through the electrolyte membrane from the fuel electrode toward the air electrode, if the electrolyte membrane is dried, the ionic conductivity decreases, and energy conversion occurs. Efficiency is reduced. Therefore, it is necessary to supply moisture to the solid electrolyte membrane in order to maintain good ion conduction. For this purpose, the fuel gas and the oxidizing gas are humidified to supply moisture. In addition, on the anode electrode side, it is necessary to maintain a more humidified state of hydrogen gas in order to properly continue the electrode reaction, and there have been various proposals on humidification methods of fuel gas.

【0006】他方、プロセス空気を加湿する方法は従来
から提案されているが、反応熱により昇温されている
(通常80℃程度である)空気極を確実に加湿するに
は、常温のプロセス空気を加湿器において予め加温して
おく必要がある。飽和水蒸気量を空気極の周囲の環境と
一致させるためである。そのため、加湿器は水の供給機
能とプロセス空気の昇温機能とが求められる複雑な構成
であった。特開平7−14599号公報に開示の燃料電
池装置では、空気導入管に噴射ノズルを設けて加湿に必
要な水がプロセス空気中に噴霧される。この噴射ノズル
が圧縮機の上流側にある場合、噴霧された水はプロセス
空気の圧縮にともなう熱で蒸発され、水蒸気の状態で空
気極を加湿する。また、この装置でも、必要に応じて空
気の加湿装置が更に付加される。いずれにせよ従来の技
術では空気へ水蒸気を混入させることにより電解質膜へ
水分を補給していた。
On the other hand, a method of humidifying the process air has been proposed. However, in order to humidify the air electrode heated by the reaction heat (usually at about 80 ° C.), the process air at a normal temperature is required. Must be preheated in a humidifier. This is to make the amount of saturated water vapor coincide with the environment around the air electrode. Therefore, the humidifier has a complicated configuration that requires a water supply function and a process air heating function. In the fuel cell device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-14599, water required for humidification is sprayed into process air by providing an injection nozzle in an air introduction pipe. When the injection nozzle is located on the upstream side of the compressor, the sprayed water is evaporated by heat accompanying the compression of the process air, and humidifies the air electrode in a state of steam. In this device, an air humidifier is further added as needed. In any case, in the conventional technique, water is supplied to the electrolyte membrane by mixing water vapor into the air.

【0007】更には、特開平9−266004号公報に
示される燃料電池装置では、排出される水素ガスの濃度
を下げるため、燃料極から排出されるガス(この排気ガ
スには未反応の水素ガスが含まれている)を空気極側へ
導入してその中の水素ガスを空気極において燃焼させて
いる。当該燃焼において反応水(回収水)が生成される
ため、このような燃料電池装置では加湿器を特に付加し
なくても、電解質膜へ充分な水分を補給できることとな
る。
Further, in the fuel cell apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-266004, the gas discharged from the fuel electrode (the unreacted hydrogen gas Is included in the air electrode side, and the hydrogen gas therein is burned at the air electrode. Since reaction water (recovered water) is generated in the combustion, sufficient water can be supplied to the electrolyte membrane in such a fuel cell device without particularly adding a humidifier.

【0008】[0008]

【先の出願における開示の概要】更なる研究により以下
の事項が解った。所定値以下の厚さの電解質膜により、
燃料電池を構成した場合に、プロトンが空気極において
空気中の酸素と反応して生成された水が、電解質膜中を
空気極から水素極へ逆浸透する。この逆浸透された水に
より、電解質膜を好適な湿潤状態に維持することができ
るため、水素極(アノード電極)側で水素(燃料ガス)
を加湿する必要がない。しかし、空気極(カソード電
極)側において、導入される空気(酸化ガス)流によ
り、電解質膜の空気極側の水分が蒸発するため、電解質
膜の空気極側の水分が不足することが解った。
[Summary of Disclosure in Earlier Application] Further research has revealed the following matters. By the electrolyte membrane of the thickness less than the predetermined value,
When a fuel cell is configured, water generated by the reaction of protons with oxygen in the air at the air electrode reversely permeates the electrolyte membrane from the air electrode to the hydrogen electrode. The reverse osmosis water allows the electrolyte membrane to be maintained in a suitable wet state, so that hydrogen (fuel gas) is generated on the hydrogen electrode (anode electrode) side.
No need to humidify. However, it has been found that the water on the air electrode side of the electrolyte membrane evaporates due to the introduced air (oxidizing gas) flow on the air electrode (cathode electrode) side, so that the water on the air electrode side of the electrolyte membrane becomes insufficient. .

【0009】そこで先の出願では、燃料電池本体の空気
極に水が液体の状態で供給される、水直噴タイプの燃料
電池システムを提案した。このように構成された燃料電
池システムによれば、空気極の表面に供給された水が優
先的に空気から潜熱を奪うので、空気極側の電解質膜か
ら水分の蒸発することが防止される。従って、電解質膜
はその空気極側で乾燥することなく、常に均一な湿潤状
態を維持する。よって、燃料電池システムの性能及び/
又は耐久性が向上する。
Therefore, the earlier application proposed a water direct injection type fuel cell system in which water is supplied in a liquid state to an air electrode of a fuel cell body. According to the fuel cell system configured as described above, water supplied to the surface of the air electrode preferentially removes latent heat from the air, so that evaporation of water from the electrolyte membrane on the air electrode side is prevented. Therefore, the electrolyte membrane always maintains a uniform wet state without drying on the air electrode side. Therefore, the performance of the fuel cell system and / or
Or, the durability is improved.

【0010】さらには、水を液体の状態で空気極に供給
すると、空気極の表面に供給された水は空気極自体から
も熱を奪いこれを冷却するので、これにより燃料電池本
体の温度を制御できる。即ち、燃料電池スタックへ冷却
板を付加しなくても当該燃料電池本体を冷却することが
できる。
Further, when water is supplied to the air electrode in a liquid state, the water supplied to the surface of the air electrode also removes heat from the air electrode itself and cools it, thereby reducing the temperature of the fuel cell body. Can control. That is, the fuel cell main body can be cooled without adding a cooling plate to the fuel cell stack.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明者は先の出願で
提案された水直噴タイプの燃料電池システムを車輌に適
用すべく鋭意検討を重ねた。その結果、次の解決すべき
課題に気が付いた。車輌を駆動させる燃料電池システム
にはより高い効率と、よりコンパクトな容積及び軽量化
が求められる。車輌用の燃料電池システムでは車輌の走
行時、特に加速時に燃料電池本体に高い負荷がかかり、
その発熱量が大きくなる。従って、水直噴タイプの燃料
電池システムにおいて空気極に水を液体の状態で供給す
るだけでは燃料電池本体ひいては燃料電池スタックがヒ
ートアップしてしまうおそれがある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventor has made intensive studies to apply the water direct injection type fuel cell system proposed in the earlier application to a vehicle. As a result, I noticed the next problem to be solved. Fuel cell systems for driving vehicles are required to have higher efficiency, more compact volume and lighter weight. In a fuel cell system for a vehicle, a high load is applied to the fuel cell body when the vehicle is running, especially during acceleration.
The calorific value increases. Therefore, in the water injection type fuel cell system, if the water is simply supplied to the air electrode in a liquid state, the fuel cell main body and eventually the fuel cell stack may be heated up.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この発明の第1の局面
は、上記課題を解決するものであり、その構成は次の通
りである。車輌用燃料電池システムであって、燃料電池
スタックと、前記燃料電池スタックの空気極に水を液体
の状態で供給する手段と、を備えてなり、前記燃料電池
スタックが車輌のラム風の通路に配置されている、こと
を特徴とする車輌用燃料電池システム。
Means for Solving the Problems A first aspect of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and the configuration thereof is as follows. A fuel cell system for a vehicle, comprising: a fuel cell stack; and means for supplying water in a liquid state to an air electrode of the fuel cell stack, wherein the fuel cell stack is provided in a ram-like passage of the vehicle. A fuel cell system for a vehicle, wherein the fuel cell system is arranged.

【0013】このように構成されたこの発明の第1の局
面の車輌用燃料電池システムによれば、燃料電池スタッ
クに高い負荷がかかりその発熱量が大きくなる車輌の走
行時に、燃料電池スタックはラム風によって冷却され
る。従って、燃料電池スタックが過度にヒートアップさ
れることが未然に防止される。また、ラム風による冷却
効果があるので、水直噴タイプにおいて燃料電池スタッ
クに供給される水の量を低減することができる。よっ
て、水タンクに要求される容量をはじめとして燃料電池
システムにおける水供給系の各装置をコンパクトにする
ことができ、もってその軽量化を図れる。
According to the vehicle fuel cell system according to the first aspect of the present invention, the fuel cell stack is driven by the ram during running of the vehicle, in which a high load is applied to the fuel cell stack and the calorific value increases. Cooled by wind. Therefore, the fuel cell stack is prevented from being excessively heated up. Further, since there is a cooling effect by the ram wind, the amount of water supplied to the fuel cell stack in the water direct injection type can be reduced. Therefore, each device of the water supply system in the fuel cell system including the capacity required for the water tank can be made compact, and the weight can be reduced.

【0014】上記において、ラム風とは、車輌の進行に
ともない車輌内(特に車両のボンネット内部)を通過す
る空気の流れをいう。この車両のボンネット内部には、
発電用の燃料電池システム、電力変換装置や車輌走行用
モータ等が収納されている。車輌の進行にともない外気
は車輌前部の開口部、特にフロントグリルからボンネッ
ト内部に取り込まれ、その一部は室内を通過する。冷却
効果を考えればラム風の最も強い部分(乗用車ではフロ
ントグリルの部分)に燃料電池スタックを配置すること
が好ましい。また、車輌のボンネット上に外気取入れ用
の開口部を別途設けて、ここから取り入れられるラム風
の最も強い部分に燃料電池スタックを配置してもよい。
In the above description, the ram wind refers to the flow of air passing through the inside of a vehicle (particularly, the inside of the hood of the vehicle) as the vehicle advances. Inside the hood of this vehicle,
A fuel cell system for power generation, a power converter, a motor for driving a vehicle, and the like are housed therein. As the vehicle travels, the outside air is taken into the hood through an opening at the front of the vehicle, particularly from the front grill, and a part of the air passes through the room. In consideration of the cooling effect, it is preferable to dispose the fuel cell stack in a portion where the ram wind is strongest (a portion of the front grill in a car). Further, an opening for taking in outside air may be separately provided on the hood of the vehicle, and the fuel cell stack may be arranged at a portion where the ram wind taken in from there is strongest.

【0015】燃料電池本体はその空気極に水を液体の状
態で供給して所望の効果が得られるものであれば、特に
限定されない。実施例では、PEM型の燃料電池本体を
採用している。この燃料電池本体をセパレータで挟持し
て燃料電池の単位ユニットが構成される。この単位ユニ
ットを複数重ねあわせて燃料電池スタックが構成され
る。燃料電池スタックの空気極に水を液体の状態で供給
する手段もその機能が達成できれば特に限定されない。
実施例では、燃料電池スタックの空気流路の入り口の上
に配置されたノズルより水を噴霧させる構成とした。
The fuel cell body is not particularly limited as long as the desired effect can be obtained by supplying water to the air electrode in a liquid state. In the embodiment, a PEM type fuel cell body is adopted. The fuel cell body is sandwiched between separators to form a unit unit of the fuel cell. A fuel cell stack is formed by stacking a plurality of these unit units. The means for supplying water to the air electrode of the fuel cell stack in a liquid state is not particularly limited as long as the function can be achieved.
In the embodiment, the configuration is such that water is sprayed from a nozzle disposed above the entrance of the air flow path of the fuel cell stack.

【0016】なお、電解質膜の湿潤状態を維持し及び/
又は燃料電池スタックを冷却する観点から、この出願時
点では、空気極に供給される熱媒体として水が考えられ
る。勿論、将来同様の機能を有する他の熱媒体が開発さ
れれば、それは水と均等である。
The electrolyte membrane is maintained in a wet state and / or
Alternatively, from the viewpoint of cooling the fuel cell stack, at the time of this application, water is considered as a heat medium supplied to the air electrode. Of course, if another heat carrier having a similar function is developed in the future, it is equivalent to water.

【0017】この発明の第2の局面の車輌用燃料電池シ
ステムは次のように構成される。即ち、第1の局面の車
輌用燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックから
排出された空気の水分を凝縮して回収する凝縮器が更に
備えられ、該凝縮器も前記ラム風の通路に配置されてい
る。
The vehicle fuel cell system according to the second aspect of the present invention is configured as follows. That is, in the vehicle fuel cell system according to the first aspect, a condenser for condensing and recovering the moisture of the air discharged from the fuel cell stack is further provided, and the condenser is also disposed in the ram-like passage. I have.

【0018】このように構成されたこの発明の第2の局
面によれば、第1の局面の発明の作用効果に加えて、凝
縮器にラム風があたりその冷却機能が強化される。即
ち、一般的な凝縮器にはファンが備えられ、排出空気中
の水分を凝縮させるための熱交換器に強制的に風が送ら
れている。ここで、ラム風が利用できればファンに要求
される出力が小さくなる。よって、凝縮器のコンパクト
化及び軽量化及び省エネルギー化が図れる。
According to the second aspect of the present invention configured as described above, in addition to the operation and effect of the first aspect of the present invention, a ram wind hits the condenser and the cooling function thereof is enhanced. That is, a general condenser is provided with a fan, and wind is forcibly sent to a heat exchanger for condensing moisture in the exhaust air. Here, if the ram wind can be used, the output required of the fan decreases. Therefore, the compact, lightweight, and energy-saving condenser can be achieved.

【0019】この発明の第3の局面の車輌用燃料電池シ
ステムは次のように構成される。即ち、車輌用燃料電池
システムであって、燃料電池スタックと、冷媒を循環さ
せて前記燃料電池スタックを冷却する冷却系と、を備え
てなり、前記冷却系の熱交換器が車輌のラム風の通路に
配置されている、ことを特徴とする車輌用燃料電池シス
テム。
The vehicle fuel cell system according to the third aspect of the present invention is configured as follows. That is, a vehicular fuel cell system comprising a fuel cell stack and a cooling system that circulates a refrigerant to cool the fuel cell stack, wherein the heat exchanger of the cooling system generates a ram wind of the vehicle. A fuel cell system for a vehicle, which is disposed in a passage.

【0020】このように構成された第3の局面の発明に
よれば、燃料電池スタックに高い負荷がかかりその発熱
量が大きくなる車輌の走行時及び加速時に、燃料電池ス
タックの冷却系の熱交換器の冷却機能がラム風によって
強化される。従って、熱交換器のコンパクト化及び燃料
電池発電システムの省電力化を行うことができる。
According to the third aspect of the present invention, when the fuel cell stack is subjected to a high load and generates a large amount of heat, the heat exchange of the cooling system of the fuel cell stack during running and acceleration is performed. The cooling function of the vessel is enhanced by the ram wind. Therefore, it is possible to reduce the size of the heat exchanger and the power consumption of the fuel cell power generation system.

【0021】燃料電池スタックを冷却する冷却系はこれ
をコンパクト化するために減圧冷却系とすることが好ま
しい。減圧冷却系の冷媒には水を使用することが好まし
い。燃料電池スタックの各セパレータはカーボン製であ
り、有機系の冷媒を用いるとセパレータの主として有機
系のバインダが溶解されるおそれがあるからである。
The cooling system for cooling the fuel cell stack is preferably a reduced-pressure cooling system in order to make it compact. It is preferable to use water as the refrigerant of the reduced pressure cooling system. This is because each separator of the fuel cell stack is made of carbon, and if an organic refrigerant is used, mainly the organic binder of the separator may be dissolved.

【0022】この発明の第4の局面の車輌用燃料電池シ
ステムは次のように構成される。即ち、第3の局面の車
輌用燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックから
排出された空気の水分を凝縮して回収する凝縮器が更に
備えられ、該凝縮器も前記ラム風の通路に配置されてい
る。
A vehicle fuel cell system according to a fourth aspect of the present invention is configured as follows. That is, in the vehicle fuel cell system according to the third aspect, a condenser for condensing and recovering the moisture of the air discharged from the fuel cell stack is further provided, and the condenser is also disposed in the ram-like passage. I have.

【0023】このように構成されたこの発明の第4の局
面によれば、第3の局面の作用効果に加えて、凝縮器に
ラム風があたりその冷却機能が強化される。即ち、一般
的な凝縮器にはファンが備えられ、排出空気中の水分を
凝縮させるための熱交換器に強制的に風が送られてい
る。ここで、ラム風が利用できればファンに要求される
出力が小さくなる。よって、凝縮器のコンパクト化、軽
量化及び省電力化が図れる。
According to the fourth aspect of the present invention configured as described above, in addition to the function and effect of the third aspect, a ram wind hits the condenser and the cooling function thereof is enhanced. That is, a general condenser is provided with a fan, and wind is forcibly sent to a heat exchanger for condensing moisture in the exhaust air. Here, if the ram wind can be used, the output required of the fan decreases. Therefore, the compact, lightweight, and power-saving condenser can be achieved.

【0024】本発明の第5の局面の燃料電池システムは
次のように構成される。燃料電池スタック、水素吸蔵合
金、水素と空気中の酸素とを反応させて熱エネルギーを
取得する手段、該熱エネルギーを前記水素吸蔵合金に与
え、該水素吸蔵合金から水素を放出させる手段、前記水
素吸蔵合金から放出された水素により前記燃料電池スタ
ックから排出された一部の空気を昇温し、該昇温された
空気を前記熱エネルギー取得手段に導入する手段、を備
えてなる燃料電池システム。
The fuel cell system according to the fifth aspect of the present invention is configured as follows. Fuel cell stack, hydrogen storage alloy, means for reacting hydrogen with oxygen in air to obtain thermal energy, means for applying the heat energy to the hydrogen storage alloy, and means for releasing hydrogen from the hydrogen storage alloy, A fuel cell system comprising: means for raising the temperature of a part of the air discharged from the fuel cell stack by hydrogen released from the storage alloy, and introducing the heated air to the thermal energy obtaining means.

【0025】このように構成されたこの発明の第5の局
面のシステムによれば、燃料電池スタックにより昇温さ
れた一部の空気を水素吸蔵合金から放出された高温の水
素(例えば170〜200℃)でもって更に加熱して触
媒燃焼器などの熱エネルギー取得手段に導入するので、
当該触媒燃焼器における燃焼効率が向上する。従って、
システムとしてのトータルの熱効率が向上する。
According to the system of the fifth aspect of the present invention configured as described above, a part of the air heated by the fuel cell stack is converted into high-temperature hydrogen (for example, 170 to 200) released from the hydrogen storage alloy. ℃) and introduces it into thermal energy acquisition means such as a catalytic combustor.
The combustion efficiency in the catalytic combustor is improved. Therefore,
The total thermal efficiency of the system is improved.

【0026】[0026]

【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。図1に
この発明の実施例の燃料電池システム1の概略構成を示
す。この燃料電池システム1は、燃料電池スタック2、
燃料供給系10、空気供給系40、水供給系50及び負
荷系70及び制御系80から大略構成される。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 shows a schematic configuration of a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention. This fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 2,
The fuel supply system includes a fuel supply system 10, an air supply system 40, a water supply system 50, a load system 70, and a control system 80.

【0027】燃料電池スタック2は燃料電池の単位ユニ
ットを複数(約30〜100枚程度)接続したものであ
る。この単位ユニットは、図2に示すように、空気極3
と燃料極4とで固体高分子電解質5を挟持した燃料電池
本体を、更にカーボンブラックのセパレータ6、7で挟
持した構成である。この単位ユニットの形状は特に限定
されないが、セパレータ6と空気極3との間には空気を
流通させる空気流路8が上下方向に形成される。セパレ
ータ7と燃料極4との間には水素ガスを流通させる水素
ガス流路9が形成されている。この燃料電池スタック2
は車輌のラム風の通路に配置される。従って、この燃料
電池スタック2はラム風によって冷却される。車速が早
いときには燃料電池スタック2の負荷も大きくなってそ
の発熱量が大きくなるが、ラム風の風量も大きくなるの
でそれだけ燃料電池スタック2に対する冷却効果が大き
くなる。
The fuel cell stack 2 is formed by connecting a plurality (about 30 to 100) of unit cells of a fuel cell. This unit is, as shown in FIG.
The fuel cell body in which the solid polymer electrolyte 5 is sandwiched between the fuel cell 4 and the fuel electrode 4 is further sandwiched between carbon black separators 6 and 7. Although the shape of the unit unit is not particularly limited, an air flow path 8 through which air flows is formed between the separator 6 and the air electrode 3 in a vertical direction. A hydrogen gas flow path 9 through which hydrogen gas flows is formed between the separator 7 and the fuel electrode 4. This fuel cell stack 2
Is located in the ram-like passage of the vehicle. Therefore, the fuel cell stack 2 is cooled by the ram wind. When the vehicle speed is high, the load on the fuel cell stack 2 is increased and the amount of heat generated is increased.

【0028】燃料供給系10から上記水素ガス流路9に
水素ガスが導入され、連続的若しくは間欠的に燃料電池
スタック2から排出される。燃料供給系10には汎用的
なものを利用でき、水素の貯蔵及び放出は水素吸蔵合金
で行う。空気供給系40は空気マニホールド45より大
気を燃料電池スタック2の空気流路8に供給し、燃料電
池スタック2から排出された空気を水凝縮器51を通し
て排出する。
Hydrogen gas is introduced from the fuel supply system 10 into the hydrogen gas flow path 9 and discharged from the fuel cell stack 2 continuously or intermittently. A general-purpose fuel supply system 10 can be used, and storage and release of hydrogen are performed using a hydrogen storage alloy. The air supply system 40 supplies the air from the air manifold 45 to the air flow path 8 of the fuel cell stack 2, and discharges the air discharged from the fuel cell stack 2 through a water condenser 51.

【0029】この実施例では、空気マニホールド45に
複数のノズル55が配設されて、これより吸気中に水が
液体の状態で供給される。この水の大部分は液体の状態
を維持したまま水凝縮器51に到達し、そのままタンク
53へ送られて回収される。供給された水の一部は蒸発
し、水凝縮器51において凝縮されて回収される。この
水凝縮器51において、この実施例では、その熱交換器
52がラム風の通路に配置されている。これにより、熱
交換器52における熱交換機能(空気を冷却し水を凝縮
する)がラム風により補助若しくは強化される。よっ
て、熱交換器52自体に要求される容量が小さくなり、
もってラム風を利用しないものに比べて熱交換器52ひ
いては水凝縮器51をコンパクトにすることができる。
In this embodiment, a plurality of nozzles 55 are arranged in the air manifold 45, from which water is supplied in a liquid state during intake. Most of this water reaches the water condenser 51 while maintaining the liquid state, and is sent to the tank 53 as it is to be collected. Part of the supplied water evaporates and is condensed and recovered in the water condenser 51. In the water condenser 51, in this embodiment, the heat exchanger 52 is disposed in a ram-like passage. Thereby, the heat exchange function (cooling air and condensing water) in the heat exchanger 52 is assisted or strengthened by the ram wind. Therefore, the capacity required for the heat exchanger 52 itself is reduced,
Thus, the heat exchanger 52 and, consequently, the water condenser 51 can be made more compact than those not using the ram wind.

【0030】水供給系50はタンク53の水をノズル5
5から空気マニホールド45へ供給し、この水を水凝縮
器51で回収してタンク53に戻すという閉じられた系
である。勿論、水供給系50を完全に閉じることは不可
能であるので、タンク53の水位をモニタしてこの水位
が所定の閾値を超えたら外部より水を補給する。冬季に
タンク53中の水が凍結しないようにタンク53にはヒ
ータを取り付けることが好ましい。
The water supply system 50 supplies water from the tank 53 to the nozzle 5
5 is a closed system in which the water is supplied to the air manifold 45, and this water is collected by the water condenser 51 and returned to the tank 53. Of course, since it is impossible to completely close the water supply system 50, the water level in the tank 53 is monitored, and if the water level exceeds a predetermined threshold, water is supplied from outside. It is preferable to attach a heater to the tank 53 so that the water in the tank 53 does not freeze in winter.

【0031】タンク53の水はポンプ61により空気マ
ニホールド内に配設されたノズル55へ圧送され、ここ
から空気極3の表面に対して連続的若しくは間欠的に噴
出される。この水は燃料電池スタック2の空気極3に供
給され、ここにおいて優先的に空気から潜熱を奪うの
で、空気極3側の電解質膜5からの水分の蒸発が防止さ
れる。従って、電解質膜5はその空気極3側で乾燥する
ことなく、常に均一な湿潤状態を維持する。また、空気
極3の表面に供給された水は空気極3自体からも熱を奪
いこれを冷却する。この冷却効果とラム風による冷却効
果により燃料電池スタック2の温度を制御できる。
The water in the tank 53 is pumped by a pump 61 to a nozzle 55 disposed in an air manifold, and is continuously or intermittently jetted from the nozzle 55 to the surface of the air electrode 3. This water is supplied to the air electrode 3 of the fuel cell stack 2 and preferentially removes latent heat from the air, so that evaporation of water from the electrolyte membrane 5 on the air electrode 3 side is prevented. Therefore, the electrolyte membrane 5 does not dry on the side of the air electrode 3 and always maintains a uniform wet state. Further, the water supplied to the surface of the air electrode 3 also removes heat from the air electrode 3 itself and cools it. The temperature of the fuel cell stack 2 can be controlled by the cooling effect and the cooling effect by the ram wind.

【0032】負荷系70は燃料電池スタック2の出力を
外部に取り出して、モータ77等の負荷を駆動させる。
負荷系70の出力は水供給系50のポンプ61及び制御
系80のコントローラ81にも与えられる。
The load system 70 extracts the output of the fuel cell stack 2 to the outside and drives a load such as a motor 77.
The output of the load system 70 is also provided to the pump 61 of the water supply system 50 and the controller 81 of the control system 80.

【0033】制御系80は、燃料電池スタック2に対す
るラム風の影響をモニタして、燃料電池スタック2に供
給される水の量を制御し、もって燃料電池スタック2の
温度を維持する。コントローラ81は、図示しないCP
Uとメモリを備える。メモリにはCPUの動作を制御す
るプログラムが保存されており、CPUは当該プログラ
ムに基づき、入力されたデータを処理してポンプ61の
作動を制御する。図中の符号83は温度センサであり、
燃料電池スタック2の温度をモニタしている。
The control system 80 monitors the effect of the ram wind on the fuel cell stack 2, controls the amount of water supplied to the fuel cell stack 2, and maintains the temperature of the fuel cell stack 2. The controller 81 includes a CP (not shown).
U and a memory. A program for controlling the operation of the CPU is stored in the memory, and the CPU processes input data and controls the operation of the pump 61 based on the program. Reference numeral 83 in the figure denotes a temperature sensor,
The temperature of the fuel cell stack 2 is monitored.

【0034】次に、この実施例の燃料電池システム1の
動作を図3に基づき説明する。なお、下記の動作の中で
行われる演算は全てコントローラ81のCPUがメモリ
に保存されているプログラムに基づいて行っている。
Next, the operation of the fuel cell system 1 of this embodiment will be described with reference to FIG. Note that all operations performed in the following operations are performed by the CPU of the controller 81 based on a program stored in a memory.

【0035】スタート後、ポンプ61が作動してタンク
53の水がノズル55より空気マニホールド45内に噴
出され、燃料電池スタック2の空気極3に水が液体の状
態で供給される(ステップ1)。これにより、燃料電池
スタック2が予め冷却され、システム起動時の電解質膜
等におけるいわゆる焼き付きが未然に防止される。
After the start, the pump 61 is operated, the water in the tank 53 is jetted from the nozzle 55 into the air manifold 45, and the water is supplied to the air electrode 3 of the fuel cell stack 2 in a liquid state (step 1). . As a result, the fuel cell stack 2 is cooled in advance, and so-called burn-in in the electrolyte membrane or the like at the time of starting the system is prevented.

【0036】その後、空気供給系40をオンにし、続い
て燃料供給系10をオンにしてシステム1を起動する
(ステップ2)。車輌の走行に伴いラム風が発生し、ラ
ム風による燃料電池スタック2及び水凝縮器51の熱交
換器52に対する空冷が開始する(ステップ3)。
Thereafter, the air supply system 40 is turned on, and then the fuel supply system 10 is turned on to start up the system 1.
(Step 2). A ram wind is generated as the vehicle travels, and the ram wind starts air cooling of the heat exchanger 52 of the fuel cell stack 2 and the water condenser 51 (step 3).

【0037】ステップ4では、図示しない温度計で検出
されたラム風の温度と車輌付設の速度計で検出された車
輌の走行速度に基づき、ラム風による冷却能Yを演算す
る。なお、コントローラのメモリはラム風の温度及び走
行速度と冷却能Yとの関係を予め保存しており、CPU
はこの関係を参照してこのステップ4の演算を行う。一
方、ステップ5では、走行に対応した燃料電池スタック
2の実際の出力に基づき、燃料電池スタック2の総発熱
量Zを同じくCPUで演算する。なお、コントローラの
メモリは出力と燃料電池スタック2の総発熱量との関係
を予め保存しており、CPUはこの関係を参照してこの
ステップ5の演算を行う。
In step 4, the cooling capacity Y by the ram wind is calculated based on the temperature of the ram wind detected by a thermometer (not shown) and the running speed of the vehicle detected by a speedometer attached to the vehicle. The memory of the controller stores in advance the relationship between the temperature and running speed of the ram wind and the cooling capacity Y,
Performs the operation of step 4 with reference to this relationship. On the other hand, in step 5, based on the actual output of the fuel cell stack 2 corresponding to traveling, the total calorific value Z of the fuel cell stack 2 is similarly calculated by the CPU. Note that the memory of the controller stores the relationship between the output and the total heat generation amount of the fuel cell stack 2 in advance, and the CPU refers to this relationship to perform the calculation in step S5.

【0038】ステップ6では、燃料電池スタック2の総
発熱量Zとラム風による冷却能Yとの差を演算する。そ
して、この差(Z−Y)の熱量を冷却するのに適当な水
量を演算する。ステップ7でこの水量がノズル55から
噴出されるようにポンプ61をコントローラ81で制御
する。
In step 6, the difference between the total heat value Z of the fuel cell stack 2 and the cooling capacity Y by the ram wind is calculated. Then, a water amount appropriate for cooling the heat amount of the difference (Z−Y) is calculated. In step 7, the pump 61 is controlled by the controller 81 so that this amount of water is ejected from the nozzle 55.

【0039】ステップ8では、温度センサ83で燃料電
池スタック2の温度を検出し、この温度と予め定めれて
メモリに保存されている設定温度(50〜60℃)とを
比較する。燃料電池スタック2の温度が設定温度内にあ
れば定常走行モード(ステップ9)となりポンプ61の
出力、即ち水直噴量を安定させる。一方、当該温度が標
準温度から外れているとステップ4に戻り、水直噴量を
調整する。
In step 8, the temperature of the fuel cell stack 2 is detected by the temperature sensor 83, and this temperature is compared with a preset temperature (50 to 60 ° C.) stored in a predetermined memory. If the temperature of the fuel cell stack 2 is within the set temperature, a steady running mode (step 9) is set, and the output of the pump 61, that is, the direct water injection amount is stabilized. On the other hand, if the temperature deviates from the standard temperature, the process returns to step 4 to adjust the water direct injection amount.

【0040】上記動作を別の方向からみれば、燃料電池
スタック2の冷却はもっぱらノズル5より供給される水
によりなされるが、ラム風による冷却作用が付加され
る。従って、燃料電池スタック2の過度のヒートアップ
が確実に防止される。
When the above operation is viewed from another direction, the cooling of the fuel cell stack 2 is performed exclusively by the water supplied from the nozzle 5, but a cooling action by the ram wind is added. Therefore, excessive heating up of the fuel cell stack 2 is reliably prevented.

【0041】次に、この発明の第2の実施例を図4及び
図5に基づいて説明する。なお図4において図1と同一
の要素には、また、図5において図3と同一のステップ
にはそれぞれ同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施例の燃料電池システム100では、燃料電池ス
タック2を冷却する冷却系110が設けられている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 4, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and in FIG. 5, the same steps as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
In the fuel cell system 100 of this embodiment, a cooling system 110 for cooling the fuel cell stack 2 is provided.

【0042】この冷却系110は燃料電池スタック2と
周知構成の熱交換器111との間で冷媒としての水を循
環させる。符号112はそのためのポンプであり、ポン
プ112の電源はこの燃料電池スタック2自体からとら
れる。この実施例では、熱交換器111がラム風の通路
に配置されている。これにより、水に対する熱交換器の
冷却能力がラム風により補助ないし強化される。よっ
て、ラム風を利用しないものに比べてこれをコンパクト
にすることができる。
The cooling system 110 circulates water as a coolant between the fuel cell stack 2 and a heat exchanger 111 having a well-known configuration. Reference numeral 112 denotes a pump for that purpose, and power for the pump 112 is taken from the fuel cell stack 2 itself. In this embodiment, the heat exchanger 111 is arranged in a ram-like passage. Thereby, the cooling capacity of the heat exchanger for water is assisted or enhanced by the ram wind. Therefore, this can be made more compact than the one that does not use the ram wind.

【0043】この実施例では、冷却系110のポンプ1
12も制御系180のコントローラ181によって制御
される。即ち、図5のフローチャートにあるように、ス
テップ106において、総発熱量Zとラム風による冷却
能Yよりノズル55から噴出すべき水の量Vと冷却系1
10に求められる冷却能Cとが演算される。この演算を
実行するため、コントローラ内のメモリには総発熱量Z
及びラム風による冷却能Yと水噴出量V及び冷却系11
0求められるに冷却能Cとの関係が予め保存されてい
る。そして、ステップ107では、ステップ106で求
められた水噴出量Vと冷却能Cとに基づいて、それぞれ
水供給系50のポンプ61の出力と冷却系110のポン
プ112の出力とが制御される。
In this embodiment, the pump 1 of the cooling system 110
12 is also controlled by the controller 181 of the control system 180. That is, as shown in the flowchart of FIG. 5, in step 106, the amount V of water to be ejected from the nozzle 55 and the cooling system
The cooling capacity C required for 10 is calculated. To execute this calculation, the total heat generation Z is stored in the memory in the controller.
Capacity Y and water jet volume V due to ram wind and cooling system 11
The relationship with the cooling capacity C is stored in advance when 0 is obtained. In step 107, the output of the pump 61 of the water supply system 50 and the output of the pump 112 of the cooling system 110 are controlled based on the water ejection amount V and the cooling capacity C obtained in step 106.

【0044】なお、燃料電池スタック2に付設された冷
却系110の熱交換器111をラム風の通路に配置する
ことは、水直噴タイプの燃料電池システムに限られるも
のではない。
The arrangement of the heat exchanger 111 of the cooling system 110 attached to the fuel cell stack 2 in the ram-like passage is not limited to the water direct injection type fuel cell system.

【0045】図6に第3の実施例の燃料電池システム2
00を示す。なお、図4と同一の要素には同一の符号を
付してその説明を省略する。この実施例の燃料電池シス
テム200は、図4に示したシステム100においてそ
の冷却系を減圧冷却系210としたものである。減圧冷
却系210において熱交換器211がラム風の通路に配
置される。図中の符号212はコンプレッサである。減
圧冷却系を採用することにより、燃料電池スタック2に
付設される冷却系がよりコンパクトになる。
FIG. 6 shows a fuel cell system 2 according to the third embodiment.
00 is shown. The same elements as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The fuel cell system 200 of this embodiment is such that the cooling system in the system 100 shown in FIG. In the reduced-pressure cooling system 210, the heat exchanger 211 is arranged in a ram-like passage. Reference numeral 212 in the figure denotes a compressor. By employing the reduced pressure cooling system, the cooling system attached to the fuel cell stack 2 becomes more compact.

【0046】この実施例の燃料電池システム200の動
作は、ポンプ112の出力制御をコンプレッサ212の
出力制御とする他は、図5のフローチャートと同じであ
る。
The operation of the fuel cell system 200 of this embodiment is the same as the flowchart of FIG. 5 except that the output control of the pump 112 is controlled by the output control of the compressor 212.

【0047】図7に第4の実施例の燃料電池システム3
00を示す。なお、図7において図1と同一の要素には
同一の符号を付してその説明を省略する。この実施例の
燃料電池システム300では、図1に示したシステム1
において、新規な構成の燃料供給系310を用いた。
FIG. 7 shows a fuel cell system 3 according to the fourth embodiment.
00 is shown. In FIG. 7, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In the fuel cell system 300 of this embodiment, the system 1 shown in FIG.
, A fuel supply system 310 having a novel configuration was used.

【0048】この燃料供給系310は水素吸蔵合金31
1に貯えられた水素を熱交換器317、319を介して
燃料電池スタック2へ供給する。この水素吸蔵合金31
1にはMg−Ni系等の高吸蔵材が用いられ、触媒燃焼
器313の熱により水素を放出する。触媒燃焼器313
には水素吸蔵合金311から放出された水素の一部と空
気が導入される。そして、触媒上で水素と空気中の酸素
とが反応し熱エネルギーが取り出される。この熱エネル
ギーはヒートポンプその他の通常の間接熱交換を伴う熱
伝達部材により水素吸蔵合金311へ与えられ、これを
加熱する。
The fuel supply system 310 includes the hydrogen storage alloy 31
The hydrogen stored in 1 is supplied to the fuel cell stack 2 via the heat exchangers 317 and 319. This hydrogen storage alloy 31
For 1, a high occlusion material such as an Mg-Ni-based material is used, and hydrogen is released by the heat of the catalytic combustor 313. Catalytic combustor 313
A part of the hydrogen released from the hydrogen storage alloy 311 and the air are introduced into the air. Then, hydrogen and oxygen in the air react on the catalyst, and thermal energy is extracted. This heat energy is given to the hydrogen storage alloy 311 by a heat pump or another heat transfer member with ordinary indirect heat exchange, and heats the alloy.

【0049】この実施例では、触媒燃焼器313へ供給
される空気が、熱交換器317を介して、水素吸蔵合金
311から放出された水素により予め触媒燃焼温度近く
まで加熱される。従って、触媒燃料器313における燃
焼効率が向上する。更にこの実施例では熱交換器317
に導入される空気として燃料電池スタックにより昇温さ
れている排出空気を利用する。従って、更に熱エネルギ
ーの有効利用が図れる。
In this embodiment, the air supplied to the catalytic combustor 313 is preheated to near the catalytic combustion temperature by the hydrogen released from the hydrogen storage alloy 311 via the heat exchanger 317. Therefore, the combustion efficiency in the catalytic fuel device 313 is improved. Further, in this embodiment, the heat exchanger 317 is used.
The exhaust air heated by the fuel cell stack is used as air introduced into the fuel cell stack. Therefore, effective use of heat energy can be achieved.

【0050】触媒燃焼器313から排出された高温の空
気は空気供給系40において水凝縮器51の上流側に戻
される。なお、空気供給系40を流れる空気において触
媒燃焼器313に送られるのはごく一部であるし、特に
この実施例の水凝縮器51ではその空気冷却機能がラム
風により強化されているので、空気供給系40に高温の
空気が戻されても水凝縮器51の機能に殆ど影響を与え
ない。
The high-temperature air discharged from the catalytic combustor 313 is returned to the upstream side of the water condenser 51 in the air supply system 40. Note that only a small portion of the air flowing through the air supply system 40 is sent to the catalytic combustor 313, and in particular, in the water condenser 51 of this embodiment, the air cooling function is enhanced by ram wind. Even if high-temperature air is returned to the air supply system 40, the function of the water condenser 51 is hardly affected.

【0051】参考のため、燃料供給系310における熱
収支を図面上に示した。
For reference, the heat balance in the fuel supply system 310 is shown on the drawing.

【0052】この発明は、上記発明の実施の形態及び実
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
The present invention is not limited to the description of the above-described embodiments and examples. Various modifications are included in the present invention without departing from the scope of the claims and within the scope of those skilled in the art.

【0053】(13)車輌用燃料電池システムであっ
て、燃料電池スタックと、冷媒を循環させて前記燃料電
池スタックを冷却する冷却系と、を備えてなり、前記冷
却系の熱交換器が車輌のラム風の通路に配置されてい
る、ことを特徴とする車輌用燃料電池システム。 (14) 前記冷却系は減圧冷却により前記燃料電池ス
タックを冷却する、ことを特徴とする(13)に記載の
車輌用燃料電池システム。 (15) 前記冷媒は水である、ことを特徴とする(1
4)に記載の車輌用燃料電池システム。 (16) 前記燃料電池スタックから排出された空気の
水分を凝縮して回収する凝縮器が更に備えられ、該凝縮
器も前記ラム風の通路に配置されている、ことを特徴と
する(13)〜(15)のいずれかに記載の車輌用燃料
電池システム。
(13) A fuel cell system for a vehicle, comprising: a fuel cell stack; and a cooling system for circulating a refrigerant to cool the fuel cell stack, wherein the heat exchanger of the cooling system is a vehicle. A fuel cell system for a vehicle, wherein the fuel cell system is disposed in a ram-like passage. (14) The fuel cell system for a vehicle according to (13), wherein the cooling system cools the fuel cell stack by decompression cooling. (15) The refrigerant is water, (1)
The fuel cell system for a vehicle according to 4). (16) A condenser for condensing and recovering the moisture of the air discharged from the fuel cell stack is further provided, and the condenser is also arranged in the ram-like passage. (13) The vehicle fuel cell system according to any one of (1) to (15).

【0054】(20) 燃料電池スタック、水素吸蔵合
金、水素と空気中の酸素とを反応させて熱エネルギーを
取得する手段、該熱エネルギーを前記水素吸蔵合金に与
え、該水素吸蔵合金から水素を放出させる手段、前記燃
料電池スタックから排出された空気を前記熱エネルギー
取得手段に導入する手段、を備えてなる燃料電池システ
ム。 (21) 燃料電池スタック、水素吸蔵合金、水素と空
気中の酸素とを反応させて熱エネルギーを取得する手
段、該熱エネルギーを前記水素吸蔵合金に与え、該水素
吸蔵合金から水素を放出させる手段、前記水素吸蔵合金
から放出された水素により昇温された空気を前記熱エネ
ルギー取得手段に導入する手段、を備えてなる燃料電池
システム。
(20) Fuel cell stack, hydrogen storage alloy, means for reacting hydrogen with oxygen in air to obtain thermal energy, applying the thermal energy to the hydrogen storage alloy, and converting hydrogen from the hydrogen storage alloy A fuel cell system comprising: means for discharging air; and means for introducing air discharged from the fuel cell stack to the thermal energy obtaining means. (21) Fuel cell stack, hydrogen storage alloy, means for obtaining thermal energy by reacting hydrogen with oxygen in air, means for applying the thermal energy to the hydrogen storage alloy and releasing hydrogen from the hydrogen storage alloy A means for introducing air heated by the hydrogen released from the hydrogen storage alloy to the thermal energy obtaining means.

【0055】(30) 燃料電池スタック、水素吸蔵合
金、水素と空気中の酸素とを反応させて熱エネルギーを
取得する手段、該熱エネルギーを前記水素吸蔵合金に与
え、該水素吸蔵合金から水素を放出させる手段、を備え
てなる燃料電池システム。
(30) A fuel cell stack, a hydrogen storage alloy, means for reacting hydrogen with oxygen in the air to obtain thermal energy, and applying the thermal energy to the hydrogen storage alloy to convert hydrogen from the hydrogen storage alloy A fuel cell system comprising: means for discharging.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1はこの発明の第1の実施例の燃料電池シス
テムの構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図2は同じく燃料電池の単位ユニットの構成を
示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of a unit unit of the fuel cell in the same manner.

【図3】図3は同じく第1の実施例の燃料電池システム
の動作を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system according to the first embodiment.

【図4】図4はこの発明の第2の実施例の燃料電池シス
テムの構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

【図5】図5は同じく第2の実施例の燃料電池システム
の動作を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system according to the second embodiment.

【図6】図6はこの発明の第3の実施例の燃料電池シス
テムの構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.

【図7】図7はこの発明の第4の実施例の燃料電池シス
テムの構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、100、200、300 燃料電池システム 2 燃料電池スタック 3 空気極 10、310 燃料供給系 50 水供給系 55 ノズル 51 水凝縮器 110 燃料電池スタックの冷却系 210 燃料電池スタックの減圧冷却系 311 水素吸蔵合金 313 触媒燃焼器 317 熱交換器 1, 100, 200, 300 Fuel cell system 2 Fuel cell stack 3 Air electrode 10, 310 Fuel supply system 50 Water supply system 55 Nozzle 51 Water condenser 110 Cooling system of fuel cell stack 210 Decompression cooling system of fuel cell stack 311 Hydrogen Storage alloy 313 Catalyst combustor 317 Heat exchanger

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 車輌用燃料電池システムであって、 燃料電池スタックと、 前記燃料電池スタックの空気極に水を液体の状態で供給
する手段と、を備えてなり、 前記燃料電池スタックが車輌のラム風の通路に配置され
ている、ことを特徴とする車輌用燃料電池システム。
1. A fuel cell system for a vehicle, comprising: a fuel cell stack; and means for supplying water in a liquid state to an air electrode of the fuel cell stack, wherein the fuel cell stack includes a fuel cell stack. A fuel cell system for a vehicle, which is disposed in a ram-like passage.
【請求項2】 前記燃料電池スタックから排出された空
気の水分を凝縮して回収する凝縮器が更に備えられ、該
凝縮器も前記ラム風の通路に配置されている、ことを特
徴とする請求項1に記載の車輌用燃料電池システム。
2. The apparatus according to claim 1, further comprising a condenser for condensing and recovering the moisture of the air discharged from the fuel cell stack, wherein the condenser is also disposed in the ram-like passage. Item 4. A vehicle fuel cell system according to item 1.
【請求項3】 車輌用燃料電池システムであって、 燃料電池スタックと、 前記燃料電池スタックの空気極に水を液体の状態で供給
する手段と、 冷媒を循環させて前記燃料電池スタックを冷却する冷却
系と、を備えてなり、 前記冷却系の熱交換器が車輌のラム風の通路に配置され
ている、ことを特徴とする車輌用燃料電池システム。
3. A fuel cell system for a vehicle, comprising: a fuel cell stack; means for supplying water in a liquid state to an air electrode of the fuel cell stack; and circulating a coolant to cool the fuel cell stack. And a cooling system, wherein the heat exchanger of the cooling system is disposed in a ram-like passage of the vehicle.
【請求項4】 前記冷却系は減圧冷却により前記燃料電
池スタックを冷却する、ことを特徴とする請求項3に記
載の車輌用燃料電池システム。
4. The fuel cell system for a vehicle according to claim 3, wherein the cooling system cools the fuel cell stack by decompression cooling.
【請求項5】 前記冷媒は水である、ことを特徴とする
請求項4に記載の車輌用燃料電池システム。
5. The vehicle fuel cell system according to claim 4, wherein the refrigerant is water.
【請求項6】 前記燃料電池スタックから排出された空
気の水分を凝縮して回収する凝縮器が更に備えられ、該
凝縮器も前記ラム風の通路に配置されている、ことを特
徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の車輌用燃料電
池システム。
6. A condenser for condensing and recovering moisture of air discharged from the fuel cell stack, and the condenser is also disposed in the ram-like passage. Item 6. A vehicle fuel cell system according to any one of Items 3 to 5.
【請求項7】 車輌用燃料電池システムであって、 燃料電池スタックと、 冷媒を循環させて前記燃料電池スタックを冷却する冷却
系と、を備えてなり、 前記冷却系は減圧冷却により前記燃料電池スタックを冷
却する、ことを特徴とする車輌用燃料電池システム。
7. A fuel cell system for a vehicle, comprising: a fuel cell stack; and a cooling system that circulates a coolant to cool the fuel cell stack, wherein the cooling system is configured to perform the fuel cell stack by decompression cooling. A fuel cell system for a vehicle, comprising cooling a stack.
【請求項8】 前記冷媒は水である、ことを特徴とする
請求項7に記載の車輌用燃料電池システム。
8. The fuel cell system for a vehicle according to claim 7, wherein the refrigerant is water.
【請求項9】 燃料電池スタック、 水素吸蔵合金、 水素と空気中の酸素とを反応させて熱エネルギーを取得
する手段、 該熱エネルギーを前記水素吸蔵合金に与え、該水素吸蔵
合金から水素を放出させる手段、 前記水素吸蔵合金から放出された水素により前記燃料電
池スタックから排出された空気を昇温し、該昇温された
空気を前記熱エネルギー取得手段に導入する手段、 を備えてなる燃料電池システム。
9. A fuel cell stack, a hydrogen storage alloy, means for reacting hydrogen with oxygen in air to obtain thermal energy, applying the thermal energy to the hydrogen storage alloy, and releasing hydrogen from the hydrogen storage alloy Means for raising the temperature of the air exhausted from the fuel cell stack by the hydrogen released from the hydrogen storage alloy, and means for introducing the heated air to the thermal energy obtaining means. system.
【請求項10】 前記熱エネルギー取得手段は触媒燃焼
器である、ことを特徴とする請求項9に記載の燃料電池
システム。
10. The fuel cell system according to claim 9, wherein said thermal energy obtaining means is a catalytic combustor.
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