JPH04306566A - 燃料電池プラント冷却系 - Google Patents
燃料電池プラント冷却系Info
- Publication number
- JPH04306566A JPH04306566A JP3069943A JP6994391A JPH04306566A JP H04306566 A JPH04306566 A JP H04306566A JP 3069943 A JP3069943 A JP 3069943A JP 6994391 A JP6994391 A JP 6994391A JP H04306566 A JPH04306566 A JP H04306566A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- stop valve
- cooling
- pipe
- water
- 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
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-
- 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
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
［発明の目的］
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池プラントに係
わり、特に燃料電池本体の冷却系に関する。
わり、特に燃料電池本体の冷却系に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、燃料のもつ化学エネルギー
を、電気化学プロセルで酸化させることにより、酸化反
応にともなって放出されるエネルギーを、直接電気エネ
ルギーに変換する装置である。この燃料電池発電システ
ムは、比較的小さな規模でも発電の熱効率が４０〜５０
％にも達し、新鋭火力発電をはるかにしのぐものとし期
待されている。また、近年大きな社会問題になっている
公害要因であるＳＯｘ，ＮＯｘの排出が極めて少ないこ
と、発電装置内に燃焼サイクルを含まないので大量の冷
却水を必要としないこと、振動が小さいことなど原理的
に高い変換効率が期待できると共に、騒音・排ガス等の
環境問題が少なく、さらに、負荷変動に対して応答性が
良い等の特徴があることから、その開発、実用化の研究
に期待と関心が寄せられている。この種の発電装置とし
ては、例えば、特開昭６０ー９３７６５号公報が知られ
ている。すなわち、燃料電池本体は、図２に示すように
燃料電池本体タンク１内に、発電のための多数のセル２
とセル２で発生する熱を排出するための冷却板３の積層
体、この積層体の側面に装着する反応ガス供給排出用マ
ニホールド等を収納して構成され、セル２には燃料ガス
と空気、冷却板３には冷媒として冷却水が水マニホール
ド４Ａを介して外部から供給され、冷却後の冷却水は水
マニホールド４Ｂを介して気液分離器５に排出される。
を、電気化学プロセルで酸化させることにより、酸化反
応にともなって放出されるエネルギーを、直接電気エネ
ルギーに変換する装置である。この燃料電池発電システ
ムは、比較的小さな規模でも発電の熱効率が４０〜５０
％にも達し、新鋭火力発電をはるかにしのぐものとし期
待されている。また、近年大きな社会問題になっている
公害要因であるＳＯｘ，ＮＯｘの排出が極めて少ないこ
と、発電装置内に燃焼サイクルを含まないので大量の冷
却水を必要としないこと、振動が小さいことなど原理的
に高い変換効率が期待できると共に、騒音・排ガス等の
環境問題が少なく、さらに、負荷変動に対して応答性が
良い等の特徴があることから、その開発、実用化の研究
に期待と関心が寄せられている。この種の発電装置とし
ては、例えば、特開昭６０ー９３７６５号公報が知られ
ている。すなわち、燃料電池本体は、図２に示すように
燃料電池本体タンク１内に、発電のための多数のセル２
とセル２で発生する熱を排出するための冷却板３の積層
体、この積層体の側面に装着する反応ガス供給排出用マ
ニホールド等を収納して構成され、セル２には燃料ガス
と空気、冷却板３には冷媒として冷却水が水マニホール
ド４Ａを介して外部から供給され、冷却後の冷却水は水
マニホールド４Ｂを介して気液分離器５に排出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料電池を
運転すると、各冷却板３はそれぞれ異なった電位をもつ
ので、各冷却板３に出入りする冷却管は、互いに電気的
に絶縁しておかなければならない。このための一方法と
して、水マニホールド４Ａと冷却板３との接続および水
マニホールド４Ｂと冷却板３との接続に絶縁ホース６を
用いる構造が採用されている。この絶縁ホース６の構造
を図３に示す。絶縁ホース６の口金７と水マニホールド
４Ａ，４Ｂ、冷却管８は一般に金属で製作されているの
で、絶縁ホース６の両端の口金７の一方は＋、他方は−
の電圧がかかる。
運転すると、各冷却板３はそれぞれ異なった電位をもつ
ので、各冷却板３に出入りする冷却管は、互いに電気的
に絶縁しておかなければならない。このための一方法と
して、水マニホールド４Ａと冷却板３との接続および水
マニホールド４Ｂと冷却板３との接続に絶縁ホース６を
用いる構造が採用されている。この絶縁ホース６の構造
を図３に示す。絶縁ホース６の口金７と水マニホールド
４Ａ，４Ｂ、冷却管８は一般に金属で製作されているの
で、絶縁ホース６の両端の口金７の一方は＋、他方は−
の電圧がかかる。
【０００４】また、冷却水中には配管などから溶け出し
た微量の金属イオンや腐食生成物などの不純物が含まれ
ており、これらが絶縁ホース６の口金７で電子を放出ま
たは受け入れて、金属または金属酸化物となって図４に
示すように口金７に付着物９となって付着する。そして
、この付着物９は、流れ方向１０に沿って成長していく
。燃料電池プラントを長時間運転すると、これらの付着
物９は大きく成長し、口金７を閉塞させ、冷却板３への
冷却水の供給を妨げることがある。これを防止するため
従来は、定期的に運転を停止し、冷却系を化学薬品によ
って洗浄し、付着物９を除去しなければならなかった。
た微量の金属イオンや腐食生成物などの不純物が含まれ
ており、これらが絶縁ホース６の口金７で電子を放出ま
たは受け入れて、金属または金属酸化物となって図４に
示すように口金７に付着物９となって付着する。そして
、この付着物９は、流れ方向１０に沿って成長していく
。燃料電池プラントを長時間運転すると、これらの付着
物９は大きく成長し、口金７を閉塞させ、冷却板３への
冷却水の供給を妨げることがある。これを防止するため
従来は、定期的に運転を停止し、冷却系を化学薬品によ
って洗浄し、付着物９を除去しなければならなかった。
【０００５】本発明は、上記した事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは絶縁ホースの口金への
付着物を簡単な手段で除去することができるようにした
燃料電池プラント冷却系を提供することにある。 ［発明の構成］
もので、その目的とするところは絶縁ホースの口金への
付着物を簡単な手段で除去することができるようにした
燃料電池プラント冷却系を提供することにある。 ［発明の構成］
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、セルと冷却板
を積層して容器内に収納すると共に燃料ガスおよび酸化
剤ガスが供給できるように構成した燃料電池本体の冷却
板に、それぞれ絶縁ホースを介して供給配管および排出
配管を接続して冷媒液を流通させ、この冷媒液の流量の
一部が沸騰することによって燃料電池本体を冷却し、蒸
発した冷媒を気液分離器で除去して再循環させるように
した燃料電池プラント冷却系において、供給配管と排出
配管を、それぞれに弁を設けた一対の配管で接続し、冷
媒液の燃料電池本体へ流入側および排出側を反転できる
ようにしたものである。
を積層して容器内に収納すると共に燃料ガスおよび酸化
剤ガスが供給できるように構成した燃料電池本体の冷却
板に、それぞれ絶縁ホースを介して供給配管および排出
配管を接続して冷媒液を流通させ、この冷媒液の流量の
一部が沸騰することによって燃料電池本体を冷却し、蒸
発した冷媒を気液分離器で除去して再循環させるように
した燃料電池プラント冷却系において、供給配管と排出
配管を、それぞれに弁を設けた一対の配管で接続し、冷
媒液の燃料電池本体へ流入側および排出側を反転できる
ようにしたものである。
【０００７】
【作用】一般に、冷却管内の冷媒液中に存在する不純物
の絶縁ホースへの付着物は、上述したように流れ方向（
図４に矢印１０で示す）に沿って成長していく。このた
め、この付着物（図４に符号９で示す）は、成長した方
向の流れに対しては強固であるが、逆方向の流れに対し
ては脆い。そこで、冷媒液の供給配管と排出配管を、そ
れぞれに弁を設けた一対の配管を介して冷媒液の流れの
方向を反転（図４の流れ方向１０と反対方向）させるこ
とにより、付着物を比較的容易に剥がし取ることができ
る。また、本発明は、冷却板の入口では液単相流であり
出口では例えばクオリティ３〜３０％の二相流で運転さ
れる。このとき、冷却板の入口における流速が例えば
０．４〜１ｍ／ｓであるのに対し、出口における流速は
入口側の約１０倍の５〜２０ｍ／ｓとなる。このため、
絶縁ホースの口金への付着物は、冷却板の入口側では多
いが、出口側では高速の蒸気と液体が交互に流れるため
に付着物は付きにくい。したがって、冷却板への流れ方
向を反転することにより、入口側に付着していた付着物
を高速の二相流で効果的に剥がし取ることができる。
の絶縁ホースへの付着物は、上述したように流れ方向（
図４に矢印１０で示す）に沿って成長していく。このた
め、この付着物（図４に符号９で示す）は、成長した方
向の流れに対しては強固であるが、逆方向の流れに対し
ては脆い。そこで、冷媒液の供給配管と排出配管を、そ
れぞれに弁を設けた一対の配管を介して冷媒液の流れの
方向を反転（図４の流れ方向１０と反対方向）させるこ
とにより、付着物を比較的容易に剥がし取ることができ
る。また、本発明は、冷却板の入口では液単相流であり
出口では例えばクオリティ３〜３０％の二相流で運転さ
れる。このとき、冷却板の入口における流速が例えば
０．４〜１ｍ／ｓであるのに対し、出口における流速は
入口側の約１０倍の５〜２０ｍ／ｓとなる。このため、
絶縁ホースの口金への付着物は、冷却板の入口側では多
いが、出口側では高速の蒸気と液体が交互に流れるため
に付着物は付きにくい。したがって、冷却板への流れ方
向を反転することにより、入口側に付着していた付着物
を高速の二相流で効果的に剥がし取ることができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明の一実施例を示す構成図である
。同図において、１１は上述した燃料電池本体を示す。 複数の燃料電池本体１１にそれぞれ冷却水（純水）を供
給する複数の水マニホールド４Ａを接続する供給配管１
２には、気液分離器５側から順次フィルター１３，冷却
器１４，循環ポンプ１５，調整弁１６，止め弁１７が接
続されている。 また、複数の電池本体１１からそれぞれ冷却水を排出す
る複数の水マニホールド４Ｂを接続する排出配管１８に
は、中間に止め弁１９が接続されている。しかして、供
給配管１２は、止め弁１７の上流側で配管２０および止
め弁２１を介して排出配管１８の止め弁１９の上流側と
接続し、止め弁１７の下流側で配管２２および止め弁２
３を介して排出配管１８の止め弁１９の下流側と接続す
る。
明する。図１は、本発明の一実施例を示す構成図である
。同図において、１１は上述した燃料電池本体を示す。 複数の燃料電池本体１１にそれぞれ冷却水（純水）を供
給する複数の水マニホールド４Ａを接続する供給配管１
２には、気液分離器５側から順次フィルター１３，冷却
器１４，循環ポンプ１５，調整弁１６，止め弁１７が接
続されている。 また、複数の電池本体１１からそれぞれ冷却水を排出す
る複数の水マニホールド４Ｂを接続する排出配管１８に
は、中間に止め弁１９が接続されている。しかして、供
給配管１２は、止め弁１７の上流側で配管２０および止
め弁２１を介して排出配管１８の止め弁１９の上流側と
接続し、止め弁１７の下流側で配管２２および止め弁２
３を介して排出配管１８の止め弁１９の下流側と接続す
る。
【０００９】次に、以上のように構成された実施例の作
用を説明する。まず、通常の冷却時には、気液分離器５
から供給される冷却水は、供給配管１２に入りフィルタ
ー１３で不純物を除去されてから冷却器１４で冷却され
た後循環ポンプ１５で加圧され、調整弁１６で流量を調
整され、止め弁１７を通り各水マニホールド４Ａから各
燃料電池本体１１に供給される。各燃料電池本体１１内
で冷却板（図３に符号３で示す）を介してセル（図３に
符号２で示す）を冷却してから、各水マニホールド４Ｂ
より排出配管１８に排出され、止め弁１９を通って気液
分離器５に戻る。気液分離器５で蒸気を分離された後再
び供給配管１２へ入り循環を繰り返す。気液分離器５で
分離された蒸気は、気液分離器５外へ排出される。なお
、気液分離器５には、適宜手段により分離排出された蒸
気分に相当する冷却水が補給される。次に、絶縁ホース
６の口金７に付着した付着物９を除去する時には、止め
弁１７および１９を閉じ、止め弁２１および２３を開い
た後、上記した冷却時と同様に冷却水を気液分離器５か
ら供給配管１２へ流す。冷却水は、フィルター１３，冷
却器１４を通り循環ポンプ１５で加圧され、調整弁１６
で流量を調整され、止め弁１７の上流側から止め弁２１
，配管２０を流れて排出配管１８の止め弁１９の上流側
に入り、各水マニホールド４Ｂから各燃料電池本体１１
に供給される。各燃料電池本体１１内で上記した冷却時
と同様に冷却板を介してセルを冷却してから、各マニホ
ールド４Ａより供給配管１２に排出され、止め弁１７の
下流側から配管２２，止め弁２３を流れて排出配管１８
の止め弁１９の下流側に入り、気液分離器５に戻る。こ
のように冷却水を逆流させることにより、絶縁ホース６
の口金７に通常の冷却時の流れ方向に沿って成長された
付着物９を容易に剥離し、フィルター１３で除去するこ
とができる。なお、付着物９が除去された後は、止め弁
１７，１９，２１および２３の開閉を切替えて上記した
通常の冷却時の状態に戻す。
用を説明する。まず、通常の冷却時には、気液分離器５
から供給される冷却水は、供給配管１２に入りフィルタ
ー１３で不純物を除去されてから冷却器１４で冷却され
た後循環ポンプ１５で加圧され、調整弁１６で流量を調
整され、止め弁１７を通り各水マニホールド４Ａから各
燃料電池本体１１に供給される。各燃料電池本体１１内
で冷却板（図３に符号３で示す）を介してセル（図３に
符号２で示す）を冷却してから、各水マニホールド４Ｂ
より排出配管１８に排出され、止め弁１９を通って気液
分離器５に戻る。気液分離器５で蒸気を分離された後再
び供給配管１２へ入り循環を繰り返す。気液分離器５で
分離された蒸気は、気液分離器５外へ排出される。なお
、気液分離器５には、適宜手段により分離排出された蒸
気分に相当する冷却水が補給される。次に、絶縁ホース
６の口金７に付着した付着物９を除去する時には、止め
弁１７および１９を閉じ、止め弁２１および２３を開い
た後、上記した冷却時と同様に冷却水を気液分離器５か
ら供給配管１２へ流す。冷却水は、フィルター１３，冷
却器１４を通り循環ポンプ１５で加圧され、調整弁１６
で流量を調整され、止め弁１７の上流側から止め弁２１
，配管２０を流れて排出配管１８の止め弁１９の上流側
に入り、各水マニホールド４Ｂから各燃料電池本体１１
に供給される。各燃料電池本体１１内で上記した冷却時
と同様に冷却板を介してセルを冷却してから、各マニホ
ールド４Ａより供給配管１２に排出され、止め弁１７の
下流側から配管２２，止め弁２３を流れて排出配管１８
の止め弁１９の下流側に入り、気液分離器５に戻る。こ
のように冷却水を逆流させることにより、絶縁ホース６
の口金７に通常の冷却時の流れ方向に沿って成長された
付着物９を容易に剥離し、フィルター１３で除去するこ
とができる。なお、付着物９が除去された後は、止め弁
１７，１９，２１および２３の開閉を切替えて上記した
通常の冷却時の状態に戻す。
【００１０】したがって、以上のように構成することに
より、４個の止め弁１７，１９，２１，２３の開閉操作
によって電池本体の冷却板への冷却水流入方向が反転し
、すなわち切替え前は液体の単相流であった入口側が蒸
気と液体の二相流の出口側になり、この高速二相流によ
って絶縁ホース６の口金７に流れ方向に沿って成長した
付着物９を容易に除去できる。また、切替え前出口側に
成長した付着物９等も除去できる。冷却水の逆流により
剥離した付着物９は、フィルター１３で捕獲されるので
冷却系に悪影響を及ぼすことはない。
より、４個の止め弁１７，１９，２１，２３の開閉操作
によって電池本体の冷却板への冷却水流入方向が反転し
、すなわち切替え前は液体の単相流であった入口側が蒸
気と液体の二相流の出口側になり、この高速二相流によ
って絶縁ホース６の口金７に流れ方向に沿って成長した
付着物９を容易に除去できる。また、切替え前出口側に
成長した付着物９等も除去できる。冷却水の逆流により
剥離した付着物９は、フィルター１３で捕獲されるので
冷却系に悪影響を及ぼすことはない。
【００１１】なお、本発明は、冷媒液として純水以外に
添加物を加えた水、その他の冷媒を用いた場合にも適用
でき、また、燃料電池本体への流入方向を運転中に切替
える場合には、切替え操作を短時間で行う必要があるの
で、止め弁１７，１９，２１および２３を電磁弁もしく
は空気駆動弁または三方弁等を用いる共に、タイマーに
より切替えるようにしてもよい。もちろん、運転中に切
替えない場合は、手動弁でよい。
添加物を加えた水、その他の冷媒を用いた場合にも適用
でき、また、燃料電池本体への流入方向を運転中に切替
える場合には、切替え操作を短時間で行う必要があるの
で、止め弁１７，１９，２１および２３を電磁弁もしく
は空気駆動弁または三方弁等を用いる共に、タイマーに
より切替えるようにしてもよい。もちろん、運転中に切
替えない場合は、手動弁でよい。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、冷
媒液の供給配管と排出配管にそれぞれ弁を設けると共に
、供給配管系と排出配管系をそれぞれに弁を設けた一対
の配管で接続しているので、４個の弁の開閉操作という
簡単な手段により、燃料電池本体内の絶縁ホースの口金
等に付着した付着物を容易に除去することができる燃料
電池プラントの冷却系を提供することができる。
媒液の供給配管と排出配管にそれぞれ弁を設けると共に
、供給配管系と排出配管系をそれぞれに弁を設けた一対
の配管で接続しているので、４個の弁の開閉操作という
簡単な手段により、燃料電池本体内の絶縁ホースの口金
等に付着した付着物を容易に除去することができる燃料
電池プラントの冷却系を提供することができる。
【図１】本発明の一実施例を示す構成図。
【図２】本発明に関連する燃料電池本体の内部構造を示
す断面図。
す断面図。
【図３】図２に示す燃料電池本体の冷却板に接続する絶
縁ホースの構造を示す断面図。
縁ホースの構造を示す断面図。
【図４】図３に示す絶縁ホースに冷媒液中の不純物が付
着している状態を示す説明図。
着している状態を示す説明図。
１…燃料電池本体タンク、２…セル、３…冷却板、４Ａ
，４Ｂ…水マニホールド、５…気液分離器、６…絶縁ホ
ース、７…口金、９…付着物、１０…流れ方向、１１…
燃料電池本体、１２…供給配管、１５…循環ポンプ、１
７，１９，２１，２３…止め弁、１８…排出配管、２０
，２２…配管。
，４Ｂ…水マニホールド、５…気液分離器、６…絶縁ホ
ース、７…口金、９…付着物、１０…流れ方向、１１…
燃料電池本体、１２…供給配管、１５…循環ポンプ、１
７，１９，２１，２３…止め弁、１８…排出配管、２０
，２２…配管。
Claims (1)
- 【請求項１】 セルと冷却板を積層して容器内に収納
すると共に燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給できるよう
に構成した燃料電池本体の前記冷却板に、それぞれ絶縁
ホースを介して供給配管および排出配管を接続して冷媒
液を流通させ、この冷媒液の流量の一部が沸騰すること
によって前記燃料電池本体を冷却し、蒸発した冷媒を気
液分離器で除去して再循環させるようにした燃料電池プ
ラント冷却系において、前記供給配管と前記排出配管を
、それぞれに弁を設けた一対の配管で接続し、前記冷媒
液の前記燃料電池本体へ流入側および排出側を反転でき
るようにしたことを特徴とする燃料電池プラント冷却系
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3069943A JPH04306566A (ja) | 1991-04-02 | 1991-04-02 | 燃料電池プラント冷却系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3069943A JPH04306566A (ja) | 1991-04-02 | 1991-04-02 | 燃料電池プラント冷却系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04306566A true JPH04306566A (ja) | 1992-10-29 |
Family
ID=13417246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3069943A Pending JPH04306566A (ja) | 1991-04-02 | 1991-04-02 | 燃料電池プラント冷却系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04306566A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6322914B1 (en) * | 1997-12-01 | 2001-11-27 | Ballard Power Systems Inc. | Method and apparatus for distributing water in an array of fuel cell stacks |
| US6787257B2 (en) | 2000-11-29 | 2004-09-07 | Ballard Power Systems Inc. | Method and apparatus for operating an electrochemical fuel cell |
| JP2010530600A (ja) * | 2007-06-20 | 2010-09-09 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | 燃料電池システムのガス供給手段に組込む密閉セパレータユニット |
-
1991
- 1991-04-02 JP JP3069943A patent/JPH04306566A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6322914B1 (en) * | 1997-12-01 | 2001-11-27 | Ballard Power Systems Inc. | Method and apparatus for distributing water in an array of fuel cell stacks |
| US6753106B2 (en) | 1997-12-01 | 2004-06-22 | Ballard Power Systems Inc. | Method and apparatus for distributing water in an array of fuel cell stacks |
| US6787257B2 (en) | 2000-11-29 | 2004-09-07 | Ballard Power Systems Inc. | Method and apparatus for operating an electrochemical fuel cell |
| JP2010530600A (ja) * | 2007-06-20 | 2010-09-09 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | 燃料電池システムのガス供給手段に組込む密閉セパレータユニット |
| US8835062B2 (en) | 2007-06-20 | 2014-09-16 | Daimler Ag | Enclosed separator unit for a gas supply of a fuel cell system |
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