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公開番号2024171791
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-12
出願番号2023089001
出願日2023-05-30
発明の名称水電解・燃料電池システム
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人平木国際特許事務所
主分類C25B 15/021 20210101AFI20241205BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】本開示は、水電解モジュール(WEM)と燃料電池モジュール(FCM)に熱媒体を循環させる熱媒体流路の圧力損失を低減するととともに、WEMの機能低下を抑制可能な水電解・燃料電池システムを提供する。
【解決手段】熱媒体流路41は、熱媒体とWEM2とを熱交換させる流路411と、その流路411よりも熱媒体の流れの下流側で熱媒体とFCM3とを熱交換させる流路412と、WEM2を迂回する流路413と、FCM3を迂回する流路414と、を有する。制御装置は、WEM2の運転中かつFCM3の停止中に、制御弁421により流路411を開いて流路413を閉じ、第2制御弁422により流路412を閉じて流路414を開く。また、制御装置は、WEM2の停止中かつFCM3の運転中に、制御弁421により流路411を閉じて流路413を開き、制御弁422により流路412を開いて流路414を閉じる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水電解モジュールと、燃料電池モジュールと、前記水電解モジュールおよび前記燃料電池モジュールと熱交換する熱媒体を循環させる熱媒体循環装置と、前記熱媒体循環装置を制御する制御装置と、を備えた水電解・燃料電池システムであって、
前記熱媒体循環装置は、前記熱媒体が循環する熱媒体流路と、前記制御装置によって制御されて前記熱媒体流路を開閉する複数の制御弁と、を有し、
前記熱媒体流路は、前記熱媒体と前記水電解モジュールとを熱交換させる第１熱交換流路と、前記第１熱交換流路よりも前記熱媒体の流れの下流側で前記熱媒体と前記燃料電池モジュールとを熱交換させる第２熱交換流路と、前記水電解モジュールを迂回する第１迂回流路と、前記燃料電池モジュールを迂回する第２迂回流路と、を有し、
前記複数の制御弁は、前記第１熱交換流路および前記第１迂回流路を開閉可能な第１制御弁と、前記第２熱交換流路および前記第２迂回流路を開閉可能な第２制御弁とを有し、
前記制御装置は、前記水電解モジュールの運転中かつ前記燃料電池モジュールの停止中に、前記第１制御弁により前記第１熱交換流路を開いて前記第１迂回流路を閉じ、前記第２制御弁により前記第２熱交換流路を閉じて前記第２迂回流路を開き、前記水電解モジュールの停止中かつ前記燃料電池モジュールの運転中に、前記第１制御弁により前記第１熱交換流路を閉じて前記第１迂回流路を開き、前記第２制御弁により前記第２熱交換流路を開いて前記第２迂回流路を閉じることを特徴とする水電解・燃料電池システム。
続きを表示（約 710 文字）【請求項２】
前記第１制御弁は、前記第１熱交換流路を開閉する第１熱交換弁と、前記第１迂回流路を開閉する第１迂回弁と、を有し、
前記第２制御弁は、前記第２熱交換流路を開閉する第２熱交換弁と、前記第２迂回流路を開閉する第２迂回弁と、を有し、
前記制御装置は、前記水電解モジュールの停止前かつ前記燃料電池モジュールの起動前に前記第２迂回弁を閉じて前記第２熱交換弁を開き、前記水電解モジュールの起動前かつ前記燃料電池モジュールの停止前に前記第１迂回弁を閉じて前記第１熱交換弁を開くことを特徴とする請求項１に記載の水電解・燃料電池システム。
【請求項３】
前記熱媒体は、燃料電池用クーラントであり、
前記水電解モジュールは、水電解スタックと、該水電解スタックに純水を供給する純水流路とを有することを特徴とする請求項１に記載の水電解・燃料電池システム。
【請求項４】
前記水電解モジュールは、前記純水を貯留する純水タンクを備え、
前記熱媒体流路は、前記第２熱交換流路よりも前記熱媒体の流れの下流側に設けられて前記熱媒体と前記純水タンクに貯留された前記純水とを熱交換させる第３熱交換流路を有することを特徴とする請求項３に記載の水電解・燃料電池システム。
【請求項５】
前記熱媒体流路は、前記第１熱交換流路において前記水電解モジュールよりも前記熱媒体の流れの上流側に設けられた熱交換器を有し、
前記熱交換器は、前記第１熱交換流路を流れる前記熱媒体と熱交換する冷媒を流通させる冷媒流路を有することを特徴とする請求項１に記載の水電解・燃料電池システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、水電解モジュールと燃料電池モジュールとを備えた水電解・燃料電池システムに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から冷媒冷却装置と、複数の燃料電池モジュールを有する燃料電池システムが知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された燃料電池システムは、複数の燃料電池本体を流れる冷媒の流量のばらつきを抑えつつ、各燃料電池本体の状態に応じた冷媒流量の調整を可能とする。
【０００３】
また、固体高分子形の水電解セルと燃料電池セルとを一体型にした可逆セルを用いた充放電システムが知られている（下記特許文献２を参照）。特許文献２に記載された充放電システムは、水電解運転時において原料水が供給されかつ酸素が発生する酸素発生極に対して、燃料電池運転時には水素を供給し、水電解運転時に水素が発生する水素発生極に対して、燃料電池運転時には酸化剤を供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－１１８９４７号公報
特開２０１４－１９４９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された燃料電池システムにおいて、複数の燃料電池モジュールの少なくとも一つを水電解モジュールに置き換えることを想定する。この場合、燃料電池モジュールと熱交換する熱媒が流れる熱媒体流路と、水電解モジュールと熱交換する熱媒体が流れる熱媒体流路とを直列に接続すると、圧力損失が大きくなる。また、水電解モジュールと熱交換する熱媒が流れる熱媒体流路に水電解モジュールの作動温度よりも高温の熱媒体が流入し、水電解モジュールの機能が低下するおそれがある。
【０００６】
本開示は、水電解モジュールと燃料電池モジュールに熱媒体を循環させる熱媒体流路の圧力損失を低減するととともに、水電解モジュールの機能低下を抑制可能な水電解・燃料電池システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様は、水電解モジュールと、燃料電池モジュールと、前記水電解モジュールおよび前記燃料電池モジュールと熱交換する熱媒体を循環させる熱媒体循環装置と、前記熱媒体循環装置を制御する制御装置と、を備えた水電解・燃料電池システムであって、前記熱媒体循環装置は、前記熱媒体が循環する熱媒体流路と、前記制御装置によって制御されて前記熱媒体流路を開閉する複数の制御弁と、を有し、前記熱媒体流路は、前記熱媒体と前記水電解モジュールとを熱交換させる第１熱交換流路と、前記第１熱交換流路よりも前記熱媒体の流れの下流側で前記熱媒体と前記燃料電池モジュールとを熱交換させる第２熱交換流路と、前記水電解モジュールを迂回する第１迂回流路と、前記燃料電池モジュールを迂回する第２迂回流路と、を有し、前記複数の制御弁は、前記第１熱交換流路および前記第１迂回流路を開閉可能な第１制御弁と、前記第２熱交換流路および前記第２迂回流路を開閉可能な第２制御弁とを有し、前記制御装置は、前記水電解モジュールの運転中かつ前記燃料電池モジュールの停止中に、前記第１制御弁により前記第１熱交換流路を開いて前記第１迂回流路を閉じ、前記第２制御弁により前記第２熱交換流路を閉じて前記第２迂回流路を開き、前記水電解モジュールの停止中かつ前記燃料電池モジュールの運転中に、前記第１制御弁により前記第１熱交換流路を閉じて前記第１迂回流路を開き、前記第２制御弁により前記第２熱交換流路を開いて前記第２迂回流路を閉じることを特徴とする水電解・燃料電池システムである。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の上記一態様によれば、水電解モジュールと燃料電池モジュールに熱媒体を循環させる熱媒体流路の圧力損失を低減するととともに、水電解モジュールの機能低下を抑制可能な水電解・燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示に係る水電解・燃料電池システムの実施形態１を示す概略構成図。
図１の水電解・燃料電池システムの変形例を示す概略構成図。
図１の水電解・燃料電池システムの動作を説明するタイムチャート。
本開示に係る水電解・燃料電池システムの実施形態２を示す概略構成図。
本開示に係る水電解・燃料電池システムの実施形態３を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本開示に係る水電解・燃料電池システムの実施形態を説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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