(57)【要約】【課題】クローズカソードの燃料電池のための希釈装置を備えた燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１は、クローズカソードの燃料電池２と、前記燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスを希釈する第１希釈装置３とを備え、前記第１希釈装置には、前記アノードオフガスと前記燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガスとが流入し、前記第１希釈装置において前記カソードオフガスにより前記アノードオフガスが希釈される。【選択図】図１
2020123485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クローズカソードの燃料電池と、
前記燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスを希釈する第１希釈装置と
を備え、
前記第１希釈装置には、前記アノードオフガスと前記燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガスとが流入し、前記第１希釈装置において前記カソードオフガスにより前記アノードオフガスが希釈される、燃料電池システム。
【請求項２】
前記第１希釈装置において希釈された前記アノードオフガスが流入する第２希釈装置と、
冷却ファンと
をさらに備え、
前記燃料電池及び前記第２希釈装置は、前記冷却ファンの回転軸方向に沿って前記冷却ファンを挟むように配置され、前記冷却ファンの動作により前記燃料電池が冷却されるとともに、前記第２希釈装置に流入した前記アノードオフガスが前記第２希釈装置において希釈されて前記第２希釈装置の外部へと排出される、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１希釈装置は、
前記燃料電池から前記アノードオフガスが流入するアノードオフガス流入口と、
前記燃料電池から前記カソードオフガスが流入するカソードオフガス流入口と
を備え、
前記アノードオフガス流入口における流入方向と、前記カソードオフガス流入口における流入方向とが対向又は交差するように前記アノードオフガス流入口及び前記カソードオフガス流入口が配置されている、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１希釈装置は、前記第１希釈装置において希釈された前記アノードオフガスを前記第２希釈装置に排出するための複数の排出口を備えている、請求項２又は３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第１希釈装置は、下面にドレインを備えている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記ドレインが複数備えられている、請求項５に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池とその燃料電池から排出されるアノードオフガスを希釈する希釈装置とを備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、空冷式燃料電池から排出されるパージ水素ガスを希釈して大気中に排気する空冷式燃料電池の排気装置が記載されている。この排気装置は、燃料電池を冷却する冷却風を発生させる冷却用ファンと、前記冷却用ファンの後方側に配置され、前記パージ水素ガスを大気中に排気する排気ダクトとを備えている。前記排気ダクトは、前記パージ水素ガスが導入される希釈室と、前記希釈室に連通して設けられ、大気と連通する開口部を有する排気室とに分割されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１３５０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術はオープンカソードの燃料電池を前提としている。本発明は、クローズカソードの燃料電池のための希釈装置を備えた燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係る燃料電池システムは、クローズカソードの燃料電池と、前記燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスを希釈する第１希釈装置とを備えている。そして、前記第１希釈装置には、前記アノードオフガスと前記燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガスとが流入し、前記第１希釈装置において前記カソードオフガスにより前記アノードオフガスが希釈される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、クローズカソードの燃料電池のための希釈装置を備えた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】
【０００７】
【図１】燃料電池システムの説明図である。
【図２】第１希釈装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。なお、図において、矢印Ｆ及びＢは車両前方及び車両後方をそれぞれ示し、矢印Ｕ及びＤは車両上方及び車両下方をそれぞれ示し、矢印Ｌ及びＲは車幅方向の左側及び右側をそれぞれ示す。
【０００９】
図１に示すように、燃料電池システム１は、水素を燃料ガスとする燃料電池２と、燃料電池２から排出されたアノードオフガスを希釈する第１希釈装置３及び第２希釈装置４と、冷却ファン５とを備えている。
【００１０】
燃料電池のカソードのタイプとして一般に、クローズカソードとオープンカソードの２つがある。クローズカソードにおいては、化学反応用の空気とカソード冷却用の空気が別々にカソードに供給される。クローズカソードでは化学反応用の空気とカソード冷却用の空気とはカソードに設けられたプレートによって仕切られており、両者が混じり合うことはない。これに対し、オープンカソードにおいては、上記プレートが設けられておらず、カソードに供給される空気が化学反応に用いられるとともにカソード冷却のためにも用いられる。燃料電池における化学反応という点では、クローズカソードが優れている。その理由は、化学反応用の空気が冷却用の空気とは別に供給されるからである。本実施形態における燃料電池２は、クローズカソードを採用している。
【００１１】
燃料電池においては、アノードのガス濃度を高めるために定期的に、またはセル電圧に応じてアノードの不要な水素ガスと不純物(N2、水など)を排出するパージという動作が行われる。パージ時にアノードから排出される水素ガスはアノードオフガスと呼ばれる。アノードオフガスは、大気中に排出する前に爆発下限界濃度未満に希釈する必要がある。燃料電池２から排出されたアノードオフガスは、燃料電池２と、ボックス状の第１希釈装置３とを接続する配管Ｐ１を経て第１希釈装置３へと流入する。
【００１２】
燃料電池のカソードからは、水蒸気を含んだ空気又は酸素が上述のパージとは無関係に排出される。このようにカソードから排出されるガスはカソードオフガスと呼ばれる。燃料電池２から排出されたカソードオフガスは、燃料電池２と、第１希釈装置３とを接続する配管Ｐ２を経て第１希釈装置３へと流入する。
【００１３】
燃料電池２は冷却ファン５の車両前方に位置し、第２希釈装置４は冷却ファン５の車両後方に位置する。そして、冷却ファンの回転軸方向は車両の前後方向と平行である。つまり、燃料電池２と第２希釈装置４とは、冷却ファン５の回転軸方向に沿って冷却ファン５を挟むように配置されている。冷却ファン５の動作により、燃料電池２から冷却ファン５へ、及び冷却ファン５から第２希釈装置４へと向かうように気流が生じる。この気流により、燃料電池２が冷却されるとともに、第２希釈装置４において更なる希釈がなされ、希釈されたアノードオフガスが外部へと排出される。
【００１４】
第１希釈装置３は、冷却ファン５及び第２冷却装置４の下方に配置されている。図２に示すように、第１希釈装置３は、アノードオフガス流入口３１とカソードオフガス流入口３２とドレイン３３と排出口３４とを備えている。アノードオフガス流入口３１は、第１希釈装置３の左側面に設けられ、配管Ｐ１が接続される。カソードオフガス流入口３２は、第１希釈装置３の前面に設けられ、配管Ｐ２が接続される。つまり、アノードオフガス流入口３１における流入方向が、カソードオフガス流入口３２における流入方向と交差するように、両ガス流入口が配置されている。
【００１５】
アノードオフガス流入口３１から流入したアノードオフガスは、カソードオフガス流入口３２から流入したカソードオフガスによって第１希釈装置３において希釈される。
【００１６】
第１希釈装置３の下面には、ドレイン３３が複数設けられている。これらの複数のドレイン３３は、車幅方向に並ぶように配置されている。カソードオフガスに含まれる水蒸気は、第１希釈装置３に設けられている気水分離器（不図示）や水蒸気が壁面に付着することにより水分とガスに分離され、水分がドレイン３３を経て外部へと排出される。
【００１７】
また、第１希釈装置の下面の一部に、ドレイン３３に向かって下方に傾斜する傾斜面３５が設けられている。そのため、水分の排出効果の向上が期待できる。
【００１８】
第１希釈装置３の上面には、排出口３４が複数設けられている。カソードオフガスにより希釈されたアノードオフガスは、排出口３４を経て第２希釈装置４へと流れ込む。第２希釈装置４に流入したアノードオフガスは、冷却ファン５の回転により第２希釈装置４内を流れる気流によりさらに希釈されて第２希釈装置４の外部へと排出される。
【００１９】
上記の構成によれば、カソードオフガスによるアノードオフガスの希釈と、希釈されたアノードオフガスの、冷却ファンの排気による更なる希釈とを、燃料電池システム内で完結させることができる。そのため、水素希釈に関わる部品レイアウトの制約が比較的少ないことから、燃料電池システムとしてよりコンパクトに、より小さなモビリティ（例えば二輪車）への搭載が可能となる。
【００２０】
また、高頻度でパージが実施される高負荷運転時でも燃料電池システム内で効率的に希釈を行うことができる。このような効果が得られるのは、燃料電池の高負荷運転時は、燃料電池の温度上昇を抑えるために冷却ファンが高回転で駆動し、その全風量を直接、希釈のためにも利用できる、また高負荷になると化学反応に必要な空気流量も増加しカソードオフガスの流量も増加するという理由による。
【００２１】
第１希釈装置３は第２希釈装置４の下方に位置していることから、第１希釈装置から排出された、比重の軽いアノードオフガス及びカソードオフガスの混合気体が、第２希釈装置に流れやすくなる。
【００２２】
上記実施形態の注目すべき点について以下に整理する。
［その１］
クローズカソードの燃料電池から排出されるアノードオフガスを、同燃料電池から排出されるカソードオフガスと第１希釈装置内で混合することで、アノードオフガスの希釈を効率的に行うことができる。
【００２３】
［その２］
燃料電池２及び第２希釈装置４は、冷却ファン５の回転軸方向に沿って冷却ファン５を挟むように配置されている。冷却ファンの動作により燃料電池が冷却されるとともに、第１希釈装置から第２希釈装置に流入したアノードオフガスが第２希釈装置において更に希釈されて第２希釈装置の外部へと排出される。
これにより、クローズカソードの燃料電池において、燃料電池の冷却と、第１希釈装置においてカソードオフガスにより希釈されたアノードオフガスの、第２希釈装置における更なる希釈との双方を、冷却ファンを作動させることにより行うことができる。つまり、よりシンプルな構成で希釈が可能となる。また、冷却ファンの吸気により燃料電池を均一に冷やすことができる。
また、第２希釈装置の下方に第１希釈装置を設置することで、燃料電池が停止するような状況下においても第１希釈装置に高濃度の水素が滞留することなく第２希釈装置を通して排出可能となる。なお、第２希釈装置の上方に第１希釈装置を設置する場合は、水素が空気より軽いために燃料電池停止時すなわち冷却ファン停止時に高濃度の水素が第２希釈装置に滞留する恐れがある。
燃料電池、冷却ファン、並びに第１希釈装置及び第２希釈装置がそれぞれ隣接して設置されているため、それらを接続するための配管が短くて済むか、又は不要である。
【００２４】
［その３］
第１希釈装置においてアノードオフガス流入口の流入方向とカソードオフガス流入口の流入方向とが交差している。そのため、パージ時に比較的高圧で流入するアノードオフガスが、パージ時かどうかに関わらず流入するカソードオフガスにより、排出口に向かって直線的に流れることを妨げられて、希釈効果が向上する。なお、両ガス流入口が対向して設けられている場合でも同様の効果が期待できる。
【００２５】
［その４］
第１希釈装置に排出口が複数あることにより、希釈されたアノードオフガスが固まりづらく分散されて排出される。圧力損失が小さい状況での希釈効果が期待できる。
【００２６】
［その５］
ドレインが第１希釈装置の下面に配置されることから、重力を利用した水分の排出が可能となる。排出のための更なる構造や装置など不要である。
【００２７】
［その６］
第１希釈装置の下面に複数のドレインが設けられている。燃料電池システムが搭載された二輪車の車幅方向にこれら複数のドレインが配置されている場合、二輪車が車幅方向に傾いたとしても、少なくとも１つのドレインから水分が排出される可能性を高めることができる。
【００２８】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１      燃料電池システム
２      燃料電池
３      第１希釈装置
３１    アノードオフガス流入口
３２    カソードオフガス流入口
３３    ドレイン
３４    希釈ガス流出口
３５    傾斜面
４      第２希釈装置
５      冷却ファン
【図１】
2020123485.tif 000003
【図２】
2020123485.tif 000004