(57)【要約】【課題】車両搭載性に優れ、漏れた水素の外部排出性を良好にし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１０は、水素タンク１４をケース３４内のタンク収容部３６の内部に配置し、タンク収容部３６をケース３４内の連通管３８を介して燃料電池スタック１２の空気供給管２０のコンプレッサ２４の上流側に連通させている。したがって、空気供給管２０に配置されたコンプレッサ２４から作用する負圧によってケース３４の内部には外部連通口４０から空気が導入され、タンク収容部３６に滞留していた水素タンク１４から漏れた水素と共に連通管３８、空気供給管２０を介して燃料電池スタック１２の空気極に供給される。さらに、漏れた水素は、空気と共に燃料電池スタック１２の空気極から空気排出管２６を介して外部に排出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素が貯蔵された水素タンクと、
水素が供給される燃料極と、空気が供給される空気極と、を有する燃料電池と、
前記水素タンクと前記燃料電池の前記燃料極側とを連通させ、前記水素タンクから前記燃料極に水素を供給する水素供給流路と、
外部と前記燃料電池の前記空気極側とを連通させた空気供給流路と、
前記空気供給流路上に設けられ、駆動されることにより前記空気供給流路を介して前記外部から前記空気極に空気を供給させるコンプレッサと、
前記空気極と前記外部とを連通させ、前記空気極の排気を外部に排出させる空気排出流路と、
前記水素タンクを内部に収容すると共に外部と連通する外部連通口が設けられたタンク収容部と、前記タンク収容部と前記空気供給流路の前記コンプレッサの上流側とを連通させた連絡流路と、を有するケースと、
を備える燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池システムでは、燃料電池に水素供給源（例えば、水素タンク）等から水素が供給され、発電に用いられている。
【０００３】
燃料電池システムを収容したケース内で水素が漏れた場合、漏れた水素をケース内から素早く外部に排出することが、ケース内の水素濃度上昇を防止し、燃料電池システムの信頼性を高める上で必要である。
【０００４】
特許文献１には、燃料電池の空気極口から排出される空気をケース内に戻し、その空気でケース内に漏れ出した水素を外部に排出する構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１５８２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来技術のように、燃料電池の空気極口から排出される空気をケース内に戻す場合には、高温の空気から水分を除去するために空気を冷却する必要があり、ケース内に排出された空気を冷却する構成を搭載する必要があり、ケースが大型化する。
【０００７】
この場合には、燃料電池システムが車両への搭載性で劣るという問題がある。また、ケースが大型化するため、ケース内の空気流速が低下し、ケース内に漏れた水素の排出性が低下するという問題がある。
【０００８】
すなわち、上記燃料電池システムでは、車両搭載性や漏れた水素の外部排出性の点で改善の余地があった。
【０００９】
本発明は上記事実を考慮し、車両搭載性に優れ、漏れた水素の外部排出性を良好にし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】
【００１０】
請求項１記載の発明に係る燃料電池システムは、水素が貯蔵された水素タンクと、水素が供給される燃料極と、空気が供給される空気極と、を有する燃料電池と、前記水素タンクと前記燃料電池の前記燃料極側とを連通させ、前記水素タンクから前記燃料極に水素を供給する水素供給流路と、外部と前記燃料電池の前記空気極側とを連通させた空気供給流路と、前記空気供給流路上に設けられ、駆動されることにより前記空気供給流路を介して前記外部から前記空気極に空気を供給させるコンプレッサと、前記空気極と前記外部とを連通させ、前記空気極の排気を外部に排出させる空気排出流路と、前記水素タンクを内部に収容すると共に外部と連通する外部連通口が設けられたタンク収容部と、前記タンク収容部と前記空気供給流路の前記コンプレッサの上流側とを連通させた連絡流路と、を有するケースと、を備える。
【００１１】
このように構成された燃料電池システムでは、水素タンクがケースのタンク収容部の内部に配置されている、タンク収容部は、ケース内の連絡流路を介して燃料電池の空気供給流路のコンプレッサ上流側に連通されている。
【００１２】
したがって、空気供給路に配置されたコンプレッサが駆動されると、コンプレッサから作用する負圧によってケースの内部には外部連通口から空気が導入される。したがって、水素タンクから漏れてケース内に滞留した水素は、外部連通口から導入された空気と共に、連絡流路、空気供給路を介して燃料電池の空気極に供給される。さらに、燃料電池の空気極から空気排出流路を介して空気と共に外部に排出される。
【００１３】
すなわち、水素タンクからケースの内部に漏れた水素は、コンプレッサの駆動によりケースの外部連通口から内部に吸入された空気と共に、タンク収容部から連絡流路に流れ、空気供給路を流れる空気に混入され、燃料電池の空気極を通過して空気排出流路から外部に排出される。
【００１４】
このように、燃料電池の空気極に空気を供給するためのコンプレッサを駆動することにより、ケース内部に外部から空気を導入して空気供給流路まで流しているため、ケースの内部に滞留している水素タンクから漏れた水素を迅速にケースの外部に排出することができる。すなわち、ケース内の漏れた水素の外部排出性に優れる。
【００１５】
また、ケースの内部には水素タンクのみを配置しているため、ケース内部に燃料電池システム全体を収容した場合と比較して、ケースの大型化が抑制され、ケース内部を流れる空気の流速が増加する。この結果、ケース内部に滞留した漏れた水素の外部排出性に優れる。
【００１６】
さらに、燃料電池の空気極に空気を供給するためのコンプレッサを用いてケース内に漏れた水素を外部に排出する構成としたため、システム全体の構成がコンパクトとなり、燃料電池システムの車両搭載性に優れる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の発明に係る燃料電池システムは、上記構成としたので、漏れた水素の外部排出性に優れると共に、車両搭載性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムの概要を示すブロック図である。
【図２】第２実施形態に係る燃料電池システムの概要を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムについて図１を参照して説明する。なお、本実施形態に係る燃料電池システムは、車両に搭載されたものである。また、各図において、燃料電池システムと関連しないものは、図示省略している。
【００２０】
［構成］
燃料電池システム１０は、図１に示すように、燃料電池のセルが積層された燃料電池スタック１２を有する。燃料電池システム１０では、燃料電池スタック１２を構成する各セルの燃料極（図示せず）側と水素タンク１４が水素供給管１６で接続されている。この水素供給管１６上にはレギュレータ１８が配設されている。なお、燃料電池スタック１２が「燃料電池」に相当する。また、水素供給管１６が「水素供給流路」に相当する。
【００２１】
すなわち、高圧の水素が貯蔵された水素タンク１４から水素供給管１６に水素が供給され、レギュレータ１８で所定の圧力に調整された後、燃料電池スタック１２を構成する各セルの燃料極に供給される構成である。燃料極で消費されなかった水素は、水素排出管１９を介して燃料極から排出される構成である。なお、具体的な構成の説明を省略するが、水素排出管１９から排出された水素は、燃料電池スタック１２を構成する各セルの燃料極に再び供給される構成とされている。
【００２２】
また、燃料電池システム１０では、燃料電池スタック１２を構成する各セルの空気極（図示せず）側と外部と連通する空気供給管２０が接続されている。この空気供給管２０上には、上流側からエアクリーナ２２、コンプレッサ２４が配設されている。なお、空気供給管２０が「空気供給流路」に相当する。
【００２３】
すなわち、コンプレッサ２４が駆動されることにより、空気供給管２０には外部から空気が導入され、エアクリーナ２２で不純物が除去された後、燃料電池スタック１２を構成する各セルの空気極に空気が供給される構成である。
【００２４】
また、燃料電池スタック１２を構成する各セルの空気極には空気排出管２６が接続されており、空気極に供給された空気が反応後に空気排出管２６を介して外部に排出される構成である。なお、空気排出管２６が「空気排出流路」に相当する。
【００２５】
さらに、燃料電池スタック１２で発電された電力は、車両の走行用モータ３０等に電力供給線３２で供給される構成である。
【００２６】
ところで、水素タンク１４は、外部から密閉されたケース３４の内部に収容されている。ケース３４は、水素タンク１４を収容するタンク収容部３６と、タンク収容部３６と空気供給管２０のエアクリーナ２２（コンプレッサ２４）の上流側とを連通させる連通管３８と、を有する。なお、連通管３８が「連絡流路」に相当する。
【００２７】
なお、タンク収容部３６には、内部と外部とを連通させる外部連通口４０が形成されている。
【００２８】
したがって、空気供給管２０上のコンプレッサ２４が駆動されることにより、ケース３４の連通管３８、タンク収容部３６に負圧が作用し、外部連通口４０からタンク収容部３６内に空気が導入され、連通管３８を介して空気供給管２０に空気が流れる構成である。
【００２９】
なお、水素供給管１６、空気供給管２０、水素排出管１９、空気排出管２６及びケース３４に付けられた矢印は、それぞれの部分を流れる水素又は空気の流れ方向を示し、破線は空気の流れ、太い実線は水素の流れを表す。
【００３０】
［作用］
このように構成された燃料電池システム１０の作用について説明する。
【００３１】
燃料電池システム１０では、水素タンク１４から水素供給管１６に水素が導入され、レギュレータ１８で所定の圧力に調整された後、燃料電池スタック１２を構成する各セルの燃料極に供給される。
【００３２】
また、空気供給管２０上に配設されたコンプレッサ２４が駆動されることにより、外部から空気供給管２０に空気が導入され、エアクリーナ２２で不純物が除去された後、燃料電池スタック１２を構成する各セルの空気極に供給される。
【００３３】
これにより、燃料電池スタック１２を構成する各セルでは、燃料極側から空気極側にプロトンが移動することにより、発電が行われる。この電力は、電力供給線３２を介して車両の走行用モータ３０等に供給される。
【００３４】
この際、コンプレッサ２４の駆動により、ケース３４のタンク収容部３６と連通管３８に負圧が作用し、外部連通口４０からタンク収容部３６の内部に空気が導入され、連通管３８を介して空気供給管２０に流れる。
【００３５】
すなわち、水素タンク１４から漏れ出した水素がタンク収容部３６の内部に滞留していても、外部連通口４０から導入された空気の流れ（図１、破線矢印参照）によって、タンク収容部３６から連通管３８を介して空気供給管２０に流され、空気と混合されて燃料電池スタック１２の空気極に供給され、空気排出管２６から外部に排出される。
【００３６】
このように、燃料電池システム１０では、水素タンク１４を収容したケース３４のタンク収容部３６が、連通管３８を介して空気供給管２０のコンプレッサ２４の上流側と連通されている。したがって、コンプレッサ２４の駆動によりケース３４に負圧が作用すると、タンク収容部３６の内部に外部連通口４０から空気が導入され、タンク収容部３６の内部に滞留した水素タンク１４から漏れた水素が導入された空気と共に、連通管３８を介して空気供給管２０に供給され、燃料電池スタック１２の空気極を通過して空気排出管２６から外部に排出される。
【００３７】
すなわち、水素タンク１４から漏れ出した水素がケース３４内に滞留することなく、外部連通口４０からタンク収容部３６に導入された空気と共に燃料電池スタック１２の空気極に順次送られていくため、ケース３４の内部が所定の水素濃度以上になることが良好に防止される。
【００３８】
特に、タンク収容部３６の上部側に外部連通口４０が形成されているため、外部連通口４０からタンク収容部３６の内部に流入した空気が内部の上部側を流れ、タンク収容部３６の上側に滞留している漏れた水素を良好に外部に排出することができる。
【００３９】
この際、空気排出管２６の端部は、空気排出管２６から排出された水素が車両下部に滞留しないような位置に配設されていることが望ましい。
【００４０】
また、ケース３４内に外部から空気を導入して漏れた水素を外部に排出するのに空気供給管２０に配設されたコンプレッサ２４を用いているため、水素タンク１４から漏れた水素を外部に排出するために新たに駆動源を設ける必要がなく、構成が簡略化される。
【００４１】
さらに、コンプレッサ２４を用いて燃料電池スタック１２の空気極に対する空気供給側（空気供給管２０）に漏れた水素を含む空気を供給する構成としたため、空気極の排気でケース内の漏れた水素を外部に排出させる場合のように空気を冷却させる機構等を新たに設ける必要はなく、構成が簡略化される。
【００４２】
特に、ケース３４（タンク収容部３６）は、水素タンク１４及び水素タンク１４に接続された水素供給管１６の一部のみを収容しているものであり、燃料電池システム１０の全体を収容した場合と比較して容量が小さくなるため、ケース内部の空気流速が大きくなる。したがって、タンク収容部３６の内部に滞留した漏れた水素を外部に排出する外部排出性に優れる。
【００４３】
なお、燃料電池システム１０では、ケース３４の内部に漏れた水素を燃料電池スタック１２を構成するセルの空気極に供給しているが、微量であるため問題はない。
【００４４】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムについて図２を参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４５】
燃料電池システム１００は、ケース３４の連通管３８に水素濃度検出センサ１０２を設けたものである。水素濃度検出センサ１０２の検出信号は、燃料電池ＥＣＵ１０４に出力される構成である。燃料電池ＥＣＵ１０４では、検出された水素濃度が所定値以上であるか否かを判定し、検出された水素濃度が所定値以上の場合には異常と判定し、インジケータ１０６に異常報知灯の点灯信号を出力する構成である。
【００４６】
このように、燃料電池システム１０では、ケース３４の連通管３８に水素濃度検出センサ１０２を設けているため、連通管３８を通過する空気内の水素濃度を検出することができる。
【００４７】
燃料電池ＥＣＵ１０４では、水素濃度検出センサ１０２から検出信号に基づいて、検出された水素濃度が所定値以上であるか否かを判定する。検出された水素濃度が所定値以上であれば、水素タンク１４から想定以上の漏れた水素があると判断してインジケータ１０６に異常報知灯の点灯信号を出力する。これにより、インジケータ１０６の異常報知灯が点灯され、運転者はケース３４内の水素濃度の異常を認識する。
【００４８】
このように、燃料電池システム１００では、断面が一定である連通管３８に水素濃度検出センサ１０２を配設したため、タンク収容部３６に配設した場合と比較して、センサ設置位置の空気流速の変動が抑制され、精度良く水素濃度を検出できる。
【００４９】
また、検出された水素濃度が所定値以上の場合には、水素タンク１４からの水素漏れ量が異常であると判定し、インジケータ１０６の異常報知灯を点灯させることにより、運転者に迅速に異常を認識させることができる。
【００５０】
［その他］
なお、第２実施形態では、水素濃度に異常があった場合にインジケータ１０６の異常報知灯を点灯させる構成としたが、警告音等の音で警告する構成でも良い。
【００５１】
また、第１、第２実施形態では、ケース３４の連通管３８を空気供給管２０のエアクリーナ２２の上流側に連通させたが、少なくともコンプレッサ２４の上流側に連通させていれば良い。
【００５２】
さらに、ケース３４（タンク収容部３６）に収容される水素タンク１４は、１本でも複数本でも良い。
【符号の説明】
【００５３】
１０  燃料電池システム
１２  燃料電池スタック（燃料電池）
１４  水素タンク
１６  水素供給管（水素供給流路）
２０  空気供給管（空気供給流路）
２４  コンプレッサ
２６  空気排出管（空気排出流路）
３４  ケース
３６  タンク収容部
３８  連通管（連絡流路）
４０  外部連通口
【図１】
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【図２】
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