(57)【要約】【課題】機能を十分に活用できる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池システム１は、水素ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池１０と、エア供給路４１を介して燃料電池１０に空気を供給するエアポンプ２１と、を備える。この燃料電池システム１は、エア供給路４１に通流する空気を分岐する分岐路４１２を備え、燃料電池１０が停止した状態で、分岐路４１２を外部機器に接続し、エアポンプ２１を駆動することで、エアポンプ２１から供給されるエアを外部機器に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池と、空気供給路を介して前記燃料電池に空気を供給するポンプと、を備える燃料電池システムであって、
前記空気供給路に通流する空気を分岐する分岐手段を備え、
前記燃料電池が停止した状態で、前記分岐手段を外部機器に接続し、前記ポンプを駆動することで、前記ポンプから供給される空気を前記外部機器に供給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池で発電した電力を蓄電する蓄電手段を備え、
前記ポンプは、当該蓄電手段に蓄電された電力により駆動することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記ポンプは、前記燃料電池システムの外部の電源から供給された電力により駆動することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記分岐手段は、前記空気供給路から分岐した分岐路と、前記空気供給路の分岐点と前記燃料電池との間に設けられた締め切り弁と、を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記分岐手段は、前記分岐路の先端に設けられて前記外部機器に接続されるコネクタと、前記分岐路に設けられた逆止弁と、をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記分岐手段は、前記分岐路の分岐点と前記コネクタとの間に設けられた第２の締め切り弁をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記外部機器は、エアトルクレンチ、エアジャッキ、およびタイヤのエア充填装置の中から選択した１つであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
車両に搭載されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記車両が停止した状態で、前記ポンプから供給される空気を前記外部機器に供給することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記分岐手段は、前記ポンプから供給される空気を貯留するタンクをさらに備えることを特徴とする請求項８または９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、燃料電池システムに関する。詳しくは、燃料電池車両に搭載される燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、水素ガスと空気とを化学反応させて発電する燃料電池と、この燃料電池に空気を供給する空気供給手段と、燃料電池に水素ガスを供給する水素供給手段と、燃料電池システムで発電した電力により車輪を駆動するモータと、を備える。
【０００３】
燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極（陰極）およびカソード電極（陽極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。
空気供給手段は、燃料電池のカソード電極側の入口に接続されたエア供給路と、このエア供給路に空気を供給するエアポンプと、燃料電池１０のカソード電極側の出口に接続されたエア排出路と、を備えている。
【０００４】
ところで、燃料電池車両の走行時に、以上の燃料電池システムを、モータの駆動だけではなく、その他の機器の駆動にも利用して、車両走行の安全性や信頼性を向上させることが提案されている。
例えば、車両の走行時に、エアポンプから供給される空気を分岐して、フロントガラスの清掃、走行路面の清掃、タイヤ圧の調整にも用いることが提案されている（特許文献１参照）。
また、車両の走行時に、燃料電池からエア排出路に排出されるエアオフガスを、エアサスペンションやタイヤ圧の調整に用いることが提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−１２３８２２号公報
【特許文献２】特開２００７−１６４９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１、２に示された燃料電池システムでは、車両走行時に、エアポンプから供給されるエアを、燃料電池による発電以外に車両走行に係る機器の駆動に利用するのみである。よって、燃料電池システムの有する機能を十分に活用しているとはいえない。
【０００６】
本発明は、システムの有する機能を十分に活用できる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】
【０００７】
本発明の燃料電池システム（例えば、後述の燃料電池システム１）は、水素ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池（例えば、後述の燃料電池１０）と、空気供給路（例えば、後述のエア供給路４１）を介して前記燃料電池に空気を供給するポンプ（例えば、後述のエアポンプ２１）と、を備える燃料電池システムであって、前記空気供給路に通流する空気を分岐する分岐手段を備え、前記燃料電池が停止した状態で、前記分岐手段を外部機器に接続し、前記ポンプを駆動することで、前記ポンプから供給される空気を前記外部機器に供給することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、燃料電池が停止した状態で、分岐手段を外部機器に接続し、ポンプを駆動することで、外部機器にポンプから供給される空気を供給する。燃料電池システムに用いられるポンプは、高圧、大流量のポンプである場合が多いので、この燃料電池システムに接続する外部機器を取り替えることで、燃料電池による発電以外の多くの目的に燃料電池システムを利用して、このシステムの機能を十分に活用できる。
【０００９】
例えば、燃料電池システムを搭載した燃料電池車両を車庫に停止させ、エアトルクレンチやエアジャッキなどの車両整備に係る機器の駆動源として空気を供給して、燃料電池車両を容易にメンテナンスできる。あるいは、ポンプから供給される空気を、車両のタイヤ、自転車のタイヤ、および浮き輪などのエア充填装置に利用することもできる。また、ブロワーや塗装のエアブラシなどの空気供給源として利用することもできる。
【００１０】
この場合、前記燃料電池で発電した電力を蓄電する蓄電手段（例えば、後述のバッテリ２）を備え、前記ポンプは、当該蓄電手段に蓄電された電力により駆動することが好ましい。
【００１１】
蓄電手段としては、例えば、バッテリやキャパシタが挙げられる。
この発明によれば、ポンプを蓄電手段に蓄電された電力により駆動したので、ポンプを駆動するために外部に電源を用意する必要がなく、ポンプを空気供給源として容易に利用できる。
【００１２】
また、前記ポンプは、前記燃料電池システムの外部の電源から供給された電力により駆動してもよい。
【００１３】
外部の電源としては、例えば、家庭用電源が挙げられる。
この発明によれば、ポンプを燃料電池システムの外部の電源から供給された電力により駆動したので、ポンプを駆動するためにシステムに搭載されたバッテリやキャパシタを利用する必要がなく、燃料電池を起動する際の電力をさらに確保できる。
【００１４】
この場合、前記分岐手段は、前記空気供給路から分岐した分岐路（例えば、後述の分岐路４１２）と、前記空気供給路の分岐点（例えば、後述の分岐点４１１）と前記燃料電池との間に設けられた締め切り弁（例えば、後述の締め切り弁４１９）と、を備えること
ことが好ましい。
【００１５】
この発明によれば、空気供給路の分岐点と燃料電池との間に締め切り弁を設けたので、燃料電池の発電を停止した状態でポンプを駆動する際に、締め切り弁を閉じることで、燃料電池への空気の供給を確実に封止できる。
【００１６】
この場合、前記分岐手段は、前記分岐路の先端に設けられて前記外部機器に接続されるコネクタ（例えば、後述のクイックコネクタ４１３）と、前記分岐路に設けられた逆止弁（例えば、後述の逆止弁４１４、４１６、４１８）と、をさらに備えることが好ましい。
【００１７】
この発明によれば、分岐路に逆止弁を設けたので、ポンプから供給された空気が逆流したり、外部からの異物がポンプや燃料電池に侵入したりするのを防止できる。
【００１８】
この場合、前記分岐手段は、前記分岐路の分岐点と前記コネクタとの間に設けられた第２の締め切り弁（例えば、後述の締め切り弁４１７）をさらに備えることが好ましい。
【００１９】
この発明によれば、分岐路の分岐点とコネクタとの間に締め切り弁を設けた。よって、外部機器に空気を供給しない場合に、締め切り弁を閉じることで、空気が外部に漏れるのを防止できる。
【００２０】
この場合、前記外部機器は、エアトルクレンチ、エアジャッキ、およびタイヤのエア充填装置の中から選択した１つであることが好ましい。
【００２１】
この場合、燃料電池システムは、車両に搭載されていることが好ましい。
【００２２】
この発明によれば、燃料電池システムを車両に搭載したので、燃料電池による発電した電力により車両を走行させることで、燃料電池システムを外部機器の近傍に容易に運搬できるから、外部機器を移動する必要が無く、ポンプを空気供給源として容易に利用できる。
【００２３】
この場合、前記車両が停止した状態で、前記ポンプから供給される空気を前記外部機器に供給することが好ましい。
【００２４】
この発明によれば、車両が停止した状態で、ポンプから供給される空気を外部機器に供給したので、上述のように、車両走行に係る機器以外の機器、つまり、日常生活に利用される機器を駆動できる。
【００２５】
この場合、前記分岐手段は、前記ポンプから供給される空気を貯留するタンク（例えば、後述のタンク４１５）をさらに備えることが好ましい。
【００２６】
この発明によれば、タンクを設けたので、ポンプから供給される空気を一旦タンクに貯留し、この貯留した空気を外部機器に供給することにより、供給される空気の脈動を防止できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、燃料電池が停止した状態で、分岐手段を外部機器に接続し、ポンプを駆動することで、外部機器にポンプから供給される空気を供給する。よって、燃料電池システムに接続する外部機器を取り替えることで、燃料電池による発電以外の多くの目的に燃料電池システムを利用して、システムの機能を十分に活用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１のブロック図である。
燃料電池システム１は、車両に搭載され、車輪を駆動する図示しないモータと、水素ガスとエア（空気）とを反応させて発電を行う燃料電池１０と、この燃料電池１０に水素ガスおよびエアを供給する供給装置２０と、燃料電池１０で発電した電力を蓄電しモータに電力を供給する蓄電手段としてのバッテリ２と、これらを制御する制御装置３０と、を有する。
【００２９】
このような燃料電池１０は、アノード電極（陰極）側にアノードガスとしての水素ガスが供給され、カソード電極（陽極）側にカソードガスとしての酸素を含むエアが供給されると、電気化学反応により発電する。
【００３０】
燃料電池１０で発電された電力は、バッテリ２およびモータに供給され、バッテリ２は、燃料電池１０で発電した電力を蓄電しておき、燃料電池１０の発電が停止している場合や燃料電池１０の出力電圧が低下した場合に、モータに電力を供給する。
【００３１】
供給装置２０は、燃料電池１０のカソード電極側にエアを供給するエアポンプ２１と、アノード電極側に水素ガスを供給する水素タンク２２と、燃料電池１０から排出されるガスを処理する希釈器２３と、燃料電池１０に供給されるエアを加湿する加湿器２４と、を含んで構成される。
【００３２】
エアポンプ２１は、空気供給路としてのエア供給路４１を介して、燃料電池１０のカソード電極側に接続されている。
このエアポンプ２１には、上述のバッテリ２と、燃料電池システム１の外部の電源に接続可能なコネクタ３と、が接続されている。
【００３３】
エア供給路４１には、エア供給路４１から分岐点４１１で分岐して、このエア供給路４１に通流するエアを分岐する分岐手段としての分岐路４１２が設けられている。
【００３４】
分岐路４１２の先端には、外部機器に容易に接続可能なクイックコネクタ４１３が設けられている。
また、分岐路４１２の分岐点４１１とクイックコネクタ４１３との間には、分岐点４１１側から順に、逆止弁４１４、タンク４１５、逆止弁４１６、締め切り弁４１７、逆止弁４１８が設けられている。
このタンク４１５は、エアポンプ２１から供給されるエアを貯留するものである。
【００３５】
燃料電池１０のカソード電極側には、エア排出路４２が接続され、このエア排出路４２の途中には、上述の希釈器２３が設けられる。
【００３６】
水素タンク２２は、水素供給路４３を介して、燃料電池１０のアノード電極側に接続されている。
燃料電池１０のアノード電極側には、水素排出路４４が接続され、この水素排出路４４は、希釈器２３に接続される。
【００３７】
エア供給路４１およびエア排出路４２の途中には、上述の加湿器２４が設けられる。加湿器２４は、中空糸膜を介して、エア排出路４２を流れるエアオフガスに含まれる水分を、エア供給路４１を流れるエアに移動させることにより、燃料電池１０に供給されるエアを加湿する。
エア供給路４１の分岐点４１１と加湿器２４との間には、分岐手段としての締め切り弁４１９が設けられている。
また、エア排出路４２の加湿器２４と希釈器２３との間には、締め切り弁４２１が設けられている。
【００３８】
制御装置３０は、供給装置２０を制御して、燃料電池１０を発電させる。
すなわち、締め切り弁４１７を閉じ、締め切り弁４１９、４２１を開いて、この状態で、エアポンプ２１を駆動することにより、エア供給路４１を介して、燃料電池１０のカソード側にエアを供給する。同時に、水素タンク２２から、水素供給路４３を介して、燃料電池１０のアノード側に水素ガスを供給する。
【００３９】
燃料電池１０に供給された水素ガスおよびエアは、発電に供された後、燃料電池１０からアノード側の生成水などの残留水と共に、水素排出路４４およびエア排出路４２に流入する。
その後、水素排出路４４に排出された水素ガスは、希釈器２３に流入する。この希釈器２３に流入した水素ガスは、希釈器２３において、エア排出路４２を流通するエアで希釈されて、外部に排出される。
【００４０】
このとき、エアポンプ２１から供給されたエアは、エア供給路４１から分岐路４１２に流入し、タンク４１５に貯留される。
【００４１】
また、制御装置３０は、車両が停止した状態で、供給装置２０を制御して、外部機器にエアを供給する。
すなわち、クイックコネクタ４１３を外部機器に接続し、締め切り弁４１７を開き、締め切り弁４１９、４２１を閉じる。この状態で、バッテリ２に蓄電された電力により、エアポンプ２１を駆動する。締め切り弁４１９、４２１が閉じているので、エアポンプ２１から供給されるエアは、燃料電池１０に流れず、全て外部機器に供給される。
このとき、エアポンプ２１から供給されるエアは、一旦タンク４１５に貯留された後、外部機器に供給されることになる。
【００４２】
なお、本実施形態では、バッテリ２に蓄電された電力により、エアポンプ２１を駆動したが、これに限らず、コネクタ３を外部の電源に接続して、外部の電源から供給される電力により、エアポンプ２１を駆動することもできる。
【００４３】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）燃料電池１０が停止した状態で、クイックコネクタ４１３を外部機器に接続し、ポンプを駆動することで、外部機器にポンプから供給されるエアを供給する。燃料電池システムに用いられるエアポンプ２１は、高圧、大流量のポンプである場合が多いので、燃料電池システム１に接続する外部機器を取り替えることで、燃料電池１０による発電以外の多くの目的に燃料電池システム１を利用して、システムの機能を十分に活用できる。
【００４４】
例えば、燃料電池システム１を搭載した燃料電池車両を車庫に停止させ、エアトルクレンチやエアジャッキなどの車両整備に係る機器の駆動源としてエアを供給して、燃料電池車両を容易にメンテナンスできる。あるいは、エアポンプ２１から供給されるエアを、車両のタイヤ、自転車のタイヤ、および浮き輪などのエア充填装置に利用することもできる。また、ブロワーや塗装のエアブラシなどのエア供給源として利用することもできる。
【００４５】
（２）エアポンプ２１をバッテリ２に蓄電された電力により駆動したので、エアポンプ２１を駆動するために外部に電源を用意する必要がなく、エアポンプ２１をエア供給源として容易に利用できる。
【００４６】
（３）エアポンプ２１を燃料電池システム１の外部の電源から供給された電力により駆動した場合には、エアポンプ２１を駆動するために燃料電池システム１に搭載されたバッテリ２を利用する必要がなく、燃料電池１０を起動する際の電力をさらに確保できる。
【００４７】
（４）エア供給路４１の分岐点４１１と燃料電池１０との間に締め切り弁４１９を設けたので、燃料電池１０の発電を停止した状態でエアポンプ２１を駆動する際に、締め切り弁４１９を閉じることで、燃料電池１０への空気の供給を確実に封止できる。
【００４８】
（５）分岐路４１２に逆止弁４１４、４１６、４１８を設けたので、エアポンプ２１から供給されたエアが逆流したり、外部からの異物がエアポンプ２１や燃料電池１０に侵入したりするのを防止できる。
【００４９】
（６）分岐路４１２の分岐点４１１とクイックコネクタ４１３との間に締め切り弁４１７を設けた。よって、外部機器にエアを供給しない場合に、締め切り弁４１７を閉じることで、エアが外部に漏れるのを防止できる。
【００５０】
（７）燃料電池システム１を車両に搭載したので、燃料電池１０による発電した電力により車両を走行させることで、燃料電池システム１を外部機器の近傍に容易に運搬できるから、外部機器を移動する必要が無く、エアポンプ２１をエア供給源として容易に利用できる。
【００５１】
（８）車両が停止した状態で、エアポンプ２１から供給されるエアを外部機器に供給したので、車両走行に係る機器以外の機器、つまり、日常生活に利用される機器を駆動できる。
【００５２】
（９）その内部でガスの脈動を低減させることが可能なタンク４１５を設けたので、エアポンプ２１から供給されるエアを一旦タンク４１５に貯留し、この貯留したエアを外部機器に供給することにより、供給されるエアの脈動を防止できる。
【００５３】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本発明の車両に搭載された燃料電池システムにて、車両が確実に停止していないとエアを外部機器に供給しないように、制御装置を構成してもよい。この場合、利用者は、車両を確実に停止させてから日常利用の機器を接続して使用することになる。これにより、車両が走行可能な状態で、利用者が不用意に機器を接続してしまい、その後、機器を接続したまま車両が走行することで、この機器が破損してしまうのを未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムのブロック図である。
【符号の説明】
【００５５】
１      燃料電池システム
２      バッテリ（蓄電手段）
１０    燃料電池
２１    エアポンプ
４１    エア供給路（空気供給路）
４１１  分岐点
４１２  分岐路
４１３  クイックコネクタ
４１４、４１６、４１８      逆止弁
４１５  タンク
４１７  締め切り弁
４１９  締め切り弁
【図１】
2010153104.tif 000003