(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、発電効率の低下を抑制すること。【解決手段】燃料電池システムであって、燃料電池と、燃料電池から排出されるオフガスが通るオフガス流路と、オフガス流路に隣接して配置され、駆動中に熱を生じる燃料電池システム用補機と、燃料電池システム用補機で生じる熱を、オフガス流路に伝達するための熱伝導部材と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池から排出されるオフガスが通るオフガス流路と、
前記オフガス流路に隣接して配置され、駆動中に熱を生じる燃料電池システム用補機と、
前記燃料電池システム用補機で生じる前記熱を、前記オフガス流路に伝達するための熱伝導部材と、
を備えることを特徴とす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、燃料電池を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池と、燃料電池から排出されるオフガスが通るオフガス流路とを備える燃料電池システムが知られている（下記特許文献参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７２２２４号公報
【特許文献２】特開２００８−１１６０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記燃料電池システムにおいて、燃料電池から排出されるオフガス中には、水分が含まれ、オフガス流路に滞留し、燃料電池が氷点下となった場合などに、氷結するおそれがあった。燃料電池システムの起動時において、オフガス流路中に氷が生じていると、圧力損失が生じ、発電効率が低下するおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するものであり、燃料電池システムにおいて、発電効率の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
[適用例１]
燃料電池システムであって、燃料電池と、前記燃料電池から排出されるオフガスが通るオフガス流路と、前記オフガス流路に隣接して配置され、駆動中に熱を生じる燃料電池システム用補機と、前記燃料電池システム用補機で生じる前記熱を、前記オフガス流路に伝達するための熱伝導部材と、を備えることを要旨とする。
【０００８】
上記構成の燃料電池によれば、燃料電池システムにおいて、発電効率の低下を抑制することができる。
【０００９】
なお、本発明は、上記した燃料電池システムの他、燃料電池システム用補機機構など、他の装置発明の態様として実現することも可能である。また、上記した燃料電池システムの構築方法など、方法発明としての態様で実現することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．実施例：
図１は、本発明の一実施例に係る燃料電池システム１０００の概略構成図を示す説明図である。この燃料電池システム１０００は、主に、燃料電池１００と、水素遮断弁２００と、水素タンク２１０と、レギュレータ弁２２０と、ブロワ２３０と、気液分離器２５０と、排気排水弁２６０と、水素循環ポンプ２７０と、ブラケット３００と、連結ネジ３１０と、制御回路４００と、を備えている。ブラケット３００および連結ネジ３１０は、図１では図示を省略しており、後述の図２で示している。図１において、図に示すように、ｘ方向、ｙ方向、および、ｚ方向を定義する。
【００１１】
本実施例の燃料電池１００は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池である。燃料電池１００は、複数の燃料電池セルＣＬと、エンドプレートＥＰと、テンションプレートＴＳと、インシュレータＩＳと、ターミナルＴＭと、を備えている。複数の燃料電池セルＣＬは、インシュレータＩＳおよびターミナルＴＭを挟んで、２枚のエンドプレートＥＰによって挟持される。すなわち、燃料電池１００は、燃料電池セルＣＬが、複数個積層されたスタック構造である。また、燃料電池１００は、テンションプレートＴＳがボルトＢＴによって各エンドプレートＥＰに結合され、各燃料電池セルＣＬを、各部材を積層する方向（以下では、積層方向とも呼ぶ）に所定の力で締結する構造となっている。積層方向に直交する方向であって、燃料電池セルＣＬに沿った方向を面方向とも呼ぶ。
【００１２】
図１に示すように、燃料電池１００は、後述する水素供給流路２０４から導入される水素を各燃料電池セルＣＬに供給するための水素供給マニホールドＨＩと、各燃料電池セルＣＬから排出される水素オフガスを収集し、後述する気液分離器２５０へ導入するための水素排出マニホールドＨＯと、後述する空気供給流路２３４から導入される空気を各燃料電池セルＣＬに供給するための空気供給マニホールドＡＩと、各燃料電池セルＣＬから排出される空気オフガスを収集し、空気排出流路２３６へ導出する空気排出マニホールドＡＯと、を備えている。
【００１３】
水素タンク２１０は、高圧の水素を貯蔵するためのタンクである。水素遮断弁２００は、水素タンク２１０に取り付けられる。水素タンク２１０に貯蔵される水素は、水素遮断弁２００が開弁されると、水素供給流路２０４を介して、燃料電池１００（水素供給マニホールドＨＩ）に燃料ガスとして供給される。レギュレータ弁２２０は、水素供給流路２０４上に設けられ、燃料電池１００に供給する水素の圧力を調整する。
【００１４】
気液分離器２５０は、燃料電池１００のエンドプレートＥＰに取り付けられる。気液分離器２５０は、燃料電池１００（水素排出マニホールドＨＯ）から水を含んだ水素オフガスが導入される。気液分離器２５０は、分離部２５０Ａと、貯留部２５０Ｂと、排気排水流路２５０Ｃと、ネジインサート部２５０Ｄと、凸部２５０Ｅとを備えている。
【００１５】
分離部２５０Ａは、水素オフガスと、水素オフガス中の水とを分離する。貯留部２５０Ｂは、分離した水を貯留する。排気排水流路２５０Ｃは、凸部２５０Ｅ内に形成され、貯留部２５０Ｂに貯留された水、若しくは、分離部２５０Ａに導入された水素オフガスを気液分離器２５０から排出するための流路である。ネジインサート部２５０Ｄは、凸部２５０Ｅ内に形成され、後述する連結ネジ３１０が挿入される。気液分離器２５０において、分離部２５０Ａと、貯留部２５０Ｂとを形成する側壁、または、凸部２５０Ｅは、燃料電池１００との絶縁性を保つため樹脂で形成される。排気排水流路２５０Ｃおよびネジインサート部２５０Ｄは、熱伝導性がよい金属材料（例えば、ステンレス等）から成る金属製カラーによって形成されている。この詳細は、以下に示す図２で説明する。
【００１６】
図２は、図１のＱ付近の拡大図である。言い換えれば、図２は、気液分離器２５０の排気排水流路２５０Ｃと排気排水弁２６０との接続部分の様子を表す図である。排気排水弁２６０は、図２に示すように、排気排水流路２５０Ｃと連結される。具体的には、排気排水流路２５０Ｃと排気排水弁２６０は、排気排水弁２６０の側壁と、凸部２５０Ｅの側壁とにブラケット３００を配置し、ブラケット３００と、凸部２５０Ｅの側壁および排気排水弁２６０の側壁とを連結ネジ３１０で連結することで、連結される。連結ネジ３１０は、ブラケット３００を介して凸部２５０Ｅのネジインサート部２５０Ｄに挿入される。ブラケット３００および連結ネジ３１０は、熱伝導性が良い金属材料（例えば、ステンレス等）から成る。排気排水流路２５０Ｃおよびネジインサート部２５０Ｄは、図２に示すように、金属製カラーによって一体形成され、連結ネジ３１０の底部と排気排水流路２５０Ｃの一部とが接触する。すなわち、排気排水弁２６０とブラケット３００、ブラケット３００と連結ネジ３１０、連結ネジ３１０とネジインサート部２５０Ｄ、ネジインサート部２５０Ｄと排気排水流路２５０Ｃ、および、連結ネジ３１０と排気排水流路２５０Ｃとは、それぞれ、接触している。
【００１７】
排気排水弁２６０は、ソレノイド（図示せず）を備えるソレノイド弁であり、後述する制御回路４００によって駆動される。排気排水弁２６０が開弁されると、気液分離器２５０の貯留部２５０Ｂに貯留された水、若しくは、水素オフガスは、排気排水流路２５０Ｃ、排気排水弁２６０の弁内流路２６０Ａを通って、外部連通流路２０８に導入され、燃料電池システム１０００の外部に排出される。排気排水弁２６０は、制御回路４００によって駆動されると、ソレノイドで熱が生じる。
【００１８】
水素循環ポンプ２７０は、気液分離器２５０で水分を分離した水素オフガスを、燃料ガスとして再利用するため、バイパス流路２０５を介して、水素供給流路２０４へ導入する。
【００１９】
ブロワ２３０は、酸化ガスとしての空気を、空気供給流路２３４を介して、燃料電池１００（空気供給マニホールドＡＩ）に供給する。燃料電池１００で、電気化学反応に供された後の空気は、空気排出流路２３６を介して、燃料電池１００外部に排出される。
【００２０】
制御回路４００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ（図示せず）と、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ（図示せず）と、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ（図示せず）と、各種信号を入出力する入出力ポート（図示せず）等を備える。そして、制御回路４００は、水素遮断弁２００、ブロワ２３０、排気排水弁２６０、水素循環ポンプ２７０等と電気通信線（図示せず）を介して接続され、駆動信号を出力し、これらの制御を行う。
【００２１】
以上のように、本実施例の燃料電池システム１０００では、排気排水弁２６０とブラケット３００、ブラケット３００と連結ネジ３１０、連結ネジ３１０とネジインサート部２５０Ｄ、ネジインサート部２５０Ｄと排気排水流路２５０Ｃ、および、連結ネジ３１０と排気排水流路２５０Ｃとは、それぞれ、接触し、すなわち、排気排水弁２６０と排気排水流路２５０Ｃとを熱伝導性がよい部材で連続して連結されている。このようにすれば、排気排水弁２６０のソレノイドで生じた熱を、ブラケット３００、連結ネジ３１０、および、ネジインサート部２５０Ｄを介して、排気排水流路２５０Ｃに伝達することができる。従って、燃料電池システム１０００の起動時において、排気排水流路２５０Ｃで氷が生じていても、排気排水弁２６０で生じた熱で氷を溶解することができる。その結果、排気排水流路２５０Ｃで圧力損失が生じることを抑制することができ、燃料電池システム１０００の発電効率が低下することを抑制することができる。
【００２２】
Ｂ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば以下のような変形も可能である。
【００２３】
Ｂ１．変形例１：
上記実施例の燃料電池システム１０００では、熱源としての排気排水弁２６０と、燃料電池システム１０００の起動時に氷結するおそれがある排気排水流路２５０Ｃとを、熱伝導性のよい金属材料で連結することで、燃料電池システム１０００の起動時において、排気排水流路２５０Ｃで氷による圧力損失が生じることを抑制するようにしているが、本発明はこれに限られるものではない。燃料電池システム１０００において、所定の熱源と、燃料電池システム１０００の起動時に氷結するおそれがある所定の流路とを、熱伝導性が良い部材で連結し、燃料電池システム１０００の起動時において、排気排水流路２５０Ｃで氷による圧力損失が生じることを抑制するようにしてもよい。上記所定の熱源としては、排気排水弁２６０、水素循環ポンプ２７０、ブロワ２３０、または、他のポンプ類等の燃料電池システム用補機を適用することができる。また、燃料電池システム１０００の起動時に氷結するおそれがある所定の流路としては、希釈器内の流路、または、燃料電池システム１０００における各補機間の流路等、燃料電池１００から排出される水素オフガスまたは空気オフガスが通る流路を適用することができる。このようにしても上記実施例の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例に係る燃料電池システム１０００の概略構成図を示す説明図である。
【図２】図１のＱ付近の拡大図である。
【符号の説明】
【００２５】
１００…燃料電池
２００…水素遮断弁
２０４…水素供給流路
２０５…バイパス流路
２０８…外部連通流路
２１０…水素タンク
２２０…レギュレータ弁
２３０…ブロワ
２３４…空気供給流路
２３６…空気排出流路
２５０…気液分離器
２５０Ａ…分離部
２５０Ｂ…貯留部
２５０Ｃ…排気排水流路
２５０Ｄ…ネジインサート部
２５０Ｅ…凸部
２６０…排気排水弁
２６０Ａ…弁内流路
２７０…水素循環ポンプ
３００…ブラケット
３１０…連結ネジ
４００…制御回路
１０００…燃料電池システム
ＡＩ…空気供給マニホールド
ＨＩ…水素供給マニホールド
ＣＬ…燃料電池セル
ＴＭ…ターミナル
ＡＯ…空気排出マニホールド
ＨＯ…水素排出マニホールド
ＥＰ…エンドプレート
ＴＳ…テンションプレート
ＩＳ…インシュレータ
ＢＴ…ボルト
【図１】
2010113823.tif 000003
【図２】
2010113823.tif 000004