(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスを用いて発電する車両補機電源用の燃料電池に、該燃料電池内の水素ガスをパージするときにパージした水素ガスが排出される水素ガスパージラインを設け、該水素ガスパージラインに、エンジンの排ガスが排気ライン側から前記水素ガスパージライン側に逆流するのを防ぐための逆止弁と、前記逆止弁よりもパージガス上流側に前記燃料電池からパージした水素ガスを昇圧して貯留する圧力調整タンクと、を設け、前記水素ガスパージラインを、車両駆動用のエンジンの排気ラインに該排気ラインに配設されている触媒装置よりも排ガス上流側で接続し、前記エンジンの排ガスの圧力が前記圧力調整タンク内の水素ガスの圧力よりも低くなると、前記逆止弁が自ずと開弁して、前記圧力調整タンク内の水素ガスが前記逆止弁を通過して前記排気ラインに流入し、前記エンジンの排ガスの圧力が前記圧力調整タンク内の水素ガスの圧力以上になると、前記逆止弁が自ずと閉弁して、前記圧力調整タンクから前記排気ラインへの水素ガスの流入が止まることを特徴とする車両補機電源用燃料電池の水素ガス後処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両補機電源用燃料電池の水素ガス後処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図３に示すように、燃料電池３０は、燃料電池本体３１のセル内で水素ガスと空気中の酸素とを反応させて発電するものである（特許文献１及び２等参照）。例えば、燃料電池３０は、車両補機（図示例では、ランプ）３２に電力を供給する車両補機電源として使用される。
【０００３】
例えば、水素ガスは水素ボンベ３３に貯留され、水素ボンベ３３に貯留された水素ガスが所定圧力まで減圧された後に燃料電池本体３１のセル内に供給される。一方、空気は、図示しないコンプレッサ等を用いて燃料電池本体３１のセル内に供給される。
【０００４】
上述のような燃料電池３０では、発電性能の低下を抑制するために、定期的に燃料電池本体３１のセル内に滞留した水素ガスをパージする必要がある。このとき、従来の燃料電池３０では、パージした水素ガスを水素ガスパージライン３４を通じて大気中に放出していた。
【０００５】
しかし、水素ガスを大気中に放出すると、放出した水素ガスに引火する危険などがある。そのため、パージした水素ガスを燃料電池専用に設けられる酸化触媒を用いて処理（燃焼）する処理方法や、パージした水素ガスを窒素ガス等の不活性ガスにより処理（希釈化）する処理方法などが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−７７４８４号公報
【特許文献２】特開２００５−１５８５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、燃料電池専用に設けられる酸化触媒を用いる処理方法は酸化触媒が高価であり、不活性ガスによる処理方法は水素ガスを貯留する水素ボンベとは別に不活性ガスを貯留するボンベを用意しなくてはならず、いずれの方法も特別な装置を必要とする。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、特別な装置を必要とすることなく、且つパージした水素ガスをそのまま大気中に放出することなく、パージした水素ガスを適切に処理することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、水素ガスを用いて発電する車両補機電源用の燃料電池に、該燃料電池内の水素ガスをパージするときにパージした水素ガスが排出される水素ガスパージラインを設け、該水素ガスパージラインに、エンジンの排ガスが排気ライン側から前記水素ガスパージライン側に逆流するのを防ぐための逆止弁と、前記逆止弁よりもパージガス上流側に前記燃料電池からパージした水素ガスを昇圧して貯留する圧力調整タンクと、を設け、前記水素ガスパージラインを、車両駆動用のエンジンの排気ラインに該排気ラインに配設されている触媒装置よりも排ガス上流側で接続し、前記エンジンの排ガスの圧力が前記圧力調整タンク内の水素ガスの圧力よりも低くなると、前記逆止弁が自ずと開弁して、前記圧力調整タンク内の水素ガスが前記逆止弁を通過して前記排気ラインに流入し、前記エンジンの排ガスの圧力が前記圧力調整タンク内の水素ガスの圧力以上になると、前記逆止弁が自ずと閉弁して、前記圧力調整タンクから前記排気ラインへの水素ガスの流入が止まる車両補機電源用燃料電池の水素ガス後処理システムである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、特別な装置を必要とすることなく、且つパージした水素ガスをそのまま大気中に放出することなく、パージした水素ガスを適切に処理することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る車両補機電源用燃料電池の水素ガス後処理システムの概略図である。
【図２】図２は、ガスパージを実行する間隔の一例を示す図である。
【図３】図３は、従来の燃料電池の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１５】
本実施形態に係る車両補機電源用燃料電池の水素ガス後処理システム１０は、図示しない車両（例えば、商業車）に搭載されるものである。
【００１６】
本実施形態では、車両には、車両を駆動する車両駆動用のエンジン（本実施形態では、ディーゼルエンジン）１１と、車両補機（図示例では、ランプ）１２に電力を供給する車両補機電源用の燃料電池１３とが搭載される。
【００１７】
本実施形態に係るエンジン１１には、エンジン１１に吸気を供給する吸気ライン１４と、エンジン１１から排ガスを排出する排気ライン１５とが設けられる。本実施形態では、排気ライン１５には、排ガス上流側（エンジン１１側）から順に、水素ガスを酸化処理可能な触媒装置（本実施形態では、ディーゼル用の酸化触媒（ＤＯＣ：Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ））１６、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）１７、サイレンサ１８が配設されている。
【００１８】
酸化触媒１６は、エンジン１１の排ガスに含まれるＨＣ（炭化水素）等を酸化させるものである。ＤＰＦ１７は、エンジン１１の排ガスに含まれるＰＭ（粒子状物質）等を捕集するものである。
【００１９】
本実施形態においては、吸気は、吸気ライン１４に設けられたエアクリーナ１９等を通って、エンジン１１内に導入される。一方、エンジン１１内で発生した排ガスは、酸化触媒１６、ＤＰＦ１７及びサイレンサ１８等を通って大気中に排出される。
【００２０】
本実施形態に係る燃料電池１３は、水素ガスと空気中の酸素とを反応させて発電するものである。本実施形態に係る燃料電池１３には、少なくとも、燃料電池１３に供給する水素ガスを貯留する水素ボンベ２０が接続される。
【００２１】
本実施形態においては、水素ガスは、図示しない減圧手段（減圧弁等）によって所定圧力まで減圧された後に燃料電池１３のセル内に供給される。一方、空気は、図示しない昇圧手段（コンプレッサ等）を用いて所定圧力まで昇圧された後に燃料電池１３のセル内に供給される。
【００２２】
本実施形態では、発電性能の低下を抑制するために、発電に用いられる水素ガスの流量よりも多量の水素ガスを燃料電池１３のセル内に供給して、燃料電池１３のセル内に滞留した水素ガスをパージするガスパージを定期的に実行するようになっている。
【００２３】
また、本実施形態では、燃料電池１３に、ガスパージ時にパージした水素ガスが排出される水素ガスパージライン２１を設け、水素ガスパージライン２１を、エンジン１１の排気ライン１５に該排気ライン１５に配設されている酸化触媒１６よりも排ガス上流側でエンジン１１に接続している。
【００２４】
さらに、本実施形態では、水素ガスパージライン２１には、パージガス下流側（排気ライン１５側）から順に、逆止弁２２、圧力調整タンク２３が配設されている。
【００２５】
本実施形態の逆止弁２２は、エンジン１１の排ガスが排気ライン１５側から水素ガスパージライン２１側に逆流するのを防ぐためのものである。本実施形態の逆止弁２２は、機械式逆止弁からなる。逆止弁２２は、入口側がパージガス上流側の水素ガスパージライン２１に接続され、出口側がパージガス下流側の水素ガスパージライン２１に接続される。逆止弁２２は、出口側の圧力が入口側の圧力がよりも低くなると自ずと開弁し、出口側の圧力が入口側の圧力以上になると自ずと閉弁するようになっている。
【００２６】
また、本実施形態の圧力調整タンク２３は、燃料電池１３からパージした水素ガスを昇圧して一時貯留するものである。本実施形態では、圧力調整タンク２３の容量を１回のガスパージで燃料電池１３から排出される水素ガス量の約半分とし、圧力調整タンク２３から供給する水素ガスの圧力を燃料電池１３から排出されたときの水素ガスの圧力の約２倍としている。
【００２７】
ガスパージを実行する間隔の一例を図２に示す。図２に示すように、通常の発電時には、燃料電池１３の出力に応じた流量（Ｆ１〜Ｆ６）の水素ガスが燃料電池１３のセル内に供給される。発電に用いられる水素ガスの流量（Ｆ１〜Ｆ６）は、燃料電池１３の出力が高くなるほど多くなるように設定される。また、ガスパージ時には、発電に用いられる水素ガスの流量（Ｆ１〜Ｆ６）にそれぞれ所定流量（ΔＬ１〜ΔＬ６）を足した流量の水素ガスが燃料電池１３のセル内に供給される。さらに、ガスパージの実行間隔（Ｔ１〜Ｔ６）は、燃料電池１３の出力が高くなるほど短くなるように設定される。
【００２８】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００２９】
上述のように、本実施形態の燃料電池１３では、ガスパージが定期的に実行され、このガスパージ時に、パージした水素ガスが燃料電池１３から水素ガスパージライン２１及び水素ガスパージライン２１に設けた圧力調整タンク２３に流入する。そして、脈動（排気脈動）によりエンジン１１の排ガスの圧力が圧力調整タンク２３内の水素ガスの圧力よりも低くなると、逆止弁２２が自ずと開弁して、圧力調整タンク２３内（逆止弁２２よりもパージガス上流側の水素ガスパージライン２１内）の水素ガスが逆止弁２２を通過して排気ライン１５に流入する。一方、脈動によりエンジン１１の排ガスの圧力が圧力調整タンク２３内の水素ガスの圧力以上になると、逆止弁２２が自ずと閉弁して、圧力調整タンク２３（逆止弁２２よりもパージガス上流側の水素ガスパージライン２１）から排気ライン１５への水素ガスの流入が止まる。
【００３０】
本実施形態では、水素ガスを用いて発電する車両補機電源用の燃料電池１３に、燃料電池１３内の水素ガスをパージするときにパージした水素ガスが排出される水素ガスパージライン２１を設け、水素ガスパージライン２１を、車両駆動用のエンジン１１の排気ライン１５に該排気ライン１５に配設されている酸化触媒１６よりも排ガス上流側で接続したので、パージした水素ガスを車両駆動用のエンジン１１の排気ライン１５へ送り、排気ライン１５に配設されている酸化触媒１６によってエンジン１１の排ガスに含まれるＨＣ等と共に処理することができる。よって、パージした水素ガスをそのまま大気中に放出することなく適切に処理することが可能となる。
【００３１】
また、本実施形態では、パージした水素ガスを車両駆動用のエンジン１１の排気ライン１５に設けられている酸化触媒１６を用いて処理しているので、パージした水素ガスを処理するための専用の特別な装置を必要としない。
【００３２】
また、エンジン１１の排ガスには圧力があるので、本実施形態では、水素ガスパージライン２１に、エンジン１１の排ガスが排気ライン１５側から水素ガスパージライン２１側に逆流するのを防ぐために逆止弁２２を設けている。逆止弁２２によって、エンジン１１の排ガスが排気ライン１５側から水素ガスパージライン２１側に逆流して、燃料電池１３内に流入する事態を回避することができる。
【００３３】
また、本実施形態では、水素ガスパージライン２１の逆止弁２２よりもパージガス上流側に、燃料電池１３からパージした水素ガスを昇圧して貯留する圧力調整タンク２３を設けているので、圧力調整タンク２３によって水素ガスを昇圧することができ、パージした水素ガスを脈動が存在するエンジン１１の排気ライン１５内へ滞りなく送り込むことが可能になる。
【００３４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００３５】
例えば、上記の実施形態ではエンジン１１がディーゼルエンジンであるとしたがこれには限定はされず、エンジン１１がガソリンエンジンであっても良い。
【００３６】
また、水素ガスパージライン２１に、水素ガスパージライン２１を開閉する開閉弁手段（開閉弁等）を設けて、この開閉弁手段によってガスパージ時にのみ水素ガスパージライン２１を開くようにしても良い。この場合、開閉弁手段を、水素ガスパージライン２１の圧力調整タンク２３よりもパージガス上流側に配設する。
【符号の説明】
【００３７】
１０  水素ガス後処理システム
１１  エンジン
１３  燃料電池
１５  排気ライン
１６  酸化触媒（触媒装置）
２１  水素ガスパージライン
２２  逆止弁
２３  圧力調整タンク
【図１】
0005509735.tif 000002
【図２】
0005509735.tif 000003
【図３】
0005509735.tif 000004