(57)【要約】【課題】発電に伴って配管の凍結を容易に解消することができる燃料電池を提供する。【解決手段】燃料電池は、筐体と、該筐体の内部に設けられているアノード及びカソードと、底壁６０、天壁６１、並びに、底壁６０及び天壁６１に連なる側壁６２を有し、カソードの側の排気が流入する排出ボックス６と、底壁６０に設けられ、筐体の外部に連なる第１排出口６０１と、天壁６１に設けられ、筐体の外部に連なる第２排出口６１２とを備える。【選択図】図３
2018085184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
該筐体の内部に設けられているアノード及びカソードと、
底壁、天壁、並びに、前記底壁及び前記天壁に連なる側壁を有し、前記カソードの側の排気が流入する流入室と、
前記底壁に設けられ、前記筐体の外部に連なる第１開口部と、
前記天壁又は前記側壁に設けられ、前記筐体の外部に連なる第２開口部と
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記第２開口部は前記天壁に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記天壁の側から前記流入室の内部に連なり、前記カソードの側の排気が通流する通流管を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記流入室を覆う断熱部材を備えることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の燃料電池。
【請求項５】
前記アノードの側の排水が前記流入室に流入することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載の燃料電池。
【請求項６】
前記流入室は、前記筐体の内部の底側に位置していることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一つに記載の燃料電池。
【請求項７】
前記流入室は、前記筐体の外面に接して位置していることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一つに記載の燃料電池。
【請求項８】
前記第２開口部に接続され、前記筐体の底側において前記筐体の外部に連なる配管を備えることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一つに記載の燃料電池。
【請求項９】
前記流入室に流入した排気は、前記第１開口部及び前記第２開口部から、同時的に、前記流入室の外部へ排出される
ことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一つに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、水素及び酸素を反応させて発電する燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素及び酸素を反応させて発電する燃料電池は、振動、騒音の発生が少なく、発電効率が高いという利点を有することから、家庭用発電システム、パーソナルコンピュータ、携帯電話、電気自動車、鉄道、携帯電話の基地局、発電所等の広範な技術分野において電源として利用されている。燃料電池は、水素及び酸素を化学反応させることにより発電するスタックと、該スタックに水素を含む燃料ガスを供給する水素供給部と、スタックに酸素を含む酸化ガスを供給するエアポンプと、スタック等を収容する筐体とを備える。
【０００３】
スタックは、平板状の単位セルを複数積層してパッケージ化して構成されている。単位セルは、アノードと、カソードと、アノード及びカソードに挟まれた電解質としての固体高分子膜とを有する膜電極接合体と、該膜電極接合体の両側に配置される一対のセパレータを有する。
【０００４】
水素供給部からスタックに流入した燃料ガスは、アノードに接触した後、スタックから排出される。エアポンプからスタックに流入した酸化ガスは、カソードに接触した後、スタックから排出される。燃料ガスの接触によりアノードに水素が供給され、酸化ガスの接触によりカソードに酸素が供給される。これにより、アノード及びカソード間において電気化学反応が生じ、起電力が発生する。電気化学反応においては、アノード側から固体高分子膜を透過してきた水素イオンと酸化ガス中の酸素との反応により水が生じる。したがって、スタックにおけるカソードの側の排気には水が含まれる。
【０００５】
スタックの発電に伴って、カソードの側の排気は筐体の外部に排出される。例えば、特許文献１記載の技術では、スタックからの排気を排出する一の配管と、排出口にリリーフバルブを設けた他の配管とを設け、一の配管の排出口が閉塞した場合には、切換部によりリリーフバルブを開弁し、他の配管からスタックからの排気を車両外に排出している。
【０００６】
また、特許文献２の自動車においては、第１排出路と、第１排出路よりも短い第２排出路を設け、外気の温度が所定温度以上である場合に第１排出路から排出し、外気の温度が所定温度よりも低い場合、第１排出路よりも短い第２排出路から車外に排出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１３７５７１号公報
【特許文献１】特開２００６−３１３６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の技術並びにこれらを組み合わせた技術では、水が凍結した場合に解凍することはできず、また、排気に係る経路の凍結による閉塞を解消できないという問題がある。また、解凍にはヒータ等により加熱することが考えられるが、加熱に係る装置及びエネルギー等が余分に必要となるという問題がある。
【０００９】
本開示の実施形態は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発電に伴って、水の凍結の防止及び解凍を容易に行うことができる燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一実施形態に係る燃料電池は、筐体と、該筐体の内部に設けられているアノード及びカソードと、底壁、天壁、並びに、前記底壁及び前記天壁に連なる側壁を有し、前記カソードの側の排気が流入する流入室と、前記底壁に設けられ、前記筐体の外部に連なる第１開口部と、前記天壁又は前記側壁に設けられ、前記筐体の外部に連なる第２開口部とを備えることを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の実施形態によれば、発電に伴って、カソード側の排気が筐体の外部への排出の前に流入室に流入するので、排気の熱により、水の凍結の防止及び解凍を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る燃料電池の概略構成を示すブロック図である。
【図２】筐体の内部の概略構成を示す断面図である。
【図３】図２中にＡで示した部分の拡大図である。
【図４】実施の形態２に係る燃料電池の側面図である。
【図５】排出ボックスの概略構成を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
【００１４】
図１は、実施の形態１に係る燃料電池１の概略構成を示すブロック図である。燃料電池１は例えば固体高分子形燃料電池（polymer electrolyte fuel cell ）等である。燃料電池１は、水素及び酸素の反応により発電するスタック２と、該スタック２に水素を含む燃料ガスを供給する水素供給部３と、スタック２に酸素を含む酸化ガス（例えば、空気）を供給するエアポンプ４と、気液分離器５と、排出ボックス６とを備える。水素供給部３は、例えば、複数のＭＨ（Metal Hydride ）ボンベ（図示略）を有する。
【００１５】
スタック２は、平板状の単位セルを複数積層してパッケージ化して構成されている。単位セルは、膜電極接合体２ａと、該膜電極接合体２ａの両側に配置される一対のセパレータ（図示略）と有する。膜電極接合体２ａは、アノード２０と、カソード２１と、アノード２０及びカソード２１に挟まれた電解質としての固体高分子膜２２とを有する。なお、図１においては、一の膜電極接合体２ａのみを示している。
【００１６】
スタック２は、燃料ガスが通流し、アノード２０に水素を供給する燃料ガス流路２００を有する。燃料ガス流路２００の流入側は、例えば燃料ガスが通流する配管を介して、水素供給部３に接続される。燃料ガス流路２００の排出側は、後述するように排出ボックス６に接続されている。水素供給部３からスタック２に供給された燃料ガスは、燃料ガス流路２００に流入し、アノード２０に接触した後、燃料ガス流路２００からスタック２の外部に排出される。
【００１７】
スタック２は、酸化ガスが通流し、カソード２１に酸素を供給する酸化ガス流路２１０を有する。酸化ガス流路２１０の流入側は、例えば酸化ガスが通流する配管を介して、エアポンプ４に接続される。酸化ガス流路２１０の排出側は、後述のように排出ボックス６に接続されている。エアポンプ４からスタック２に供給された酸化ガスは、酸化ガス流路２１０に流入し、カソード２１に接触した後、酸化ガス流路２１０からスタック２の外部に排出される。
【００１８】
アノード２０に燃料ガスが接触して水素が供給され、カソード２１に酸化ガスが接触して酸素が供給されることにより両電極で電気化学反応が生じ、起電力が発生する。電気化学反応においては、アノード２０側から固体高分子膜２２を透過してきた水素イオンとカソード２１側の酸化ガス中の酸素との反応により水が生じる。したがって、スタック２におけるカソード２１側の排気には、水が含まれる。また、上記電気化学反応は、発熱反応であり、カソード２１側の排気は熱を保有する。更に、水の一部は、固体高分子膜２２を通過してアノード２０側に移動する。また、酸化ガスが空気である場合、空気中の窒素の一部が固体高分子膜２２を通過してアノード２０側に移動する。したがって、アノード２０側の排水には、水、窒素等の不純物が含まれる。
【００１９】
気液分離器５は、スタック２及び排出ボックス６に接続されており、流入する流体を気体と水とに分離して各別に排出する。気液分離器５の流入側は、燃料ガス流路２００の排出側に接続され、アノード２０側から排出された水素と、水等の不純物とを含む流体が流入する。
【００２０】
気液分離器５の排水側は、排出ボックス６に接続されている。気液分離器５の気体の排出側は、水素供給部３からの燃料ガス流路２００への水素の流入経路の中途部分に接続されている。これにより、未反応の状態で燃料ガス流路２００から排出された水素を循環させて、再度アノード２０に供給することができる。
【００２１】
なお、アノード２０側から排出された気体に含まれる不純物は、スタック２の発電に伴って増加し、これにより、アノード２０に供給される水素濃度が低下していく。このため、燃料電池１は、水素の循環経路から定期的に、燃料電池１の外部に循環経路内の気体をパージする。
【００２２】
排出ボックス６は、気液分離器５の排水側と、酸化ガス流路２１０の排出側とに接続されている。したがって、排出ボックス６には、アノード２０側の排水及びカソード２１側の排気が流入する。また、排出ボックス６に流入した気体及び液体は、燃料電池１の後述する筐体の１０外部に排出される。
【００２３】
燃料電池１は、筐体１０を備え、上記の燃料電池１を形成するスタック２、エアポンプ４等の各部は、筐体１０の内部に配されている。図２は、筐体１０の内部の概略構成を示す断面図である。図２においては、水素供給部３及び気液分離器５の図示は省略している。なお、以下の説明において使用する上下及び左右の方向は、各図中に示してある。
【００２４】
筐体１０は、筐体１０の底側の下壁部１０ａの外面から下側に延び、左右方向に長い脚部１１を有し、該脚部１１を設置面に配して設置される。脚部１１は、下壁部１０ａの前後方向（図２の紙面に垂直な方向）の両端部夫々に向けられているが、図２においては、後側（紙面の裏面側）の一方のみを示している。排出ボックス６は、筐体１０の内部において、筐体１０の下壁部１０ａの内面上に設けられている。したがって、排出ボックス６は、筐体１０の底側に位置している。
【００２５】
図３は、図２中のＡで示した部分の拡大図である。排出ボックス６は、直方体状をなし、矩形板状の底壁６０、該底壁６０に対向する矩形板状の天壁６１、底壁６０及び天壁６１に連なる矩形枠状の側壁６２を有する。底壁６０の外面は、筐体１０の下壁部１０ａの内面に接している。側壁６２は、底壁６０の内面の周縁部から立ち上がっている。天壁６１は、内面の周縁部が側壁６２の上端面に接するように設けられている。
【００２６】
底壁６０には、第１排出口６０１が貫設されている。筐体１０の下壁部１０ａには、第１排出口６０１に連なる第１連通口１０１が貫設されている。したがって、第１連通口１０１及び第１排出口６０１は、筐体１０の外部及び排出ボックス６を連通し、第１排出口６０１は、第１連通口１０１を介して筐体１０の外部に連なっている。
【００２７】
第１排出口６０１及び第１連通口１０１には、水抜きキャップ７１が取り付けられている。水抜きキャップ７１は、外部からの風雨の侵入を防止し、内部の水を外部に排出するための部品である。水抜きキャップ７１は、排出ボックス６内部と、筐体１０の外部とを連通している。排出ボックス６内の排気及び排水が、水抜きキャップ７１を介して、筐体１０の外部に排出される。
【００２８】
排出ボックス６の天壁６１には、排気流入口６１０、排水流入口６１１及び第２排出口６１２が貫設されている。排気流入口６１０は、左右方向中央部の左寄りに設けられ、第２排出口６１２は、排気流入口６１０の右後方に設けられ、排水流入口６１１は、第２排出口の右前方に設けられている。
【００２９】
排出ボックス６は、外部における上面及び側面が、断熱壁８に覆われている。断熱壁８は、上壁部８０及び矩形枠状の枠部８１を有する。枠部８１は、筐体１０の下壁部１０ａの内面から上側に立ち上がり、排出ボックス６の外側面を覆っている。上壁部８０は、枠部８１の上端面に接し、排出ボックス６の外部の上面を覆っている。なお、排出ボックス６の外部において、上面及び側面だけでなく、下面が断熱部材に覆われていてもよい。
【００３０】
断熱壁８の上壁部８０には、排出ボックス６の排気流入口６１０に連なる第１連設口８００と、排水流入口６１１に連なる第２連設口８０１と、第２排出口６１２に連なる第３連設口８０２が貫設されている。
【００３１】
排気流入口６１０及び第１連設口８００には、カソード側配管９０が接続されている。カソード側配管９０の一端部は、排気流入口６１０及び第１連設口８００を挿通し、天壁６１の側から排出ボックス６内に連なっている。カソード側配管９０の他端部は、排出ボックス６から上側に延び、図示しない接続配管等を介してスタック２の酸化ガス流路２１０の排出側に接続されている。したがって、カソード側配管９０においては、カソード２１側の排気が通流し、カソード側配管９０を通流した排気は、排出ボックス６内に流入する。
【００３２】
排水流入口６１１及び第２連設口８０１には、アノード側配管９１が接続されている。アノード側配管９１の一端部は、排水流入口６１１及び第２連設口８０１を挿通し、天壁６１の側から排出ボックス６内に連なっている。アノード側配管９１の他端部は、排出ボックス６から上側に延び、図示しない接続配管等を介して気液分離器５の排水側に接続されている。したがって、アノード側配管９１においては、アノード２０側の排水が通流し、アノード側配管９１を通流した排水は、排出ボックス６内に流入する。
【００３３】
排出ボックス６は、筐体１０内において、底壁６０、天壁６１及び側壁６２により囲まれ、カソード２１側の排気及びアノード２０側の排水が流入する空間を形成しており、流入室をなす。
【００３４】
第２排出口６１２及び第３連設口８０２には排出管７２が接続されている。排出管７２の一端部は、第２排出口６１２及び第３連設口８０２を挿通し、天壁６１の側から排出ボックス６内に連なっている。排出管７２の中途部は、一端部から上側に延び、下側に折り返している。排出管７２の他端部は、前記折り返し部分から下側に延びている。即ち排出管７２は、全体として、逆Ｕ字状をなしている。
【００３５】
ここで、筐体１０の下壁部１０ａには、筐体１０ａ内外を連通する第２連通口１０２が貫設されており、排出管７２の他端部は、第２連通口１０２を挿通し、筐体１０の底側において、筐体１０ａの外部に連なっている。したがって、排出管７２は、排出ボックス６内及び筐体１０の外部を連通している。排出管７２を介して、排出ボックス６内の排気が筐体１０の外部に排出される。
【００３６】
水抜きキャップ７１及び排出管７２は、いずれも常時開放されており、排気及び排水の排出が可能な状態である。したがって、排出ボックス６内に流入したカソード２１側の排気は、第１排出口６０１及び第２排出口６１２から、同時的に、排出ボックス６の外部に排出され、筐体１０の外部に排出される。
【００３７】
燃料電池１は、発電を行う場合、図示しない制御装置により、水素供給部３及びエアポンプ４を駆動させる。水素供給部３の駆動により、燃料ガスが燃料ガス流路２００を通流し、アノード２０に水素が供給される。また、エアポンプ４の駆動により、酸化ガスが酸化ガス流路２１０を通流し、カソード２１に酸素を供給する。これにより、スタック２において、上述のように起電力が発生する。
【００３８】
燃料ガス流路２００を通流した燃料ガスは、水等の不純物と共に気液分離器５内に流入し、気体と水とに分離される。気液分離器５から排出された気体は、水素供給部３からスタック２への水素の供給経路に流入する。また、気液分離器５から排出された水、即ちアノード２０側の排水は、アノード側配管９１を通流し、排水流入口６１１及び第２連設口８０１から排出ボックス６内に流入する。
【００３９】
また、酸化ガス流路２１０を通流した酸化ガス、即ちカソード２１側の排気は、水等の不純物と共にカソード側配管９０を通流し、排気流入口６１０及び第１連設口８００から排出ボックス６内に流入する。
【００４０】
排出ボックス６内に流入したカソード２１側の排気及びアノード２０側の排水は、水抜きキャップ７１を介して、第１排出口６０１及び第１連通口１０１から筐体１０の外部に排出される。また、同時的に、カソード２１側の排気等の気体が、排出管７２を通流して第２排出口６１２及び第３連設口８０２から筐体１０の外部に排出される。
【００４１】
上記の構成によれば、燃料電池１の発電に伴って、カソード２１側の排気が排出ボックス６内に流入し、該排気の熱によって排出ボックス６が加温される。これにより、排出ボックス６内及び排出ボックス６に係る流出入経路の水の凍結を防止し、また、水が凍結している場合には解凍を行うことができる。カソード２１側の排気は、燃料電池１の発電に伴って排出ボックス６内に流入するので、燃料電池１の発電を行うだけで、容易に排出ボックス６及び排出ボックス６に係る流出入経路において水の凍結の防止、解凍を行うことができる。これにより、第１排出口６０１及び第２排出口６１２等の流出入経路において、水の凍結による閉塞が生じた場合に、解凍により該閉塞を解消できる。
【００４２】
また、排出ボックス６は、第１排出口６０１及び第２排出口６１２を有するので、第１排出口６０１が水の凍結により閉塞した場合であっても、第２排出口６１２により、排気を行うことができ、燃料電池１による発電を継続することができる。更に、第２排出口６１２は、第１排出口６０１よりも上側に位置しており、主として、水は第１排出口６０１から排出され、気体は第２排出口６１２から排出されるので、排出ボックス６内において、気液分離してカソード２１側の排気とアノード２０側の排水とを排出することができる。
【００４３】
第２排出口６１２は天壁６１に設けられているので、水は第２排出口６１２からは排出されにくく、第２排出口６１２における水の凍結をより良好に防止することができる。
【００４４】
カソード側配管９０は、排出ボックス６の上側の排気流入口６１０に接続され、天壁６１の側から排出ボックス６の内部に連なっており、カソード側配管９０内に水が溜まらないので、良好に凍結を防止できる。
【００４５】
排出ボックス６は断熱壁８に覆われているので、排出ボックス６が断熱壁８に保温される。これにより、排出ボックス６内における水の凍結を抑制し、水の凍結の可能性を低減することができる。
【００４６】
アノード２０側の排水は、排出ボックス６に流入し、カソード２１の排気により加温されるので、凍結が防止される。
【００４７】
排出ボックス６は、筐体１０の内部の底側に位置しているので、第１排出口６０１から筐体１０の外部までの距離を短くすることができる。これにより、筐体１０の第１連通口１０１が凍結した場合であっても、カソード２１側の排気により加温された排出ボックス６の熱の伝導により、良好に解凍を行うことができる。
【００４８】
排出管７２は、第２排出口６１２に接続され、筐体１０の底側の第２連通口１０２を介して筐体１０の外部に連なっている。したがって、排出管７２により、カソード２１側の排気を筐体１０の外部に排出することができる。また、排出管７２の他端部、即ち筐体１０の外部に連なる部分は、下向きとなっており、水が溜まりにくい。したがって、排出管７２内における水の凍結を防止することができる。
【００４９】
更に排出管７２は、第２排出口６１２及び筐体１０の第２連通口１０２を挿通し、排出ボックス６の内部及び筐体１０の外部を連通しているので、結露等による水が筐体１０内の機器に接触することを防止でき、該機器の不具合を防止することができる。
【００５０】
排出ボックス６に流入したカソード２１側の排気等の気体は、第１排出口６０１及び前記第２排出口６１２から、同時的に、排出ボックス６の外部へ排出される。したがって、第１排出口６０１又は第２排出口６１２において、水の凍結等による閉塞が発生した場合であっても、第１排出口６０１及び第２排出口６１２の切り替えを行わずに、閉塞していない第２排出口６１２又は第１排出口６０１から自動的に排気等を排出できる。
【００５１】
（実施の形態２）
実施の形態２においては、実施の形態１と排出ボックスの設置個所が異なる。図４は、実施の形態２に係る燃料電池１の側面図である。図５は、排出ボックス６の概略構成を示す拡大部分断面図である。実施の形態２に係る燃料電池１の構成について、実施の形態１と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５２】
図４に示すように、実施の形態２においては、排出ボックス６は、筐体１０の外部の右側壁１０ｂの外面に接して位置している。筐体１０には、筐体１０内の換気を行う換気口（不図示）が設けられている。
【００５３】
図５に示すように、排出ボックス６は、底壁６０及び天壁６１並びに側壁６２を有する。底壁６０及び天壁６１並びに側壁６２は連設されている。なお、図４において、排出ボックス６は、断熱部材に覆われていないが、断熱部材に覆われていてもよい。
【００５４】
底壁６０には、外部に連なる第１排出口６０１が設けられており、該第１排出口６０１には、水抜きキャップ７１が取り付けられている。水抜きキャップ７１は、外部からの風雨の侵入を防止し、内部の水を外部に排出するための部品である。カソード２１側の排気及びアノード２０側の排水は、水抜きキャップ７１を介して第１排出口６０１から外部に排出される。
【００５５】
排出ボックス６の側壁６２の左側部には、第２排出口６２０が設けられている。また、筐体１０の右側壁１０ｂには、第２排出口６２０に連なる第３連通口１０３が設けられている。したがって、第２排出口６２０は、第３連通口１０３を介して筐体１０の内部に連なり、筐体１０の内部及び前記換気口を介して筐体１０の外部に連なっている。なお、筐体１０において、実施の形態１における第１連通口１０１及び第２連通口１０２は設けられていない。
【００５６】
カソード側配管９０の一端部は、第２排出口６２０及び第３連通口１０３を挿通し、排出ボックス６の内部に連なっている。カソード側配管９０の他端部は、スタック２の酸化ガス流路２１０の排出側に接続されている。
【００５７】
アノード側配管９１の一端部は、第２排出口６２０及び第３連通口１０３を挿通して排出ボックス６内に連なっている。アノード側配管９１の他端部は、スタック２の燃料ガス流路２００の排出側に接続されている。
【００５８】
したがって、排出ボックス６内に、カソード側配管９０からカソード２１側の排気が流入し、アノード側配管９１からアノード２０側の排水が流入する。排出ボックス６内に流入したカソード２１側の排気は、上記のように水抜きキャップ７１を介して外部に排出され、また、第２排出口６２０から筐体１０の内部に排出され、筐体１０の前記換気口から筐体１０の外部に排出される。また、排出ボックス６内に流入したアノード２０側の排水は第１排出口６０１から水抜きキャップ７１を介して、筐体１０の外部に排出される。
【００５９】
上記の構成によれば、燃料電池１の発電に伴って、カソード２１側の排気が排出ボックス６内に流入し、該排気の熱によって排出ボックス６が加温される。これにより、燃料電池１の発電を行うだけで、容易に排出ボックス６及び排出ボックス６に係る流出入経路において水の凍結の防止、解凍を行うことができる。これにより、第１排出口６０１及び第２排出口６２０等の流出入経路において、水の凍結による閉塞が生じた場合に、解凍により該閉塞を解消できる。
【００６０】
また、排出ボックス６は、筐体１０の外側にあるので、結露等による水が筐体１０内の機器に接触することを防止でき、該機器の不具合を防止することができる。
【００６１】
第２排出口６２０は、第３連通口１０３、筐体１０内部、筐体１０の換気口を介して、筐体１０の外部に連なっているので、カソード２１側の排気を筐体１０の外部に排出することができる。
【００６２】
また、排出ボックス６は、第１排出口６０１及び第２排出口６２０を有するので、第１排出口６０１が水の凍結により閉塞した場合であっても、第２排出口６２０により、排気を行うことができ、燃料電池１による発電を継続することができる。更に、第２排出口６２０は、第１排出口６０１よりも上側に位置しており、主として、水は第１排出口６０１から排出され、気体は第２排出口６２０から排出されるので、排出ボックス６内において、気液分離してカソード２１側の排気とアノード２０側の排水とを筐体１０の外部に排出することができる。
【００６３】
排出ボックス６に流入したカソード２１側の排気等の気体は、第１排出口６０１及び第２排出口６２０から、同時的に、排出ボックス６の外部へ排出される。したがって、第１排出口６０１又は第２排出口６２０において、水の凍結等による閉塞が発生した場合であっても、第１排出口６０１及び第２排出口６２０の切り替えを行わずに、閉塞していない第２排出口６２０又は第１排出口６０１から自動的に排気を排出できる。
【００６４】
なお、実施の形態１及び実施の形態２において、排出ボックス６の底壁６０、天壁６１及び側壁６２を、筐体１０の壁部が兼ねるように構成してもよい。また、水抜きキャップ７１を配しないこととしてもよい。
【００６５】
以上のように、本開示の一実施形態に係る燃料電池は、筐体と、該筐体の内部に設けられているアノード及びカソードと、底壁、天壁、並びに、前記底壁及び前記天壁に連なる側壁を有し、前記カソードの側の排気が流入する流入室と、前記底壁に設けられ、前記筐体の外部に連なる第１開口部と、前記天壁又は前記側壁に設けられ、前記筐体の外部に連なる第２開口部とを備えることを特徴とする。
【００６６】
本開示の一実施形態によれば、発電に伴って、カソードの側の排気が流入室に流入し、該排気の熱により流入室が加温される。これにより、流入室内及び流入室に係る流出入経路において水の凍結を防止し、また、水が凍結している場合には解凍を行うことができる。排気は発電に伴って流入室に流入するので、燃料電池の発電に伴って、流入室内及び流入室に係る流出入経路における水の凍結の防止及び解凍を容易に行うことができる。これにより、流出入経路において、水の凍結による閉塞が生じた場合に、解凍により該閉塞を解消できる。
【００６７】
また、流入室は第１開口部及び第２開口部を有するので、第１開口部が水の凍結により閉塞した場合であっても、第２開口部により、排気を行うことができ、燃料電池による発電を継続することができる。更に、第２開口部は、第１開口部よりも上側に位置しており、主として、水は第１開口部から排出され、気体は第２開口部から排出されるので、流入室内において気液分離をして、カソード側の排気及びアノード側の排水を排出することができる。
【００６８】
本開示の一実施形態に係る燃料電池は、前記第２開口部は前記天壁に設けられていることを特徴とする。
【００６９】
本開示の一実施形態によれば、水は第２開口部から排出されにくく、第２開口部における水の凍結をより良好に防止することができる。
【００７０】
本開示の一実施形態に係る燃料電池は、前記天壁の側から前記流入室の内部に連なり、前記カソードの側の排気が通流する通流管を備えることを特徴とする。
【００７１】
本開示の一実施形態によれば、通流管は、流入室の上側に接続され、通流管内に水が溜まらないので、良好に凍結を防止できる。
【００７２】
本開示の一実施形態に係る燃料電池は、前記流入室を覆う断熱部材を備えることを特徴とする。
【００７３】
本開示の一実施形態によれば、流入室を断熱部材により保温し、水の凍結を抑制することができ、水の凍結の可能性を低減することができる。
【００７４】
本開示の一実施形態に係る燃料電池は、前記アノードの側の排水が前記流入室に流入することを特徴とする。
【００７５】
本開示の一実施形態によれば、流入室内にアノードの側の排水が流入し、カソードの排気により加温されるので、該排水の凍結を防止することができる。
【００７６】
本開示の一実施形態に係る燃料電池は、前記流入室は、前記筐体の内部の底側に位置していることを特徴とする。
【００７７】
本開示の一実施形態によれば、第１開口部から筐体の外部までの距離を短くすることができる。これにより、筐体における排気の出口が凍結した場合であっても、加温された流入室の熱の伝導により、良好に解凍を行うことができる。
【００７８】
本開示の一実施形態に係る燃料電池は、前記流入室は、前記筐体の外面に接して位置していることを特徴とする。
【００７９】
本開示の一実施形態によれば、発電に伴って、カソードの側の排気が流入室に流入し、該排気の熱により流入室が加温される。これにより、流入室内及び流入室に係る流出入経路において水の凍結を防止し、また、水が凍結している場合には解凍を行うことができる。また、流入室は、筐体の外側にあるので、結露等による水が筐体内の機器に接触することを防止でき、該機器の不具合を防止することができる。
【００８０】
本開示の一実施形態に係る燃料電池は、前記第２開口部に接続され、前記筐体の底側において前記筐体の外部に連なる配管を備えることを特徴とする。
【００８１】
本開示の一実施形態によれば、配管を介して、排気を筐体の外部に排出することができる。また、配管の筐体の外部に連なる部分は、下向きとなり、水が溜まりにくい。したがって、配管内における水の凍結を防止することができる。また、配管は、第２開口部及び筐体の外部を連通しているので、結露等による水が筐体内の機器に接触することを防止でき、該機器の不具合を防止することができる。
【００８２】
本開示の一実施形態に係る燃料電池は、前記流入室に流入した排気は、前記第１開口部及び前記第２開口部から、同時的に、前記流入室の外部へ排出されることを特徴とする。
【００８３】
本開示の一実施形態によれば、第１開口部又は第２開口部において閉塞した場合であっても、第１開口部及び第２開口部の切り替えを行わずに、閉塞していない第２開口部又は第１開口部から自動的に排気を排出できる。
【００８４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８５】
１  燃料電池
１０  筐体
２０  アノード
２１  カソード
６０  底壁
６１  天壁
６２  側壁
６  排出ボックス（流入室）
６０１  第１排出口（第１開口部）
６１２，６２０  第２排出口（第２開口部）
７２  排出管（配管）
８  断熱壁（断熱部材）
９０  カソード側配管（通流管）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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