(57)【要約】【課題】簡易な構造で排気中の水蒸気の液化を防止することができる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１００は、水素と空気中の酸素とを反応させて発電を行う燃料電池スタック１と、空気を圧縮して燃料電池スタック１に供給するエアコンプレッサ３と、エアコンプレッサ３によって圧縮されて昇温された空気が流通する空気供給流路１１と、エアコンプレッサの空気吐出側に取り付けられるとともに、空気供給流路１１の一部が形成されるブラケット６と、燃料電池スタック１から排出される排気が流通する排気流路１５の一部が形成される排気管２５とを備え、ブラケット６は排気管２５を保持し、空気供給流路１１の空気の熱はブラケット６を介して排気管２５に伝達される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と空気中の酸素とを反応させて発電を行う燃料電池スタックと、
前記空気を圧縮して前記燃料電池スタックに供給するエアコンプレッサと、
前記エアコンプレッサによって圧縮されて昇温された前記空気が流通する空気供給流路と、
前記エアコンプレッサの空気吐出側に取り付けられるとともに、前記空気供給流路の少なくとも一部が形成されるブラケットと、
前記燃料電池スタックから排出される排気が流通する排気流路の少なくとも一部が形成される排気管とを備え、
前記ブラケットは前記排気管を保持し、
前記空気供給流路の前記空気の熱は前記ブラケットを介して前記排気管に伝達される燃料電池システム。
【請求項２】
前記ブラケットは金属により形成される請求項１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】
この発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される燃料電池システムの燃料電池スタックから排出される排気には、化学反応によって生成された水分が水蒸気として混在している。このような水分を含む排気が、排気管内で冷却されると水蒸気が液化して排水が出てしまうおそれがある。そのため、排気流路には、排気中の水分を回収する気液分離器が設けられるが、排気中の全ての水分を回収するのは困難である。特に、冬場における燃料電池システムの低温始動時は排気管の温度が低いため、排気中の水分がより液化しやすい。そして、例えば燃料電池システムがフォークリフト等の産業車両に用いられている場合、排水管の内部の排水が外部に流出すると、車両の作業場所の床面や商品が濡れてしまうおそれがある。
【０００３】
そこで、特許文献１の燃料電池システムでは、エアコンプレッサにより圧縮されて高温となった空気を燃料電池スタックに供給する前に分岐流路に流通させ、この分岐流路から排気管に熱を伝達させて、排気管内の排気を昇温させる。これにより、排気中の水分の液化や凍結が防止される。排気管に熱を伝達する方法としては、圧縮空気の分岐流路及び排熱管に、複数の伝熱管及びフィンを有する熱交換器を接続させたり、分岐流路と排気管とを直接接触させたりすることが考えられる（特許文献１の図１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０３１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の燃料電池システムでは、燃料電池スタックに連通する酸化ガス供給流路に対して、排気管を昇温させるための分岐流路が接続されることにより、配管が増え、燃料電池システムの構造が複雑になる。また、これに加えて、複数の伝熱管及びフィンを有する熱交換器を設けたり、分岐流路と排気管とを直接接触させたりすることによって、燃料電池システムの全体的な構造がさらに複雑になってしまうという問題があった。
【０００６】
この発明は、このような問題を解決するためになされ、簡易な構造で排気中の水蒸気の液化を防止することが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】
上記の課題を解決するために、この発明に係る燃料電池システムは、水素と空気中の酸素とを反応させて発電を行う燃料電池スタックと、空気を圧縮して燃料電池スタックに供給するエアコンプレッサと、エアコンプレッサによって圧縮されて昇温された空気が流通する空気供給流路と、エアコンプレッサの空気吐出側に取り付けられるとともに、空気供給流路の少なくとも一部が形成されるブラケットと、燃料電池スタックから排出される排気が流通する排気流路の少なくとも一部が形成される排気管とを備え、ブラケットは排気管を保持し、空気供給流路の空気の熱はブラケットを介して排気管に伝達される。
【０００８】
この発明に係る燃料電池システムのブラケットは金属により形成されてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る燃料電池システムによれば、簡易な構造で排気中の水蒸気の液化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムのエアコンプレッサ及びブラケットを示す斜視図である。
【図３】図２に示すブラケットの内部の様子を示す断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１と、燃料電池スタック１のアノード側１ａに水素を供給する水素タンク２と、燃料電池スタック１のカソード側１ｂに酸素を含む空気を供給するエアコンプレッサ３とを有する。
【００１２】
水素タンク２と燃料電池スタック１のアノード側１ａとの間には水素供給流路１３が設けられる。また、エアコンプレッサ３と燃料電池スタック１のカソード側１ｂとの間には空気供給流路１１が設けられる。また、空気供給流路１１にはインタークーラ７が設けられる。
【００１３】
また、燃料電池スタック１のアノード側１ａの排気側には水素排気流路１４が接続され、カソード側１ｂの排気側には空気排気流路１２が接続される。水素排気流路１４及び空気排気流路１２の下流には気液分離器４が設けられる。気液分離器４には貯水タンク５が接続されている。また、気液分離器４の下流には排気流路１５が設けられる。
【００１４】
ここで、エアコンプレッサ３の空気吐出側にはブラケット６が取り付けられている。ブラケット６には、空気供給流路１１の一部が形成され、エアコンプレッサ３の空気吐出口３ａに連通している。また、ブラケット６には、内部に排気流路１５の一部が形成される排気管２５が貫通して設けられている。すなわち、排気管２５はブラケット６に保持されている。
【００１５】
ブラケット６の詳細な構造について、図２及び３を用いて説明する。
図２に示すように、エアコンプレッサ３の空気吐出口３ａを覆うように、エアコンプレッサ３にはブラケット６が取り付けられる。ブラケット６は所定の容積及び熱容量を有する金属製のブロック体である。ここで、ブラケット６は、例えば、ＳＵＳ、ＳＳ４００等の金属により形成される。また、ブラケット６は、略立方体形状のブロック部６ａと、ブロック部６ａの端面に設けられるフランジ６ｂとを有する。ブロック部６ａには、フランジ６ｂとは反対側に略円筒形状の空気流通管６ｃが突出して設けられている。空気流通管６ｃには、内側に空気供給流路１１が形成される図示しないゴムホースの一端が取り付けられる。そして、ブラケット６は、フランジ６ｂを介してエアコンプレッサ３に取り付けられる。また、図３に示すように、空気流通管６ｃの内側には空気供給流路１１の一部が形成されており、エアコンプレッサ３の空気吐出口３ａに連通する。さらに、ブロック部６ａには排気管２５が、空気供給流路１１に対して直角となる方向に延びて貫通している。すなわち、空気供給流路１１と排気流路１５とは、ブラケット６の内部で互いにすれ違いつつ交差して延びている。
【００１６】
次に、燃料電池システム１００の動作について、図１を参照して説明する。
まず、水素タンク２から水素が水素供給流路１３を介して燃料電池スタック１のアノード側１ａに供給される。また、外部から取り込まれた空気はエアコンプレッサ３で圧縮され昇温される。そして、エアコンプレッサ３で圧縮された空気は、ブラケット６を介して空気供給流路１１を流通し、燃料電池スタック１のカソード側１ｂに供給される。なお、空気供給流路１１を流通する空気は、燃料電池スタック１に供給される前にインタークーラ７によって冷却される。
【００１７】
燃料電池スタック１の内部では水素と空気中の酸素とが化学反応し、発電が行われる。そして、燃料電池スタック１のアノード側１ａの排気は水素排気流路１４に排出され、カソード側１ｂの排気は空気排気流路１２に排出される。空気排気流路１２に流通する排気及び水素排気流路１４を流通する排気は気液分離器４に流入する。ここで、気液分離器４において排気中の水分が回収され、これらの水分は貯水タンク５に貯留される。また、気液分離器４の内部では、燃料電池スタック１のアノード側１ａから排出された排気中の水素が、カソード側１ｂから排出された空気によって希釈される。そして、気液分離器４を通過した排気は排気流路１５に流入して、ブラケット６に保持される排気管２５を通り、外部へ排出される。
【００１８】
以上より、この実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、ブラケット６の内部の空気供給流路１１を流通する圧縮空気の熱はブラケット６を介して排気管２５に伝達される。これにより、複数の伝熱管やフィンを有する複雑な構造の熱交換器を用いることなく、単一のブロック体であるブラケット６により、排気管２５の内部の排気が昇温され、排気に含まれる水分の液化が防止される。また、内部に空気供給流路１１の一部が形成されるブラケット６にさらに排気管２５が保持されることにより、従来からエアコンプレッサに設置されていたブラケットの構造を利用して排気管２５の内部の排気の昇温を行うことができる。従って、簡易な構造で、排気に含まれる水蒸気の液化を効率よく防止することができ、燃料電池システム１００に係る構造の省スペース化及び製造コストの低減を実現することができる。
【００１９】
また、ブラケット６は、金属により形成されるブロック体なので、熱伝導率が良く、より効率的に排気管２５を昇温させることができる。
また、ブラケット６内の空気供給流路１１を流通する圧縮空気は、インタークーラ７の上流側に流通している空気である。すなわち、ブラケット６は、インタークーラ７によって冷却される前の圧縮空気の熱を排気管２５に伝導させることができ、より効率的に排気管２５を昇温させることができる。
【００２０】
なお、排気管２５はブラケット６に一体的に形成されることにより保持されてもよい。
また、ブラケット６の内部では、空気供給流路１１と排気流路１５とは互いに直交する方向に交差して延びているが、これに限定されず、空気供給流路１１と排気流路１５とが平行に延び、互いに対向する方向に向かって圧縮空気及び排気が流通してもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１  燃料電池スタック、３  エアコンプレッサ、６  ブラケット、１１  空気供給流路、１５  排気流路、２５  排気管、１００  燃料電池システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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