(57)【要約】【課題】燃料電池に向かう酸化剤ガスの圧損を抑えつつ、燃料電池に酸化剤ガス中に混入したオイル等の不純物が流れ込むことを抑制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１は、燃料電池２と、燃料電池２に酸化剤ガスを供給するコンプレッサ３と、を備えている。燃料電池２とコンプレッサ３との間には、コンプレッサ３から燃料電池２に酸化剤ガスを供給するガス供給配管４が接続されており、ガス供給配管４の内壁の一部は、多孔質酸化物で形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、該燃料電池に酸化剤ガスを供給するコンプレッサと、を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池と前記コンプレッサとの間には、前記コンプレッサから前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するガス供給配管が接続されており、
前記ガス供給配管の内壁の一部は、多孔質酸化物で形成されてい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、燃料電池と、燃料電池に酸化剤ガスを供給するコンプレッサと、を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスの化学反応により発電する燃料電池を備えており、燃料電池には、燃料電池に酸化剤ガスを供給するためのガス供給配管が接続されている。ここで、燃料電池に供給される酸化剤ガスに不純物が混入していると、不純物が燃料電池に持ち込まれることになり、燃料電池の発電性能が低下することがある。
【０００３】
このような点を鑑みて、たとえば特許文献１には、コンプレッサから酸化剤ガスを供給する屈曲部を有したガス供給配管を備え、屈曲部の流路に、屈曲部の半径方向外側の内壁から屈曲部の内方に向かって邪魔板を延在させた、燃料電池システムが提案されている。
【０００４】
特許文献１の燃料システムによれば、屈曲部を通過する酸化剤ガスに含まれるオイルなどの不純物は、遠心力により、屈曲部の半径方向外側を通過し易いことから、この箇所に邪魔板を配置することにより、邪魔板で不純物を捕捉することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１３４９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１で提案された燃料電池システムは、ガス供給配管内に設けた邪魔板により、配管内での圧力損失（圧損）が発生するおそれがある。このため、酸化剤ガスを燃料電池に供給する際の圧力不足を回避するために、エアコンプレッサの能力を高める必要があり、システムが大型化するとともに、消費電力が多大となるおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであって、燃料電池に向かう酸化剤ガスの圧損を抑えつつ、酸化剤ガス中に混入したオイル等の不純物が、燃料電池に流れ込むことを抑制することができる燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を鑑みて、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、該燃料電池に酸化剤ガスを供給するコンプレッサと、を備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池と前記コンプレッサとの間には、前記コンプレッサから前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するガス供給配管が接続されており、前記ガス供給配管の内壁の一部は、多孔質酸化物で形成されている。
【０００９】
前記のごとく構成された本発明の燃料電池システムでは、ガス供給配管の内壁の一部を、多孔質酸化物で形成しているので、ガス供給配管を通過する酸化剤ガス中のオイル等の不純物のうち、ガス供給配管の内壁を伝って移動する不純物を、多孔質酸化物に付着させて捕捉することができる。これにより、酸化剤ガスの圧損を抑えつつ、燃料電池に酸化剤ガス中のオイル等の不純物が、燃料電池に流れ込むことを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池に向かう酸化剤ガスの圧損を抑えつつ、酸化剤ガスに含まれるオイル等の不純物が、燃料電池に流れ込むことを抑制することができ、燃料電池システムの小型化と、低消費電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの一実施形態を示す模式図である。
【図２】図１で用いるコンプレッサの概略構成図である。
【図３】図１の燃料システムで用いる酸化剤ガスを供給するガス供給配管の一部破断斜視図である。
【図４】酸化剤ガスを供給するガス供給配管の他の実施形態の一部破断斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る燃料電池システムの一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る燃料電池システムの模式図であり、図２は、図１で用いるコンプレッサの概略構成図であり、図３は、酸化剤ガスを供給するガス供給配管の一部破断斜視図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム１は、燃料電池２と、燃料電池２に、空気（大気）などの酸化剤ガスを供給するコンプレッサ（ターボコンプレッサ）３と、を少なくとも備えている。燃料電池２とコンプレッサ３との間には、コンプレッサ３からの酸化剤ガスを冷却するインタクーラ５が配置されている。
【００１４】
コンプレッサ３と燃料電池２との間には、コンプレッサ３から燃料電池２に酸化剤ガスを供給するガス供給配管４が接続されている。ガス供給配管４は、コンプレッサ３からインタクーラ５までを接続し、コンプレッサ３から吐出された酸化剤ガスが流通する吐出側配管４ａと、インタクーラ５から燃料電池２までを接続し、燃料電池２に酸化剤ガスを導入する導入側配管４ｂと、を備えている。
【００１５】
コンプレッサ３は、エア（大気）などの酸化剤ガスをエアクリーナ５５を介して導入し、導入した酸化剤ガスを内部で圧縮し、これを吐出側配管４ａから吐出する装置である。コンプレッサ３は、酸化剤ガスを、燃料電池２へ圧送する圧縮室３１を備えており、圧縮室３１には、酸化剤ガスを圧縮するインペラ３２が配置されている。圧縮室３１に隣接した位置には、インペラ３２を回転駆動するモータ３３が配置されており、モータ３３は、モータ室３４に収容されている。
【００１６】
燃料電池２に酸化剤ガスを供給する際には、コンプレッサ３を駆動させ、インペラ３２を駆動回転させるモータ３３は、１０万ｒｐｍ程度の高回転で回転する。このため、モータ３３は、高温に発熱し易いため、モータ３３を支承するベアリング、およびモータ３３そのものを冷却すべく、モータ室３４は、オイル冷却システム５０に接続されている。
【００１７】
コンプレッサ３には、オイル冷却システム５０が接続されている。オイル冷却システム５０は、冷却用のオイルをモータ室３４に循環させることにより、モータ３３等を冷却するシステムである。オイル収容部５１からのオイルは、オイルポンプ５２を介してモータ室３４に圧送され、モータ室３４から戻るオイルは、オイルクーラ５３で冷却される。
【００１８】
モータ室３４には、オイルが圧縮室３１に漏洩することを防止するために、メカニカルシール等が設けられているが、上述した如く、モータ３３が高回転で回転するため、メカニカルシール等の摺動部から、圧縮室３１に微量のオイルが漏れる可能性がある。
【００１９】
さらに、通常は、圧縮室３１の圧力は、モータ室３４の圧力よりも高い状態を保持しているが、モータ室３４の室内の温度が上昇することにより、モータ室３４の圧力が高圧になることがある。これにより、モータ室３４から圧縮室３１にオイルが流れ込むことが想定される。
【００２０】
さらに、この他にも、モータ３３の回転速度が減速した時などには、圧縮室３１の圧力が負圧になることがあり、モータ室３４の圧力が、圧縮室３１の圧力よりも相対的に高くなることがある。この場合も、モータ室３４から圧縮室３１にオイルが流れ込むことが想定される。
【００２１】
このようなオイルは、ガス供給配管４を介して、１００μｍ程度の粒子となって、インタクーラ５を通過し、燃料電池２に流れ込んでしまう。本実施形態では、コンプレッサ３で吸い込まれた酸化剤ガスに含まれる不純物、コンプレッサ３から漏出したオイル等が、燃料電池２内に流れ込むことを抑制するために、以下の構造を採用している。
【００２２】
本実施形態では、図３に示すように、ガス供給配管４の吐出側配管４ａの内壁の一部が、多孔質酸化物で形成されている。具体的には、吐出側配管４ａには、この内壁の一部を覆うように多孔質酸化物で形成された皮膜７Ａが被覆されている。
【００２３】
多孔質酸化物は、無機材料の酸化物を含む多孔質材であり、酸化物としては、セラミックス系酸化物が好ましく、たとえば、ゼオライト、シリカアルミナ等を挙げることができる。ゼオライト、シリカアルミナ等を用いた場合、オイルに含有するリンや硫黄を吸着することができる。
【００２４】
多孔質酸化物は、電気的に絶縁性を有した酸化物からなることが好ましい。これにより、配管の内壁の一部に被覆された皮膜７Ａが剥離し、ガス供給配管４を通して燃料電池２に流入しても、燃料電池２の短絡を防止することができる。
【００２５】
多孔質酸化物で形成された皮膜７Ａは、コンプレッサ３と燃料電池２との間の配管内壁面に形成され、高温側であるコンプレッサ３の酸化剤ガスの吐出口の近傍に形成されることが好ましい。これにより、多孔質酸化物に吸着したオイルのうち、炭化水素系のオイル主成分を蒸発させ、リンや硫黄含有物質などの成分を、皮膜７Ａの多孔質酸化物に効率的に吸着することができる。
【００２６】
たとえば、多孔質酸化物で形成された皮膜７Ａは、ゼオライト、シリカアルミナなどの無機酸化物からなる粉末を、バインダと混練した後、吐出側配管４ａの内壁面に塗布し、これを焼成することで成膜することができる。
【００２７】
ここで、多孔質酸化物で形成された皮膜７Ａを成膜する前に、吐出側配管４ａの内壁面に対してブラスト処理などの粗化処理をすることが好ましい。これにより、吐出側配管４ａの粗化された内壁面のアンカー効果により、多孔質酸化物を内壁面に強固に密着させることができる。
【００２８】
前記の如く構成された本実施形態の燃料電池システム１の動作について以下に説明する。エアクリーナ５５を介して吸入された酸化剤ガスは、コンプレッサ３で圧縮され、燃料電池２にガス供給配管４の吐出側配管４ａから吐出される。コンプレッサ３では、オイル冷却システム５０によって冷却用のオイルがモータ室３４を循環し、モータ３３等は冷却される。モータ室３４では、上述した理由から、微量のオイルが圧縮室３１に漏出することがある。
【００２９】
本実施形態では、コンプレッサ３からオイルを含有した酸化剤ガスが吐出されたとしても、配管の内壁面を伝って流れたオイルを、多孔質酸化物で形成された皮膜７Ａで捕捉することができる。また、多孔質酸化物が、ゼオライト、シリカアルミナなどである場合には、オイルに含まれるリンや硫黄含有物質を多孔質酸化物に吸着することができる。この結果、燃料電池２へオイル等の不純物の流入を防止することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、多孔質酸化物で形成された皮膜７Ａを、ガス供給配管４の内壁のうち、吐出側配管４ａの内壁（特にコンプレッサ３の吐出口近傍の内壁）に形成すると、コンプレッサ３から吐出された酸化剤ガスは高温であるため、多孔質酸化物で捕捉されたオイル等の液状成分が揮発しやすい。このため、捕捉されたオイルに含まれる添加剤の成分であるリンや硫黄含有物質を効率よく吸着できる。これにより、オイルに含まれるリンや硫黄含有物質を長期間にわたって、多孔質酸化物で捕捉することができる。
【００３１】
本発明の他の実施形態を図４に基づき詳細に説明する。図４は酸化剤ガスを供給するガス供給配管の他の実施形態の一部破断斜視図である。なお、この実施形態は、前記した実施形態に対し、多孔質酸化物で形成された筒部材を配管内壁に配置した点が相違する。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３２】
本実施形態では、図４に示すように、ガス供給配管４を構成する管本体４ｃの内壁の一部には、その全周に亘って陥没した凹部６が形成されている。凹部６には、パイプ状の筒部材７Ｂが固定されている。筒部材７Ｂは、上述した多孔質酸化物で形成されている。筒部材７Ｂは、多孔質酸化物からなる粒子を焼結した焼結体であり、管本体４ｃの凹部６に、端部から内挿することにより配置される。筒部材７Ｂは、管本体４ｃに接着剤を介して固定されていてもよく、管本体４ｃに嵌合していてもよい。
【００３３】
図４に示すガス供給配管４において、コンプレッサ３で圧縮された酸化剤ガスにオイル等の不純物が混入していると、オイル等の不純物は配管内壁を伝って移動し、多孔質酸化物で形成された筒部材７Ｂの内周を通過する。この結果、オイル等の不純物は筒部材７Ｂを構成する多孔質酸化物で吸着されて捕捉される。また、多孔質酸化物が、ゼオライト、シリカアルミナなどである場合には、オイルに含まれるリンや硫黄含有物質を多孔質酸化物に吸着させることができる。
【００３４】
これにより、酸化剤ガスをコンプレッサ３で圧縮して燃料電池２に供給したとき、酸化剤ガスにコンプレッサ３から漏れ出たオイル等の不純物が混入していても、多孔質酸化物で形成された筒部材７Ｂによりこれを捕捉するので、燃料電池２に不純物が流入することを防止することができる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【００３６】
例えば、多孔質酸化物がガス供給配管の内面全周に形成された例を示したが、全周に限られるものでなく、たとえば半周に形成してたものでも所定の効果を発揮することができる。
【００３７】
多孔質酸化物として、ゼオライト、シリカアルミナからなる多孔質酸化物を例示したが、これらに限られるものでなく、特にオイル等の不純物を捕捉できる機能を有するものであれば、他の材質のものを用いてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１：燃料電池システム、２：燃料電池、３：コンプレッサ、４：ガス供給配管、４ａ：吐出側配管、４ｂ：導入側配管、６：凹部、７Ａ：皮膜、７Ｂ：筒部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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