(57)【要約】【課題】燃料電池の発電停止状態においても、燃料電池のケース内で結露の発生を抑制する。【解決手段】酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電力を得る燃料電池１と、燃料電池１を収納するケース２と、燃料電池１の発電に伴いケース２内部を換気し、燃料電池１の発電停止に伴いケース２内部の換気を停止する換気装置６とを備えた燃料電池システムにおいて、ケース２内における燃料電池１の発電に伴って発生する熱により加熱される部位に設けられ、水分を吸着および脱離可能な水分吸着部７を備え、水分吸着部７は、燃料電池１の発電停止状態において、ケース２内の水分を吸着させ、燃料電池１の発電状態において、燃料電池１の発電に伴って発生する熱により吸着した水分を脱離させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電力を得る燃料電池（１）と、
前記燃料電池（１）を収納するケース（２）と、
前記燃料電池（１）の発電に伴い前記ケース（２）内部を換気し、前記燃料電池（１）の発電停止に伴い前記ケース（２）内部の換気を停止する換気手段（６）と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記ケース（２）内における前記燃料電池（１）の発電に伴って発生する熱により加熱される部位に設けられ、水分を吸着および脱離可能な水分吸着部（７）を備え、
前記水分吸着部（７）は、前記燃料電池（１）の発電停止状態において、前記ケース（２）内の水分を吸着させ、前記燃料電池（１）の発電状態において、前記燃料電池（１）の発電に伴って発生する熱により吸着した水分を脱離させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記水分吸着部（７）は、前記換気手段（６）からの空気流れに対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記ケース（２）に設けられ、前記水分吸着部（７）が水分を吸着した際に発する熱を、前記ケース（２）外部に放熱する放熱部（８）を備えることを特徴とする請求項1又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記放熱部（８）は、少なくとも前記ケース（２）内部に突出したフィン（８ａ）を有しており、
前記水分吸着部（７）は、前記フィン（８ａ）の表面に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記水分吸着部（７）は、前記ケース（２）内における前記燃料電池（１）の上方に設けられていることを特徴とする請求項1ないし４のいずれか１つ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】
本発明は、水素と酸素との化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及びポータブル発電器等の移動体に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池は、ケースに収納された状態で移動体に搭載されている。ケースは、外部からの異物の侵入を防ぐために、シール材などによって密閉されている。そのため、燃料電池から透過した水蒸気によりケース内の湿度が高くなった場合には、外部との温度差によってケース内に結露が起こり易く、燃料電池の発電効率の低下および電子部品等が破壊される恐れがあった。
【０００３】
上記のような問題に対応するため、ケース内の結露を抑制する手段として、ケースをポーラス体で構成し、ケース内部の圧力により水分をポーラス体に浸透させて除去する手段、換気装置によりケース内を換気する手段等が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６―４９１８６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、燃料電池の発電停止状態においては、換気装置はバッテリにより作動する。車両等の移動体においては、使用できるバッテリ容量が限られているため、燃料電池の発電停止に伴って換気装置を停止する必要がある。換気装置が停止された状態では、換気装置によるケース内の換気ができない。そのため、燃料電池が高温になっている場合は、燃料電池から透過した水蒸気によりケース内の湿度が上昇し結露が起こりやすくなる。また、燃料電池の作動停止後、燃料電池が冷えていく過程においては、ケース内部の圧力が低下し、水分をポーラス体に浸透させることができず、ケース内の湿度が上昇し結露が起こりやすくなるといった問題がある。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、燃料電池の発電停止状態においても、燃料電池のケース内で結露の発生を抑制することができる燃料電池システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明では、酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電力を得る燃料電池（１）と、燃料電池（１）を収納するケース（２）と、燃料電池（１）の発電に伴いケース（２）内部を換気し、燃料電池（１）の発電停止に伴いケース（２）内部の換気を停止する換気手段（６）とを備えた燃料電池システムにおいて、ケース（２）内における燃料電池（１）の発電に伴って発生する熱により加熱される部位に設けられ、水分を吸着および脱離可能な水分吸着部（７）を備え、水分吸着部（７）は、燃料電池（１）の発電停止状態においてケース（２）内の水分を吸着させ、燃料電池（１）の発電状態において燃料電池（１）の発電に伴って発生する熱により吸着した水分を脱離させることを特徴とする。
【０００７】
これにより、燃料電池（１）の発電停止状態において、水分吸着部（７）により燃料電池（１）のケース（２）内の水分を吸着することができるため、ケース（２）内での結露を抑制することができる。さらに、燃料電池（１）の発電状態において、燃料電池（１）の発電に伴って発生する熱により水分吸着部（７）から水分を脱離させることができるため、別途水分吸着部（７）の再生装置を設けなることなく水分吸着部（７）の再生することができる。
【０００８】
また、水分吸着部（７）は、換気手段（６）からの空気流れに対向する位置に設けられている場合、燃料電池（１）の発電状態において、換気手段（６）からの空気により、水分吸着部（７）の相対湿度を低下させることができる。
【０００９】
また、ケース（２）に設けられ、水分吸着部（７）が水分を吸着した際に発する熱を、ケース（２）外部に放熱する放熱部（８）を備える場合、水分吸着部（７）の温度を下げることができるため、水分吸着部（７）の吸着量を増加させることができる。
【００１０】
また、放熱部（８）は、少なくともケース（２）内部に突出したフィン（８）を有しており、水分吸着部（７）は、フィン（８）の表面に設けられている場合、水分吸着部（７）の表面積を広げることができるため、水分吸着部（７）の吸着量を増加させることができる。
【００１１】
また、水分吸着部（７）は、ケース（２）内における燃料電池（１）の上方に設けられている場合、燃料電池（１）の発電状態において、燃料電池（１）の発電に伴う熱は、燃料電池（１）の上方に上昇するため、その熱により水分吸着部（７）の水分の効率よく脱離させることができる。さらに、燃料電池（１）の発電停止状態において、燃料電池（１）から透過した水蒸気は、燃料電池（１）の上方に滞留するため、その水蒸気を水分吸着部（７）により効率よく吸着することができる。
【００１２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１、図２に基づいて説明する。
【００１４】
本実施形態は、燃料電池システムを、燃料電池１を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に適用したものである。
【００１５】
図１は、本第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図であり、図１（ａ）は、燃料電池システムの概略構成を示しており、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ部の拡大断面図を示している。図１（ａ）に示すように、燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池１を備えている。燃料電池１は、図示しない二次電池、走行用モータ、補機等の電力機器に電力を供給するように構成されている。
【００１６】
燃料電池１は、外部からの異物の侵入を防ぐために、ケース２に収納されている。燃料電池１は、ケース２の底部２ａに絶縁体３を介して固定されている。ケース２の底部２ａと燃料電池１の間に絶縁体３を設けることで、仮に底部２ａに結露した水が集まり、底部２ａが湿っている場合にも底部２ａと燃料電池１の電気的な接続を妨げ、燃料電池１からの漏電を防ぐことができる。
【００１７】
ケース２の側面２ｂにはケース２内を換気するための空気を導入する換気口４と、ケース２内のガス（空気）などを外部へ排出する排出口５を備える。換気口４から、例えば送風機等の換気装置６によってケース２内部に空気が導入され、排出口５から空気が排出される。ここで、図示しないが、ケース２には燃料電池１へ水素、空気等を供給し、また燃料電池１から排出水素、排出空気等を排出する配管が接合されている。
【００１８】
換気装置６は、燃料電池１からの電力供給により作動する。そのため、換気装置６は燃料電池１の発電停止に伴い、作動が停止する。なお、換気装置６は、本発明における換気手段に相当している。
【００１９】
ケース２の上面には、換気装置６からの空気の流れに対向する位置であって、燃料電池１が発電に伴って発生する熱により加熱される部位に放熱部８が設けられている。この放熱部８は、水分吸着剤７が水分を吸着した際に発する熱をケース２内から外部に放熱する放熱性に優れたものである。このような放熱部８の材質としては、アルミニウム、銅等を用いることができる。
【００２０】
図１（ｂ）に示すように、放熱部８は、ケース２内側に突出した複数の内部プレートフィン８ａ、外側に突出した複数の外部プレートフィン８ｂ、および内部プレートフィン８ａの間に設けられた蛇行状のフィン８ｃを備えている。
【００２１】
内部プレートフィン８ａは、内部プレートフィン８ａの間を換気装置６からの空気が通過するように配置されている。また、蛇行状のフィン８ｃも同様に、換気装置６からの空気が通過するように配置されている。
【００２２】
内部プレートフィン８ａと蛇行状のフィン８ｃの表面には、膜状の水分吸着剤７が塗布されている。水分吸着剤７により発生する熱を放熱させる。本実施形態における水分吸着剤７の塗布された部位は、本発明における水分吸着部に相当している。
【００２３】
本実施形態では、水分吸着剤７としてシリカゲルを使用しており、シリカゲルの特性について図２に基づいて説明する。図２は、水分吸着剤７としてシリカゲルの吸着等温線を示している。なお、図２は、横軸が相対湿度（％）、縦軸は吸着剤１ｇあたりの水分吸着率（ｇ／ｇ）を示している。また、実線はケース２内温度が高温状態における吸着等温線を示しており、破線はケース２内温度が低温状態における吸着等温線を示している。
【００２４】
図２に示すように、高温状態（実線）及び低温状態（破線）において、シリカゲルの吸着特性は、等温状態で相対湿度が高いほど水分吸着率が上がり、相対湿度が低いほど水分吸着率が下がる。また、相対湿度が一定の場合には、ケース２内温度が、高温状態に比べ低温状態になるほど水分吸着率が上がる。
【００２５】
次に、本実施形態における燃料電池システムの作動について説明する。
【００２６】
燃料電池１が発電状態においては、燃料電池１からの電力供給により換気装置６が作動している。換気装置６によりケース２内部に空気が導入されるため、ケース２内の相対湿度が低い状態となる。この燃料電池１の発電状態から燃料電池１が発電停止されると、燃料電池１からの電力供給がされず、換気装置６も作動を停止する。
【００２７】
燃料電池１の発電が停止された直後は、燃料電池１は高温状態にあり、燃料電池１から透過した水蒸気により、ケース２内の相対湿度が高い状態となる。また、燃料電池１自体の温度が徐々に低下し、ケース２の温度が低下するため、ケース２内の相対湿度がさらに上昇する。
【００２８】
このように、燃料電池１の発電停止時には、ケース２内の相対湿度が高い状態になるため、ケース２内に設けられた水分吸着剤７により、ケース２内の水分は吸着される。また、水分吸着剤７は、ケース２内における燃料電池１の上方に設けられているため、ケース２内における燃料電池１の上方に滞留する水蒸気を効率よく吸着することができる。さらに、水分吸着剤７がケース内の水分を吸着の際に発する熱は、放熱部８を介してケース２外部に放熱されるため、水分吸着剤７の温度が上昇することを抑制でき、水分吸着剤は、効率よく水分を吸着することができる。さらにまた、内部プレートフィン８ａと蛇行状のフィン８ｃの表面に膜状の水分吸着剤７を塗布することで、水分吸着剤７の吸着面積を広げることができ、水分の吸着量を高めることができる。
【００２９】
次に、燃料電池１の発電停止状態から燃料電池１の発電を再開することで、燃料電池１からの電力供給により換気装置６が作動する。換気装置６によりケース２内部に空気が導入されるため、ケース２内の相対湿度が低い状態となる。また、水分吸着剤７は、燃料電池１から透過する水蒸気を吸着するため、燃料電池１の上方に設けられているが、燃料電池１の発電状態においては、燃料電池１の上方に設けられていることで燃料電池１が発電する際に発する熱により昇温される。
【００３０】
このように、水分吸着剤７は、ケース２内の相対湿度が低い状態であり、燃料電池１が発電する際に発する熱により昇温されるため、水分吸着剤７に含まれる水分を効率よく脱離することができる。
【００３１】
以上のように、燃料電池１の発電停止状態においても、燃料電池１のケース２内の水分を水分吸着剤７で効率よく吸着および脱離することができるため、ケース２内での結露の発生を抑制することができる。
【００３２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３に基づいて説明する。本第２実施形態では、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００３３】
図３は、本実施形態に係る放熱部の構成図であり、図３（ａ）、図３（ｂ）は、図１におけるＡ部の拡大断面図を示している。
【００３４】
放熱部８の具体的な構成は、図３（ａ）に示すように、放熱部８は、ケース２内側に突出した複数の内部プレートフィン８ａ、外側に突出した複数の外部プレートフィン８ｂを備えている。ケース２内側の内部プレートフィン８ａの間には水分吸着剤７が充填されており、水分吸着剤７により発生する熱を放熱させることができる。また、内部プレートフィン８ａの間に水分吸着剤７を充填することで、水分吸着剤７の量が増えるため吸着量を増加させることができる。
【００３５】
また、上記構成に加えて、図３（ｂ）に示すように、放熱部８の内部プレートフィン８ａの間に蛇行状のフィン８ｃを設ける構成とすることで、水分吸着剤７の水分を吸着する際に発する熱を効率よく放熱することができる。
【００３６】
以上のような構成によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
（他の実施形態）
本第１実施形態において、水分吸着剤７としてシリカゲルを用いているが、これに限られず、活性炭やポリマー系の材料としてポリアクリル酸ナトリウム等を用いることができる。ここで、活性炭については、シリカゲルと同様にコストが安いため、水分吸着部を安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】第１実施形態に係る水分吸着剤の吸着等温線図である。
【図３】第２実施形態に係る放熱部の構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…燃料電池、２…ケース、３…絶縁体、６…換気装置、７…水分吸着剤、８…放熱部。
【図１】
2008218307.tif 000003
【図２】
2008218307.tif 000004
【図３】
2008218307.tif 000005