(57)【要約】【課題】燃料電池発電システムを収容するケース内で漏れた水素を、ケース外に速やかに排出する。【解決手段】水素貯蔵タンク５，圧力調整弁１１および燃料電池７などからなる燃料電池発電システム１を、ケース３内の上部に収容する。燃料電池７の空気極出口から排出される空気を、外部配管２７ａを通してケース３内に送り込む。ケース３内の下部には、流路分離壁３１，３３，３５を配置して空気流路２９ａ，２９ｂ，２９ｃを形成する。流路分離壁３１を金属メッシュ３６の熱交換部とし、流路分離壁３３，３５は、金属メッシュ３７，４１の熱交換部を備える。ケース３の上部に空気排出口４９を、同下部に凝縮水排出口４５をそれぞれ設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に、水素供給源から水素を供給するとともに、空気を供給して発電を行う燃料電池発電システムをケース内に収容し、前記燃料電池から排出される空気を前記ケース内に送り込み、前記ケース内の空気を強制置換することを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
前記ケース内に、このケース内に送り込んだ空気の温度を低下させる熱交換部と、この熱交換部で温度低下した空気から生成される凝縮水を、前記ケース外部に排出する凝縮水排出口とを、それぞれ設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記熱交換部を、前記燃料電池発電システムより下方に配置する一方、前記ケースの上部に空気排出口を設けたことを特徴とする請求項２記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記燃料電池から排出される空気を、前記ケース内部からケース外部へ一旦導いてから、ケース内部に送り込む外部配管を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池装置
【請求項５】
前記熱交換部を、金属繊維で構成したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料電池装置。
【請求項６】
空気が流通する前記熱交換部に対し、空気の流通を妨げる隔壁部を、空気の流れ方向に沿って設けてこれら両者で流路分離壁を形成し、この流路分離壁を、所定間隔をおいて複数配置して空気流路を形成するとともに、互いに隣接する前記各流路分離壁の熱交換部を、互い違いとなるよう配置したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の燃料電池装置。
【請求項７】
前記複数の流路分離壁を上下方向に沿って複数積層して配置するとともに、前記流路分離壁を、前記熱交換部が前記隔壁部より下方位置となるよう傾斜して配置したことを特徴とする請求項６記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池に水素供給源から水素を供給して発電を行う燃料電池発電システムを備えた燃料電池装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池発電システムをケース内に収容する例としては、特許文献１に記載されたものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−５６８６４号公報
【０００４】
これは、燃料電池と、燃料電池に空気を供給するためのブロアとを結ぶ配管の途中に、分岐ラインを設け、分岐ラインの先端には開閉弁を設置し、開閉弁の下流側を、ケース内に開放している。開閉弁は、ケース内に設置した水素濃度センサが検出する水素濃度が所定値を超えたときに開弁し、ケース内に空気を導入することで、ケース内の水素濃度上昇を防ぐ。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ケース内で水素漏れが発生したときに、この漏れた水素をケース外に速やかに排出することが、燃料電池装置の信頼性向上を図る上で必要である。
【０００６】
そこで、この発明は、燃料電池発電システムを収容するケース内で漏れた水素を、ケース外に速やかに排出することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、燃料電池に、水素供給源から水素を供給するとともに、空気を供給して発電を行う燃料電池発電システムをケース内に収容し、前記燃料電池から排出される空気を前記ケース内に送り込み、前記ケース内の空気を強制置換する構成としてある。
【０００８】
【発明の効果】
この発明によれば、燃料電池から排出される空気を、燃料電池発電システムを収容したケース内に送り込み、このケース内の空気を強制置換するようにしたので、燃料電池発電システムから水素漏れが発生しても、この漏れた水素を、専用の換気設備を設けることなく、ケース外に速やかに排出することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１０】
図１は、この発明の実施の一形態を示す燃料電池装置の断面図である。この燃料電池装置は、燃料電池発電システム１をケース３内の上部に収容している。燃料電池発電システム１は、水素供給源としての水素貯蔵タンク５と、燃料電池７の燃料極入口とを水素配管９で接続する。
【００１１】
水素配管９には、水素貯蔵タンク１内の高圧水素を減圧する圧力調整弁１１を設け、圧力調整弁１１と燃料電池７との間の水素配管９には、エゼクタ１３を設ける。エゼクタ１３は、燃料電池７の燃料極出口から排出される水素を、水素循環配管１５を通して燃料電池７に循環させるためのポンプである。
【００１２】
また、燃料電池７の燃料極出口に接続される水素排出配管１７にはパージ弁１９を設け、燃料極出口から排出される水素中の不純物が多くなったときに、この排出水素を水素排出配管１７を通してケース３の外部に排出する。
【００１３】
前記した燃料電池７の空気極入口と、ケース３内に配置したコンプレッサ２１とを空気供給配管２３で接続し、コンプレッサ２１を作動させることにより、ケース３の外部に引き出した空気供給配管２５を経て、燃料電池７の空気極に空気を供給する。
【００１４】
燃料電池７の空気極出口には、空気排出配管２７を接続し、この空気排出配管２７は、ケース３の外部に引き出した外部配管２７ａを備え、外部配管２７ａの下流側端部は、ケース３の下部にてケース３内に開口している。
【００１５】
ケース３内における燃料電池発電システム１の下方には、上記した外部配管２７ａを経てケース３内に送り込まれる空気の流路２９（２９ａ，２９ｂ，２９ｃ）を設けてある。この空気流路２９は、上下方向に所定間隔をおいて積層配置してある流路分離壁３１，３３，３５によって形成してある。
【００１６】
最上部の流路分離壁３１は、ケース３内を上下にほぼ２分する位置にあり、熱交換部としての金属繊維である金属メッシュ３６で構成してある。
【００１７】
中央の流路分離壁３３は、図中で左側半分を熱交換部としての金属繊維である金属メッシュ３７で構成し、同右側半分を空気の流通を妨げる板状の隔壁部３９で構成する。そして、この流路分離壁３３を、図中で左側の金属メッシュ３７側が同右側の隔壁部３９より下方となるよう傾斜させる。
【００１８】
最下部の流路分離壁３５は、図中で右側半分を熱交換部としての金属繊維である金属メッシュ４１で構成し、同左側半分を空気の流通を妨げる板状の隔壁部４３で構成する。そして、この流路分離壁３５を、図中で右側の金属メッシュ４１側が同左側の隔壁部４３より下方となるよう傾斜させる。
【００１９】
すなわち、空気が流通する金属メッシュ３７，４１に対し、空気の流通を妨げる隔壁部３９，４３を、空気の流れ方向に沿って設けてこれら両者で流路分離壁３３，３５をそれぞれ形成し、この各流路分離壁３３，３５を、所定間隔をおいて複数配置して空気流路２９を形成するとともに、互いに隣接する各流路分離壁３３，３５の金属メッシュ３７，４１を、互い違いとなるよう配置してある。
【００２０】
そして、上記最下部の流路分離壁３５の金属メッシュ４１の図中で右側端部下方のケース３底面には、ケース３内に導入する空気の凝縮水を排出する凝縮水排出口４５を設け、凝縮水排出口４５には、ドレインバルブ４７を設ける。
【００２１】
一方、ケース３における燃料電池７の空気極出口に接続した外部配管２７ａと反対側の上部には、ケース３内の空気を排出する空気排出口４９を設け、この空気排出口４９には、水素濃度センサ５１を設置する。
【００２２】
次に作用を説明する。
【００２３】
燃料電池７には、水素貯蔵タンク５から水素を供給するとともに、コンプレッサ２１により空気を供給することで、燃料電池発電システム１として発電を行う。このとき、燃料電池７にて反応後の余剰の水素は、エゼクタ１３により水素循環配管１５を通して燃料電池７に循環する。
【００２４】
また、燃料極出口から排出される水素中の不純物が多くなったときには、パージ弁１９を適宜開いてケース３の外部に水素を排出する。
【００２５】
一方、燃料電池７にて反応後の余剰の空気は、外部配管２７ａを含む空気排出配管２７を流れ、ケース３の下部に送り込む。ここで燃料電池７から排出される空気は、反応によって温度上昇しており、この温度上昇した空気を外部配管２７ａに導くことで、冷却されて速やかに温度低下する。
【００２６】
温度低下した空気は、ケース３内の最下部の空気流路２９ａに流出して図中で右方向に向かって流れ、最下部の流路分離壁３５の金属メッシュ４１を通過してその上部の空気流路２９ｂに流出する。
【００２７】
空気流路２９ｂに流出した空気は、図中で左方向に向かって流れ、中央部の流路分離壁３３の金属メッシュ３７を通過してその上部の空気流路２９ｃに流出する。
【００２８】
空気流路２９ｃに流出した空気は、図中で右方向に向かって流れるとともに、その上部の流路分離壁３１すなわち金属メッシュ３６を通過してケース３の上部に流出する。
【００２９】
外部配管２７ａからケース３内に流入した空気は、金属メッシュ４１，３７，３６を通過する際に、熱交換によって冷却され、空気温度がケース３内の温度にまでさらに低下する。
【００３０】
また、燃料電池７の空気極出口から排出される空気は湿度が１００％であり、このような空気が熱交換されて、温度低下することで、凝縮水が発生する。この凝縮水は、下方に落下してケース３の底部に達し、必要に応じてドレインバルブ４７を開放することで、凝縮水排出口４５からケース３の外部に排出される。
【００３１】
一方、最上部の金属メッシュ３６を通過してケース３の上部に流出した空気は、空気排出口４９からケース３の外部に排出される。このとき、燃料電池発電システム１から水素漏れが発生した場合には、空気より軽い水素は、空気とともに前記した空気排出口４９からケース３の外部に排出される。
【００３２】
ここで、水素濃度センサ５１が水素濃度を検出し、この検出水素濃度が、所定値以上の場合には、水素貯蔵タンク５からの水素の供給を停止させるなどの措置を施す。
【００３３】
上記した燃料電池発電システムによれば、次のような効果を奏する。
【００３４】
（１）燃料電池７から排出される空気を、燃料電池発電システム１を収容したケース１３内に送り込み、このケース１３内の空気を強制置換するようにしたので、燃料電池発電システム１から水素漏れが発生しても、この漏れた水素を、専用の換気設備を設けることなく、ケース１３の外部に速やかに排出することができる。
【００３５】
（２）燃料電池７から排出される空気は、酸素濃度が減少しているため、ケース３内の酸素濃度を、例えば２０％より低く保つことができ、ケース３内での水素の燃焼下限濃度を例えば４％より押し上げることができる。つまり、ケース３内の水素濃度が４％より高くなっても燃焼を回避できる。
【００３６】
（３）燃料電池７から排出される空気は、湿度が１００％であるため、ケース３内の空気の湿度を約１００％に保つことができ、水素が漏れたときに生成される可燃領域の空気混合水素の熱容量を上昇させ、着火、燃焼を抑制することができる。
【００３７】
（４）燃料電池７から排出される空気を、ケース３内の空気流路２９でケース３内の温度にまで下げることにより凝縮させ、この凝縮水を捕捉して凝縮水排出口４５からケース３の外部に排出する。このため、ケース３内の結露を防止することができ、燃料電池発電システム１の構成部品の腐食、漏電を防止することができる。
【００３８】
（５）熱交換部である金属メッシュ３６，３７，４１を、ケース３内の燃料電池発電システム１の下方に配置しているので、熱交換部で凝縮された凝縮水は、ケース３の下方に集積されてケース３の外部に排出される。このため、その過程で燃料電池発電システム１に凝縮水が接触することがなく、燃料電池発電システム１の構成部品は、水滴の付着を防止できて腐食、漏電を確実に回避することができる。また、ケース３内に送り込んだ空気は、ケース３の下部から上部へ流通し、空気排気口４９からケース３の外部へ排出されるため、空気よりも軽い（漏出）水素を空気排気口４９からから容易に排出することができる。
【００３９】
（６）燃料電池７から排出される空気を、一旦ケース３の外部の外部配管２７に流出させて、急速に冷却するため、ケース３内の熱交換部（金属メッシュ３６，３７，４１）で、空気をケース３内の温度にまで素早く冷却することができる。
【００４０】
（７）熱交換部（金属メッシュ３６，３７，４１）を、熱容量と表面積が大きな金属繊維としているので、熱交換部を通過する空気を、速やかにケース３内の温度にまで冷却することができ、余分な水分の排出を確実に行うことができる。
【００４１】
（８）空気流路２９を、隔壁部３９，４３を備えた流路分離壁３３，３５によって、蛇行する空気流路２９ａ，２９ｂ，２９ｃとしたので、隔壁部３９，４３を設けない場合に比べて空気流路長が長くなり、上部の燃料電池発電システム１に達するまでに空気を確実にケース３内温度にまで冷却することができる。
【００４２】
（９）流路分離壁３３，３５は、金属メッシュ３７，４１を隔壁部３９，４３よりそれぞれ下方に配置することで傾斜しているので、金属メッシュ３６，３７，４１で凝縮して下方に落下した水分は、上記傾斜によって下方にスムーズに流れ、ケース３の底面まで速やかに落下してケース３外部に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態を示す燃料電池装置の断面図である。
【符号の説明】
１  燃料電池発電システム
３  ケース
５  水素貯蔵タンク（水素供給源）
７  燃料電池
２７ａ  外部配管
２９（２９ａ，２９ｂ，２９ｃ）  空気流路
３１，３３，３５  流路分離壁
３６，３７，４１  金属メッシュ（金属繊維，熱交換部）
３９，４３  隔壁部
４５  凝縮水排出口
４９  空気排出口
【図１】
2004158200.tif 000003