(57)【要約】【課題】  燃料電池で生成される余剰な水をウィンドウォッシャー液タンクに供給し、水資源の有効利用を図った燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料極２と空気極３とを有する燃料電池本体１と、燃料極２と空気極３へ供給する水素と空気を加湿する加湿器５と、空気極３から排出される空気排ガス中の水蒸気を凝縮して加湿器５へ供給する水分回収器４とを備えた燃料電池システムにおいて、水分回収器４の排水管を、ウィンドウォッシャー液を貯えるウィンドウォッシャー液タンク７に接続し、この上部に設置された水位センサの信号に基いてバルブを開閉し、水分回収器４からウィンドウォッシャー液タンク７への水の供給を制御すると共に、ウィンドウォッシャー液タンク７に供給される水の量を流量センサで測定し、この供給量に応じて濃縮ウォッシャー液をその貯蔵部からウィンドウォッシャー液タンク７に投入した。【選択図】図１
2005108529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と空気極とを有する燃料電池本体と、前記燃料極と空気極へ供給する水素と空気を加湿する加湿器と、前記空気極から排出される空気排ガス中の水蒸気を凝縮して前記加湿器へ供給する水分回収器とを備えた燃料電池システムにおいて、前記水分回収器の排水管を、ウィンドウォッシャー液を貯えるウィンドウォッシャー液タンクに接続したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記ウィンドウォッシャー液タンクの上部に設置された水位センサの信号に基いてバルブを開閉し、前記水分回収器から当該ウィンドウォッシャー液タンクへの水の供給を制御した請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記水分回収器とウィンドウォッシャー液タンクとの間に貯水タンクを設け、前記ウィンドウォッシャー液タンクの上部に設置された水位センサの信号に基いて電磁ポンプを作動させ、前記水分回収器から当該ウィンドウォッシャー液タンクへの水の供給を制御した請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記ウィンドウォッシャー液タンクに供給される水の量を流量センサで測定し、この供給量に応じて濃縮ウォッシャー液を濃縮ウォッシャー液貯蔵部から当該ウィンドウォッシャー液タンクに投入した請求項１乃至３いずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記濃縮ウォッシャー液貯蔵部の水位を水位センサで感知し、警告ランプを点灯させるようにした請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記水分回収器あるいは貯水タンクからラジエータリザーブタンクへ配管を接続し、ラジエータスステムへの水供給を可能にした請求項３乃至５いずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記水分回収器あるいは貯水タンクから客室部の簡易水道へ配管を接続した請求項３乃至５いずれか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、燃料電池システム、特に空気極から排出される空気排ガス中の水回収技術を改良した燃料電池車における燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素を燃料ガスとして燃料極に供給し、酸素を含んだ空気を空気極に供給することにより、水素と酸素を電気化学的に反応させて直接発電するものである。この燃料電池において、この水素と酸素はそれぞれ燃料極と空気極に供給され、燃料極では水素が水素イオンと電子に電離する。水素イオンは固体高分子膜を通って空気極へ移動し、これと酸素と外部回路を流れた電子とが反応して水を生成する。固体高分子膜を水素イオンが通過するには水分が必要であり、また燃料極、空気極共にガスと水分と触媒との３相の接触部で反応が生じるため、水素ガスと空気ガスは充分に水蒸気を含んだ状態で燃料電池に送り込まれる方式が一般的に良く知られている。燃料電池に送り込まれるガスを水蒸気で加湿するために、燃料電池の入口側に加湿器が備えられることが多いが、この加湿に費やされる水分は水貯蔵タンク等に蓄えられるが、水貯蔵タンクの水が空になったりしないように外部から補給してやる必要がある。
【０００３】
しかし、自動車等の車両では、外部から水を補給するにも限度があるので、同じシステム内で生成する水を加湿用の水貯蔵タンクに回収する方法の一つとして、図４に示すような燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムは、燃料極５２と空気極５３とを有する燃料電池本体であるスタック５１と、燃料極５２へ供給する水素を加湿する加湿器５４’と、空気極５３へ供給する空気を加湿する加湿器５４と、加湿器５４に供給する外気の湿度を検出する外気湿度検出装置５５と、空気極５３から排出される高温排出空気ガス中の水分を凝縮して加湿器５４へ供給する凝縮水回収装置５６と、外気湿度検出装置５５が検出した外気湿度の大きさに応じて凝縮水回収装置５６による凝縮水量を調整する凝縮水量調節装置５７と、凝縮水回収装置５６から加湿器５４へ凝縮水を供給する給水経路５８とを備えている。
【０００４】
酸化剤ガスとしての空気は、圧縮機で圧縮され、スタック５１の入口に設置された加湿器５４で露点まで加湿して空気極５３へ供給される。そして、スタック５１の空気極５３で空気中の酸素分を消費して余った空気ガスは、スタック５１内で反応してできた水分も含んでおり、再び凝縮水回収装置５６を通過して大気へ放出される。こうした燃料電池システムにより、加湿器５４における加湿用の水の欠乏を防ぎ、水収支を成立させることができる。
【特許文献１】特開２００２−３１３４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
こうした従来の燃料電池システムにおいて、外気の湿度に応じて凝縮水回収装置５６を制御することによって水収支を成立させ、安定した発電状態を継続して保証することができる反面、余剰な水分は外部に排出しているので、特に、燃料電池車として適用した場合、水資源の有効利用という面でまだ考慮しなければならず改良の余地があった。
【０００６】
本発明は、こうした従来の問題を解決し、燃料電池で生成される余剰な水をウィンドウォッシャー液タンクに供給し、水資源の有効利用を図った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】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、燃料極と空気極とを有する燃料電池本体と、前記燃料極と空気極へ供給する水素と空気を加湿する加湿器と、前記空気極から排出される空気排ガス中の水蒸気を凝縮して前記加湿器へ供給する水分回収器とを備えた燃料電池システムにおいて、前記水分回収器の排水管を、ウィンドウォッシャー液を貯えるウィンドウォッシャー液タンクに接続した。
【０００８】
このように、燃料電池を駆動源として走行する燃料電池車において、水分回収器の排水管を、ウィンドウォッシャー液を貯えるウィンドウォッシャー液タンクに接続したので、少なくとも車両が運転されている間は、燃料電池で生成された余剰水がウィンドウォッシャー液タンクへ自動的に、かつ確実に供給されるので、あらゆる状況において、ドライバーは、ウィンドウォッシャー液タンクへの給水や水量確認等、煩わしい作業から解放あるいは軽減される。また、燃料電池スタックで生成される余剰水をウォッシャー液として利用することができ、無駄に排水を垂れ流すことなく合理的に活用し、水資源の有効利用を図った燃料電池システムを提供することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記ウィンドウォッシャー液タンクの上部に設置された水位センサの信号に基いてバルブを開閉し、前記水分回収器から当該ウィンドウォッシャー液タンクへの水の供給を制御したので、少なくとも車両が運転されている間は、燃料電池で生成された余剰水がウィンドウォッシャー液タンクへ自動的に、かつ確実に供給される。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、前記水分回収器とウィンドウォッシャー液タンクとの間に貯水タンクを設け、前記ウィンドウォッシャー液タンクの上部に設置された水位センサの信号に基いて電磁ポンプを作動させ、前記水分回収器から当該ウィンドウォッシャー液タンクへの水の供給を制御したので、少なくとも車両が運転されている間は、燃料電池で生成された余剰水がウィンドウォッシャー液タンクへ自動的に、かつ確実に供給され、水量不足のためにウォッシャー液が放出されないといった非常事態を実質的に阻止することができる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、前記ウィンドウォッシャー液タンクに供給される水の量を流量センサで測定し、この供給量に応じて濃縮ウォッシャー液を濃縮ウォッシャー液貯蔵部から当該ウィンドウォッシャー液タンクに投入したので、適切な濃度のウォッシャー液を精製することができ、最適なウィンドの洗浄力が得られる。
【００１２】
好ましくは、請求項５に記載の発明のように、前記濃縮ウォッシャー液貯蔵部の水位を水位センサで感知し、警告ランプを点灯させるようにすれば、濃縮ウォッシャー液が枯渇する前に、ドライバーに濃縮ウォッシャー液の補給を促すことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料極と空気極とを有する燃料電池本体と、前記燃料極と空気極へ供給する水素と空気を加湿する加湿器と、前記空気極から排出される空気排ガス中の水蒸気を凝縮して前記加湿器へ供給する水分回収器とを備えた燃料電池システムにおいて、前記水分回収器の排水管を、ウィンドウォッシャー液を貯えるウィンドウォッシャー液タンクに接続したので、少なくとも車両が運転されている間は、燃料電池で生成された余剰水がウィンドウォッシャー液タンクへ自動的に、かつ確実に供給されるので、あらゆる状況において、ドライバーは、ウィンドウォッシャー液タンクへの給水や水量確認等、煩わしい作業から解放あるいは軽減される。また、燃料電池スタックで生成される余剰水をウォッシャー液として利用することができ、無駄に排水を垂れ流すことなく合理的に活用し、水資源の有効利用を図った燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
燃料極と空気極とを有する燃料電池本体と、前記燃料極と空気極へ供給する水素と空気を加湿する加湿器と、前記空気極から排出される空気排ガス中の水蒸気を凝縮して前記加湿器へ供給する水分回収器とを備えた燃料電池システムにおいて、前記水分回収器の排水管を、ウィンドウォッシャー液を貯えるウィンドウォッシャー液タンクに接続し、このウィンドウォッシャー液タンクの上部に設置された水位センサの信号に基いてバルブを開閉し、前記水分回収器から当該ウィンドウォッシャー液タンクへの水の供給を制御すると共に、前記ウィンドウォッシャー液タンクに供給される水の量を流量センサで測定し、この供給量に応じて濃縮ウォッシャー液を濃縮ウォッシャー液貯蔵部から当該ウィンドウォッシャー液タンクに投入した。
【実施例１】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る燃料電池システムの第１の実施形態を示すシステム構成図、図２は、本発明に係るウィンドウォッシャー液タンクの実施形態を示す概念図である。
【００１６】
この燃料電池システムは、燃料電池本体であるスタック１と、複数の燃料極２と空気極３とを有し、燃料極２には水素ガス、空気極３には酸素を含む空気が供給され、燃料極２で水素ガスが電子と水素イオンとに電離する。水素イオンは、固体高分子膜を通過して空気極３に移動し、水素イオン、酸素、外部経路を流れた電子が反応して水が生成される。
【００１７】
燃料極２および空気極３では、ガス、水分および触媒の３相の接触部で反応するため、水素および空気は、充分な水蒸気を含んだ状態で、燃料電池スタック１に投入する必要がある。したがって、燃料電池スタック１で生成された水は水分回収器４にて一旦回収され、水素と空気が充分に加湿されるまで、経路９を通り加湿器５へ供給して空気の加湿用として使用される。水素と空気が充分加湿された状態で、水分回収器４にて回収された余剰な水は、経路１０、１１およびバルブ６を通過してウィンドウォッシャー液タンク７に投入される。
【００１８】
ウォッシャー液は、ドライバーの判断で、ポンプ８によりウィンドウォッシャー液タンク７から経路１２、１３を通りウィンド（図示せず）に放出される。また、後述するウォッシャー液の水位センサ１８によってバルブ６の開放経路を制御し、必要以上の余剰水は経路１４を通り外部へ排出される。
【００１９】
ウィンドウォッシャー液タンク７は、図２に示すように、タンク本体１５と、このタンク本体１５の上部に設けられた濃縮ウォッシャー液貯蔵部１６と、この濃縮ウォッシャー液をタンク本体１５に注入する濃縮ウォッシャー液注入バルブ１７と、ウォッシャー液の水位を検出する水位センサ１８と、流量センサ１９とを備えている。
【００２０】
燃料電池スタック１で生成された水は、経路１１を通りタンク本体１５に供給される。この生成された水だけでは充分なウィンドの洗浄力が得られないため、供給された水の量を流量センサ１９で測定し、この供給量に応じて濃縮ウォッシャー液注入バルブ１７を制御して開放することにより、濃縮ウォッシャー液を濃縮ウォッシャー液貯蔵部１６からタンク本体１５に投入し、適切な濃度のウォッシャー液を精製する。
【００２１】
一方、濃縮ウォッシャー液の水位を水位センサ２１で感知し、濃縮ウォッシャー液が枯渇する前に警告ランプ２０を点灯させ、ドライバーに濃縮ウォッシャー液の補給を促す。
【００２２】
ウォッシャー液の水位センサ１８はタンク本体１５の上部の所定位置に設置され、この位置よりウォッシャー液の水位が低下した場合は、この水位センサ１８で感知し、図１のバルブ６を制御して開放し、ウォッシャー液をタンク本体１５へ供給する。また、水位センサ１８が感知しない場合、すなわち、タンク本体１５にウォッシャー液が充分ある場合には、バルブ６を制御して閉鎖し、ウィンドウォッシャー液タンク７への水の供給を停止させて経路１４から外部へ排出する。なお、タンク本体１５の側面上部の満水位置には、図示しない排水孔が設けられ、オーバーフローパイプ２２が装着されている。さらに、ウィンドウォッシャー液タンク７の上部に、必要に応じて人手による給水を可能とするための予備給水口（図示せず）を設けても良い。
【００２３】
このように、本実施形態では、燃料電池を駆動源として走行する燃料電池車において、例えば、空調設備で凝縮された水を導くシステムと異なり、少なくとも車両が運転されている間は、燃料電池で生成された余剰水がウィンドウォッシャー液タンク７へ自動的に、かつ確実に供給されるので、あらゆる状況において、ドライバーは、ウィンドウォッシャー液タンク７への給水や水量確認等、煩わしい作業から解放あるいは軽減される。
【００２４】
また、ドライバーが濃縮ウォッシャー液の補給を怠った場合、ウィンドウォッシャー液タンク７内のウォッシャー液濃度が希薄になりその洗浄力は減少するが、少なくともウォッシャー液自体が枯渇することはなく、水量不足のためにウォッシャー液が放出されないといった非常事態を防止することができる。したがって、ウィンドウォッシャー液タンク７への給水等の作業性が改善されるだけでなく、走行中における車両の安全性の面においても向上している。
【実施例２】
【００２５】
図３は、本発明に係る燃料電池システムの第２の実施形態を示すシステム構成図である。この実施形態は、前述した実施形態とウィンドウォッシャー液タンクへの供給経路が異なるのみで、その他同一部品、同一部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２６】
燃料電池スタック１で生成された水は水分回収器４にて一旦回収され、水素と空気が充分に加湿されるまで、経路９を通り加湿器５へ供給して空気の加湿用として使用される。空気が充分加湿された状態で、水分回収器４にて回収された余剰な水は、経路１０を通過して貯水タンク２３に貯蔵される。そして、この貯水タンク２３から電磁ポンプ２４を介してウィンドウォッシャー液タンク７に水が投入される。ウォッシャー液は、ドライバーの判断で、ポンプ８によりウィンドウォッシャー液タンク７から経路１２、１３を通りウィンド（図示せず）に放出される。
【００２７】
ウォッシャー液の水位センサ１８で感知した場合、電磁ポンプ２４を作動してウォッシャー液をタンク本体１５へ供給する。また、水位センサ１８が感知しない場合、すなわち、タンク本体１５にウォッシャー液が充分ある場合には、電磁ポンプ２４は作動せず、ウィンドウォッシャー液タンク７への水の供給はなく経路１４から外部へ排出する。
【００２８】
なお、水分回収器４、あるいは、貯水タンク２３の不要な水は、ウォッシャー液以外として、例えば経路１４から外部へ排出するのではなく、ラジエータリザーブタンク（図示せず）に接続され、エンジン冷却用として利用することもできる、一方、図示しない客室部の簡易水道へ配管を接続し、飲料水等としても利用することもできる。
【００２９】
このように、本実施形態では、燃料電池車において、少なくとも車両が運転されている間は、燃料電池で生成された余剰水が一時的に貯水タンク２３に貯蔵され、ウィンドウォッシャー液タンク７の水位センサ１８が感知した時に、貯水タンク２３から電磁ポンプ２４を介してウィンドウォッシャー液タンク７へ自動的に、かつ確実に供給されるので、前述した実施形態と同様、あらゆる状況において、ドライバーは、ウィンドウォッシャー液タンク７への給水や水量確認等、煩わしい作業から解放あるいは軽減されると共に、ウィンドウォッシャー液タンク７と水分回収器４間に補助的な貯水タンク２３を設けているので、水量不足のためにウォッシャー液が放出されないといった非常事態は実質的に生じない。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係る燃料電池システムは、前述したウィンドウォッシャー液タンクの構成に係らず、例えば、ウィンドウォッシャー液タンクが、上段が水タンク、下段が濃縮ウォッシャー液タンクの上下２層に分割形成されたものにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの第１の実施形態を示すシステム構成図である。
【図２】本発明に係るウィンドウォッシャー液タンクの実施形態を示す概念図である。
【図３】本発明に係る燃料電池システムの第２の実施形態を示すシステム構成図である。
【図４】従来の燃料電池システムの構成を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・・・・・・・燃料電池スタック
２・・・・・・・・・燃料極
３・・・・・・・・・空気極
４・・・・・・・・・水分回収器
５、５’・・・・・・加湿器
６・・・・・・・・・バルブ
７・・・・・・・・・ウィンドウォッシャー液タンク
８・・・・・・・・・ポンプ
９〜１４・・・・・・経路
１５・・・・・・・・タンク本体
１６・・・・・・・・濃縮ウォッシャー液貯蔵部
１７・・・・・・・・濃縮ウォッシャー液注入バルブ
１８、２１・・・・・水位センサ
１９・・・・・・・・流量センサ
２０・・・・・・・・警告ランプ
２２・・・・・・・・オーバーフローパイプ
２３・・・・・・・・貯水タンク
２４・・・・・・・・電磁ポンプ
５１・・・・・・・・スタック
５２・・・・・・・・燃料極
５３・・・・・・・・空気極
５４、５４’・・・・加湿器
５５・・・・・・・・外気湿度検出装置
５６・・・・・・・・凝縮水回収装置
５７・・・・・・・・凝縮水量調整装置
５８・・・・・・・・給水経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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