(57)【要約】【課題】燃料電池に対する不純物の混入を比較的簡易な構成により防止すること。【解決手段】燃料電池１に配管３を通じて所定のガスを供給するように構成した燃料電池システムにおいて、配管３の途中に、末端が閉塞した閉塞支管７を設ける。そして、ガスに含まれる不純物Ｚを、重力及びガスの流勢により閉塞支管７にて捕捉するように構成する。配管主要部５では、配管３を略Ｕ字状に屈曲して燃料電池１に接続する。略Ｕ字状の配管３の屈曲部分８から閉塞支管７を下方へ伸ばして設ける。配管３の屈曲部分８にその上方からガスを流す。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に配管を通じて所定のガスを供給するように構成した燃料電池システムにおいて、
前記配管の途中に、末端が閉塞した閉塞支管を設け、前記ガスに含まれる不純物を、重力及び前記ガスの流勢により前記閉塞支管にて捕捉することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記配管を略Ｕ字状に屈曲して前記燃料電池に接続し、前記略Ｕ字状の配管の屈曲部分から前記閉塞支管を下方へ伸ばして設け、前記配管の屈曲部分にその上方から前記ガスを流す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】
前記配管を略Ｌ字状に屈曲して前記燃料電池に接続し、前記略Ｌ字状の配管の屈曲部分から前記閉塞支管を下方へ伸ばして設け、前記配管の屈曲部分にその上方から前記ガスを流す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４】
前記配管を略Ｓ字状に屈曲して前記燃料電池に接続し、前記略Ｓ字状の配管の下部屈曲部分から前記閉塞支管を下方へ伸ばして設け、前記配管の下部屈曲部分にその側方から前記ガスを流す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５】
前記配管を略Ｓ字状に屈曲して前記燃料電池に接続し、前記略Ｓ字状の配管の下部屈曲部分から前記閉塞支管を側方へ伸ばして設け、前記配管の下部屈曲部分にその側方から前記ガスを流すことを特徴とする請求項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、燃料電池に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給して発電を行う燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜と、その電解質膜の両面に設けられた一対の電極であるアノード及びカソードとを備える。そして、この燃料電池に、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスとを供給し、これらのガスを電気化学的に反応させることにより、発電と発熱を行うようになっている。燃料電池システムは、上記した燃料電池と、その燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガスを供給する装置などを備えて構成される。
【０００３】
ここで、燃料ガスや酸化剤ガスに含まれる不純物（異物）が、ガスと共に燃料電池に流れて燃料電池の性能や耐久性を低下させることが問題になっている。そこで、これら不純物（異物）についての対策が、例えば、下記の特許文献１乃至３に記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載された技術は、金属製配管に起因する金属イオンが高分子電解質膜へ拡散して燃料電池の耐久性が低下することを問題として、アノード及びカソードを、ガス拡散層及び触媒層を有するものとし、ガス拡散層としてイオン捕捉体を含むもの使用している。
【０００５】
特許文献２に記載された技術は、ごみや埃などの不純物がガスとともにアノード及びカソードの拡散層に付着して燃料電池の性能が低下することを問題として、ガスに含まれる微粒子を帯電させる荷電電極、帯電した微粒子を付着させる集塵電極を具備する電気集塵機を設けている。また、電気集塵機には、集塵電極に付着した微粒子を結露した水とともに外部へ排出する手段を設けている。
【０００６】
特許文献３に記載された技術は、異物が燃料電池システム内に存在していると、そのシステムが異常反応により安定した発電効率を発揮できなくなるおそれがあることを問題として、水素充填口内から侵入する異物を除去する異物除去装置を設けている。具体的には、水素貯蔵装置のハウジングには内部を流路とする共通管が接続され、共通管には流路を開閉可能な元締め用開閉弁が設けられる。水素充填口に接続される水素充填管には、排出管が接続され、排出管には異物除去用開閉弁が設けられる。これら排出管、異物除去用開閉弁、共通管及び元締め用開閉弁により異物除去装置が構成されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１９８０５９号公報（第２，４頁、図２）
【特許文献２】特開２００３−３１７７５７号公報（第２−３頁、図１，２）
【特許文献３】特開２００３−３６８７０号公報（第２，４，５頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上記した特許文献１に記載の技術は、アノード及びカソードにガス捕捉体を含めなければならず、燃料電池の構成が複雑になるという問題があった。上記した特許文献２に記載の技術は、電気集塵機という大掛かりな装置を設けなければならず、燃料電池システムの構成が複雑になるという問題があった。また、上記した特許文献３に記載の技術は、排出管、異物除去用開閉弁、共通管及び元締め用開閉弁よりなる異物除去装置を設けなければならず、配管構造が複雑になるという問題があった。
【０００９】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料電池に対する不純物の混入を比較的簡易な構成により防止することを可能にした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】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、燃料電池に配管を通じて所定のガスを供給するように構成した燃料電池システムにおいて、配管の途中に、末端が閉塞した閉塞支管を設け、ガスに含まれる不純物を、重力及びガスの流勢により閉塞支管にて捕捉することを趣旨とする。ここで、所定のガスとして、例えば、水素を含有する燃料ガスや酸素を含有する酸化剤ガスが使用される。
【００１１】
上記発明の構成によれば、配管を流れるガスに含まれる不純物は、配管の途中に設けられた閉塞支管にて、重力及びガスの流勢により捕捉される。従って、燃料電池に供給されるガスから不純物が除去される。ここで、閉塞支管は、配管から分岐させて設けるだけでよい。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、配管を略Ｕ字状に屈曲して燃料電池に接続し、略Ｕ字状の配管の屈曲部分から閉塞支管を下方へ伸ばして設け、配管の屈曲部分にその上方からガスを流すことを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、略Ｕ字状の屈曲部分にその上方からガスが流れることにより、ガスに含まれる不純物は、重力及びガスの流勢によりガスから分離して閉塞支管に落ち込んで捕捉される。また、不純物が分離した後のガスは、配管の屈曲部分から上方へ流れて燃料電池に供給される。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、配管を略Ｌ字状に屈曲して燃料電池に接続し、略Ｌ字状の配管の屈曲部分から閉塞支管を下方へ伸ばして設け、配管の屈曲部分にその上方からガスを流すことを趣旨とする。
【００１５】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、略Ｌ字状の屈曲部分にその上方からガスが流れることにより、ガスに含まれる不純物は、重力及びガスの流勢によりガスから分離して閉塞支管に落ち込んで捕捉される。また、不純物が分離した後のガスは、配管の屈曲部分から側方へ流れて燃料電池に供給される。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、配管を略Ｓ字状に屈曲して燃料電池に接続し、略Ｓ字状の配管の下部屈曲部分から閉塞支管を下方へ伸ばして設け、配管の下部屈曲部分にその側方からガスを流すことを趣旨とする。
【００１７】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、略Ｓ字状の下部屈曲部分に側方からガスが流れることにより、ガスに含まれる不純物は、重力及びガスの流勢によりガスから分離して閉塞支管に落ち込んで捕捉される。また、不純物が分離した後のガスは、配管の下部屈曲部分から上方へ流れて燃料電池に供給される。
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、配管を略Ｓ字状に屈曲して燃料電池に接続し、略Ｓ字状の配管の下部屈曲部分から閉塞支管を側方へ伸ばして設け、配管の下部屈曲部分にその側方からガスを流すことを趣旨とする。
【００１９】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、略Ｓ字状の下部屈曲部分にその側方からガスが流れることにより、ガスに含まれる不純物は、ガスの流勢によりガスから分離して閉塞支管に入り込んで捕捉される。また、不純物が分離した後のガスは、配管の下部屈曲部分から上方へ流れて燃料電池に供給される。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、燃料電池に対する不純物の混入を比較的簡易な構成により防止することができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、ガスの流れから不純物を効果的に分離することができ、燃料電池に対する不純物の混入防止をより確実なものにすることができる。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、ガスの流れから不純物を効果的に分離することができ、燃料電池に対する不純物の混入を防止することができる。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、ガスの流れから不純物を効果的に分離することができ、燃料電池に対する不純物の混入防止をより確実なものにすることができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、ガスの流れから不純物を効果的に分離することができ、燃料電池に対する不純物の混入防止をより確実なものにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
［第１実施形態］
以下、本発明の燃料電池システムを具体化した第１実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１に燃料電池システムの概略構成図を示す。この燃料電池システムは、燃料電池１と、その燃料電池１に改質器２を介して水素を含有する燃料ガスを供給する第１の配管３と、同じく燃料電池１に酸素を含有する酸化剤ガスを供給する第２の配管４とを備える。燃料電池１は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜と、その電解質膜の両面に設けられた一対の電極であるアノード及びカソードとを備える。そして、燃料電池１に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給して、これらのガスを電気化学的に反応させることにより、発電と発熱を行うようになっている。図１に破線円で示すように、燃料電池１の直前において、第１の配管３及び第２の配管４のそれぞれには、本実施形態の特徴部分である第１の配管主要部５及び第２の配管主要部６が設けられる。
【００２７】
図２に第１の配管主要部５の概略構成図を示す。第１の配管３の途中には、末端が閉塞した閉塞支管７が同配管３から分岐して設けられる。この実施形態で、閉塞支管７は、第１の配管３と一体に設けられる。この実施形態では、第１の配管３として、外径と内径がそれぞれ「１ｃｍ」「０．８ｃｍ」のものが使用される。閉塞支管７として、長さが「２〜３ｃｍ」のものが使用される。そして、第１の配管３を燃料ガスが流れることにより、そのガスに含まれる不純物Ｚが、重力及びガスの流勢により、閉塞支管７にて捕捉するようになっている。ここで、不純物Ｚは、ガスに含まれるイオン化された異物などである。
【００２８】
具体的には、この第１の配管主要部５は、第１の配管３を略Ｕ字状に屈曲して燃料電池１に接続している。この略Ｕ字状の第１の配管３の屈曲部分８から閉塞支管７を下方へ伸ばして設けている。そして、第１の配管３の屈曲部分８に、その上方からガスを流すようにしている。酸化剤ガスを流す第２の配管主要部６の構成についても、第１の配管主要部５のそれと同じである。
【００２９】
以上説明した本実施形態の燃料電池システムによれば、第１の配管３を流れるガスに含まれる不純物Ｚは、同配管３の途中に設けられた閉塞支管７にて、重力及びガスの流勢により捕捉される。従って、燃料電池１に供給されるガスから不純物Ｚが除去される。このため、燃料電池１に対する不純物Ｚの混入を防止することができる。また、この実施形態では、閉塞支管７は、第１の配管３から分岐させて設けるだけでよい。このため、上記不純物Ｚの混入防止を、比較的簡易な構成により実現することができる。
【００３０】
この実施形態では、具体的には、略Ｕ字状の屈曲部分８にその上方からガスが流れることにより、ガスに含まれる不純物Ｚが、重力及びガスの流勢により、ガスから分離して閉塞支管７に落ち込んで捕捉される。また、不純物Ｚが分離した後のガスは、第１の配管３の屈曲部分８から上方へ流れて燃料電池１に供給される。このため、ガスの流れから不純物Ｚを効果的に分離することができ、燃料電池１に対する不純物Ｚの混入防止を確実なものにすることができる。この実施形態では、不純物Ｚを除去するために、第１の配管３の途中にフィルタなどを設けていないことから、ガスの流勢低下を抑えることができる。第２の配管主要部６においても、上記した第１の配管主要部５と同様の作用効果を得ることができる。
【００３１】
［第２実施形態］
次に、この発明の燃料電池システムを具体化した第２実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
尚、以下に説明する第２〜第４の実施形態において、第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。第２〜第４の実施形態では、配管主要部の構成において、第１実施形態と構成が異なる。
【００３３】
すなわち、図３に配管主要部５（６）の概略構成図を示す。この実施形態では、配管３（４）を略Ｌ字状に屈曲して燃料電池１に接続している。この略Ｌ字状の配管３（４）の屈曲部分９から閉塞支管７を下方へ伸ばして設けている。そして、配管３（４）の屈曲部分９に、その上方からガスを流すようにしている。
【００３４】
従って、この実施形態の燃料電池システムにおいても、基本的には、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、この実施形態では、図３に示すように、略Ｌ字状の屈曲部分９にその上方からガスが流れることにより、ガスに含まれる不純物Ｚが、重力及びガスの流勢により、ガスから分離して閉塞支管７に落ち込んで捕捉される。また、不純物Ｚが分離した後のガスは、配管３（４）の屈曲部分９から側方へ流れて燃料電池１に供給される。このため、ガスの流れから不純物Ｚを効果的に分離することができ、燃料電池１に対する不純物Ｚの混入を防止することができる。また、この実施形態では、配管主要部５（６）の構成を、略Ｕ字状ではなく略Ｌ字状にしているので、第１実施形態のそれに比べて構成を簡略化することができる。
【００３５】
［第３実施形態］
次に、この発明の燃料電池システムを具体化した第３実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
図４にこの実施形態の配管主要部の概略構成図を示す。この実施形態では、配管３（４）を略Ｓ字状に屈曲して燃料電池１に接続している。この略Ｓ字状の配管３（４）の下部屈曲部分１０から閉塞支管７を下方へ伸ばして設けている。そして、配管３（４）の下部屈曲部分１０に、その側方からガスを流すようにしている。
【００３７】
従って、この実施形態の燃料電池システムにおいても、基本的には、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、この実施形態では、図４に示すように、略Ｓ字状の下部屈曲部分１０にその側方からガスが流れることにより、ガスに含まれる不純物Ｚが、重力及びガスの流勢により、ガスから分離して閉塞支管７に落ち込んで捕捉される。また、不純物Ｚが分離した後のガスは、配管３（４）の下部屈曲部分１０から上方へ流れて燃料電池１に供給される。このため、ガスの流れから不純物Ｚを効果的に分離することができ、燃料電池１に対する不純物Ｚの混入防止をより確実なものにすることができる。
【００３８】
［第４実施形態］
次に、この発明の燃料電池システムを具体化した第４実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００３９】
図５に配管主要部５（６）の概略構成図を示す。この実施形態では、配管３（４）を略Ｓ字状に屈曲して燃料電池１に接続している。この略Ｓ字状の配管３（４）の下部屈曲部分１０から閉塞支管７を側方へ伸ばして設けている。そして、配管３（４）の下部屈曲部分１０にその側方からガスを流すようにしている。
【００４０】
従って、この実施形態の燃料電池システムにおいても、基本的には、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、この実施形態では、図５に示すように、略Ｓ字状の下部屈曲部分１０にその側方からガスが流れることにより、ガスに含まれる不純物Ｚが、重力及びガスの流勢により、ガスから分離して閉塞支管７に入り込んで捕捉される。また、不純物Ｚが分離した後のガスは、配管３（４）の下部屈曲部分１０から上方へ流れて燃料電池１に供給される。このため、ガスの流れから不純物Ｚを効果的に分離することができ、燃料電池１に対する不純物Ｚの混入防止をより確実なものにすることができる。
【００４１】
尚、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。
【００４２】
例えば、前記各実施形態では、閉塞支管７を配管３（４）に一体に設けたが、この閉塞支管を配管に対して着脱可能に設けてもよい。この構成によれば、閉塞支管を取り外し、閉塞支管から溜まった不純物を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１実施形態に係り、燃料電池システムを示す概略構成図。
【図２】配管主要部を示す概略構成図。
【図３】第２実施形態に係り、配管主要部を示す概略構成図。
【図４】第３実施形態に係り、配管主要部を示す概略構成図。
【図５】第４実施形態に係り、配管主要部を示す概略構成図。
【符号の説明】
【００４４】
１    燃料電池
３    第１の配管
４    第２の配管
７    閉塞支管
８    屈曲部分
９    屈曲部分
１０  下部屈曲部分
Ｚ    不純物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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