(57)【要約】【課題】  オフガスをラジエータに再循環させ、ラジエータ及び燃料電池システムの性能を向上させる。【解決手段】  本発明は、燃料極１３に供給された燃料と酸化剤極１４に供給された気体とを電解質膜１２を介して化学的に反応させることにより電力を発生させる燃料電池システム１１であって、多数のチューブ１９とフィン２０により構成されたコア２１を有するラジエータ１８と、発電時に発生するオフガスをラジエータ１９のコア２１外面に供給するオフガス供給手段２３とを備えていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極に供給された燃料と酸化剤極に供給された気体とを電解質膜を介して化学的に反応させることにより電力を発生させる燃料電池システムであって、
多数のチューブとフィンにより構成されたコアを有するラジエータと、
発電時に発生するオフガスを前記ラジエータのコア外面に供給するオフガス供給手段と、
を備えていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記オフガス供給手段には、前記ラジエータのコア外面にオフガスを噴射可能な噴射口が設けられ、該噴射口は噴射されたオフガス中の水分の粒径が２００μｍ以下となるように形成されている請求項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】
本発明は、燃料極側の燃料と酸化剤極側の気体とを電解質膜を介して化学的に反応させることにより発電する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、図３に示されているように、水素等の燃料と酸素等の気体とを化学的に反応させて燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池システム１を搭載した自動車２が注目されている。
【０００３】
このような自動車２に搭載された従来の燃料電池システム１には、電解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極が設けられた燃料電池３と、燃料電池３等を冷却するための複数のラジエータ４とが設けられている。そして、燃料電池３は、前記燃料極に供給された燃料と前記酸化剤極に供給された気体との化学反応により電力を発生させ、この電力は自動車２の駆動部等に供給される。また、この時、燃料電池３において電力と共に多量の水分を含んだオフガスが発生し、このオフガスは一部分が燃料電池３の加湿に利用された後、外部に排出されるようになっている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３５７８６４号公報
【特許文献２】特開２００２−３７２３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した従来の燃料電池システム１では、燃料電池３での発電時に発生する多量の水分を含んだオフガスの大部分が外部に排出されていたため、ラジエータ４及び燃料電池システム１の性能を十分に向上させることができないといった問題があった。
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、オフガスをラジエータに再循環させ、ラジエータ及び燃料電池システムの性能を向上させることのできる燃料電池システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、燃料極に供給された燃料と酸化剤極に供給された気体とを電解質膜を介して化学的に反応させることにより電力を発生させる燃料電池システムであって、多数のチューブとフィンにより構成されたコアを有するラジエータと、発電時に発生するオフガスを前記ラジエータのコア外面に供給するオフガス供給手段とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、前記オフガス供給手段には、前記ラジエータのコア外面にオフガスを噴射可能な噴射口が設けられ、該噴射口は噴射されたオフガス中の水分の粒径が２００μｍ以下となるように形成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、オフガス中の水分の蒸発潜熱を利用することができるので、ラジエータ及び燃料電池システムの性能を向上させることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、以下の説明では、本発明を自動車用のダイレクトメタノール型燃料電池システムに適用した場合を例にとって説明する。
【００１１】
図１及び図２は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムを示している。このダイレクトメタノール型燃料電池システム１１は、電解質膜１２を挟んで燃料極１３と酸化剤極１４とが設けられた燃料電池１５と、メタノール水溶液を貯蔵する燃料タンク１６と、酸化剤極１４の出口側に設けられた凝縮器１７と、燃料電池１５を冷却するためのラジエータ１８とから概略構成されている。
【００１２】
ラジエータ１８には、多数のチューブ１９とフィン２０（図２参照）により構成されたコア２１が設けられ、チューブ１９の両端に一対のタンク２２が設けられている。また、ラジエータ１８のコア２１の前面側には、ラジエータ１８に向かって多数の噴射口２５（図２参照）が形成されたパイプ状のオフガス供給ヘッダ２３が設けられ、ラジエータ１８の後面側にはファン２４が設けられている。そして、オフガス供給ヘッダ２３の噴射口２５は、噴射口２５から噴射されたオフガス中の水分が細かい霧状、好ましくは、その粒径が２００μｍ以下となるように形成されている。
【００１３】
次に、本実施の形態に係る燃料電池システム１１の作用を説明する。
【００１４】
燃料タンク１６から燃料極１３にメタノール水溶液が供給されると共に酸化剤極１４に空気が供給されると、メタノールと空気とが電解質膜１２を介して化学的に反応し、燃料電池１５において電力が発生する。この時、燃料極１３側では二酸化炭素とメタノール水溶液が発生し、酸化剤極１４側では多量に水分を含んだオフガスが発生する。そして、燃料極１３側で発生したメタノールは燃料タンク１６に還流され、一方、酸化剤極１４側で発生したオフガスは、凝縮器１７においてオフガス中の水分の一部が凝縮された後、オフガス供給ヘッダ２３の噴射口２５からラジエータ１８のコア２１外面側に噴射される。
【００１５】
この時、オフガス中には依然として多量の水分が含まれているため、オフガス中の水分は、細かい霧状の水滴となってフィン２０に付着後、気化し、チューブ１９内を流通する冷媒から潜熱を奪い、その冷媒を冷却する。実験によれば、ｈ（ｋｗｈ／ｋｇ）の蒸発潜熱を有するｖ（ｋｇ／ｈ）の水分をラジエータ１８に噴射した時にＱ１（ｋｗ）の放熱量が得られたとすると、その放熱量Ｑ１（ｋｗ）と、水分を噴射しない時のラジエータ１８の放熱量Ｑ２（ｋｗ）との関係は、
Ｑ１／Ｑ２＋ｖｈ＜＜１００％
となることが分かっている。そこで、例えば、ラジエータ１８のフィン２０の表面温度を８０℃とすると、８０℃の時の水の蒸発潜熱ｈは、
ｈ＝５５１ｋｃａｌ／ｋｇ＝２３０４．４ｋＪ／ｈ
であるから、ラジエータ１８に１ｋｇ／ｈの水分を噴射した場合、その水分による放熱量Ｑ１は、
Ｑ１＝１ｋｇ／ｈ×２３０４．３ｋＪ／ｈ＝２３０４．３ｋＪ／ｈ＝０．６４ｋｗ≒Ｑ２
となる。
【００１６】
このように、オフガス中の水分の蒸発に伴いチューブ１９内の冷媒から水の蒸発潜熱に略等しい潜熱を奪うことができる。また、オフガス中の水分は細かい霧状の水滴状態でフィン２０に付着しているため接触抵抗が小さい。したがって、ラジエータの熱交換性能を向上させることができる。さらに、燃料電池１５の排圧とファン２４の駆動によりオフガスをラジエータ１８側に吸引することができ、新たにポンプ等の動力源を追加設置する必要がないため、コストの低減化が可能となる。
【００１７】
なお、ラジエータのコア２１外面にオフガスを供給する手段は、上記したパイプ状のヘッダ２３に限定されるものではなく、空調用ダクト等、他のオフガス供給手段を使用してもよい。
【００１８】
また、オフガス供給ヘッダ２３からオフガスをコア２１外面に噴射させるタイミングは、ラジエータ１８の負荷に応じて制御可能なように構成してもよい。
【００１９】
さらに、上記実施の形態では、説明の簡略化のため、燃料電池の冷却用のラジエータ１８についてのみ説明したが、燃料電池システム１１には、改質器を冷却するためのラジエータや、車輪駆動用の駆動モータを制御するパワーコントロールユニットを冷却するためのラジエータ等、複数のラジエータが設けられているので、それらのラジエータに本発明を適用することもできる。
【００２０】
さらに、本発明は、自動車用のダイレクトメタノール型燃料電池システム１１に限らず、純水素、ガソリン、メタンガス等を燃料として使用する他のタイプの燃料電池システムにも適用可能であることは言う迄もない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるラジエータとオフガス供給手段を示す斜視図である。
【図３】従来例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００２２】
１１          燃料電池システム
１２          電解質膜
１３          燃料極
１４          酸化剤極
１５          燃料電池
１８          ラジエータ
１９          チューブ
２０          フィン
２１          コア
２３          オフガス供給手段
２５          噴射口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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