(57)【要約】【課題】燃料ガスの漏洩を適切に感知することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムは、付臭剤を混合した燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池と、当該燃料電池のカソードオフガスを排出するカソードオフガス排出通路と、当該燃料電池のアノードオフガスを上記カソードオフガス排出通路へ合流させるアノードオフガス排出通路と、上記カソードオフガス排出通路の上記アノードオフガス排出通路との合流部よりも上流側に設置され、カソードオフガスに混入される付臭剤を除去する付臭剤除去器とを備える。【選択図】  図１
2007053028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
付臭剤を混合した燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池のカソードオフガスを排出するカソードオフガス排出通路と、
前記燃料電池のアノードオフガスを前記カソードオフガス排出通路へ合流させるアノードオフガス排出通路と、
前記カソードオフガス排出通路の前記アノードオフガス排出通路との合流部よりも上流側に設置され、該カソードオフガスに混入される付臭剤を除去する付臭剤除去器と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記カソードオフガス排出通路と前記アノードオフガス排出通路との合流部に設置され、前記アノードオフガスと前記カソードオフガスとを混合希釈する希釈器、
を更に備える請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記アノードオフガス排出通路の前記カソードオフガス排出通路との合流部よりも上流側に設置され、該アノードオフガスに混入される付臭剤を除去する付臭剤除去器、
を更に備える請求項１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、燃料電池システムに関し、特に、付臭剤を除去するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池のアノードに燃料ガスを供給し、同カソードに酸化ガスを供給することにより、それらの化学反応を利用して発電を行うものである。例えば、燃料ガスとしては水素ガスが利用され、酸化ガスとしては酸素又は空気が利用される。
【０００３】
そして、水素ガスを燃料ガスとして利用する燃料電池システムでは、可燃性の高い水素ガスの漏洩を早期に感知するため、水素ガスと付臭剤との混合ガスが燃料ガスとして用いられる。このような燃料電池システムでは、付臭剤の密度が高くなると燃料電池の出力特性を劣化させる場合があるため、付臭剤除去器が用いられる。また、燃料電池システムに設けられた付臭剤除去器は、付臭剤が燃料電池に供給された燃料ガス及び酸化ガスのうち発電に使用されなかったもの（アノードオフガス及びカソードオフガス）と共に、排気されるのを防ぐ効果もある。
【０００４】
このような付臭剤除去器を有する燃料電池システムとして、アノードオフガス通路、若しくは、アノードオフガス通路とカソードオフガス通路との合流通路に付臭剤除去器を設けることにより、水素ガスの漏洩の感知可能な範囲を拡大させる燃料電池システムが提案されている（下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１３４２７３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、従来の燃料電池システムにおける、アノードオフガス通路に付臭剤除去器を設けた構成では、クロスリーク等により燃料電池を透過してカソードオフガスに混入した付臭剤を除去することができない。これでは、カソードオフガスには水素は殆どないにも関わらず付臭剤が感知されてしまい、付臭剤本来の目的を達成できない。
【０００６】
また、アノードオフガス通路とカソードオフガス通路との合流通路に付臭剤除去器を設けた構成では、パージ弁が開故障し（弁が開いたままの状態となり）アノードオフガス中の水素濃度が高い状態でアノードオフガスがカソードオフガスとの合流通路へ送出された場合でも、付臭剤が除去されてしまうのでガス漏れ検知ができなくなるおそれがある。また、この構成では、アノードオフガス通路を通じてのガス漏れか、カソードオフガス通路を通じてのガス漏れかを判断できなくなるおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、燃料ガスの漏洩を適切に感知することができる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】
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するために以下の手段を採用する。即ち、本発明は、付臭剤を混合した燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池と、当該燃料電池のカソードオフガスを排出するカソードオフガス排出通路と、当該燃料電池のアノードオフガスを上記カソードオフガス排出通路へ合流させるアノードオフガス排出通路と、上記カソードオフガス排出通路の上記アノードオフガス排出通路との合流部よりも上流側に設置され、カソードオフガスに混入される付臭剤を除去する付臭剤除去器とを備える燃料電池システムについてのものである。
【０００９】
本発明では、燃料電池のアノードへ供給される混合ガスに含まれる付臭剤は、アノードオフガス及びカソードオフガスにそれぞれ混入され燃料電池から排出されるが、カソードオフガスに混入された付臭剤は、カソードオフガス排出通路のアノードオフガス排出通路との合流部よりも上流側に設置された付臭剤除去器により除去される。
【００１０】
これにより、本発明によれば、カソードオフガス排出通路を通るガス中の付臭剤を除去することができ、付臭剤が殆どない状態でカソードオフガスを排気することができる。また、カソードオフガス排出通路へ送出されるガスについて、水素ガスが殆ど含まれていないにも関わらず付臭剤を検知するような、水素ガス漏洩の誤検知を防ぐことができる。
【００１１】
また、アノードオフガスに混入された付臭剤は、付臭剤除去器により除去されることなくカソードオフガスと合流されるため、アノードオフガスが水素濃度の高い状態でアノードオフガス排出通路へ送出された場合であっても、付臭剤を検知することにより、水素ガスの漏洩を検知することができる。
【００１２】
また、上記燃料電池システムは、前記カソードオフガス排出通路と前記アノードオフガス排出通路との合流部に設置され、前記アノードオフガスと前記カソードオフガスとを混合希釈する希釈器を更に備えるようにしてもよい。
【００１３】
本発明では、アノードオフガスに混入された付臭剤は、カソードオフガス排出通路とアノードオフガス排出通路との合流部に設置された希釈器により、カソードオフガスと混合希釈され、燃料ガスと共に濃度を十分に低減されて、排出される。
【００１４】
これにより、本発明によれば、アノードオフガス排出通路においては、付臭剤が混入された状態のガスが通るため、当該燃料ガスの漏洩を適切に感知することができる。更に、アノードオフガスについても、希釈器により燃料ガスと共にこの付臭剤の濃度を十分に低減させた状態で排気することができる。
【００１５】
また、上記燃料電池システムは、前記アノードオフガス排出通路の前記カソードオフガス排出通路との合流部よりも上流側に設置され、該アノードオフガスに混入される付臭剤を除去する付臭剤除去器を更に備えるようにしてもよい。
【００１６】
これにより、付臭剤が希釈器により十分に希釈されないような場合に、希釈器に入る前に当該付臭剤を概ね除去することにより、希釈器において十分な希釈がなされるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、燃料ガスの漏洩を適切に感知可能とする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】
【００１８】
［実施の形態］
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
【００１９】
〔システム構成〕
まず、本発明の実施形態における燃料電池システムの機能構成について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態としての燃料電池システムの概略機能構成を示すブロック図である。本実施形態における燃料電池システムは、燃料ガスタンク１０１、流量
制御・調圧バルブ１０２、燃料電池スタック（以降、ＦＣスタックと表記する）１０３、燃料ガス循環ポンプ１０４、パージ弁１０５、エアコンプレッサ１０６、付臭剤除去器１０７、及び希釈器１０８を有する。
【００２０】
燃料ガスタンク１０１は、燃料ガスとなる水素ガスと付臭剤とを含む混合ガスを比較的高い圧力で貯蔵している。この付臭剤には、燃料電池の出力特性を劣化させ難いものが用いられ、例えば、酪酸等が用いられるようにしてもよい。本実施形態では、付臭剤を限定するものではない。燃料ガスタンク１０１は、貯蔵されている混合ガスをＦＣスタック１０３へ供給する。燃料ガスタンク１０１から供給される混合ガスは、流量制御・調圧バルブ１０２により所定流量及び所定圧力に調整される。この調整された混合ガスは、燃料ガス供給路１１０を通り、ＦＣスタック１０３のアノードに供給される。
【００２１】
エアコンプレッサ１０６は、エアフィルタ等を介して大気から取り込まれた空気（酸化ガス）を加圧し、ＦＣスタック１０３へ供給する。エアコンプレッサ１０６により加圧された酸化ガスは、酸化ガス供給路１１１を通り、ＦＣスタック１０３のカソードに供給される。
【００２２】
ＦＣスタック１０３は、アノードに供給された混合ガスに含まれる水素ガスとカソードに供給された酸化ガス中の酸素ガスを用いて発電する。アノードに供給された混合ガスのうち発電に供しなかった水素ガス及びカソードから透過する窒素ガス等（以降、アノードオフガスと表記する）は、ＦＣスタック１０３からアノードオフガス循環路１１２へ送出される。また、カソードに供給された酸化ガスのうち発電に供しなかったもの（以降、カソードオフガスと表記する）は、ＦＣスタック１０３からカソードオフガス通路１１３（本発明のカソードオフガス排出通路に相当）へ送出される。
【００２３】
ＦＣスタック１０３では、アノードに供給される燃料ガスとカソードに流れる酸化ガスは電解質膜によって分離されているが、当該電解質膜の小さな穴等からそれぞれのガスの一部が当該電解質膜を透過して逆の極側に漏れ出す現象（以降、クロスリークとも表記する）が発生する。
【００２４】
これにより、アノードに供給される混合ガスに含まれる付臭剤は、アノードオフガスに混入された状態でアノードオフガス循環路１１２へ送出されると共に、クロスリークによりカソードへ漏れ出しカソードオフガスに混入された状態でカソードオフガス通路１１３へ送出される。
【００２５】
燃料ガス循環ポンプ１０４は、回転駆動用のモータ等を備え、アノードオフガス循環路１１２に設けられている。燃料ガス循環ポンプ１０４は、ＦＣスタック１０３から送出されたアノードオフガスを再度ＦＣスタック１０３へ再供給するために、回転駆動モータにより当該アノードオフガスを燃料ガス供給路１１０方向へ送り出す。本燃料電池システムでは、アノードオフガス循環路１１２には付臭剤が混入された状態のアノードオフガスが循環されている。燃料ガス循環ポンプ１０４により送り出されたアノードオフガスは、燃料ガスタンク１０１から供給される純粋な水素ガスを含んだ混合ガスと合流し、再度、ＦＣスタック１０３のアノードに供給される。
【００２６】
パージ弁１０５は、アノードオフガス循環路１１２を排気口側へ分岐するパージガス通路１１４（本発明のアノードガス排出通路に相当）に設けられており、アノードオフガス循環路１１２を循環するアノードオフガスを排気するための排気弁である。アノードオフガス循環路１１２を循環し水素濃度が低下したアノードオフガスは、このパージ弁１０５が開かれることにより、パージガス通路１１４方向へ送出される。このとき送出されるアノードオフガスには付臭剤が混入されている。
【００２７】
付臭剤除去器１０７は、カソードオフガス通路１１３のパージガス通路１１４との合流部より上流側に設けられ、通過するガス中の付臭剤を除去し、付臭剤が除去されたガスを希釈器１０８方向へ送出する。これにより、ＦＣスタック１０３から送出される、付臭剤の混入されたカソードオフガスは、付臭剤除去器１０７により付臭剤が除去され、希釈器１０８へ送られる。なお、付臭剤除去器１０７は、利用している付臭剤を除去可能なものであればその構成を限定するものではない。例えば、付臭剤除去器１０７は、活性炭等を用いた吸着媒が担持された担体がロール構造を持つように構成されたものであってもよい。
【００２８】
本来、付臭剤は、可燃性の高い水素ガスの漏洩を検知するために混合されているが、ＦＣスタック１０３からカソードオフガス通路１１３へ送出されるガスに付臭剤が混ざっている場合、当該ガスには水素は殆どないにも関わらず付臭剤が検知されてしまう。付臭剤除去器１０７を設けることにより、このような水素ガス漏洩の誤検知を防ぐことができる。
【００２９】
希釈器１０８は、パージガス通路１１４とカソードオフガス通路１１３との合流部に設けられ、パージガス通路１１４からのアノードオフガス及び付臭剤等の混合ガスと、付臭剤除去器１０７から送出される付臭剤が除去されたカソードオフガスとを混合希釈する。希釈器１０８は、希釈されたガスを排出路１１５へ送出する。つまり、パージガス通路１１４からのアノードオフガス及び付臭剤は、希釈器１０８により、カソードオフガス通路１１３からの酸化オフガスにより混合希釈され、水素濃度及び付臭剤の濃度が一層低減され、排出路１１５から排気される。なお、図１には、１つの機能部として希釈器１０８を示しているが、複数の希釈器が直列に多段構成されるようにしてもよい。
【００３０】
〈実施形態の作用効果〉
以上述べたように、本発明の実施形態の燃料電池システムは、パージガス通路１１４とカソードオフガス通路１１３との合流部に希釈器１０８を設け、この希釈器１０８の上流側のカソードオフガス通路１１３に付臭剤除去器１０７を設ける。
【００３１】
このような構成を持つ燃料電池システムでは、燃料ガスタンク１０１に貯蔵される混合ガスに含まれる付臭剤は、水素ガスと共にＦＣスタック１０３のアノードへ供給される。そして、発電に供されなかったアノードオフガスと付臭剤とは、ＦＣスタック１０３からアノードオフガス循環路１１２へ送出され、燃料ガス供給路１１０の混合ガスと混合されながら再度ＦＣスタック１０３のアノードへと循環される。
【００３２】
また、混合ガス中の付臭剤の一部は、クロスリーク等によりカソード側へ漏れ出すものがある。漏れ出した付臭剤は、ＦＣスタック１０３からカソードオフガスと共にカソードオフガス通路１１３へ送出される。カソードオフガス通路１１３へ送出された付臭剤は、付臭剤除去器１０７により除去される。
【００３３】
これにより、カソードオフガス通路１１３を通るガス中の付臭剤を除去することができ、付臭剤が殆どない状態でカソードオフガスを排気することができる。また、カソードオフガス通路１１３へ送出されるガスについて、水素ガスが殆ど含まれていないにも関わらず付臭剤を検知するような、水素ガス漏洩の誤検知を防ぐことができる。
【００３４】
一方、アノードオフガス循環路１１２で循環されている付臭剤は、パージ弁１０５が開かれることにより、アノードオフガスと共にパージガス通路１１４へ送出される。パージガス通路１１４へ送出された付臭剤は、希釈器１０８により、酸化オフガスと混合希釈され、水素と共に濃度を十分に低減されて、排出される。
【００３５】
これにより、アノードオフガス循環路１１２及びパージガス通路１１４においては、付臭剤が混入された状態のガスが通るため、当該ガスの漏洩を適切に感知することができる。更に、アノードオフガスについても、希釈器１０８により水素ガスと共にこの付臭剤の濃度を十分に低減させた状態で排気することができる。
【００３６】
〔変形例〕
本発明の上記実施形態では、アノードオフガス循環路１１２で循環される付臭剤は、希釈器１０８によりカソードオフガスと混合希釈されることにより濃度低減された後、排気されるよう調整されるが、パージガス通路１１４に付臭剤除去器１２０を更に設けるようにしてもよい（図２参照）。
【００３７】
これにより、付臭剤が希釈器１０８により十分に希釈されないような場合に、希釈器１０８に入る前に当該付臭剤を概ね除去することにより、希釈器１０８により十分な希釈がなされるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態としての燃料電池システムの概略機能構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態の変形例としての燃料電池システムの概略機能構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０１  燃料ガスタンク
１０２  流量制御・調圧バルブ
１０３  燃料電池スタック（ＦＣスタック）
１０４  燃料ガス循環ポンプ
１０５  パージ弁
１０６  エアコンプレッサ
１０７、１２０  付臭剤除去器
１０８  希釈器
１１０  燃料ガス供給路
１１１  酸化ガス供給路
１１２  アノードオフガス循環路
１１３  カソードオフガス通路
１１４  パージガス通路
１１５  排出路
【図１】
2007053028.tif 000003
【図２】
2007053028.tif 000004