(57)【要約】【課題】  燃料電池に供給されるガス中の鉄分を効率よく除去しつつ、メンテナンスの容易な不純物除去部を有する燃料電池システムを提供する。【解決手段】  この燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池にガスを供給する供給経路と、供給経路の途中に配置された電磁石を備える。電磁石は例えば、コイルとその中心に配置された鉄心とを有し、電流を流すことにより鉄心に磁束が発生する。鉄心は、磁束の発生により供給経路内の鉄分を付着させて除去する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池にガスを供給する供給経路と、
上記供給経路の途中に配置され、電流を流すことにより磁束を発生する電磁石と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記供給経路の途中に配置された不純物除去部を備え、
前記電磁石は、鉄心とコイルとを有し、少なくとも前記鉄心の一部は前記不純物除去部内に配置され、前記コイルに電流を流すことにより前記鉄心に磁束が発生する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】
前記燃料電池に接続され、前記燃料電池により発生した電力の電圧を変えるコンバータを備え、
前記電磁石は、前記コンバータの変圧器であって、
前記変圧器の鉄心は一部において延長され、この延長された延長部が、前記不純物除去部内に配置されることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記電磁石への通電量を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記燃料電池への前記ガスの供給量に応じて、前記電磁石への通電量を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記供給経路内において、前記電磁石の下方に配置された永久磁石を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池システムは、空気を酸化剤とするシステムであり、
前記ガスは、空気であることを特徴とする請求項１から５の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】
この発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平８−２９８１３０号公報には、燃料電池発電プラントが開示されている。この燃料電池発電プラントは、発電に必要なガスを供給するための配管として炭素鋼管を用いる。炭素鋼管は、ステンレス鋼管に比べ、酸素や水分等により錆びやすい。特に上記燃料電池発電プラントは空気をリサイクル利用する。したがって、空気供給用炭素鋼管内には、電池生成水を含むガスが空気と共に循環されることとなるため、空気供給用炭素鋼管内における錆の発生は著しい。炭素鋼管内において発生した錆は、燃料電池に供給される空気に混入し、カソードガス流路を閉塞する場合がある。したがって上記燃料電池発電プラントにおいては、空気を供給する炭素鋼管の途中に、空気中の錆を除去するためのフィルタとして永久磁石を配置し、永久磁石の磁気力により錆を除去する。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２９８１３０号公報
【特許文献２】特開２００４−２７３２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記燃料電池発電プラントのように、鋼管内を流れる空気中に含まれる錆等の鉄分を除去するためには、強い磁気力を有する永久磁石を用いることが必要である。しかし、磁気力の強い永久磁石を用いる場合、永久磁石に一度付着した鉄分を取り除くことは困難なものとなる。また、燃料電池システム内及びその周辺には、磁気力に引き付けられる部材が用いられていることが多い。このため、磁気力の強い永久磁石を用いる場合、永久磁石のメンテナンスや交換等の作業においても慎重を要する。したがって、永久磁石のメンテナンスや交換には多大な時間を要することとなる。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料電池に供給されるガス中の鉄分を効率よく除去しつつ、除去した鉄分を外部に取り除く作業を容易に行うことができるように改良し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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池にガスを供給する供給経路と、
上記供給経路の途中に配置され、電流を流すことにより磁束を発生する電磁石と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、
前記供給経路の途中に配置された不純物除去部を備え、
前記電磁石は、鉄心とコイルとを有し、少なくとも前記鉄心の一部は前記不純物除去部内に配置され、前記コイルに電流を流すことにより前記鉄心に磁束が発生することを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、第２の発明において、
前記燃料電池に接続され、前記燃料電池により発生した電力の電圧を変えるコンバータを備え、
前記電磁石は、前記コンバータの変圧器であって、
前記変圧器の鉄心は一部において延長され、この延長された延長部が、前記不純物除去部内に配置されることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、第１または第２の発明において、
前記電磁石への通電量を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記燃料電池への前記ガスの供給量に応じて、前記電磁石への通電量を変化させることを特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、
前記供給経路内において、前記電磁石下方に配置された永久磁石を備えることを特徴とする。
【００１１】
第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明において、
前記燃料電池システムは、空気を酸化剤とするシステムであり、
前記ガスは、空気であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、電磁石に電流を流すことにより、磁束を発生させて、これにより供給経路内に供給されるガスの鉄分を除去することができる。また、電磁石への通電を中止することにより磁束をゼロにすることができる。したがって、電磁石に付着した鉄分を容易に除去することができ、メンテナンス等の作業の効率化を図ることができる。
【００１３】
第２の発明によれば、電磁石のコイルに電流を流すことにより、鉄心に磁束を発生させて、不純物除去部内を通過するガスの鉄分を除去することができる。また、コイルへの通電を中止することにより、鉄心の磁束をゼロにすることができる。これにより、鉄心に付着した鉄分を容易に除去することができ、メンテナンス等の作業の効率化を図ることができる。
【００１４】
また、第３の発明によれば、不純物除去部内に配置される鉄心は、変圧器の鉄心を延長させたものである。したがって、電磁石や制御手段を新たに設ける必要がなく、燃料電池の発電、即ち燃料電池に供給されるガス量に応じて、鉄心に発生する磁束を制御することができる。したがって、より確実に、ガス中の鉄分を除去することができると共に、メンテナンス作業を効率よく実行することができる。
【００１５】
また、第４の発明によれば、電磁石のコイルへの通電量を、燃料電池へのガスの供給量に応じて変化させる。したがって、より確実に、ガス中の鉄分を除去することができる。
【００１６】
また、第５の発明によれば、電磁石の下方には、永久磁石が配置される。したがって、通電を停止する際に電磁石から落下する鉄分を、この永久磁石により確実に回収することができ、供給経路内で鉄分が巻き上がるのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１８】
実施の形態．
図１は、この発明の実施の形態における燃料電池システムを説明するための模式図である。
図１に示すように、実施の形態の燃料電池システムは、固体高分子型の燃料電池２を備える。燃料電池２には、コンバータ４が接続されている。コンバータ４には、インバータ６とバッテリ８とが接続されている。また、インバータ６とバッテリ８とは接続されている。またインバータ６は、車両を駆動するモータ１０が接続されている。
【００１９】
コンバータ４は、燃料電池２において発電した電力を変圧して、インバータ６またはバッテリ８に供給する。インバータ６に供給された電力は、直流から交流に変換された後、モータ１０に供給される。一方、バッテリ８に供給された電力は蓄電させ、必要に応じて、インバータ６を介してモータ１０に供給される。
【００２０】
また、燃料電池システムは、大気から空気を取り込んで加圧するエアコンプレッサ１４を有する。エアコンプレッサ１４には、空気供給管１６の一端が接続されている。空気供給管１６の他端は、エアクリーナ１８の入口１８ａに接続されている。エアクリーナ１８の出口１８ｂには、空気供給管２０の一端が接続されている。空気供給管２０の他端は、燃料電池２に接続されている。
【００２１】
燃料電池２の排気口には、排気管２２が接続されている。燃料電池２から排出される空気オフガスは排気管２２から燃料電池２の外部に排出される。排気管２２には、圧力調整バルブ２４が設けられている。
【００２２】
なお、図１には、簡略化のため、燃料電池２への空気用の供給経路のみを図示している。しかし、実際には、燃料ガスとして水素が燃料電池２に供給されるため、燃料電池システムは、空気用の供給経路と同様に水素用の供給経路をも有する。
【００２３】
図２は、燃料電池システムのエアクリーナ１８とコンバータ４について説明するための拡大図である。また、図３は、エアクリーナ１８内部を上面から見た上面図である。
図２に示すように、コンバータ４は、その内部に変圧器３０を有する。変圧器３０は、２つのコイル３２、３４と、両コイル３２、３４の中心を通る鉄心３６とを有する。コイル３２は燃料電池２に接続され、燃料電池２において発電した電力は、コイル３２に供給される。一方、コイル３４は、変圧された電力を出力する回路を構成する。この回路の出力端子には、必要に応じてインバータ６またはバッテリ８に接続されて、出力された電力は、インバータ６またはバッテリ８に供給される。コンバータ４は、実際には、抵抗や、整流回路、増幅回路等を有する回路で構成されるが、これらは、公知のコンバータと同様のものであるから詳細な説明は省略する。
【００２４】
図２及び図３に示すように、変圧器３０の鉄心３６は一部において延長された延長部分３６ａを有する。この延長部分３６ａは、エアクリーナ１８内部の入口１８ａ付近に配置されている。エアクリーナ１８の入口１８ａは、鉄心３６の延長部分３６ａに合わせて小さくなっている。エアクリーナ１８内の鉄心３６の延長部分３６ａ下方には、永久永久磁石３８が配置されている。永久磁石３８は、エアクリーナ１８底部に滞留する水分が付着しないように、エアクリーナ１８底部との間に隙間を空けて配置されている。また、エアクリーナ１８の出口１８ｂ付近には、フィルタ４０が設けられている。
【００２５】
燃料電池２において発生した電力は、コンバータ４に送られ、コイル３２に電流が流れる。これにより鉄心３６には磁束が発生する。また、燃料電池２の発電中は、燃料電池２には、発電に供される空気が供給される。この空気は、燃料電池２に供給される前に、エアクリーナ１８内で浄化される。具体的に、空気は、空気供給管１６から、エアクリーナ１８の入口１８ａと鉄心３６の延長部分３６ａとの小さな隙間を通過して、エアクリーナ１８内に導入される。上記のように燃料電池２の発電中は、鉄心３６に磁束が発生しているため、空気内に含まれる鉄分は、鉄心３６の延長部分３６ａに、磁気力により引き付けられて付着する。その結果、空気中の鉄分が除去される。その後、エアクリーナ出口１８ｂ付近に設けられたフィルタ４０により、塩分等の異物が除去される。このようにして、エアクリーナ１８内で浄化された後、空気はエアクリーナ出口１８ｂから、空気供給管２０を通って燃料電池２に供給される。
【００２６】
ところで、燃料電池２に導入される空気量が多いときには、燃料電池２の発電量が大きい。したがって、コイル３２に流れる電流が大きくなり、鉄心３６に発生する磁束は大きくなる。即ち、燃料電池２に導入される空気の量と、鉄心３６に発生する磁束の大きさとは、共に、燃料電池２の発電量にあわせて増減する。したがって、燃料電池２の発電量が大きく、エアクリーナ１８内に導入される空気の流速が速い時には、鉄心３６の磁気力も大きくなっている。
【００２７】
エアクリーナ１８を通過する空気の流速が速くなる場合、確実に鉄分を取り除くためには、鉄心３６に強い磁気力が必要となる。上記のように、実施の形態の燃料電池システムによれば、コンバータ４の変圧器３０の鉄心３６を、エアクリーナ１８内に延長させて用いることにより、空気の流速に合わせて、自動的に磁気力の強さを変動させることができる。
【００２８】
燃料電池２の発電停止中には、燃料電池２への空気の供給も停止されため、エアクリーナ１８内には空気が導入されず、したがって、鉄分を除去する機能を必要としない。また、燃料電池２の発電停止中は、変圧器３０には電力が供給されないため、鉄心３６に磁束は発生せず、エアクリーナ１８内で鉄分を除去することができない。このように、実施の形態の燃料電池システムによれば、変圧器３０の鉄心３６をエアクリーナ１８内に延長させて用いることにより、エアクリーナ１８内に空気が導入されず、鉄分除去機能を必要としない場合に、自動的に、鉄心３６の磁気力をゼロとすることができる。
【００２９】
燃料電池２の発電停止中は、鉄心３６が磁気力を有さない状態となる。このため、鉄心３６の延長部分３６ａに付着していた鉄分は、鉄心３６から離れて落下する。落下した鉄分は、下方に配置された永久磁石３８の磁気力により引き付けられて回収される。また鉄分は永久磁石３８に付着したまま保持されることから、再び、エアクリーナ１８内に空気が流入する場合にも、鉄分が巻き上げられるのを防止することができる。
【００３０】
永久磁石３８は、流れる空気から鉄分を引き付けて除去するものではなく、単に、鉄心３６下方に落下してきた鉄分を付着させて保持するものである。したがって、永久磁石３８は、強い磁気力を有するものである必要はない。永久磁石３８の磁気力は、エアクリーナ１８内に空気が流入しているときに、付着した鉄分が空気の流れにより剥がされて飛散しない程度の強さであれば十分である。メンテナンス時には、エアクリーナ１８から、一度永久磁石３８を取り出して、付着した鉄分を取り除く。このとき、永久磁石３８の磁気力は強いものではないため、付着した鉄分を容易に取り除くことができ、容易にメンテナンスを行うことができる。
【００３１】
図４は、実施の形態のエアクリーナの他の例を示す模式図である。図４に示すエアクリーナ１１８は、図２のエアクリーナ１８内部に、永久磁石３８に代えて、受け皿４２が配置されている点を除き、図１〜３に示すシステムと同じ構成を有する。
図４に示すように、受け皿４２は、鉄心３６の延長部分３６ａの直下に配置されている。また、受け皿４２は、メッシュ状に編まれた蓋４４を有する。
【００３２】
図４のシステムにおいても、燃料電池２の発電停止中、鉄心３６の延長部分３６ａに付着していた鉄分は、鉄心３６から離れて落下する。落下した鉄分は、蓋４４を透過して、受け皿４２内に収納される。受け皿４２には蓋４４が設けられているため、その後、再びエアクリーナ１１８内に空気が流入しても、収納された鉄分が巻き上げられるのを抑えることができる。
【００３３】
メンテナンス時には、永久磁石３８の場合と同様に、受け皿４２をエアクリーナ１１８の取出口から、外部に取り出し、蓋４４を外して、受け皿４２内部に溜め込まれた鉄分を除去すればよい。このように、図４に示すエアクリーナ１１８においても、容易にメンテナンスを行うことができる。
【００３４】
なお、この発明においてエアクリーナは実施の形態に説明した構造に限るものではなく、例えば、空気をサイクロン式に導入するエアクリーナ内に電磁石の鉄心を設けるものであってもよい。これにより、効率よく異物を除去することができ、捕集率を向上させることができる。
【００３５】
また、この実施の形態においては、燃料電池２に直結されるコンバータ４の鉄心３６を延長して、延長部分３６ａを、鉄分除去用のクリーナとして用いる場合について説明した。上述したようにコンバータ４の鉄心３６を利用することにより、鉄心３６に発生する磁束を、発電量、即ち、導入される空気の量に連動させることができる。したがって、電磁石のコイルに供給する電力を別途制御する手段を設けることなく、容易に、必要に応じた磁束を鉄心３６に発生させることができる。
【００３６】
しかし、この発明において、電磁石は、コンバータ４の鉄心を利用するものに限るものではなく、例えば、コンバータ４の補器として他のコンバータを有する場合には、そのコンバータの変圧器の鉄心を利用するものであってもよい。また、コンバータ４の鉄心３６を利用するものに限るものではない。例えば、コンバータ４とは別に、エアクリーナ１８内に他の電磁石の鉄心を配置して、この鉄心に発生させる磁束を制御するものであってもよい。このとき制御の方法としては、例えば、エアクリーナ１８内に導入される空気の量を測定し、これに応じて、空気の量が多い場合には電磁石のコイルに流れる電流を大きくし、小さい場合には電流を小さくするようにする等の方法が考えられる。また、燃料電池２の発電量により、エアクリーナ１８内に導入される空気の量が増減するため、燃料電池２の発電量を測定して、これに応じて、電磁石の鉄心に発生させる磁束を制御するものでもよい。また、発電中に流れる空気の量に応じて、鉄心の磁束を増減させるものではなく、燃料電池２の発電中に電磁石の鉄心に発生させる磁束は一定とし、燃料電池２の発電のON/OFFに合わせて、電磁石への電力の供給のON/OFFを制御するものであってもよい。
【００３７】
また、実施の形態においては、エアクリーナ１８の入口１８ａ付近を鉄心３６の延長部分３６ａに合わせて小さくし、エアクリーナ１８内に導入される空気が、鉄心３６の極近くを通過するようにするようにした。これにより、導入される空気から確実に鉄分を除去することができる。しかし、この発明において、エアクリーナ入口１８ａの構造はこれに限るものではなく、鉄心３６付近を空気が通過する構造であれば、他の構造であってもよい。
【００３８】
また、実施の形態においては、燃料電池２の空気中の鉄分を除去する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、アノード側へ供給される水素中の鉄分除去に用いるものであってもよい。また、燃料電池２として、固体高分子型の燃料電池システムに用いる場合について説明したが、この発明はこれに限るものではなく、他の燃料電池システムに適用するものであってもよい。
【００３９】
また、この発明は、燃料電池の供給系のエアクリーナとして用いるものに限るものではない。このエアクリーナは、供給するガス中に混入する鉄分を除去する必要がある場合に広く適用することができる。具体的には、例えば、内燃機関への空気の供給系のエアクリーナとして適用すること等が考えられる。
【００４０】
また、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及している場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００４１】
なお、実施の形態において、空気供給管１６及び２０は、この発明の「供給経路」に該当し、エアクリーナ１８は、「不純物除去部」に該当し、鉄心３６、コイル３２は、それぞれ、「鉄心」、「コイル」に該当し、延長部分３６ａは、「鉄心の一部」に該当し、変圧器３０は、「電磁石」に該当し、永久磁石３８は、「永久磁石」に該当する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の実施の形態における燃料電池システムについて説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態における燃料電池システムのエアクリーナについて説明するための模式図である。
【図３】この発明の実施の形態における燃料電池システムのエアクリーナについて説明するための模式図である。
【図４】この発明の実施の形態における燃料電池システムの他の例について説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００４３】
２  燃料電池
４  コンバータ
６  インバータ
８  バッテリ
１０  モータ
１４  エアコンプレッサ
１６  空気供給管
１８、１１８  エアクリーナ
２０  空気供給管
２２  排気管
２４  圧力調整バルブ
３０  変圧器
３２、３４  コイル
３６  鉄心
３６ａ  鉄心の延長部分
３８  永久磁石
４０  フィルタ
４２  受け皿
４４  蓋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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