(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の燃料電池スタックと、
前記複数個の燃料電池スタックの下流側のそれぞれに設けられたエジェクタと、
前記エジェクタに接続された気水分離器と、
前記気水分離器に接続された水ポンプと、
前記水ポンプと前記燃料電池スタック間に設けられた冷却器と、
前記気水分離器を介して前記複数個の燃料電池スタックのそれぞれに燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料電池スタックに酸化剤を供給する酸化剤供給手段とを具備し、
前記冷却器を通過した水が前記複数個の燃料電池スタックにそれぞれ供給され、前記燃料電池スタックを通過したそれぞれの水が、前記複数個の燃料電池スタックのそれぞれの下流に設けられた前記エジェクタにそれぞれ供給され、
前記各エジェクタにより前記各燃料電池スタックを通り抜ける余剰ガスを同一の前記気水分離器に再循環させる
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池スタックを通り抜ける余剰ガスを再循環させた燃料電池発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池発電システムとしては、図４に示す構成のものが知られている。
【０００３】
図中の符番１，２は、燃料電池スタックを示す。これら燃料電池スタック１，２の燃料極の下流側には、Ｈ２再循環ブロワ３を介装した配管４ａを介して加湿器５が接続されている。この加湿器５には、Ｈ２ボンベ６が接続されている。前記加湿器５は、配管４ｂを介して前記燃料電池スタック１，２の燃料極の上流側に夫々接続されている。前記各燃料電池スタック１，２の空気極の上流側には、空気ブロワ７が接続されている。
【０００４】
前記各燃料電池スタック１，２の上流側には、循環水タンク（冷却水タンク）８が、水ポンプ９，冷却器１０を介装した配管４ｃを介して接続されている。また、各燃料電池スタック１，２の下流側には、配管４ｄを介して前記循環水タンク８が接続されている。これにより、冷却水が水ポンプ、冷却器１０、燃料電池スタック１，２を循環するようになっている。更に、前記燃料電池スタック１，２の空気極の下流側には、配管４ｅを介して煙突２１に接続されている。
【０００５】
こうした構成の燃料電池発電システムにおいて、Ｈ2ボンベ６からのＨ2ガスは加湿器５を経て、各燃料電池スタック１，２の燃料極側に供給され、空気ブロワ７からの空気は各燃料電池スタック１，２の空気極側に供給され、各燃料電池スタック１，２で電池反応が行なわれる。一方、循環水タンク８からは冷却水が水ポンプ９、冷却器１０を経て、各燃料電池スタック１，２へ送られ、電池反応により生ずる反応熱を抑制する働きをする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の燃料電池発電システムにおいては、Ｈ２再循環ブロワ３の使用によりブロワの安全性（リークの恐れ、電気による爆発）等に問題があった。また、加湿器５と循環水タンク８を別々に設置しなければならず、コスト高となる。
【０００７】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、燃料電池スタックの下流側にエジェクタを設け、このエジェクタにより燃料電池スタックを通り抜ける余剰ガスを再循環させることにより、余剰ガスを有効に利用しえるとともに、安全でコスト安の燃料電池発電システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、燃料電池発電システムにおける燃料電池では、燃料や酸化剤を余剰に供給すると、電池性能が良くなるので、本来余った燃料や酸化剤は燃料電池の入り口へ戻すことが好ましいということに基づいて、本発明を究明する至った。
【０００９】
即ち、本発明は、複数個の燃料電池スタックと、前記複数個の燃料電池スタックの下流側のそれぞれに設けられたエジェクタと、これらエジェクタに接続された気水分離器と、前記気水分離器に接続された水ポンプと、前記水ポンプと前記燃料電池スタック間に設けられた冷却器と、前記気水分離器を介して前記複数個の燃料電池スタックのそれぞれに燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料電池スタックに酸化剤を供給する酸化剤供給手段とを具備し、前記冷却器を通過した水が前記複数個の燃料電池スタックにそれぞれ供給され、前記燃料電池スタックを通過したそれぞれの水が、前記複数個の燃料電池スタックのそれぞれの下流に設けられた前記エジェクタにそれぞれ供給され、前記各エジェクタにより前記各燃料電池スタックを通り抜ける余剰ガスを同一の前記気水分離器に再循環させることを特徴とする燃料電池発電システムである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳述する。
本発明において、燃料電池スタックの下流側にエジェクタを設けるが、燃料電池スタックが複数個存在する場合は、各燃料電池スタックの下流側に夫々エジェクタを設けることが好ましい。これは、エジェクタを共有すると、各燃料電池スタックの負荷バランスが悪化するためである。つまり、図３に示すように、気水分離器１５、燃料電池スタック１１、１２を経たＨ２ガスを共有のエジェクタ２２に送ると、水の等分配は比較的容易であるが、Ｈ２ガスの等分配の調整が水の場合と比較して困難であるからである。従って、本発明では、各燃料電池スタックごとにエジェクタを夫々配置した。なお、図３では便宜上空気の流れを省略した。また、付番１７は水ポンプを示す。
【００１１】
なお、上記エジェクタとは、水をノズルより高速にて吹き出すことによって周囲のガスを吸引して排出する装置である。一般に燃料電池発電システムでは、スタック温度を保持するために循環水を常時回している。本発明は、こうした観点に基づいてなされたもので、この水とエジェクタを利用することによってガスの循環能力を双方等しくしようとした。
【００１２】
本発明において、エジェクタは燃料電池スタックの燃料側に位置する下流あるいは空気極に位置する下流側のいずれに配置してもよい。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の一実施例に係る燃料電池発電システムついて図１及び図２を参照して説明する。ここで、図１は同燃料電池発電システムの全体図、図２は図１のシステムの一構成要素であるエジェクタの断面図を示す。
【００１４】
図中の符番１１，１２は、燃料電池スタックを示す。これら燃料電池スタック１１，１２の下流側でかつ燃料極側には、エジェクタ１３，１４が夫々配置されている。ここで、エジェクタ１３（又は１４）は、水をノズルより高速に噴出すことによって周囲のガス（Ｈ2ガス）を吸引して排出する機能を有するもので、図２に示すようにノズル部３１とスロート部３２とディヒューザ部３３とから構成されている。各エジェクタ１３，１４には、気水分離器１５が接続されている。
【００１５】
前記気水分離器１５には、Ｈ2ボンベ１６が接続されている。前記気水分離器１５は、前記燃料電池スタック１１，１２の燃料極側に夫々接続されている。この気水分離器１５では、Ｈ2ガスは配管１９ａを通過して燃料電池スタックの燃料極側に供給され、水は冷却水として配管１９ｂを通過して燃料電池スタック１１，１２に供給される。また、前記気水分離器１５と燃料電池スタック１１，１２とは、水ポンプ１７、冷却器１８を介装した配管１９ｂを介して接続されている。前記各燃料電池スタック１１，１２の空気極側には、空気ブロワ２０が接続されている。なお、図中の符番２１は煙突を示す。
【００１６】
こうした構成の燃料電池発電システムにおいて、Ｈ2ボンベ１６からのＨ2ガスは気水分離器１５を経て、各燃料電池スタック１１，１２の燃料極側に供給され、空気ブロワ２０からの空気は各燃料電池スタック１１，１２の空気極側に供給され、各燃料電池スタック１１，１２で電池反応が行なわれる。一方、気水分離器１５からは水が水ポンプ１７、冷却器１８を経て、各燃料電池スタック１１，１２へ送られ、電池反応により生ずる反応熱を抑制する働きをする。燃料電池スタック１１，１２を通過したＨ2ガスと冷却用の水は、夫々エジェクタ１３，１４を経て気水分離器１５へ送られる。エジェクタ１３，１４では、冷却水を高速に吹き出すことによって周囲のＨ2ガス２３を吸引して二相流として排出される。一方、燃料電池スタック１１，１２の空気極側から排出した空気は煙突２１より排気される。
【００１７】
このように、上記実施例によれば、各燃料電池スタック１１，１２の下流側でかつ燃料極側にエジェクタ１３，１４を夫々配置した構成とすることにより、余剰ガスの再循環が可能となり、余剰ガスの有効利用を図ることができる。また、各燃料電池スタック１１，１２ごとにエジェクタ１３，１４が配置されているため、燃料電池スタック１１，１２への負荷をバランス良く保つことができる。
【００１８】
なお、上記実施例では、燃料電池スタックの下流側で燃料極側にエジェクタを夫々配置した場合について述べたが、これに限らず、燃料電池スタックの下流側でかつ空気極側に夫々エジェクタを配置してもよい。また、燃料電池スタックも上記実施例のように２個に限らず、３個以上配置し、これに応じてエジェクタも夫々燃料電池スタックの下流側に配置してもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、燃料電池スタックの下流側にエジェクタを設け、このエジェクタにより燃料電池スタックで生じた余剰ガスを再循環させることにより、余剰ガスを有効に利用しえるとともに、安全でコスト安の燃料電池発電システムを提供できる。
【００２０】
また、本発明によれば、燃料電池スタックを複数個配置し、各燃料電池スタックごとにエジェクタを配置すれば、燃料電池スタックへの負荷をバランス良く保持することができる燃料電池発電システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る燃料電池発電システムの説明図。
【図２】図１の燃料電池発電システムの一構成部材であるエジェクタの断面図。
【図３】複数の燃料電池スタックにエジェクタを共有させた場合の説明図。
【図４】従来の燃料電池発電システムの説明図。
【符号の説明】
１１，１２…燃料電池スタック、
１３，１４…エジェクタ、
１５…気水分離器、
１６…Ｈ2ボンベ、
１７…水ポンプ、
１８…冷却器、
１９…配管、
２０…空気ブロワ、
２１…煙突、
２２…エジェクタ、
２３…Ｈ2ガス、
３１…ノズル部、
３２…スロート部、
３３…ディヒュ−ザ部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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