(57)【要約】【課題】燃料電池の生成水が流れる配管の上下に延びる部分の長さを長くすることなく、配管の絶縁抵抗が低下するのを抑制できる燃料電池システムの提供を課題とする。【解決手段】燃料電池と、この燃料電池の発電により生成された生成水３０が流れる配管１５と、配管１５における上下に延びる上下延伸配管部１５ａに設けられ、生成水３０の少なくとも一部を上下延伸配管部１５ａの内周面１５ｃから離間させる阻害部２０と、を備えている。阻害部２０は、板状のベース部２１と、このベース部２１の上面に設けられ生成水３０の流れる方向に対して交差する方向に並列的に配置された複数の縦板部２２とを有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池の発電により生成された生成水が流れる配管と、
前記配管における上下に延びる上下延伸配管部に設けられ、前記生成水の少なくとも一部を前記配管の内周面から離間させる阻害部と、を備え、
前記阻害部は、前記生成水の流れる方向に対して交差する方向に並べられた複数の突起又は溝を有する燃料電池システム。
【請求項２】
前記阻害部は、上下に複数段に亘って設けられている請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
上下に隣接する前記阻害部の前記突起又は前記溝が、互いに反対向きに配置されている請求項２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、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムでは、燃料電池の発電によって水(生成水)が生じる。この生成水に不純物イオン(例えば金属イオン)が混合すると、生成水の導電率が上昇することが知られている。生成水における導電率が上昇すると、燃料電池システムと、この燃料電池システムが搭載される移動体(例えば車両)との間に電流が流れる経路が形成され、燃料電池と移動体間の絶縁抵抗が低下するおそれがある。
【０００３】
従来、上記の問題を回避するため、燃料電池の生成水を排出する配管における上下に延びる部分に、生成水の流れを阻害するための阻害部を複数段に亘って設ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−３３９０７８号公報
【特許文献２】特開２００６−２９００３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の特許文献１に記載の技術では、生成水を排出する配管における上下に延びる部分に阻害部を複数段に亘って設けるため、配管の上下に延びる部分を長くする必要があった。このため、配管の上下に延びる部分の長さをそれほど長くできない場合、例えば、燃料電池を車両の床下等に設置する場合には、特許文献１の技術を適用することが困難であった。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、燃料電池の生成水を排出する配管の上下に延びる上下延伸配管部の長さを長くすることなく、配管における絶縁抵抗の低下を抑制できる燃料電池システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
すなわち、本発明は、
燃料電池と、
前記燃料電池の発電により生成された生成水が流れる配管と、
前記配管における上下に延びる上下延伸配管部に設けられ、前記生成水の少なくとも一部を前記配管の内周面から離間させる阻害部と、を備え、
前記阻害部は、前記生成水の流れる方向に対して交差する方向に並べられた複数の突起又は溝を有している。
【０００７】
本発明によれば、燃料電池の発電によって生成された生成水の少なくとも一部が、阻害部によって配管の内周面から離間され、配管の内周面に接触する生成水の量が減少すると共に、生成水が複数の突起又は溝によって複数に分割されるので生成水に途切れ部を形成でき、配管における絶縁抵抗の低下を抑制できる。また、阻害部は配管の上下に延びる上下延伸配管部に例えば一段だけ設けることにより、配管における絶縁抵抗の低下を有効に抑制できるので、配管の上下延伸配管部の長さを長くする必要がない。従って、燃料電池システムを車両の床下等に設置できる。
【０００８】
ここで、前記阻害部は、前記配管の前記上下延伸配管部に複数段に亘って設けられてい
る構成にできる。この構成によれば、複数段に亘って生成水の少なくとも一部を配管の内周面から離間できると共に、生成水に途切れを形成できるので、配管における絶縁抵抗の低下をより有功に抑制できる。
【０００９】
また、上下に隣接する前記阻害部の前記突起又は前記溝が、互いに反対向きに配置されている構成にできる。更に、上下に隣接する前記突起又は前記溝が互い違いに配置されている構成にできる。この構成によれば、生成水をより確実に配管の内周面から離間させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料電池の発電によって生成された生成水の少なくとも一部が、配管内の阻害部によって配管の内周面から離間されると共に、生成水を複数に分断できるので、配管の絶縁抵抗が低下するのを抑制できる。また、阻害部を配管に例えば一段だけ設けることにより、配管における絶縁抵抗の低下を抑制できるので、配管の長さを長くする必要がない。従って、燃料電池システムを車両の床下等、上下の間隔が比較的狭い場所に設置できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）に係る燃料電池システムについて説明する。なお、以下の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は限定されない。
【００１２】
《第１実施形態》
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システム１０の構成を示す。この燃料電池システム１０は、車両等の移動体に搭載される。図１において、燃料電池１には、固体高分子型燃料電池(ＰＥＦＣ)が適用されている。この燃料電池１は、少なくとも１つのセルから構成されている。
【００１３】
このセルは、固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜を両側から挟む燃料極(アノ
ード)及び空気極(酸化剤極：カソード)と、これらの燃料極及び空気極を挟む燃料極側セ
パレータ及び空気極側セパレータとから構成されている。
【００１４】
燃料極は、拡散層と触媒層とを有している。水素ガスや水素リッチガスなどの水素を含む燃料が、燃料供給系により燃料極に供給される。燃料極に供給された燃料は、拡散層で拡散され触媒層に到達する。触媒層では、水素がプロトン(水素イオン)と電子とに分離される。水素イオンは固体高分子電解質膜を通って空気極に移動し、電子は外部回路(図示
せず)を通って空気極に移動する。
【００１５】
一方、空気極は、拡散層と触媒層とを有する。空気等の酸化剤ガスが酸化剤供給系により空気極に供給される。空気極に供給された酸化剤ガスは、拡散層で拡散され触媒層に到達する。触媒層では、酸化剤ガスと、固体高分子電解質膜を通って空気極に到達した水素イオンと、外部回路を通って空気極に到達した電子とによる反応を通じて水が生成される。
【００１６】
燃料極及び空気極における反応の際に外部回路を通る電子が、燃料電池１の両端子間に接続される負荷に対する電力として使用される。また、燃料電池１には、燃料を供給及び排出するための燃料供給／排出系と、酸化剤を供給及び排出するための酸化剤供給／排出系とが接続される。図１において、燃料供給／排出系は次のように構成されている。
【００１７】
すなわち、燃料電池１に設けられた燃料入口１Ａは、水素源(例えば、高圧水素を貯留
したタンク)２及び調圧弁３と配管４を介して接続されている。一方、燃料電池１に設け
られた燃料出口１Ｂは、配管５を介して、燃料ガスの気液分離器６の入口に接続されている。燃料電池１の内部には、燃料入口１Ａと燃料出口１Ｂとを結び、且つセルの燃料極を経由する燃料通路１Ｃが設けられている。
【００１８】
気液分離器６の気体側出口は、配管７を介して、モータにより駆動する循環ポンプ８の入口に接続されている。循環ポンプ８の出口には、配管９が設けられている。配管９は、逆止弁３１を介して配管４に接続されている。また、配管９には、排気管１１及び排気弁１２が配置されている。排気弁１２から排出されるガスは希釈器（図示せず）を通って水素濃度が薄められた後、外部に排出される。
【００１９】
このような構成により、水素源２から送り出される高圧の水素ガス(燃料ガス)は、調圧弁３で調圧された後、配管４を通って燃料入口１Ａから燃料電池１に供給される。水素ガスは、燃料通路１Ｃを通過する際に燃料極にて電極反応に消費される。その後、燃料極を通過した水素ガスは、燃料オフガスとして燃料出口１Ｂから配管５(燃料電池１の外部)へ排出され、気液分離器６へ送られる。
【００２０】
気液分離器６では、燃料オフガスが気相成分と液相成分とに分離される。気相成分は、配管７を通って循環ポンプ８により再び配管４に供給される。これにより、燃料電池１に供給される燃料ガスが、循環するように構成されている。そして、燃料オフガス中の、燃料極で消費しきれなかった(余剰に供給された)水素が再び燃料極に供給される。さらに、調圧弁３及び排気弁１２の開閉制御により、燃料ガスの水素濃度が適正な範囲で保たれるように構成されている。
【００２１】
一方、図１において、酸化剤供給／排出系は、次のように構成されている。すなわち、燃料電池１に設けられた酸化剤入口１Ｄは、配管１３を介してエアコンプレッサ１４に接続されている。また、燃料電池１に設けられた酸化剤出口１Ｅは、配管１５を介して、排気管(マフラ)１６の入口に接続されている。燃料電池１の内部には、酸化剤入口１Ｄと酸化剤出口１Ｅとを結び、且つセルの空気極を経由する酸化剤通路１Ｆが設けられている。さらに、気液分離器６の液相成分の出口は、配管１７の一端に、排水弁１８を介して接続されている。配管１７の他端は、排気管１６に接続されている。
【００２２】
この燃料電池システム１０は、エアコンプレッサ１４のモータによる駆動により、酸化剤ガスとしての空気が配管１３を介して燃料電池１に供給される。空気は酸化剤入口１Ｄから燃料電池１に入り、酸化剤通路１Ｆを通過する際に、空気極にて電極反応に消費される。その後、空気極を通過した空気は、酸化剤オフガスとして酸化剤出口１Ｅから配管１５(燃料電池１の外部)に排出される。配管１５に送り出された酸化剤オフガスは、排気管１６へ導入され、外部(大気中)に排出される。
【００２３】
ここで、燃料電池１の発電により空気極で生じた水(生成水)の一部は、固体高分子電解質膜を通って燃料極に移動し、燃料オフガスとともに配管５に排出される。その後、生成水は、配管５，気液分離器６，排水弁１８，配管１７を通って排気管１６に到達し、排気管１６から排出される。また、空気極で生じた生成水３０の一部は、酸化剤オフガスとともに配管１５に排出され、排気管１６に到達し、排出される。上記した配管５，気液分離器６，排水弁１８，配管１７，配管１５，及び排気管１６は、生成水３０の排水通路(配
管)を構成する。
【００２４】
この生成水３０には、例えば、燃料電池１から溶出した不純物イオン(例えば金属イオ
ン)が溶出することがある。生成水３０に不純物イオンが混入すると、その導電率が上が
る。不純物イオンを含む生成水がつながった状態で配管内を流れると、そこに電流の流れ
る経路が形成され、配管と移動体(車両)部品との間の絶縁抵抗が低下するおそれがある。
【００２５】
ここで、燃料電池１を車両下部、例えば車両の床下などに設置した場合には、燃料電池１の生成水３０の出口である燃料出口１Ｂ又は酸化剤出口１Ｅと、配管５又は配管１５の出口１９との高さが同程度となり、配管５又は１５内に排出される生成水３０に途切れがなく、配管５又は１５の絶縁抵抗が低下するおそれがある。
【００２６】
そこで、本発明の燃料電池システム１０は、図２に示すように、酸化剤出口１Ｅ又は燃料出口１Ｂに接続される配管、本実施形態では酸化剤出口１Ｅに接続される配管１５の上下に延びる部分である上下延伸配管部１５ａに阻害部２０を設けることにより、配管１５の上下延伸配管部１５ａを流れる生成水３０の少なくとも一部を上下延伸配管部１５ａの内周面１５ｃから離間させる（浮かせる）ように構成されている。
【００２７】
これによって、上下延伸配管部１５ａを長くすることなく、配管１５の絶縁抵抗が低下するのを抑制できる。なお、図２は、燃料電池１と酸化剤出口１Ｅに接続される配管１５以外の構成要素を省略した。また、本実施形態では、阻害部２０を燃料電池１の酸化剤出口１Ｅに接続される配管１５に設けた場合について説明するが、阻害部２０は、燃料電池１の燃料出口１Ｂに接続される配管５などに適用できる。
【００２８】
本実施形態では、燃料電池１における空気極側で生成された生成水３０を排出する配管１５の上下延伸配管部１５ａに、阻害部２０を設けた場合について説明するが、阻害部２０は燃料電池１の燃料極側で生成された生成水３０を排出する配管５における上下延伸配管部など、生成水３０が流れる配管の上下延伸配管部等に設けることができる。
【００２９】
配管１５の上下延伸配管部１５ａは、円筒形に形成されている。本実施形態では、上下延伸配管部１５ａは略鉛直方向に延びているが、上下延伸配管部１５ａは、生成水３０が上下に流れる限り、鉛直方向に対して或る程度の傾きを有する構造でも良い。
【００３０】
また、ここでは、阻害部２０は金属によって形成されているが、樹脂等の各種の材質によって形成してもよい。また、阻害部２０を金属によって形成する場合は、素材となる金属に絶縁剤を含ませるのが好ましい。すなわち、阻害部２０は絶縁材料によって形成するのが好ましい。更に、燃料電池１から排出される生成水３０は比較的少量であるから、生成水３０は配管１５における上下延伸配管部１５ａの内周面における一部分に接触して流れる。このため、阻害部２０は上下延伸配管部１５ａのうち、生成水３０が接触する部分に配置するのが好ましい。
【００３１】
例えば、図２に示すように、配管１５が燃料電池１から水平方向に延びる水平延伸配管部１５ｂと、この水平延伸配管部１５ｂから下方に延びる上下延伸配管部１５ａを有している場合、図３に示すように、生成水３０は上下延伸配管部１５ａの内周面１５ｃにおける燃料電池１側の部分（図３中の上下延伸配管部１５ａにおける左側の部分）に接触又は接近して流れる。そこで、本実施形態では、上下延伸配管部１５ａにおける内周面１５ｃの燃料電池１側に阻害部２０を設ける。
【００３２】
この阻害部２０は、図４にも示すように、上下延伸配管部１５ａの内周面１５ｃに固定されるベース部２１と、ベース部２１の上面に設けられた複数の突起又は溝、本実施形態では突起である縦板部２２とを有している。ベース部２１は、配管１５の内周１５ｃの直径と同一直径の円板における外周側の一部分を直線状の端縁２１ａで切り欠いた形状を有している。
【００３３】
また、縦板部２２は、ベース部２１の直線状の端縁２１ａからこの端縁２１ａと略直交
する方向に延びている。図５に示すように、縦板部２２の内側の端縁２２ａと上下延伸配管部１５ａにおける内周面１５ｃとの間には、所定の間隔が設けられている。また、複数の縦板部２２は、互いに平行に配置されている。更に、縦板部２２は、生成水３０の流れる方向（上下方向）に対して交差する方向、本実施形態では略直交する方向に並列配置されている。
【００３４】
この阻害部２０のベース部２１及び縦板部２２は、金属部材を切削加工することにより一体的に形成できる。また、阻害部２０は、ベース部２１を上下延伸配管部１５ａの内周面１５ｃにおける所定の位置に、接着剤等で固定することにより取り付けることができる。
【００３５】
この阻害部２０では、上下延伸配管部１５ａの内周面１５ｃに接触し又は接近して落下した生成水３０が、阻害部２０のベース部２１上に落下してベース部２１上を上下延伸配管部１５ａの内周面１５ｃから離れる方向に流れ、複数の縦板部２２によって複数に分断されてベース部２１の直線状の端縁２１ａから落下する。
【００３６】
この燃料電池システム１０によれば、ベース部２１と、このベース部２１上に並列的に配置された複数の縦板部２２とを有する阻害部２０が、配管１５の上下延伸配管部１５ａに設けられ、複数の縦板部２２が配管１５の上下延伸配管部１５ａ内における生成水３０の流れる方向に対して交差する方向に並列的に配列されているので、複数の縦板部２２によって生成水３０が複数に分断され、分断された複数の生成水３０のうち少なくとも一部が上下延伸配管部１５ａの内周面１５ｃから離間される。これにより、生成水３０に途切れを形成できる。従って、上下延伸配管部１５ａの内周面１５ｃに接触する生成水３０の量が減少し、且つ生成水３０自体に途切れが生ずるので、配管１５の絶縁抵抗が低下するのを抑制できる。
【００３７】
また、阻害部２０は、配管１５の上下延伸配管部１５ａに例えば一段だけ設けることにより配管１５における絶縁抵抗の低下を抑制できるので、上下延伸配管部１５ａを長くする必要がない。従って、燃料電池システム１０を車両の床下等、上下の間隔が比較的狭い場所に設置できる。
【００３８】
なお、縦板部２２同士の間隔ｂ（図４参照）、縦板部２２の長さＬは、配管１５における上下延伸配管部１５ａの内径、上下延伸配管部１５ａ内を流れる生成水３０の流量等に応じて適宜設定できる。
【００３９】
また、上記実施形態では、阻害部２０のベース部２１と縦板部２２を一体的に形成したが、ベース部２１と縦板部２２とを別体で形成し、ベース部２１上に複数の縦板部２２を溶接、嵌め込み、接着などの適宜な接合手段によって、一体的に接合することができる。また、ベース部２１には、縦板部２２のような突起に代えて溝を設けることができ、これにより上記と同様な作用効果を得ることができる。この場合は、ベース部２１の厚さを比較的厚くして、溝の深さをある程度深くするのが好ましい。
【００４０】
《第２実施形態》
第１実施形態では、配管１５の上下延伸配管部１５ａに阻害部２０を一段だけ設けた場合について説明したが、図６に示すように、上下延伸配管部１５ａの上下方向に阻害部２０を複数段（２段以上）に亘って設けることができる。この場合、上段側の阻害部２０における縦板部２２と、下段側の阻害部２０における縦板部２２とは、上下方向に重なるように設けることができる。
【００４１】
また、図６に示すように、上下の縦板部２２が互い違いになるように配置することがで
きる。この場合は、上段の縦板部２２で分断された生成水３０が、下段の縦板部２２で更に分断されるので、配管１５における絶縁抵抗の低下を更に抑制できる。
【００４２】
《第３実施形態》
第１及び第２実施形態の阻害部２０は、ベース部２１上に縦板部２２を設け、生成水３０がベース部２１上を水平方向に流れ且つ複数の縦板部２２によって分断するようにしたが、次に説明するように、生成水３０が上下方向に落下する際に複数に分断するようにできる。
【００４３】
図８は、第３実施形態の阻害部４０を示す。この阻害部４０は、部分円状のベース部４１と、このベース部４１の直線状の端縁４１ａから突出する複数の縦板部４２とを有している。ベース部４１は、図９に示すように、円弧状の端縁４１ｂが上下延伸配管部１５ａの内周面１５ｃの半径と同一の曲率半径を有している。縦板部４２は、互いに平行に配置されている。また、縦板部４２は、生成水３０の流れる方向に対して交差する方向（本実施形態では、略直交する方向）に並列的に配置されている。
【００４４】
この阻害部４０のベース部４１及び縦板部４２は、金属部材を切削加工することにより一体的に形成できる。また、阻害部４０は、上下延伸配管部１５ａの内周面１５ｃにおける所定の位置に、接着剤等で固定することができる。
【００４５】
この阻害部４０によれば、複数の縦板部４２によって上下に落下する生成水３０が複数に分断され、分断された生成水３０の少なくとも一部、本実施形態では略全部が上下延伸配管部１５ａの内周面１５ｃから離間され、生成水３０に途切れが形成される。従って、配管１５の絶縁抵抗が低下するのを抑制できる。
【００４６】
なお、上記実施形態では、ベース部４１と縦板部４２とを一体的に形成したが、図１０に示すように、ベース部４１と縦板部４２とを別体で形成し、縦板部４２をベース部４１に溶接、嵌め込み、接着などの適宜な接合手段によって結合できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る阻害部を配管の上下延伸配管部に設けた状態を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る阻害部を示す縦断面図である。
【図４】第１実施形態に係る阻害部を示す斜視図である。
【図５】第１実施形態に係る阻害部を示す上面図であり、図３のＡ矢視図である。
【図６】第２実施形態に係る阻害部を複数段設けた場合の断面図である。
【図７】第２実施形態に係る上下の縦板部を互い違いに配置した場合を示す上面図であり、図６のＢ矢視図である。
【図８】第３実施形態に係る阻害部を示す断面図である。
【図９】第３実施形態に係る阻害部を示す上面図であり、図８のＣ矢視図である。
【図１０】第３実施形態に係る阻害部のベース部と縦板部とを別体で形成した場合を示す上面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  燃料電池
１Ａ  燃料入口
１Ｂ  燃料出口
１Ｃ  燃料通路
１Ｄ  酸化剤入口
１Ｅ  酸化剤出口
１Ｆ  酸化剤通路
２  水素源
３  調圧弁
１５  配管
６  気液分離器
８  循環ポンプ
１０  燃料電池システム
１１  排気管
１２  排気弁
１４  エアコンプレッサ
１５ａ  上下延伸配管部
１５ｂ  水平延伸配管部
１５ｃ  配管の内周面
１６  排気管
１８  排水弁
１９  出口
２０、４０  阻害部
２１、４１  ベース部
２１ａ  直線状の端縁
２１ｂ  円弧状の端縁
２２、４２  縦板部（突起）
２２ａ  縦板部の先端
３０  生成水
３１  逆止弁
４１ａ  直線状の端縁
４１ｂ  円弧状の端縁
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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