(57)【要約】【課題】  ケース内の水素ガスを迅速に希釈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】  本発明に係る燃料電池システム（１００）は、燃料電池（１０）と、燃料電池を収容し、一部にガス透過膜（４１）を備えるケース（４０）と、ケース内に設けられ、燃料電池のカソードにカソードガスを供給するための第１配管（５３）と、ケース内に設けられ、燃料電池のカソードからカソードガスを排出するための第２配管（５４）と、を備え、第１配管は、少なくとも一部に、第２配管よりも低い強度を有する低強度部（５５）を有することを特徴とするものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池を収容し、一部にガス透過膜を備えるケースと、
前記ケース内に設けられ、前記燃料電池のカソードにカソードガスを供給するための第１配管と、
前記ケース内に設けられ、前記燃料電池のカソードからカソードガスを排出するための第２配管と、を備え、
前記第１配管は、少なくとも一部に、前記第２配管よりも低い強度を有する低強度部を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記低強度部は、前記第１配管を肉厚方向に貫通する孔を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記ケース内に設けられ、前記燃料電池のアノードに接続されたアノードガス配管をさらに備え、
前記低強度部は、前記アノードガス配管の強度よりも低い強度を有することを特徴とする請求項１または２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】
燃料電池システムは、一般的には水素および酸素を燃料として電気エネルギを得る装置である。この燃料電池システムは、環境面において優れており、また高いエネルギ効率を実現できることから、今後のエネルギ供給システムとして広く開発が進められてきている。
【０００３】
燃料電池システムにおいては、水素ガスが燃料電池のアノードに供給され、エアが燃料電池のカソードに供給される。それにより、燃料電池において発電が行われる。このような燃料電池システムにおいて、例えば衝撃力、慣性力等の外力が燃料電池に加わると、水素リークが生じるおそれがある。
【０００４】
特許文献１には、液体は透過しないがガスは透過するガス透過膜（水素透過膜）を上部に有する燃料電池用ケースが開示されている。この技術によれば、ガス透過膜は、雨水等の液体の透過は抑止するが、水素ガス、エア等のガスは透過する。そのため、燃料電池を雨水等から防御しつつ、水素リークが生じた場合には、漏洩した水素ガスを燃料電池用ケースの外部に排出することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３６７６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に係る技術では、ガス透過膜は、ケースの内側と外側との水素ガスの濃度差に基づいて、ケース内の水素ガスをケース外部に排出する。したがって、燃料電池を例えば車両の床下のような場所に配置する場合には、ガス透過膜を透過した水素ガスが拡散するための十分なスペースをガス透過膜の上方に確保することが難しいことから、ケース内の水素ガスを迅速に希釈することは困難である。
【０００７】
本発明は、ケース内の水素ガスを迅速に希釈することができる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】
【０００８】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池を収容し、一部にガス透過膜を備えるケースと、ケース内に設けられ、燃料電池のカソードにカソードガスを供給するための第１配管と、ケース内に設けられ、燃料電池のカソードからカソードガスを排出するための第２配管と、を備え、第１配管は、少なくとも一部に、第２配管よりも低い強度を有する低強度部を有することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る燃料電池システムにおいては、所定の外力が加わって水素ガスがリークする場合に、第２配管に比較して先に低強度部からカソードガスがリークする。この場合、ケース内の水素ガスがカソードガスによって迅速に希釈される。
【００１０】
上記構成において、低強度部は、第１配管を肉厚方向に貫通する孔を有していてもよい。この構成によれば、発電時に、燃料電池に供給されるカソードガスが孔を通ってケース内に供給される。それにより、ケース内をカソードガスによって換気することができる。
【００１１】
上記構成において、ケース内に設けられ、燃料電池のアノードに接続されたアノードガス配管をさらに備え、低強度部は、アノードガス配管の強度よりも低い強度を有していてもよい。この構成によれば、低強度部は、アノードガス供給配管から水素ガスがリークするよりも先に、エアをリークさせることができる。その結果、ケース内の水素ガスをより迅速に希釈することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ケース内の水素ガスを迅速に希釈することができ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】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１に係る燃料電池システム１００について説明する。図１は、実施例１に係る燃料電池システム１００の模式図である。燃料電池システム１００は、燃料電池１０、水素タンク２０、エアポンプ３０、およびケース４０を含む。
【００１５】
燃料電池１０は、電解質膜（図示せず）と、電解質膜を挟持するように配置されたアノード（図示せず）およびカソード（図示せず）と、を備え、アノードガスとしての水素ガス（Ｈ２）およびカソードガスとしてのエア（Ｏ２）がそれぞれアノードおよびカソードに供給されて発電する。燃料電池１０としては、特に限定されないが、固体酸化物型燃料電池、固体高分子型燃料電池等を用いることができる。なお、燃料電池１０は、複数積層されてスタック化されていてもよい。
【００１６】
水素タンク２０は、アノードガスとして用いる水素ガスを貯留するタンクである。水素タンク２０は、レギュレータ２１が介挿された配管を介して、ケース４０内のアノードガス供給配管５１に接続されている。アノードガス供給配管５１は、燃料電池１０のアノード入口に接続されている。レギュレータ２１は、燃料電池１０のアノードに供給されるアノードガス圧を調整する調整器である。燃料電池１０のアノード出口は、ケース４０内のアノードガス排出配管５２を介して外部に通じる。アノードガス供給配管５１およびアノードガス排出配管５２は、ステンレス等の金属、ポリプロピレン等の樹脂（ただし、後述する低強度部５５よりも高い強度の樹脂）等から構成される。
【００１７】
エアポンプ３０は、カソードガスとして用いるエアを燃料電池１０のカソードに供給するポンプである。エアポンプ３０は、ケース４０内のカソードガス供給配管５３に接続されている。カソードガス供給配管５３は、燃料電池１０のカソード入口に接続されている。燃料電池１０のカソード出口は、ケース４０内のカソードガス排出配管５４を介して外部に通じる。なお、エアポンプ３０の上流側には、エアに含まれる異物を除去するためのエアクリーナ３１が接続されている。
【００１８】
カソードガス供給配管５３は、カソードガス排出配管５４よりも低い強度を有する低強度部５５を備える。ここでいう強度とは、せん断、曲げ、捩れ等の入力による破壊強度のことをいう。カソードガス供給配管５３およびカソードガス排出配管５４は、ステンレス等の金属、低強度部５５よりも高い強度の樹脂（カーボンファイバーあるいはグラスファイバーにより強度を向上させた樹脂）等から構成される。エアポンプ３０とケース４０におけるカソードガス供給配管５３の入口とをつなぐ配管は、ゴム材料等から構成される。なお、ケース４０内の配管は、燃料電池１０を固定するため、金属、樹脂等の硬い材料からなる。
【００１９】
低強度部５５は、ポリプロピレン等の樹脂から構成される。なお、低強度部５５は、カソードガス排出配管５４よりも低い強度を有していればよい。したがって、低強度部５５は、カソードガス供給配管５３に比較して小さい肉厚を有することに起因して低い強度を有していてもよい。また、低強度部５５は、低強度を有する継ぎ手であってもよい。
【００２０】
ケース４０は、燃料電池１０、アノードガス供給配管５１、アノードガス排出配管５２、カソードガス供給配管５３およびカソードガス排出配管５４を収納するケースである。ケース４０は、燃料電池１０を雨水、埃等から保護する機能を有する。ケース４０の材質は特に限定されない。
【００２１】
また、ケース４０は、一部にガス透過膜４１を備える。ガス透過膜４１は、液体を透過せずにガスを透過する機能を有する。ガス透過膜４１のケース４０への配置箇所は特に限定されないが、本実施例においてはガス透過膜４１はケース４０の上部に配置されている。
【００２２】
ガス透過膜４１は、雨水等の液体を透過せずに、水素ガス、エア等のガスを透過する部材であれば特に限定されない。ガス透過膜４１として、例えば住友電工社製のポアフロン（商品名）が用いられる。この場合、ガスは、フィックの法則に従って、ガス透過膜４１を透過する。
【００２３】
燃料電池システム１００において、水素タンク２０からの水素ガスは、レギュレータ２１によって圧力を調整されつつ、アノードガス供給配管５１を通って燃料電池１０のアノードに供給される。また、エアクリーナ３１を通過したエアは、エアポンプ３０によって、カソードガス供給配管５３を通って燃料電池１０のカソードに供給される。それにより、燃料電池１０において発電が行われる。燃料電池１０から排出されたアノードガスは、アノードガス排出配管５２を通って外部へ排出される。燃料電池１０から排出されたカソードガスは、カソードガス排出配管５４を通って外部へ排出される。ケース４０内に滞留する水素ガス等のガスは、ガス透過膜４１を透過して外部に排出される。それにより、ケース４０内が換気される。
【００２４】
ここで、燃料電池システム１００に所定の外力が加わって水素ガスがリークする場合を考える。この場合、低強度部５５の強度が低いことから、カソードガス排出配管５４に比較して先に低強度部５５からエアがリークする。燃料電池１０から排出されるカソードガスには電解質膜を透過した水素ガスが含まれているが、燃料電池１０に供給されるカソードガスには水素ガスがほとんど含まれていない。したがって、ケース４０内の水素ガスがエアによって迅速に希釈される。
【００２５】
また、ケース４０内のガスは、ガス透過膜４１を透過して外部に排出される。この場合、ガスがケース４０外に多量に排出されることから、ケース４０外に滞留するガスが押し出される。したがって、ケース４０外に滞留するガスが換気される。それにより、ケース４０の外部における水素ガスの滞留が抑制される。このように、ケース４０がガス滞留しやすい場所に配置されていても、ケース４０外における水素ガスの滞留が抑制される。したがって、ケース４０を配置する箇所の制約を排除することができる。
【００２６】
ところで、例えば、ケース４０内にファンを設けることによって換気を促進することも考えられる。しかしながら、ファンを設ける場合には、部品点数、コスト増になることから、得策ではない。これに比較して、本実施例に係る燃料電池システム１００によれば、簡易な構成で水素ガスの希釈が可能であることから、部品点数、コスト増を抑制することができる。
【００２７】
なお、低強度部５５は、アノードガス供給配管５１およびアノードガス排出配管５２の強度よりも低い強度を有することが好ましい。この場合、低強度部５５は、アノードガス供給配管５１およびアノードガス排出配管５２から水素ガスがリークするよりも先に、エアをリークさせることができる。その結果、ケース４０内の水素ガスをより迅速に希釈することができる。
【実施例２】
【００２８】
続いて、本発明の実施例２に係る燃料電池システム１００ａについて説明する。図２は、実施例２に係る燃料電池システム１００ａの模式図である。燃料電池システム１００ａは、低強度部５５の代わりに低強度部５５ａを備える点において、図１の燃料電池システム１００と異なる。その他の構成は、燃料電池システム１００と同様のため、説明を省略する。
【００２９】
低強度部５５ａは、カソードガス供給配管５３を肉厚方向に貫通する孔５６を有する点において、図１の低強度部５５と異なる。その他の構成は低強度部５５と同様のため、説明を省略する。本実施例においては、低強度部５５ａは、１以上の孔５６を備えることによってカソードガス排出配管５４よりも低い強度を有する。
【００３０】
本実施例においては、低強度部５５ａが孔５６を有することから、発電時にケース４０内にエアが供給される。それにより、ケース４０内の水素ガス濃度上昇を抑制することができる。また、ケース４０内のガスがガス透過膜４１を透過して外部に排出されることから、ケース４０外部に滞留するガスが換気される。それにより、ケース４０の外部における水素ガスの滞留が抑制される。
【００３１】
また、燃料電池システム１００ａに所定の外力が加わった場合に、低強度部５５ａからより多くのエアがリークする。それにより、ケース４０内の水素ガスを迅速に希釈することができる。また、ケース４０外部に滞留するガスを換気することができる。
【００３２】
なお、実施例１および実施例２において、カソードガス供給配管５３は第１配管に相当し、カソードガス排出配管５４は第２配管に相当し、アノードガス供給配管５１およびアノードガス排出配管５２はアノードガス配管に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、実施例１に係る燃料電池システムの模式図である。
【図２】図２は、実施例２に係る燃料電池システムの模式図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  燃料電池スタック
２０  水素タンク
２１  レギュレータ
３０  エアポンプ
３１  エアクリーナ
４０  ケース
４１  ガス透過膜
５１  アノードガス供給配管
５２  アノードガス排出配管
５３  カソードガス供給配管
５４  カソードガス排出配管
５５  低強度部
５６  孔
１００  燃料電池システム
【図１】
2009238440.tif 000003
【図２】
2009238440.tif 000004