(57)【要約】【課題】小型及び軽量化の効果をより発揮可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】本発明の燃料電池システムは、水素ガスと空気との供給を受けて発電する燃料電池のスタック１と、スタック１に水素ガスを供給するための燃料供給流路１１と、スタック１から排出された未反応の水素ガスを燃料供給流路１１に合流させて水素ガスを循環させるための燃料ポンプ６が配設された燃料循環供給流路１８及び燃料循環排出流路１９と、スタック１に冷却水を供給するための冷却水ポンプ４と、冷却水ポンプ４から供給される冷却水によって駆動されて回転力を生じる回生機７とを備えている。水素ポンプ６は回生機７によって回転駆動されるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を受けて発電する燃料電池のスタックと、該スタックに該燃料ガスを供給するための燃料供給流路と、該スタックから排出された未反応の該燃料ガスを該燃料供給流路に合流させて該燃料ガスを循環させるための燃料ポンプが配設された燃料循環流路と、該スタックに冷却水を供給するための冷却水ポンプと、該冷却水ポンプから供給される該冷却水によって駆動されて回転力を生じる回生機とを備え、前記燃料ポンプは前記回生機によって回転駆動されるように構成されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記スタックと前記回生機とは前記冷却水ポンプに対して並列に設けられ、
該スタックには、該冷却水ポンプによって吐出された前記冷却水が供給される給水流路と、下流に該冷却水を排出する排水流路とが接続され、
該回生機には、該冷却水ポンプによって吐出された該冷却水が供給される回生給水流路と、下流に該冷却水を排出する回生排水流路とが接続され、
該排水流路及び該回生排水流路を経た該冷却水が該冷却水ポンプに還流されている請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記給水流路及び前記回生給水流路は開閉弁を介して前記冷却水が供給されるようになっている請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記スタックと前記回生機とは、該回生機が上流側に位置するように、前記冷却水ポンプに対して直列に設けられ、
該回生機には、該冷却水ポンプによって吐出された前記冷却水が供給される回生給水流路と、下流に該冷却水を排出する回生排水流路とが接続され、
該スタックには、該回生排水流路から吐出された該冷却水が供給される給水流路と、下流に該冷却水を排出する排水流路とが接続され、
該排水流路を経た該冷却水が該冷却水ポンプに還流されている請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記回生機を介さずに前記回生給水流路と前記回生排水流路とを接続するバイパス流路が設けられ、該バイパス流路は開閉弁を介して前記冷却水が供給されるようになっている請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記スタックと前記回生機とは、該スタックが上流側に位置するように、前記冷却水ポンプに対して直列に設けられ、
該スタックには、該冷却水ポンプによって吐出された前記冷却水が供給される給水流路と、下流に該冷却水を排出する排水流路とが接続され、
該回生機には、該排水流路から吐出された該冷却水が供給される回生給水流路と、下流に該冷却水を排出する回生排水流路とが接続され、
該回生排水流路を経た該冷却水が該冷却水ポンプに還流されている請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記回生機を介さずに前記回生給水流路と前記回生排水流路とを接続するバイパス流路が設けられ、該バイパス流路は開閉弁を介して前記冷却水が供給されるようになっている請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料ポンプと前記回生機とは一体に構成されている請求項１乃至７のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記スタックは前記燃料ポンプ及び前記回生機に隣接している請求項８記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記回生機にはモータが接続されている請求項１乃至９のいずれか１項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】
特許文献１〜３に従来の燃料電池システムが開示されている。これらの燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を受けて発電する燃料電池のスタックと、スタックに燃料ガスを供給するための燃料供給流路と、スタックから排出された未反応の燃料ガスを燃料供給流路に合流させて燃料ガスを循環させるための燃料ポンプが配設された燃料循環流路と、スタックに酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサとを備えている。
【０００３】
また、これらの燃料電池システムは、スタックの下流に酸化剤ガス排出流路が接続され、酸化剤ガス排出流路には回生機が設けられている。燃料ポンプはこの回生機によって回転駆動されるように構成されている。
【０００４】
この種の燃料電池システムでは、スタックから排出された未反応の燃料ガスをスタックに再循環させることができるため、効率の向上を実現可能である。また、この種の燃料電池システムでは、回生機がスタックから排出された酸化剤ガスによって駆動されて回転力を生じ、燃料ポンプが回生機によって回転駆動されることから、燃料ポンプをモータによって回転駆動する必要がなく、小型及び軽量化の効果も奏する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８４１９６号公報
【特許文献２】特開２００６−１５６２８３号公報
【特許文献３】特開２００７−２００７３３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、上記従来の燃料電池システムでは、スタックから排出された酸化剤ガスの運動エネルギーによって回生機を駆動し、回生機によって燃料ポンプを回転駆動している。酸化剤ガスは圧縮可能な流体であることから、回生機の駆動時に酸化剤ガスが圧縮された状態となり、回生機を十分な回転力で駆動することができない。特に、十分な発電量を得るべく、スタック内の酸化剤ガスの圧力を適切に保つためにスタックの下流に圧力弁を設ける場合には、この傾向が大きくなるとともに、回生機の回転力が変動することも生じる。このため、燃料ポンプを十分な回転力で安定して駆動することができず、モータの省略又は小型化を実現できず、小型及び軽量化の効果が不十分である。
【０００７】
この課題は、スタックから排出された未反応の燃料ガスや燃料供給流路内の燃料ガスの運動エネルギーを燃料ポンプの駆動力に利用する特開昭６０−１５８５５９号公報又は特公昭４８−２６９０４号公報開示の燃料電池システムも同様に有している。また、燃料供給流路内の燃料ガスの運動エネルギーをスタックから排出された排ガスの蒸気の凝縮に利用する特開２００３−２１７６４１号公報開示の燃料電池システムも同様にこの課題を有している。
【０００８】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、小型及び軽量化の効果をより発揮可能な燃料電池システムを提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を受けて発電する燃料電池のスタックと、該スタックに該燃料ガスを供給するための燃料供給流路と、該スタックから排出された未反応の該燃料ガスを該燃料供給流路に合流させて該燃料ガスを循環させるための燃料ポンプが配設された燃料循環流路と、該スタックに冷却水を供給するための冷却水ポンプと、該冷却水ポンプから供給される該冷却水によって駆動されて回転力を生じる回生機とを備え、前記燃料ポンプは前記回生機によって回転駆動されるように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
燃料電池システムは、スタック内で行われる電気化学反応が発熱反応であることから、スタックが必要以上に高温にならないよう、冷却水ポンプによってスタックに冷却水を供給することが行われ得る。本発明の燃料電池システムでは、この冷却水ポンプから供給される冷却水の運動エネルギーによって回生機を駆動し、回生機によって燃料ポンプを回転駆動している。冷却水は圧縮不能な流体であることから、回生機の駆動時に圧縮された状態になることはなく、回生機を十分な回転力で駆動可能である。また、燃料電池システムは、スタックに供給する冷却水の圧力を調整する必要はなく、その量を調整するための開閉弁を設けるとしても、循環する冷却水によって常時安定した運動エネルギーで回生機を駆動することが可能である。さらに、スタック内における冷却水の流路は、スタック内における酸化剤ガスの流路より大きく、冷却水の運動エネルギーはさほど損なわれない。このため、燃料ポンプを十分な回転力で安定して駆動することが可能であり、モータの省略又は小型化を実現できる。
【００１１】
したがって、本発明の燃料電池システムは、小型及び軽量化の効果をより発揮可能である。
【００１２】
また、この燃料電池システムは、モータによって燃料ポンプを回転駆動する一般的な燃料電池システムと比べ、以下の利点がある。
（１）燃料ポンプを回生機だけで回転駆動するとしても、そのトルクを実現可能な回生機はモータよりも小さい。このため、燃料電池システムの小型及び軽量化を実現できる。
（２）燃料ガスを加熱し難い。すなわち、モータは１５０°Ｃ程度まで高温になる。スタックは８０°Ｃ程度に冷却することが好ましいとされており、スタックから排出される未反応の燃料ガスも同等の温度となっている。スタックから排出される未反応の燃料ガスをモータによって加熱してしまうと、スタックの温度を下げるために冷却水の流量増加をもたらし、動力損失を生じる。燃料ポンプを回生機によって回転駆動すれば、この動力損失を減らすことが可能になる。
（３）燃料ガスを流通させるための配管の材質選択の幅が広がる。すなわち、燃料ガスの温度が高くなり難いため、樹脂配管等、耐熱性の低い材質からなる配管を選択できる。
（４）燃料ガスとして多く採用されている水素ガスは分子量が小さく、配管等の接続部分に設けられるシールから漏れやすいが、燃料ポンプの回転駆動に電気を用いないことで、安全であり、絶縁性を低くすることが可能である。
（５）一般的にスタックは４５０Ｖの電位を有し、燃料ポンプを回転駆動するモータは約２００Ｖで駆動される。燃料ポンプを回生機で回転駆動すれば、電位差によって燃料ポンプに腐食が生じることを回避することができる。また、燃料ポンプを回生機で回転駆動すれば、電位差によってラジオノイズが生じることを防止するためにスタックと燃料ポンプとを高い絶縁性に保つ必要性が減る。
（６）回生機が非圧縮性流体である冷却水によって冷却水ポンプと接続されるため、回生機が冷却水ポンプの制御に早期に応答する。
（７）燃料ガスの再循環流量は冷却水ポンプの出力によって決定されるのであるが、燃料ガス及び冷却水の必要流量はほぼ同期しており、要求出力の変動に合わせて燃料ガス及び冷却水の量を一元的に制御することができ、制御装置を簡易にすることができる。
【００１３】
本発明の燃料電池システムにおいて、スタックと回生機とは冷却水ポンプに対して並列に設けられ得る。そして、スタックには、冷却水ポンプによって吐出された冷却水が供給される給水流路と、下流に冷却水を排出する排水流路とが接続され得る。また、回生機には、冷却水ポンプによって吐出された冷却水が供給される回生給水流路と、下流に冷却水を排出する回生排水流路とが接続され得る。そして、排水流路及び回生排水流路を経た冷却水が冷却水ポンプに還流され得る。
【００１４】
この場合、冷却水ポンプの流量は、スタックの冷却に必要な流量と、燃料ポンプの駆動に必要な流量との合計となる。このため、燃料電池システムの制御が容易になる。また、冷却水ポンプから吐出された冷却水がスタックを経ないで回生機に供給されることから、回生機を加熱せず、燃料ポンプ内の燃料ガスを加熱しない。このため、スタックの温度を下げるための冷却水の流量増加が不要となり、動力損失を減らすことが可能になる。また、スタックと回生機とが冷却水ポンプに対して並列とされれば、スタックと回生機とが冷却水ポンプに対して直列とされる場合に比べ、燃料電池システム全体の圧損を低くでき、冷却水ポンプの吐出圧を低く設定することも可能である。
【００１５】
この場合、冷却水ポンプから給水流路と回生給水流路とが分流されていてもよく、冷却水ポンプに給水流路又は回生給水流路だけが接続され、給水流路から回生給水流路が分流されたり、回生給水流路から給水流路が分流されたりしていてもよい。また、冷却水ポンプに排水流路と回生排水流路とが合流されていてもよく、冷却水ポンプに排水流路又は回生排水流路だけが接続され、排水流路に回生排水流路が合流されたり、回生排水流路に排水流路が合流されたりしていてもよい。
【００１６】
給水流路及び回生給水流路は開閉弁を介して冷却水が供給されるようになっていることが好ましい。この場合、開閉弁は三方弁であることが好ましい。そして、開閉弁の開度によってスタックに供給する冷却水の流量と回生機に供給する冷却水の流量との比率を変更することが可能である。このため、回生機の出力を任意に調整することが可能であり、燃料電池システムをより好適に制御することが可能になる。例えば、フラッディング対策のための掃気モードにおいて、スタックを経由しない多量の冷却水を回生機に供給して燃料ポンプを高速で回転駆動することが可能になり、より素早い掃気が可能になる。
【００１７】
本発明の燃料電池システムにおいて、スタックと回生機とは、回生機が上流側に位置するように、冷却水ポンプに対して直列に設けられ得る。そして、回生機には、冷却水ポンプによって吐出された冷却水が供給される回生給水流路と、下流に冷却水を排出する回生排水流路とが接続され得る。また、スタックには、回生排水流路から吐出された冷却水が供給される給水流路と、下流に冷却水を排出する排水流路とが接続され得る。そして、排水流路を経た冷却水が冷却水ポンプに還流され得る。
【００１８】
この場合、冷却水ポンプ、回生機及びスタックが直列に繋がれる。こうして冷却水ポンプ、回生機及びスタックが直列に繋がれれば、スタックと回生機とが冷却水ポンプに対して並列とされる場合に比べ、冷却水ポンプの吐出流量を少なくすることができ、冷却水ポンプの体格を小型化でき、ひいては燃料電池システムの小型化を実現可能である。また、冷却水ポンプから吐出された冷却水がスタックを経ないで回生機に供給されることから、回生機を加熱せず、燃料ポンプ内の燃料ガスを加熱しない。このため、スタックの温度を下げるための冷却水の流量増加が不要となり、動力損失を減らすことが可能になる。さらに、この場合、給水流路が回生給水流路及び回生排水流路を兼ねることが可能である。給水流路が回生給水流路及び回生排水流路を兼ねれば、冷却水ポンプから吐出した冷却水によって回生機を直に駆動することができ、配管を簡素化して製造コストの低廉化を実現できる。
【００１９】
回生機を介さずに回生給水流路と回生排水流路とを接続するバイパス流路が設けられ、バイパス流路は開閉弁を介して冷却水が供給されるようになっていることが好ましい。この場合、開閉弁の開度によって回生機に供給する冷却水の流量を変更することが可能であることから、燃料電池システムをより好適に制御することが可能になる。
【００２０】
本発明の燃料電池システムにおいて、スタックと回生機とは、スタックが上流側に位置するように、冷却水ポンプに対して直列に設けられ得る。そして、スタックには、冷却水ポンプによって吐出された冷却水が供給される給水流路と、下流に冷却水を排出する排水流路とが接続され得る。また、回生機には、排水流路から吐出された冷却水が供給される回生給水流路と、下流に冷却水を排出する回生排水流路とが接続され得る。そして、回生排水流路を経た冷却水が冷却水ポンプに還流され得る。
【００２１】
この場合、冷却水ポンプ、スタック及び回生機が直列に繋がれる。こうして冷却水ポンプ、スタック及び回生機が直列に繋がれれば、スタックと回生機とが冷却水ポンプに対して並列とされる場合に比べ、冷却水ポンプの吐出流量を少なくすることができ、冷却水ポンプの体格を小型化でき、ひいては燃料電池システムの小型化を実現可能である。また、この場合、排水流路は回生給水流路及び回生排水流路を兼ねることが可能である。排水流路が回生給水流路及び回生排水流路を兼ねれば、冷却水がスタックを経てから回生機に供給されることから、冷却水が高温となり、粘性抵抗を低くすることができる。このため、回生機の消費動力を小さくすることができる。
【００２２】
回生機を介さずに回生給水流路と回生排水流路とを接続するバイパス流路が設けられ、バイパス流路は開閉弁を介して冷却水が供給されるようになっていることが好ましい。この場合も、開閉弁の開度によってスタックに供給する冷却水の流量を変更することが可能であることから、燃料電池システムをより好適に制御することが可能になる。
【００２３】
本発明の燃料電池システムにおいて、燃料ポンプと回生機とは一体に構成されていることが好ましい。この場合、燃料電池システムの構成を簡素化して製造コストの低廉化を実現できる。
【００２４】
また、スタックは燃料ポンプ及び回生機に隣接していることが好ましい。この場合、スタックは熱容量が大きいことから、燃料ポンプ及び回生機の凍結防止に有利である。また、スタックに短い距離で燃料ガスを供給し、かつスタックから短い距離で燃料ガスを排出できることから、燃料ガスの流路抵抗を小さくすることができるとともに、燃料電池システムの構成を簡素化して製造コストの低廉化を実現できる。
【００２５】
回生機にはモータが接続されていることも可能である。氷結時や低温で冷却水の粘性抵抗が大きい時において、回生機による燃料ポンプの駆動が困難な場合、モータによって回生機をアシストすることが可能である。
【００２６】
なお、本発明の燃料電池システムにおいて、燃料タンク等に冷却水を供給するための他の流路を設けることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を具体化した実施例１〜６を図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００２８】
実施例１の燃料電池システムは、図１及び図２に示すように、スタック１と、燃料タンクとしての水素タンク２と、エアコンプレッサ３と、冷却水ポンプ４とを備えている。
【００２９】
スタック１はハウジング内に複数の燃料電池セルを積層したものである。各燃料電池セルは固体高分子電解質膜をアノード極とカソード極とで挟んで構成されている。スタック１のハウジングには、燃料ガスとしての水素ガスが供給される水素供給口１ａと、未反応の水素ガスが排出される水素排出口１ｂと、酸化剤ガスとしての空気が供給される空気供給口１ｃと、未反応の空気が排出される空気排出口１ｄと、冷却水が供給される冷却水供給口１ｅと、冷却水が排出される冷却水排出口１ｆとが形成されている。水素供給口１ａと水素排出口１ｂとはハウジング内に形成された流路を経て全燃料電池セルの全アノード極に連通されている。また、空気供給口１ｃと空気排出口１ｄとはハウジング内に形成された流路を経て全燃料電池セルの全カソード極に連通されている。冷却水供給口１ｅと冷却水排出口１ｆとはハウジング内に形成された流路で接続されている。
【００３０】
水素タンク２は高圧の水素ガスを貯留している。スタック１の水素供給口１ａと水素タンク２とは燃料供給流路１１により接続され、スタック１の下流側である水素排出口１ｂには燃料排出流路１２が接続されている。
【００３１】
エアコンプレッサ３は大気中の空気を加圧して供給するものである。スタック１の空気供給口１ｃとエアコンプレッサ３の吐出口とは空気供給流路１３により接続され、スタック１の下流側である空気排出口１ｄには空気排出流路１４が接続されている。空気排出流路１４には、スタック１内の空気の圧力を適切に保つための圧力弁１４ａが設けられている。
【００３２】
冷却水ポンプ４はスタック１内で行われる電気化学反応が発熱反応であることから、スタック１が必要以上に高温にならないよう、スタック１に冷却水を供給するものである。スタック１の冷却水供給口１ｅと冷却水ポンプ４の吐出口とは給水流路１５により接続され、スタック１の下流側である冷却水排出口１ｆには排水流路１６が接続されている。排水流路１６はラジエータ５に接続され、ラジエータ５は排水流路１７によって冷却水ポンプ４の吸入口に接続されている。
【００３３】
また、この燃料電池システムは、燃料ポンプとしての水素ポンプ６と、回生機７とを備えている。スタック１と回生機７とは冷却水ポンプ４に対して並列に設けられている。また、水素ポンプ６と回生機７とはスタック１のハウジングに一体的に固定されている。
【００３４】
水素ポンプ６はスタック１から排出された未反応の水素ガスを循環させるためのものである。燃料排出流路１２から分流された燃料循環供給流路１８が水素ポンプ６の吸入口に接続され、燃料供給流路１１に接続された燃料循環排出流路１９が水素ポンプ６の吐出口に接続されている。燃料循環供給流路１８及び燃料循環排出流路１９が燃料循環流路である。燃料循環供給流路１８よりも下流側の燃料排出流路１２には開閉弁１２ａが設けられている。
【００３５】
回生機７はいわゆる液圧モータであり、冷却水によってタービンが回転するように構成されている。回生機７のタービンは水素ポンプ６の駆動軸にタンデムに結合されている。給水流路１５から分流された回生給水流路２１が回生機７の吸入口に接続され、排水流路１６に接続された回生排水流路２２が回生機７の吐出口に接続されている。給水流路１５及び回生給水流路２１は三方弁からなる開閉弁２３によって冷却水が供給されるようになっている。
【００３６】
この燃料電池システムでは、開閉弁２３の開度を調整することにより、冷却水ポンプ４から供給される冷却水を給水流路１５から回生給水流路２１に導けば、冷却水の運動エネルギーによって回生機７が駆動される。このため、水素ポンプ６が回生機７によって回転駆動される。冷却水は圧縮不能な流体であることから、回生機７の駆動時に圧縮された状態になることはなく、回生機７を十分な回転力で駆動可能である。また、スタック１内における冷却水の流路は、スタック１内における酸化剤ガスの流路より大きいことから、冷却水の運動エネルギーはさほど損なわれない。このため、水素ポンプ６を十分な回転力で安定して駆動することが可能である。このため、この燃料電池システムでは、水素ポンプ６を回転駆動するためのモータを省略している。
【００３７】
また、この燃料電池システムでは、スタック１と回生機７とが冷却水ポンプ４に対して並列に設けられていることから、冷却水ポンプ４の流量は、スタック１の冷却に必要な流量と、水素ポンプ６の駆動に必要な流量との合計となっている。このため、燃料電池システムの制御が容易になる。また、冷却水ポンプ４から吐出された冷却水がスタック１を経ないで回生機７に供給されることから、回生機７を加熱せず、水素ポンプ６内の水素ガスを加熱しない。このため、スタック１の温度を下げるための冷却水の流量増加が不要となり、動力損失を減らすことが可能になる。また、スタック１と回生機７とが冷却水ポンプ４に対して並列とされていることから、燃料電池システム全体の圧損を低くでき、冷却水ポンプ４の吐出圧を低く設定することも可能である。
【００３８】
さらに、この燃料電池システムでは、給水流路１５及び回生給水流路２１は開閉弁２３を介して冷却水が供給されるようになっている。このため、開閉弁２３によってスタック１に供給する冷却水の流量と回生機７に供給する冷却水の流量との比率を変更することが可能である。つまり、冷却水ポンプ４の吐出流量と、開閉弁２３の開度とを適宜変更することで、任意の流量を回生機７に供給することができる。このため、回生機７の出力を任意に調整することが可能であり、燃料電池システムをより好適に制御することが可能になる。例えば、フラッディング対策のための掃気モードにおいて、スタック１を経由しない多量の冷却水を回生機７に供給して水素ポンプ６を高速で回転駆動することが可能になり、より素早い掃気が可能になる。
【００３９】
また、この燃料電池システムでは、回生給水流路２１が給水流路１５から分流しているため、冷却水ポンプ４自体の構造が簡素化され、製造コストの低廉化も実現できる。また、水素ポンプ６と回生機７とが一体に構成されているため、燃料電池システムの構成を簡素化して製造コストの低廉化を実現できる。
【００４０】
さらに、この燃料電池システムでは、スタック１が水素ポンプ６及び回生機７に隣接している。このため、スタック１が多量の熱量を蓄積し、水素ポンプ６及び回生機７の凍結防止に有利である。また、スタック１に短い距離で水素ガスを供給し、かつスタック１から短い距離で水素ガスを排出できることから、水素ガスの流路抵抗を小さくすることができるとともに、燃料電池システムの構成を簡素化して製造コストの低廉化を実現できる。
【００４１】
また、この燃料電池システムにおいて、スタック１に供給する冷却水の量を調整するための開閉弁を設けるとしても、循環する冷却水によって常時安定した運動エネルギーで回生機７を回転することが可能である。
【００４２】
したがって、この燃料電池システムは、小型及び軽量化の効果をより発揮可能である。また、この燃料電池システムは、モータによって水素ポンプ６を回転駆動する一般的な燃料電池システムと比べ、上記の利点もある。
【実施例２】
【００４３】
実施例２の燃料電池システムは、図３に示すように、小型のモータ８を備えている。モータ８は水素ポンプ６及び回生機７とともにスタック１のハウジングに一体的に固定されている。また、モータ８の回転軸は回生機７のタービン及び水素ポンプ６の駆動軸にタンデムに結合されている。他の構成は実施例１の燃料電池システムと同様である。
【００４４】
この燃料電池システムでは、回生機７にモータ８が接続されているため、氷結時や低温で冷却水の粘性抵抗が大きい時において、回生機７による水素ポンプ６の駆動が困難な場合、モータ８によって回生機７をアシストすることが可能である。
【００４５】
また、この燃料電池システムでは、モータ８の回転軸と回生機７のタービンとの間又は回生機７のタービンと水素ポンプ６の駆動軸との間に電磁クラッチを設けることにより、水素ポンプ６を回生機７とともに又は回生機７とは独立して駆動させることが可能である。また、モータ８は常時駆動されないため、モータ８を常時駆動することによるデメリットは生じない。他の作用効果は実施例１と同様である。
【実施例３】
【００４６】
実施例３の燃料電池システムでは、図４及び図５に示すように、スタック１と回生機７とは、回生機７が上流側に位置するように、冷却水ポンプ４に対して直列に設けられている。
【００４７】
そして、給水流路１５から分流された回生給水流路２１が回生機７の吸入口に接続され、給水流路１５に接続された回生排水流路２４が回生機７の吐出口に接続されている。回生給水流路２１より下流かつ回生排水流路２４より上流の給水流路１５は、回生機７を介さずに回生給水流路２１と回生排水流路２４とを接続するバイパス流路１５ａとなっている。バイパス流路１５ａには開閉弁２５が設けられている。他の構成は実施例１の燃料電池システムと同様である。
【００４８】
この燃料電池システムでは、冷却水ポンプ４から吐出した冷却水によって回生機７を直に駆動することができ、配管を簡素化して製造コストの低廉化を実現できる。また、この燃料電池システムは、冷却水ポンプ４、回生機７及びスタック１が直列に繋がっていることから、スタック１と回生機７とが冷却水ポンプ４に対して並列とされた実施例１、２の燃料電池システムに比べ、冷却水ポンプ４の吐出流量を少なくすることができ、冷却水ポンプ４の体格を小型化でき、ひいては燃料電池システムの小型化を実現可能である。
【００４９】
また、この燃料電池システムでは、開閉弁２５の開度によって回生機７に供給する冷却水の流量を変更することが可能であることから、より好適な制御が可能になる。他の作用効果は実施例１と同様である。なお、実施例３の燃料電池システムにおいて、実施例２と同様のモータ８を設けることも可能である。
【実施例４】
【００５０】
実施例４の燃料電池システムでは、図６及び図７に示すように、排水流路１６から分流された回生給水流路２６が回生機７の吸入口に接続され、排水流路１６に接続された回生排水流路２７が回生機７の吐出口に接続されている。回生給水流路２６より下流かつ回生排水流路２７より上流の排水流路１６は、回生機７を介さずに回生給水流路２６と回生排水流路２７とを接続するバイパス流路１６ａとなっている。バイパス流路１６ａには開閉弁２８が設けられている。また、開閉弁２８を三方弁として排水流路１６及び回生給水流路２７に接続することも可能である。他の構成は実施例１の燃料電池システムと同様である。
【００５１】
この燃料電池システムも実施例３と同様の作用効果を奏することが可能である。なお、実施例４の燃料電池システムにおいて、実施例２と同様のモータ８を設けることも可能である。
【実施例５】
【００５２】
実施例５の燃料電池システムでは、図８に示すように、給水流路１５の途中に回生機７が設けられ、冷却水ポンプ４、回生機７及びスタック１が直列に繋がれている。そして、給水流路１５が回生給水流路及び回生排水流路を兼ねている。他の構成は実施例１の燃料電池システムと同様である。
【００５３】
この燃料電池システムでは、冷却水ポンプ４から吐出された冷却水がスタック１を経ないで回生機７に供給されることから、回生機７を加熱せず、水素ポンプ２内の水素ガスを加熱しない。このため、スタック１の温度を下げるための冷却水の流量増加が不要となり、動力損失を減らすことが可能になる。また、この燃料電池システムでは、冷却水ポンプ４、回生機７及びスタック１が給水流路１５によって直列に繋がれるため、冷却水ポンプ４から吐出した冷却水によって回生機７を直に駆動することができ、配管を簡素化して製造コストの低廉化を実現できる。他の作用効果は実施例１と同様である。なお、実施例５の燃料電池システムにおいて、実施例２と同様のモータ８を設けることも可能である。
【実施例６】
【００５４】
実施例６の燃料電池システムでは、図９に示すように、排水流路１６の途中に回生機７が設けられ、冷却水ポンプ４、スタック１及び回生機７が直列に繋がれている。そして、排水流路１６が回生給水流路及び回生排水流路を兼ねている。他の構成は実施例１の燃料電池システムと同様である。
【００５５】
この燃料電池システムでは、冷却水がスタック１を経てから回生機７に供給されることから、回生機７を加熱することができる。このため、回生機７の消費動力を小さくすることができる。また、この燃料電池システムでは、スタック１、回生機７及び冷却水ポンプ４が排水流路１６によって直列に繋がれるため、スタック１から排出された冷却水によって回生機７を直に駆動することができ、配管を簡素化して製造コストの低廉化を実現できる。他の作用効果は実施例１と同様である。なお、実施例６の燃料電池システムにおいて、実施例２と同様のモータ８を設けることも可能である。
【００５６】
以上において、本発明を実施例１〜６に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜６に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【００５７】
例えば、回生機はいわゆる液圧モータであり、液圧モータとして通常採用され得るどのような形態のものでも適宜採用可能である。また、必要に応じ、冷却が必要なその他の補機を給水流路や排水流路に介在させることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は車両等の動力装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施例１の燃料電池システムを平面で示す模式構造図である。
【図２】実施例１の燃料電池システムを立面で示す模式構造図である。
【図３】実施例２の燃料電池システムを平面で示す模式構造図である。
【図４】実施例３の燃料電池システムを平面で示す模式構造図である。
【図５】実施例３の燃料電池システムを立面で示す模式構造図である。
【図６】実施例４の燃料電池システムを平面で示す模式構造図である。
【図７】実施例４の燃料電池システムを立面で示す模式構造図である。
【図８】実施例５の燃料電池システムを平面で示す模式構造図である。
【図９】実施例６の燃料電池システムを平面で示す模式構造図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…スタック
１１…燃料供給流路
６…燃料ポンプ（水素ポンプ）
１８、１９…燃料循環流路（１８…燃料循環供給流路、１９…燃料循環排出流路）
４…冷却水ポンプ
７…回生機
１５…給水流路
１６…排水流路
２１、２６…回生給水流路
２２、２７…回生排水流路
２３、２５、２８…開閉弁
１５ａ、１６ａ…バイパス流路
８…モータ
【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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