JP2000348743A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気ガスに含まれる水分を効率よく除去でき
ると共に、燃料電池自体の小型化が図れる、燃料電池を
提供することにある。 【解決手段】 反応用空気と燃料ガスとを反応させて電
力を発生させる燃料電池本体３を備え、この本体３から
排出される未反応ガスを含む排気ガスを希釈用空気と混
合させて外部に排出させる燃料電池１がある。排気ガス
と希釈用空気とを混合させる排気チャンバ３５を設け、
この排気チャンバ３５内に、排気ガス通路５９と希釈用
空気通路６１とを仕切る仕切板６３を設け、希釈用空気
をこの仕切板６３の略全域に接触するように導いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反応用空気と燃料
ガスとを反応させて電力を発生させる燃料電池本体を備
えた燃料電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、反応用空気と燃料ガスとを反応
させて電力を発生させる燃料電池本体を備え、この本体
から排出される未反応ガスを含む排気ガスを希釈用空気
と混合させて外部に排出させる燃料電池が知られてい
る。この種のものでは、排気ダクトを通じて排気ガスが
排出されるが、この排出ガスは高温、高湿であり、反応
の過程において発生した多量の水分を含んでいる。従っ
て、この排気ガスの温度を下げ、排気ガス中の水分を除
去するために、従来、希釈用空気が送風機によって取り
込まれている。従来の構成では、排気ガスと希釈用空気
とを混合希釈して混合空気にし、これを、内部に邪魔板
を備えた排気ダクトに送り込み、この排気ダクト内にお
いて、混合空気をこの邪魔板に接触させて、混合空気中
の水分を水滴として、排気ダクトの底部に集めて、排出
口から排出している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
構成では、排気ダクト内に設けられた邪魔板が混合空気
によって徐々に暖められ、邪魔板の表面の温度が上昇
し、混合空気がダクト内を通過する際に混合空気に含ま
れる水分が邪魔板上で液体化せず、すなわち水滴になら
ないので、混合空気に含まれる水分の除去、すなわち排
気ガスに含まれる水分の除去が十分にできなくなるとい
う問題がある。この排気ガス中の水分除去の能力を上げ
る為に、ダクト内の邪魔板の表面積を大きくすることが
必要とされるが、この場合には、ダクト自体が大型化す
るという問題がある。

【０００４】また、従来の構成では、排気ガスを供給す
るために、サイズの大きな送風機が必要になると共に、
希釈用空気を供給するためにも、サイズの大きな送風機
が必要になり、これら二台の送風機の設置スペースが必
要になり、そのために、燃料電池自体が大型化するとい
う問題がある。

【０００５】そこで、本発明の目的は、上述した従来の
技術が有する課題を解消し、排気ガスに含まれる水分を
効率よく除去できると共に、燃料電池自体の小型化が図
れる、燃料電池を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
反応用空気と燃料ガスとを反応させて電力を発生させる
燃料電池本体を備え、この本体から排出される未反応ガ
スを含む排気ガスを希釈用空気と混合させて外部に排出
させる燃料電池おいて、排気ガスと希釈用空気とを混合
させる排気チャンバを設け、この排気チャンバ内に排気
ガス通路と希釈用空気通路とを仕切る仕切板を設け、希
釈用空気をこの仕切板の略全域に接触するように導くこ
とを特徴とする。

【０００７】請求項１記載の発明では、排気チャンバ内
に設けられた仕切板が、希釈用空気によって冷却される
ので、排気ガスに含まれる水分が仕切板に接触して冷却
され、液化され、除去される。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記排気チャンバの一端に前記希釈用空気
の導入口を設け、当該排気チャンバの他端に排気ガスと
希釈用空気とを混合させる混合室を設けたことを特徴と
する。

【０００９】請求項２記載の発明では、排気チャンバの
一端に希釈用空気の導入口を設け、他端に混合室を設け
たので、この導入口から排気チャンバに流入した希釈用
空気は、仕切板の略全域に接触し、仕切板を十分に冷却
する。そのため、この仕切板に接触する排気ガスに含ま
れる水分が確実に除去される。

【００１０】請求項３記載の発明は、反応用空気と燃料
ガスとを反応させて電力を発生させる燃料電池本体を備
え、この本体から排出される未反応ガスを含む排気ガス
を希釈用空気と混合させて外部に排出する燃料電池おい
て、前記燃料電池本体に前記反応用空気及び／又は前記
希釈用空気をエアポンプによって供給する構成としたこ
とを特徴とする。

【００１１】請求項３記載の発明では、反応用空気及び
／又は希釈用空気をエアポンプを用いて供給したので、
従来の送風機によって空気を供給する場合に比べ、省ス
ペース化を実現でき、燃料電池自体を小型化できる。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の
いずれかに記載の発明において、前記燃料電池本体に反
応用空気を供給する吸気チャンバを備え、この吸気チャ
ンバ内に多孔性の仕切りプレートを設け、この多孔性の
仕切りプレートを通じて反応用空気を供給する構成とし
たことを特徴とする。

【００１３】請求項４記載の発明では、多孔性の仕切り
プレートを通じて反応用空気を供給するので、供給空気
の均一化が図られて、燃料電池本体の略全域に反応用空
気を万遍なく送ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。

【００１５】図１は、本発明による燃料電池の一実施の
形態を示すブロック図である。

【００１６】図１において、１は燃料電池を示してい
る。燃料電池１は、図面の略中央に図示した燃料電池本
体３を備え、この燃料電池本体３はアノード５と加湿水
供給部７とカソード９とを備えている。

【００１７】アノード５の入口５ａには燃料ガス供給管
路１１を介して燃料ガスが供給されている。燃料ガス供
給管路１１には減圧弁１３と、燃料ガスボンベ１５とが
接続されている。

【００１８】加湿水供給部７の入口７ａには加湿水供給
管路１７を介して燃料電池本体３内の電解質膜（図示せ
ず）を加湿するための加湿水が供給されている。この加
湿水供給管路１７には水ポンプ１８が接続され、この水
ポンプ１８には加湿水を貯留するメインタンク１９が接
続されている。このメインタンク１９には余剰となった
未反応燃料ガスを排出するための絞り２２付きのバイパ
ス電磁弁２１が接続されている。

【００１９】カソード９の入口９ａには反応用空気供給
管路２３を介して反応用空気が供給されている。反応用
空気供給管路２３には吸気チャンバ２５を介してエアポ
ンプ２７が接続されている。このエアポンプ２７は空気
を圧縮圧送する手段であり、例えば送風機等と比べて小
型化が図られる。

【００２０】一方、アノード５の出口５ｂには反応時に
余剰の燃料ガスを排出する燃料ガス排出管路２９が接続
され、この燃料ガス排出管路２９は前述した加湿水を貯
留するメインタンク１９に接続されている。

【００２１】水供給部７の出口７ｂには反応時に余剰の
加湿水を排出する加湿水排出管路３１が接続され、加湿
水排出管路３１は前記と同じく加湿水を貯留するメイン
タンク１９に接続されている。

【００２２】カソード９の出口９ｂには高温高湿となっ
た空気を排気する排気ガス排出管路３３が接続され、こ
の排気ガス排出管路３３には排気チャンバ３５が接続さ
れている。この排気チャンバ３５には希釈用空気供給管
路３７を介して希釈用空気が供給される。希釈用空気供
給管路３７には前記のエアポンプ２７と同様構成のエア
ポンプ３９が接続され、このエアポンプ３９で供給され
る希釈用空気によって排気チャンバ３５内で高温高湿と
なった空気を希釈してから外部に排気されている。

【００２３】この燃料電池１では、燃料電池本体３内に
燃料ガス供給管路１１を介して供給された燃料ガスと反
応用供給管路２３を介して供給された空気とを電気化学
反応されることにより電力を発生させる。

【００２４】この発生した電力は、出力ケーブル４１を
通って出力され、後述するように利用される。この出力
ケーブル４１は、図示しない外部の機器に電力を供給す
るための出力ケーブル４１ａと、燃料電池１の制御や補
機の運転などに利用する電力を出力する出力ケーブル４
１ｂとに分岐される。

【００２５】一方の出力ケーブル４１ａには、ＤＣ／Ａ
Ｃインバータ４３が接続され、このＤＣ／ＡＣインバー
タ４３には、ケーブル４１ｃを介してＡＣ１００Ｖ出力
端子４５が接続され、この出力端子４５から外部機器に
電力供給が行われる。

【００２６】他方の出力ケーブル４１ｂには、ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ４７が接続されている。このＤＣ／ＤＣコ
ンバータ４７には、ケーブル４１ｄを介して補機・制御
装置４９が接続され、ケーブル４１ｅを介して充電回路
５１が接続され、ケーブル４１ｆを介して充電器５３が
接続されている。さらに、充電回路５１には、出力ケー
ブル４１ｇを介して二次電池５５が接続され、充電器５
３には、入力ケーブル４１ｈを介して商用ＡＣ１００Ｖ
端子５７が接続されている。

【００２７】図２は、燃料電池本体３への反応用空気の
供給・排出経路を模式的に示している。尚、この供給・
排出経路に関する構成は、形態が異なって図示されてい
るものの、図１に示した構成と同一構成である。

【００２８】図２において、図中の右側から順に吸気チ
ャンバ２５、燃料電池本体３、排気チャンバ３５が配置
されている。

【００２９】燃料電池本体３の下流に位置する排気チャ
ンバ３５は、図３に示すように、金属製の薄板が略直方
体状に加工された内部が中空の箱体である。この内部の
中ほどに、図２に示すように、排気ガス通路５９、希釈
用空気通路６１とを仕切る仕切板６３が設けられてい
る。尚、排気ガス通路５９と希釈用空気通路６１との容
積がほぼ等しくなるように仕切板６３が設けられてい
る。

【００３０】排気チャンバ３５には排気ガス排出用開口
６５が設けられている。この排気ガス排出用開口６５
は、燃料電池本体３のカソード９の出口９ｂから排気さ
れる排気ガスを、排気ガス通路５９に導く開口である。
この排気ガス排出用開口６５は、仕切板６３に対向する
排気チャンバ３５の取付面３５ｂに形成され、この開口
６５から排出された排気ガスは、仕切板６３の面６３ａ
に衝突して流れる。また、排気チャンバ３５の両側部３
５ａには、燃料電池本体３に接合させるボルト挿入用の
孔７５が５個（数個）ずつ設けられている。排気ガス通
路５９の下部に相当する排気チャンバ３５の下面３５ｃ
には、当該通路下部に溜まった水滴を排出させる排出口
６７が設けられている。

【００３１】希釈用空気通路６１の下部に相当する排気
チャンバ３５の下面３５ｅには希釈用空気供給口７１が
設けられている。この希釈用空気供給口７１は、下面３
５ｅの長手方向に延びる略長方形状に形成され、この供
給口７１を通じて供給される希釈用空気は、仕切板６３
の面６３ｂの略全域に接触し、仕切板６３を冷却するよ
うに、排気チャンバ３５の上方に流される。

【００３２】この排気チャンバ３５の上方に流される希
釈用空気は、排気ガス排出用開口６５を通じて仕切板６
３の面６３ａに衝突して流れる排気ガスと、排気チャン
バ３５上部に形成された混合室７３で混合されて、排気
チャンバ３５の側面３５ｄに形成された混合空気排出口
６９から排出される。

【００３３】排気チャンバ３５内の仕切板６３は、混合
室７３に臨む先端６３ｃが、排気ガスを混合空気排出口
６９に導くように屈曲して形成されている。

【００３４】この実施の形態では、排気チャンバ３５の
下面（一端）３５ｅに希釈用空気供給口７１が設けら
れ、ここから供給される希釈用空気（外部空気であり、
この空気温度は排気ガスの温度よりも十分に低い。）
は、仕切板６３の面６３ｂの略全域に接触し、当該部分
を十分に冷却した後、排気チャンバ３５の側面３５ｄに
形成された混合空気排出口（他端）６９から排出され
る。

【００３５】これにより、仕切板６３は常に温度が低く
保たれ、この仕切板６３に衝突して流れる高温高湿の排
気ガスに含まれる水分が、この仕切板６３において水滴
になり、この水滴は通路下部に溜まり、この溜まった水
滴は排出口６７から排出される。水分が除去された排気
ガスは、前記のように混合室７３において希釈用空気と
混合され、混合空気排出口６９から外部に排出される。

【００３６】この実施の形態では、排気チャンバ３５内
に設けられた仕切板６３が、希釈用空気によって常に冷
却された状態になるので、高温高湿の排気ガスに含まれ
る水分が、この仕切板６３に接触して水滴になり、この
水滴は通路下部に溜まり、この溜まった水滴は排出口６
７から排出される。

【００３７】吸気チャンバ２５は、図４に示すように、
金属製の薄板が直方体状に加工された内部が中空の箱体
である。内部の中ほどに、多孔性の仕切りプレート７７
が設けられ、この多孔性の仕切りプレート７７によって
吸気チャンバ２５の内部が、反応用空気流入室２５ａ、
反応用空気流出室２５ｂに、ほぼ同じ容積になるように
２分割されている。

【００３８】反応用空気流入室２５ａの下部に位置する
吸気チャンバ２５の下面２５ｃの略中央には、反応用空
気が供給される反応用空気供給口７９が設けられてい
る。この反応用空気供給口７９には、反応用空気供給管
路２３（図１）を介してエアポンプ２７が接続されてい
る。

【００３９】反応用空気流出室２５ｂには吸入用開口８
１が設けられている。この吸入用開口８１は、反応用空
気を反応用空気供給管路２３（図１）に導く開口であ
る。この吸入用開口８１は、多孔性の仕切りプレート７
７に対向する吸気チャンバ２５の側面２５ｄに形成さ
れ、反応用空気を前記した燃料電池本体３のカソード９
の入口９ａに導く開口である。

【００４０】また、吸気チャンバ２５の両側部２５ｅに
は、燃料電池本体３に接合させるボルト挿入用の孔８３
が５個（数個）ずつ設けられている。

【００４１】この実施の形態では、多孔性の仕切りプレ
ート７７を通じて反応用空気を燃料電池本体３に供給す
るので、供給空気の流れが均一に分散され、いわゆる均
一化が図られ、燃料電池本体３の略全域に反応用空気が
万遍なく送られる。

【００４２】従って、反応用空気の供給不足を生じる部
分がなくなり、燃料電池本体３の略全域で電気化学反応
による均一な発電が行われる。

【００４３】前記反応用空気を供給するエアポンプ２７
と前記希釈用空気を供給するエアポンプ３９とから供給
される空気の圧力は１．０ｋｇ／ｃｍ²程度であり、従
来の送風機による空気供給よりも圧力が高い。従って、
小型のエアポンプであっても、従来の大型の送風機と同
程度の送風量が確保される。

【００４４】これによれば、エアポンプ２７、３９を用
いることにより、従来の送風機に比べ、小型化が図れる
ので、省スペース化を実現でき、燃料電池１自体を小型
化できる。また、従来の排気ダクトに比べ薄型化でき
る。

【００４５】以上、一実施形態に基づいて本発明を説明
したが、本発明はこれに限定されるものではないことは
明らかである。

【００４６】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、排気チャ
ンバ内に設けられた仕切板が、希釈用空気によって冷却
されるので、排気ガスに含まれる水分が仕切板に接触し
て冷却され、液化され、除去される。

【００４７】請求項２記載の発明によれば、排気チャン
バの一端に希釈用空気の導入口を設け、他端に混合室を
設けたので、この導入口から排気チャンバに流入した希
釈用空気は、仕切板の略全域に接触し、仕切板を十分に
冷却する。そのため、この仕切板に接触する排気ガスに
含まれる水分が確実に除去される。

【００４８】請求項３記載の発明によれば、反応用空気
と希釈用空気とをエアポンプを用いて供給したので、従
来の送風機によって空気を供給する場合に比べ、省スペ
ース化を実現でき、燃料電池自体を小型化できる。

【００４９】請求項４記載の発明によれば、多孔性の仕
切りプレートを通じて反応用空気を供給するので、供給
空気の均一化が図られて、燃料電池本体の略全域に反応
用空気を万遍なく送ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施の形態を示す燃料電池のブ
ロック図である。

【図２】燃料電池の反応用空気の供給排出を示す説明図
である。

【図３】図１に示す排気チャンバの斜視図である。

【図４】図１に示す吸気チャンバの斜視図である。

【符号の説明】

１ 燃料電池 ３ 燃料電池本体 ２５ 吸気チャンバ ２７、３９ エアポンプ ３５ 排気チャンバ ５９ 排気ガス通路 ６１ 希釈用空気通路 ６３ 仕切板 ７３ 混合室 ７７ 仕切りプレート

フロントページの続き (72)発明者 野口 博司 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 新井 隆史 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 前田 秀雄 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H027 DD03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応用空気と燃料ガスとを反応させて電
   力を発生させる燃料電池本体を備え、この本体から排出
   される未反応ガスを含む排気ガスを希釈用空気と混合さ
   せて外部に排出させる燃料電池おいて、前記排気ガスと
   前記希釈用空気とを混合させる排気チャンバを設け、こ
   の排気チャンバ内に排気ガス通路と希釈用空気通路とを
   仕切る仕切板を設け、前記希釈用空気をこの仕切板の略
   全域に接触するように導くことを特徴とする燃料電池。
2. 【請求項２】 前記排気チャンバの一端に前記希釈用空
   気の導入口を設け、当該排気チャンバの他端に排気ガス
   と希釈用空気とを混合させる混合室を設けたことを特徴
   とする請求項１記載の燃料電池。
3. 【請求項３】 反応用空気と燃料ガスとを反応させて電
   力を発生させる燃料電池本体を備え、この本体から排出
   される未反応ガスを含む排気ガスを希釈用空気と混合さ
   せて外部に排出する燃料電池おいて、前記燃料電池本体
   に前記反応用空気及び／又は前記希釈用空気をエアポン
   プによって供給する構成としたことを特徴とする燃料電
   池。
4. 【請求項４】 前記燃料電池本体に反応用空気を供給す
   る吸気チャンバを備え、この吸気チャンバ内に多孔性の
   仕切りプレートを設け、この多孔性の仕切りプレートを
   通じて反応用空気を供給する構成としたことを特徴とす
   る請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料電池。