JP2002231294A - 燃料電池装置 - Google Patents
燃料電池装置Info
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- JP2002231294A JP2002231294A JP2001020531A JP2001020531A JP2002231294A JP 2002231294 A JP2002231294 A JP 2002231294A JP 2001020531 A JP2001020531 A JP 2001020531A JP 2001020531 A JP2001020531 A JP 2001020531A JP 2002231294 A JP2002231294 A JP 2002231294A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 水素循環系の各部の上下位置関係を最適化し
て凝縮水の滞留を防止する。 【解決手段】 燃料電池１の燃料出口３ｂからの排出燃
料と原燃料とを混合し、この混合ガスを燃料入口３ａに
供給するエゼクタポンプ１３を備えている。燃料出口３
ｂとエゼクタポンプ１３の排出燃料入口１３ｂとの間の
流路遮断弁１９を、排出燃料入口１３ｂより高い位置に
配置し、燃料出口３ｂと流路遮断弁１９との間の排出側
水分離器１７を、燃料出口３ｂおよび流路遮断弁１９よ
り低い位置に配置し、流路遮断弁１９の上流側の配管２
１に、排出燃料ガスを外部に放出するパージ配管２５を
パージ分岐部２３にて接続し、パージ配管２５上のパー
ジガス遮断弁２７を、パージ分岐部２３より高い位置に
配置し、さらにエゼクタポンプ１３の混合燃料出口１３
ａの下流側に設けた供給側水分離器１５を、混合燃料出
口１３ａより低い位置に配置した。
て凝縮水の滞留を防止する。 【解決手段】 燃料電池１の燃料出口３ｂからの排出燃
料と原燃料とを混合し、この混合ガスを燃料入口３ａに
供給するエゼクタポンプ１３を備えている。燃料出口３
ｂとエゼクタポンプ１３の排出燃料入口１３ｂとの間の
流路遮断弁１９を、排出燃料入口１３ｂより高い位置に
配置し、燃料出口３ｂと流路遮断弁１９との間の排出側
水分離器１７を、燃料出口３ｂおよび流路遮断弁１９よ
り低い位置に配置し、流路遮断弁１９の上流側の配管２
１に、排出燃料ガスを外部に放出するパージ配管２５を
パージ分岐部２３にて接続し、パージ配管２５上のパー
ジガス遮断弁２７を、パージ分岐部２３より高い位置に
配置し、さらにエゼクタポンプ１３の混合燃料出口１３
ａの下流側に設けた供給側水分離器１５を、混合燃料出
口１３ａより低い位置に配置した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池におけ
る燃料極の燃料出口から排出される排出燃料と原燃料と
を混合し、この混合燃料を燃料極の燃料入口に循環させ
る燃料循環手段を備えた燃料電池装置に関する。
る燃料極の燃料出口から排出される排出燃料と原燃料と
を混合し、この混合燃料を燃料極の燃料入口に循環させ
る燃料循環手段を備えた燃料電池装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の環境問題、特に自動車の排出ガス
による大気汚染や二酸化炭素による地球温暖化の問題に
対し、クリーンな排気および高エネルギ効率を可能とす
る燃料電池技術が注目を浴びている。燃料電池は、燃料
となる水素あるいは水素リッチな改質ガスおよび酸化剤
として例えば空気を、高分子膜・電極触媒複合体に供給
し、電気化学反応を起こし、化学エネルギを電気エネル
ギに変換するエネルギ変換システムである。その中でも
特に高い出力密度を有する固体高分子電解質型燃料電池
が、自動車などの移動体用電源として注目されている。
による大気汚染や二酸化炭素による地球温暖化の問題に
対し、クリーンな排気および高エネルギ効率を可能とす
る燃料電池技術が注目を浴びている。燃料電池は、燃料
となる水素あるいは水素リッチな改質ガスおよび酸化剤
として例えば空気を、高分子膜・電極触媒複合体に供給
し、電気化学反応を起こし、化学エネルギを電気エネル
ギに変換するエネルギ変換システムである。その中でも
特に高い出力密度を有する固体高分子電解質型燃料電池
が、自動車などの移動体用電源として注目されている。
【０００３】固体高分子膜を電解質として用いた固体高
分子膜型燃料電池は、電解質膜を、燃料となる水素が供
給されるアノード電極（燃料極）と、酸化剤となる空気
が供給されるカソード電極（酸化剤極）との間に配置し
た構成となっている。燃料極では水素が供給されること
で、水素イオンと電子に解離し、水素イオンは電解質膜
を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、酸化
剤極にそれぞれ移動する。
分子膜型燃料電池は、電解質膜を、燃料となる水素が供
給されるアノード電極（燃料極）と、酸化剤となる空気
が供給されるカソード電極（酸化剤極）との間に配置し
た構成となっている。燃料極では水素が供給されること
で、水素イオンと電子に解離し、水素イオンは電解質膜
を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、酸化
剤極にそれぞれ移動する。
【０００４】一方、酸化剤極では、供給された空気中の
酸素と上記水素イオンと電子とが反応して水が生成さ
れ、外部に排出される。
酸素と上記水素イオンと電子とが反応して水が生成さ
れ、外部に排出される。
【０００５】このような燃料電池装置において、燃料極
で発電に使用されなかった水素を再循環させて、原燃料
の水素と混合し、この混合燃料を燃料極に供給するよう
にしたものがある。例えば、特開平９−２１３３５３号
公報では、燃料極から排出された余剰の水素を再循環ガ
ス回路を経てエゼクタポンプに戻し、この戻した余剰の
水素と別途エゼクタポンプに導入される水素濃度の高い
原燃料とを混合した混合燃料を、燃料極に供給するよう
にしている。
で発電に使用されなかった水素を再循環させて、原燃料
の水素と混合し、この混合燃料を燃料極に供給するよう
にしたものがある。例えば、特開平９−２１３３５３号
公報では、燃料極から排出された余剰の水素を再循環ガ
ス回路を経てエゼクタポンプに戻し、この戻した余剰の
水素と別途エゼクタポンプに導入される水素濃度の高い
原燃料とを混合した混合燃料を、燃料極に供給するよう
にしている。
【０００６】再循環ガス回路には、燃料極の燃料出口側
からエゼクタポンプに向けて、凝縮液化した生成水を貯
蔵するタンクを備えた排出ガス冷却用の熱交換器およ
び、燃料電池の負荷に応じて再循環ガスの流量を調整す
る再循環ガス流量調整弁が、順に設けられている。ま
た、熱交換器と再循環ガス流量調整弁との間には、ガス
パージ回路が分岐して設けられている。
からエゼクタポンプに向けて、凝縮液化した生成水を貯
蔵するタンクを備えた排出ガス冷却用の熱交換器およ
び、燃料電池の負荷に応じて再循環ガスの流量を調整す
る再循環ガス流量調整弁が、順に設けられている。ま
た、熱交換器と再循環ガス流量調整弁との間には、ガス
パージ回路が分岐して設けられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の燃料電池装置においては、燃料電池からの再循環ガ
ス回路に、再循環ガス流量調整弁やガスパージ用配管な
どが配置されているが、これらの位置関係、特に上下の
位置関係については、特に考慮しておらず、このため、
上下の配置関係によっては、再循環ガス流量調整弁に凝
縮水が溜まり、燃料電池に所定量の水素を供給できず、
またガスパージ用配管内にも凝縮水が溜まり、パージ制
御時に予定のパージ流量が得られなくなるなど、安定し
た制御ができなくり、制御性の悪化を招く。
来の燃料電池装置においては、燃料電池からの再循環ガ
ス回路に、再循環ガス流量調整弁やガスパージ用配管な
どが配置されているが、これらの位置関係、特に上下の
位置関係については、特に考慮しておらず、このため、
上下の配置関係によっては、再循環ガス流量調整弁に凝
縮水が溜まり、燃料電池に所定量の水素を供給できず、
またガスパージ用配管内にも凝縮水が溜まり、パージ制
御時に予定のパージ流量が得られなくなるなど、安定し
た制御ができなくり、制御性の悪化を招く。
【０００８】そこでこの発明は、再循環ガス回路におけ
る各部の上下位置関係を最適化することで、凝縮水の滞
留を防止することを目的としている。
る各部の上下位置関係を最適化することで、凝縮水の滞
留を防止することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、燃料電池における燃料極の燃料
出口から排出される排出燃料と原燃料とを混合し、この
混合燃料を前記燃料極の燃料入口に循環させる燃料循環
手段を備えた燃料電池装置において、前記燃料極の燃料
出口と燃料循環手段の排出燃料入口との間の配管に流路
遮断弁を設け、この流路遮断弁は、前記燃料循環手段の
排出燃料入口より高い位置に配置する構成としてある。
に、請求項１の発明は、燃料電池における燃料極の燃料
出口から排出される排出燃料と原燃料とを混合し、この
混合燃料を前記燃料極の燃料入口に循環させる燃料循環
手段を備えた燃料電池装置において、前記燃料極の燃料
出口と燃料循環手段の排出燃料入口との間の配管に流路
遮断弁を設け、この流路遮断弁は、前記燃料循環手段の
排出燃料入口より高い位置に配置する構成としてある。
【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明の構成
において、燃料電池に供給される燃料は、加湿されてい
る構成としてある。
において、燃料電池に供給される燃料は、加湿されてい
る構成としてある。
【００１１】請求項３の発明は、請求項１または２の発
明の構成において、燃料極の燃料出口と流路遮断弁との
間の配管に排出燃料中の水分を分離する燃料排出側水分
分離手段を設け、この燃料排出側水分分離手段は前記燃
料出口および流路遮断弁より低い位置に配置する構成と
してある。
明の構成において、燃料極の燃料出口と流路遮断弁との
間の配管に排出燃料中の水分を分離する燃料排出側水分
分離手段を設け、この燃料排出側水分分離手段は前記燃
料出口および流路遮断弁より低い位置に配置する構成と
してある。
【００１２】請求項４の発明は、請求項１ないし３のい
ずれかの発明の構成において、流路遮断弁の上流側の配
管に、排出燃料を外部に放出するパージ配管を接続して
パージ分岐部を設けるとともに、前記パージ配管にパー
ジガス遮断弁を設け、このパージガス遮断弁は、前記パ
ージ分岐部より高い位置に配置する構成としてある。
ずれかの発明の構成において、流路遮断弁の上流側の配
管に、排出燃料を外部に放出するパージ配管を接続して
パージ分岐部を設けるとともに、前記パージ配管にパー
ジガス遮断弁を設け、このパージガス遮断弁は、前記パ
ージ分岐部より高い位置に配置する構成としてある。
【００１３】請求項５の発明は、請求項１ないし４のい
ずれかの発明の構成において、燃料循環手段の混合燃料
出口に接続される配管に、燃料供給側水分分離手段を設
け、この燃料供給側水分分離手段の混合燃料入口は、前
記燃料循環手段の混合燃料出口より低い位置に配置され
る構成としてある。
ずれかの発明の構成において、燃料循環手段の混合燃料
出口に接続される配管に、燃料供給側水分分離手段を設
け、この燃料供給側水分分離手段の混合燃料入口は、前
記燃料循環手段の混合燃料出口より低い位置に配置され
る構成としてある。
【００１４】請求項６の発明は、請求項１ないし５のい
ずれかの発明の構成において、燃料電池の燃料入口に接
続される配管を複数並列に設けてこの各並列配管に燃料
循環手段をそれぞれ配置するとともに、前記燃料電池の
燃料出口に接続される配管を複数並列に設けてこの各並
列配管に流路遮断弁をそれぞれ配置する構成としてあ
る。
ずれかの発明の構成において、燃料電池の燃料入口に接
続される配管を複数並列に設けてこの各並列配管に燃料
循環手段をそれぞれ配置するとともに、前記燃料電池の
燃料出口に接続される配管を複数並列に設けてこの各並
列配管に流路遮断弁をそれぞれ配置する構成としてあ
る。
【００１５】請求項７の発明は、請求項６の発明の構成
において、複数の燃料循環手段は、互いに循環流量特性
が異なり、これに伴い各燃料循環手段に接続される各並
列配管の流路径も異なる構成としてある。
において、複数の燃料循環手段は、互いに循環流量特性
が異なり、これに伴い各燃料循環手段に接続される各並
列配管の流路径も異なる構成としてある。
【００１６】請求項８の発明は、請求項７の発明の構成
において、燃料電池の燃料入口に接続される複数の並列
配管相互の合流部と、前記燃料電池の燃料出口に接続さ
れる並列配管相互の分岐部との少なくともいずれか一方
に対し、小流量側の小径とした配管を、大流量側の大径
とした配管に対し、より鉛直に近い状態となるよう配置
する構成としてある。
において、燃料電池の燃料入口に接続される複数の並列
配管相互の合流部と、前記燃料電池の燃料出口に接続さ
れる並列配管相互の分岐部との少なくともいずれか一方
に対し、小流量側の小径とした配管を、大流量側の大径
とした配管に対し、より鉛直に近い状態となるよう配置
する構成としてある。
【００１７】請求項９の発明は、請求項８の発明の構成
において、小流量側の小径とした直線状の配管の水平面
に対する傾斜角度を、大流量側の大径とした直線状の配
管の同傾斜角度より大きくする構成としてある。
において、小流量側の小径とした直線状の配管の水平面
に対する傾斜角度を、大流量側の大径とした直線状の配
管の同傾斜角度より大きくする構成としてある。
【００１８】請求項１０の発明は、請求項８の発明の構
成において、小流量側の小径とした曲線状の配管の曲率
半径を、大流量側の大径とした曲線状の配管の曲率半径
より小さくする構成としてある。
成において、小流量側の小径とした曲線状の配管の曲率
半径を、大流量側の大径とした曲線状の配管の曲率半径
より小さくする構成としてある。
【００１９】請求項１１の発明は、請求項７ないし１０
のいずれかの発明の構成において、並列配管相互の合流
部と分岐部との少なくともいずれか一方の大径側の配管
に、絞りを設けた構成としてある。
のいずれかの発明の構成において、並列配管相互の合流
部と分岐部との少なくともいずれか一方の大径側の配管
に、絞りを設けた構成としてある。
【００２０】請求項１２の発明は、請求項１ないし１１
のいずれかの発明の構成において、燃料循環手段の原燃
料入口を同混合燃料出口より高い位置に配置するととも
に、前記燃料循環手段の排出燃料入口を、この排出燃料
入口と燃料循環手段内の燃料通路との合流部より高い位
置に配置する構成としてある。
のいずれかの発明の構成において、燃料循環手段の原燃
料入口を同混合燃料出口より高い位置に配置するととも
に、前記燃料循環手段の排出燃料入口を、この排出燃料
入口と燃料循環手段内の燃料通路との合流部より高い位
置に配置する構成としてある。
【００２１】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、燃料電池にお
ける燃料極の燃料出口と燃料循環手段の排出燃料入口と
の間の配管に設けた流路遮断弁を、前記燃料循環手段の
排出燃料入口より高い位置に配置したので、流路遮断弁
における凝縮水の滞留を防止でき、燃料循環手段から燃
料極への燃料の供給を適正に行うことができる。
ける燃料極の燃料出口と燃料循環手段の排出燃料入口と
の間の配管に設けた流路遮断弁を、前記燃料循環手段の
排出燃料入口より高い位置に配置したので、流路遮断弁
における凝縮水の滞留を防止でき、燃料循環手段から燃
料極への燃料の供給を適正に行うことができる。
【００２２】請求項２の発明によれば、燃料を加湿する
ための加湿水による凝縮水の流路遮断弁への滞留を防止
でき、燃料循環手段から燃料極への燃料の供給を適正に
行うことができる。
ための加湿水による凝縮水の流路遮断弁への滞留を防止
でき、燃料循環手段から燃料極への燃料の供給を適正に
行うことができる。
【００２３】請求項３の発明によれば、燃料電池の燃料
出口と流路遮断弁との間の配管に設けた燃料排出側水分
分離手段は、前記燃料出口および流路遮断弁より低い位
置に配置したので、凝縮水は、燃料排出側水分分離手段
に効率よく溜まり、流路遮断弁への滞留を防止でき、燃
料循環手段から燃料極への燃料の供給を適正に行うこと
ができる。
出口と流路遮断弁との間の配管に設けた燃料排出側水分
分離手段は、前記燃料出口および流路遮断弁より低い位
置に配置したので、凝縮水は、燃料排出側水分分離手段
に効率よく溜まり、流路遮断弁への滞留を防止でき、燃
料循環手段から燃料極への燃料の供給を適正に行うこと
ができる。
【００２４】請求項４の発明によれば、流路遮断弁の上
流側の配管に、排出燃料を外部に放出するパージ配管を
接続してパージ分岐部を設け、パージ配管に設けたパー
ジガス遮断弁を、パージ分岐部より高い位置に配置した
ので、凝縮水のパージガス遮断弁への滞留を防止でき、
パージガス動作を適正に行えるとともに、燃料循環手段
から燃料極への燃料の供給を適正に行うことができる。
流側の配管に、排出燃料を外部に放出するパージ配管を
接続してパージ分岐部を設け、パージ配管に設けたパー
ジガス遮断弁を、パージ分岐部より高い位置に配置した
ので、凝縮水のパージガス遮断弁への滞留を防止でき、
パージガス動作を適正に行えるとともに、燃料循環手段
から燃料極への燃料の供給を適正に行うことができる。
【００２５】請求項５の発明によれば、燃料循環手段の
混合燃料出口に接続される配管に設けた燃料供給側水分
分離手段の混合燃料入口を、前記燃料循環手段の混合燃
料出口より低い位置に配置したので、凝縮水は、配管内
に滞留することなく燃料供給側水分分離手段に効率よく
流れ、燃料循環手段から燃料極への燃料の供給を適正に
行うことができる。
混合燃料出口に接続される配管に設けた燃料供給側水分
分離手段の混合燃料入口を、前記燃料循環手段の混合燃
料出口より低い位置に配置したので、凝縮水は、配管内
に滞留することなく燃料供給側水分分離手段に効率よく
流れ、燃料循環手段から燃料極への燃料の供給を適正に
行うことができる。
【００２６】請求項６の発明によれば、複数の燃料循環
手段および流路遮断弁を有して複数の燃料循環回路を備
えた燃料電池装置においても、各流路遮断弁への凝縮水
の滞留を防止でき、各燃料循環手段から燃料極への燃料
の供給を適正に行うことができる。
手段および流路遮断弁を有して複数の燃料循環回路を備
えた燃料電池装置においても、各流路遮断弁への凝縮水
の滞留を防止でき、各燃料循環手段から燃料極への燃料
の供給を適正に行うことができる。
【００２７】請求項７の発明によれば、複数の燃料循環
手段は、互いに循環流量特性が異なり、これに伴い各燃
料循環手段に接続される各配管の流路径も異なるように
したものにおいても、各流路遮断弁への凝縮水の滞留を
防止でき、各燃料循環手段から燃料極への燃料の供給を
適正に行うことができる。
手段は、互いに循環流量特性が異なり、これに伴い各燃
料循環手段に接続される各配管の流路径も異なるように
したものにおいても、各流路遮断弁への凝縮水の滞留を
防止でき、各燃料循環手段から燃料極への燃料の供給を
適正に行うことができる。
【００２８】請求項８の発明によれば、燃料電池の燃料
入口に接続される複数の並列配管相互の合流部と、燃料
電池の燃料出口に接続される並列配管相互の分岐部との
少なくともいずれか一方に対し、小流量側の小径とした
配管を、大流量側の大径とした配管に対し、より鉛直に
近い状態となるよう配置したので、凝縮水が滞留しやす
い小径の配管内での凝縮水の滞留を防止でき、燃料循環
手段から燃料極への燃料の供給を適正に行うことができ
る。
入口に接続される複数の並列配管相互の合流部と、燃料
電池の燃料出口に接続される並列配管相互の分岐部との
少なくともいずれか一方に対し、小流量側の小径とした
配管を、大流量側の大径とした配管に対し、より鉛直に
近い状態となるよう配置したので、凝縮水が滞留しやす
い小径の配管内での凝縮水の滞留を防止でき、燃料循環
手段から燃料極への燃料の供給を適正に行うことができ
る。
【００２９】請求項９の発明によれば、小流量側の小径
とした直線状の配管の水平面に対する傾斜角度を、大流
量側の大径とした直線状の配管の同傾斜角度より大きく
したので、凝縮水が滞留しやすい小径の配管内での凝縮
水の滞留を抑制でき、燃料循環手段から燃料極への燃料
の供給を適正に行うことができる。
とした直線状の配管の水平面に対する傾斜角度を、大流
量側の大径とした直線状の配管の同傾斜角度より大きく
したので、凝縮水が滞留しやすい小径の配管内での凝縮
水の滞留を抑制でき、燃料循環手段から燃料極への燃料
の供給を適正に行うことができる。
【００３０】請求項１０の発明によれば、小流量側の小
径とした曲線状の配管の曲率半径を、大流量側の大径と
した曲線状の配管の曲率半径より小さくして、より鉛直
に近い状態となるようにしたので、凝縮水が滞留しやす
い小径の配管内での凝縮水の滞留を防止でき、燃料循環
手段から燃料極への燃料の供給を適正に行うことができ
る。
径とした曲線状の配管の曲率半径を、大流量側の大径と
した曲線状の配管の曲率半径より小さくして、より鉛直
に近い状態となるようにしたので、凝縮水が滞留しやす
い小径の配管内での凝縮水の滞留を防止でき、燃料循環
手段から燃料極への燃料の供給を適正に行うことができ
る。
【００３１】請求項１１の発明によれば、並列配管相互
の合流部と分岐部との少なくともいずれか一方の大径側
の配管に、絞りを設けたので、この絞り部での燃料の流
速が高まり、小流量側の小径配管から大流量側の大径配
管へ凝縮水が吸い出されることになり、凝縮水が滞留し
やすい小径配管内での凝縮水の滞留を抑制でき、燃料循
環手段から燃料極への燃料の供給を適正に行うことがで
きる。
の合流部と分岐部との少なくともいずれか一方の大径側
の配管に、絞りを設けたので、この絞り部での燃料の流
速が高まり、小流量側の小径配管から大流量側の大径配
管へ凝縮水が吸い出されることになり、凝縮水が滞留し
やすい小径配管内での凝縮水の滞留を抑制でき、燃料循
環手段から燃料極への燃料の供給を適正に行うことがで
きる。
【００３２】請求項１２の発明によれば、燃料循環手段
の原燃料入口を同混合燃料出口より高い位置に配置する
とともに、燃料循環手段の排出燃料入口を、この排出燃
料入口と燃料循環手段内の燃料通路との合流部より高い
位置に配置したので、凝縮水の燃料循環手段内での滞留
を防止でき、燃料循環手段から燃料極への燃料の供給を
適正に行うことができる。
の原燃料入口を同混合燃料出口より高い位置に配置する
とともに、燃料循環手段の排出燃料入口を、この排出燃
料入口と燃料循環手段内の燃料通路との合流部より高い
位置に配置したので、凝縮水の燃料循環手段内での滞留
を防止でき、燃料循環手段から燃料極への燃料の供給を
適正に行うことができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を、
図面に基づき説明する。
図面に基づき説明する。
【００３４】図１は、この発明の第１の実施形態を示す
燃料電池装置の全体構成図である。１は、図示しない固
体高分子電解質膜を間に挟んで燃料極３と酸化剤極５と
を相互に対向して配置した燃料電池構造体を図示しない
セパレータで挟持し、これを複数積層して構成した燃料
電池スタック（以下単に、燃料電池と呼ぶ）である。７
は加湿器であり、燃料ガスおよび酸化剤ガスが、それぞ
れ半透膜を介して純水と隣接し、水分子が半透膜を通過
することにより燃料ガスおよび酸化剤ガスに対して加湿
を行うものである。
燃料電池装置の全体構成図である。１は、図示しない固
体高分子電解質膜を間に挟んで燃料極３と酸化剤極５と
を相互に対向して配置した燃料電池構造体を図示しない
セパレータで挟持し、これを複数積層して構成した燃料
電池スタック（以下単に、燃料電池と呼ぶ）である。７
は加湿器であり、燃料ガスおよび酸化剤ガスが、それぞ
れ半透膜を介して純水と隣接し、水分子が半透膜を通過
することにより燃料ガスおよび酸化剤ガスに対して加湿
を行うものである。
【００３５】本実施形態では、燃料として水素、酸化剤
として空気を用いる。水素タンク９に貯えられた水素
は、燃料調圧弁１１により調圧された後、燃料循環手段
としてのエゼクタポンプ１３、燃料供給側水分分離手段
としての供給側水分離器１５、前記加湿器７を通り、燃
料電池１に対し燃料極３の燃料入口３ａから供給され
る。
として空気を用いる。水素タンク９に貯えられた水素
は、燃料調圧弁１１により調圧された後、燃料循環手段
としてのエゼクタポンプ１３、燃料供給側水分分離手段
としての供給側水分離器１５、前記加湿器７を通り、燃
料電池１に対し燃料極３の燃料入口３ａから供給され
る。
【００３６】燃料極３の燃料出口３ｂから排出される水
素と水蒸気との混合ガスは、燃料排出側水分分離手段と
しての排出側水分離器１７、流路遮断弁１９を通り、前
記したエゼクタポンプ１３で原燃料ガスと混合され、こ
の混合ガスは、前記した供給側水分離器１５および加湿
器７を経て燃料電池１の燃料極３に循環される。
素と水蒸気との混合ガスは、燃料排出側水分分離手段と
しての排出側水分離器１７、流路遮断弁１９を通り、前
記したエゼクタポンプ１３で原燃料ガスと混合され、こ
の混合ガスは、前記した供給側水分離器１５および加湿
器７を経て燃料電池１の燃料極３に循環される。
【００３７】また、排出側水分離器１７と流路遮断弁１
９との間の配管２１には、パージ分岐部２３にて、水素
をパージさせるパージ配管２５が分岐接続され、パージ
配管２５にはパージガス遮断弁２７およびパージガス触
媒２９がそれぞれ設けられている。
９との間の配管２１には、パージ分岐部２３にて、水素
をパージさせるパージ配管２５が分岐接続され、パージ
配管２５にはパージガス遮断弁２７およびパージガス触
媒２９がそれぞれ設けられている。
【００３８】酸化剤としての空気は、コンプレッサ３１
によって前記した加湿器７を経て燃料電池１の酸化剤極
５に、酸化剤入口５ａから供給される。酸化剤極５の酸
化剤出口５ｂから排出される排気は、水蒸気と液水を含
み、水分離器３３によって液水分が分離される。水分離
器３３には、上記した水素パージ時の空気供給用の空気
パージ配管３５およびパージガス遮断弁３７が設けてあ
り、水素パージ時にはパージガス触媒２９に空気が供給
されて外部に排出される。また、空気パージ配管３５に
は、空気排出管３９が分岐接続され、空気排出管３９に
は空気調圧弁４１が設けられている。
によって前記した加湿器７を経て燃料電池１の酸化剤極
５に、酸化剤入口５ａから供給される。酸化剤極５の酸
化剤出口５ｂから排出される排気は、水蒸気と液水を含
み、水分離器３３によって液水分が分離される。水分離
器３３には、上記した水素パージ時の空気供給用の空気
パージ配管３５およびパージガス遮断弁３７が設けてあ
り、水素パージ時にはパージガス触媒２９に空気が供給
されて外部に排出される。また、空気パージ配管３５に
は、空気排出管３９が分岐接続され、空気排出管３９に
は空気調圧弁４１が設けられている。
【００３９】図示しないコントロールユニットは、燃料
電池１の発電状態を検知する図示しないセンサの検知信
号の入力を受け、発電状態に応じて、水素圧力および空
気圧力を、図示しないセンサの検出値に基づき燃料調圧
弁１１および空気調圧弁４１で調整するようフィードバ
ック制御するとともに、空気流量を図示しないセンサの
検出値に基づいてコンプレッサ３１の回転数により調整
するようフィードバック制御する。
電池１の発電状態を検知する図示しないセンサの検知信
号の入力を受け、発電状態に応じて、水素圧力および空
気圧力を、図示しないセンサの検出値に基づき燃料調圧
弁１１および空気調圧弁４１で調整するようフィードバ
ック制御するとともに、空気流量を図示しないセンサの
検出値に基づいてコンプレッサ３１の回転数により調整
するようフィードバック制御する。
【００４０】図２は、上記した構成の燃料電池装置にお
ける、水素循環系の構成要素それぞれの上下の位置関係
を示す。水素タンク９に貯えられている水素は、前述し
たように燃料調圧弁１１により所定の圧力に調圧された
後、エゼクタポンプ１３により、燃料電池１より排出さ
れ循環してきた水素と混合され、供給側水分離器１５に
送られる。
ける、水素循環系の構成要素それぞれの上下の位置関係
を示す。水素タンク９に貯えられている水素は、前述し
たように燃料調圧弁１１により所定の圧力に調圧された
後、エゼクタポンプ１３により、燃料電池１より排出さ
れ循環してきた水素と混合され、供給側水分離器１５に
送られる。
【００４１】このとき、供給側水分離器１５の混合燃料
入口１５ａは、エゼクタポンプ１３の混合燃料出口１３
ａより低い位置に配置されている。この場合、図２で
は、エゼクタポンプ１３と供給側水分離器１５とを接続
する配管４３は、曲線状となっているが、直線状として
傾斜して配置するようにしてもよい。配管４３を直線状
として本燃料電池装置を車両に搭載する場合には、配管
４３の傾斜角度は、車両の傾きや加速時などを考慮し
て、水平面Ｈに対して５０度〜９０度とすることが望ま
しい。なお、この傾斜角度は、必ずしもエゼクタポンプ
１３から供給側水分離器１５まで一定でなくても構わな
い。
入口１５ａは、エゼクタポンプ１３の混合燃料出口１３
ａより低い位置に配置されている。この場合、図２で
は、エゼクタポンプ１３と供給側水分離器１５とを接続
する配管４３は、曲線状となっているが、直線状として
傾斜して配置するようにしてもよい。配管４３を直線状
として本燃料電池装置を車両に搭載する場合には、配管
４３の傾斜角度は、車両の傾きや加速時などを考慮し
て、水平面Ｈに対して５０度〜９０度とすることが望ま
しい。なお、この傾斜角度は、必ずしもエゼクタポンプ
１３から供給側水分離器１５まで一定でなくても構わな
い。
【００４２】このように配置することにより、エゼクタ
ポンプ１３から供給側水分離器１５までの間で凝縮され
た水は、配管４３内に溜まることがなく、これにより、
水素の流れが水によって阻害されず、燃料電池１への水
素の供給を適正に行うことができ、コントロールユニッ
トによる制御性の悪化を防止することができる。
ポンプ１３から供給側水分離器１５までの間で凝縮され
た水は、配管４３内に溜まることがなく、これにより、
水素の流れが水によって阻害されず、燃料電池１への水
素の供給を適正に行うことができ、コントロールユニッ
トによる制御性の悪化を防止することができる。
【００４３】供給側水分離器１５を出た水素は加湿器７
を通り、燃料電池７の燃料極３に燃料入口３ａから供給
される。燃料極３の燃料出口３ｂから出た水素と水蒸気
の混合ガスは、排出側水分離器１７を通り流路遮断弁１
９へ流れていく。
を通り、燃料電池７の燃料極３に燃料入口３ａから供給
される。燃料極３の燃料出口３ｂから出た水素と水蒸気
の混合ガスは、排出側水分離器１７を通り流路遮断弁１
９へ流れていく。
【００４４】このとき、排出側水分離器１７の入口１７
ａは、水素極３の燃料出口３ｂより低い位置に配置され
るとともに、排出側水分離器１７の出口１７ｂは、流路
遮断弁１９より低い位置に配置されている。この場合、
図２では、燃料電池１と排出側水分離器１７とを接続す
る配管４５および、排出側水分離器１７と流路遮断弁１
９とを接続する配管２１は、曲線状となっているが、直
線状として傾斜して配置するようにしてもよい。配管４
５および２１を直線状として本燃料電池装置を車両に搭
載する場合には、配管４５および２１の傾斜角度は、車
両の傾きや加速時などを考慮して、水平面Ｈに対して５
０度〜９０度とすることが望ましい。なお、この傾斜角
度は、燃料電池１から排出側水分離器１７あるいは排出
側水分離器１７から流路遮断弁１９まで、それぞれ一定
でなくても構わない。
ａは、水素極３の燃料出口３ｂより低い位置に配置され
るとともに、排出側水分離器１７の出口１７ｂは、流路
遮断弁１９より低い位置に配置されている。この場合、
図２では、燃料電池１と排出側水分離器１７とを接続す
る配管４５および、排出側水分離器１７と流路遮断弁１
９とを接続する配管２１は、曲線状となっているが、直
線状として傾斜して配置するようにしてもよい。配管４
５および２１を直線状として本燃料電池装置を車両に搭
載する場合には、配管４５および２１の傾斜角度は、車
両の傾きや加速時などを考慮して、水平面Ｈに対して５
０度〜９０度とすることが望ましい。なお、この傾斜角
度は、燃料電池１から排出側水分離器１７あるいは排出
側水分離器１７から流路遮断弁１９まで、それぞれ一定
でなくても構わない。
【００４５】このように配置することにより、配管４５
および２１内で凝縮された水が排出側水分離器１７に効
率よく流下するため、燃料電池１への水の逆流を防止で
きるとともに、配管４５および２１内での水の滞留およ
び閉弁状態の流路遮断弁１９における水の滞留を防止で
きる。これにより、流路遮断弁１９が開いたときの水素
の流れが水によって阻害されず、燃料電池１への水素の
供給を適正に行うことができ、コントロールユニットに
よる制御性の悪化を防止することができる。
および２１内で凝縮された水が排出側水分離器１７に効
率よく流下するため、燃料電池１への水の逆流を防止で
きるとともに、配管４５および２１内での水の滞留およ
び閉弁状態の流路遮断弁１９における水の滞留を防止で
きる。これにより、流路遮断弁１９が開いたときの水素
の流れが水によって阻害されず、燃料電池１への水素の
供給を適正に行うことができ、コントロールユニットに
よる制御性の悪化を防止することができる。
【００４６】その後水素は、流路遮断弁１９からエゼク
タポンプ１３へ供給され、エゼクタポンプ１３により、
燃料調圧弁１１を経て供給される原燃料ガスと混合さ
れ、燃料電池１側に循環される。
タポンプ１３へ供給され、エゼクタポンプ１３により、
燃料調圧弁１１を経て供給される原燃料ガスと混合さ
れ、燃料電池１側に循環される。
【００４７】このとき、流路遮断弁１９は、エゼクタポ
ンプ１３の排出燃料入口１３ｂより高い位置に配置され
ている。この場合、図２では、流路遮断弁１９とエゼク
タポンプ１３とを接続する配管４９は、曲線状となって
いるが、直線状として傾斜して配置するようにしてもよ
い。配管４９を直線状として本燃料電池装置を車両に搭
載する場合には、配管４９の傾斜角度は、車両の傾きや
加速時などを考慮して、水平面Ｈに対して５０度〜９０
度とすることが望ましい。なお、この傾斜角度は、流路
遮断弁１９からエゼクタポンプ１３まで、一定でなくて
も構わない。
ンプ１３の排出燃料入口１３ｂより高い位置に配置され
ている。この場合、図２では、流路遮断弁１９とエゼク
タポンプ１３とを接続する配管４９は、曲線状となって
いるが、直線状として傾斜して配置するようにしてもよ
い。配管４９を直線状として本燃料電池装置を車両に搭
載する場合には、配管４９の傾斜角度は、車両の傾きや
加速時などを考慮して、水平面Ｈに対して５０度〜９０
度とすることが望ましい。なお、この傾斜角度は、流路
遮断弁１９からエゼクタポンプ１３まで、一定でなくて
も構わない。
【００４８】このように配置することにより、流路遮断
弁１９からエゼクタポンプ１３までの間で凝縮された水
の流路遮断弁１９への逆流が防止され、閉弁状態の流路
遮断部１９での水の滞留を防止できるとともに、配管４
９内での水の滞留も防止できる。これにより、流路遮断
弁１９が開いたときの水素の流れが水によって阻害され
ず、水素の供給を適正に行うことができ、コントロール
ユニットによる制御性の悪化を防止することができる。
弁１９からエゼクタポンプ１３までの間で凝縮された水
の流路遮断弁１９への逆流が防止され、閉弁状態の流路
遮断部１９での水の滞留を防止できるとともに、配管４
９内での水の滞留も防止できる。これにより、流路遮断
弁１９が開いたときの水素の流れが水によって阻害され
ず、水素の供給を適正に行うことができ、コントロール
ユニットによる制御性の悪化を防止することができる。
【００４９】また、排出側水分離器１７下流の配管２１
を流れるガスは、パージ分岐部２３でパージ配管２５に
分岐して流れ、パージガス遮断弁２７を経てパージガス
触媒２９に供給され外部に排出される。
を流れるガスは、パージ分岐部２３でパージ配管２５に
分岐して流れ、パージガス遮断弁２７を経てパージガス
触媒２９に供給され外部に排出される。
【００５０】このとき、パージガス遮断弁２７はパージ
分岐部２３より高い位置に配置されている。この場合、
図２では、パージガス遮断弁２７とパージ分岐部２３と
を接続するパージ配管２５は、曲線状となっているが、
直線状として傾斜して配置するようにしてもよい。パー
ジ配管２５を直線状として本燃料電池装置を車両に搭載
する場合には、パージ配管２５の傾斜角度は、車両の傾
きや加速時などを考慮して、水平面Ｈに対して５０度〜
９０度とすることが望ましい。なお、この傾斜角度は、
パージガス遮断弁２７からパージ分岐部２３まで、一定
でなくても構わない。
分岐部２３より高い位置に配置されている。この場合、
図２では、パージガス遮断弁２７とパージ分岐部２３と
を接続するパージ配管２５は、曲線状となっているが、
直線状として傾斜して配置するようにしてもよい。パー
ジ配管２５を直線状として本燃料電池装置を車両に搭載
する場合には、パージ配管２５の傾斜角度は、車両の傾
きや加速時などを考慮して、水平面Ｈに対して５０度〜
９０度とすることが望ましい。なお、この傾斜角度は、
パージガス遮断弁２７からパージ分岐部２３まで、一定
でなくても構わない。
【００５１】このように配置することにより、パージ分
岐部２３からパージガス遮断弁２７までの間で凝縮され
た水のパージ分岐部２３側への逆流が防止され、閉弁状
態のパージガス遮断弁２７での水の滞留を防止できると
ともに、パージ配管２５内での水の滞留も防止できる。
これにより、パージガス遮断弁２７が開いたときのパー
ジガスの流れが水によって阻害されず、コントロールユ
ニットによる制御性の悪化を防止することができる。
岐部２３からパージガス遮断弁２７までの間で凝縮され
た水のパージ分岐部２３側への逆流が防止され、閉弁状
態のパージガス遮断弁２７での水の滞留を防止できると
ともに、パージ配管２５内での水の滞留も防止できる。
これにより、パージガス遮断弁２７が開いたときのパー
ジガスの流れが水によって阻害されず、コントロールユ
ニットによる制御性の悪化を防止することができる。
【００５２】図３は、この発明の第２の実施形態を示す
燃料電池装置の全体構成図である。この実施形態は、第
１の実施形態におけるエゼクタポンプ１３に対し、エゼ
クタポンプ１３０を並列に追加して設け、これに対応し
て燃料調圧弁１１に対して燃料調圧弁１１０を、また流
路遮断弁１９に対して流路遮断弁１９０を、それぞれ並
列に追加して設けたものである。その他の構成は、前記
図１に示したものと同様であり、図１のものと同一の構
成要素には同一の符号を付してある。なお、エゼクタポ
ンプ、燃料調圧弁および流路遮断弁は、いずれも三つ以
上並列に設けた構成としてもよい。
燃料電池装置の全体構成図である。この実施形態は、第
１の実施形態におけるエゼクタポンプ１３に対し、エゼ
クタポンプ１３０を並列に追加して設け、これに対応し
て燃料調圧弁１１に対して燃料調圧弁１１０を、また流
路遮断弁１９に対して流路遮断弁１９０を、それぞれ並
列に追加して設けたものである。その他の構成は、前記
図１に示したものと同様であり、図１のものと同一の構
成要素には同一の符号を付してある。なお、エゼクタポ
ンプ、燃料調圧弁および流路遮断弁は、いずれも三つ以
上並列に設けた構成としてもよい。
【００５３】図４は、上記図３に示した構成の燃料電池
装置における、水素循環系の構成要素それぞれの上下の
位置関係を示す。エゼクタポンプ１３０と配管４３と
は、合流部５１にて、配管５１と並列な配管５３により
接続されており、このとき合流部５１は、エゼクタポン
プ１３０の混合燃料出口１３０ａより低い位置となるよ
う配置されている。
装置における、水素循環系の構成要素それぞれの上下の
位置関係を示す。エゼクタポンプ１３０と配管４３と
は、合流部５１にて、配管５１と並列な配管５３により
接続されており、このとき合流部５１は、エゼクタポン
プ１３０の混合燃料出口１３０ａより低い位置となるよ
う配置されている。
【００５４】この場合、エゼクタポンプ１３０と合流部
５１とを接続する配管５３は曲線状でも直線状でもよい
が、直線状とした場合の水平面Ｈに対する傾斜角度は、
配管４３と同様に、本燃料電池装置を車両に搭載する場
合には、車両の傾きや加速時などを考慮して、５０度〜
９０度とすることが望ましい。なお、この傾斜角度は、
必ずしもエゼクタポンプ１３０から分岐部５１まで一定
でなくても構わない。
５１とを接続する配管５３は曲線状でも直線状でもよい
が、直線状とした場合の水平面Ｈに対する傾斜角度は、
配管４３と同様に、本燃料電池装置を車両に搭載する場
合には、車両の傾きや加速時などを考慮して、５０度〜
９０度とすることが望ましい。なお、この傾斜角度は、
必ずしもエゼクタポンプ１３０から分岐部５１まで一定
でなくても構わない。
【００５５】このように配置することにより、エゼクタ
ポンプ１３０から分岐部５１までの間で凝縮された水
は、配管５３内に溜まることがなく、これにより、水素
の流れが水によって阻害されず、水素の供給を適正に行
うことができ、コントロールユニットによる制御性の悪
化を防止することができる。
ポンプ１３０から分岐部５１までの間で凝縮された水
は、配管５３内に溜まることがなく、これにより、水素
の流れが水によって阻害されず、水素の供給を適正に行
うことができ、コントロールユニットによる制御性の悪
化を防止することができる。
【００５６】また、流路遮断弁１９０と配管２１とは、
分岐部５５にて、配管２１と並列な配管５７により接続
されており、このとき分岐部５５は、流路遮断弁１９０
より低い位置に配置されている。この場合、図２では、
分岐部５５と流路遮断弁１９０とを接続する配管５７
は、曲線状となっているが、直線状として傾斜して配置
するようにしてもよい。配管５７を直線状として本燃料
電池装置を車両に搭載する場合には、配管５７の傾斜角
度は、車両の傾きや加速時などを考慮して、水平面Ｈに
対して５０度〜９０度とすることが望ましい。なお、こ
の傾斜角度は、分岐部５５から流路遮断弁１９０まで一
定でなくても構わない。
分岐部５５にて、配管２１と並列な配管５７により接続
されており、このとき分岐部５５は、流路遮断弁１９０
より低い位置に配置されている。この場合、図２では、
分岐部５５と流路遮断弁１９０とを接続する配管５７
は、曲線状となっているが、直線状として傾斜して配置
するようにしてもよい。配管５７を直線状として本燃料
電池装置を車両に搭載する場合には、配管５７の傾斜角
度は、車両の傾きや加速時などを考慮して、水平面Ｈに
対して５０度〜９０度とすることが望ましい。なお、こ
の傾斜角度は、分岐部５５から流路遮断弁１９０まで一
定でなくても構わない。
【００５７】このように配置することにより、配管５７
内で凝縮された水が、分岐部５５に効率よく流下するた
め、配管５７内での水の滞留および閉弁状態での流路遮
断弁１９０における水の滞留を防止できる。これによ
り、流路遮断弁１９０が開いたときの水素の流れが水に
よって阻害されず、水素の供給を適正に行うことがで
き、コントロールユニットによる制御性の悪化を防止す
ることができる。
内で凝縮された水が、分岐部５５に効率よく流下するた
め、配管５７内での水の滞留および閉弁状態での流路遮
断弁１９０における水の滞留を防止できる。これによ
り、流路遮断弁１９０が開いたときの水素の流れが水に
よって阻害されず、水素の供給を適正に行うことがで
き、コントロールユニットによる制御性の悪化を防止す
ることができる。
【００５８】さらに、流路遮断弁１９０とエゼクタポン
プ１３０とは、配管５９で接続され、この配管５９は、
流路遮断弁１９０がエゼクタポンプ１３０の排出燃料入
口１３０ｂより高い位置に配置されるよう設定されてい
る。この場合、図２では、流路遮断弁１９０とエゼクタ
ポンプ１３０とを接続する配管５９は、曲線状となって
いるが、直線状として傾斜して配置するようにしてもよ
い。配管５９を直線状として本燃料電池装置を車両に搭
載する場合には、配管５９の傾斜角度は、車両の傾きや
加速時などを考慮して、水平面Ｈに対して５０度〜９０
度とすることが望ましい。なお、この傾斜角度は、流路
遮断弁１９０からエゼクタポンプ１３０まで、一定でな
くても構わない。
プ１３０とは、配管５９で接続され、この配管５９は、
流路遮断弁１９０がエゼクタポンプ１３０の排出燃料入
口１３０ｂより高い位置に配置されるよう設定されてい
る。この場合、図２では、流路遮断弁１９０とエゼクタ
ポンプ１３０とを接続する配管５９は、曲線状となって
いるが、直線状として傾斜して配置するようにしてもよ
い。配管５９を直線状として本燃料電池装置を車両に搭
載する場合には、配管５９の傾斜角度は、車両の傾きや
加速時などを考慮して、水平面Ｈに対して５０度〜９０
度とすることが望ましい。なお、この傾斜角度は、流路
遮断弁１９０からエゼクタポンプ１３０まで、一定でな
くても構わない。
【００５９】このように配置することにより、流路遮断
弁１９０からエゼクタポンプ１３０までの間で凝縮され
た水の流路遮断弁１９０への逆流が防止され、閉弁状態
の流路遮断部１９０での水の滞留を防止できるととも
に、配管５９内での水の滞留も防止できる。これによ
り、流路遮断弁１９０が開いたときの水素の流れが水に
よって阻害されず、水素の供給を適正に行うことがで
き、コントロールユニットによる制御性の悪化を防止す
ることができる。
弁１９０からエゼクタポンプ１３０までの間で凝縮され
た水の流路遮断弁１９０への逆流が防止され、閉弁状態
の流路遮断部１９０での水の滞留を防止できるととも
に、配管５９内での水の滞留も防止できる。これによ
り、流路遮断弁１９０が開いたときの水素の流れが水に
よって阻害されず、水素の供給を適正に行うことがで
き、コントロールユニットによる制御性の悪化を防止す
ることができる。
【００６０】図４における、燃料調圧弁１１，エゼクタ
ポンプ１３および流路遮断弁１９などからなる第１の水
素循環系と、燃料調圧弁１１０，エゼクタポンプ１３０
および流路遮断弁１９０などからなる第２の水素循環系
とは、流量特性としては同じものでも、異なっていても
構わない。
ポンプ１３および流路遮断弁１９などからなる第１の水
素循環系と、燃料調圧弁１１０，エゼクタポンプ１３０
および流路遮断弁１９０などからなる第２の水素循環系
とは、流量特性としては同じものでも、異なっていても
構わない。
【００６１】流量特性を同じとした場合には、図５の実
線ａに示すように、まず第１の水素循環系の燃料調圧弁
１１を徐々に開弁していき、要求流量がＬに達した時点
で実線ｂで示すように、第２の水素循環系の燃料調圧弁
１１０を徐々に開弁していく。これにより、燃料電池１
の発電量に応じて低流量時から高流量時まで対応するこ
とが可能となる。
線ａに示すように、まず第１の水素循環系の燃料調圧弁
１１を徐々に開弁していき、要求流量がＬに達した時点
で実線ｂで示すように、第２の水素循環系の燃料調圧弁
１１０を徐々に開弁していく。これにより、燃料電池１
の発電量に応じて低流量時から高流量時まで対応するこ
とが可能となる。
【００６２】一方、流量特性を異なるものとした場合に
は、図６に示すように、第１の水素循環系の燃料調圧弁
１１を徐々に開弁していき、このときの要求流量に対す
る過不足分は、燃料電池１の発電量などから検出し、こ
れに基づき第２の水素循環系が流量を補正する形で燃料
調圧弁１１０の開度を調整する。
は、図６に示すように、第１の水素循環系の燃料調圧弁
１１を徐々に開弁していき、このときの要求流量に対す
る過不足分は、燃料電池１の発電量などから検出し、こ
れに基づき第２の水素循環系が流量を補正する形で燃料
調圧弁１１０の開度を調整する。
【００６３】流量特性を異なるものとした場合には、第
２の水素循環系の水素供給能力を第１の水素循環系より
低く設定しており、その各配管については能力小の第２
の水素循環系の配管径を小さく設定する。すなわち、図
４において、配管径については、配管５３は配管４３よ
り小さく、配管５７は配管２１より小さく、配管５９は
配管４９より小さく、それぞれ設定してある。
２の水素循環系の水素供給能力を第１の水素循環系より
低く設定しており、その各配管については能力小の第２
の水素循環系の配管径を小さく設定する。すなわち、図
４において、配管径については、配管５３は配管４３よ
り小さく、配管５７は配管２１より小さく、配管５９は
配管４９より小さく、それぞれ設定してある。
【００６４】このように、第１，第２の各水素循環系相
互で配管径を異ならせた場合には、合流部５１および分
岐部５５のいずれにおいても、図７（ａ），（ｂ）に示
すように、直線状とした小径の配管５３，５７の水平面
Ｈに対する傾斜角度θ1を、直線状とした大径の配管４
３，２１の同傾斜角度θ2より大きくして、より鉛直に
近い状態とする。例えば、大径配管４３，２１の傾斜角
度θ2を、本燃料電池装置を車両に搭載した場合の望ま
しい傾斜角度として５０度に設定すれば、小径配管５
３，５７の傾斜角度θ1は、５０度を越える角度とな
る。
互で配管径を異ならせた場合には、合流部５１および分
岐部５５のいずれにおいても、図７（ａ），（ｂ）に示
すように、直線状とした小径の配管５３，５７の水平面
Ｈに対する傾斜角度θ1を、直線状とした大径の配管４
３，２１の同傾斜角度θ2より大きくして、より鉛直に
近い状態とする。例えば、大径配管４３，２１の傾斜角
度θ2を、本燃料電池装置を車両に搭載した場合の望ま
しい傾斜角度として５０度に設定すれば、小径配管５
３，５７の傾斜角度θ1は、５０度を越える角度とな
る。
【００６５】小径側の配管５３，５７の傾斜角度θ
1を、大径側の配管４３，２１の傾斜角度θ2より大きく
して、より鉛直に近い状態とすることで、凝縮水が滞留
しやすい小径配管５３，５７内での凝縮水の滞留を抑制
でき、燃料電池１への水素の供給を適正に行うことがで
きる。
1を、大径側の配管４３，２１の傾斜角度θ2より大きく
して、より鉛直に近い状態とすることで、凝縮水が滞留
しやすい小径配管５３，５７内での凝縮水の滞留を抑制
でき、燃料電池１への水素の供給を適正に行うことがで
きる。
【００６６】図８（ａ），（ｂ）は、各配管４３，５３
および２１，５７を曲線状とした場合であり、この場合
には、小径側の配管５３，５７の曲率半径Ｒ1を、大径
側の配管４３，２１の曲率半径Ｒ2より小さくしてい
る。これにより、小径側の配管４３，２１が、大径側の
配管４３，２１に対して、より鉛直に近い状態となり、
凝縮水が滞留しやすい小径配管５３，５７内での凝縮水
の滞留を防止することができる。
および２１，５７を曲線状とした場合であり、この場合
には、小径側の配管５３，５７の曲率半径Ｒ1を、大径
側の配管４３，２１の曲率半径Ｒ2より小さくしてい
る。これにより、小径側の配管４３，２１が、大径側の
配管４３，２１に対して、より鉛直に近い状態となり、
凝縮水が滞留しやすい小径配管５３，５７内での凝縮水
の滞留を防止することができる。
【００６７】なお、Ｒ1＜Ｒ2とせずにＲ1＝Ｒ2として小
径側の配管５３，５７を、大径側の配管４３，２１対し
て、より鉛直に近い状態にできれば、Ｒ1＝Ｒ2でも構わ
ない。
径側の配管５３，５７を、大径側の配管４３，２１対し
て、より鉛直に近い状態にできれば、Ｒ1＝Ｒ2でも構わ
ない。
【００６８】要するに、凝縮水が滞留しやすい小径側の
配管５３，５７を、より鉛直に近い状態とすることで、
小径側の配管５３，５７内の水が大径側の配管４３，２
１内に効率よく流下し、小径側の配管５３，５７内での
水の滞留を防止できるのである。
配管５３，５７を、より鉛直に近い状態とすることで、
小径側の配管５３，５７内の水が大径側の配管４３，２
１内に効率よく流下し、小径側の配管５３，５７内での
水の滞留を防止できるのである。
【００６９】図９は、図７（ｂ）における合流部５５の
配管２１側に絞り６１を設けたものである。絞り６１を
設けることで、絞り６１でのガス流速が高まるので、小
径側の配管５７で発生した凝縮水は、この高速のガス流
に吸い出されるようにして大径側の配管２１に流下し、
配管５７内の水の滞留を防止することができる。
配管２１側に絞り６１を設けたものである。絞り６１を
設けることで、絞り６１でのガス流速が高まるので、小
径側の配管５７で発生した凝縮水は、この高速のガス流
に吸い出されるようにして大径側の配管２１に流下し、
配管５７内の水の滞留を防止することができる。
【００７０】なお。図７（ａ）に示す分岐部５１および
図８（ａ），（ｂ）に示す合流部５１，分岐部５５に
も、上記した絞り６１と同様にして絞りを設けること
で、同様の効果が得られる。
図８（ａ），（ｂ）に示す合流部５１，分岐部５５に
も、上記した絞り６１と同様にして絞りを設けること
で、同様の効果が得られる。
【００７１】図１０は、エゼクタポンプ１３，１３０の
断面図である。同図（ａ）は、排出燃料入口１３ｂ，１
３０ｂを有するサクションポートＳＰ内のガスの流れ
が、原燃料入口１３ｃ，１３０ｃから混合燃料出口１３
ａ，１３０ａへの鉛直方向下方へのガスの流れと直交す
る場合である。
断面図である。同図（ａ）は、排出燃料入口１３ｂ，１
３０ｂを有するサクションポートＳＰ内のガスの流れ
が、原燃料入口１３ｃ，１３０ｃから混合燃料出口１３
ａ，１３０ａへの鉛直方向下方へのガスの流れと直交す
る場合である。
【００７２】図１０（ａ）での原燃料入口１３ｃ，１３
０ｃは混合燃料出口１３ａ，１３０ａより高い位置であ
り、原燃料入口１３ｃ，１３０ｃと混合燃料出口１３
ａ，１３０ａとを結ぶ直線Ｐと水平面Ｈとのなす角度α
は直角となっている。これにより、エゼクタ１３，１３
０内での凝縮水の滞留を防止することができる。なお、
直線Ｐと水平面Ｈとの角度αは、本燃料電池装置を車両
に搭載した場合の車両の傾きや加速時などを考慮して、
５０度〜９０度の範囲でもよい。
０ｃは混合燃料出口１３ａ，１３０ａより高い位置であ
り、原燃料入口１３ｃ，１３０ｃと混合燃料出口１３
ａ，１３０ａとを結ぶ直線Ｐと水平面Ｈとのなす角度α
は直角となっている。これにより、エゼクタ１３，１３
０内での凝縮水の滞留を防止することができる。なお、
直線Ｐと水平面Ｈとの角度αは、本燃料電池装置を車両
に搭載した場合の車両の傾きや加速時などを考慮して、
５０度〜９０度の範囲でもよい。
【００７３】図１０（ｂ）は、同図（ａ）に対し、サク
ションポートＳＰを、排出燃料入口１３ｂ，１３０ｂ
が、この排出燃料入口１３ｂ，１３０ｂとエゼクタ１
３，１３０内の燃料通路６３とのエゼクタ内合流部６５
より高い位置となるよう傾斜して形成したものである。
このようにすることで、サクションポートＳＰ内を含む
エゼクタ１３，１３０内での凝縮水の滞留を確実に防止
することができる。なお、図１０（ｂ）において、サク
ションポートＳＰ内の流れの中心線Ｑと直線Ｐとのなす
角度βは、本燃料電池装置を車両に搭載した場合の車両
の傾きや加速時などを考慮して、５０度程度とすること
が望ましい。
ションポートＳＰを、排出燃料入口１３ｂ，１３０ｂ
が、この排出燃料入口１３ｂ，１３０ｂとエゼクタ１
３，１３０内の燃料通路６３とのエゼクタ内合流部６５
より高い位置となるよう傾斜して形成したものである。
このようにすることで、サクションポートＳＰ内を含む
エゼクタ１３，１３０内での凝縮水の滞留を確実に防止
することができる。なお、図１０（ｂ）において、サク
ションポートＳＰ内の流れの中心線Ｑと直線Ｐとのなす
角度βは、本燃料電池装置を車両に搭載した場合の車両
の傾きや加速時などを考慮して、５０度程度とすること
が望ましい。
【００７４】なお、以上説明してきた各実施形態では、
燃料循環手段としてエゼクタポンプ１３，１３０を使用
したが、水素を循環させるものであれば、これに限るこ
とはない。
燃料循環手段としてエゼクタポンプ１３，１３０を使用
したが、水素を循環させるものであれば、これに限るこ
とはない。
【図１】この発明の第１の実施形態を示す燃料電池装置
の全体構成図である。
の全体構成図である。
【図２】図１の燃料電池装置における水素循環系の構成
要素それぞれの上下の位置関係を示す説明図である。
要素それぞれの上下の位置関係を示す説明図である。
【図３】この発明の第２の実施形態を示す燃料電池装置
の全体構成図である。
の全体構成図である。
【図４】図３の燃料電池装置における水素循環系の構成
要素それぞれの上下の位置関係を示す説明図である。
要素それぞれの上下の位置関係を示す説明図である。
【図５】二つの水素循環系が同一流量特性の場合の要求
流量に対する各燃料調圧弁の開度特性図である。
流量に対する各燃料調圧弁の開度特性図である。
【図６】二つの水素循環系が異なる流量特性の場合の要
求流量に対する主となる側の燃料調圧弁の開度特性図で
ある。
求流量に対する主となる側の燃料調圧弁の開度特性図で
ある。
【図７】（ａ）は配管を直線状とした場合の合流部の動
作説明図、（ｂ）は配管を直線状とした場合の分岐部の
動作説明図である。
作説明図、（ｂ）は配管を直線状とした場合の分岐部の
動作説明図である。
【図８】（ａ）は配管を曲線状とした場合の合流部の動
作説明図、（ｂ）は配管を曲線状とした場合の分岐部の
動作説明図である。
作説明図、（ｂ）は配管を曲線状とした場合の分岐部の
動作説明図である。
【図９】図７（ｂ）で示す分岐部に絞りを設けた例を示
す動作説明図である。
す動作説明図である。
【図１０】エゼクタポンプの断面図で、（ａ）はサクシ
ョンポートをエゼクタポンプ内の燃料通路と直交するよ
う配置したもの、（ｂ）はサクションポートをエゼクタ
ポンプ内の燃料通路に対して傾斜するよう配置したもの
である。
ョンポートをエゼクタポンプ内の燃料通路と直交するよ
う配置したもの、（ｂ）はサクションポートをエゼクタ
ポンプ内の燃料通路に対して傾斜するよう配置したもの
である。
１ 燃料電池 ３ 燃料極 ３ａ 燃料入口 ３ｂ 燃料出口 ７ 加湿器 １３，１３０ エゼクタポンプ（燃料循環手段） １３ａ，１３０ａ 混合燃料出口 １３ｂ，１３０ｂ 排出燃料入口 １３ｃ，１３０ｃ 原燃料入口 １５ 供給側水分離器（燃料供給側水分分離手段） １５ａ 混合燃料入口 １７ 排出側水分離器（燃料排出側水分分離手段） １９，１９０ 流路遮断弁 ２１，５７ 並列配管 ２３ パージ分岐部 ２５ パージ配管 ２７ パージガス遮断弁 ４３，５３ 並列配管 ５１ 合流部 ５５ 分岐部 ６１ 絞り ６３ 燃料通路 ６５ エゼクタ内合流部
Claims (12)
- 【請求項１】 燃料電池における燃料極の燃料出口から
排出される排出燃料と原燃料とを混合し、この混合燃料
を前記燃料極の燃料入口に循環させる燃料循環手段を備
えた燃料電池装置において、前記燃料極の燃料出口と燃
料循環手段の排出燃料入口との間の配管に流路遮断弁を
設け、この流路遮断弁は、前記燃料循環手段の排出燃料
入口より高い位置に配置してあることを特徴とする燃料
電池装置。 - 【請求項２】 燃料電池に供給される燃料は、加湿され
ていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。 - 【請求項３】 燃料極の燃料出口と流路遮断弁との間の
配管に排出燃料中の水分を分離する燃料排出側水分分離
手段を設け、この燃料排出側水分分離手段は前記燃料出
口および流路遮断弁より低い位置に配置してあることを
特徴とする請求項１または２記載の燃料電池装置。 - 【請求項４】 流路遮断弁の上流側の配管に、排出燃料
を外部に放出するパージ配管を接続してパージ分岐部を
設けるとともに、前記パージ配管にパージガス遮断弁を
設け、このパージガス遮断弁は、前記パージ分岐部より
高い位置に配置してあることを特徴とする請求項１ない
し３のいずれかに記載の燃料電池装置。 - 【請求項５】 燃料循環手段の混合燃料出口に接続され
る配管に、燃料供給側水分分離手段を設け、この燃料供
給側水分分離手段の混合燃料入口は、前記燃料循環手段
の混合燃料出口より低い位置に配置されていることを特
徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料電池
装置。 - 【請求項６】 燃料電池の燃料入口に接続される配管を
複数並列に設けてこの各並列配管に燃料循環手段をそれ
ぞれ配置するとともに、前記燃料電池の燃料出口に接続
される配管を複数並列に設けてこの各並列配管に流路遮
断弁をそれぞれ配置したことを特徴とする請求項１ない
し５のいずれかに記載の燃料電池装置。 - 【請求項７】 複数の燃料循環手段は、互いに循環流量
特性が異なり、これに伴い各燃料循環手段に接続される
各並列配管の流路径も異なることを特徴とする請求項６
記載の燃料電池装置。 - 【請求項８】 燃料電池の燃料入口に接続される複数の
並列配管相互の合流部と、前記燃料電池の燃料出口に接
続される並列配管相互の分岐部との少なくともいずれか
一方に対し、小流量側の小径とした配管を、大流量側の
大径とした配管に対し、より鉛直に近い状態となるよう
配置したことを特徴とする請求項７記載の燃料電池装
置。 - 【請求項９】 小流量側の小径とした直線状の配管の水
平面に対する傾斜角度を、大流量側の大径とした直線状
の配管の同傾斜角度より大きくすることを特徴とする請
求項８記載の燃料電池装置。 - 【請求項１０】 小流量側の小径とした曲線状の配管の
曲率半径を、大流量側の大径とした曲線状の配管の曲率
半径より小さくすることを特徴とする請求項８記載の燃
料電池装置。 - 【請求項１１】 並列配管相互の合流部と分岐部との少
なくともいずれか一方の大径側の配管に、絞りを設けた
ことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれかに記載
の燃料電池装置。 - 【請求項１２】 燃料循環手段の原燃料入口を同混合燃
料出口より高い位置に配置するとともに、前記燃料循環
手段の排出燃料入口を、この排出燃料入口と燃料循環手
段内の燃料通路との合流部より高い位置に配置したこと
を特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の燃
料電池装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001020531A JP3832249B2 (ja) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | 燃料電池装置 |
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|---|---|---|---|
| JP2001020531A JP3832249B2 (ja) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | 燃料電池装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002231294A true JP2002231294A (ja) | 2002-08-16 |
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-
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- 2001-01-29 JP JP2001020531A patent/JP3832249B2/ja not_active Expired - Fee Related
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