JP2003086214A

JP2003086214A - 燃料電池装置

Info

Publication number: JP2003086214A
Application number: JP2001270950A
Authority: JP
Inventors: Munehisa Horiguchi; 宗久堀口; Masanori Okada; 真規岡田
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2003-03-20

Abstract

(57)【要約】【目的】寒冷地において水循環系内の水が凍結してい
るとき、短時間で始動できかつ始動に要するエネルギー
消費量が可及的に小さい燃料電池装置を提供する。【構成】燃料電池本体の空気室に水を液体の状態で到
達せしめ、燃料電池本体の排出空気から水を回収する水
循環系であって、水タンク、水を放出する放出手段、及
びこれらをつなぐ水供給管路とを有する水循環系を備え
てなる水直噴タイプの燃料電池装置の水循環系におい
て、水供給管路を加熱するヒータがが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は燃料電池装置に関
し、詳しくは、水供給系の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】高分子固体電解質膜を有するいわゆるＰ
ＥＭ型の燃料電池装置の電池本体は、燃料極（水素を燃
料極とする場合は水素極ともいう）と空気極（酸素が反
応ガスであるので酸素極ともいう。また酸化極ともい
う）との間に高分子固体電解質膜が挟持された構成であ
る。空気極と電解質膜との間には触媒を含む反応層が介
在されている。このような構成の燃料電池の起電力は、
燃料極側（アノード）に燃料ガスが供給され、空気極側
に酸化ガスが供給された結果、電気化学反応の進行に伴
い電子が発生し、この電子を外部回路に取り出すことに
より、発生される。即ち、燃料極（アノード）にて得ら
れる水素イオンがプロトン（Ｈ_３Ｏ^＋)の形態で、水分
を含んだ電解質膜中を空気極（カソード）側に移動し、
また燃料極（アノード）にて得られた電子が外部負荷を
通って空気極（カソード）側に移動して酸化ガス（空気
を含む）中の酸素と反応して水を生成する、一連の電気
化学反応による電気エネルギーを取り出すことができ
る。本願出願人は、発熱反応をともなう空気極を冷却し
その発電能力を高めるなどの目的で空気極の表面に液状
の水を供給する構成の燃料電池装置を特開平１１−２４
２９６２号公報参照において提案している。

【０００３】

【発明を解決しようとする課題】特開平１１−２４２９
６２号公報に提案されている水直噴タイプの燃料電池装
置では水を燃料電池の空気極に供給することにより一定
の運転能力を得ている。かかる水直噴タイプの燃料電池
装置を寒冷地で使用した場合、水が凍結してしまうので
これを解凍する必要がある。例えば水タンクの容量が１
リットルの場合、これを解凍するには約４００ｋＪのエ
ネルギーが必要となる。このエネルギーは燃料電池装置
に付設されるバッテリーから供給することとなるので、
バッテリーに大きな容量が要求される。そのため、装置
全体が大型化しかつ製造価格を引き上げることにもな
る。また、水タンク内の水を解凍するには長い時間を要
するので、燃料電池装置の起動にも時間がかかることと
なる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の課題を
解決すべくなされたものであり、その構成は次の通りで
ある。燃料電池本体と、該燃料電池本体へ水素ガスを供
給する水素ガス供給系と、前記燃料電池本体へ空気を供
給する空気供給系と、前記燃料電池本体の空気室に水を
液体の状態で到達せしめ、前記燃料電池本体の排出空気
から水を回収する水循環系であって、水タンク、水を放
出する放出手段、及びこれらをつなぐ水供給管路とを有
する水循環系と、を備えてなり、前記水供給管路を加熱
するヒータが設けられている、ことを特徴とする燃料電
池装置。

【０００５】このように構成された本発明の燃料電池装
置によれば、水供給管路にヒータが設けられるので、当
該水供給管路内の水を解凍することができる。水タンク
に比べ水供給管路の容積は格段に小さいので、始動時に
水供給管路内の氷を解凍するのに必要なエネルギーが小
さくなり且つ時間も短縮される。なお、本発明者らの検
討によれば、燃料電池装置の始動時に空気室へ供給すべ
き最小限の水の量を水供給管路内の解凍水で賄うことが
できた。これは、水が凍結するような燃料電池本体（ス
タック）の雰囲気温度では、少量の水で燃料電池本体を
充分に冷却できるからである。実施例の燃料電池装置で
は水供給管路内の水の重量が０．２ｋｇであり、これを
解凍するのに要する熱量は約８０ｋＪであった。他方水
タンク（水：１ｋｇ）の氷を解凍するには約４００ｋＪ
の熱量が必要であったことに比べると、始動時に消費す
るエネルギーが約１／５に減少する。これにより、燃料
電池装置に付設されるバッテリーの負担が小さくなり、
もってこれを小型化軽量化することができる。燃料電池
装置が始動した後は、発電された電気エネルギーや燃料
電池本体の熱を用いて水タンク内の氷を解凍することが
できる。

【０００６】本発明は寒冷地において燃料電池装置内の
水が凍っても、その起動時に要するエネルギー及び時間
を可及的に小さくしようとするものである。したがっ
て、多量の水を使用する水直噴タイプの燃料電池装置に
最も有効であるが、他のタイプの水供給系を有する燃料
電池装置にも適用可能である。例えば、空気供給系中に
水を放出させるタイプ、超音波を用いてミストを供給す
るタイプ、更には加熱蒸気を供給するタイプにおいても
水タンクと水放出手段との間の水供給管路を優先的に解
凍し、始動時の水供給を確保することが好ましい。水素
ガス（燃料ガス）供給系へ水を供給するタイプの燃料電
池装置にも本発明が適用される。このようなタイプの燃
料電池装置においては水は必ずしも回収されているわけ
ではない。

【０００７】水供給管路は水タンク、水圧送手段として
のポンプ及び水放出手段としてのノズルを連結してい
る。ここに、燃料電池装置を停止したときポンプからノ
ズルまでの水は放出され、更にこの水は回収装置で回収
されて水タンクに戻される。これは、水循環系内から水
の消失を防ぐためである。一方、水タンク−ポンプ間の
水供給管路内はほぼ水が充填された状態が装置停止後も
維持される。ポンプの空まわりを防止するためである。
また、水タンクとポンプとの間に開閉弁が介在されると
きは、水タンクと開閉弁との間の水供給管路内が水で充
填された状態に維持される。したがって、本発明では当
該水が常に充填される水供給管路を重点的に加熱できる
ようヒータを配置する。

【０００８】水供給管路を加熱する手段としては、管路
に電熱線を巻回させたり、管自体を電熱材料で形成する
ことができる。その他、漏電対策が施された電熱線を管
路内に設けることができる。燃料電池装置を長時間運転
するためには水供給管路内の水の量だけでは充分といえ
ない。そこで、水タンクにもヒータを設けることが好ま
しい。短時間且つ少ないエネルギーで水供給管路に水を
補給するため、水供給管路が水タンクにおいて開口する
周囲の氷が優先的に解凍されるようにヒータを配置する
ことが好ましい。

【０００９】寒冷地使用といっても、いつも水が凍結す
るわけではない。したがって、無駄な加熱を省略するた
め、水供給管路内の水が凍結しているか否かを検出する
手段を設け、当該凍結検出手段により水供給管路内の水
が凍結しているときのみヒータを作動させることが好ま
しい。凍結検出手段として温度センサやレーザセンサ
（水の透明で凍結を判断する）等を用いることができ
る。凍結検出手段により水供給管路内の氷が解凍された
ことを確認した後、ポンプを稼動させて水の供給を開始
することが好ましい。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
図１は実施例の燃料電池装置１の概略構成を示す。図２
は燃料電池本体１０の基本ユニットを示す。図１に示す
ように、この装置１は燃料電池本体１０、燃料ガスとし
ての水素ガス供給系２０、空気供給系３０、水循環系４
０から概略構成される。

【００１１】燃料電池本体１０の単位セルユニットは空
気極１１と燃料極１３とで固体高分子電解質膜１２を挟
持した構成である。実際の装置ではこの単位ユニットが
複数枚積層されている（燃料電池スタック）。空気極１
１の上方及び下方にはそれぞれ空気を吸入、排気するた
めの空気マニホールド１４、１５が形成されている。上
方のマニホールド１４にはノズル４１を取り付けるため
の取付孔が形成されている。ノズル４１から噴出される
水の噴出角度には制限があり、かつ水を霧状にしてこれ
を空気極１１の全面に行き渡らせるには、ノズルと空気
極１１との間に所定の間隔が必要になる。従って、この
マニホールド１４は比較的背の高いものとなる。一方、
下側の空気マニホールド１５は滴下した水を効率よく排
出できるものとする。なお、ノズルはマニホールド１４
の側面に設けることもできる。かかるノズルより噴出さ
れる水はマニホールド１４内の全域に行き渡り、よって
空気極１１の全面に行き渡ることとなる。ノズルをマニ
ホールド１４の側面に設けることにより、低いマニホー
ルドが採用できる。よって燃料電池本体の小型化を図る
ことができる。

【００１２】ノズルは空気極表面へ向けて直接水を噴射
することが好ましい。これにより空気供給量の如何に拘
わらず、所望の量の水を空気極表面に供給することが出
来る。即ち、空気の供給量と水の供給量とを独立して制
御可能となる（独立供給タイプ）。かかる独立供給タイ
プによれば、起動時など大きな空気供給量（風量）の状
態においても所望量の水を確実に空気極表面に供給でき
る。よって、起動時間の短縮が図れる。空気流中に水滴
を放出して、これを空気流にのせて空気極へ供給するタ
イプでは空気供給量と水供給量とを独立して制御できな
い（非独立供給タイプ）。空気供給量の変更と水供給量
の変更とは常に同時に要求されるわけではなく、独立し
てそれらの変更が必要となる場合がある。例えば、空気
の供給量のみの変更が必要な場合に水の供給量までもが
変更されてしまうと、燃料電池本体の制御のレスポンス
が遅くなり、ひいては燃料電池装置の出力低下を招くお
それがある。これに対し、本実施例で採用する独立供給
タイプでは、必要なタイミングで必要な量の水及び／又
は空気を供給できるので、燃料電池本体を効率良く制御
できる。また、水と空気の供給を独立して制御すること
により、無駄な空気及び無駄な水の供給を避けられる。
この点においても、燃料電池本体の稼動が効率的にな
る。更には、無駄な水や無駄な空気の供給を避けること
により、凝縮器の容量も小さくすることが出来る。

【００１３】図２に示すように、上記空気極１１−固体
高分子電解質膜１２−燃料極１３の単位セルユニットは
薄い膜状であり、一対のカーボン製コネクタ板１６、１
７により挟持されている。空気極１１に対向するコネク
タ板１６の面には空気を流通させるための溝１８が複数
条形成されている。各溝１８は上下方向に形成されてマ
ニホールド１４、１５を連通している。その結果、ノズ
ル４１より供給される霧状の水は当該溝１８に沿って空
気極１１の下側部分まで達する。この溝１８の周面及び
空気極１１の表出面により空気室が構成される。空気室
の図示上側開口部が送風の入口（上流側開口部）であ
り、図示下側の開口部が送風の出口（下流側開口部）で
ある。この出口の排気温度を検出するように温度計を設
けることが好ましい。実施例では水などの液体を上流側
開口部に対して直接噴出させて供給する構成であるが、
水などの液体は下流側開口部から供給することも可能で
ある。更には、コネクタ板に図示左右方向の貫通孔を形
成し、ここから空気室へ水などの液体を供給することも
出来る。このようにして供給された水は空気室を構成す
る面（溝１８の周面及び空気極１１の表出面：これらは
比較的高温になり易い）において専ら蒸発する。同様
に、燃料極１３に対向するコネクタ板１７の面には水素
ガスを流通させるための溝１９が形成されている。実施
例ではこの溝１９を水平方向に複数条形成した。この溝
１９の周面とコネクタ板１７の表出面とで燃料室が形成
される。この燃料室に対して、既述の空気室と同様な方
法で水を供給することも出来る。

【００１４】水素ガス供給系２０の水素供給装置２１と
して、この実施例では水素吸蔵合金からなる水素ボンベ
を利用した。その他、液体水素の水素ボンベ、高圧水素
ボンベ、水／メタノール混合液等の改質原料を改質器に
て改質反応させて水素リッチな改質ガスを生成させ、こ
の改質ガスをタンクに貯留しておいてこれを水素源とす
ることもできる。燃料電池装置１を室内で固定して使用
する場合には、水素配管を水素源とすることができる。
水素供給装置２１と燃料極１３とは水素供給調圧弁２３
を介して水素ガス供給路２２により接続されている。調
圧弁２３は燃料極１３に供給する水素ガスの流量を調整
するものであり、汎用的な構成のものを利用できる。

【００１５】燃料極１３からの排気ガスは外気へ排出さ
れる。なお、この排気ガスを空気マニホールドへ供給
し、ここで空気と混合することもできる。

【００１６】空気極１１にはファン３８によって大気中
より空気が供給される。図の符号３１は空気の供給路で
あり空気極１１のマニホールド１４に連結されている。
符号はフィルタである。下側のマニホールド１５には空
気極１１を通過した空気を排気するための空気排出路３
２が連結され、水を分離する凝縮器３３を介して排気ガ
スは外部へ排出される。空気排出路３２の自由端には蓋
が備えられ、この蓋を蓋制御装置で開閉することが好ま
しい。かかる空気供給系３０においては、空気圧縮機は
特に備えられておらず、系全体に渡って実質的に大気圧
が維持される。

【００１７】凝縮器３３で分離された水はタンク４２へ
送られる。なお、燃料電池装置１がオフとされた後、暫
くの間、ファン３８と凝縮機３３を作動させ、空気排出
路３２内の水を全部回収するようにすることが好まし
い。これは、水の回収率を向上させてタンク４２内が水
不足になることを防止するためであり、また空気供給系
３０内における水分の凍結を確実に防止するためであ
る。タンク４２には水位センサ４３が付設される。この
水位センサ４３により、タンク４２の水位が所定の値以
下となると、アラーム４４が点滅してオペレータに水不
足を知らせる。それとともに、凝縮器３３の能力を変化
させて水の回収量を調整することが好ましい。即ち、水
が不足しているときは凝縮器３３のファンの回転数を高
めて水をより多く回収し、他方水が過剰になると凝縮器
３３のファンの回転数を低下若しくは停止して水の回収
量を少なくする。

【００１８】実施例の水循環系４０では、タンク４２か
ら水供給管路４５がポンプ４６、水圧センサ４７及び調
圧弁４８を介して、ノズル４１まで連結されている。水
供給管路４５においてタンク４２とポンプ４６を繋ぐ部
分にはリボンヒータ１４１が巻回されている。タンク４
２内にもＵ字形のヒータ１５１が配設されている。この
ヒータ１５１に通電すると、図において点線で示した領
域Ｓの氷が優先的に加熱され解凍される。当該点線で示
した領域Ｓは水供給管路４５の開口部分に該当する。そ
の結果、水供給管路４５内へ速やかに解凍した水を供給
可能になる。符号１４３は温度計であり、上記ヒータ１
５１で優先的に解凍される領域Ｓの温度を計測する。こ
の実施例では温度計１４３により検出されたタンク４２
内の温度が０℃のとき、水循環系４０内の水（タンク４
２内及び水供給管路４５に充填されている水）が凍結し
ているものとして、ヒータ１４１及び１５１をオンとす
る。

【００１９】ポンプ４６より吐出される水は調圧弁４８
により所望の水圧に調節され、もって水量の調節された
水はノズル４１から吹き出して空気マニホールド１４内
では霧状になる。そして、吹き出し時の運動量（初
速）、霧の自重および空気流等によって空気極１１の実
質的な全面に霧状の水が供給される。水量及び水の供給
は、調圧弁とノズルとの組み合わせに限定されるもので
はない。

【００２０】このようにして空気極１１の表面に供給さ
れた水はそこで周囲の空気、電極表面、さらにはセパレ
ータ表面から潜熱を奪って蒸発する。これにより、電解
質膜１２の水分の蒸発が防止される。また、空気極１１
へ供給された水は空気極１１からも潜熱を奪うので、こ
れを冷却する作用もある。特に、始動時に水を供給した
とき、水素と空気の燃焼により膜、触媒がダメージを受
けることを予防できる。

【００２１】図中の符号５０は電流計であり、空気極１
１と燃料極１３との間の電流を計測する。燃料電池装置
を車輌用に使用するときには両極間の電流と電圧を共に
測定し、もって燃料電池本体に掛かっている負荷（燃料
電池本体が現在出力してるパワー）を得ることが好まし
い。車輌用の場合には、アクセルの開度から燃料電池本
体に要求されるパワーを予測してその値を用いることも
できる。

【００２２】次ぎに、実施例の燃料電池装置１の動作を
説明する。図３は燃料電池装置１の動作を制御するとき
に関与する要素を示したブロック図である。図３におい
て、制御装置７０及びメモリ７３は燃料電池装置１のコ
ントロールボックスに収納されている。メモリ７３には
コンピュータからなる制御装置７０の動作を規定するコ
ントロールプログラム及び各種制御を実行するときのパ
ラメータやルックアップテーブルが収納されている。

【００２３】まず、水素ガス供給系２０の動作について
説明する。起動時には、まず水素排気弁２５を開とし、
それとほぼ同時に水素供給調圧弁２３を開とする。そし
て所定時間経過後、水素排気弁２５を閉に保持する。爆
発限界以下の所定の濃度で水素ガスが燃料極１３に供給
されるように水素供給調圧弁２３を調整する。排気弁２
５を閉じた状態で燃料電池装置１を運転すると、空気極
より透過するＮ_２、Ｏ_２あるいは生成水の影響で燃料極
１３で消費される水素の分圧が徐々に低下するためこれ
に伴って出力電圧も低下し、安定した電圧が得られなく
なる。

【００２４】そこで、予め定められた規則に基づいて弁
２５を解放して水素分圧の低下したガスを排気し、燃料
極１３の雰囲気ガスをリフレッシュする。予め定められ
た規則はメモリ７３に保存されており、弁２５の開閉及
び調圧弁２３の調整は制御装置７０が当該規則をメモリ
７３から読み出して実行する。

【００２５】この実施例では、電流計５０で出力電流を
モニタし、出力電流が所定の閾値を超えて低下したら所
定の時間（例えば１秒間）弁２５を解放する。あるい
は、弁２５を閉とした状態で燃料電池装置１を運転した
ときに出力電圧が低下し始める時間間隔を予め計測して
おき、その時間間隔と実質的に同一又は若干短い周期で
弁２５を解放するように、弁２５を間欠的に開閉制御す
る。

【００２６】次ぎに、空気供給系３０の動作について説
明する。燃料電池本体１０から排出された直後の排気空
気の温度を温度計（図示せず）により検出する。その温
度が８０℃を超えていると、燃料電池本体１０が焼きつ
くおそれがあるので、ファン３８の回転数を増して風量
を増大し、もって熱発生源である空気極１１の温度を下
げる。このとき、当然ながら空気極１１には８０℃を超
えた燃料電池本体１０を冷却するのに必要な量の水が供
給されているものとする。燃料電池本体１０からの排出
温度が８０℃以下の場合は、定速運転とする。また、要
求される電流値に応じてファン３８の回転するを制御す
ることもできる。例えば、電流値が高くなればファンの
回転数を上げる。逆に電流値が低くなればファンの回転
数を下げる。

【００２７】次ぎに、水循環系４０の動作について説明
する。タンク４２の水がポンプ４６で圧送される。そし
て、噴射圧力調整弁４８でその圧力が調整されてノズル
４１から噴霧される。これにより、水が液体の状態（霧
の状態）で空気極１１に供給されることとなる。勿論、
調圧弁４８を省略して、ポンプ４６に印加される電圧を
調整しポンプ４６の吐出圧力自体を制御し、もっと所望
の水量を得ることもできる。

【００２８】水の供給量は燃料電池本体の温度に応じて
予め定められている。即ち、燃料電池本体をその温度に
維持するために必要な最小量の水が供給される。ポンプ
４６による動力損をできる限り少なくするためである。
なお、燃料電池本体が所定の温度（例えば３０℃）以下
になれば、水の供給を止めることもできる。また、他の
所定温度（例えば５０℃）以下３０℃を越えるとき、水
の供給を間欠的にすることもできる。燃料電池本体１０
の温度とそのときに供給すべき水量との関係はメモリ７
３に保存されている。その他、所定の時間経過（例えば
５〜１０秒）ごとに、一定の水圧で水循環系４０を稼働
させても良い。

【００２９】次ぎに、実施例の燃料電池装置１の起動時
の動作について説明する。イグニッションスイッチ（図
示せず）がオンとなると、まず温度計１４３により水タ
ンク４２内の温度が検出される。検出された温度が水の
氷点を超えているときは、ヒータ１４１及び１５１をオ
ンにすることなく、そのままポンプ４６をオンとする。
他方、温度計１４３で検出された温度が水の氷点以下の
場合には、ヒータ１４１及び１５１に通電しこれらをオ
ンとする。そして、検出された温度（ヒータ１５１で優
先的に解凍される領域Ｓの温度）が氷点を充分に超えた
後、ポンプ４６をオンにする。ここに領域Ｓが解凍され
ておれば水供給管路４５内の氷も解凍されている。温度
計は水供給管路４５の温度を直接測定するものであって
もよい。起動時には燃料電池本体１０の運転状況（運転
温度）に無関係に、所定の水噴射量となるように調圧弁
４８が調節されてノズル４１より水が噴射される。な
お、水循環系４０が凍結していないときは、異常反応か
ら燃料電池本体１０を守るために空気極１１へ噴射され
る水量は最大量とすることが好ましい。

【００３０】その後、空気供給系３０をオンにする。こ
のときファン３８の風量も最大として燃料電池本体１０
を冷却し、異常反応の防止を図る。引き続いて水素供給
系２０をオンにする。空気極１１と燃料極１５との間に
所望の出力が確認されたら、電力を外部に出力する。

【００３１】上記において、空気供給系３０の稼動は水
循環系４０の稼動前であっても良い。ただし、水素供給
系２０を稼動させる前に水循環系４０を稼動させる必要
がある。空気供給系３０の稼動の有無にかかわらず燃料
電池本体１０には空気が存在しているので、電解質膜１
２が乾燥した状態で水素を供給すると、異常燃焼の発生
する可能性がある。つまり、この異常熱が発生したと
き、燃料電池本体１０がダメージを被らないように、水
素を供給する前に水を噴射して予め空気極１１を濡らし
ておく。こうすることで、異常熱を水の蒸発熱に換え、
更には電解質膜１２の湿潤を促進して、燃料電池本体１
０のダメージを未然に防止する。

【００３２】上記において、外気温度が氷点以下の場合
は、凍結防止のために、始動後においてもヒータ１４１
及び１５１をオン状態に維持しておくことが好ましい。
勿論、水温を適温に保つため、温度計１４３により検出
される水温に基づき、そのオン・オフ若しくは印加され
る電力量を調整する。更には、凝縮機３３からタンク４
２までの配管にもヒータを配設し、その中の水の凍結防
止を図ることが好ましい。このヒータのオン・オフは例
えばヒータ１４１に連動させることができる。

【００３３】図４には、他の実施例の燃料電池装置１０
０を示す。なお、図１と同一の要素には同一の符号を付
してその説明を部分的に省略する。この実施例では、水
循環系４０においてタンク４２とポンプ４６との間に開
閉弁（電磁弁）１４７が設けられている。この開閉弁１
４７は燃料電池装置１００がオンのとき開となり、オフ
のときは凝縮機３３により水が完全に回収されたのち開
閉弁１４８とともに閉となって、水循環系４０中の水を
完全に閉じた状態とする。そして、この開閉弁１４７と
タンク４２との間の水供給管路にヒータ１４５が設けら
れている。図５にはタンク４２、水供給管路４５、ヒー
タ１４５及び開閉弁１４７の詳細を示した。図６の例
は、変形態様のタンク２４２とそれに適用される水供給
管路２４５及びヒータ２４６を示す。図７の例は変形態
様の水供給管路３４５を示す。この水供給管路３４５は
これ自体が発熱体で形成されており、タンク３４２内に
配設される。つまり、この水供給管路３４５の壁部がヒ
ータを兼ねている。この水供給管路３４５をタンク３４
２内に通すことにより、タンク３４２内の氷を同時に解
凍することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明の燃料電池
装置はその水循環系において、水供給管路にヒータが付
設されている。そのため、寒冷地において水循環系内の
水が凍結しても、当該水供給管路内の水を解凍しこの水
を使用することができる。水タンクに比べ水供給管路の
容積は格段に小さいので、水供給管路内の氷を解凍する
のに必要なエネルギーが可及的に小さくなり且つ時間も
大きく短縮される。

【００３５】この発明は、上記発明の実施の形態及び実
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の実施例の燃料電池装置の構成
を示す模式図である。

【図２】図２は同じく燃料電池本体の基本構成を示す断
面図である。

【図３】図３は同じく燃料電池装置の制御系を示す模式
図である。

【図４】図４は他の実施例の燃料電池装置の構成を示す
模式図である。

【図５】図５は水タンクから開閉弁にかけての構成の詳
細図である。

【図６】図６は水タンクから開閉弁にかけての構成の変
形態様を示す。

【図７】図７は水タンクから開閉弁にかけての構成の他
の変形態様を示す。

【符号の説明】

１、１００燃料電池装置１０燃料電池本体２０水素ガス供給系３０空気供給系４０水循環系４１ノズル４２、２４２、３４２水タンク４５２４５３４５水供給管路４６ポンプ１４１、１４５、２４６ヒータ１４３温度計１５１水タンク用ヒータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料電池本体と、該燃料電池本体へ水素ガスを供給する水素ガス供給系
と、前記燃料電池本体へ空気を供給する空気供給系と、前記燃料電池本体の空気室に水を液体の状態で到達せし
め、前記燃料電池本体の排出空気から水を回収する水循
環系であって、水タンク、水を放出する手段、及びこれ
らをつなぐ水供給管路とを有する水循環系と、を備えて
なり、前記水供給管路を加熱するヒータが設けられている、こ
とを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】前記水循環系は前記水タンクと前記水放
出手段との間に水圧送手段を備え、該水圧送手段と前記
水タンクとの間の前記水供給管路に前記ヒータが設けら
れる、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装
置。
【請求項３】前記水タンクと前記水圧送手段との間に
前記水供給管路を開閉する開閉弁が備えられ、前記ヒー
タは前記水タンクと前記開閉弁との間の前記水供給管路
に設けられる、ことを特徴とする請求項２に記載の燃料
電池装置。
【請求項４】前記水タンクに第２のヒータが設けら
れ、該第２のヒータは前記水供給管路が前記水タンク内
で開口する領域を優先的に加熱する、ことを特徴とする
請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池装置。
【請求項５】前記水供給管路内の凍結状態を検出する
凍結状態検出手段が更に備えられ、前記水供給管路内が
凍結状態の場合に前記ヒータを作動させる、ことを特徴
とする請求項１〜４の何れかに記載の燃料電池装置。
【請求項６】燃料電池本体と、該燃料電池本体へ水素ガスを供給する水素ガス供給系
と、前記燃料電池本体へ空気を供給する空気供給系と、前記燃料電池へ水を供給する水供給系であって、水タン
ク、ノズル及びこれらをつなぐ水供給管路とを有する水
供給系と、を備えてなり、前記水供給管路を加熱するヒータが設けられている、こ
とを特徴とする燃料電池装置。
【請求項７】前記ノズルは前記空気供給系内若しくは
前記燃料電池本体へ水を供給する、ことを特徴とする請
求項６に記載の燃料電池装置。
【請求項８】請求項１〜７の何れかに記載の燃料電池
装置を搭載した車両。
【請求項９】燃料電池本体と、該燃料電池本体へ水素ガスを供給する水素ガス供給系
と、前記燃料電池本体へ空気を供給する空気供給系と、前記燃料電池本体の空気室に水を液体の状態で到達せし
め、前記燃料電池本体からの排出空気から水を回収する
水循環系であって、水タンク、水を放出する放出手段、
及びこれらをつなぐ水供給管路とを有する水循環系と、
を備えてなる燃料電池装置を起動する方法であって、前記水供給管路中の水が液体であることを確認し、その
後前記放出手段から水を放出する、ことを特徴とする燃
料電池装置の起動方法。