JP5509726B2

JP5509726B2 - 車両補機電源用燃料電池のパージガス処理システム

Info

Publication number: JP5509726B2
Application number: JP2009192215A
Authority: JP
Inventors: 茂明栗田; 淳森; 怜馬西村
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2029-08-21
Also published as: JP2011044350A

Description

本発明は、車両補機電源用燃料電池のパージガス処理システムに関する。

図４に示すように、燃料電池４０は、燃料電池本体４１のセル内で水素ガスと空気中の酸素とを反応させて発電するものである（特許文献１及び２等参照）。例えば、燃料電池４０は、車両補機（図示例では、ランプ）４２に電力を供給する車両補機電源として使用される。

例えば、水素ガスは水素ボンベ４３に貯留され、水素ボンベ４３に貯留された水素ガスが所定圧力まで減圧された後に燃料電池本体４１のセル内に供給される。一方、空気は、図示しないコンプレッサ等を用いて燃料電池本体４１のセル内に供給される。

上述のような燃料電池４０では、発電性能の低下を抑制するために、定期的に燃料電池本体４１のセル内に滞留した水素ガスをパージする必要がある。このとき、従来の燃料電池４０では、パージした水素ガスを水素ガスパージライン４４を通じて大気中に放出していた。

しかし、水素ガスを大気中に放出すると、放出した水素ガスに引火する危険などがある。そのため、パージした水素ガスを酸化触媒を用いて処理（燃焼）する処理方法や、パージした水素ガスを窒素ガス等の不活性ガスにより処理（希釈化）する処理方法などが行われている。

特開２００３−７７４８４号公報特開２００５−１５８５５４号公報

しかし、酸化触媒を用いる処理方法は酸化触媒が高価であり、不活性ガスによる処理方法は水素ガスを貯留する水素ボンベとは別に不活性ガスを貯留するボンベを用意しなくてはならず、いずれの方法も特別な装置を必要とする。

そこで、本発明の目的は、特別な装置を必要とすることなく、且つパージした水素ガスをそのまま大気中に放出することなく、パージした水素ガスを適切に処理することにある。

上記目的を達成するために、本発明の発明の車両補機電源用燃料電池のパージガス処理システムは、水素ガスを用いて発電する車両補機電源用の燃料電池に、該燃料電池内の水素ガスをパージするときにパージした水素ガスが排出される水素ガスパージラインを設け、該水素ガスパージラインに逆止弁を設けて車両駆動用のエンジンの吸気ラインに接続し、且つ水素ガスをパージする前にエンジンの作動状況を判定し、エンジンが作動中である場合にのみ水素ガスのパージを行うものである。

本発明によれば、特別な装置を必要とすることなく、且つパージした水素ガスをそのまま大気中に放出することなく、パージした水素ガスを適切に処理することができるという優れた効果を奏する。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両補機電源用燃料電池のパージガス処理システムの概略図である。図２は、ガスパージを実行する間隔の一例を示す図である。図３は、ガスパージ時のエンジン始動ロジックを示す図である。図４は、従来の燃料電池の概略図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

本実施形態に係る車両補機電源用燃料電池のパージガス処理システム１０は、図示しない車両（例えば、商業車）に搭載されるものである。

本実施形態では、車両には、車両を駆動する車両駆動用のエンジン（例えば、ディーゼルエンジン）１１と、車両補機（図示例では、ランプ）１２に電力を供給する車両補機電源用の燃料電池１３とが搭載される。

本実施形態に係るエンジン１１には、エンジン１１に吸気を供給する吸気ライン１４と、エンジン１１から排気ガスを排出する排気ライン１５とが設けられる。

本実施形態においては、吸気は、吸気ライン１４に設けられたエアクリーナ１６等を通って、エンジン１１内に導入される。一方、エンジン１１内で発生した排気ガスは、サイレンサ１７等を通って大気中に排出される。

本実施形態に係る燃料電池１３は、水素ガスと空気中の酸素とを反応させて発電するものである。本実施形態に係る燃料電池１３には、少なくとも、燃料電池１３に供給する水素ガスを貯留する水素ボンベ１８が接続される。

本実施形態においては、水素ガスは、図示しない減圧手段（減圧弁等）によって所定圧力まで減圧された後に燃料電池１３のセル内に供給される。一方、空気は、図示しない昇圧手段（コンプレッサ等）を用いて所定圧力まで昇圧された後に燃料電池１３のセル内に供給される。

本実施形態では、発電性能の低下を抑制するために、発電に用いられる水素ガスの流量よりも多量の水素ガスを燃料電池１３のセル内に供給して、燃料電池１３のセル内に滞留した水素ガスをパージするガスパージを定期的に実行するようになっている。

また、本実施形態では、燃料電池１３に、ガスパージ時にパージした水素ガスが排出される水素ガスパージライン１９を設け、水素ガスパージライン１９を、エンジン１１の吸気ライン１４に接続している。さらに、本実施形態では、燃料電池１３の水素ガスパージライン１９とエンジン１１の吸気ライン１４との合流部に所定容積を有する混合部２０を設けている。

上記の水素ガスパージライン１９をエンジン１１の吸気ライン１４に接続することで、パージした水素ガスをエンジン１１の吸気ライン１４へ送り込み、エンジン１１内で燃焼させることが可能となる。

ガスパージを実行する間隔の一例を図２に示す。図２に示すように、通常の発電時には、燃料電池１３の出力に応じた流量（Ｆ１〜Ｆ６）の水素ガスが燃料電池１３のセル内に供給される。発電に用いられる水素ガスの流量（Ｆ１〜Ｆ６）は、燃料電池１３の出力が高くなるほど多くなるように設定される。また、ガスパージ時には、発電に用いられる水素ガスの流量（Ｆ１〜Ｆ６）にそれぞれ所定流量（ΔＬ１〜ΔＬ６）を足した流量の水素ガスが燃料電池１３のセル内に供給される。さらに、ガスパージの実行間隔（Ｔ１〜Ｔ６）は、燃料電池１３の出力が高くなるほど短くなるように設定される。

また、本実施形態では、パージした水素ガスをエンジン１１に吸引させて処理するため、ガスパージを行う際にはエンジン１１の作動状況（作動の有無）を監視しておく。車両の停止中にエンジン１１がアイドリングストップ等されていると、パージした水素ガスをエンジン１１に吸引させることができないからである。具体的には、図３に示すように、ガスパージを行う前にエンジン１１が作動中か否かを判定し（ステップＳ１）、エンジン１１が作動中でない場合は、エンジン１１を始動（ステップＳ２）した後、ガスパージ（ステップＳ３）を行うようにしている。一方、ガスパージを行う前にエンジン１１が作動中か否かを判定し（ステップＳ１）、エンジン１１が作動中である場合は、そのままガスパージ（ステップＳ３）を行うこととしている。

以上要するに、本実施形態によれば、水素ガスを用いて発電する車両補機電源用の燃料電池１３に、燃料電池１３内の水素ガスをパージするときにパージした水素ガスが排出される水素ガスパージライン１９を設け、水素ガスパージライン１９を、車両駆動用のエンジン１１の吸気ライン１４に接続したので、パージした水素ガスを車両駆動用のエンジン１１に吸引させて、エンジン１１内で燃焼させることができ、パージした水素ガスをそのまま大気中に放出することなく適切に処理することが可能となる。

また、本実施形態では、パージした水素ガスを車両駆動用のエンジン１１を用いて処理しているので、パージした水素ガスを処理するための専用の特別な装置を必要としない。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、上記の実施形態ではエンジン１１がディーゼルエンジンであるとしたがこれには限定はされず、エンジン１１がガソリンエンジンであっても良い。

また、水素ガスパージライン１９に、水素ガスパージライン１９を開閉する開閉弁手段（開閉弁等）を設けて、この開閉弁手段によってガスパージ時にのみ水素ガスパージライン１９を開くようにしても良い。さらに、水素ガスパージライン１９に、エンジン１１の吸気が水素ガスパージライン１９側に逆流するのを防止するための逆止弁手段（逆止弁等）を設けても良い。

１０パージガス処理システム
１１エンジン
１３燃料電池
１９水素ガスパージライン

Claims

水素ガスを用いて発電する車両補機電源用の燃料電池に、該燃料電池内の水素ガスをパージするときにパージした水素ガスが排出される水素ガスパージラインを設け、該水素ガスパージラインに逆止弁を設けて車両駆動用のエンジンの吸気ラインに接続し、且つ水素ガスをパージする前にエンジンの作動状況を判定し、エンジンが作動中である場合にのみ水素ガスのパージを行うことを特徴とする車両補機電源用燃料電池のパージガス処理システム。