JP2001345113A - 燃料電池用の供給ガス循環装置 - Google Patents
燃料電池用の供給ガス循環装置Info
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- 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】 水素リーク補償が不要で安価な燃料電池用の
供給ガス循環装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 水素供給源より供給される水素の圧力を
基準圧力に基づいて低下させる圧力制御手段を介して燃
料電池のアノード極側へ水素を供給し、前記燃料電池か
ら排出された排出ガスを前記圧力制御手段と前記燃料電
池のアノード極側入口の間に戻す循環手段を備えてなる
燃料電池用の供給ガス循環装置において、燃料電池１の
カソード極側の下流に設けたガス移動手段（容積型圧縮
機２４）を運転させることにより生じる大気圧未満のガ
スの圧力を、前記基準圧力として取りだし、前記圧力制
御手段（レギュレータ３２）に供給することを特徴とす
る燃料電池用の供給ガス循環装置。
供給ガス循環装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 水素供給源より供給される水素の圧力を
基準圧力に基づいて低下させる圧力制御手段を介して燃
料電池のアノード極側へ水素を供給し、前記燃料電池か
ら排出された排出ガスを前記圧力制御手段と前記燃料電
池のアノード極側入口の間に戻す循環手段を備えてなる
燃料電池用の供給ガス循環装置において、燃料電池１の
カソード極側の下流に設けたガス移動手段（容積型圧縮
機２４）を運転させることにより生じる大気圧未満のガ
スの圧力を、前記基準圧力として取りだし、前記圧力制
御手段（レギュレータ３２）に供給することを特徴とす
る燃料電池用の供給ガス循環装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アノード極側に水
素循環系を持つ燃料電池用の供給ガス循環装置、さらに
詳しくは、アノード極側を負圧で運転する水素循環系を
有する燃料電池用の供給ガス循環装置に関する。
素循環系を持つ燃料電池用の供給ガス循環装置、さらに
詳しくは、アノード極側を負圧で運転する水素循環系を
有する燃料電池用の供給ガス循環装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のアノード極側に水素循環系を有す
る燃料電池用の供給ガス循環装置を備えた燃料電池シス
テムとしては、特開平７−２４０２２０号公報に開示さ
れているような燃料電池システムが知られている。この
システムは、燃料電池のカソード極側にもアノード極側
と同様な供給ガス循環装置を備えており、燃料電池が負
荷静定状態においても所定圧力を確保できると共に、負
荷変動時においても出力が不安定にならないようにした
固体高分子電解質燃料電池システムである。本システム
の供給ガス循環装置は、燃料電池のアノード極側および
カソード極側どちらも負圧で運転することができ、図３
に示すように、固体高分子電解質型燃料電池本体１００
から排出された残存水素、または残存酸素を、それぞれ
循環ポンプまたはコンプレッサ１０１，１０２を利用し
て燃料電池本体１００への水素供給ライン、酸素供給ラ
インに戻し、閉ループを組み循環させるようなシステム
から構成され、前記循環ポンプまたは前記コンプレッサ
１０１，１０２の入口に、圧力調整機構である自立式圧
力制御弁１０３，１０４を設けた燃料電池システムであ
る。
る燃料電池用の供給ガス循環装置を備えた燃料電池シス
テムとしては、特開平７−２４０２２０号公報に開示さ
れているような燃料電池システムが知られている。この
システムは、燃料電池のカソード極側にもアノード極側
と同様な供給ガス循環装置を備えており、燃料電池が負
荷静定状態においても所定圧力を確保できると共に、負
荷変動時においても出力が不安定にならないようにした
固体高分子電解質燃料電池システムである。本システム
の供給ガス循環装置は、燃料電池のアノード極側および
カソード極側どちらも負圧で運転することができ、図３
に示すように、固体高分子電解質型燃料電池本体１００
から排出された残存水素、または残存酸素を、それぞれ
循環ポンプまたはコンプレッサ１０１，１０２を利用し
て燃料電池本体１００への水素供給ライン、酸素供給ラ
インに戻し、閉ループを組み循環させるようなシステム
から構成され、前記循環ポンプまたは前記コンプレッサ
１０１，１０２の入口に、圧力調整機構である自立式圧
力制御弁１０３，１０４を設けた燃料電池システムであ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記燃
料電池システムは、制御が複雑になり、制御するための
計装機器・配管が多くなるので計装費用が高価になると
いう問題があった。一方、図４に示すようなカソード極
側の燃料電池２００の上流にポンプまたはコンプレッサ
２０１を設けて、燃料電池２００を正圧で運転する従来
の燃料電池システムでは、高分子膜の耐圧強度が小さい
ため燃料電池の極間差圧を制御する必要があり、アノー
ド極側にはカソード極側の圧力よりも圧力が少し高くな
るように水素ガスが通流されるが、アノード極側を循環
する水素分子が窒素分子や酸素分子と比較して分子量が
小さいため拡散速度が非常に大きく、分子径も小さいた
め隙間からリークしやすいという問題があった。しか
も、通常、アノード極側では、水素リーク補償を行わな
ければならないため、部品のコスト、品質管理のコスト
など費用が増大すると共に、例えば車両に前記燃料電池
システムを搭載した場合には、燃料である水素がリーク
することにより走行距離が短縮するという問題があっ
た。
料電池システムは、制御が複雑になり、制御するための
計装機器・配管が多くなるので計装費用が高価になると
いう問題があった。一方、図４に示すようなカソード極
側の燃料電池２００の上流にポンプまたはコンプレッサ
２０１を設けて、燃料電池２００を正圧で運転する従来
の燃料電池システムでは、高分子膜の耐圧強度が小さい
ため燃料電池の極間差圧を制御する必要があり、アノー
ド極側にはカソード極側の圧力よりも圧力が少し高くな
るように水素ガスが通流されるが、アノード極側を循環
する水素分子が窒素分子や酸素分子と比較して分子量が
小さいため拡散速度が非常に大きく、分子径も小さいた
め隙間からリークしやすいという問題があった。しか
も、通常、アノード極側では、水素リーク補償を行わな
ければならないため、部品のコスト、品質管理のコスト
など費用が増大すると共に、例えば車両に前記燃料電池
システムを搭載した場合には、燃料である水素がリーク
することにより走行距離が短縮するという問題があっ
た。
【０００４】本発明は前記課題を解決するためになされ
たものであって、水素リーク補償が不要で安価な燃料電
池用の供給ガス循環装置を提供することを目的とする。
たものであって、水素リーク補償が不要で安価な燃料電
池用の供給ガス循環装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
になされた本発明に係る燃料電池用の供給ガス循環装置
は、水素供給源より供給される水素の圧力を基準圧力に
基づいて低下させる圧力制御手段を介して燃料電池のア
ノード極側へ水素を供給し、前記燃料電池から排出され
た排出ガスを前記圧力制御手段と前記燃料電池のアノー
ド極側入口の間に戻す循環手段を備えてなる燃料電池用
の供給ガス循環装置において、燃料電池のカソード極側
の下流に設けたガス移動手段を運転させることにより生
じる大気圧未満のガスの圧力を、前記基準圧力として取
りだし、前記圧力供給手段に供給することを特徴とする
ものである。
になされた本発明に係る燃料電池用の供給ガス循環装置
は、水素供給源より供給される水素の圧力を基準圧力に
基づいて低下させる圧力制御手段を介して燃料電池のア
ノード極側へ水素を供給し、前記燃料電池から排出され
た排出ガスを前記圧力制御手段と前記燃料電池のアノー
ド極側入口の間に戻す循環手段を備えてなる燃料電池用
の供給ガス循環装置において、燃料電池のカソード極側
の下流に設けたガス移動手段を運転させることにより生
じる大気圧未満のガスの圧力を、前記基準圧力として取
りだし、前記圧力供給手段に供給することを特徴とする
ものである。
【０００６】このように、水素供給源より供給される水
素の圧力を基準圧力に基づいて低下させる圧力制御手段
を介して燃料電池のアノード極側へ水素を供給し、前記
燃料電池から排出された排出ガスを前記圧力制御手段と
前記燃料電池のアノード極側入口の間に戻す循環手段を
備えてなる燃料電池用の供給ガス循環装置において、燃
料電池のカソード極側の下流に設けたガス移動手段を運
転させることにより生じる大気圧未満のガスの圧力を、
前記基準圧力として取りだし、前記圧力供給手段に供給
することにより以下の作用・効果を奏する。１．アノー
ド極側の圧力を、カソード極側の燃料電池の下流に設け
たガス移動手段にて生じる大気圧未満のガスを圧力制御
手段の基準圧力として利用することにより、負圧を基準
にして圧力制御手段の入口・出口間の差圧を調整できる
ので、圧力制御手段を出たガスは減圧度が高くなる。そ
の結果、圧力制御手段の出口圧力すなわち循環手段の入
口圧力は、より大気圧に近くなり、循環手段でアノード
ガスを循環させることによりさらに減圧されるので、ア
ノードガス循環ラインが常に大気圧未満に保たれるよう
になる。その結果、水素の大気中への漏れを防ぐことが
できる。従って、水素リーク補償をする必要がなくな
る。２．また、燃料電池の極間差圧の圧力制御性は、ア
ノード極側およびカソード極側を別々に圧力制御してい
たときと比較して、カソード極側の圧力を基準にしてア
ノード極側の圧力制御を行えるので外乱の影響が少なく
なり向上する。
素の圧力を基準圧力に基づいて低下させる圧力制御手段
を介して燃料電池のアノード極側へ水素を供給し、前記
燃料電池から排出された排出ガスを前記圧力制御手段と
前記燃料電池のアノード極側入口の間に戻す循環手段を
備えてなる燃料電池用の供給ガス循環装置において、燃
料電池のカソード極側の下流に設けたガス移動手段を運
転させることにより生じる大気圧未満のガスの圧力を、
前記基準圧力として取りだし、前記圧力供給手段に供給
することにより以下の作用・効果を奏する。１．アノー
ド極側の圧力を、カソード極側の燃料電池の下流に設け
たガス移動手段にて生じる大気圧未満のガスを圧力制御
手段の基準圧力として利用することにより、負圧を基準
にして圧力制御手段の入口・出口間の差圧を調整できる
ので、圧力制御手段を出たガスは減圧度が高くなる。そ
の結果、圧力制御手段の出口圧力すなわち循環手段の入
口圧力は、より大気圧に近くなり、循環手段でアノード
ガスを循環させることによりさらに減圧されるので、ア
ノードガス循環ラインが常に大気圧未満に保たれるよう
になる。その結果、水素の大気中への漏れを防ぐことが
できる。従って、水素リーク補償をする必要がなくな
る。２．また、燃料電池の極間差圧の圧力制御性は、ア
ノード極側およびカソード極側を別々に圧力制御してい
たときと比較して、カソード極側の圧力を基準にしてア
ノード極側の圧力制御を行えるので外乱の影響が少なく
なり向上する。
【０００７】
【発明の実施の形態】車両に搭載される本発明に係る燃
料電池用の供給ガス循環装置の実施の形態について図面
を参照して説明する。図１は、本発明に係る燃料電池用
の供給ガス循環装置及び燃料電池システムを示す全体ブ
ロック図、図２（ａ）は、本発明に係る燃料電池用の供
給ガス循環装置の圧力制御手段を説明するための図、図
２（ｂ）は、本発明に係る燃料電池用の供給ガス循環装
置の循環手段の縦断面図である。最初に、図１を参照し
て、本発明に係る燃料電池用の供給ガス循環装置につい
て第１実施の形態を説明する。本発明に係る第１実施の
形態である燃料電池用の供給ガス循環装置は、圧力制御
手段であるレギュレータ３２を介して燃料電池１のアノ
ード極１ｅへ水素を供給する水素供給源である水素ガス
ボンベ３１と、前記燃料電池１のアノード極１ｅから排
出された水素を前記レギュレータ３２と前記燃料電池１
のアノード極側１ｅの入口の間に循環する循環手段であ
るエジェクタ３３と、カソード側の燃料電池１の下流に
設けたガス移動手段である容積型圧縮機２４にて生じる
大気圧未満のガスを、基準圧力として前記圧力制御手段
３２へ送るための導圧配管３２ｈと、から主要部が構成
される。
料電池用の供給ガス循環装置の実施の形態について図面
を参照して説明する。図１は、本発明に係る燃料電池用
の供給ガス循環装置及び燃料電池システムを示す全体ブ
ロック図、図２（ａ）は、本発明に係る燃料電池用の供
給ガス循環装置の圧力制御手段を説明するための図、図
２（ｂ）は、本発明に係る燃料電池用の供給ガス循環装
置の循環手段の縦断面図である。最初に、図１を参照し
て、本発明に係る燃料電池用の供給ガス循環装置につい
て第１実施の形態を説明する。本発明に係る第１実施の
形態である燃料電池用の供給ガス循環装置は、圧力制御
手段であるレギュレータ３２を介して燃料電池１のアノ
ード極１ｅへ水素を供給する水素供給源である水素ガス
ボンベ３１と、前記燃料電池１のアノード極１ｅから排
出された水素を前記レギュレータ３２と前記燃料電池１
のアノード極側１ｅの入口の間に循環する循環手段であ
るエジェクタ３３と、カソード側の燃料電池１の下流に
設けたガス移動手段である容積型圧縮機２４にて生じる
大気圧未満のガスを、基準圧力として前記圧力制御手段
３２へ送るための導圧配管３２ｈと、から主要部が構成
される。
【０００８】水素供給源は、燃料電池１のアノード極側
１ｅへ水素を供給する１２ＭＰａＧ詰めの水素ガスボン
ベ３１である。水素供給源としては水素ガスボンベ３１
以外にもカードル、水素吸蔵合金、原燃料を燃料改質器
で改質して生成した水素等が使用できる。すなわち、水
素供給源としては圧力制御手段を介して燃料電池１のア
ノード極側１ｅに水素を供給できる元圧力を有するもの
であればよい。
１ｅへ水素を供給する１２ＭＰａＧ詰めの水素ガスボン
ベ３１である。水素供給源としては水素ガスボンベ３１
以外にもカードル、水素吸蔵合金、原燃料を燃料改質器
で改質して生成した水素等が使用できる。すなわち、水
素供給源としては圧力制御手段を介して燃料電池１のア
ノード極側１ｅに水素を供給できる元圧力を有するもの
であればよい。
【０００９】圧力制御手段は、レギュレータ３２であ
り、例えば図２（ａ）に示すような減圧弁である。レギ
ュレータ３２の構造は、ケーシングＣＧ、圧力調整ねじ
３２ａ、ばね３２ｂ、真空室３２ｃ、ダイアフラム３２
ｄ、弁体３２ｅ等を備えて構成される。これらから構成
されるレギュレータ３２の作用について説明する。 （１）予め、外部からレギュレータ３２の出口圧力を調
整する圧力調整ねじ３２ａのピッチでばね３２ｂの弾性
反力を調整し、ばね３２ｂの下端に溶接付けされたダイ
アフラム３２ｄの位置を所望の位置に調整する。これに
より弁体３２ｅ周りのガス流路面積が決まる。 （２）レギュレータ３２の入口３２ｆに高圧で貯蔵され
た水素ガスボンベ３１から水素を導入すると、水素は弁
体３２ｅの両側の狭い流路を通過して出口３２ｇに行く
までに所定の圧力まで減圧される。 （３）減圧された水素は、レギュレータ３２の出口３２
ｇから排出される。ここで真空室３２ｃ内の圧力を、ガ
ス移動手段である容積型圧縮機２４にて生じる大気圧未
満のガスと導圧配管３２ｈで繋いで大気圧から負圧にす
ると、ダイアフラムが上側に変位するので、ダイアフラ
ム３２ｄに一端を固定された弁体も上昇し、弁体３２ｅ
周りの水素の流路がさらに狭められるので減圧度が大き
くなる。その結果、レギュレータ３２の出口３２ｇの圧
力が大気圧に近くなるので後段の循環手段によりアノー
ドガス循環ラインを容易に大気圧以下の負圧にすること
が可能となる。
り、例えば図２（ａ）に示すような減圧弁である。レギ
ュレータ３２の構造は、ケーシングＣＧ、圧力調整ねじ
３２ａ、ばね３２ｂ、真空室３２ｃ、ダイアフラム３２
ｄ、弁体３２ｅ等を備えて構成される。これらから構成
されるレギュレータ３２の作用について説明する。 （１）予め、外部からレギュレータ３２の出口圧力を調
整する圧力調整ねじ３２ａのピッチでばね３２ｂの弾性
反力を調整し、ばね３２ｂの下端に溶接付けされたダイ
アフラム３２ｄの位置を所望の位置に調整する。これに
より弁体３２ｅ周りのガス流路面積が決まる。 （２）レギュレータ３２の入口３２ｆに高圧で貯蔵され
た水素ガスボンベ３１から水素を導入すると、水素は弁
体３２ｅの両側の狭い流路を通過して出口３２ｇに行く
までに所定の圧力まで減圧される。 （３）減圧された水素は、レギュレータ３２の出口３２
ｇから排出される。ここで真空室３２ｃ内の圧力を、ガ
ス移動手段である容積型圧縮機２４にて生じる大気圧未
満のガスと導圧配管３２ｈで繋いで大気圧から負圧にす
ると、ダイアフラムが上側に変位するので、ダイアフラ
ム３２ｄに一端を固定された弁体も上昇し、弁体３２ｅ
周りの水素の流路がさらに狭められるので減圧度が大き
くなる。その結果、レギュレータ３２の出口３２ｇの圧
力が大気圧に近くなるので後段の循環手段によりアノー
ドガス循環ラインを容易に大気圧以下の負圧にすること
が可能となる。
【００１０】循環手段は、エジェクタ３３であり、1種
の真空ポンプである。図２（ｂ）に示すようにノズル３
３ａ、ディフューザ３３ｂ、吸引室３３ｃの３部分から
構成される。構造が簡単で、操作・保守が容易であり、
回転・摺動等可動部分がないので耐久力が大きい。ま
た、吸引ガスの性質によって自由に耐食性材料が選べ
る。次に、エジェクタ３３の作用について述べる。最初
にノズル３３ａに大気圧近くまで減圧された水素ガスが
エジェクタ３３に導入されると、圧力エネルギーが速度
エネルギーに変換され高速度でノズル３３ａから噴射さ
れる。ノズル３３ａから高速度で噴射した流体のエネル
ギーはディフューザ３３ｂで圧力を回復しながら吸引室
に燃料電池１から排出される水素を吸引する。吸引され
た排出水素は再び燃料電池１のアノード極側１ｅへ循環
される。尚、循環手段は、エジェクタ３３の替わりに水
素を吸引して吐出できる真空ポンプであればよい。この
場合、燃料電池１のアノード極側１ｅの排出ガスは、真
空ポンプの吸引側の配管に戻される。
の真空ポンプである。図２（ｂ）に示すようにノズル３
３ａ、ディフューザ３３ｂ、吸引室３３ｃの３部分から
構成される。構造が簡単で、操作・保守が容易であり、
回転・摺動等可動部分がないので耐久力が大きい。ま
た、吸引ガスの性質によって自由に耐食性材料が選べ
る。次に、エジェクタ３３の作用について述べる。最初
にノズル３３ａに大気圧近くまで減圧された水素ガスが
エジェクタ３３に導入されると、圧力エネルギーが速度
エネルギーに変換され高速度でノズル３３ａから噴射さ
れる。ノズル３３ａから高速度で噴射した流体のエネル
ギーはディフューザ３３ｂで圧力を回復しながら吸引室
に燃料電池１から排出される水素を吸引する。吸引され
た排出水素は再び燃料電池１のアノード極側１ｅへ循環
される。尚、循環手段は、エジェクタ３３の替わりに水
素を吸引して吐出できる真空ポンプであればよい。この
場合、燃料電池１のアノード極側１ｅの排出ガスは、真
空ポンプの吸引側の配管に戻される。
【００１１】導圧配管３２ｈは、カソード極側の燃料電
池１の下流に設けたガス移動手段にて生じる大気圧未満
の圧力を、前記レギュレータ３２の基準圧力とするため
に、ガス移動手段の上流の配管から前記レギュレータ３
２へ伝えるための配管である。尚、ガス移動手段の上流
の配管からの導圧配管３２ｈの取り出し位置は、燃料電
池１の上流（図１のＣＡＳＥ２）、下流（図１のＣＡＳ
Ｅ１）どちらでもよい。このようにレギュレータ３２の
基準圧力として大気圧未満のガス圧力を利用することに
より、レギュレータ３２の減圧度をさらに上げることが
できる。
池１の下流に設けたガス移動手段にて生じる大気圧未満
の圧力を、前記レギュレータ３２の基準圧力とするため
に、ガス移動手段の上流の配管から前記レギュレータ３
２へ伝えるための配管である。尚、ガス移動手段の上流
の配管からの導圧配管３２ｈの取り出し位置は、燃料電
池１の上流（図１のＣＡＳＥ２）、下流（図１のＣＡＳ
Ｅ１）どちらでもよい。このようにレギュレータ３２の
基準圧力として大気圧未満のガス圧力を利用することに
より、レギュレータ３２の減圧度をさらに上げることが
できる。
【００１２】ガス移動手段は、リショルム型の容積型圧
縮機２４であり、図１に示す実施の形態ではスクリュウ
型コンプレッサを使用している。スクリュウ型コンプレ
ッサは、特殊な歯型を持つ１対の雌雄ロータを噛み合い
回転させ、噛み合い中に形成される歯型空間容積を連続
的に減少させることにより、閉じこんだガスや空気を圧
縮し圧力を上昇させる回転型コンプレッサである。無給
油式スクリュウ型コンプレッサのため、雌雄ロータが一
定の微小隙間を同期歯車によって保ちながら非接触で高
速回転し空気を圧縮するもので、完全にオイルフリーな
空気を供給できる。尚、リショルム型の容積型圧縮機２
４にはヘリカルルーツ型の圧縮機もあり、どちらもガス
移動手段として使用できる。
縮機２４であり、図１に示す実施の形態ではスクリュウ
型コンプレッサを使用している。スクリュウ型コンプレ
ッサは、特殊な歯型を持つ１対の雌雄ロータを噛み合い
回転させ、噛み合い中に形成される歯型空間容積を連続
的に減少させることにより、閉じこんだガスや空気を圧
縮し圧力を上昇させる回転型コンプレッサである。無給
油式スクリュウ型コンプレッサのため、雌雄ロータが一
定の微小隙間を同期歯車によって保ちながら非接触で高
速回転し空気を圧縮するもので、完全にオイルフリーな
空気を供給できる。尚、リショルム型の容積型圧縮機２
４にはヘリカルルーツ型の圧縮機もあり、どちらもガス
移動手段として使用できる。
【００１３】このように構成される本発明に係る燃料電
池用の供給ガス循環装置の作用について説明する。 （１）水素供給源である１２ＭＰａＧ詰めの水素ガスボ
ンベ３１から圧力制御手段であるレギュレータ３２の入
口３２ｆに水素ガスが供給される。 （２）レギュレータ３２に導入された水素ガスは、レギ
ュレータ３２の基準圧力をカソード側の燃料電池１の下
流に設けた容積型圧縮機２４にて生じる大気圧未満のガ
スを基準圧力として利用するので大気圧近くまで減圧さ
れる。 （３）レギュレータ３２を出た水素ガスは、循環手段で
あるエジェクタ３３に導入される。大気圧近くまで減圧
された水素ガスをノズル３３ａから噴射すると、ノズル
３３ａの先端で圧力エネルギーが速度エネルギーに変換
されてさらに負圧・高速の水素ガスとなり燃料電池１の
アノード極１ｅへと供給される。 （４）燃料電池１のアノード極側１ｅへと供給された供
給水素は、容積型圧縮機２４によりカソード極側に供給
される供給空気中の酸素と反応して発電を行う。 （５）燃料電池１で空気中の酸素と反応しなかった残水
素ガスは、燃料電池１のアノード極１ｅの排出水素とな
り、前記エジェクタ３３の吸引室３３ｃに吸い込まれ、
ディフューザ３３ｂのスロート部へ行く間にノズル３３
ａから供給される水素ガスと混合される。混合されたガ
スは、ディフューザ３３ｂ内で再び速度を減じつつ、圧
力を回復してエジェクタ３３の吐出口へと送り出され
る。 （６）エジェクタ３３から送り出された水素ガスは再び
燃料電池１のアノード極側１ｅへと導入される。 このように燃料電池のアノード極側を常に負圧に保持し
て循環運転することにより、水素の大気への漏れを防ぐ
ことができる。従って、水素リーク補償をする必要がな
くなる。
池用の供給ガス循環装置の作用について説明する。 （１）水素供給源である１２ＭＰａＧ詰めの水素ガスボ
ンベ３１から圧力制御手段であるレギュレータ３２の入
口３２ｆに水素ガスが供給される。 （２）レギュレータ３２に導入された水素ガスは、レギ
ュレータ３２の基準圧力をカソード側の燃料電池１の下
流に設けた容積型圧縮機２４にて生じる大気圧未満のガ
スを基準圧力として利用するので大気圧近くまで減圧さ
れる。 （３）レギュレータ３２を出た水素ガスは、循環手段で
あるエジェクタ３３に導入される。大気圧近くまで減圧
された水素ガスをノズル３３ａから噴射すると、ノズル
３３ａの先端で圧力エネルギーが速度エネルギーに変換
されてさらに負圧・高速の水素ガスとなり燃料電池１の
アノード極１ｅへと供給される。 （４）燃料電池１のアノード極側１ｅへと供給された供
給水素は、容積型圧縮機２４によりカソード極側に供給
される供給空気中の酸素と反応して発電を行う。 （５）燃料電池１で空気中の酸素と反応しなかった残水
素ガスは、燃料電池１のアノード極１ｅの排出水素とな
り、前記エジェクタ３３の吸引室３３ｃに吸い込まれ、
ディフューザ３３ｂのスロート部へ行く間にノズル３３
ａから供給される水素ガスと混合される。混合されたガ
スは、ディフューザ３３ｂ内で再び速度を減じつつ、圧
力を回復してエジェクタ３３の吐出口へと送り出され
る。 （６）エジェクタ３３から送り出された水素ガスは再び
燃料電池１のアノード極側１ｅへと導入される。 このように燃料電池のアノード極側を常に負圧に保持し
て循環運転することにより、水素の大気への漏れを防ぐ
ことができる。従って、水素リーク補償をする必要がな
くなる。
【００１４】本発明は、以上説明した実施の形態に限定
されるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない
範囲で適宜変更して実施可能である。例えば、本発明の
燃料電池用の供給ガス循環装置は、燃料電池のアノード
極側だけではなく燃料電池のカソード極側にも適用でき
る。このとき、アノード極側の大気圧未満のガスの圧力
を基準圧力としてカソード極側の圧力制御手段を制御
し、燃料電池の極間差圧を制御するようにしてもよい。
されるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない
範囲で適宜変更して実施可能である。例えば、本発明の
燃料電池用の供給ガス循環装置は、燃料電池のアノード
極側だけではなく燃料電池のカソード極側にも適用でき
る。このとき、アノード極側の大気圧未満のガスの圧力
を基準圧力としてカソード極側の圧力制御手段を制御
し、燃料電池の極間差圧を制御するようにしてもよい。
【００１５】
【発明の効果】以上説明した構成と作用から明らかなよ
うに、本発明の燃料電池用の供給ガス循環装置によれ
ば、 １．アノード極側の圧力を、燃料電池のカソード極側の
下流に設けたガス移動手段にて生じる大気圧未満のガス
を圧力制御手段の基準圧力とすることにより、圧力制御
手段の入口・出口圧力をさらに圧力損失を大きくして負
圧に減圧できるので、アノードガス循環ラインが常に大
気圧未満に保たれる。その結果、水素の大気中への漏れ
を防ぐことができる。従って、水素リーク補償をする必
要がなくなる。その結果、水素リーク補償を行うための
部品のコスト、品質管理のコストなどの費用が不要とな
り省コスト化が図れる。また、車両に前記燃料電池シス
テムを搭載した場合には、燃料である水素がリークする
ことがなくなるので、走行距離が短縮することがない。 ２．また、アノード極側およびカソード極側を別々に圧
力制御していたときと比較して、カソード極側の圧力を
基準にしてアノード極側の圧力制御を行うため外乱の影
響が少なくなるので、燃料電池の極間差圧の圧力制御性
は向上する。 さらに従来の燃料電池システムと比較して、制御するた
めの機器・配管が少なくなるので計装費用が安価とな
る。
うに、本発明の燃料電池用の供給ガス循環装置によれ
ば、 １．アノード極側の圧力を、燃料電池のカソード極側の
下流に設けたガス移動手段にて生じる大気圧未満のガス
を圧力制御手段の基準圧力とすることにより、圧力制御
手段の入口・出口圧力をさらに圧力損失を大きくして負
圧に減圧できるので、アノードガス循環ラインが常に大
気圧未満に保たれる。その結果、水素の大気中への漏れ
を防ぐことができる。従って、水素リーク補償をする必
要がなくなる。その結果、水素リーク補償を行うための
部品のコスト、品質管理のコストなどの費用が不要とな
り省コスト化が図れる。また、車両に前記燃料電池シス
テムを搭載した場合には、燃料である水素がリークする
ことがなくなるので、走行距離が短縮することがない。 ２．また、アノード極側およびカソード極側を別々に圧
力制御していたときと比較して、カソード極側の圧力を
基準にしてアノード極側の圧力制御を行うため外乱の影
響が少なくなるので、燃料電池の極間差圧の圧力制御性
は向上する。 さらに従来の燃料電池システムと比較して、制御するた
めの機器・配管が少なくなるので計装費用が安価とな
る。
【図１】本発明に係る燃料電池用の供給ガス循環装置及
び燃料電池システムを示す全体ブロック図である。
び燃料電池システムを示す全体ブロック図である。
【図２】（ａ）本発明に係る燃料電池用の供給ガス循環
装置の圧力制御手段を説明するための図である。 （ｂ）本発明に係る燃料電池用の供給ガス循環装置の循
環手段の縦断面図である。
装置の圧力制御手段を説明するための図である。 （ｂ）本発明に係る燃料電池用の供給ガス循環装置の循
環手段の縦断面図である。
【図３】従来の燃料電池用の供給ガス循環装置及び燃料
電池システムを示す全体ブロック図である。
電池システムを示す全体ブロック図である。
【図４】図３とは異なる従来の燃料電池用の供給ガス循
環装置及び燃料電池システムを示す全体ブロック図であ
る。
環装置及び燃料電池システムを示す全体ブロック図であ
る。
１ 燃料電池 １ｅ アノード極側 ２４ 容積型圧縮機（ガス移動
手段） ３１ 水素ガスボンベ（水素供
給源） ３２ レギュレータ（圧力制御
手段） ３２ｈ 導圧配管 ３３ エジェクタ（循環手段）
手段） ３１ 水素ガスボンベ（水素供
給源） ３２ レギュレータ（圧力制御
手段） ３２ｈ 導圧配管 ３３ エジェクタ（循環手段）
Claims (1)
- 【請求項１】 水素供給源より供給される水素の圧力を
基準圧力に基づいて低下させる圧力制御手段を介して燃
料電池のアノード極側へ水素を供給し、前記燃料電池か
ら排出された排出ガスを前記圧力制御手段と前記燃料電
池のアノード極側入口の間に戻す循環手段を備えてなる
燃料電池用の供給ガス循環装置において、燃料電池のカ
ソード極側の下流に設けたガス移動手段を運転させるこ
とにより生じる大気圧未満のガスの圧力を、前記基準圧
力として取りだし、前記圧力供給手段に供給することを
特徴とする燃料電池用の供給ガス循環装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000161670A JP2001345113A (ja) | 2000-05-31 | 2000-05-31 | 燃料電池用の供給ガス循環装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000161670A JP2001345113A (ja) | 2000-05-31 | 2000-05-31 | 燃料電池用の供給ガス循環装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001345113A true JP2001345113A (ja) | 2001-12-14 |
Family
ID=18665664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000161670A Pending JP2001345113A (ja) | 2000-05-31 | 2000-05-31 | 燃料電池用の供給ガス循環装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001345113A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2000
- 2000-05-31 JP JP2000161670A patent/JP2001345113A/ja active Pending
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