JP2002134138A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動ファン等による水素の換気が不要で、か
つ、液絡防止が容易な燃料電池システムを提供するこ
と。 【解決手段】 水素を含有する燃料ガスと酸化ガスとを
燃料電池に供給して反応させ発電を行う燃料電池システ
ムであって、前記燃料電池２を格納するスタックケース
３と、前記スタックケース３内に冷却液を充満したとき
に、前記冷却液内に漏れ出てくる気体を集めて排出する
ための気体排出用配管４と、前記気体排出用配管４の上
端部に接続され、その中で気液分離した前記気体を触媒
燃焼する触媒燃焼器５と、前記触媒燃器５に接続され、
前記触媒燃焼器５で生成した液体及び冷却液を前記スタ
ックケース３に戻すための液戻り配管６とを備えたこと
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両に搭載する燃
料電池システムに関し、さらに詳しくは、燃料電池から
漏洩する気体を処理する漏洩ガス処理システムを備えた
燃料電池システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池システムは、水素を含有する燃
料ガスを燃料電池のアノード極（水素極）に供給すると
ともに、酸素を含有する酸化剤ガスを燃料電池のカソー
ド極（酸素極）に供給して発電を行う燃料電池を中核と
した発電システムである。この燃料電池システムは、化
学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するものであ
り、高い発電効率を有することや有害物質の排出量が極
めて少ないこと等から最近注目されている。

【０００３】従来の車両に搭載される燃料電池システム
ＦＣＳとしては、図６に示すように、予め改質器１０２
の改質性能と燃料電池１００のアノード極（水素極）に
導入される水素リッチな燃料ガス中の湿度が、所望の値
となるように調製された液体原燃料である水とメタノー
ルとの混合液（例えばモル比で水：メタノール＝１．
５：１）を蒸発器１０１で蒸発させ、改質器１０２で改
質された高温の改質ガスを水冷式熱交換器１０３で所望
の温度まで冷却したのち、後段のＮｏ.１ＣＯ除去器１
０４，Ｎｏ.２ＣＯ除去器１０５に導入し、空気圧縮機
１０６から供給される空気中の酸素と反応させて一酸化
炭素を選択酸化する改質システムを具備した燃料電池シ
ステムが知られている。この燃料電池１００では、アノ
ード極（水素極）に供給された燃料ガス中の水素が、空
気圧縮機１０６から燃料電池１００のカソード極（酸素
極）に供給された空気中の酸素と反応して発電を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術では、 （１）燃料電池に通流される反応気体のうち、特に水素
は分子量が小さいため燃料電池構造体の隙間から漏洩す
ることがあり、燃料電池周辺では水素を所定濃度に低減
するためにどうしても換気が必要となっていた。しかも
燃料電池周辺の換気を充分に行うためには電動ファン等
による必要があり、長時間の換気が必要であった。ま
た、換気により水素を確実に所定濃度に低減したことを
確認するためには高価な水素センサが必要であった。 (２)さらに、電極を露出させた形態の燃料電池を搭載す
る場合、換気空気中の水分、油分、ダスト、イオン等の
付着により電気絶縁性が低下することがあり、充分な換
気と液絡防止とを両立させるのは困難であった。 尚、ここでいう「液絡」とは、特に高分子膜を利用した
低温型燃料電池の場合、燃料電池で水素と酸素が反応し
て生成した水がオフガスと一緒に蒸気と水が混じった状
態で燃料電池から排出されるため、この水を通じて燃料
電池を支えている構造体と地絡を起こす場合がある。こ
の地絡を「液絡」という。

【０００５】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、電動ファン等による水素の換気が不
要で、かつ、液絡防止が容易な燃料電池システムを提供
することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の請求項１に係る燃料電池システムの発明は、水素を含
有する燃料ガスと酸化剤ガスとを燃料電池に供給して反
応させ発電を行う燃料電池システムであって、前記燃料
電池を格納するスタックケースと、前記スタックケース
内に冷却液を充満したときに、前記冷却液内に漏れ出て
くる気体を集めて排出するための気体排出用配管と、前
記気体排出用配管の上端部に接続された気液分離器と、
前記気液分離器で気体を分離された冷却液を前記スタッ
クケースに戻すための液戻り配管とを備えたことを特徴
とするものである。

【０００７】請求項１の発明によると、燃料電池を格納
するスタックケースの中に冷却液を充満して、燃料電池
から漏れ出てくる水素等の漏洩気体を気体排出用配管内
に集めて一括処理するので、従来のような電動ファン等
による換気が不要となる。

【０００８】請求項２に係る燃料電池システムの発明
は、前記気液分離器の後段に触媒燃焼器を設けたことを
特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムである。

【０００９】請求項２の発明によると、気液分離器の後
段に触媒燃焼器を設けたことにより、気液分離器で分離
された可燃性の気体を好適に処理でき、人体に無害の状
態にして大気に放出したり、燃焼により生成した水をス
タックケース内を満たす液体として利用できる。

【００１０】請求項３に係る燃料電池システムの発明
は、水素を含有する燃料ガスと酸化剤ガスとを燃料電池
に供給して反応させ発電を行う燃料電池システムであっ
て、前記燃料電池のセパレータが、ガス通路からの漏洩
ガスが冷却液通路を横切る冷却液通路構造を備えたこと
を特徴とするものである。

【００１１】請求項３の発明によると、燃料電池のセパ
レータが、ガス通路からの漏洩ガスが冷却液通路を横切
る冷却液通路構造を備えたことにより、ガス通路からの
漏洩ガスが確実に冷却液側に捕捉される。従って、請求
項１及び請求項２の発明で使用されるスタックケースが
不要となり、燃料電池システム全体がコンパクトにな
る。

【００１２】請求項４に係る燃料電池システムの発明
は、水素を含有する燃料ガスと酸化剤ガスとを燃料電池
に供給して反応させ発電を行う燃料電池システムであっ
て、燃料電池のセパレータが、ガス通路からの漏洩ガス
が冷却液通路を横切る冷却液通路構造を備え、かつ、燃
料電池スタックのケースと前記燃料電池のセパレータと
の間の隙間を冷却液通路として使用することを特徴とす
るものである。

【００１３】請求項４の発明によると、ガス通路からの
漏洩ガスを確実に冷却液側に捕捉することができるのに
加え、燃料電池スタックのケースと燃料電池のセパレー
タとの間の隙間を冷却液通路として使用することによ
り、冷却液通路の開口面積を大きくすることができるの
で冷却液の流速を大きくすることができる。その結果、
同一の冷却液量に対する燃料電池の冷却効果が大きくな
る。従って、ケースの大きさを従来の大きさよりも小さ
くできる。その結果、燃料電池システム全体がコンパク
トになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係る車両に搭載される燃
料電池システム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システムの第一実
施形態で使用される漏洩ガス処理システムを示す構成
図、図２は本発明に係る燃料電池システムの第一実施形
態で使用される漏洩ガス処理システムを車両に搭載した
ときの構成図、図３は本発明に係る燃料電池システムの
第一実施形態で使用される漏洩ガス処理システムの１応
用例を示す構成図である。また、図４は本発明に係る燃
料電池システムの第二実施形態で使用される燃料電池の
セパレータにおけるガスの流れ及び冷却液の流れを説明
するための図、図５は本発明に係る燃料電池システムの
第三実施形態で使用されるケースと燃料電池のセパレー
タにおけるガスの流れ及び冷却液の流れを説明するため
の図である。

【００１５】本発明に係る第一実施形態の燃料電池シス
テムは、図１に示すように、燃料電池２を格納するスタ
ックケース３と、前記スタックケース３内に冷却液を充
満したときに、前記冷却液内に漏れ出てくる気体を集め
て排出するための気体排出用配管４と、前記気体排出用
配管４の上端部に接続され、その中で気液分離した前記
気体を触媒燃焼してベント管５ａから外部へ排出する触
媒燃焼器５と、前記触媒燃焼器５に接続され、前記触媒
燃焼器５で生成した液体及び冷却液を前記スタックケー
ス３内に戻すための液戻り配管６と、から主要部が構成
される漏洩ガス処理システム１を備えた燃料電池システ
ムである。

【００１６】スタックケース３は、燃料電池２を格納す
るための密閉容器である。燃料電池２に水素含有ガス及
び酸素含有ガスをそれぞれ供給・排出する配管２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄは、スタックケース３の壁を貫通してお
り、燃料電池２をスタックケース３内で支持できるよう
にスタックケース３の壁に固設されている。スタックケ
ース３内に冷却液を充満させたときに、燃料電池２から
冷却液側に漏れ出てきた気体は、気体と液体との比重差
により冷却液中を気泡となって上昇し、スタックケース
３の上部に集まる。尚、スタックケース３内に充満させ
る冷却液としては冬場に凍結しない絶縁性の高い液体、
例えばエチレングリコールと水の混合液を使用するのが
望ましい。絶縁性の高い冷却液を使用することで液絡防
止効果が向上する。

【００１７】気体排出用配管４は、スタックケース３の
最上部に設けられ、燃料電池２から冷却液内に漏れ出て
くる気体を集めて触媒燃焼器５側に排出するためのもの
であり、気体排出用配管４の上端部は触媒燃焼器５の底
部に接続されている。図１では細い配管しか示していな
いが逆漏斗状の配管を設けて気体を排出するようにして
も良い。気体排出用配管４の配管径を太くすることによ
り、気体排出用配管４内で充分に気液分離ができる場合
は、後記する液戻り配管６は不要となる。すなわち、気
体排出用配管４が、後記する液戻り配管６の機能も兼ね
ることができる。

【００１８】触媒燃焼器５は、下部に設けられた気液分
離ゾーンＳＺで分離された可燃性の気体（例えば水素）
を上部に設けられた触媒燃焼ゾーンＲＺで触媒燃焼し、
液体（例えば水）及び常温で反応しない不活性なガスを
生成する反応容器である。触媒燃焼器５の最上部にはベ
ント管５ａが設けられている。尚、下部に設けられた気
液分離ゾーンＳＺでの気液分離効率が悪い場合は、 ａ）気液分離時間を長くするため、触媒燃焼器５を気液
分離器及び触媒燃焼器と２つの独立した装置に分けて気
液分離器の後段に触媒燃焼器を設けても良い。 ｂ）また、気体排出用配管４中の気泡を合一させるた
め、気体排出用配管４にオリフィス等の配管圧損増加手
段を設けて気液分離効率を向上させても良い。 ｃ）さらに、外部への気体排出能力を上げるため、気体
排出用配管４又は後記する液戻り配管６に冷却液を循環
させるための循環ポンプを設けても良い。 触媒燃焼器５の触媒燃焼ゾーンＲＺで使用する触媒とし
ては、白金属系の触媒が好ましいが、低温で活性のある
触媒であれば白金属系以外の金属触媒を使用しても良
い。

【００１９】液戻り配管６は、触媒燃焼器５で生成した
液体及び冷却液を前記スタックケース３内に戻すための
配管である。図１では触媒燃焼器５の底部よりスタック
ケース３の最下部の位置に液体を戻しているが、液体及
び冷却液を戻す位置は最下部でなくても良い。

【００２０】このように構成される第一実施形態の燃料
電池システムで使用される漏洩ガス処理システムの作用
を図２を参照して説明する。燃料電池２を格納したスタ
ックケース３は、車両７の略中央部の乗員室の床下に設
けられ、スタックケース３中には冷却液が充満される。
燃料電池２から冷却液内に漏洩してくる気体は、液体と
の比重差により冷却液中を気泡となって上昇しスタック
ケース３の上部に集まる。集まった気体は、エンジンル
ーム内の触媒燃焼器５と連結する気体排出用配管４内を
上昇し、触媒燃焼器５の気液分離ゾーンＳＺに導かれ
る。気液分離ゾーンＳＺで分離された可燃性の気体は、
上部の触媒反応ゾーンＲＺで触媒燃焼され、液体（例え
ば水）及び常温で反応しない不活性なガスを生成する。
常温で反応しない不活性なガスは、ベント管５ａから大
気中に放出され、液体は冷却液と一緒に液戻り配管６に
よりスタックケース３内に戻される。このようにスタッ
クケース３の中に充満してある冷却液中に燃料電池２か
ら漏れ出てくる水素等の漏洩気体を、気体排出用配管４
内に集めて一括処理するので、従来のような電動ファン
等による換気が不要となる。

【実施例】

【００２１】本発明に係る第一実施形態の燃料電池シス
テムで使用される漏洩ガス処理システムを応用した他の
実施例を図３に示す。この燃料電池システムは、燃料電
池１１を冷却液に覆われた構造とし、冷却液中に漏洩ガ
スを集めて処理するようにした漏洩ガス処理システム１
０を備えたものである。燃料電池システムは、冷却シス
テムが、燃料電池１１を格納するための密閉容器である
スタックケース１２と、燃料電池１１内に区画された冷
却液の通路１３と、スタックケース１２に格納された燃
料電池１１の前記冷却液の通路１３に１次側冷却液を循
環させるための１次側冷却液循環通路１４と、この１次
側冷却液と２次側冷却液とを熱交換させて１次側冷却液
を冷却するための熱交換器１５とから主要部が構成され
ており、前記燃料電池１１内に区画された冷却液の通路
１３に前記１次側冷却液循環通路１４を接続し、２次側
冷却液循環通路１６にラジエータ１７を介設し、このラ
ジエータ１７により冷却された２次側冷却液によって１
次側冷却液を冷却し、燃料電池１１を冷却する。

【００２２】そして、１次側冷却液循環通路１４には、
熱交換器１５を迂回するバイパス通路１８を形成し、熱
交換器１５から見て１次側冷却液循環通路１４の下流側
とバイパス通路１８との連通部にはサーモスタットバル
ブ１９を設け、このサーモスタットバルブ１９による切
り換えによって、１次側冷却液の温度を燃料電池１１の
発電に適した温度に制御する。さらに、１次側冷却液循
環通路１４にはスタックケース１２を迂回するバイパス
通路２０を形成し、バイパス通路２０にはイオン交換器
２０ａが設置され、１次側冷却液の導電率の値を燃料電
池１１に使用する冷却液に適した所定の導電率（例えば
５μＳ／ｃｍ以下）に保っている。１次側冷却液循環通
路１４、２次側冷却液循環通路１６にはそれぞれ冷却液
を強制的に循環させるための１次側冷却液循環ポンプ２
１及び２次側冷却液循環ポンプ２２が設けられている。
また、１次側冷却液循環通路１４の１次側冷却液循環ポ
ンプ２１の吐出側には気液分離器２４が設けられ、オリ
フィス２３ａを設けたガス抜き通路２３を介して捕集タ
ンク２５を取り付け、この捕集タンク２５の底部と１次
側冷却液循環ポンプ２１の吸引側の配管に１次側冷却液
を戻す戻し通路２６を取り付けている。

【００２３】尚、１次側冷却液及び２次側冷却液は、絶
縁冷媒であるエチレングリコールと水との混合液が使用
されるが、エチレングリコールと水の比率は適宜決定さ
れるものとする。

【００２４】このように構成される本発明に係る第一実
施形態の燃料電池システムで使用される漏洩ガス処理シ
ステムを応用した他の実施例の作用について説明する。 （１）スタックケース１２内に格納された燃料電池１１
の冷却液の通路１３に１次側冷却液循環ポンプ２１によ
り１次側冷却液が供給されると、燃料電池１１から漏れ
出てくる気体が、液体と気体との比重差により１次側冷
却液中を気泡となって上昇しスタックケース１２の上部
に集まる。 （２）１次側冷却液循環ポンプ２１に吸引された前記気
体を含んだ１次側冷却液は、１次側冷却液循環ポンプ２
１の吐出側に設けられた気液分離器２４で気体を分離
し、分離された気体はガス抜き通路２３及びオリフィス
２３ａを通って捕集タンク２５に導入される。このとき
ガス抜き通路２３及びオリフィス２３ａ側の配管圧損
は、１次側冷却液循環通路１４の配管圧損と比較して大
きいので、１次側冷却液循環通路１４の流動状態が変動
しても影響を受けにくいため捕集タンク２５側で好適に
気液分離を行うことができる。 （３）捕集タンク２５で分離された気体は、上部に連結
するガス抜き通路２５ａを介して後段の気体処理装置へ
と導入される。 （４）捕集された気体は後段の気体処理装置例えば触媒
燃焼器で燃焼され、人体に無害な気体となって大気中に
放出される。 （５）捕集タンク２５で気体と分離された１次側冷却液
は、戻し通路２６を通って１次側冷却液循環通路１４に
戻される。 このように冷媒である冷却液側に燃料電池１１から漏洩
する気体を集めて一括処理することで、燃料電池１１を
冷却しながら確実に漏洩ガス処理が行えるので燃料電池
システム１０がコンパクトにまとまる。また、冷却液は
絶縁冷媒を使用するのが前提となるので、燃料電池１１
を冷却液に覆われた構造としたことにより、従来電極が
露出した構造の燃料電池で問題となっていた換気に伴う
燃料電池の表面の高電圧部に漏電を誘発する物質が付着
するという問題が解消する。従って電気的な保守が容易
となる。

【００２５】本発明に係る第二実施形態の燃料電池シス
テムは、冷却液が燃料電池のセパレータのガス通路の周
囲及び冷却液通路の周囲を流れながらプレートの表面の
略全体を流れる構造を有する第１セパレータと、冷却液
が燃料電池のセパレータの外周部に沿ってガス通路及び
冷却液通路の周囲を囲むように流れる構造を有する第２
セパレータとを用いて、これらのセパレータで単位燃料
電池セルを両側から挟持してセルユニットを形成し、必
要に応じてこのセルユニットを複数個積層して構成した
燃料電池を備えた燃料電池システムである。

【００２６】最初に、第二実施形態の燃料電池システム
に使用される燃料電池のセパレータについて図４を参照
して説明する。尚、先に第１セパレータについて説明す
る。第二実施形態で使用される第１セパレータは、カソ
ード極側に使用されるセパレータである。図４（a）に
示すように、矩形のプレート３０の上下に４つの貫通孔
であるガス通路３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ、左右
両端部に４つの貫通孔である冷却液通路３２ａ，３２
ｂ，３２ｃ，３２ｄ及び６つのねじ孔３３ａ，３３ｂ，
３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆが設けられている。ね
じ孔３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆ
には、燃料電池を組み立てるときにロッドが挿通されシ
ールされる。また、プレート３０の表面には略全面に渡
って冷却液の通路３４，３５，３６が設けられている。
冷却液の通路３５，３６は、それぞれ２本の線シール３
５ａ，３５ｂ及び２本の線シール３６ａ，３６ｂの間に
区画された細い通路である。尚、第１セパレータの裏面
は、単位燃料電池セルとの接合面である。

【００２７】このように構成される第１セパレータが燃
料電池に組み込まれたときにおけるガスの流れ及び冷却
液の流れを図４（ａ）を参照して説明する。最初にガス
の流れについて説明する。第１セパレータの裏面では、
空気がプレート３０のガス通路３１ｂから単位燃料電池
セルに供給され、反応に使われなかった空気は、プレー
ト３０の裏面の図示しない溝をジグザグに流れてガス通
路３１ｃから外部に排出される。これに対し燃料ガス
は、プレート３０の裏面には流れないようになってい
る。一方、冷却液通路３２ａ，３２ｂから第１セパレー
タの表面に供給された冷却液は、プレート３０の表面の
略全面に渡って設けられた通路３４及びガス通路３１，
３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの周囲に設けられた冷却液の通
路３５，３６を流れて反対側の冷却液通路３２ｃ，３２
ｄへと流れて外部に排出される。ガス通路３１ａ，３１
ｂ，３１ｃ，３１ｄから冷却液側へ漏洩したガスは、必
ず冷却液の通路３４，３５，３６を横切るので、気泡と
して周囲を流れる冷却液中に捕捉され、冷却液通路３２
ｃ，３２ｄを介して燃料電池から外部に排出される。外
部に排出された冷却液は、第一実施形態の燃料電池シス
テムと同様に気液分離器、触媒燃焼器を備えた漏洩ガス
処理システムで処理される。

【００２８】このように、ガス通路３１ａ，３１ｂ，３
１ｃ，３１ｄから冷却液側へ漏洩したガスを、気泡とし
て前記冷却液中に捕捉できる冷却液通路構造としたこと
により、燃料電池から外部にガスが漏れなくなる。ま
た、漏洩ガスを燃料電池内で集めることが可能となり、
本発明に係る燃料電池システムの第一実施形態の構成要
素であるスタックケースが不要となる。

【００２９】次に、第二実施形態の燃料電池システムに
使用される第２セパレータについて説明する。第二実施
形態で使用される第２セパレータはアノード極側に使用
されるセパレータである。図４（ｂ）に示すように、第
１セパレータと同様に矩形のプレート４０の上下に４つ
のガス通路４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ、左右両端
部に４つ冷却液通路４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ及
び周囲に６つのねじ孔４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３
ｄ，４３ｅ，４３ｆが設けられている。ねじ孔４３ａ，
４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆには、燃料電
池を組み立てるときにロッドが挿通されシールされる。
また、プレート４０の表面には外周部に沿って冷却液の
通路４５，４６が設けられている。冷却液の通路４５，
４６は、それぞれ２本の線シール４５ａ，４５ｂ及び２
本の線シール４６ａ，４６ｂの間に区画された細い通路
である。尚、第２セパレータの表面は単位燃料電池セル
との接合面である。

【００３０】このように構成される第２セパレータが燃
料電池に組み込まれたときにおけるガスの流れ及び冷却
液の流れを図４（ｂ）を参照して説明する。最初にガス
の流れについて説明する。第２セパレータの表面では、
燃料ガスがプレート４０のガス通路４１ａから単位燃料
電池セルに供給され、反応に使われなかった燃料ガス
は、プレート４０の表面の図示しない溝をジグザグに流
れてガス通路４１ｄから外部に排出される。これに対し
空気は、プレート４０の表面には流れないようになって
いる。一方、冷却液通路４２ａ，４２ｂから第２セパレ
ータに供給された冷却液は、プレート４０の外周部に沿
って設けられた冷却液の通路４５，４６を流れて反対側
の冷却液通路４２ｃ，４２ｄから外部に排出される。ガ
ス通路４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄから冷却液側へ
漏洩したガスは、必ず冷却液の通路４５，４６を横切る
ので気泡として冷却液中に捕捉され、冷却液通路４２
ｃ，４２ｄを介して燃料電池から外部に排出される。外
部に排出された冷却液は、第一実施形態の燃料電池シス
テムと同様に気液分離器、触媒燃焼器を備えた漏洩ガス
処理システムで処理される。

【００３１】このように、ガス通路４１ａ，４１ｂ，４
１ｃ，４１ｄから冷却液側へ漏洩したガスを、気泡とし
て前記冷却液中に捕捉できる冷却液通路構造としたこと
により、燃料電池から外部にガスが漏れなくなる。ま
た、漏洩ガスを燃料電池内で集めることが可能となり、
本発明に係る燃料電池システムの第一実施形態の構成要
素であるスタックケースが不要となる。

【００３２】本発明に係る第三実施形態の燃料電池シス
テムは、図５に示すように、ケースと燃料電池のセパレ
ータとの間の隙間を冷却液の通路として利用した構造を
有する燃料電池システムである。第三実施形態の燃料電
池システムは、第二実施形態の燃料電池システムと同様
に、冷却液が燃料電池のセパレータのガス通路の周囲及
び冷却液通路の周囲を流れながらプレート表面の略全体
に流れる構造を有する第１セパレータと、冷却液が燃料
電池のセパレータの外周部に沿ってガス通路及び冷却液
通路の周囲を囲むように流れる構造を有する第２セパレ
ータと、これらのセパレータのそれぞれを囲むケースと
を備えている。

【００３３】第三実施形態の燃料電池システムに使用さ
れるケースと燃料電池のセパレータの構造について図５
を参照して説明する。尚、最初にケースと第１セパレー
タの構造について説明する。第三実施形態で使用される
第１セパレータは、カソード極側に使用されるセパレー
タである。図５（ａ）に示すように、矩形のプレート５
０の上下に４つのガス通路５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５
１ｄ、ケースＳＣと第１セパレータとの間の左右の隙間
に４つ冷却液通路５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ及び
６つのねじ孔５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ，５３
ｅ，５３ｆが設けられている。ねじ孔５３ａ，５３ｂ，
５３ｃ，５３ｄ，５３ｅ，５３ｆには、燃料電池を組み
立てるときにロッドが挿通されシールされる。また、プ
レート５０の表面の略全面に渡って冷却液の通路５４，
５５，５６が設けられている。冷却液の通路５５，５６
は、それぞれ２本の線シール５５ａ，５５ｂ及び２本の
線シール５６ａ，５６ｂの間に区画された細い通路であ
る。尚、第１セパレータの裏面は、単位燃料電池セルと
の接合面である。第三実施形態の第１セパレータの周り
には、第１セパレータ全体を囲むように、矩形のケース
ＳＣが設けられている。ケースＳＣと第１セパレータの
間の４隅には、一定の隙間を設けるために４つの当て物
Ｐｄ１，Ｐｄ２，Ｐｄ３，Ｐｄ４が装填されている。

【００３４】このように構成されるケースＳＣと第１セ
パレータを燃料電池システムに組み込んで使用したとき
のガスの流れ及び冷却液の流れを図５（ａ）を参照して
説明する。尚、先にガスの流れについて説明する。第１
セパレータの裏面では、空気がプレート５０のガス通路
５１ｂから単位燃料電池セルに供給され、反応に使われ
なかった空気は、裏面の図示しない溝をジグザグに流れ
てガス通路５１ｃから外部に排出される。これに対し燃
料ガスは、プレート５０の裏面には流れないようになっ
ている。一方、冷却液通路５２ａ，５２ｂから第１プレ
ートの表面に供給された冷却液は、プレート５０の表面
の略全面に設けられた冷却液の通路５４及びガス通路５
１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの周囲に設けられた冷却
液の通路５５，５６を流れて反対側の冷却液通路５２
ｃ，５２ｄから外部に排出される。ガス通路５１ａ，５
１ｂ，５１ｃ，５１ｄから冷却液側へ漏洩したガスは、
必ず冷却液の通路５４，５５，５６を横切るので気泡と
して冷却液中に捕捉され、冷却液通路５２ｃ，５２ｄを
介して燃料電池から外部に排出される。外部に排出され
た冷却液は、第一実施形態の燃料電池システムと同様に
気液分離器、触媒燃焼器を備えた漏洩ガス処理システム
で処理される。

【００３５】このようにガス通路５１ａ，５１ｂ，５１
ｃ，５１ｄから冷却液側へ漏洩したガスを、気泡として
冷却液中に捕捉できる冷却液通路構造としたことによ
り、燃料電池から外部にガスが漏れなくなる。また、漏
洩ガスを燃料電池内で集めることが可能となり、本発明
に係る燃料電池システムの第１実施形態の構成要素であ
るスタックケースが不要となる。また、ケースＳＣと第
１セパレータとの間の左右の隙間を４つの冷却液通路５
２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄとして使用することによ
り、冷却液通路５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄの面積
が大きくとれる。その結果、冷却液の流速が大きくとれ
るので燃料電池の冷却効果が向上する。また、ケースＳ
Ｃとセパレータとの間の隙間を有効に利用できるので、
ケースＳＣの大きさを従来のそれよりも小さくできる。

【００３６】次に、第三実施形態の燃料電池システムに
使用されるケースＳＣと第２セパレータの構造について
図５（ｂ）を参照して説明する。第三実施形態で使用さ
れる第２セパレータは、アノード極側に使用されるセパ
レータである。図５（ｂ）に示すように、矩形のプレー
ト６０の上下に４つのガス通路６１ａ，６１ｂ，６１
ｃ，６１ｄ、ケースＳＣと第２セパレータとの間の左右
の隙間に４つ冷却液通路６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２
ｄ及び６つのねじ孔孔６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３
ｄ，６３ｅ，６３ｆが設けられている。また、プレート
６０の外周部に沿って冷却液の通路６５，６６が設けら
れている。冷却液の通路６５，６６は、それぞれ２本の
線シール６５ａ，６５ｂ及び２本の線シール６６ａ，６
６ｂの間に区画された細い通路である。第三実施形態の
第２セパレータの周りには、第２セパレータ全体を囲む
ように、矩形のケースＳＣが設けられている。ケースＳ
Ｃと第１セパレータの間の４隅には、一定の隙間を設け
るために４つの当て物Ｐｄ５，Ｐｄ６，Ｐｄ７，Ｐｄ８
が装填されている。

【００３７】このように構成されるケースと第２セパレ
ータを燃料電池システムに組み込んで使用したときのガ
スの流れ及び冷却液の流れを図５（ｂ）を参照して説明
する。最初にガスの流れについて説明する。最初にガス
の流れについて説明する。第２セパレータの表面では、
燃料ガスがプレート６０のガス通路６１ａから単位燃料
電池セルに供給され、反応に使われなかった燃料ガス
は、プレート６０の表面の図示しない溝をジグザグに流
れてガス通路６１ｄから外部に排出される。これに対し
空気は、プレート６０の表面には流れないようになって
いる。一方、冷却液通路６２ａ，６２ｂから第２プレー
トに供給された冷却液は、プレート６０の外周部に沿っ
て設けられた冷却液用の通路６５，６６を流れて反対側
の冷却液通路６２ｃ，６２ｄから外部に排出される。ガ
ス通路６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄから冷却液側へ
漏洩したガスは、冷却液の通路６５，６６を横切るの
で、気泡として冷却液中に捕捉され、冷却液通路６２
ｃ，６２ｄを介して燃料電池から外部に排出される。外
部に排出された冷却液は、第一実施形態の燃料電池シス
テムと同様に気液分離器、触媒燃焼器を備えた漏洩ガス
処理システムで処理される。

【００３８】このようにガス通路６１ａ，６１ｂ，６１
ｃ，６１ｄから冷却液側へ漏洩したガスを、気泡として
冷却液中に捕捉できる冷却液通路構造としたことによ
り、燃料電池から外部にガスが漏れなくなる。また、漏
洩ガスを燃料電池内で集めることが可能となり、本発明
に係る燃料電池システムの第一実施形態の構成要素であ
るスタックケースが不要となる。また、ケースＳＣと第
２セパレータとの間の隙間を４つ冷却液通路６２ａ，６
２ｂ，６２ｃ，６２ｄとして使用することにより、冷却
液通路６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄの面積が大きく
とれる。その結果、冷却液の流速が大きくとれるので燃
料電池の冷却効果が向上する。また、ケースＳＣとセパ
レータとの間の隙間を有効に利用できるので、ケースの
大きさを従来よりも小さくできる。その結果、本発明に
係る燃料電池システムを車両の床下に取り付ける場合、
省スペース化を図ることができる。

【００３９】尚、本発明は、以上述べた実施の形態に限
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することが可能である。例え
ば、第二実施形態の燃料電池システム又は第三実施形態
の燃料電池システムで使用する燃料電池のセパレータで
ある第１プレート及び第２プレートの構成を、別々のプ
レートに設けるのではなく、１枚のプレートの両面にそ
れぞれを設けても良い。

【００４０】

【発明の効果】以上の構成と作用からなる本発明によれ
ば、以下の効果を奏する。 （１）請求項１の発明によれば、燃料電池を格納するス
タックケースの中に冷却液を充満して、燃料電池から漏
れ出てくる水素等の漏洩気体を気体排出用配管内に集め
て一括処理するので、従来のような電動ファン等による
換気が不要となる。 （２）請求項２の発明によれば、気液分離器の後段に触
媒燃焼器を設けたことにより、気液分離器で分離された
可燃性の気体を好適に処理でき、人体に無害の状態にし
て大気に放出したり、燃焼により生成した水をスタック
ケース内を満たす液体として利用できる。 （３）請求項３の発明によれば、燃料電池のセパレータ
が、ガス通路からの漏洩ガスが冷却液通路を横切る冷却
液通路構造を備えたことにより、ガス通路からの漏洩ガ
スが確実に冷却液側に捕捉される。従って、請求項１及
び請求項２の発明で使用されるスタックケースが不要と
なり、燃料電池システム全体がコンパクトになる。 （４）請求項４の発明によれば、ガス通路からの漏洩ガ
スを確実に冷却液側に捕捉することができるのに加え、
燃料電池スタックのケースと燃料電池のセパレータとの
間の隙間を冷却液通路として使用することにより、冷却
液通路の開口面積を大きくすることができるので冷却液
の流速を大きくすることができる。その結果、同一の冷
却液量に対する燃料電池の冷却効果が大きくなる。従っ
て、ケースの大きさを従来の大きさよりも小さくでき
る。その結果、燃料電池システム全体がコンパクトにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料電池システムの第一実施形態
で使用される漏洩ガス処理システムを示す構成図であ
る。

【図２】本発明に係る燃料電池システムの第一実施形態
で使用される漏洩ガス処理システムを車両に搭載したと
きの構成図である。

【図３】本発明に係る燃料電池システムの第一実施形態
で使用される漏洩ガス処理システムを応用した他の実施
例の構成図である。

【図４】本発明に係る燃料電池システムの第二実施形態
で使用される燃料電池のセパレータにおけるガスの流れ
及び冷却液の流れを説明するための図である。 （ａ）本発明に係る燃料電池システムの第二実施形態で
使用される燃料電池の第１セパレータのガスの流れ及び
冷却液の流れを説明するための図である。 （ｂ）本発明に係る燃料電池システムの第二実施形態で
使用される燃料電池の第２セパレータのガスの流れ及び
冷却液の流れを説明するための図である。

【図５】本発明に係る燃料電池システムの第三実施形態
で使用されるケースと燃料電池のセパレータにおけるガ
スの流れ及び冷却液の流れを説明するための図である。 （ａ）本発明に係る燃料電池システムの第三実施形態で
使用されるケースと燃料電池の第１セパレータにおける
ガスの流れ及び冷却液の流れを説明するための図であ
る。 （ｂ）本発明に係る燃料電池システムの第三実施形態で
使用されるケースと燃料電池の第２セパレータにおける
ガスの流れ及び冷却液の流れを説明するための図であ
る。

【図６】従来の車両に搭載する燃料電池システムの構成
図である。

【符号の説明】

１ 漏洩ガス処理システム ２ 燃料電池 ３ スタックケース ４ 気体排出用配管 ５ 触媒燃焼器 ６ 液戻り配管 ＳＺ 気液分離ゾーン ＲＺ 触媒燃焼ゾーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 8/24 8/24 Ｒ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素を含有する燃料ガスと酸化剤ガスと
   を燃料電池に供給して反応させ発電を行う燃料電池シス
   テムであって、 前記燃料電池を格納するスタックケースと、 前記スタックケース内に冷却液を充満したときに、前記
   冷却液内に漏れ出てくる気体を集めて排出するための気
   体排出用配管と、 前記気体排出用配管の上端部に接続された気液分離器
   と、 前記気液分離器で気体を分離された冷却液を前記スタッ
   クケースに戻すための液戻り配管と、を備えたことを特
   徴とする燃料電池システム。
2. 【請求項２】 前記気液分離器の後段に触媒燃焼器を設
   けたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システ
   ム。
3. 【請求項３】 水素を含有する燃料ガスと酸化剤ガスと
   を燃料電池に供給して反応させ発電を行う燃料電池シス
   テムであって、 前記燃料電池のセパレータが、ガス通路からの漏洩ガス
   が冷却液通路を横切る冷却液通路構造を備えたことを特
   徴とする燃料電池システム。
4. 【請求項４】 水素を含有する燃料ガスと酸化剤ガスと
   を燃料電池に供給して反応させ発電を行う燃料電池シス
   テムであって、 燃料電池のセパレータが、ガス通路からの漏洩ガスが冷
   却液通路を横切る冷却液通路構造を備え、かつ、燃料電
   池スタックのケースと前記燃料電池のセパレータとの間
   の隙間を冷却液通路として使用することを特徴とする燃
   料電池システム。