JP2003142136A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池の発電停止の際における燃料電池の
各小通路内の結露を低減させることのできる技術を提供
する。 【解決手段】 燃料電池システムは、燃料電池１００
と、燃料電池に供給される反応ガスが通る反応ガス通路
１８１，１８２と、燃料電池から排出されるオフガスが
通るオフガス通路１９１，１９２と、を備えている。オ
フガス通路には、燃料電池の発電停止の際に燃料電池の
複数の小通路に連通し、オフガスに含まれる水分を凝縮
させるための空間を有する凝縮部５１０，５２０が設け
られている。凝縮部は、燃料電池の発電期間中に燃料電
池から排出されるオフガスよりも低温に保たれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に関し、特に、燃料電池の発電を停止した後に、燃料電
池内部における結露を低減させるための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池システムは、燃料電池と、燃料
電池に供給される反応ガスが通る反応ガス通路と、燃料
電池から排出されるオフガスが通るオフガス通路と、を
備えている。固体高分子型の燃料電池では、通常、単セ
ルとセパレータとが交互に複数積層されて形成されてい
る。単セルは、電解質膜と、電解質膜を挟み込むように
形成された２つの電極と、を備えている。セパレータに
は、各電極に反応ガスを供給するための複数の小通路が
形成されている。

【０００３】燃料電池の発電期間中には、各小通路は、
湿潤状態となっている。これは、燃料電池では、電気化
学反応の結果、水（水蒸気）が生成されるためである。
また、電解質膜の水分を補充するために、燃料電池に供
給される反応ガスが加湿されているためである。

【０００４】したがって、燃料電池の発電停止後に燃料
電池内の温度が低下すると、各小通路内において水蒸気
が凝縮して結露してしまう。この結果、小通路が凝縮水
で閉塞してしまう場合がある。このような場合には、次
回の発電開始時に、反応ガスを各小通路にうまく供給す
ることが困難となる。このため、従来では、コンプレッ
サなどを用いて各小通路にパージガスを供給し、各小通
路内の凝縮水を除去していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術を用いる場合には、各小通路を閉塞する凝縮水を確
実に除去することが比較的困難であった。これは、各小
通路の閉塞の度合が異なるためである。すなわち、パー
ジガスは、比較的閉塞していない小通路を通り易く、比
較的閉塞している小通路を通り難い。このため、比較的
閉塞している小通路内の凝縮水は、除去され難い。

【０００６】なお、この問題は、固体高分子型の燃料電
池を備える燃料電池システムに限らず、他のタイプの燃
料電池を備える燃料電池システムにも共通する問題であ
る。

【０００７】本発明は、上述の課題を解決するためにな
されたものであり、燃料電池の発電停止の際における燃
料電池の各小通路内の結露を低減させることのできる技
術を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装
置は、燃料電池システムであって、燃料電池と、前記燃
料電池に供給される反応ガスが通る反応ガス通路と、前
記燃料電池から排出されるオフガスが通るオフガス通路
と、を備え、前記燃料電池は、前記反応ガス通路と前記
オフガス通路とに連通する複数の小通路を含み、前記燃
料電池システムは、さらに、前記オフガス通路に設けら
れ、少なくとも前記燃料電池の発電停止の際に前記複数
の小通路に連通し、前記オフガスに含まれる水分を凝縮
させるための空間を有する凝縮部を備え、前記凝縮部
は、前記燃料電池の発電期間中に前記燃料電池から排出
される前記オフガスよりも低温に保たれていることを特
徴とする。

【０００９】この燃料電池システムでは、オフガス通路
に、オフガスに含まれる水分を凝縮させるための空間を
有する凝縮部が設けられている。そして、凝縮部は、燃
料電池の発電期間中に燃料電池から排出されるオフガス
よりも低温に保たれている。このため、凝縮部は、燃料
電池の発電停止の際に、オフガスを冷却して、オフガス
に含まれる水分を凝縮させることができる。この結果、
燃料電池の各小通路内における結露を低減させることが
可能となる。

【００１０】なお、燃料電池が水素ガスと酸素ガスとを
用いて発電する場合には、上記の反応ガスは、水素ガス
を含む燃料ガスであってもよいし、酸素ガスを含む酸化
ガスであってもよい。

【００１１】上記の装置において、前記凝縮部の空間
は、前記燃料電池の発電停止の際に生成される凝縮水を
蓄積可能な容量を有することが好ましい。

【００１２】このように、凝縮部の空間が凝縮水を蓄積
可能な充分な容量を有していれば、燃料電池の各小通路
およびオフガス通路内に凝縮水が蓄積されるのを防止す
ることができる。

【００１３】上記の装置において、前記オフガス通路
は、前記燃料電池の発電期間中に前記オフガスが通る第
１の部分通路と、前記燃料電池の発電停止の際に前記オ
フガスが通る第２の部分通路と、を含み、前記凝縮部
は、前記第２の部分通路に設けられており、前記燃料電
池システムは、さらに、前記第１および第２の部分通路
の分岐部分に設けられ、前記オフガスの経路を変更する
ための切替弁と、前記切替弁を制御するための制御部
と、を備えるようにしてもよい。

【００１４】このような構成を採用すれば、燃料電池の
発電停止の際に、第２の部分通路に設けられた凝縮部
を、燃料電池の複数の小通路に連通させることができ
る。また、燃料電池の発電停止の際には、通常、燃料電
池の上流側の反応ガス通路はほぼ遮断された状態とな
る。このため、燃料電池の各小通路から凝縮部までの系
をほぼ密閉した状態とすることができ、この結果、凝縮
部において、オフガスに含まれる水分を比較的迅速に凝
縮させることが可能となる。

【００１５】あるいは、上記の装置において、前記凝縮
部は、前記燃料電池の発電期間中に前記オフガスが通る
前記オフガス通路の通路途中に設けられており、前記燃
料電池システムは、さらに、前記凝縮部よりも下流側に
設けられ、前記燃料電池の発電停止の際に、前記オフガ
ス通路を遮断するための遮断弁と、前記遮断弁を制御す
るための制御部と、を備えるようにしてもよい。

【００１６】このような構成を採用すれば、燃料電池の
発電期間中および燃料電池の発電停止の際に、凝縮部
は、燃料電池の複数の小通路に連通する。そして、燃料
電池の発電停止の際には、オフガス通路が遮断される。
また、燃料電池の発電停止の際には、通常、燃料電池の
上流側の反応ガス通路はほぼ遮断された状態となる。こ
のため、燃料電池の各小通路から凝縮部までの系をほぼ
密閉した状態とすることができ、この結果、凝縮部にお
いて、オフガスに含まれる水分を比較的迅速に凝縮させ
ることが可能となる。

【００１７】上記の装置において、前記反応ガス通路
は、燃料ガスが通る燃料ガス通路と、酸化ガスが通る酸
化ガス通路と、を含み、前記オフガス通路は、燃料オフ
ガスが通る燃料オフガス通路と、酸化オフガスが通る酸
化オフガス通路と、を含み、前記凝縮部は、前記燃料オ
フガス通路と前記酸化オフガス通路とにそれぞれ１つず
つ設けられているようにしてもよい。

【００１８】あるいは、上記の装置において、前記反応
ガス通路は、燃料ガスが通る燃料ガス通路と、酸化ガス
が通る酸化ガス通路と、を含み、前記オフガス通路は、
燃料オフガスが通る燃料オフガス通路と、酸化オフガス
が通る酸化オフガス通路と、を含み、前記燃料オフガス
通路と前記酸化オフガス通路とは、合流し、前記凝縮部
は、合流部分よりも下流側に１つ設けられているように
してもよい。

【００１９】こうすれば、凝縮部を１つだけ設ければ済
むので、燃料電池システムを比較的容易に構成すること
ができる。

【００２０】前記燃料電池システムは、移動体に搭載さ
れており、前記凝縮部は、前記移動体が移動する際に、
風を受け得る位置に設けられているようにしてもよい。

【００２１】こうすれば、凝縮部を、燃料電池の発電期
間中に燃料電池から排出されるオフガスよりも、容易に
低温に保つことができる。

【００２２】さらに、上記の装置において、前記凝縮部
を冷却するための冷却部を備えることが好ましい。

【００２３】こうすれば、凝縮部を、燃料電池の発電期
間中に燃料電池から排出されるオフガスよりも、確実に
低温に保つことができる。

【００２４】なお、本発明は、燃料電池システム、燃料
電池システムを搭載した移動体などの装置、燃料電池シ
ステムにおけるオフガスに含まれる水分の凝縮方法、そ
の方法または装置の機能を実現するためのコンピュータ
プログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記
録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に
具現化されたデータ信号、等の種々の態様で実現するこ
とができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】Ａ．第１実施例：次に、本発明の
実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、本発明
の第１実施例における燃料電池システムの概略構成を示
す説明図である。なお、この燃料電池システムは、車両
に搭載されている。

【００２６】図示するように、燃料電池システムは、燃
料電池１００と、燃料電池に水素ガスを含む燃料ガスを
供給する燃料ガス供給部２００と、燃料電池に酸素ガス
を含む酸化ガスを供給する酸化ガス供給部３００と、燃
料電池から排出される燃料オフガスおよび酸化オフガス
を処理するためのオフガス処理部４００と、燃料電池内
部の水分を凝縮させるための２つの凝縮部５１０，５２
０と、各部の動作を制御するための制御部６００と、を
備えている。

【００２７】本実施例の燃料電池１００は、比較的小型
で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池である。図２
は、燃料電池１００内部の概略構成を示す説明図であ
る。図示するように、燃料電池１００は、複数の単電池
（単セル）１１０が積層されて形成されている。そし
て、各単セル間には、セパレータ１２０が配置されてい
る。

【００２８】単セル１１０は、電解質膜１１２と、アノ
ード（水素極）１１４ａと、カソード（酸素極）１１４
ｃと、を含んでおり、電解質膜１１２は、２つの電極１
１４ａ，１１４ｃによって挟まれている。各セパレータ
１２０は、隣接する一方の単セル内のアノード１１４ａ
に接するとともに、他方の単セル内のカソード１１４ｃ
に接するように、配置されている。セパレータ１２０の
両面には、複数の溝が形成されており、アノード１１４
ａとセパレータ１２０との間、および、カソード１１４
ｃとセパレータ１２０との間には、それぞれ複数の小通
路１２１，１２２が形成される。図２では、アノード側
通路１２１とカソード側通路１２２とは、直交するよう
に形成されているが、互いに平行に形成されていてもよ
い。

【００２９】なお、電解質膜１１２は、陽イオン交換樹
脂膜であり、湿潤状態において良好な導電性を有してい
る。陽イオン交換樹脂膜としては、フッ素系樹脂などの
固体高分子材料で形成された膜を用いることができ、例
えば、デュポン社製のナフィオン（Nafion）膜を用いる
ことができる。アノード１１４ａおよびカソード１１４
ｃは、炭素繊維を織成したカーボンクロスや、カーボン
ペーパ、カーボンフエルトなどの充分なガス拡散性およ
び導電性を有する材料で形成されている。各電極１１４
ａ，１１４ｃと電解質膜１１２との界面には、各電極１
１４ａ，１１４ｃにおける反応を比較的低い温度（約８
０℃〜約１００℃）で進行させるための触媒が塗布され
ている。触媒としては、例えば、白金または白金を含む
合金を用いることができる。セパレータ１２０は、プレ
ス成形されたカーボンや、金属などの充分なガス不透過
性と導電性と耐食性とを有する材料で形成されている。

【００３０】図２に示すアノード側通路１２１には、燃
料ガス供給部２００から水素ガスを含む燃料ガスが供給
され、カソード側通路１２２には、酸化ガス供給部３０
０から酸素ガスを含む酸化ガスが供給される。そして、
以下に示す電気化学反応が進行する。

【００３１】 Ｈ₂ → ２Ｈ⁺ ＋ ２ｅ^- …（１） （１／２）Ｏ₂ ＋ ２Ｈ⁺ ＋ ２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ …（２） Ｈ₂ ＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（３）

【００３２】式（１）はアノード１１４ａにおける反応
を示している。各単セル内のアノード１１４ａにおいて
生成された水素イオンは、電解質膜１１２を介して、同
じ単セル内のカソード１１４ｃに向かって移動する。一
方、各単セル内のアノード１１４ａにおいて生成された
電子は、セパレータ１２０を介して、隣接する単セル１
１０内のカソード１１４ｃに向かって移動する。このと
き、カソード１１４ｃでは、式（２）に示す反応が進行
し、水（水蒸気）が生成される。そして、燃料電池全体
では、式（３）に示す反応が進行する。なお、カソード
１１４ｃにおいて生成される水（水蒸気）を、以下では
「生成水」とも呼ぶ。

【００３３】燃料ガス供給部２００（図１）は、水素ガ
スを含む燃料ガスを生成して燃料電池１００に供給す
る。燃料ガス供給部２００は、水素タンク２１０と、減
圧器２１２と、加湿器２２０と、遮断弁２３０と、を備
えている。

【００３４】水素タンク２１０は、水素ガスを比較的高
い圧力で貯蔵する。減圧器２１２は、水素タンクから供
給された水素ガスを所定の圧力に減圧する。加湿器２２
０は、減圧された水素ガスを加湿する。具体的には、加
湿器２２０は、図示しない水タンクから導入された水を
気化させ、水素ガスと水蒸気との混合ガス（燃料ガス）
を生成する。なお、燃料ガスを加湿するのは、電解質膜
１１２（図２）に水分を補充するためである。遮断弁２
３０は、燃料電池１００の発電期間中には開状態に設定
され、発電停止期間中には閉状態に設定される。燃料電
池の発電期間中、すなわち、遮断弁２３０が開状態に設
定される場合には、燃料ガスは、燃料ガス通路１８１を
介して、燃料電池１００に供給される。

【００３５】酸化ガス供給部３００（図１）は、酸素ガ
スを含む酸化ガスを燃料電池１００に供給する。酸化ガ
ス供給部３００は、ブロワ３１０と、加湿器３２０と、
遮断弁３３０と、を備えている。

【００３６】ブロワ３１０は、酸素ガスを含む空気（酸
化ガス）を圧縮して加湿器３２０に供給する。加湿器３
２０は、燃料ガス供給部２００に設けられた加湿器２２
０と同様に、酸化ガスを加湿する。遮断弁３３０は、燃
料電池１００の発電期間中には開状態に設定され、発電
停止期間中には閉状態に設定される。燃料電池の発電期
間中、すなわち、遮断弁３３０が開状態に設定される場
合には、酸化ガスは、酸化ガス通路１８２を介して、燃
料電池１００に供給される。

【００３７】燃料電池１００は、供給された燃料ガスと
酸化ガスとを用いて発電する。燃料電池から排出された
燃料オフガスと酸化オフガスとは、それぞれ燃料オフガ
ス通路１９１と酸化オフガス通路１９２とを介して、オ
フガス処理部４００に供給される。

【００３８】なお、燃料オフガス通路１９１には、燃料
オフガスの流量を調整するための流量調整弁２５０が設
けられている。流量調整弁２５０は、燃料電池の発電期
間中には、燃料オフガスが僅かに流通する中間開度状態
に保たれている。あるいは、流量調整弁２５０は、閉状
態に保たれ、所定の時間間隔毎に、所定の開度に設定さ
れる。これにより、水素ガスを効率よく反応に用いるこ
とができるとともに、水素ガス以外の水蒸気や窒素ガス
などの他のガスを燃料電池から順次排出することができ
る。なお、窒素ガスが燃料オフガス通路１９１に存在す
るのは、窒素ガスが、電解質膜１１２を透過することに
より、カソード側通路１２２からアノード側通路１２１
に侵入するためである。

【００３９】オフガス処理部４００（図１）は、燃料電
池１００から排出された燃料オフガスと酸化オフガスと
を安全な状態に処理して大気中に排気する。具体的に
は、オフガス処理部４００は、燃料オフガスと酸化オフ
ガスとの混合オフガスを燃焼させ、水蒸気を大気中に放
出する。なお、本実施例では、燃料オフガスと酸化オフ
ガスとの双方がオフガス処理部４００に供給されている
が、燃料オフガスのみをオフガス処理部に供給し、酸化
オフガスを直接大気中に放出するようにしてもよい。ま
た、本実施例では、オフガス処理部４００は、混合オフ
ガスを燃焼させているが、混合オフガス中の水素ガス濃
度（体積百分率）が可燃濃度以下である場合には、混合
オフガスを大気中に直接放出するようにしてもよい。こ
うすれば、混合オフガスを比較的容易に処理することが
可能となる。

【００４０】前述のように、燃料ガスと酸化ガスとは、
それぞれ加湿器２２０，３２０によって、加湿されてい
る。また、燃料電池１００内部では、電気化学反応の結
果、水が生成されている。このため、燃料電池内部の各
小通路１２１，１２２には、水または水蒸気が比較的多
く含まれており、燃料電池１００から排出された直後の
燃料オフガスおよび酸化オフガス中には、飽和状態に近
い水蒸気が含まれている。燃料電池の発電停止後には、
燃料電池内部の温度が低下するため、各小通路１２１，
１２２において、水蒸気が凝縮して結露する恐れがあ
る。そして、凝縮水が各小通路１２１，１２２を閉塞し
てしまう場合がある。そこで、本実施例では、燃料オフ
ガス通路１９１と酸化オフガス通路１９２とのそれぞれ
に、燃料電池１００の各小通路内における結露を低減さ
せるための凝縮部５１０，５２０が設けられている。

【００４１】燃料オフガス通路１９１は、基幹通路１９
１ａと２つの部分通路１９１ｂ，１９１ｃとを含んでお
り、２つの部分通路への分岐部分には、三方弁５１２が
設けられている。基幹通路１９１ａは燃料電池１００に
接続されており、第１の部分通路１９１ｂはオフガス処
理部４００に接続されており、第２の部分通路１９１ｃ
は凝縮部５１０に接続されている。燃料電池の発電期間
中には、三方弁５１２は、基幹通路１９１ａと第１の部
分通路１９１ｂとが連通する状態に設定される。このと
き、燃料電池１００とオフガス処理部４００とが連通
し、燃料オフガスは、オフガス処理部４００に流入す
る。一方、燃料電池の発電停止期間中には、三方弁５１
２は、基幹通路１９１ａと第２の部分通路１９１ｃとが
連通する状態に設定される。このとき、燃料電池１００
と凝縮部５１０とが連通し、燃料オフガスは、凝縮部５
１０に流入する。

【００４２】凝縮部５１０は、燃料電池１００から排出
された燃料オフガスに含まれる水分を凝縮させるための
空間を有している。この空間は、燃料電池の発電停止の
際に生成される凝縮水を蓄積可能な容量を有している。
凝縮部５１０には、温度計５１４とレベルゲージ５１５
とヒータ５１６とが取り付けられている。温度計５１４
は、凝縮部の空間の温度を測定し、レベルゲージ５１５
は、凝縮部の空間に残存する凝縮水の量を測定する。ヒ
ータ５１６は、必要に応じて凝縮部５１０を加熱する。
また、凝縮部５１０の下方には、蓄積された凝縮水を排
出するための水抜弁５１８が設けられている。

【００４３】酸化オフガス通路１９２およびこの通路に
設けられた凝縮部５２０については、燃料オフガス通路
１９１およびこの通路に設けられた凝縮部５１０とほぼ
同じである。すなわち、燃料電池の発電期間中には、三
方弁５２２は、基幹通路１９２ａと第１の部分通路１９
２ｂとを連通させ、酸化オフガスをオフガス処理部４０
０に流入させる。一方、燃料電池の発電停止期間中に
は、三方弁５２２は、基幹通路１９２ａと第２の部分通
路１９２ｃとを連通させ、酸化オフガスを凝縮部５２０
に流入させる。そして、凝縮部５２０には、温度計５２
４とレベルゲージ５２５とヒータ５２６と水抜弁５２８
とが取り付けられている。

【００４４】２つの凝縮部５１０，５２０は、車両が走
行する際に、走行風を受ける位置に設けられている。こ
れにより、各凝縮部は、空冷される。図３は、燃料電池
システム（図１）が搭載された車両１０における２つの
凝縮部５１０，５２０の配置を示す説明図である。図３
では、車両１０のフロント部分が図示されている。２つ
の凝縮部は、車両のフロントグリル１２の内側に設けら
れている。このような位置に各凝縮部を配置すれば、フ
ロントグリルを介して流入する風が、各凝縮部に当たる
ため、各凝縮部を比較的低温に保つことが可能となる。

【００４５】燃料電池の発電停止の際には、以下のよう
な処理が実行される。なお、図１に示す燃料電池システ
ムの各部の動作は、制御部６００によって、制御され
る。

【００４６】燃料電池１００の発電停止の際には、ま
ず、燃料ガス供給部２００に設けられた第１の遮断弁２
３０と、酸化ガス供給部３００に設けられた第２の遮断
弁３３０とが閉状態に設定される。これにより、燃料電
池１００への燃料ガスおよび酸化ガスの供給が停止さ
れ、この結果、燃料電池の発電が停止される。なお、こ
のとき、燃料ガス供給部２００内の減圧器２１２は閉状
態に設定され、第１の加湿器２２０における加湿は中止
される。また、酸化ガス供給部３００内のブロワ３１０
による空気の供給は中止され、第２の加湿器３２０にお
ける加湿は中止される。

【００４７】次に、各オフガス通路１９１，１９２に設
けられた三方弁５１２，５２２が、切り替えられる。具
体的には、各三方弁５１２，５２２は、燃料電池１００
とオフガス処理部４００とが連通した状態から、燃料電
池１００と各凝縮部５１０，５２０とが連通する状態に
切り替えられる。各三方弁の切替によって、第１の遮断
弁２３０から第１の凝縮部５１０までの間は、ほぼ密閉
された状態となり、第２の遮断弁３３０から第２の凝縮
部５２０までの間も、ほぼ密閉された状態となる。そし
て、燃料オフガスは第１の凝縮部５１０内に流入し、酸
化オフガスは第２の凝縮部５２０内に流入する。なお、
このとき、燃料オフガス通路１９１に設けられた流量調
整弁２５０は、開状態に設定される。

【００４８】各凝縮部５１０，５２０は、燃料電池１０
０の発電期間中には、走行風（図３）によって冷却され
ている。このため、各凝縮部は、燃料電池の発電期間中
に燃料電池から排出されるオフガスよりもかなり低温に
保たれている。各凝縮部に流入したオフガスは、急激に
冷却され、各凝縮部の内壁には、オフガス中の水蒸気が
凝縮して結露する。各凝縮部において水蒸気が凝縮され
ると、各小通路１２１，１２２内に存在する液滴の蒸発
が促進され、この水蒸気が各凝縮部においてさらに凝縮
される。

【００４９】上記のようにして、第１の凝縮部５１０内
部には、第１の遮断弁２３０から第１の凝縮部５１０ま
での間に存在していた水分が蓄えられる。また、第２の
凝縮部５２０内部には、第２の遮断弁３３０から第２の
凝縮部５２０までの間に存在していた水分が蓄えられ
る。これにより、燃料電池１００の各小通路１２１，１
２２内における結露を低減させることができるととも
に、各小通路１２１，１２２の閉塞を防止することが可
能となる。

【００５０】なお、燃料電池１００では、実際には、電
解質膜１１２を介して、水素ガスと酸素ガスとが相互に
拡散している。このため、燃料電池の発電停止の際に
は、実際には、２つの遮断弁２３０，３３０から２つの
凝縮部５１０，５２０までの間が密閉された状態となっ
ている。

【００５１】燃料電池１００の次回の発電の際には、２
つの遮断弁２３０，３３０が開状態に設定され、燃料電
池１００への燃料ガスおよび酸化ガスの供給が再開され
る。また、２つの三方弁５１２，５２２が切り替えら
れ、燃料電池１００とオフガス処理部４００とが連通す
る。このようにして、燃料電池の発電が再開される。

【００５２】燃料電池の発電が再開されると、各水抜弁
５１８，５２８は開状態に設定され、各凝縮部５１０，
５２０内に蓄えられた凝縮水は、燃料電池の発電期間中
に、徐々に外部に排出される。なお、制御部６００は、
各温度計５１４，５２４から与えられた測定結果が約０
℃以下である場合には、凝縮水が凝固していると判断
し、各ヒータ５１６，５２６を制御して、各凝縮部を加
熱させる。こうすれば、各凝縮部５１０，５２０に蓄え
られた凝縮水を確実に排出することができる。また、制
御部６００は、各レベルゲージ５１５，５２５が所定の
値となったときに、各水抜弁５１８，５２８を閉状態に
設定する。これにより、各凝縮部５１０，５２０内に含
まれているガスが、各水抜弁５１８，５２８を介して、
大気中に直接放出されるのを防止することができる。

【００５３】以上説明したように、本実施例の燃料電池
システムは、複数の小通路１２１，１２２を含む燃料電
池１００と、燃料ガス通路１８１と、酸化ガス通路１８
２と、燃料オフガス通路１９１と、酸化オフガス通路１
９２と、を備えている。オフガス通路１９１，１９２
は、燃料電池の発電期間中にオフガスが通る第１の部分
通路１９１ｂ，１９２ｂと、燃料電池の発電停止の際に
オフガスが通る第２の部分通路１９１ｃ，１９２ｃと、
を含んでいる。また、第１および第２の部分通路の分岐
部分には、オフガスの経路を変更するための三方弁５１
２，５２２が設けられている。そして、第２の部分通路
１９１ｃ，１９２ｃには、燃料電池の発電停止の際に複
数の小通路１２１，１２２に連通し、オフガスに含まれ
る水分を凝縮させるための空間を有する凝縮部５１０，
５２０が設けられている。凝縮部５１０，５２０は、燃
料電池の発電期間中に燃料電池から排出されるオフガス
よりも低温に保たれている。このような燃料電池システ
ムを用いれば、燃料電池の発電停止の際に、オフガスに
含まれる水分が凝縮部によって比較的迅速に凝縮され、
この結果、燃料電池の各小通路内における結露を低減さ
せることが可能となる。

【００５４】なお、本実施例のように、凝縮部５１０，
５２０の空間が、燃料電池の発電停止の際に生成される
凝縮水を蓄積可能な容量を有していれば、燃料電池の各
小通路１２１，１２２および各オフガス通路１９１，１
９２内に凝縮水が蓄積されるのを防止することができ
る。

【００５５】Ｂ．第２実施例：図４は、第２実施例にお
ける燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
図４は、図１とほぼ同じであるが、燃料電池１００より
も下流側の部分が変更されている。具体的には、本実施
例の燃料電池システムでは、燃料オフガス通路１９１Ｂ
と酸化オフガス通路１９２Ｂとが合流した合流オフガス
通路１９３が形成されている。なお、合流オフガス通路
１９３には、燃料オフガスと酸化オフガスとの混合オフ
ガスが流入する。

【００５６】合流オフガス通路１９３は、基幹通路１９
３ａと、２つの部分通路１９３ｂ，１９３ｃと、を含ん
でおり、２つの部分通路への分岐部分には、三方弁５３
２が設けられている。そして、第２の部分通路１９３ｃ
には、凝縮部５３０が設けられている。

【００５７】合流オフガス通路１９３およびこの通路に
設けられた凝縮部５３０については、第１実施例におけ
る燃料オフガス通路１９１およびこの通路に設けられた
凝縮部５１０とほぼ同じである。すなわち、燃料電池の
発電期間中には、三方弁５３２は、基幹通路１９３ａと
第１の部分通路１９３ｂとを連通させ、混合オフガスを
オフガス処理部４００に流入させる。一方、燃料電池の
発電停止期間中には、三方弁５３２は、基幹通路１９３
ａと第２の部分通路１９３ｃとを連通させ、混合オフガ
スを凝縮部５３０に流入させる。燃料電池の発電停止の
際には、２つの遮断弁２３０，３３０から凝縮部５３０
までの間は、密閉された状態となる。そして、凝縮部５
３０には、温度計５３４とレベルゲージ５３５とヒータ
５３６と水抜弁５３８とが取り付けられている。本実施
例においても、制御部６００Ｂは、第１実施例と同様
に、燃料電池システムの各部の動作を制御する。

【００５８】以上説明したように、本実施例の燃料電池
システムでは、燃料オフガス通路１９１Ｂと酸化オフガ
ス通路１９２Ｂとが、合流している。そして、凝縮部５
３０は、合流部分よりも下流側に１つだけ設けられてい
る。したがって、本実施例の構成を採用すれば、燃料電
池システムを比較的容易に構成することができるという
利点がある。

【００５９】Ｃ．第３実施例：図５は、第３実施例にお
ける燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
図５は、図４とほぼ同じであるが、燃料オフガス通路１
９１Ｃと酸化オフガス通路１９２Ｃとが合流した合流オ
フガス通路１９４と凝縮部５４０との関係が変更されて
いる。具体的には、第２実施例では、合流オフガス通路
１９３は２つの部分通路１９３ｂ，１９３ｃに分岐して
おり、第２の部分通路１９３ｃに凝縮部が設けられてい
る。一方、本実施例では、合流オフガス通路１９４は分
岐しておらず、合流オフガス通路の通路途中、すなわ
ち、２つの部分通路１９４ａ，１９４ｂの間に凝縮部５
４０が設けられている。そして、凝縮部５４０よりも下
流側の部分通路１９４ｂには、合流オフガス通路を遮断
するための遮断弁５４２が設けられている。

【００６０】燃料電池の発電期間中には、遮断弁５４２
は開状態に設定される。このとき、燃料電池１００とオ
フガス処理部４００とが連通し、燃料オフガスは、凝縮
部５４０を介して、オフガス処理部４００に流入する。
一方、燃料電池の発電停止期間中には、遮断弁５４２
は、閉状態に設定される。このとき、２つの遮断弁２３
０，３３０から凝縮部５４０までの間は、ほぼ密閉され
た状態となる。凝縮部５４０は、第１実施例と同様に、
燃料電池の発電期間中に冷却されているため、燃料電池
の発電停止の際には、封入された混合オフガス中の水蒸
気を凝縮させることができ、この結果、燃料電池の各小
通路内における結露を低減させることができる。

【００６１】なお、合流オフガス通路１９４に設けられ
た凝縮部５４０には、第１実施例の凝縮部５１０と同様
に、温度計５４４とレベルゲージ５４５とヒータ５４６
と水抜弁５４８とが取り付けられている。また、本実施
例においても、制御部６００Ｃは、第１実施例と同様
に、燃料電池システムの各部の動作を制御する。

【００６２】ところで、本実施例では、合流オフガス通
路１９４と凝縮部５４０とは、一体成形されている。図
６は、合流オフガス通路１９４を形成する導管１９４Ｔ
の概略断面を示す説明図である。なお、図６では、温度
計５４４とレベルゲージ５４５とヒータ５４６と水抜弁
５４８との図示は省略されている。図示するように、導
管１９４Ｔは、略Ｕ字状の形状を有している。導管は、
凝縮部５４０として機能する比較的大きな空間を、底部
に有している。そして、導管は、合流オフガス通路１９
４を形成する部分の厚みが比較的小さく、凝縮部５４０
を形成する部分の厚みが比較的大きくなるように、成形
されている。このように、導管１９４Ｔの形状および厚
みを変更すれば、合流オフガス通路１９４と凝縮部５４
０とを一体成形することができる。

【００６３】なお、図６では、凝縮部５４０は、導管１
９４Ｔの形状および厚みを工夫することによって作製さ
れているが、ほぼ均一な厚みを有する略Ｕ字状導管の底
部を、熱容量の比較的大きな他の部材で包み込むことに
よって、凝縮部を作製するようにしてもよい。なお、他
の部材は、導管と同じ材料で形成されていてもよいし、
異なる材料で形成されていてもよい。すなわち、凝縮部
は、合流オフガス通路を形成する導管の一部の熱容量を
比較的大きく設定することによって、作製可能である。

【００６４】以上説明したように、本実施例の燃料電池
システムでは、凝縮部５４０は、燃料電池の発電期間中
に混合オフガスが通る合流オフガス通路１９４の通路途
中に設けられている。また、凝縮部よりも下流側には、
燃料電池の発電停止の際に、合流オフガス通路を遮断す
る遮断弁５４２が設けられている。このような構成を採
用する場合にも、第２実施例と同様に、凝縮部５４０を
１つだけ設ければ済むので、燃料電池システムを比較的
容易に構成することができる。

【００６５】なお、この発明は上記の実施例や実施形態
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様において実施することが可能であり、
例えば次のような変形も可能である。

【００６６】（１）上記実施例では、燃料ガス供給部２
００と酸化ガス供給部３００とは、それぞれ遮断弁２３
０，３３０を備えているが、これらの遮断弁は、省略可
能である。燃料ガス供給部２００では、例えば、減圧器
２１２を閉状態とすることによって、燃料電池への燃料
ガスの供給を停止可能である。また、酸化ガス供給部３
００では、例えば、ブロワ３１０を停止させることによ
って、燃料電池への酸化ガスの供給を停止可能である。
このようにしても、燃料電池の停止の際には、燃料電池
の各小通路から凝縮部までの間をほぼ密閉された状態と
することが可能であるため、凝縮部において、オフガス
に含まれる水分を比較的迅速に凝縮させることができ
る。

【００６７】（２）上記実施例では、燃料電池システム
は、水素ガスが貯蔵された水素タンクを含む燃料ガス供
給部２００を備えているが、これに代えて、水素吸蔵合
金などから水素ガスを得る燃料ガス供給部を備えるよう
にしてもよい。また、燃料ガス供給部は、メタノールな
どのアルコールや、天然ガス、ガソリン、エーテル、ア
ルデヒドなどを改質して、水素ガスを含む燃料ガスを生
成するようにしてもよい。

【００６８】（３）第１実施例（図１）では、燃料オフ
ガス通路１９１と酸化オフガス通路１９２とのそれぞれ
に凝縮部が１つずつ設けられている。また、第２および
第３実施例（図４，図５）では、燃料オフガス通路と酸
化オフガス通路とが合流した合流オフガス通路１９３，
１９４に凝縮部が１つ設けられている。

【００６９】また、第１および第２実施例（図１，図
４）では、凝縮部は、燃料電池の発電停止の際に、燃料
電池の複数の小通路に連通する。また、第３実施例で
は、凝縮部は、燃料電池の発電期間中および燃料電池の
発電停止の際に、燃料電池の複数の小通路に連通する。

【００７０】一般に、凝縮部は、燃料電池から排出され
るオフガスが通るオフガス通路に設けられ、少なくとも
燃料電池の発電停止の際に燃料電池の複数の小通路に連
通すればよい。

【００７１】（４）上記実施例では、燃料電池システム
は、車両に搭載されているが、船舶などに搭載されてい
てもよい。このように、燃料電池システムが移動体に搭
載されている場合には、凝縮部は、移動体が移動する際
に、風を受け得る位置に設けられていることが好まし
い。もちろん、冷却ファンなどの冷却装置を用いて、凝
縮部を強制的に冷却するようにしてもよい。こうすれ
ば、凝縮部を、燃料電池の発電期間中に燃料電池から排
出されるオフガスよりも、確実に低温に保つことができ
る。ただし、移動体の移動に起因する風を用いるように
すれば、燃料電池システムを比較的容易に構成すること
ができるという利点がある。

【００７２】上記実施例では、燃料電池システムが移動
体に搭載されている場合について説明したが、定置用の
発電システムに適用するようにしてもよい。なお、この
場合には、凝縮部は、冷却装置によって冷却されること
が望ましい。

【００７３】（５）上記実施例では、固体高分子型の燃
料電池に本発明を適用した場合について説明したが、本
発明は、燃料電池から排出されるオフガスに比較的多く
の水分が含まれる他のタイプの燃料電池にも適用可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における燃料電池システム
の概略構成を示す説明図である。

【図２】燃料電池１００内部の概略構成を示す説明図で
ある。

【図３】燃料電池システム（図１）が搭載された車両１
０における２つの凝縮部５１０，５２０の配置を示す説
明図である。

【図４】第２実施例における燃料電池システムの概略構
成を示す説明図である。

【図５】第３実施例における燃料電池システムの概略構
成を示す説明図である。

【図６】合流オフガス通路１９４を形成する導管１９４
Ｔの概略断面を示す説明図である。

【符号の説明】

１０…車両 １２…フロントグリル １００…燃料電池 １１０…単セル １１２…電解質膜 １１４ａ…アノード １１４ｃ…カソード １２０…セパレータ １２１…アノード側通路（小通路） １２２…カソード側通路（小通路） １８１…燃料ガス通路 １８２…酸化ガス通路 １９１，１９１Ｂ，１９１Ｃ…燃料オフガス通路 １９１ａ…基幹通路 １９１ｂ…第１の部分通路 １９１ｃ…第２の部分通路 １９２，１９２Ｂ，１９２Ｃ…酸化オフガス通路 １９２ａ…基幹通路 １９２ｂ…第１の部分通路 １９２ｃ…第２の部分通路 １９３…合流オフガス通路 １９３ａ…基幹通路 １９３ｂ…第１の部分通路 １９３ｃ…第２の部分通路 １９４…合流オフガス通路 １９４ａ，１９４ｂ…部分通路 １９４Ｔ…導管 ２００…燃料ガス供給部 ２１０…水素タンク ２１２…減圧器 ２２０…加湿器 ２３０…遮断弁 ２５０…流量調整弁 ３００…酸化ガス供給部 ３１０…ブロワ ３２０…加湿器 ３３０…遮断弁 ４００…オフガス処理部 ５１０，５２０，５３０，５４０…凝縮部 ５１２，５２２，５３２…三方弁 ５４２…遮断弁 ５１４，５２４，５３４，５４４…温度計 ５１５，５２５，５３５，５４５…レベルゲージ ５１６，５２６，５３６，５４６…ヒータ ５１８，５２８，５３８，５４８…水抜弁 ６００，６００Ｂ，６００Ｃ…制御部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池システムであって、 燃料電池と、 前記燃料電池に供給される反応ガスが通る反応ガス通路
   と、 前記燃料電池から排出されるオフガスが通るオフガス通
   路と、を備え、 前記燃料電池は、 前記反応ガス通路と前記オフガス通路とに連通する複数
   の小通路を含み、 前記燃料電池システムは、さらに、 前記オフガス通路に設けられ、少なくとも前記燃料電池
   の発電停止の際に前記複数の小通路に連通し、前記オフ
   ガスに含まれる水分を凝縮させるための空間を有する凝
   縮部を備え、 前記凝縮部は、前記燃料電池の発電期間中に前記燃料電
   池から排出される前記オフガスよりも低温に保たれてい
   ることを特徴とする燃料電池システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の燃料電池システムであっ
   て、 前記凝縮部の空間は、前記燃料電池の発電停止の際に生
   成される凝縮水を蓄積可能な容量を有する、燃料電池シ
   ステム。
3. 【請求項３】 請求項１記載の燃料電池システムであっ
   て、 前記オフガス通路は、 前記燃料電池の発電期間中に前記オフガスが通る第１の
   部分通路と、 前記燃料電池の発電停止の際に前記オフガスが通る第２
   の部分通路と、を含み、 前記凝縮部は、前記第２の部分通路に設けられており、 前記燃料電池システムは、さらに、 前記第１および第２の部分通路の分岐部分に設けられ、
   前記オフガスの経路を変更するための切替弁と、 前記切替弁を制御するための制御部と、 を備える、燃料電池システム。
4. 【請求項４】 請求項１記載の燃料電池システムであっ
   て、 前記凝縮部は、前記燃料電池の発電期間中に前記オフガ
   スが通る前記オフガス通路の通路途中に設けられてお
   り、 前記燃料電池システムは、さらに、 前記凝縮部よりも下流側に設けられ、前記燃料電池の発
   電停止の際に、前記オフガス通路を遮断するための遮断
   弁と、 前記遮断弁を制御するための制御部と、を備える、燃料
   電池システム。
5. 【請求項５】 請求項１記載の燃料電池システムであっ
   て、 前記反応ガス通路は、 燃料ガスが通る燃料ガス通路と、 酸化ガスが通る酸化ガス通路と、 を含み、 前記オフガス通路は、 燃料オフガスが通る燃料オフガス通路と、 酸化オフガスが通る酸化オフガス通路と、を含み、 前記凝縮部は、前記燃料オフガス通路と前記酸化オフガ
   ス通路とにそれぞれ１つずつ設けられている、燃料電池
   システム。
6. 【請求項６】 請求項１記載の燃料電池システムであっ
   て、 前記反応ガス通路は、 燃料ガスが通る燃料ガス通路と、 酸化ガスが通る酸化ガス通路と、を含み、 前記オフガス通路は、 燃料オフガスが通る燃料オフガス通路と、 酸化オフガスが通る酸化オフガス通路と、を含み、 前記燃料オフガス通路と前記酸化オフガス通路とは、合
   流し、 前記凝縮部は、合流部分よりも下流側に１つ設けられて
   いる、燃料電池システム。
7. 【請求項７】 請求項１記載の燃料電池システムであっ
   て、 前記燃料電池システムは、移動体に搭載されており、 前記凝縮部は、前記移動体が移動する際に、風を受け得
   る位置に設けられている、燃料電池システム。
8. 【請求項８】 請求項１記載の燃料電池システムであっ
   て、さらに、 前記凝縮部を冷却するための冷却部を備える、燃料電池
   システム。