JP2004311242A - 燃料電池ボックス換気装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】換気ファンを用いずに燃料電池ボックスの換気ができるようにする。
【解決手段】アノードに燃料ガスが供給されカソードに空気が供給されて発電をする燃料電池２が収納された燃料電池ボックス３の換気を行う燃料電池ボックス換気装置１であって、ノズルから流出する第１の流体により発生する負圧で第２の流体を吸引しこれら二つの流体を合流させて流出するエゼクタ１０Ａを備え、前記カソードに供給される空気の一部を前記第１の流体としてエゼクタ１０Ａに供給し、外気を前記第２の流体として吸引し、このエゼクタ１０Ａから流出する前記空気と前記外気の混合空気を燃料電池ボックス３に導入して換気を行う。
【選択図】 図１
【解決手段】アノードに燃料ガスが供給されカソードに空気が供給されて発電をする燃料電池２が収納された燃料電池ボックス３の換気を行う燃料電池ボックス換気装置１であって、ノズルから流出する第１の流体により発生する負圧で第２の流体を吸引しこれら二つの流体を合流させて流出するエゼクタ１０Ａを備え、前記カソードに供給される空気の一部を前記第１の流体としてエゼクタ１０Ａに供給し、外気を前記第２の流体として吸引し、このエゼクタ１０Ａから流出する前記空気と前記外気の混合空気を燃料電池ボックス３に導入して換気を行う。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料ガスと空気を反応ガスとして発電する燃料電池のボックス換気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アノードに燃料ガスとして例えば水素ガスが供給されカソードに空気が供給されて発電をする燃料電池を備えた燃料電池システムでは、一般に、密閉されたボックス（以下、燃料電池ボックスという）の中に燃料電池を収納し、さらに、この燃料電池ボックス内に外気を導入して換気することで、万が一に燃料電池から水素漏洩があったとしても、燃料電池ボックス内の水素濃度を所定濃度以下に保持できるようにしている。（例えば、特許文献１参照）。
この燃料電池ボックス内の換気を行うのに、従来は電気モータで駆動される換気ファンを使っていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−３１４３６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように換気ファンで燃料電池ボックスの換気を行うようにすると、燃料電池および燃料電池システムが正常に運転されているときに、何らかの原因で換気ファンが運転できない場合には燃料電池ボックスの換気が不可能になるという問題が生じる。
また、電気モータで駆動される換気ファンは電力を消費するので、エネルギーマネージメント上、不利であった。
さらに、燃料電池の冷却は主として冷却水を循環させることで行っているが、燃料電池ボックスの換気も燃料電池の冷却に寄与しており、燃料電池ボックスの換気ができないと燃料電池ボックス内に熱がこもり、燃料電池に対する冷却能力が低下して、燃料電池の出力低下を招く虞もある。
そこで、この発明は、燃料電池の運転時にはいつでも換気が可能で、且つ、省電力可能な燃料電池ボックス換気装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、アノードに燃料ガスが供給されカソードに空気が供給されて発電をする燃料電池（例えば、後述する実施の形態における燃料電池２）が収納された燃料電池ボックス（例えば、後述する実施の形態における燃料電池ボックス３、システムボックス４）の換気装置であって、ノズルから流出する第１の流体により発生する負圧で第２の流体を吸引しこれら二つの流体を合流させて流出するエゼクタ（例えば、後述する実施の形態における１０Ａ，１０Ｂ）を備え、前記カソードに供給される空気の一部を前記第１の流体として前記エゼクタに供給し外気を前記第２の流体として吸引し、このエゼクタから流出する前記空気と前記外気の混合空気を前記燃料電池ボックス内に導入して換気することを特徴とする燃料電池ボックス換気装置（例えば、後述する実施の形態における燃料電池ボックス換気装置１）である。
このように構成することにより、燃料電池の運転中は常にカソードに空気が供給されているので、この空気を第１の流体とするエゼクタによって燃料電池の運転中はいつでも外気を燃料電池ボックス内に導入することができる。また、エゼクタは電力を消費しないので、省電力を図ることができる。
【０００６】
請求項２に係る発明は、アノードに燃料ガスが供給されカソードに空気が供給されて発電をする燃料電池（例えば、後述する実施の形態における燃料電池２）が収納された燃料電池ボックス（例えば、後述する実施の形態における燃料電池ボックス３、システムボックス４）の換気装置であって、ノズルから流出する第１の流体により発生する負圧で第２の流体を吸引しこれら二つの流体を合流させて流出するエゼクタ（例えば、後述する実施の形態におけるエゼクタ１０Ｃ，１０Ｄ）を備え、前記カソードから排出されるカソードオフガスを前記第１の流体として前記エゼクタに供給し前記燃料電池ボックス内のガスを前記第２の流体として吸引することにより、この燃料電池ボックス内に外気を導入し換気することを特徴とする燃料電池ボックス換気装置（例えば、後述する実施の形態における燃料電池ボックス換気装置１）である。
このように構成することにより、燃料電池の運転中は常にカソードからカソードオフガスが排出されているので、このカソードオフガスを第１の流体とするエゼクタによって燃料電池の運転中はいつでも燃料電池ボックス内のガスを吸引することができる。また、エゼクタは電力を消費しないので、省電力を図ることができる。
【０００７】
なお、請求項１、請求項２に係る発明のいずれの場合も、エゼクタへの第１の流体の供給は、燃料電池の運転中常時行ってもよいし、必要に応じて必要な時に必要な期間だけ行ってもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る燃料電池ボックス換気装置の実施の形態を図１から図６の図面を参照して説明する。
〔第１の実施の形態〕
初めに、この発明に係る燃料電池ボックス換気装置の第１の実施の形態を図１および図２の図面を参照して説明する。
燃料電池ボックス換気装置１は、内部に燃料電池２が収納されて密閉された燃料電池ボックス３と、この燃料電池ボックス３とエゼクタ１０Ａが収納されて密閉された燃料電池システムボックス（以下、システムボックスと略す）４を備えている。なお、このシステムボックス４も、燃料電池２を収納する燃料電池ボックスの一形態とみなすことができる。
燃料電池２は、アノードに燃料ガスとしての水素ガスが供給され、カソードに酸化剤ガスとしての酸素を含む空気が供給されて発電をする固体高分子電解質膜型の燃料電池である。
【０００９】
水素ガスは、システムボックス４および燃料電池ボックス３を貫通して設けられた水素供給管１１を介して、図示しない水素供給装置から燃料電池２のアノードに供給される。
燃料電池２のカソードに供給される空気（以下、カソード供給空気という）は、コンプレッサ５によって外気を加圧導入したものであり、熱交換器６で冷却された後に、システムボックス４および燃料電池ボックス３を貫通して設けられた空気供給管１２を介して、燃料電池２のカソードに供給される。
カソードに供給された空気の余剰分は、システムボックス４および燃料電池ボックス３を貫通して設けられたカソードオフガス管１３を介して、システムボックス４の外部に排出される。
【００１０】
システムボックス４に収納されたエゼクタ１０Ａは、図２に示すように、ラッパ状をなすディフューザ１０ａの基端開口に復流室１０ｂを連設し、この復流室１０ｂに復流通路１０ｃを連通し、ディフューザ１０ａと軸線を同一にして配置したノズル１０ｄを復流室１０ｂ内に突き出してその先端をディフューザ１０ａの基端開口に臨ませて構成されている。
このように構成されたエゼクタ１０Ａでは、第１の流体をノズル１０ｄからディフューザ１０ａに向けて流出すると、ディフューザ１０ａのスロート部１０ｅに負圧が発生し、この負圧により第２の流体を復流通路１０ｃから復流室１０ｂを介してディフューザ１０ａ内に吸引することができる。そして、吸引された第２の流体はノズル１０ｄから流出した第１の流体と混合されてディフューザ１０ａの出口から流出される。
すなわち、エゼクタ１０Ａは、ノズル１０ｄから流出する第１の流体により発生する負圧で第２の流体を吸引しこれら二つの流体を合流させて流出する。
【００１１】
この燃料電池ボックス換気装置１では、エゼクタ１０Ａのノズル１０ｄには、システムボックス４内において空気供給管１２から分岐された換気用空気供給管１４が接続されており、空気供給管１２を流通するカソード供給空気の一部が換気用空気供給管１４を介して第１の流体としてエゼクタ１０Ａに供給可能にされている。
また、エゼクタ１０Ａの復流通路１０ｃには、システムボックス４を貫通して設けられシステムボックス４の外部から外気導入可能な外気導入管１５が接続されている。
したがって、エゼクタ１０Ａのノズル１０ｄにカソード供給空気を供給すると、外気導入管１５および復流通路１０ｃ、復流室１０ｂを介してディフューザ１０ａに外気が吸引され、吸引された外気とノズル１０ｄから流出したカソード供給空気が混合され、混合空気となってディフューザ１０ａから流出することとなる。
【００１２】
エゼクタ１０Ａのディフューザ１０ａには換気供給管１６が接続されており、ディフューザ１０ａから流出する前記混合空気は総てこの換気供給管１６を介して燃料電池ボックス３に供給される。
燃料電池ボックス３内のガスは、システムボックス４を貫通して設けられた換気排出管１７を介して、システムボックス４の外部に排出される。なお、換気供給管１６の流出口と換気排出管１７の流入口は燃料電池ボックス３内において十分に離間して配置されている。
【００１３】
このように構成された燃料電池ボックス換気装置１によれば、燃料電池２の運転中は常にカソードに空気が供給されているので、燃料電池２の運転中はカソード供給空気が常にエゼクタ１０Ａのノズル１０ｄに供給され、その結果、外気が外気導入管１５を介してエゼクタ１０Ａに吸引され、外気とカソード供給空気の混合空気が換気供給管１６を介して燃料電池ボックス３に導入され、これにより、燃料電池ボックス３内のガスが換気排出管１７を介してシステムボックス４の外部に排出される。
すなわち、燃料電池２の運転中は常に燃料電池ボックス３内に外気とカソード供給空気の混合空気を導入することができ、燃料電池ボックス３内を換気することができる。しかも、エゼクタ１０Ａの駆動源はカソード供給空気であり、換気専用のファンが不要になるので、消費電力を低減することができる。
【００１４】
また、カソード供給空気が燃料電池ボックス３内を換気するのに適した温度よりも高い場合であっても、カソード供給空気は外気と混合されて燃料電池ボックス３に供給されるので、外気との混合により換気に適した温度にして燃料電池ボックス３に導入することができる。すなわち、外気の混合は、カソード供給空気を燃料電池ボックス３の換気用空気として用いる場合の冷却手段として機能するので、換気用空気を冷却するための熱交換器が不要になる。
【００１５】
〔第２の実施の形態〕
次に、この発明に係る燃料電池ボックス換気装置１の第２の実施の形態を図３の図面を参照して説明する。なお、第１の実施の形態の燃料電池ボックス換気装置１と同じ構成については同一態様部分に同一符号を付して説明を省略し、第１の実施の形態との相違点についてだけ説明するものとする。
第２の実施の形態におけるシステムボックス４内には、エゼクタ１０Ａとは別にエゼクタ１０Ｂが収納されている。エゼクタ１０Ｂの構成は図２に示すエゼクタ１０Ａと全く同じである。エゼクタ１０Ａは燃料電池ボックス３内を換気するためのものであるが、エゼクタ１０Ｂはシステムボックス４内を換気するためのものである。
【００１６】
詳述すると、エゼクタ１０Ｂのノズル１０ｄには換気用空気供給管１４が接続されており、空気供給管１２を流通するカソード供給空気の一部が換気用空気供給管１４を介して第１の流体としてエゼクタ１０Ｂに供給可能にされている。エゼクタ１０Ｂの復流通路１０ｃには外気導入管１５が接続されており、この外気導入管１５を介してシステムボックス４の外部から復流通路１０ｃに外気が導入可能にされている。
したがって、エゼクタ１０Ｂのノズル１０ｄにカソード供給空気を供給すると、外気導入管１５を介してエゼクタ１０Ｂのディフューザ１０ａに外気が吸引され、外気とカソード供給空気が混合され混合空気となってエゼクタ１０Ｂのディフューザ１０ａから流出することとなる。
【００１７】
エゼクタ１０Ｂのディフューザ１０ａには換気供給管１８が接続されており、ディフューザ１０ａから流出する前記混合空気は総てこの換気供給管１８を介してシステムボックス４内に排出される。そして、システムボックス４内のガスは、システムボックス４を貫通して設けられた換気排出管１９を介して、システムボックス４の外部に排出される。なお、換気供給管１８の流出口と換気排出管１９の流入口はシステムボックス４内において十分に離間して配置されている。
【００１８】
この第２の実施の形態の燃料電池ボックス換気装置１では、前述した第１の実施の形態の作用に加えて、以下の作用がある。
燃料電池２の運転中は常にカソードに空気が供給されているので、燃料電池２の運転中はカソード供給空気が常にエゼクタ１０Ｂのノズル１０ｄに供給され、その結果、外気が外気導入管１５を介してエゼクタ１０Ｂに吸引され、外気とカソード供給空気の混合空気が換気供給管１８を介してシステムボックス４に導入され、これにより、システムボックス４内のガスが換気排出管１９を介してシステムボックス４の外部に排出される。
すなわち、燃料電池２の運転中は常にシステムボックス４内に外気とカソード供給空気の混合空気を導入することができ、システムボックス４内を換気することができる。しかも、エゼクタ１０Ｂの駆動源はカソード供給空気であり、換気専用のファンが不要になるので、消費電力を低減することができる。
【００１９】
また、カソード供給空気がシステムボックス４内を換気するのに適した温度よりも高い場合であっても、カソード供給空気は外気と混合されてシステムボックス４に供給されるので、外気との混合により換気に適した温度にしてシステムボックス４に供給することができる。すなわち、外気の混合は、カソード供給空気をシステムボックス４の換気用空気として用いる場合の冷却手段として機能するので、換気用空気冷却用の熱交換器が不要になる。
【００２０】
〔第３の実施の形態〕
次に、この発明に係る燃料電池ボックス換気装置１の第３の実施の形態を図４の図面を参照して説明する。なお、第１の実施の形態の燃料電池ボックス換気装置１と同じ構成については同一態様部分に同一符号を付して説明を省略し、第１の実施の形態との相違点についてだけ説明するものとする。
第３の実施の形態のシステムボックス４内にはエゼクタ１０Ａがなく、エゼクタ１０Ｃが収納されている。エゼクタ１０Ｃの構成は図２に示すエゼクタ１０Ａと全く同じであり、エゼクタ１０Ｃもエゼクタ１０Ａと同様に燃料電池ボックス３内を換気するためのものであるが、エゼクタ１０Ａ，１０Ｂでは第１の流体と第２の流体を異にしている。
【００２１】
詳述すると、エゼクタ１０Ｃのノズル１０ｄには、システムボックス４内においてカソードオフガス管１３から分岐された換気用カソードオフガス供給管２０が接続されており、カソードオフガス管１３を流通するカソードオフガスの一部が換気用カソードオフガス供給管２０を介して第１の流体としてエゼクタ１０Ｃに供給可能にされている。
また、エゼクタ１０Ｃの復流通路１０ｃは復流管２１を介して燃料電池ボックス３内に接続されている。
したがって、エゼクタ１０Ｃのノズル１０ｄにカソードオフガスを供給すると、復流管２１および復流通路１０ｃ、復流室１０ｂを介してディフューザ１０ａに燃料電池ボックス３内のガスが吸引され、吸引されたガスとノズル１０ｄから流出したカソードオフガスが混合され、混合ガスとなってディフューザ１０ａから流出することとなる。
【００２２】
エゼクタ１０Ｃのディフューザ１０ａには、システムボックス４を貫通して設けられた換気排出管２２が接続されており、ディフューザ１０ａから流出する前記混合ガスは総てこの換気排出管２２を介してシステムボックス４の外部に排出される。
また、燃料電池ボックス３には、システムボックス４を貫通して設けられた外気導入管２３を介して、システムボックス４の外部から外気が導入可能にされている。なお、復流管２１の流入口と外気導入管２３の流出口は燃料電池ボックス３内において十分に離間して配置されている。
【００２３】
このように構成された燃料電池ボックス換気装置１によれば、燃料電池２の運転中は常にカソードからカソードオフガスが排出されているので、燃料電池２の運転中はカソードオフガスが常にエゼクタ１０Ｃのノズル１０ｄに供給され、その結果、燃料電池ボックス３内のガスが復流管２１を介してエゼクタ１０Ｃに吸引され、燃料電池ボックス３内のガスとカソードオフガスからなる混合ガスが換気排出管２２を介してシステムボックス４の外部に排出される。その結果、システムボックス４の外部から外気を外気導入管２３を介して燃料電池ボックス３内に導入することができる。
すなわち、燃料電池２の運転中は常に燃料電池ボックス３内に外気を導入することができ、燃料電池ボックス３内を換気することができる。しかも、エゼクタ１０Ｃの駆動源はカソードオフガスであり、換気専用のファンが不要になるので、消費電力を低減することができる。
【００２４】
〔第４の実施の形態〕
次に、この発明に係る燃料電池ボックス換気装置１の第４の実施の形態を図５の図面を参照して説明する。なお、前述した第３の実施の形態の燃料電池ボックス換気装置１と同じ構成については同一態様部分に同一符号を付して説明を省略し、第３の実施の形態との相違点についてだけ説明するものとする。
第４の実施の形態におけるシステムボックス４内には、エゼクタ１０Ｃとは別にエゼクタ１０Ｄが収納されている。エゼクタ１０Ｄの構成は図２に示すエゼクタ１０Ａと全く同じである。エゼクタ１０Ｃは燃料電池ボックス３内を換気するためのものであるが、エゼクタ１０Ｄはシステムボックス４内を換気するためのものである。
【００２５】
詳述すると、エゼクタ１０Ｄのノズル１０ｄには換気用カソードオフガス供給管２０が接続されており、カソードオフガス管１３を流通するカソードオフガスの一部が換気用カソードオフガス供給管２０を介して第１の流体としてエゼクタ１０Ｄに供給可能にされている。エゼクタ１０Ｄの復流通路１０ｃは復流管２４を介してシステムボックス４内に接続されている。
したがって、エゼクタ１０Ｄのノズル１０ｄにカソードオフガスを供給すると、復流管２４を介してエゼクタ１０Ｄのディフューザ１０ａにシステムボックス４内のガスが吸引され、吸引されたガスとカソードオフガスが混合され、混合ガスとなってエゼクタ１０Ｄのディフューザ１０ａから流出することとなる。
【００２６】
エゼクタ１０Ｄのディフューザ１０ａには、システムボックス４を貫通して設けられた換気排出管２５が接続されており、ディフューザ１０ａから流出する前記混合ガスは総てこの換気排出管２５を介してシステムボックス４の外部に排出される。
また、システムボックス４には、システムボックス４を貫通して設けられた外気導入管２６を介して、システムボックス４の外部から外気が導入可能にされている。なお、復流管２４の流入口と外気導入管２６の流出口はシステムボックス４内において十分に離間して配置されている。
【００２７】
この第４の実施の形態の燃料電池ボックス換気装置１では、前述した第３の実施の形態の作用に加えて、以下の作用がある。
燃料電池２の運転中は常にカソードからカソードオフガスが排出されているので、燃料電池２の運転中はカソードオフガスが常にエゼクタ１０Ｄのノズル１０ｄに供給され、その結果、システムボックス４内のガスが復流管２４を介してエゼクタ１０Ｄに吸引され、システムボックス４内のガスとカソードオフガスからなる混合ガスが換気排出管２５を介してシステムボックス４の外部に排出される。その結果、システムボックス４の外部から外気を外気導入管２６を介してシステムボックス４内に導入することができる。
すなわち、燃料電池２の運転中は常にシステムボックス４内に外気を導入することができ、システムボックス４内を換気することができる。しかも、エゼクタ１０Ｄの駆動源はカソードオフガスであり、換気専用のファンが不要になるので、消費電力を低減することができる。
【００２８】
〔第５の実施の形態〕
次に、この発明に係る燃料電池ボックス換気装置１の第５の実施の形態を図６の図面を参照して説明する。
第５の実施の形態の燃料電池ボックス換気装置１は、前述した第２の実施の形態におけるエゼクタ１０Ａ，１０Ｂと第４の実施の形態におけるエゼクタ１０Ｃ，１０Ｄを備えて構成されている。以下、第２，第４の実施の形態と同一態様部分に同一符号を付して構成の説明は省略し、作用について簡単に説明する。
【００２９】
燃料電池２の運転中は常にカソードに空気が供給されているので、燃料電池２の運転中はカソード供給空気が常に換気用空気供給管１４を介してエゼクタ１０Ａのノズル１０ｄとエゼクタ１０Ｂのノズル１０ｄに供給される。その結果、外気が外気導入管１５を介してエゼクタ１０Ａ，１０Ｂに吸引され、外気とカソード供給空気の混合空気が、エゼクタ１０Ａから換気供給管１６を介して燃料電池ボックス３に導入されるとともに、エゼクタ１０Ｂから換気供給管１８を介してシステムボックス４に導入される。すなわち、燃料電池２の運転中は常に燃料電池ボックス３およびシステムボックス４内に外気とカソード供給空気の混合空気を導入することができる。
【００３０】
また、燃料電池２の運転中は常にカソードからカソードオフガスが排出されているので、燃料電池２の運転中はカソードオフガスが常にエゼクタ１０Ｃのノズル１０ｄとエゼクタ１０Ｄのノズル１０ｄに供給される。
その結果、燃料電池ボックス３内のガスを復流管２１を介してエゼクタ１０Ｃで吸引することができ、該ガスをカソードオフガスとともに換気排出管２２を介してシステムボックス４の外部に排出することができる。
また、システムボックス４内のガスを復流管２４を介してエゼクタ１０Ｄで吸引することができ、該ガスをカソードオフガスとともに換気排出管２５を介してシステムボックス４の外部に排出することができる。
したがって、燃料電池２の運転中は常に燃料電池ボックス３内とシステムボックス４内を換気することができる。しかも、エゼクタ１０Ａ〜１０Ｄの駆動源はカソード供給空気あるいはカソードオフガスであり、換気専用のファンが不要になるので、消費電力を低減することができる。
【００３１】
〔他の実施の形態〕
なお、この発明は前述した実施の形態に限られるものではない。
例えば、前述した各実施の形態では、燃料電池の運転中は常にエゼクタに第１の流体を供給するようにしているが、エゼクタの上流または下流に開閉弁を設け、例えば燃料電池ボックス内の水素濃度が所定値以上になったときなど必要に応じて、前記開閉弁を開き第１の流体をエゼクタに供給し燃料電池ボックスの換気を実施するようにしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項１に係る発明によれば、燃料電池の運転中はいつでもエゼクタによって外気を燃料電池ボックス内に導入し、燃料電池ボックス内を換気することができるという優れた効果が奏される。また、省電力を図ることもできる。
【００３３】
請求項２に係る発明によれば、燃料電池の運転中はいつでもエゼクタによって燃料電池ボックス内のガスを吸引し、燃料電池ボックス内に外気を導入して換気することができるという優れた効果が奏される。また、省電力を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る燃料電池ボックス換気装置の第１の実施の形態における概略構成図である。
【図２】前記燃料電池ボックス換気装置の一部を構成するエゼクタの作用を説明するための断面図である。
【図３】この発明に係る燃料電池ボックス換気装置の第２の実施の形態における概略構成図である。
【図４】この発明に係る燃料電池ボックス換気装置の第３の実施の形態における概略構成図である。
【図５】この発明に係る燃料電池ボックス換気装置の第４の実施の形態における概略構成図である。
【図６】この発明に係る燃料電池ボックス換気装置の第５の実施の形態における概略構成図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池ボックス換気装置
２ 燃料電池
３ 燃料電池ボックス
４ システムボックス（燃料電池ボックス）
１０Ａ〜１０Ｄ エゼクタ
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料ガスと空気を反応ガスとして発電する燃料電池のボックス換気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アノードに燃料ガスとして例えば水素ガスが供給されカソードに空気が供給されて発電をする燃料電池を備えた燃料電池システムでは、一般に、密閉されたボックス（以下、燃料電池ボックスという）の中に燃料電池を収納し、さらに、この燃料電池ボックス内に外気を導入して換気することで、万が一に燃料電池から水素漏洩があったとしても、燃料電池ボックス内の水素濃度を所定濃度以下に保持できるようにしている。（例えば、特許文献１参照）。
この燃料電池ボックス内の換気を行うのに、従来は電気モータで駆動される換気ファンを使っていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−３１４３６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように換気ファンで燃料電池ボックスの換気を行うようにすると、燃料電池および燃料電池システムが正常に運転されているときに、何らかの原因で換気ファンが運転できない場合には燃料電池ボックスの換気が不可能になるという問題が生じる。
また、電気モータで駆動される換気ファンは電力を消費するので、エネルギーマネージメント上、不利であった。
さらに、燃料電池の冷却は主として冷却水を循環させることで行っているが、燃料電池ボックスの換気も燃料電池の冷却に寄与しており、燃料電池ボックスの換気ができないと燃料電池ボックス内に熱がこもり、燃料電池に対する冷却能力が低下して、燃料電池の出力低下を招く虞もある。
そこで、この発明は、燃料電池の運転時にはいつでも換気が可能で、且つ、省電力可能な燃料電池ボックス換気装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、アノードに燃料ガスが供給されカソードに空気が供給されて発電をする燃料電池（例えば、後述する実施の形態における燃料電池２）が収納された燃料電池ボックス（例えば、後述する実施の形態における燃料電池ボックス３、システムボックス４）の換気装置であって、ノズルから流出する第１の流体により発生する負圧で第２の流体を吸引しこれら二つの流体を合流させて流出するエゼクタ（例えば、後述する実施の形態における１０Ａ，１０Ｂ）を備え、前記カソードに供給される空気の一部を前記第１の流体として前記エゼクタに供給し外気を前記第２の流体として吸引し、このエゼクタから流出する前記空気と前記外気の混合空気を前記燃料電池ボックス内に導入して換気することを特徴とする燃料電池ボックス換気装置（例えば、後述する実施の形態における燃料電池ボックス換気装置１）である。
このように構成することにより、燃料電池の運転中は常にカソードに空気が供給されているので、この空気を第１の流体とするエゼクタによって燃料電池の運転中はいつでも外気を燃料電池ボックス内に導入することができる。また、エゼクタは電力を消費しないので、省電力を図ることができる。
【０００６】
請求項２に係る発明は、アノードに燃料ガスが供給されカソードに空気が供給されて発電をする燃料電池（例えば、後述する実施の形態における燃料電池２）が収納された燃料電池ボックス（例えば、後述する実施の形態における燃料電池ボックス３、システムボックス４）の換気装置であって、ノズルから流出する第１の流体により発生する負圧で第２の流体を吸引しこれら二つの流体を合流させて流出するエゼクタ（例えば、後述する実施の形態におけるエゼクタ１０Ｃ，１０Ｄ）を備え、前記カソードから排出されるカソードオフガスを前記第１の流体として前記エゼクタに供給し前記燃料電池ボックス内のガスを前記第２の流体として吸引することにより、この燃料電池ボックス内に外気を導入し換気することを特徴とする燃料電池ボックス換気装置（例えば、後述する実施の形態における燃料電池ボックス換気装置１）である。
このように構成することにより、燃料電池の運転中は常にカソードからカソードオフガスが排出されているので、このカソードオフガスを第１の流体とするエゼクタによって燃料電池の運転中はいつでも燃料電池ボックス内のガスを吸引することができる。また、エゼクタは電力を消費しないので、省電力を図ることができる。
【０００７】
なお、請求項１、請求項２に係る発明のいずれの場合も、エゼクタへの第１の流体の供給は、燃料電池の運転中常時行ってもよいし、必要に応じて必要な時に必要な期間だけ行ってもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る燃料電池ボックス換気装置の実施の形態を図１から図６の図面を参照して説明する。
〔第１の実施の形態〕
初めに、この発明に係る燃料電池ボックス換気装置の第１の実施の形態を図１および図２の図面を参照して説明する。
燃料電池ボックス換気装置１は、内部に燃料電池２が収納されて密閉された燃料電池ボックス３と、この燃料電池ボックス３とエゼクタ１０Ａが収納されて密閉された燃料電池システムボックス（以下、システムボックスと略す）４を備えている。なお、このシステムボックス４も、燃料電池２を収納する燃料電池ボックスの一形態とみなすことができる。
燃料電池２は、アノードに燃料ガスとしての水素ガスが供給され、カソードに酸化剤ガスとしての酸素を含む空気が供給されて発電をする固体高分子電解質膜型の燃料電池である。
【０００９】
水素ガスは、システムボックス４および燃料電池ボックス３を貫通して設けられた水素供給管１１を介して、図示しない水素供給装置から燃料電池２のアノードに供給される。
燃料電池２のカソードに供給される空気（以下、カソード供給空気という）は、コンプレッサ５によって外気を加圧導入したものであり、熱交換器６で冷却された後に、システムボックス４および燃料電池ボックス３を貫通して設けられた空気供給管１２を介して、燃料電池２のカソードに供給される。
カソードに供給された空気の余剰分は、システムボックス４および燃料電池ボックス３を貫通して設けられたカソードオフガス管１３を介して、システムボックス４の外部に排出される。
【００１０】
システムボックス４に収納されたエゼクタ１０Ａは、図２に示すように、ラッパ状をなすディフューザ１０ａの基端開口に復流室１０ｂを連設し、この復流室１０ｂに復流通路１０ｃを連通し、ディフューザ１０ａと軸線を同一にして配置したノズル１０ｄを復流室１０ｂ内に突き出してその先端をディフューザ１０ａの基端開口に臨ませて構成されている。
このように構成されたエゼクタ１０Ａでは、第１の流体をノズル１０ｄからディフューザ１０ａに向けて流出すると、ディフューザ１０ａのスロート部１０ｅに負圧が発生し、この負圧により第２の流体を復流通路１０ｃから復流室１０ｂを介してディフューザ１０ａ内に吸引することができる。そして、吸引された第２の流体はノズル１０ｄから流出した第１の流体と混合されてディフューザ１０ａの出口から流出される。
すなわち、エゼクタ１０Ａは、ノズル１０ｄから流出する第１の流体により発生する負圧で第２の流体を吸引しこれら二つの流体を合流させて流出する。
【００１１】
この燃料電池ボックス換気装置１では、エゼクタ１０Ａのノズル１０ｄには、システムボックス４内において空気供給管１２から分岐された換気用空気供給管１４が接続されており、空気供給管１２を流通するカソード供給空気の一部が換気用空気供給管１４を介して第１の流体としてエゼクタ１０Ａに供給可能にされている。
また、エゼクタ１０Ａの復流通路１０ｃには、システムボックス４を貫通して設けられシステムボックス４の外部から外気導入可能な外気導入管１５が接続されている。
したがって、エゼクタ１０Ａのノズル１０ｄにカソード供給空気を供給すると、外気導入管１５および復流通路１０ｃ、復流室１０ｂを介してディフューザ１０ａに外気が吸引され、吸引された外気とノズル１０ｄから流出したカソード供給空気が混合され、混合空気となってディフューザ１０ａから流出することとなる。
【００１２】
エゼクタ１０Ａのディフューザ１０ａには換気供給管１６が接続されており、ディフューザ１０ａから流出する前記混合空気は総てこの換気供給管１６を介して燃料電池ボックス３に供給される。
燃料電池ボックス３内のガスは、システムボックス４を貫通して設けられた換気排出管１７を介して、システムボックス４の外部に排出される。なお、換気供給管１６の流出口と換気排出管１７の流入口は燃料電池ボックス３内において十分に離間して配置されている。
【００１３】
このように構成された燃料電池ボックス換気装置１によれば、燃料電池２の運転中は常にカソードに空気が供給されているので、燃料電池２の運転中はカソード供給空気が常にエゼクタ１０Ａのノズル１０ｄに供給され、その結果、外気が外気導入管１５を介してエゼクタ１０Ａに吸引され、外気とカソード供給空気の混合空気が換気供給管１６を介して燃料電池ボックス３に導入され、これにより、燃料電池ボックス３内のガスが換気排出管１７を介してシステムボックス４の外部に排出される。
すなわち、燃料電池２の運転中は常に燃料電池ボックス３内に外気とカソード供給空気の混合空気を導入することができ、燃料電池ボックス３内を換気することができる。しかも、エゼクタ１０Ａの駆動源はカソード供給空気であり、換気専用のファンが不要になるので、消費電力を低減することができる。
【００１４】
また、カソード供給空気が燃料電池ボックス３内を換気するのに適した温度よりも高い場合であっても、カソード供給空気は外気と混合されて燃料電池ボックス３に供給されるので、外気との混合により換気に適した温度にして燃料電池ボックス３に導入することができる。すなわち、外気の混合は、カソード供給空気を燃料電池ボックス３の換気用空気として用いる場合の冷却手段として機能するので、換気用空気を冷却するための熱交換器が不要になる。
【００１５】
〔第２の実施の形態〕
次に、この発明に係る燃料電池ボックス換気装置１の第２の実施の形態を図３の図面を参照して説明する。なお、第１の実施の形態の燃料電池ボックス換気装置１と同じ構成については同一態様部分に同一符号を付して説明を省略し、第１の実施の形態との相違点についてだけ説明するものとする。
第２の実施の形態におけるシステムボックス４内には、エゼクタ１０Ａとは別にエゼクタ１０Ｂが収納されている。エゼクタ１０Ｂの構成は図２に示すエゼクタ１０Ａと全く同じである。エゼクタ１０Ａは燃料電池ボックス３内を換気するためのものであるが、エゼクタ１０Ｂはシステムボックス４内を換気するためのものである。
【００１６】
詳述すると、エゼクタ１０Ｂのノズル１０ｄには換気用空気供給管１４が接続されており、空気供給管１２を流通するカソード供給空気の一部が換気用空気供給管１４を介して第１の流体としてエゼクタ１０Ｂに供給可能にされている。エゼクタ１０Ｂの復流通路１０ｃには外気導入管１５が接続されており、この外気導入管１５を介してシステムボックス４の外部から復流通路１０ｃに外気が導入可能にされている。
したがって、エゼクタ１０Ｂのノズル１０ｄにカソード供給空気を供給すると、外気導入管１５を介してエゼクタ１０Ｂのディフューザ１０ａに外気が吸引され、外気とカソード供給空気が混合され混合空気となってエゼクタ１０Ｂのディフューザ１０ａから流出することとなる。
【００１７】
エゼクタ１０Ｂのディフューザ１０ａには換気供給管１８が接続されており、ディフューザ１０ａから流出する前記混合空気は総てこの換気供給管１８を介してシステムボックス４内に排出される。そして、システムボックス４内のガスは、システムボックス４を貫通して設けられた換気排出管１９を介して、システムボックス４の外部に排出される。なお、換気供給管１８の流出口と換気排出管１９の流入口はシステムボックス４内において十分に離間して配置されている。
【００１８】
この第２の実施の形態の燃料電池ボックス換気装置１では、前述した第１の実施の形態の作用に加えて、以下の作用がある。
燃料電池２の運転中は常にカソードに空気が供給されているので、燃料電池２の運転中はカソード供給空気が常にエゼクタ１０Ｂのノズル１０ｄに供給され、その結果、外気が外気導入管１５を介してエゼクタ１０Ｂに吸引され、外気とカソード供給空気の混合空気が換気供給管１８を介してシステムボックス４に導入され、これにより、システムボックス４内のガスが換気排出管１９を介してシステムボックス４の外部に排出される。
すなわち、燃料電池２の運転中は常にシステムボックス４内に外気とカソード供給空気の混合空気を導入することができ、システムボックス４内を換気することができる。しかも、エゼクタ１０Ｂの駆動源はカソード供給空気であり、換気専用のファンが不要になるので、消費電力を低減することができる。
【００１９】
また、カソード供給空気がシステムボックス４内を換気するのに適した温度よりも高い場合であっても、カソード供給空気は外気と混合されてシステムボックス４に供給されるので、外気との混合により換気に適した温度にしてシステムボックス４に供給することができる。すなわち、外気の混合は、カソード供給空気をシステムボックス４の換気用空気として用いる場合の冷却手段として機能するので、換気用空気冷却用の熱交換器が不要になる。
【００２０】
〔第３の実施の形態〕
次に、この発明に係る燃料電池ボックス換気装置１の第３の実施の形態を図４の図面を参照して説明する。なお、第１の実施の形態の燃料電池ボックス換気装置１と同じ構成については同一態様部分に同一符号を付して説明を省略し、第１の実施の形態との相違点についてだけ説明するものとする。
第３の実施の形態のシステムボックス４内にはエゼクタ１０Ａがなく、エゼクタ１０Ｃが収納されている。エゼクタ１０Ｃの構成は図２に示すエゼクタ１０Ａと全く同じであり、エゼクタ１０Ｃもエゼクタ１０Ａと同様に燃料電池ボックス３内を換気するためのものであるが、エゼクタ１０Ａ，１０Ｂでは第１の流体と第２の流体を異にしている。
【００２１】
詳述すると、エゼクタ１０Ｃのノズル１０ｄには、システムボックス４内においてカソードオフガス管１３から分岐された換気用カソードオフガス供給管２０が接続されており、カソードオフガス管１３を流通するカソードオフガスの一部が換気用カソードオフガス供給管２０を介して第１の流体としてエゼクタ１０Ｃに供給可能にされている。
また、エゼクタ１０Ｃの復流通路１０ｃは復流管２１を介して燃料電池ボックス３内に接続されている。
したがって、エゼクタ１０Ｃのノズル１０ｄにカソードオフガスを供給すると、復流管２１および復流通路１０ｃ、復流室１０ｂを介してディフューザ１０ａに燃料電池ボックス３内のガスが吸引され、吸引されたガスとノズル１０ｄから流出したカソードオフガスが混合され、混合ガスとなってディフューザ１０ａから流出することとなる。
【００２２】
エゼクタ１０Ｃのディフューザ１０ａには、システムボックス４を貫通して設けられた換気排出管２２が接続されており、ディフューザ１０ａから流出する前記混合ガスは総てこの換気排出管２２を介してシステムボックス４の外部に排出される。
また、燃料電池ボックス３には、システムボックス４を貫通して設けられた外気導入管２３を介して、システムボックス４の外部から外気が導入可能にされている。なお、復流管２１の流入口と外気導入管２３の流出口は燃料電池ボックス３内において十分に離間して配置されている。
【００２３】
このように構成された燃料電池ボックス換気装置１によれば、燃料電池２の運転中は常にカソードからカソードオフガスが排出されているので、燃料電池２の運転中はカソードオフガスが常にエゼクタ１０Ｃのノズル１０ｄに供給され、その結果、燃料電池ボックス３内のガスが復流管２１を介してエゼクタ１０Ｃに吸引され、燃料電池ボックス３内のガスとカソードオフガスからなる混合ガスが換気排出管２２を介してシステムボックス４の外部に排出される。その結果、システムボックス４の外部から外気を外気導入管２３を介して燃料電池ボックス３内に導入することができる。
すなわち、燃料電池２の運転中は常に燃料電池ボックス３内に外気を導入することができ、燃料電池ボックス３内を換気することができる。しかも、エゼクタ１０Ｃの駆動源はカソードオフガスであり、換気専用のファンが不要になるので、消費電力を低減することができる。
【００２４】
〔第４の実施の形態〕
次に、この発明に係る燃料電池ボックス換気装置１の第４の実施の形態を図５の図面を参照して説明する。なお、前述した第３の実施の形態の燃料電池ボックス換気装置１と同じ構成については同一態様部分に同一符号を付して説明を省略し、第３の実施の形態との相違点についてだけ説明するものとする。
第４の実施の形態におけるシステムボックス４内には、エゼクタ１０Ｃとは別にエゼクタ１０Ｄが収納されている。エゼクタ１０Ｄの構成は図２に示すエゼクタ１０Ａと全く同じである。エゼクタ１０Ｃは燃料電池ボックス３内を換気するためのものであるが、エゼクタ１０Ｄはシステムボックス４内を換気するためのものである。
【００２５】
詳述すると、エゼクタ１０Ｄのノズル１０ｄには換気用カソードオフガス供給管２０が接続されており、カソードオフガス管１３を流通するカソードオフガスの一部が換気用カソードオフガス供給管２０を介して第１の流体としてエゼクタ１０Ｄに供給可能にされている。エゼクタ１０Ｄの復流通路１０ｃは復流管２４を介してシステムボックス４内に接続されている。
したがって、エゼクタ１０Ｄのノズル１０ｄにカソードオフガスを供給すると、復流管２４を介してエゼクタ１０Ｄのディフューザ１０ａにシステムボックス４内のガスが吸引され、吸引されたガスとカソードオフガスが混合され、混合ガスとなってエゼクタ１０Ｄのディフューザ１０ａから流出することとなる。
【００２６】
エゼクタ１０Ｄのディフューザ１０ａには、システムボックス４を貫通して設けられた換気排出管２５が接続されており、ディフューザ１０ａから流出する前記混合ガスは総てこの換気排出管２５を介してシステムボックス４の外部に排出される。
また、システムボックス４には、システムボックス４を貫通して設けられた外気導入管２６を介して、システムボックス４の外部から外気が導入可能にされている。なお、復流管２４の流入口と外気導入管２６の流出口はシステムボックス４内において十分に離間して配置されている。
【００２７】
この第４の実施の形態の燃料電池ボックス換気装置１では、前述した第３の実施の形態の作用に加えて、以下の作用がある。
燃料電池２の運転中は常にカソードからカソードオフガスが排出されているので、燃料電池２の運転中はカソードオフガスが常にエゼクタ１０Ｄのノズル１０ｄに供給され、その結果、システムボックス４内のガスが復流管２４を介してエゼクタ１０Ｄに吸引され、システムボックス４内のガスとカソードオフガスからなる混合ガスが換気排出管２５を介してシステムボックス４の外部に排出される。その結果、システムボックス４の外部から外気を外気導入管２６を介してシステムボックス４内に導入することができる。
すなわち、燃料電池２の運転中は常にシステムボックス４内に外気を導入することができ、システムボックス４内を換気することができる。しかも、エゼクタ１０Ｄの駆動源はカソードオフガスであり、換気専用のファンが不要になるので、消費電力を低減することができる。
【００２８】
〔第５の実施の形態〕
次に、この発明に係る燃料電池ボックス換気装置１の第５の実施の形態を図６の図面を参照して説明する。
第５の実施の形態の燃料電池ボックス換気装置１は、前述した第２の実施の形態におけるエゼクタ１０Ａ，１０Ｂと第４の実施の形態におけるエゼクタ１０Ｃ，１０Ｄを備えて構成されている。以下、第２，第４の実施の形態と同一態様部分に同一符号を付して構成の説明は省略し、作用について簡単に説明する。
【００２９】
燃料電池２の運転中は常にカソードに空気が供給されているので、燃料電池２の運転中はカソード供給空気が常に換気用空気供給管１４を介してエゼクタ１０Ａのノズル１０ｄとエゼクタ１０Ｂのノズル１０ｄに供給される。その結果、外気が外気導入管１５を介してエゼクタ１０Ａ，１０Ｂに吸引され、外気とカソード供給空気の混合空気が、エゼクタ１０Ａから換気供給管１６を介して燃料電池ボックス３に導入されるとともに、エゼクタ１０Ｂから換気供給管１８を介してシステムボックス４に導入される。すなわち、燃料電池２の運転中は常に燃料電池ボックス３およびシステムボックス４内に外気とカソード供給空気の混合空気を導入することができる。
【００３０】
また、燃料電池２の運転中は常にカソードからカソードオフガスが排出されているので、燃料電池２の運転中はカソードオフガスが常にエゼクタ１０Ｃのノズル１０ｄとエゼクタ１０Ｄのノズル１０ｄに供給される。
その結果、燃料電池ボックス３内のガスを復流管２１を介してエゼクタ１０Ｃで吸引することができ、該ガスをカソードオフガスとともに換気排出管２２を介してシステムボックス４の外部に排出することができる。
また、システムボックス４内のガスを復流管２４を介してエゼクタ１０Ｄで吸引することができ、該ガスをカソードオフガスとともに換気排出管２５を介してシステムボックス４の外部に排出することができる。
したがって、燃料電池２の運転中は常に燃料電池ボックス３内とシステムボックス４内を換気することができる。しかも、エゼクタ１０Ａ〜１０Ｄの駆動源はカソード供給空気あるいはカソードオフガスであり、換気専用のファンが不要になるので、消費電力を低減することができる。
【００３１】
〔他の実施の形態〕
なお、この発明は前述した実施の形態に限られるものではない。
例えば、前述した各実施の形態では、燃料電池の運転中は常にエゼクタに第１の流体を供給するようにしているが、エゼクタの上流または下流に開閉弁を設け、例えば燃料電池ボックス内の水素濃度が所定値以上になったときなど必要に応じて、前記開閉弁を開き第１の流体をエゼクタに供給し燃料電池ボックスの換気を実施するようにしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項１に係る発明によれば、燃料電池の運転中はいつでもエゼクタによって外気を燃料電池ボックス内に導入し、燃料電池ボックス内を換気することができるという優れた効果が奏される。また、省電力を図ることもできる。
【００３３】
請求項２に係る発明によれば、燃料電池の運転中はいつでもエゼクタによって燃料電池ボックス内のガスを吸引し、燃料電池ボックス内に外気を導入して換気することができるという優れた効果が奏される。また、省電力を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る燃料電池ボックス換気装置の第１の実施の形態における概略構成図である。
【図２】前記燃料電池ボックス換気装置の一部を構成するエゼクタの作用を説明するための断面図である。
【図３】この発明に係る燃料電池ボックス換気装置の第２の実施の形態における概略構成図である。
【図４】この発明に係る燃料電池ボックス換気装置の第３の実施の形態における概略構成図である。
【図５】この発明に係る燃料電池ボックス換気装置の第４の実施の形態における概略構成図である。
【図６】この発明に係る燃料電池ボックス換気装置の第５の実施の形態における概略構成図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池ボックス換気装置
２ 燃料電池
３ 燃料電池ボックス
４ システムボックス（燃料電池ボックス）
１０Ａ〜１０Ｄ エゼクタ
Claims (2)
- アノードに燃料ガスが供給されカソードに空気が供給されて発電をする燃料電池が収納された燃料電池ボックスの換気装置であって、
ノズルから流出する第１の流体により発生する負圧で第２の流体を吸引しこれら二つの流体を合流させて流出するエゼクタを備え、
前記カソードに供給される空気の一部を前記第１の流体として前記エゼクタに供給し外気を前記第２の流体として吸引し、このエゼクタから流出する前記空気と前記外気の混合空気を前記燃料電池ボックス内に導入して換気することを特徴とする燃料電池ボックス換気装置。 - アノードに燃料ガスが供給されカソードに空気が供給されて発電をする燃料電池が収納された燃料電池ボックスの換気装置であって、
ノズルから流出する第１の流体により発生する負圧で第２の流体を吸引しこれら二つの流体を合流させて流出するエゼクタを備え、
前記カソードから排出されるカソードオフガスを前記第１の流体として前記エゼクタに供給し前記燃料電池ボックス内のガスを前記第２の流体として吸引することにより、この燃料電池ボックス内に外気を導入し換気することを特徴とする燃料電池ボックス換気装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060704 |