JP2006120439A - 車載型燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】車載時の振動や傾斜等に影響されることがなく、燃料電池スタックから生成水を効率的に排出するとともに、燃費を良好に向上させることを可能にする。
【解決手段】燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と、前記燃料電池スタック１２の酸化剤ガス出口連通孔２８ｂに希釈ガス流路７４を介して連通する希釈ボックス６８と、前記希釈ガス流路７４とは個別に前記酸化剤ガス出口連通孔２８ｂに連通し、流量制御機構７８を介して前記希釈ボックス６８に連通するドレン流路７６とを備える。流量制御機構７８は、ドレン流路７６に配設される静電容量センサ及びバルブを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体と、セパレータとを積層するとともに、積層方向に貫通して少なくとも反応ガス導入口及び反応ガス排出口が形成された内部マニホールド型燃料電池スタックを備える車載型燃料電池システムに関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜（電解質）の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。

この燃料電池において、アノード側電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）が供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されている。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。

ところで、固体高分子型燃料電池は、作動温度が比較的低温（〜１００℃）であるため、燃料電池スタックに導入された後に電解質膜に吸収されなかった水分や、反応によって生成された水分が、前記燃料電池スタックの反応ガス流路（酸化剤ガス流路及び／又は燃料ガス流路）内や該燃料電池スタックを積層方向に貫通し且つ前記反応ガス流路に連通するマニホールドである反応ガス連通孔（酸化剤ガス連通孔及び／又は燃料ガス連通孔）内で冷却され、液体の状態で存在し易い。

しかしながら、上記のように、燃料電池スタックの反応ガス流路や反応ガス連通孔内に水が存在すると、各単位セルに酸化剤ガスや燃料ガスを十分に供給することが困難になってしまう。これにより、反応ガスである燃料ガスや酸化剤ガスの電極触媒層への拡散性が低下し、発電性能が著しく悪化するという問題が指摘されている。

そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムの生成水排出方法が知られている。図９に示すように、図示しない燃料電池の燃料ガス流路に連通する燃料ガス出口側流路１には、ドレン装置２が設けられている。このドレン装置２は、タンク状の貯留部３と、前記貯留部３の下部に設けられる排出口４と、前記排出口４を開閉するバルブ５と、前記貯留部３内に溜まった水の水位を計測する水位センサ６とを備えている。バルブ５は、ソレノイド６によって駆動されるプランジャ７を介して貯留部３の下部を開閉自在である。

このような構成において、燃料ガス出口側流路１から貯留部３に貯留される水の水位が上昇し、この水の水位が水位センサ６によって検出されると、バルブ５が駆動されてプランジャ８が上方に変位する。このため、貯留部３の水は、燃料ガス出口側流路１に排出される燃料ガスの加圧作用下に排出口４から排出されることになる。

特開２００２−３１３４０３号公報（図３）

ところで、この種の燃料電池システムは、通常、自動車等の車両に搭載して使用される場合が多い。その際、車両の走行状態等に起因して、燃料電池システムが傾斜する場合がある。このため、例えば、上記の特許文献１のドレン装置２が、矢印方向に傾斜すると、貯留部３内の生成水量が少ない場合でも、水位センサ６により水位が所定の高さに至ったと誤検出されるおそれがある。

これにより、ドレン装置２からのパージが比較的頻繁に行われ、燃料ガスを消費しないままドレン装置２から放出してしまうとともに、そのパージ処理に伴って希釈ガスを過剰に流す必要がある。従って、燃料ガスの消費効率が低下するとともに、希釈ガスを加圧供給するためのコンプレッサ等の消費電力が増大して、燃費が低下するおそれがある。さらに、ドレン装置２では、大型なタンク状の貯留部３を備えるとともに、水位センサ６を用いており、燃料電池システム全体が比較的大型化するおそれがある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、車載時の振動や傾斜等に影響されることがなく、燃料電池スタックから生成水を効率的に排出するとともに、燃費を良好に向上させることが可能な車載型燃料電池システムを提供することを目的とする。

本発明の車載型燃料電池システムは、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体と、セパレータとを積層するとともに、積層方向に貫通して少なくとも反応ガス導入口及び反応ガス排出口が形成された燃料電池スタックと、流路の一端が前記反応ガス排出口に連通し、流路の他端が希釈機構に連通する排ガス流路と、流路の一端が前記排ガス流路とは個別に前記反応ガス排出口に連通して前記燃料電池スタックの外部に露呈し、流路の他端が前記希釈機構に連通して前記反応ガス排出口から前記希釈機構に、主として液滴を排出するドレン流路と、前記ドレン流路に配設される流量制御機構とを備え、前記流量制御機構は、前記ドレン流路に排出される液滴を検出する静電容量センサと、前記ドレン流路の流量調整を行う流量調整部とを設けている。

また、本発明の車載型燃料電池システムは、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体と、セパレータとを積層するとともに、積層方向に貫通して少なくとも反応ガス導入口及び反応ガス排出口が形成された燃料電池スタックと、前記反応ガス排出口の一方である燃料ガス排出口に、排ガス流路を介して連通する気液分離機構と、流路の一端が前記排ガス流路とは個別に前記燃料ガス排出口に連通して前記燃料電池スタックの外部に露呈し、流路の他端が前記気液分離機構に連通して前記燃料ガス排出口から前記気液分離機構に、主として液滴を排出する第１ドレン流路と、前記気液分離機構に連通し、該気液分離機構から主として液滴を排出する第２ドレン流路と、少なくとも前記第１ドレン流路又は前記第２ドレン流路に配設される流量制御機構とを備え、前記流量制御機構は、前記第１ドレン流路又は前記第２ドレン流路に排出される液滴を検出する静電容量センサと、前記第１ドレン流路又は前記第２ドレン流路の流量調整を行う流量調整部とを設けている。

さらに、本発明の車載型燃料電池システムは、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体と、セパレータとを積層するとともに、積層方向に貫通して少なくとも反応ガス導入口及び反応ガス排出口が形成された燃料電池スタックと、前記反応ガス排出口の一方である燃料ガス排出口に、排ガス流路を介して連通する気液分離機構と、前記気液分離機構から主として液滴が排出される希釈機構と、前記希釈機構に希釈流体を供給する希釈流体供給部と、流路の一端が前記排ガス流路とは個別に前記燃料ガス排出口に連通して前記燃料電池スタックの外部に露呈し、流路の他端が前記希釈機構に連通して前記燃料ガス排出口から前記希釈機構に、主として液滴を排出する第１ドレン流路と、前記気液分離機構と前記希釈機構とに連通し、前記気液分離機構から前記希釈機構に、主として液滴を排出する第２ドレン流路と、少なくとも前記第１ドレン流路又は前記第２ドレン流路に配設される流量制御機構とを備え、前記流量制御機構は、前記第１ドレン流路又は前記第２ドレン流路に排出される液滴を検出する静電容量センサと、前記前記第１ドレン流路又は前記第２ドレン流路の流量調整を行う流量調整部とを設けている。

さらにまた、本発明の車載型燃料電池システムは、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体と、セパレータとを積層するとともに、積層方向に貫通して少なくとも反応ガス導入口及び反応ガス排出口が形成された燃料電池スタックと、前記反応ガス排出口の一方である燃料ガス排出口に、排ガス流路を介して連通し、前記反応ガス導入口の一方である燃料ガス導入口に循環する燃料ガス循環路と、前記燃料ガス循環路とは個別に前記燃料ガス排出口に連通して前記燃料電池スタックの外部に露呈し、前記燃料ガス排出口から主として液滴を排出する第１ドレン流路と、前記第１ドレン流路に配設される流量制御機構とを備え、前記流量制御機構は、前記ドレン流路に排出される液滴を検出する静電容量センサと、前記ドレン流路の流量調整を行う流量調整部とを設けている。

本発明によれば、ドレン流路に流量制御機構が設けられるとともに、前記流量制御機構は、静電容量センサと流量調整部とを設けており、前記ドレン流路に排出される液滴を確実に検出することができる。このため、燃料電池システムが傾斜しても、水分量を誤検出することを阻止して酸化剤ガスや燃料ガスを過剰に流す必要がなく、燃費を有効に向上させることが可能になる。しかも、流量制御機構の設置スペースが狭小化され、車載型燃料電池システム全体の小型化が容易に図られる。

また、水分量の誤検出を防止することにより、気液分離機構や希釈機構に燃料ガスが流出することを阻止することができる。従って、構成を簡単化且つ小型化することが可能になるとともに、燃料ガスを過剰に排出することがなく、また、希釈ガスを過剰に流す必要がなく、コンプレッサ等の消費電力を抑制して燃費の向上が容易に図られる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る車載型燃料電池システム１０の概略説明図である。

燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２を備える。この燃料電池スタック１２は、複数の単位セル１４が水平方向（矢印Ａ方向）に積層されるとともに、積層方向一端には、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート１８ａ及び第１エンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、配設される。単位セル１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁性プレート１８ｂ及び第２エンドプレート２０ｂが外方に向かって、順次、配設される。

図１及び図２に示すように、各単位セル１４は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）２２と、前記電解質膜・電極構造体２２を挟持する薄板波形状の第１及び第２金属セパレータ２４、２６とを備える。なお、第１及び第２金属セパレータ２４、２６に代替して、例えば、カーボンセパレータを採用してもよい。

単位セル１４の長辺方向（図２中、矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔（導入口）２８ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３０ａ、及び燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔（排出口）３２ｂが設けられる。

単位セル１４の長辺方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔（導入口）３２ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３０ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔（排出口）２８ｂが設けられる。

電解質膜・電極構造体２２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜３４と、前記固体高分子電解質膜３４を挟持するアノード側電極３６及びカソード側電極３８とを備える。

アノード側電極３６及びカソード側電極３８は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜３４の両面に形成される。

第１金属セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２４ａには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する燃料ガス流路４０が形成される。第１金属セパレータ２４の面２４ｂには、冷却媒体入口連通孔３０ａと冷却媒体出口連通孔３０ｂとを連通する冷却媒体流路４２が形成される。

第２金属セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２６ａには、酸化剤ガス流路４４が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路４４は、酸化剤ガス入口連通孔２８ａと酸化剤ガス出口連通孔２８ｂとに連通する。第２金属セパレータ２６の面２６ｂには、第１金属セパレータ２４の面２４ｂと重なり合って冷却媒体流路４２が一体的に形成される。

第１金属セパレータ２４の面２４ａ、２４ｂには、この第１金属セパレータ２４の外周端縁部を周回して第１シール部材４６が一体成形されるとともに、第２金属セパレータ２６の面２６ａ、２６ｂには、この第２金属セパレータ２６の外周端縁部を周回して第２シール部材４８が一体成形される。

図１に示すように、燃料電池スタック１２には、燃料ガス供給系５０、酸化剤ガス供給系５２及び冷却媒体供給系（図示せず）が組み込まれる。燃料ガス供給系５０は、水素タンク５４を備え、この水素タンク５４は、バルブ５６からエゼクタ５８を介して燃料ガス循環路６０に接続される。この燃料ガス循環路６０は、第１エンドプレート２０ａの燃料ガス入口連通孔３２ａに連結される。

第１エンドプレート２０ａの燃料ガス出口連通孔３２ｂは、燃料ガス排出路（排ガス流路）６２を介してエゼクタ５８に連通するとともに、前記燃料ガス排出路６２の途上には、パージ流路６４が設けられ、このパージ流路６４は、バルブ６６を介して希釈ボックス（希釈機構）６８に接続される。

酸化剤ガス供給系５２は、加圧空気を発生させる、例えば、コンプレッサ７０を備え、このコンプレッサ７０は、酸化剤ガス供給路７２を介して第１エンドプレート２０ａの酸化剤ガス入口連通孔２８ａに連通する。第１エンドプレート２０ａの酸化剤ガス出口連通孔２８ｂには、希釈ガス流路（排ガス流路）７４が接続されるとともに、前記希釈ガス流路７４は、希釈ボックス６８に連通する。

第２エンドプレート２０ｂの酸化剤ガス出口連通孔２８ｂには、希釈ガス流路７４とは個別に希釈ボックス６８に連通するドレン流路７６が接続される。ドレン流路７６は、酸化剤ガス出口連通孔２８ｂに対して希釈ガス流路７４よりも下方に配置されるとともに、前記希釈ガス流路７４よりも小径に設定されることが好ましい。このドレン流路７６には、酸化剤ガス出口連通孔２８ｂに近接して流量制御機構７８が設けられている。

図３に示すように、流量制御機構７８は、ドレン流路７６に配設され、このドレン流路７６に所定量の液滴が溜まったことを検出するためのセンサ、例えば、静電容量センサ８０と、前記静電容量センサ８０の近傍に配置されて前記ドレン流路７６を開閉するバルブ（流量調整部）８２と、前記静電容量センサ８０からの信号に基づいて前記バルブ８２を制御する制御部８４とを備える。

静電容量センサ８０は、図４に示すように、ドレン流路７６の外側に嵌合して設けられており、このドレン流路７６内に液滴が排出される際の静電容量の変化を検出する。検出された静電容量の変化と、予め設定された基準の静電容量の変化とを比較して、ドレン流路７６内に規定量以上の液滴が存在しているか否かが判断される。この静電容量センサ８０は、ドレン流路７６の外側に絶縁材８６を介して周回状態に巻き付けられる検出電極８８を備え、この検出電極８８の外側には、絶縁材９０を介してシールド材９２が設けられる。なお、この種の構成は、例えば、特開２００２−３４０８３７号公報の静電容量センサに開示されている。

図１に示すように、希釈ボックス６８には、この希釈ボックス６８内の生成水及びガス成分（主として希釈された燃料ガス成分）を外部に排出するための排出流路９４が接続される。この排出流路９４には、開閉用のバルブ９６が設けられる。

このように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。

先ず、図１に示すように、酸化剤ガス供給系５２を介して燃料電池スタック１２を構成する第１エンドプレート２０ａの酸化剤ガス入口連通孔２８ａに、酸素含有ガス等の酸化剤ガス、例えば、空気が供給される。一方、燃料ガス供給系５０を構成する水素タンク５４は、バルブ５６を介して燃料ガス循環路６０に水素含有ガス等の燃料ガスを供給する。この燃料ガスは、第１エンドプレート２０ａの燃料ガス入口連通孔３２ａに供給される。

さらに、図示しない冷却媒体供給系を介して、第１エンドプレート２０ａの冷却媒体入口連通孔３０ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が循環供給される。

図２に示すように、燃料電池スタック１２内では、酸化剤ガスが、酸化剤ガス入口連通孔２８ａから第２金属セパレータ２６の酸化剤ガス流路４４に導入され、電解質膜・電極構造体２２のカソード側電極３８に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３２ａから第１金属セパレータ２４の燃料ガス流路４０に導入され、電解質膜・電極構造体２２のアノード側電極３６に沿って移動する。

従って、各電解質膜・電極構造体２２では、カソード側電極３８に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３６に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。

また、冷却媒体は、第１及び第２金属セパレータ２４、２６間の冷却媒体流路４２に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体２２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔３０ｂを移動して第１エンドプレート２０ａに連結された図示しない循環流路に排出され、循環使用される。

次いで、カソード側電極３８に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔２８ｂに沿って流動した後、第１エンドプレート２０ａに連結された希釈ガス流路７４に排出される（図１参照）。この希釈ガス流路７４に排出された酸化剤ガスは、希釈ボックス６８に、常時、供給される。

同様に、アノード側電極３６に供給されて消費された燃料ガス（以下、消費燃料ガスともいう）は、燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出されて流動し、第１エンドプレート２０ａに連結された燃料ガス排出路６２に排出される。この消費燃料ガスは、エゼクタ５８の作用下に燃料ガス循環路６０に戻され、新たな燃料ガスと混在されて第１エンドプレート２０ａの燃料ガス入口連通孔３２ａに循環供給される。

一方、流量制御機構７８では、図３に示すように、予めバルブ８２を介してドレン流路７６が閉塞されており、静電容量センサ８０は、静電容量の変化から前記ドレン流路７６に排出される水分量を検出する。そして、検出された水分量が所定量となる際に、制御部８４を介して前記バルブ８２が開放される。このため、燃料電池スタック１２内に供給される圧縮空気の圧力によって、ドレン流路７６の生成水は、希釈ボックス６８に確実に導入される。

この場合、第１の実施形態では、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス出口連通孔２８ｂに連通し、この燃料電池スタック１２の外部に露呈するドレン流路７６に流量制御機構７８が配設されるとともに、この流量制御機構７８は、静電容量センサ８０とバルブ８２とを設けている。このため、ドレン流路７６に排出される水分量を確実に検出することができ、図示しない車両の走行状態等によって燃料電池スタック１２が傾斜しても、流量制御機構７８を介して水分量を誤検出することがない。

従って、バルブ８２の開閉動作が頻繁に行われることを阻止し、コンプレッサ７０を介して加圧された空気をドレン流路７６に頻繁に供給する必要がない。これにより、コンプレッサ７０を効率的に運転することができ、燃費を有効に向上させることが可能になる。しかも、流量制御機構７８の設置スペースが狭小化され、燃料電池システム１０全体の小型化が容易に図られるという効果が得られる。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る車載型燃料電池システム１００の概略説明図である。

なお、第１の実施形態に係る燃料電池システム１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３〜第５の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

燃料電池システム１００は、第２エンドプレート２０ｂの燃料ガス出口連通孔３２ｂと、希釈ボックス６８とに連通するドレン流路１０２を備える。このドレン流路１０２には、燃料ガス出口連通孔３２ｂに近接して流量制御機構７８が配設されている。ドレン流路１０２は、ドレン流路７６と同様に構成されている。

このように構成される第２の実施形態では、燃料ガス出口連通孔３２ｂの生成水は、流量制御機構７８の作用下にドレン流路１０２を介して希釈ボックス６８に供給される。その際、流量制御機構７８では、燃料電池スタック１２の傾斜等に影響されることがなく、ドレン流路１０２の水分量が正確に検出されている。

このため、バルブ８２の開閉を必要以上に繰り返すことがなく、希釈ガスである酸化剤ガス（空気）を過剰に流す必要がない。これにより、コンプレッサ７０を経済的に駆動させることができ、燃費の向上が容易に図られる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

さらに、第２の実施形態では、液滴とガス成分とを分離して排出することができるため、気液分離器が不要になり、燃料電池システム１００を有効に簡素化することが可能になる。なお、ガス成分中から水分を一層精度よく分離することが望まれる場合には、燃料ガス排出路６２に気液分離器を配設してもよい。

図６は、本発明の第３の実施形態に係る車載型燃料電池システム１１０の概略説明図である。

燃料電池システム１１０では、第１エンドプレート２０ａの燃料ガス出口連通孔３２ｂに連通する燃料ガス排出路６２が、気液分離器（気液分離機構）１１２に連通する。この気液分離器１１２は、エゼクタ５８に連通する。

第２エンドプレート２０ｂの燃料ガス出口連通孔３２ｂには、燃料ガス排出路６２とは個別に気液分離器１１２に連通する第１ドレン流路１１４が接続される。第１ドレン流路１１４には、燃料ガス出口連通孔３２ｂに近接して流量制御機構７８が設けられている。

気液分離器１１２には、この気液分離器１１２から主として水分を排出するための第２ドレン流路１１６が必要に応じて連結されるとともに、前記第２ドレン流路１１６は、流量制御機構１１８を介して希釈ボックス６８に接続される。この流量制御機構１１８は、流量制御機構７８と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。

このように構成される第３の実施形態では、燃料ガス出口連通孔３２ｂの生成水は、第１ドレン流路１１４に円滑に排出され、流量制御機構７８の作用下に気液分離器１１２に供給される。このため、気液分離器１１２に燃料ガスが流入することを確実に阻止することが可能になる。

しかも、気液分離器１１２は、第２ドレン流路１１６を介して希釈ボックス６８に接続されるとともに、前記第２ドレン流路１１６には、流量制御機構１１８が配設されている。従って、気液分離器１１２から希釈ボックス６８に燃料ガスが排出されることを確実に阻止することができる。

これにより、第３の実施形態では、簡単且つコンパクトな構成で、燃料ガスの消費を良好に抑制することができ、燃費の向上が容易に図られるという効果が得られる。

図７は、本発明の第４の実施形態に係る車載型燃料電池システム１２０の概略説明図である。

燃料電池システム１２０は、第２エンドプレート２０ｂの燃料ガス出口連通孔３２ｂと、希釈ボックス６８とに連通する第１ドレン流路１２２を備える。この第１ドレン流路１２２には、燃料ガス出口連通孔３２ｂに近接して流量制御機構７８が配設されている。

このように構成される第４の実施形態では、燃料ガス出口連通孔３２ｂの生成水は、流量制御機構７８の作用下に第１ドレン流路１２２から希釈ボックス６８に排出される。このため、燃料ガス出口連通孔３２ｂから希釈ボックス６８に燃料ガスが流入することがなく、この希釈ボックス６８に過剰の希釈ガスを供給する必要がない。従って、コンプレッサ７０の消費電力を抑制することができ、燃費の向上が図られる。

図８は、本発明の第５の実施形態に係る車載型燃料電池システム１３０の概略説明図である。

この燃料電池システム１３０は、第２エンドプレート２０ｂの燃料ガス出口連通孔３２ｂに接続されて外部に開放自在な第１ドレン流路１３２を備える。この第１ドレン流路１３２には、流量制御機構７８が設けられている。なお、気液分離器１１２及び／又は希釈ボックス６８は、必要に応じて用いればよく、不要にすることもできる。

この燃料電池システム１３０では、燃料ガス出口連通孔３２ｂの生成水が第１ドレン流路１３２から外部に良好に排出され、この第１ドレン流路１３２から燃料ガスが外部に排出されることを良好に阻止することができる。このため、燃費の向上が容易に遂行されるとともに、気液分離器１１２や希釈ボックス６８を不要にすることが可能になる。

これにより、燃料電池システム１３０は、構成部品が大幅に削減され、この燃料電池システム１３０全体の構成が良好に簡素化されて経済的であるという利点がある。

本発明の第１の実施形態に係る車載型燃料電池システムの概略説明図である。 前記車載型燃料電池システムを構成する単位セルの分解斜視説明図である。 前記車載型燃料電池システムを構成する流量制御機構の説明図である。 前記流量制御機構を構成する静電容量センサの断面説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る車載型燃料電池システムの概略説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る車載型燃料電池システムの概略説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る車載型燃料電池システムの概略説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る車載型燃料電池システムの概略説明図である。 特許文献１の燃料電池システムの生成水排出方法の説明図である。

符号の説明

１０、１００、１１０、１２０、１３０…燃料電池システム
１２…燃料電池スタック １４…単位セル
２０ａ、２０ｂ…エンドプレート ２２…電解質膜・電極構造体
２４、２６…金属セパレータ ２８ａ…酸化剤ガス入口連通孔
２８ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ３０ａ…冷却媒体入口連通孔
３０ｂ…冷却媒体出口連通孔 ３２ａ…燃料ガス入口連通孔
３２ｂ…燃料ガス出口連通孔 ３４…固体高分子電解質膜
３６…アノード側電極 ３８…カソード側電極
４０…燃料ガス流路 ４２…冷却媒体流路
４４…酸化剤ガス流路 ５０…燃料ガス供給系
５２…酸化剤ガス供給系 ５４…水素タンク
５６、６６、８２…バルブ ５８…エゼクタ
６０…燃料ガス循環路 ６２…燃料ガス排出路
６４…パージ流路 ６８…希釈ボックス
７２…酸化剤ガス供給路 ７４…希釈ガス流路
７６、１０２、１１４、１１６、１２２、１３２…ドレン流路
７８、１１８…流量制御機構 ８０…静電容量センサ
１１２…気液分離器

Claims (4)

1. 車両に搭載して使用される車載型燃料電池システムであって、
   電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体と、セパレータとを積層するとともに、積層方向に貫通して少なくとも反応ガス導入口及び反応ガス排出口が形成された燃料電池スタックと、
   流路の一端が前記反応ガス排出口に連通し、流路の他端が希釈機構に連通する排ガス流路と、
   流路の一端が前記排ガス流路とは個別に前記反応ガス排出口に連通して前記燃料電池スタックの外部に露呈し、流路の他端が前記希釈機構に連通して前記反応ガス排出口から前記希釈機構に、主として液滴を排出するドレン流路と、
   前記ドレン流路に配設される流量制御機構と、
   を備え、
   前記流量制御機構は、前記ドレン流路に排出される液滴を検出する静電容量センサと、
   前記ドレン流路の流量調整を行う流量調整部と、
   を設けることを特徴とする車載型燃料電池システム。
2. 車両に搭載して使用される車載型燃料電池システムであって、
   電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体と、セパレータとを積層するとともに、積層方向に貫通して少なくとも反応ガス導入口及び反応ガス排出口が形成された燃料電池スタックと、
   前記反応ガス排出口の一方である燃料ガス排出口に、排ガス流路を介して連通する気液分離機構と、
   流路の一端が前記排ガス流路とは個別に前記燃料ガス排出口に連通して前記燃料電池スタックの外部に露呈し、流路の他端が前記気液分離機構に連通して前記燃料ガス排出口から前記気液分離機構に、主として液滴を排出する第１ドレン流路と、
   前記気液分離機構に連通し、該気液分離機構から主として液滴を排出する第２ドレン流路と、
   少なくとも前記第１ドレン流路又は前記第２ドレン流路に配設される流量制御機構と、
   を備え、
   前記流量制御機構は、前記第１ドレン流路又は前記第２ドレン流路に排出される液滴を検出する静電容量センサと、
   前記第１ドレン流路又は前記第２ドレン流路の流量調整を行う流量調整部と、
   を設けることを特徴とする車載型燃料電池システム。
3. 車両に搭載して使用される車載型燃料電池システムであって、
   電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体と、セパレータとを積層するとともに、積層方向に貫通して少なくとも反応ガス導入口及び反応ガス排出口が形成された燃料電池スタックと、
   前記反応ガス排出口の一方である燃料ガス排出口に、排ガス流路を介して連通する気液分離機構と、
   前記気液分離機構から主として液滴が排出される希釈機構と、
   前記希釈機構に希釈流体を供給する希釈流体供給部と、
   流路の一端が前記排ガス流路とは個別に前記燃料ガス排出口に連通して前記燃料電池スタックの外部に露呈し、流路の他端が前記希釈機構に連通して前記燃料ガス排出口から前記希釈機構に、主として液滴を排出する第１ドレン流路と、
   前記気液分離機構と前記希釈機構とに連通し、前記気液分離機構から前記希釈機構に、主として液滴を排出する第２ドレン流路と、
   少なくとも前記第１ドレン流路又は前記第２ドレン流路に配設される流量制御機構と、
   を備え、
   前記流量制御機構は、前記第１ドレン流路又は前記第２ドレン流路に排出される液滴を検出する静電容量センサと、
   前記前記第１ドレン流路又は前記第２ドレン流路の流量調整を行う流量調整部と、
   を設けることを特徴とする車載型燃料電池システム。
4. 車両に搭載して使用される車載型燃料電池システムであって、
   電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体と、セパレータとを積層するとともに、積層方向に貫通して少なくとも反応ガス導入口及び反応ガス排出口が形成された燃料電池スタックと、
   前記反応ガス排出口の一方である燃料ガス排出口に、排ガス流路を介して連通し、前記反応ガス導入口の一方である燃料ガス導入口に循環する燃料ガス循環路と、
   前記燃料ガス循環路とは個別に前記燃料ガス排出口に連通して前記燃料電池スタックの外部に露呈し、前記燃料ガス排出口から主として液滴を排出する第１ドレン流路と、
   前記第１ドレン流路に配設される流量制御機構と、
   を備え、
   前記流量制御機構は、前記ドレン流路に排出される液滴を検出する静電容量センサと、
   前記ドレン流路の流量調整を行う流量調整部と、
   を設けることを特徴とする車載型燃料電池システム。
   
   

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