JP2008235203A - 燃料電池システムにおける生成水排出方法及び燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料電池で生成された水を垂れ流しせずにタンク内に一時貯留し、タンク内に貯留された水を短時間で排出することができる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システム18は、燃料電池20と、燃料電池20で生成された水を貯留可能なタンク26と、タンク26内を加圧する加圧手段とを備えている。加圧手段として燃料電池20に空気を圧縮して供給するコンプレッサ22が使用される。燃料電池システム18は気液分離器25を備え、気液分離器25で分離された水がタンク26に貯留される。気液分離器25とタンク26とを接続する管路35には開閉弁37が設けられている。タンク26には第1の排水管38が接続され、第1の排水管38には開閉弁39が設けられている。
【選択図】図1
【解決手段】燃料電池システム18は、燃料電池20と、燃料電池20で生成された水を貯留可能なタンク26と、タンク26内を加圧する加圧手段とを備えている。加圧手段として燃料電池20に空気を圧縮して供給するコンプレッサ22が使用される。燃料電池システム18は気液分離器25を備え、気液分離器25で分離された水がタンク26に貯留される。気液分離器25とタンク26とを接続する管路35には開閉弁37が設けられている。タンク26には第1の排水管38が接続され、第1の排水管38には開閉弁39が設けられている。
【選択図】図1
Description
本発明は、燃料電池システムにおける生成水排出方法及び燃料電池システムに関する。
排気ガスによる地球温暖化の抑制のため駆動源として電気を用いた電気自動車や、低燃費や排気ガス削減のため、始動時や低速域ではモータで駆動輪を駆動し、中高速域ではエンジン(内燃機関)で駆動輪を駆動する所謂ハイブリッド車が実用化されている。電源として、バッテリではなく、燃料電池を使用する電気自動車(燃料電池車)も一部実用化されている。燃料電池車に搭載されている燃料電池システムでは、燃料電池に水素と空気とを供給して電気化学反応によって起電力を発生させており、水素と酸素との反応によって水が生成されるため、排気には多量の水が含まれる。従来、燃料電池の排気から水を気液分離器で分離してタンクに貯留し、水を除いた排気(空気オフガス)を排気路から排出する燃料電池システムが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。この燃料電池システムでは、タンクに貯蔵された水は、外部排水弁を介して外部に排出される。この外部排水弁は、制御部によって開閉制御される。制御部は、移動体(車両)が排水可能な位置にあり、燃料電池による発電動作が停止している場合に外部排水弁を「開」にする。排水可能な位置として、例えば、燃料補給施設の排水領域が開示されている。
特開2005−347190号公報
電気自動車が屋外を走行する車両の場合は、タンクに貯蔵された水は少しずつであれば、走行中に排出しても差し支えない。しかし、屋内作業用車両や構内において屋内と屋外を往復して作業を行うフォークリフトのような車両の場合は、タンク内の水を屋内で排出する場合は、水が床(フロア)にこぼれないように、排出に差し支えない所定の位置で排出する必要がある。
特許文献1の燃料電池システムを車両に搭載した場合は、タンク内の水を所定の位置で排出することができる。しかし、特許文献1の燃料電池システムでは、外部排水弁を開いてタンク内の水を排出するだけであり、タンク内の水を短時間で排出することに関しては何ら配慮がなされていない。例えば、フォークリフトの電源に燃料電池を使用した場合、フォークリフトが5時間程度駆動されると、水は18リットル程度生成する。このように大量の水を限られた口径の排出管から単に排出するのでは時間がかかり、作業効率が低下する。
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料電池で生成された水を垂れ流しせずにタンク内に一時貯留し、タンク内に貯留された水を短時間で排出することができる燃料電池システムにおける生成水排出方法及び燃料電池システムを提供することにある。
前記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、燃料電池が発電するときに生成する水をタンクに一時貯留し、前記タンク内に燃料電池システムの外圧より高い圧力を加えた状態で排水管に設けられたバルブを開いてタンク内の水を排出する。この発明では、燃料電池で生成された水はタンクに一時貯留されるため、燃料電池システムが車両に搭載されて使用される場合、生成された水を排出しても支障の無い所定の場所に排出することができる。また、タンク内の水は外圧(外気の圧力)より高い圧力に加圧された状態で、タンクから排出されるため、加圧せずに排出される場合に比較して短時間で排出できる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記タンク内の水を排出する時に前記タンク内に前記高い圧力を加える。したがって、例えば、燃料電池システム自身が加圧手段を備えていない場合でも、所定の場所に設けられた加圧設備から圧縮空気を供給して加圧状態で排出することができる。
請求項3に記載の発明は、燃料電池と、前記燃料電池で生成された水を貯留可能なタンクと、前記タンク内を加圧する加圧手段と、前記タンクに接続された排水管と、前記排水管に設けられた開閉弁とを備える。この発明では、タンク内に貯留された水を加圧手段で加圧した状態で配水管から排出すれば、加圧状態でない場合に比較してタンク内の水を短時間で排出することができる。また、排水時期になる前にタンク内を加圧しておけば、排水管の開閉弁を開放するとタンク内の水は直ちに加圧状態で排出され、より短時間で排出できる。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記加圧手段は前記燃料電池に酸素を供給するコンプレッサである。一般に燃料電池は、圧縮した空気をカソード極(空気極)に供給するため、燃料電池システムは空気を圧縮するコンプレッサを備えている。したがって、この発明では、加圧手段を新たに設けずに本来燃料電池システムに装備されているコンプレッサを加圧手段として利用できるため、燃料電池システムを大型化せずに容易に実施することができる。
請求項5に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記加圧手段は蓄圧タンクである。この発明では、タンクに貯留された水は蓄圧タンクから供給される圧力によって加圧されて、加圧状態で排出される。
請求項6に記載の発明は、請求項3〜請求項5のいずれか一項に記載の発明において、前記燃料電池システムは、屋内用産業車両に搭載されたものである。この発明では、燃料電池を駆動源として走行あるいは作業を行う屋内用産業車両が、タンク内に貯留された水を所定の排水箇所において短時間で排出することができるため、作業効率を高めることができる。
本発明によれば、燃料電池で生成された水を垂れ流しせずにタンク内に一時貯留し、タンク内に貯留された水を短時間で排出することができる。
(第1の実施形態)
以下、本発明を屋内用産業車両として使用されるフォークリフトの燃料電池システムに具体化した第1の実施形態を図1及び図2にしたがって説明する。
以下、本発明を屋内用産業車両として使用されるフォークリフトの燃料電池システムに具体化した第1の実施形態を図1及び図2にしたがって説明する。
図2に示すように、屋内用産業車両としてのフォークリフト10には、車体11の前部にマスト12が設けられている。マスト12にはフォーク13がリフトブラケット14を介して昇降可能に装備され、リフトシリンダ15の伸縮作動によりフォーク13がリフトブラケット14とともに昇降される。車体11の前下部には駆動輪(前輪)16が設けられ、駆動輪16は車軸に装備された差動装置及びギヤ(いずれも図示せず)を介して走行用モータ17により駆動される。また、車体11の後方には、燃料電池システム18が搭載され、燃料電池システム18はフード19で覆われている。燃料電池システム18は、リフトシリンダ15及びティルトシリンダの油圧源となる油圧モータ(図示せず)及び走行用モータ17の電源として使用される。
図1に示すように、燃料電池システム18は、燃料電池20、水素貯蔵タンク21、コンプレッサ22、加湿器23、希釈器24、気液分離器25及びタンク26を備えている。燃料電池20は、例えば固体高分子型の燃料電池からなり、水素貯蔵タンク21から供給される水素と、コンプレッサ22から供給される空気中の酸素とを反応させて直流の電気エネルギー(直流電力)を発生する。
水素貯蔵タンク21は図2に示すように複数設けられ、燃料電池20の水素供給ポート(図示せず)に管路27を介して連結され、管路27には燃料電池20へ供給される水素の圧力を調整する調圧弁(図示せず)が設けられている。調圧弁は、水素貯蔵タンク21に高圧で貯蔵された水素を所定の圧力まで減圧させて一定圧力で供給する圧力制御弁である。
コンプレッサ22は、管路28を介して加湿器23に接続されている。加湿器23は、供給管29を介して燃料電池20の酸素供給ポート(図示せず)に接続され、管路30を介してオフガス排出ポート(図示せず)に接続されている。そして、コンプレッサ22で加圧された空気が加湿器23で加湿された後、燃料電池20の酸素供給ポート(図示せず)に供給され、燃料電池20のカソード極(図示せず)からのオフガスは管路30を介して加湿器23に排出される。
加湿器23は、排出管路31を介して希釈器24に接続され、排出管路31には調圧バルブ32が設けられている。希釈器24は、燃料電池20の水素排出ポートに管路33を介して接続され、管路33には開閉弁(アノードパージバルブ)34が設けられている。また、希釈器24は、管路を介して気液分離器25に接続され、希釈器24は、水素排出ポートから排出されるアノードパージガスを空気極のオフガスで希釈して気液分離器25に供給する。
気液分離器25は、管路35を介してタンク26に接続され、管路を介してマフラ36に接続されている。管路35には開閉弁37が設けられている。気液分離器25は、希釈器24から供給された空気極のオフガスとアノードパージガスとの混合ガスから水分を分離し、分離した水分を管路35に排出し、水分が分離されたガスをマフラ36に排出する。
タンク26には第1の排水管38が接続され、第1の排水管38には開閉弁39が設けられている。タンク26は、開閉弁39が閉じた状態において、気液分離器25から供給される水、即ち燃料電池20で生成された水を貯留可能である。タンク26は、管路28から分岐された管路40を介してコンプレッサ22に接続されている。管路40には開閉弁41が設けられている。タンク26は、コンプレッサ22の駆動状態で開閉弁41が開放されると、コンプレッサ22により加圧されるようになっている。即ち、この実施形態では、コンプレッサ22がタンク26内を加圧する加圧手段を構成する。
また、管路35の開閉弁37より上流側には第2の排水管42が接続されており、第2の排水管42には開閉弁43が設けられている。
調圧バルブ32及び開閉弁34,37,39,41は図示しない制御装置からの指令により開度調整あるいは開閉制御される。
調圧バルブ32及び開閉弁34,37,39,41は図示しない制御装置からの指令により開度調整あるいは開閉制御される。
次に前記のように構成された燃料電池20の作用を説明する。
燃料電池20は、排水処理時以外は、開閉弁39,41,43が閉じて状態で運転される。燃料電池20の運転時には、水素貯蔵タンク21からから所定の加圧状態で水素が燃料電池20のアノード電極(水素極)に供給される。また、コンプレッサ22が駆動されて、空気が所定の圧力に加圧されて燃料電池20のカソード電極(空気極)に供給される。アノード極に供給された水素は、触媒によって水素イオンと電子とに解離し、水素イオンが電解質膜を通って水と共にカソード極へ移動する。カソード極では、カソード極に供給された空気中の酸素と、電解質膜中を移動してカソード極に達した水素イオンと、外部回路を通ってきた電子とが結合して水を生成する。カソード極で発生した水は、水蒸気の状態で未反応の空気と共に加湿器23に排出され、希釈器24を経て気液分離器25に供給される。そして、気液分離器25において、気体と液体(水)とに分離され、分離された水は管路35からタンク26へ供給される。また、水が分離された気体はマフラ36を経て外部(大気)へ排出される。
燃料電池20は、排水処理時以外は、開閉弁39,41,43が閉じて状態で運転される。燃料電池20の運転時には、水素貯蔵タンク21からから所定の加圧状態で水素が燃料電池20のアノード電極(水素極)に供給される。また、コンプレッサ22が駆動されて、空気が所定の圧力に加圧されて燃料電池20のカソード電極(空気極)に供給される。アノード極に供給された水素は、触媒によって水素イオンと電子とに解離し、水素イオンが電解質膜を通って水と共にカソード極へ移動する。カソード極では、カソード極に供給された空気中の酸素と、電解質膜中を移動してカソード極に達した水素イオンと、外部回路を通ってきた電子とが結合して水を生成する。カソード極で発生した水は、水蒸気の状態で未反応の空気と共に加湿器23に排出され、希釈器24を経て気液分離器25に供給される。そして、気液分離器25において、気体と液体(水)とに分離され、分離された水は管路35からタンク26へ供給される。また、水が分離された気体はマフラ36を経て外部(大気)へ排出される。
また、カソード極の水や窒素の一部が電解質膜をカソード極側からアノード極側へ逆拡散するため、燃料電池20が駆動を続けると、アノード極の水や窒素の濃度が高くなり、それらの濃度がある程度以上になると、発電効率が低下する。これを防止あるいは抑制するため、例えば、燃料電池20が所定時間運転を継続した時点で開閉弁34が開放されて、アノード極に溜まった水分及び窒素が水素ガスと共に管路33を介して希釈器24に排出される。そして、排出されたパージガスは希釈器24においてカソード極のオフガスにより希釈された後、気液分離器25に供給される。
タンク26に貯留された水の量が予め設定された量以上になる所定時間燃料電池20が運転されると、タンク26内に貯留された水の排水処理が行われる。この排水処理は、例えば、フォークリフト10の運転時間が予め設定された時間になると、オペレータがフォークリフト10を排水に支障のない所定の排水箇所(排水位置)に停止させた状態で行われる。
排水処理時には、開閉弁37が閉鎖された後、コンプレッサ22が運転されている状態で開閉弁41が開放される。これにより、タンク26内が加圧状態になる。また、開閉弁39が開放されてタンク26内の水が第1の排水管38を経て排出される。このとき、タンク26が加圧状態にあるため、タンク26内が加圧状態でない場合に比較してタンク26内の水が短時間で排出される。タンク26内の水の排出完了後、開閉弁39,41が閉鎖され、開閉弁37が開放される。そして、フォークリフト10の運転が再開される。
なお、コンプレッサ22の動力(電源)を燃料電池20の発電から得るため、排水処理中も燃料電池20の運転を継続する場合は、第2の排水管42に設けられた開閉弁43を開放した状態で排水処理を行えば、燃料電池20の運転により生成して気液分離器25で分離された水は、第2の排水管42を経由して排出される。コンプレッサ22の動力をフォークリフト10に搭載されている二次電池(図示せず)とし、排水処理中はコンプレッサ22の運転を行わない場合は、第2の排水管42及び開閉弁43は不要になる。
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)燃料電池システム18は、燃料電池20と、燃料電池20で生成された水を貯留可能なタンク26と、タンク26内を加圧する加圧手段と、タンク26に接続された第1の排水管38と、第1の排水管38に設けられた開閉弁39とを備える。したがって、タンク26内に貯留された水を加圧手段で加圧した状態で第1の排水管38から排出することにより、加圧状態でない場合に比較してタンク26内の水を短時間で排出することができる。
(1)燃料電池システム18は、燃料電池20と、燃料電池20で生成された水を貯留可能なタンク26と、タンク26内を加圧する加圧手段と、タンク26に接続された第1の排水管38と、第1の排水管38に設けられた開閉弁39とを備える。したがって、タンク26内に貯留された水を加圧手段で加圧した状態で第1の排水管38から排出することにより、加圧状態でない場合に比較してタンク26内の水を短時間で排出することができる。
(2)加圧手段として圧縮した空気をカソード極(空気極)に供給するためのコンプレッサ22が使用されている。したがって、加圧手段を新たに設けずに本来燃料電池システム18に装備されているコンプレッサ22を加圧手段として利用できるため、燃料電池システム18を大型化せずに容易に実施することができる。
(3)燃料電池システム18は、屋内用産業車両としてのフォークリフト10に搭載されている。したがって、燃料電池20を駆動源として走行あるいは作業を行うフォークリフト10が、タンク26内に貯留された水を所定の排水箇所において短時間で排出することができるため、作業効率を高めることができる。
(4)気液分離器25とタンク26とを接続する管路35の開閉弁37より上流側には第2の排水管42が接続されており、第2の排水管42には開閉弁43が設けられている。したがって、排水処理を行っている間に燃料電池20の運転を継続して、気液分離器25で水が分離されても支障がない。
(第2の実施形態)
次に第2の実施形態を、図3を参照しながら説明する。なお、第2の実施形態は、加圧手段の構成と、開閉弁43と第2の排水管42がない点が第1の実施形態の燃料電池システム18と異なっており、その他の構成は第1の実施形態の燃料電池システム18と基本的に同様であるため、同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
次に第2の実施形態を、図3を参照しながら説明する。なお、第2の実施形態は、加圧手段の構成と、開閉弁43と第2の排水管42がない点が第1の実施形態の燃料電池システム18と異なっており、その他の構成は第1の実施形態の燃料電池システム18と基本的に同様であるため、同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
この実施形態では管路40及び開閉弁41を設ける代わりに、蓄圧タンク44が設けられている。蓄圧タンク44は、排出管路31の調圧バルブ32より上流側に管路45を介して接続され、管路45には蓄圧タンク44側から排出管路31側への流れを阻止する逆止め弁46が設けられている。蓄圧タンク44は、管路47を介してタンク26に接続され、管路47には開閉弁48が設けられている。蓄圧タンク44は、その容積が、排水処理時に蓄圧タンク44内のオフガスをタンク26に供給してタンク26内を加圧する際、タンク26内の水が全て排出されるまでタンク26内を外気の圧力より大きな圧力に保つことが可能な大きさに設定されている。
開閉弁48は、タンク26内の水の排水処理中以外は閉鎖状態に保持され、排水処理中は開放状態に保持される。燃料電池20の運転中、蓄圧タンク44内の圧力より排出管路31内の圧力が高い状態では、排出管路31を流れるオフガスの一部が逆止め弁46を経て蓄圧タンク44に供給される。燃料電池20の運転中、負荷が高いとオフガスの排気量も多くなり、圧力も高くなるため、タンク26内に所定量以上の水が貯留される状態になるまでに、蓄圧タンク44内には排水処理の際にタンク26内を加圧して短時間で水を排出するのに必要な圧力及び量のオフガスが蓄えられる。
排水処理の際は、フォークリフト10が所定の排水位置に停止した状態で、開閉弁37が閉鎖された後、開閉弁39,48が開放される。そして、開閉弁48が開放されることにより、蓄圧タンク44内の加圧状態のオフガスがタンク26に供給されてタンク26内が加圧される。そのため、タンク26内が加圧状態でない場合に比較してタンク26内の水を短時間で排出することができる。
したがって、この実施形態によれば、第1の実施形態における(1),(3),(4)と同様の効果の他に次の効果を得ることができる。
(5)蓄圧タンク44を備えているため、タンク26に貯留された水は蓄圧タンク44から供給される圧力によって加圧されて、加圧状態で排出される。したがって、コンプレッサ22の運転を停止した状態でも支障なくタンク26内の水を短時間で排出することができる。
(5)蓄圧タンク44を備えているため、タンク26に貯留された水は蓄圧タンク44から供給される圧力によって加圧されて、加圧状態で排出される。したがって、コンプレッサ22の運転を停止した状態でも支障なくタンク26内の水を短時間で排出することができる。
(6)蓄圧タンク44には、燃料電池20の運転中に排出管路31を流れるカソード極のオフガスの一部が逆止め弁46を介して自動的に供給(充填)されるため、排出処理に蓄圧タンク44内のガスを使用した後、蓄圧タンク44内に再び外気より高圧のガスを充填する手間がかからない。
(第3の実施形態)
次に第3の実施形態を、図4を参照しながら説明する。なお、第3の実施形態は、加圧手段の構成と、開閉弁43と第2の排水管42がない点が第1の実施形態の燃料電池システム18と異なっており、その他の構成は第1の実施形態の燃料電池システム18と基本的に同様であるため、同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
次に第3の実施形態を、図4を参照しながら説明する。なお、第3の実施形態は、加圧手段の構成と、開閉弁43と第2の排水管42がない点が第1の実施形態の燃料電池システム18と異なっており、その他の構成は第1の実施形態の燃料電池システム18と基本的に同様であるため、同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
この実施形態では、加圧手段はフォークリフト10に搭載されておらず、フォークリフト10が排水処理を行うために停止する排水箇所の近くに設けられている。例えば、図4に設備エア49として図示されている工場エア配管から分岐されるとともに、開閉弁50を備えた配管51が加圧手段を構成する。配管51の先端はタンク26の上部に設けられた連結管26aに連結可能に構成されている。
この実施形態においてもタンク26に貯留された水の量が予め設定された量以上になる所定時間、燃料電池20が運転されると、フォークリフト10は排水に支障のない所定の排水箇所(排水位置)に停止して、排水処理が行われる。排水処理の際、フォークリフト10が所定の排水位置に停止した状態で、開閉弁37が閉鎖された後、開閉弁39が開放される。そして、配管51の先端を連結管26aに接続した後、開閉弁50が開放される。その結果、設備エア49が配管51を介してタンク26に供給されてタンク26内が加圧される。そのため、タンク26内が加圧状態でない場合に比較してタンク26内の水を短時間で排出することができる。
したがって、この実施形態によれば、第1の実施形態における(3),(4)と同様の効果の他に次の効果を得ることができる。
(7)タンク26に設けられた連結管26aに加圧手段としての設備エア49から分岐された配管51を連結することにより、タンク26内に貯留された水を加圧可能な状態になる。したがって、排水処理時に設備エア49から供給されるエア圧力により、タンク26内に貯留された水を加圧した状態で第1の排水管38から排出することにより、加圧状態でない場合に比較してタンク26内の水を短時間で排出することができる。
(7)タンク26に設けられた連結管26aに加圧手段としての設備エア49から分岐された配管51を連結することにより、タンク26内に貯留された水を加圧可能な状態になる。したがって、排水処理時に設備エア49から供給されるエア圧力により、タンク26内に貯留された水を加圧した状態で第1の排水管38から排出することにより、加圧状態でない場合に比較してタンク26内の水を短時間で排出することができる。
(8)燃料電池システム18にはタンク26に連結管26aを設けるだけで、加圧手段及び加圧手段とタンク26とを接続する管路及び開閉弁を設ける必要がないため、燃料電池システム18の構成が簡単になる。
(第4の実施形態)
次に第4の実施形態を、図5を参照しながら説明する。なお、この第4の実施形態は、燃料電池20で使用されなかった水素を水素供給経路としての管路27に戻すことが可能な水素循環経路を備えている点が前記第1〜第3の各実施形態と大きく異なっている。また、この実施形態では、その他の構成は第1の実施形態の燃料電池システム18と基本的に同様であるため、同様の部分については同一符号を付してその説明を省略する。
次に第4の実施形態を、図5を参照しながら説明する。なお、この第4の実施形態は、燃料電池20で使用されなかった水素を水素供給経路としての管路27に戻すことが可能な水素循環経路を備えている点が前記第1〜第3の各実施形態と大きく異なっている。また、この実施形態では、その他の構成は第1の実施形態の燃料電池システム18と基本的に同様であるため、同様の部分については同一符号を付してその説明を省略する。
図5に示すように、燃料電池システム18は、開閉弁34と燃料電池20との間における管路33と、管路27とを接続する水素循環経路52が設けられ、水素循環経路52には水素循環ポンプ53が設けられている。この実施形態では水素の供給量及び空気の供給量は、水素及び空気(酸素)がアノード電極又はカソード電極と対応する通路を通過する間に燃料電池20での化学反応によって消費される量より多い。そして、発電のための化学反応で発生した水は、水蒸気の状態で未反応の空気とともに排出管路31に排出される。また、未反応の水素は管路33及び水素循環経路52を経て水素循環ポンプ53へ導かれ、水素循環ポンプ53により加圧されて循環再利用される。
したがって、この実施形態によれば、第1の実施形態における(1)〜(4)と同様の効果の他に次の効果を得ることができる。
(9)燃料電池20では、水素を100%反応させることができないが、未反応の水素を再循環利用することにより、水素の利用率を高めることができる。
(9)燃料電池20では、水素を100%反応させることができないが、未反応の水素を再循環利用することにより、水素の利用率を高めることができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ コンプレッサ22を加圧手段として使用する構成は、第1の実施形態の構成に限らず、図6に示すように、排出管路31の調圧バルブ32より上流側と、タンク26とを接続する管路54を設けるとともに、管路54に開閉弁55を設ける。この構成では、排水処理時には、フォークリフト10が所定の排水位置に停止した状態で、開閉弁37が閉鎖された後、開閉弁39,43が開放される。そして、開閉弁55が開放されることにより、排出管路31のオフガスの一部がタンク26に供給されてタンク26内が加圧される。そのため、タンク26内が加圧状態でない場合に比較してタンク26内の水を短時間で排出することができる。この場合、燃料電池20の運転が行われている状態であれば、タンク26には燃料電池20で使用された後のオフガスが供給されるため、第1の実施形態と異なり、タンク26に供給するためにのみ空気を加圧する仕事を行う必要が無く、その分、コンプレッサ22の消費電力を抑制することができる。
○ コンプレッサ22を加圧手段として使用する構成は、第1の実施形態の構成に限らず、図6に示すように、排出管路31の調圧バルブ32より上流側と、タンク26とを接続する管路54を設けるとともに、管路54に開閉弁55を設ける。この構成では、排水処理時には、フォークリフト10が所定の排水位置に停止した状態で、開閉弁37が閉鎖された後、開閉弁39,43が開放される。そして、開閉弁55が開放されることにより、排出管路31のオフガスの一部がタンク26に供給されてタンク26内が加圧される。そのため、タンク26内が加圧状態でない場合に比較してタンク26内の水を短時間で排出することができる。この場合、燃料電池20の運転が行われている状態であれば、タンク26には燃料電池20で使用された後のオフガスが供給されるため、第1の実施形態と異なり、タンク26に供給するためにのみ空気を加圧する仕事を行う必要が無く、その分、コンプレッサ22の消費電力を抑制することができる。
○ コンプレッサ22を加圧手段として使用する構成として、図7に示すように、調圧バルブ32を気液分離器25とマフラ36とを接続する管路に設け、排水処理時に調圧バルブ32の開度を小さくするとともに、コンプレッサ22を運転してタンク26内を加圧するようにしてもよい。調圧バルブ32を希釈器24より下流側に設けることにより、管路33から希釈器24に供給されるパージガスが加湿器23側に逆流するのを防止するため、排出管路31に逆止め弁56が設けられる。また、カソード極のオフガスが管路33を介してアノード極に逆流するのを防止するため、管路33には逆止め弁57が設けられる。この構成では、タンク26と加圧手段であるコンプレッサ22とを接続する管路40,54を設けたり、蓄圧タンク44及び管路45,47を設ける必要がなく、構成が簡単になる。
○ 調圧バルブ32を気液分離器25とマフラ36とを接続する管路に設けて、調圧バルブ32の開度を調整してタンク26を加圧状態にする前記実施形態の構成において、排出管路31に設けた逆止め弁56に代えて調圧バルブ32を設けてもよい。しかし、逆止め弁56を設ける方が、コストが安くなる。
○ 水素循環式の燃料電池システム18においても、加圧手段として第1の実施形態の構成以外の構成を採用してもよい。例えば、第2の実施形態のように蓄圧タンク44を使用する構成や第3の実施形態のように設備エア49を使用する構成を採用してもよい。また、別の実施形態と同じ構成の加圧手段を採用してもよい。
○ 加圧手段として蓄圧タンク44を使用する構成において、蓄圧タンク44へのガスの充填を設備エア49により行う構成としてもよい。例えば、蓄圧タンク44に設備エア49の配管に接続可能な導入管を設けるとともに、導入管に開閉弁を設ける。この場合、設備エア49は排水位置ではない箇所に設けられていてもよい。
○ 屋内用産業車両はフォークリフト10に限らず、例えば、牽引車やハンドリフタ(移動は作業者が押すことで行い、荷の昇降をリフタで行う装置)に適用してもよい。
○ フォークリフト10は、屋内用に限らず屋外で作業を行うフォークリフトであってもよい。また、フォークリフト以外の他の屋外作業用の産業車両に適用してもよい。
○ フォークリフト10は、屋内用に限らず屋外で作業を行うフォークリフトであってもよい。また、フォークリフト以外の他の屋外作業用の産業車両に適用してもよい。
○ 産業車両に限らず他の車両に適用してもよい。
○ 設備エア49は、工場エア配管に限らず、例えば、排水処理を行う排水位置の近くに設けられたコンプレッサであってもよい。
○ 設備エア49は、工場エア配管に限らず、例えば、排水処理を行う排水位置の近くに設けられたコンプレッサであってもよい。
○ 燃料電池システム18は必ずしも、車両等の移動体に限らず、電源を必要とする電気製品に装備したり、定置式の燃料電池システムに適用したりしてもよい。
以下の技術的思想(発明)は前記実施形態から把握できる。
以下の技術的思想(発明)は前記実施形態から把握できる。
(1)請求項3〜請求項5のいずれか一項に記載の発明の燃料電池システムはフォークリフトに搭載されたものである。
(2)請求項2に記載の発明において、前記タンク内の水を排出する時に、設備エアの配管から前記タンク内にエアを供給して前記高い圧力を加える。
(2)請求項2に記載の発明において、前記タンク内の水を排出する時に、設備エアの配管から前記タンク内にエアを供給して前記高い圧力を加える。
(3)請求項1〜請求項6及び前記技術的思想(1),(2)のいずれか一項に記載の燃料電池システムは、気液分離器を備え、前記気液分離器で分離された水が前記タンクに貯留される。
(4)前記技術的思想(3)に記載の前記気液分離器と前記タンクとを接続する管路には開閉弁が設けられ、前記管路の前記開閉弁より上流側と、前記排水管の前記開閉弁より下流側とを接続するバイパス管が設けられている。
10…屋内用産業車両としてのフォークリフト、18…燃料電池システム、20…燃料電池、22…加圧手段としてのコンプレッサ、26…タンク、39…バルブとしての開閉弁、38…第1の排水管、44…加圧手段としての蓄圧タンク、49…加圧手段としての設備エア。
Claims (6)
- 燃料電池が発電するときに生成する水をタンクに一時貯留し、前記タンク内に燃料電池システムの外圧より高い圧力を加えた状態で排水管に設けられたバルブを開いてタンク内の水を排出することを特徴とする燃料電池システムにおける生成水排出方法。
- 前記タンク内の水を排出する時に前記タンク内に前記高い圧力を加える請求項1に記載の燃料電池システムにおける生成水排出方法。
- 燃料電池と、
前記燃料電池で生成された水を貯留可能なタンクと、
前記タンク内を加圧する加圧手段と、
前記タンクに接続された排水管と、
前記排水管に設けられた開閉弁と
を備える燃料電池システム。 - 前記加圧手段は前記燃料電池に酸素を供給するコンプレッサである請求項3に記載の燃料電池システム。
- 前記加圧手段は蓄圧タンクである請求項3に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池システムは、屋内用産業車両に搭載されたものである請求項3〜請求項5のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
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Cited By (7)
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---|---|---|---|---|
JP2010218803A (ja) * | 2009-03-16 | 2010-09-30 | Toyota Industries Corp | 燃料電池システム |
JP2013247043A (ja) * | 2012-05-29 | 2013-12-09 | Toyota Industries Corp | 燃料電池システムおよび燃料電池付産業車両 |
US8697305B2 (en) | 2009-03-16 | 2014-04-15 | Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki | Fuel cell system |
JP2014154283A (ja) * | 2013-02-06 | 2014-08-25 | Toyota Industries Corp | 燃料電池式産業車両 |
DE102015117289A1 (de) | 2014-10-16 | 2016-04-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Brennstoffzellensystem |
EP3050732A1 (de) * | 2015-01-29 | 2016-08-03 | Linde Aktiengesellschaft | Sammelbehälter, insbesondere für eine brandgefährdete und/oder explosionsgefährdete umgebung |
CN116581334A (zh) * | 2023-07-14 | 2023-08-11 | 深圳市氢蓝时代动力科技有限公司 | 氢燃料电池排水系统 |
-
2007
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010218803A (ja) * | 2009-03-16 | 2010-09-30 | Toyota Industries Corp | 燃料電池システム |
US8697305B2 (en) | 2009-03-16 | 2014-04-15 | Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki | Fuel cell system |
JP2013247043A (ja) * | 2012-05-29 | 2013-12-09 | Toyota Industries Corp | 燃料電池システムおよび燃料電池付産業車両 |
JP2014154283A (ja) * | 2013-02-06 | 2014-08-25 | Toyota Industries Corp | 燃料電池式産業車両 |
DE102015117289A1 (de) | 2014-10-16 | 2016-04-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Brennstoffzellensystem |
JP2016081694A (ja) * | 2014-10-16 | 2016-05-16 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
US10103394B2 (en) | 2014-10-16 | 2018-10-16 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system programmed for improved air compressor control |
DE102015117289B4 (de) | 2014-10-16 | 2023-11-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Brennstoffzellensystem |
EP3050732A1 (de) * | 2015-01-29 | 2016-08-03 | Linde Aktiengesellschaft | Sammelbehälter, insbesondere für eine brandgefährdete und/oder explosionsgefährdete umgebung |
CN116581334A (zh) * | 2023-07-14 | 2023-08-11 | 深圳市氢蓝时代动力科技有限公司 | 氢燃料电池排水系统 |
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