JPH08236131A - 固体高分子型燃料電池システム - Google Patents
固体高分子型燃料電池システムInfo
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- JPH08236131A JPH08236131A JP7040013A JP4001395A JPH08236131A JP H08236131 A JPH08236131 A JP H08236131A JP 7040013 A JP7040013 A JP 7040013A JP 4001395 A JP4001395 A JP 4001395A JP H08236131 A JPH08236131 A JP H08236131A
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- H01M2300/0065—Solid electrolytes
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 送電端出力を向上できるとともに、システム
に採用される機器コストを安く、システム全体の信頼性
が向上でき、しかも効率の良い発電ができる固体高分子
型燃料電池システム。 【構成】 燃料電池本体１０から排出される残存水素、
および残存酸素の少なくとも一方の残存ガスを、前期残
存ガスと同種の供給ガスを、供給装置８、９から本体１
０へ供給する供給ライン２５、２６に戻して、電池反応
に再使用するようにした循環ライン３７、３８を設け
た、固体高分子型燃料電池システムにおいて、循環ライ
ン３７、３８に、本体１０から排出される前記残存ガス
を吸引して、供給ライン２５、２６に移送するエジェク
ター３９、４０を設けたシステム
に採用される機器コストを安く、システム全体の信頼性
が向上でき、しかも効率の良い発電ができる固体高分子
型燃料電池システム。 【構成】 燃料電池本体１０から排出される残存水素、
および残存酸素の少なくとも一方の残存ガスを、前期残
存ガスと同種の供給ガスを、供給装置８、９から本体１
０へ供給する供給ライン２５、２６に戻して、電池反応
に再使用するようにした循環ライン３７、３８を設け
た、固体高分子型燃料電池システムにおいて、循環ライ
ン３７、３８に、本体１０から排出される前記残存ガス
を吸引して、供給ライン２５、２６に移送するエジェク
ター３９、４０を設けたシステム
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料の持つ化学エネル
ギを、直接電気エネルギに変換して、発電を行うことの
できる固体高分子型燃料電池から排出される残存水素、
若しくは残存酸素を、循環ポンプ、若しくはコンプレッ
サを使用することなく、再度固体高分子型燃料電池に、
循環させることのできる固体高分子型燃料電池システム
に関する。
ギを、直接電気エネルギに変換して、発電を行うことの
できる固体高分子型燃料電池から排出される残存水素、
若しくは残存酸素を、循環ポンプ、若しくはコンプレッ
サを使用することなく、再度固体高分子型燃料電池に、
循環させることのできる固体高分子型燃料電池システム
に関する。
【０００２】また、本発明は不純物が多く蓄積された残
存水素、若しくは残存酸素をパージして、燃料電池本体
に供給される燃料水素又は酸化剤酸素の水素分圧、若し
くは酸素分圧を高めて、発電出力を高めることのできる
固体高分子型燃料電池システムに関する。
存水素、若しくは残存酸素をパージして、燃料電池本体
に供給される燃料水素又は酸化剤酸素の水素分圧、若し
くは酸素分圧を高めて、発電出力を高めることのできる
固体高分子型燃料電池システムに関する。
【０００３】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、図６に示すよ
うに、水素ガスの電極反応で生成する水素イオンと電子
のうち、水素イオンのみを通過させる特性を持つ電解質
１に、例えば、スルホン酸基を持つフッ素樹脂系イオン
交換膜等の高分子イオン交換膜を用い、電解質１の両側
に、例えば、白金系触媒等を用い、酸化、あるいは還元
反応を起させる触媒電極層２，３を、それぞれ配置し、
さらに、触媒電極層２，３を担持させた多孔質のカーボ
ン電極４，５をそれぞれ備えた電極接合体６構造を、多
層積層して構成した燃料電池本体１０と、カーボン電極
４，５間に設けられた外部回路７で構成するようにした
ものがある。
うに、水素ガスの電極反応で生成する水素イオンと電子
のうち、水素イオンのみを通過させる特性を持つ電解質
１に、例えば、スルホン酸基を持つフッ素樹脂系イオン
交換膜等の高分子イオン交換膜を用い、電解質１の両側
に、例えば、白金系触媒等を用い、酸化、あるいは還元
反応を起させる触媒電極層２，３を、それぞれ配置し、
さらに、触媒電極層２，３を担持させた多孔質のカーボ
ン電極４，５をそれぞれ備えた電極接合体６構造を、多
層積層して構成した燃料電池本体１０と、カーボン電極
４，５間に設けられた外部回路７で構成するようにした
ものがある。
【０００４】この様に構成された、燃料電池本体１０の
カーボン電極のアノード極４側に供給された、加湿され
た燃料ガス中の水素は、触媒電極層のアノード極２上
で、Ｈ 2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- の反応を行い、水素イオン化
され、水素イオンＨ+ は電解質１中を水の介在のもと、
Ｈ+ ｘＨ2 Ｏとして、カーボン電極のカソード極５側
へ、水と共に移動する。
カーボン電極のアノード極４側に供給された、加湿され
た燃料ガス中の水素は、触媒電極層のアノード極２上
で、Ｈ 2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- の反応を行い、水素イオン化
され、水素イオンＨ+ は電解質１中を水の介在のもと、
Ｈ+ ｘＨ2 Ｏとして、カーボン電極のカソード極５側
へ、水と共に移動する。
【０００５】移動した水素イオンＨ+ は、触媒電極層の
カソード極３上で、カソード極５側に供給された、空気
等の酸化剤ガス中の酸素、及び外部回路７を流通してき
た電子と反応して、１／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2
Ｏの反応を行い、水を生成し、その生成水は、カソード
極３，５より燃料電池本体１０外へ排出されることにな
る。このとき、外部回路７を流通する電子流れを直流の
電気エネルギーとして利用するようにしている。
カソード極３上で、カソード極５側に供給された、空気
等の酸化剤ガス中の酸素、及び外部回路７を流通してき
た電子と反応して、１／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2
Ｏの反応を行い、水を生成し、その生成水は、カソード
極３，５より燃料電池本体１０外へ排出されることにな
る。このとき、外部回路７を流通する電子流れを直流の
電気エネルギーとして利用するようにしている。
【０００６】なお、電解質１となる高分子イオン交換膜
においては、前述のように水素イオンＨ+ 透過性を実現
させるためには、常に充分なる保水状態に保持しておく
必要があり、通常、燃料ガス、および酸化剤ガスに、電
池の運転温度（常温〜１００℃程度）近辺相当の飽和水
蒸気を含ませ、すなわち、加湿した燃料ガス、および酸
化剤ガスを燃料電池本体１０に供給し、高分子イオン交
換膜１の保水状態を保つようにしている。
においては、前述のように水素イオンＨ+ 透過性を実現
させるためには、常に充分なる保水状態に保持しておく
必要があり、通常、燃料ガス、および酸化剤ガスに、電
池の運転温度（常温〜１００℃程度）近辺相当の飽和水
蒸気を含ませ、すなわち、加湿した燃料ガス、および酸
化剤ガスを燃料電池本体１０に供給し、高分子イオン交
換膜１の保水状態を保つようにしている。
【０００７】図７に、このような固体高分子型燃料電池
を用いて発電を行う、従来の固体高分子型燃料電池シス
テムの一例を示す。このシステムにおいては、電気化学
反応を起して発電を行う水素、および酸素は、それぞ
れ、例えばボンベのような燃料供給装置８、および酸化
剤供給装置９からの燃料ガス、酸化剤ガスによって供給
される。
を用いて発電を行う、従来の固体高分子型燃料電池シス
テムの一例を示す。このシステムにおいては、電気化学
反応を起して発電を行う水素、および酸素は、それぞ
れ、例えばボンベのような燃料供給装置８、および酸化
剤供給装置９からの燃料ガス、酸化剤ガスによって供給
される。
【０００８】これらの燃料供給装置８、および酸化剤供
給装置９からの燃料ガス、および酸化剤ガスは、燃料ガ
ス供給ライン２５、および酸化剤ガス供給ライン２６に
よって、水素側締切り弁２２、および酸素側締切り弁２
３を経由して水素側減圧弁１９、および酸素側減圧弁２
０にそれぞれ送られ、これらの減圧弁１９，２０で調圧
後、加温、加湿するために、それぞれ水素加湿装置１
１、および酸素加湿装置１２にそれぞれ導入される。燃
料ガス中の水素、および酸化剤ガス中の酸素は、ここで
所定の温度、加湿状態に調整され、燃料電池本体１０の
アノード極２，４およびカソード極３，５へとそれぞれ
導入され、前述の通り電気エネルギーを発生する。
給装置９からの燃料ガス、および酸化剤ガスは、燃料ガ
ス供給ライン２５、および酸化剤ガス供給ライン２６に
よって、水素側締切り弁２２、および酸素側締切り弁２
３を経由して水素側減圧弁１９、および酸素側減圧弁２
０にそれぞれ送られ、これらの減圧弁１９，２０で調圧
後、加温、加湿するために、それぞれ水素加湿装置１
１、および酸素加湿装置１２にそれぞれ導入される。燃
料ガス中の水素、および酸化剤ガス中の酸素は、ここで
所定の温度、加湿状態に調整され、燃料電池本体１０の
アノード極２，４およびカソード極３，５へとそれぞれ
導入され、前述の通り電気エネルギーを発生する。
【０００９】また、燃料電池本体１０内で発電に利用さ
れず残った水素、または酸素、いわゆる残存水素、また
は残存酸素は、電気化学反応に伴って生成された水分、
及び加湿水分とともに、燃料電池本体１０外に排出され
る。
れず残った水素、または酸素、いわゆる残存水素、また
は残存酸素は、電気化学反応に伴って生成された水分、
及び加湿水分とともに、燃料電池本体１０外に排出され
る。
【００１０】この燃料電池本体１０外に排出された残存
水素、または残存酸素は、それぞれ残存水素循環ライン
２９に設置された水素気水分離器１３、残存水素循環ラ
イン３０に設置された酸素気水分離器１４により気水分
離され、水素循環ポンプ、またはコンプレッサ（以下、
水素コンプレッサという）１５、水素逆止弁１７、およ
び残存酸素循環ライン３０に設置された酸素循環ポン
プ、またはコンプレッサ（以下、酸素コンプレッサとい
う）１６、酸素逆止弁１８を介して、燃料供給装置８、
および酸化剤供給装置９から燃料電池本体１０へ、それ
ぞれ通ずる燃料ガス供給ライン２５、および酸化剤ガス
供給ライン２６にそれぞれ戻され、燃料ガスおよび酸化
剤ガスと混合して、燃料水素、酸化剤酸素として、燃料
電池本体１０のアノード極２，４およびカソード極３，
５に、それぞれ再度導入され、循環利用されるようにな
っている。なお、同図において、２２は水素側締切弁、
２３は酸素側締切弁、２４はインバータ制御装置２１か
ら外部へ出力される電気出力である。
水素、または残存酸素は、それぞれ残存水素循環ライン
２９に設置された水素気水分離器１３、残存水素循環ラ
イン３０に設置された酸素気水分離器１４により気水分
離され、水素循環ポンプ、またはコンプレッサ（以下、
水素コンプレッサという）１５、水素逆止弁１７、およ
び残存酸素循環ライン３０に設置された酸素循環ポン
プ、またはコンプレッサ（以下、酸素コンプレッサとい
う）１６、酸素逆止弁１８を介して、燃料供給装置８、
および酸化剤供給装置９から燃料電池本体１０へ、それ
ぞれ通ずる燃料ガス供給ライン２５、および酸化剤ガス
供給ライン２６にそれぞれ戻され、燃料ガスおよび酸化
剤ガスと混合して、燃料水素、酸化剤酸素として、燃料
電池本体１０のアノード極２，４およびカソード極３，
５に、それぞれ再度導入され、循環利用されるようにな
っている。なお、同図において、２２は水素側締切弁、
２３は酸素側締切弁、２４はインバータ制御装置２１か
ら外部へ出力される電気出力である。
【００１１】しかしながら、このように構成された従来
の固体高分子型燃料電池システムによる発電では、次の
ような不具合があった。
の固体高分子型燃料電池システムによる発電では、次の
ような不具合があった。
【００１２】（１）水素コンプレッサ１５、および酸素
コンプレッサ１６は、それぞれ燃料電池本体１０で発電
した電力を、インバータ制御装置２１から供給されて作
動する、コンプレッサ駆動用モータ２７，２８で駆動さ
れるようになっているため、固体高分子型燃料電池シス
テム全体としての電気出力、いわゆる送電端出力が小さ
くなる。
コンプレッサ１６は、それぞれ燃料電池本体１０で発電
した電力を、インバータ制御装置２１から供給されて作
動する、コンプレッサ駆動用モータ２７，２８で駆動さ
れるようになっているため、固体高分子型燃料電池シス
テム全体としての電気出力、いわゆる送電端出力が小さ
くなる。
【００１３】（２）水素コンプレッサ１５、および酸素
コンプレッサ１６は、その動力軸部からの循環させる水
素ガス、および酸素ガスのリーク防止のために、この部
分に高度なシール技術が必要となり、これが機器のコス
ト上昇を招くとともに、運用上においても、機器、ある
いはシステム全体の信頼性を低下させることとなる。
コンプレッサ１６は、その動力軸部からの循環させる水
素ガス、および酸素ガスのリーク防止のために、この部
分に高度なシール技術が必要となり、これが機器のコス
ト上昇を招くとともに、運用上においても、機器、ある
いはシステム全体の信頼性を低下させることとなる。
【００１４】（３）供給圧力を持つ燃料ガス、または酸
化剤ガスを、それぞれ減圧弁１９，２０で、わざわざ燃
料電池本体１０の必要とする供給圧力にまで減圧して、
燃料電池本体１０に供給しており、燃料ガスまたは酸化
剤ガスの保有する圧力は、利用・回収されてなく、エネ
ルギ的な無駄が発生しており、システムとしての効率化
が充分でない。
化剤ガスを、それぞれ減圧弁１９，２０で、わざわざ燃
料電池本体１０の必要とする供給圧力にまで減圧して、
燃料電池本体１０に供給しており、燃料ガスまたは酸化
剤ガスの保有する圧力は、利用・回収されてなく、エネ
ルギ的な無駄が発生しており、システムとしての効率化
が充分でない。
【００１５】（４）また、燃料供給装置８、または酸化
剤供給装置９から燃料電池本体１０へ供給される燃料ガ
ス中、または酸化剤ガス中には、例えば、アルゴン、窒
素等の不純物が微量含まれているが、これらの不純物
は、燃料電池本体１０の電池反応により消費されず残存
水素、または残存酸素中に残り、それぞれ燃料電池本体
１０への燃料ガス供給ライン２５、酸化剤ガス供給ライ
ン２６に戻り循環利用されるため蓄積が進んでくる。そ
の結果、燃料電池本体１０に供給される燃料水素中、ま
たは酸化剤酸素中の不純物ガスの濃度、すなわち分圧が
上昇し、水素分圧、または酸素分圧が低下するため、発
電出力が低下することとなる。
剤供給装置９から燃料電池本体１０へ供給される燃料ガ
ス中、または酸化剤ガス中には、例えば、アルゴン、窒
素等の不純物が微量含まれているが、これらの不純物
は、燃料電池本体１０の電池反応により消費されず残存
水素、または残存酸素中に残り、それぞれ燃料電池本体
１０への燃料ガス供給ライン２５、酸化剤ガス供給ライ
ン２６に戻り循環利用されるため蓄積が進んでくる。そ
の結果、燃料電池本体１０に供給される燃料水素中、ま
たは酸化剤酸素中の不純物ガスの濃度、すなわち分圧が
上昇し、水素分圧、または酸素分圧が低下するため、発
電出力が低下することとなる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の固体
高分子型燃料電池システムの、上述した不具合を解消
し、システム全体としての電気出力、いわゆる送電端出
力を向上できるとともに、システムに採用される機器コ
ストを安く、システム全体の信頼性が向上でき、しかも
効率の良い発電ができる固体高分子型燃料電池システム
を提供することを課題とする。
高分子型燃料電池システムの、上述した不具合を解消
し、システム全体としての電気出力、いわゆる送電端出
力を向上できるとともに、システムに採用される機器コ
ストを安く、システム全体の信頼性が向上でき、しかも
効率の良い発電ができる固体高分子型燃料電池システム
を提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】このため、本発明の固体
高分子型燃料電池システムにおいては、次の手段を採用
した。 （１）燃料電池本体に供給された燃料ガス、若しくは酸
化剤ガスで、燃料電池本体内の電池反応に使用されず、
燃料電池本体から排出される残存水素、若しくは残存酸
素の少くとも一方の残存ガスを、残存ガスの成分と同種
の成分である燃料ガス、若しくは酸化剤ガスのうちの一
方の供給ガスを、供給装置から燃料電池本体に供給する
供給ラインに戻すための循環ラインに、移送するエジェ
クターを設けた。
高分子型燃料電池システムにおいては、次の手段を採用
した。 （１）燃料電池本体に供給された燃料ガス、若しくは酸
化剤ガスで、燃料電池本体内の電池反応に使用されず、
燃料電池本体から排出される残存水素、若しくは残存酸
素の少くとも一方の残存ガスを、残存ガスの成分と同種
の成分である燃料ガス、若しくは酸化剤ガスのうちの一
方の供給ガスを、供給装置から燃料電池本体に供給する
供給ラインに戻すための循環ラインに、移送するエジェ
クターを設けた。
【００１８】また、請求項２に示す、他の本発明の固体
高分子型燃料電池システムにおいては、上記（１）に加
え次の手段を採用した。 （２）前記（１）における、循環ラインが、供給ライン
に設置された加湿器と燃料電池本体の間に連通して設け
られ、燃料電池本体を冷却するとともに、供給ラインで
供給される供給ガスを加湿する加湿器に、加湿水を供給
するための冷却水循環ラインと、燃料電池本体から排出
される、電池反応による生成水および加湿水と混合され
た残存ガスを、燃料電池本体から冷却水循環ライン導入
する排水管と、排水管で冷却水循環ラインに導入され、
加湿器に移送された残存ガスを気水分離して供給ライン
に戻す加湿器に付設された気水分離器で構成され、エジ
ェクターが冷却水循環ラインに設けられ、冷却水循環ラ
インを通る冷却水で駆動され、排水管で燃料電池本体か
ら移送された、生成水等の水と混合状態にある残存ガス
を吸引して、冷却水循環ライン中に導入して、冷却水と
ともに加湿器の気水分離器へ移送するものとした。
高分子型燃料電池システムにおいては、上記（１）に加
え次の手段を採用した。 （２）前記（１）における、循環ラインが、供給ライン
に設置された加湿器と燃料電池本体の間に連通して設け
られ、燃料電池本体を冷却するとともに、供給ラインで
供給される供給ガスを加湿する加湿器に、加湿水を供給
するための冷却水循環ラインと、燃料電池本体から排出
される、電池反応による生成水および加湿水と混合され
た残存ガスを、燃料電池本体から冷却水循環ライン導入
する排水管と、排水管で冷却水循環ラインに導入され、
加湿器に移送された残存ガスを気水分離して供給ライン
に戻す加湿器に付設された気水分離器で構成され、エジ
ェクターが冷却水循環ラインに設けられ、冷却水循環ラ
インを通る冷却水で駆動され、排水管で燃料電池本体か
ら移送された、生成水等の水と混合状態にある残存ガス
を吸引して、冷却水循環ライン中に導入して、冷却水と
ともに加湿器の気水分離器へ移送するものとした。
【００１９】また、請求項３に示す、他の本発明の固体
高分子型燃料電池システムにおいては、上記（１）に加
え次の手段を採用した。 （３）前記（１）における、循環ラインが、燃料電池本
体から排出される生成水等の水と混合状態にある残存ガ
スを、気水分離器に導き、気水分離器で気水分離された
気体状の残存ガスを供給ラインに戻す、燃料電池本体と
供給ラインの間に連通させて設けられた排出管で構成さ
れ、エジェクターが供給ラインに設けられ、供給ライン
を通る供給ガスで駆動されて、気水分離器で気水分離さ
れたガス状の残存ガスを吸引して、排出管内を移送して
供給ラインに導入できるものとした。
高分子型燃料電池システムにおいては、上記（１）に加
え次の手段を採用した。 （３）前記（１）における、循環ラインが、燃料電池本
体から排出される生成水等の水と混合状態にある残存ガ
スを、気水分離器に導き、気水分離器で気水分離された
気体状の残存ガスを供給ラインに戻す、燃料電池本体と
供給ラインの間に連通させて設けられた排出管で構成さ
れ、エジェクターが供給ラインに設けられ、供給ライン
を通る供給ガスで駆動されて、気水分離器で気水分離さ
れたガス状の残存ガスを吸引して、排出管内を移送して
供給ラインに導入できるものとした。
【００２０】また、請求項４に示す、他の本発明の固体
高分子型燃料電池システムにおいては、次の手段を採用
した。 （４）前記（１）における循環ラインに、循環ラインを
通過する残存ガスに含有される不純物の濃度を検出し
て、濃度の検出信号にもとづき循環ラインを通過する残
存ガスを循環ラインの外に放出するパージ弁を設けた。
高分子型燃料電池システムにおいては、次の手段を採用
した。 （４）前記（１）における循環ラインに、循環ラインを
通過する残存ガスに含有される不純物の濃度を検出し
て、濃度の検出信号にもとづき循環ラインを通過する残
存ガスを循環ラインの外に放出するパージ弁を設けた。
【００２１】また、請求項５に示す、他の本発明の固体
高分子型燃料電池システムにおいては、上記（４）に加
え、次の手段を採用した。 （５）前記（４）におけるパージ弁を、前記（２）にお
いて循環ラインを構成する排水管に設けた。
高分子型燃料電池システムにおいては、上記（４）に加
え、次の手段を採用した。 （５）前記（４）におけるパージ弁を、前記（２）にお
いて循環ラインを構成する排水管に設けた。
【００２２】また、請求項６に示す、他の本発明の固体
高分子型燃料電池システムにおいては、上記（４）に加
え、次の手段を採用した。 （６）前記（４）におけるパージ弁を、前記（３）にお
いて循環ラインを構成する排出管に設けた。
高分子型燃料電池システムにおいては、上記（４）に加
え、次の手段を採用した。 （６）前記（４）におけるパージ弁を、前記（３）にお
いて循環ラインを構成する排出管に設けた。
【００２３】
【作用】本発明の請求項１に示す固体高分子型燃料電池
システムによれば、上述（１）の手段により、 （１）燃料電池本体から排出された残存水素、または残
存酸素を、水素コンプレッサ、または、酸素コンプレッ
サを用いずに、循環ラインに配置したエジェクタにより
吸引し、燃料電池本体への燃料ガス供給ライン、または
酸化剤ガス供給ラインにそれぞれ戻し、燃料水素、また
は酸化剤酸素の閉ループを形成し、それぞれを循環させ
ることができる。これにより、水素コンプレッサ、また
は酸素コンプレッサが、エジェクターに置き換えられ、
水素コンプレッサ、または酸素コンプレッサに必要であ
った、循環させる残存ガスのリーク防止のための高度な
シール技術が不要となり、運用上、機器、あるいは燃料
電池システム全体の信頼性が向上するとともに、機器の
コストを下げることができる。
システムによれば、上述（１）の手段により、 （１）燃料電池本体から排出された残存水素、または残
存酸素を、水素コンプレッサ、または、酸素コンプレッ
サを用いずに、循環ラインに配置したエジェクタにより
吸引し、燃料電池本体への燃料ガス供給ライン、または
酸化剤ガス供給ラインにそれぞれ戻し、燃料水素、また
は酸化剤酸素の閉ループを形成し、それぞれを循環させ
ることができる。これにより、水素コンプレッサ、また
は酸素コンプレッサが、エジェクターに置き換えられ、
水素コンプレッサ、または酸素コンプレッサに必要であ
った、循環させる残存ガスのリーク防止のための高度な
シール技術が不要となり、運用上、機器、あるいは燃料
電池システム全体の信頼性が向上するとともに、機器の
コストを下げることができる。
【００２４】また、このためのモータが不要になるた
め、動力軸部からの外部への残存ガスのリークの心配も
なくなり、これらの機器のコストが低減できるととも
に、システムの信頼性を向上させることができる。
め、動力軸部からの外部への残存ガスのリークの心配も
なくなり、これらの機器のコストが低減できるととも
に、システムの信頼性を向上させることができる。
【００２５】また、本発明の請求項２に示す固体高分子
型燃料電池システムによれば、上記（１）に加え、上述
（２）の手段により、 （２）循環ラインが、元々敷設されてある冷却水循環ラ
インの１部を共用するのでシステムがコンパクトに纏ま
るとともに、エジェクターが冷却水循環ラインを流され
る冷却水で駆動されるので、従来必要であった水素コン
プレッサ、または酸素コンプレッサ、およびこれらを駆
動するための駆動装置および電力等の残存ガスを移送す
るための駆動力が不要となるため、システム全体の出力
が上がり、システム効率を高められる。また、気水分離
器を加湿器に付設して設けたことにより、燃料電池本体
周辺に気体分離器を設置する必要がなく、システムがコ
ンパクトにできるとともに、スペースに自由度が生じ
る。
型燃料電池システムによれば、上記（１）に加え、上述
（２）の手段により、 （２）循環ラインが、元々敷設されてある冷却水循環ラ
インの１部を共用するのでシステムがコンパクトに纏ま
るとともに、エジェクターが冷却水循環ラインを流され
る冷却水で駆動されるので、従来必要であった水素コン
プレッサ、または酸素コンプレッサ、およびこれらを駆
動するための駆動装置および電力等の残存ガスを移送す
るための駆動力が不要となるため、システム全体の出力
が上がり、システム効率を高められる。また、気水分離
器を加湿器に付設して設けたことにより、燃料電池本体
周辺に気体分離器を設置する必要がなく、システムがコ
ンパクトにできるとともに、スペースに自由度が生じ
る。
【００２６】また、本発明の請求項３に示す固体高分子
型燃料電池システムによれば、上記（１）に加え、上述
（３）の手段により （３）燃料供給装置、または酸化剤供給装置より供給さ
れた圧力を持つ燃料ガス、又は酸化剤ガスをそれぞれエ
ジェクターに導入して、所定圧力まで減圧膨張させ、エ
ジェクターに吸引力を発生させる。この吸引力で燃料電
池本体より排出された残存ガスを供給ラインに再び戻
す、いわゆる燃料ガス、又は酸化剤ガスの持つ供給圧力
を有効に利用することで、残存ガスを供給ラインに戻す
ようにしたので、従来必要であったモータ駆動電力が全
く不要となり、システム全体の出力が上がり、システム
効率も高められる。
型燃料電池システムによれば、上記（１）に加え、上述
（３）の手段により （３）燃料供給装置、または酸化剤供給装置より供給さ
れた圧力を持つ燃料ガス、又は酸化剤ガスをそれぞれエ
ジェクターに導入して、所定圧力まで減圧膨張させ、エ
ジェクターに吸引力を発生させる。この吸引力で燃料電
池本体より排出された残存ガスを供給ラインに再び戻
す、いわゆる燃料ガス、又は酸化剤ガスの持つ供給圧力
を有効に利用することで、残存ガスを供給ラインに戻す
ようにしたので、従来必要であったモータ駆動電力が全
く不要となり、システム全体の出力が上がり、システム
効率も高められる。
【００２７】また、本発明の請求項４に示す固体高分子
型燃料電池システムによれば、上述（４）の手段によ
り、 （４）燃料電池本体に供給される残存ガスが混入した燃
料ガス中、または酸化剤ガス中の不純物濃度が基準値を
越え、発電出力が低下した場合、パージ弁を開き、残存
ガスを燃料ガス供給ライン、または酸化剤ガス供給ライ
ンに戻す循環ライン内を、それぞれ燃料電池本体から排
出された残存水素、残存酸素でパージする。その結果、
燃料電池システムの運転に伴い、燃料水素、または酸化
剤酸素に蓄積された不純物がパージされ、燃料電池本体
に供給される燃料水素の水素分圧、または酸化剤酸素の
酸素分圧が回復し、発電出力が回復効率の良い発電がで
きる。
型燃料電池システムによれば、上述（４）の手段によ
り、 （４）燃料電池本体に供給される残存ガスが混入した燃
料ガス中、または酸化剤ガス中の不純物濃度が基準値を
越え、発電出力が低下した場合、パージ弁を開き、残存
ガスを燃料ガス供給ライン、または酸化剤ガス供給ライ
ンに戻す循環ライン内を、それぞれ燃料電池本体から排
出された残存水素、残存酸素でパージする。その結果、
燃料電池システムの運転に伴い、燃料水素、または酸化
剤酸素に蓄積された不純物がパージされ、燃料電池本体
に供給される燃料水素の水素分圧、または酸化剤酸素の
酸素分圧が回復し、発電出力が回復効率の良い発電がで
きる。
【００２８】また、本発明の請求項５に示す固体高分子
型燃料電池システムによれば、上述（４）に加え、上述
（５）の手段により、上述（１）、（２）と同様の作用
を行い、同様の効果が得られる。
型燃料電池システムによれば、上述（４）に加え、上述
（５）の手段により、上述（１）、（２）と同様の作用
を行い、同様の効果が得られる。
【００２９】さらに、本発明の請求項６に示す固体高分
子型燃料電池システムによれば、上述（４）に加え、上
述（６）の手段により、上述（１），（３）と同様の作
用を行い、同様の効果が得られる。
子型燃料電池システムによれば、上述（４）に加え、上
述（６）の手段により、上述（１），（３）と同様の作
用を行い、同様の効果が得られる。
【００３０】
【実施例】以下、本発明の固体高分子型燃料電池システ
ムの実施例を図面にもとづき説明する。図１は、本発明
の固体高分子型燃料電池システムの第一実施例を示すブ
ロック図、図２は、第二実施例を示すブロック図、図３
は、第三実施例を示すブロック図、図４は、第四実施例
を示すブロック図、図５は、第五実施例を示すブロック
図である。なお、これらの図において、図７において示
した符番と同一符番のものは、図７の説明で説明したも
のと類似、若しくは同一のものであり、詳細説明は省略
する。
ムの実施例を図面にもとづき説明する。図１は、本発明
の固体高分子型燃料電池システムの第一実施例を示すブ
ロック図、図２は、第二実施例を示すブロック図、図３
は、第三実施例を示すブロック図、図４は、第四実施例
を示すブロック図、図５は、第五実施例を示すブロック
図である。なお、これらの図において、図７において示
した符番と同一符番のものは、図７の説明で説明したも
のと類似、若しくは同一のものであり、詳細説明は省略
する。
【００３１】図１において、燃料ガス、および酸化剤ガ
スからなる供給ガスは、燃料供給装置８、および酸化剤
供給装置９からなる供給装置よりそれぞれ締切弁２２，
２３を経由して、減圧弁１９，２０に燃料ガス供給ライ
ン２５、および酸化剤ガス供給ライン２６からなる、供
給ラインを通じて供給され、減圧弁１９，２０で一部調
圧後、それぞれ加温、加湿するために、供給ライン２
５，２６にそれぞれ設けられた気水分離器を兼ねた、水
素加湿器３１、および酸素加湿器３２からなる加湿器そ
れぞれに導入される。
スからなる供給ガスは、燃料供給装置８、および酸化剤
供給装置９からなる供給装置よりそれぞれ締切弁２２，
２３を経由して、減圧弁１９，２０に燃料ガス供給ライ
ン２５、および酸化剤ガス供給ライン２６からなる、供
給ラインを通じて供給され、減圧弁１９，２０で一部調
圧後、それぞれ加温、加湿するために、供給ライン２
５，２６にそれぞれ設けられた気水分離器を兼ねた、水
素加湿器３１、および酸素加湿器３２からなる加湿器そ
れぞれに導入される。
【００３２】燃料ガス中の水素、または酸化剤ガス中の
酸素は、ここで所定の温度、加湿状態に調整され、燃料
電池本体１０へと導入され、前述の通り、電気エネルギ
ーを発生させ、インバータ制御装置２１へ発生した電力
を出力し、インバータ制御装置２１で周波数等が整えら
れ、電気出力２４として、外部の回路へ出力される。ま
た、燃料電池本体１０内で発電に利用されず残った残存
水素、または残存酸素は、電池反応に伴って生成された
水分、及び加湿水分とともに、燃料電池本体１０から残
存水素排水管３３、および残存酸素排水管３４からなる
排水管にそれぞれ排出される。
酸素は、ここで所定の温度、加湿状態に調整され、燃料
電池本体１０へと導入され、前述の通り、電気エネルギ
ーを発生させ、インバータ制御装置２１へ発生した電力
を出力し、インバータ制御装置２１で周波数等が整えら
れ、電気出力２４として、外部の回路へ出力される。ま
た、燃料電池本体１０内で発電に利用されず残った残存
水素、または残存酸素は、電池反応に伴って生成された
水分、及び加湿水分とともに、燃料電池本体１０から残
存水素排水管３３、および残存酸素排水管３４からなる
排水管にそれぞれ排出される。
【００３３】一方、燃料電池本体１０内での発電を効率
良く行うために、燃料電池本体１０内の温度を制御する
冷却水は、燃料ガス供給ライン２５、および酸化剤ガス
供給ライン２６にそれぞれ設置された、気水分離器を兼
ねた加湿器３１，３２から、加湿器３１，３２と燃料電
池本体１０との間に、それぞれ連通して設けられた水素
側冷却水循環ライン３７、および酸素側冷却水循環ライ
ン３８からなる、冷却水循環ラインにそれぞれ設置され
た、冷却水循環ポンプ３５，３６を介して燃料電池本体
１０に導かれ、燃料電池本体１０を冷却し、燃料電池本
体１０外にそれぞれ排出される。排出された冷却水は、
気水分離器を兼ねた加湿器３１，３２にそれぞれに戻さ
れ、冷却水の閉ループを形成し、循環利用される。
良く行うために、燃料電池本体１０内の温度を制御する
冷却水は、燃料ガス供給ライン２５、および酸化剤ガス
供給ライン２６にそれぞれ設置された、気水分離器を兼
ねた加湿器３１，３２から、加湿器３１，３２と燃料電
池本体１０との間に、それぞれ連通して設けられた水素
側冷却水循環ライン３７、および酸素側冷却水循環ライ
ン３８からなる、冷却水循環ラインにそれぞれ設置され
た、冷却水循環ポンプ３５，３６を介して燃料電池本体
１０に導かれ、燃料電池本体１０を冷却し、燃料電池本
体１０外にそれぞれ排出される。排出された冷却水は、
気水分離器を兼ねた加湿器３１，３２にそれぞれに戻さ
れ、冷却水の閉ループを形成し、循環利用される。
【００３４】前述した生成水、および加湿水とともに、
燃料電池本体１０外に排出された残存水素、または残存
酸素は、それぞれ、排水管３３，３４を通って、冷却水
循環ライン３７，３８にそれぞれ配置された水素側エジ
ェクター３９、および酸素側エジェクター４０からなる
エジェクターにより、冷却水循環ライン３７，３８に、
それぞれに吸引され、それぞれ燃料電池本体１０への燃
料ガス供給ライン２５、酸化剤ガス供給ライン２６に、
それぞれ設けられた気水分離器を兼ねた加湿器３１，３
２に戻され、気水分離され、供給ライン２５，２６で燃
料電池本体１０へ供給される燃料ガスまたは酸化剤ガス
中に戻され、燃料電池本体１０の燃料水素、酸化剤酸素
として循環利用され、燃料水素、または酸化剤酸素の閉
ループを形成する。
燃料電池本体１０外に排出された残存水素、または残存
酸素は、それぞれ、排水管３３，３４を通って、冷却水
循環ライン３７，３８にそれぞれ配置された水素側エジ
ェクター３９、および酸素側エジェクター４０からなる
エジェクターにより、冷却水循環ライン３７，３８に、
それぞれに吸引され、それぞれ燃料電池本体１０への燃
料ガス供給ライン２５、酸化剤ガス供給ライン２６に、
それぞれ設けられた気水分離器を兼ねた加湿器３１，３
２に戻され、気水分離され、供給ライン２５，２６で燃
料電池本体１０へ供給される燃料ガスまたは酸化剤ガス
中に戻され、燃料電池本体１０の燃料水素、酸化剤酸素
として循環利用され、燃料水素、または酸化剤酸素の閉
ループを形成する。
【００３５】このように、本実施例においては、燃料電
池本体１０から排出される残存水素、および残存酸素
を、燃料ガス供給ライン２５および酸化剤ガス供給ライ
ン２６に、それぞれ戻すための循環ラインが、この種の
燃料電池システムにおいて、元々設けられている冷却水
循環ライン３７，３８の一部を兼用するとともに、冷却
水循環ライン３７，３８を流れる冷却水で駆動される、
エジェクター３９，４０で燃料電池本体１０から、供給
ライン２５，２６に戻すようにしたので、配管が少くで
き、燃料電池システムをコンパクトに纏めることができ
るとともに、残存ガスのリークの問題が解消でき、機
器、若しくはシステム全体を信頼性の高いものにでき
る。さらに、動力を必要としないことにより、出力効率
の向上をはかることができる。
池本体１０から排出される残存水素、および残存酸素
を、燃料ガス供給ライン２５および酸化剤ガス供給ライ
ン２６に、それぞれ戻すための循環ラインが、この種の
燃料電池システムにおいて、元々設けられている冷却水
循環ライン３７，３８の一部を兼用するとともに、冷却
水循環ライン３７，３８を流れる冷却水で駆動される、
エジェクター３９，４０で燃料電池本体１０から、供給
ライン２５，２６に戻すようにしたので、配管が少くで
き、燃料電池システムをコンパクトに纏めることができ
るとともに、残存ガスのリークの問題が解消でき、機
器、若しくはシステム全体を信頼性の高いものにでき
る。さらに、動力を必要としないことにより、出力効率
の向上をはかることができる。
【００３６】次に、図２により本発明の固体高分子型燃
料電池システムの第二実施例を説明する。図に示すよう
に、本実施例においては、燃料ガス、又は酸化剤ガス
は、それぞれ、例えばボンベのような圧力を持った燃料
供給装置８、酸化剤供給装置９より供給され、減圧弁１
９，２０で一部調圧後、それぞれ水素エジェクター４
１、酸素エジェクター４２に導入される。ここで、最終
的に燃料電池本体１０に供給するのに必要な所定圧力に
まで減圧膨張させ、この圧力膨張によって、燃料電池本
体より循環ライン２９，３０を流れてくる残存水素、ま
たは残存酸素を吸引する吸引力が、それぞれのエジェク
ター４１，４２内に発生する。燃料電池本体１０に供給
するための所定圧力になった燃料ガス、又は酸化剤ガス
は、それぞれ加温、加湿するために水素加湿装置１１、
または酸素加湿装置１２に導入される。燃料ガス中の水
素、または酸化剤ガス中の酸素は、ここで所定の温度、
加湿状態に調整され、燃料電池本体１０へと導入され
る。
料電池システムの第二実施例を説明する。図に示すよう
に、本実施例においては、燃料ガス、又は酸化剤ガス
は、それぞれ、例えばボンベのような圧力を持った燃料
供給装置８、酸化剤供給装置９より供給され、減圧弁１
９，２０で一部調圧後、それぞれ水素エジェクター４
１、酸素エジェクター４２に導入される。ここで、最終
的に燃料電池本体１０に供給するのに必要な所定圧力に
まで減圧膨張させ、この圧力膨張によって、燃料電池本
体より循環ライン２９，３０を流れてくる残存水素、ま
たは残存酸素を吸引する吸引力が、それぞれのエジェク
ター４１，４２内に発生する。燃料電池本体１０に供給
するための所定圧力になった燃料ガス、又は酸化剤ガス
は、それぞれ加温、加湿するために水素加湿装置１１、
または酸素加湿装置１２に導入される。燃料ガス中の水
素、または酸化剤ガス中の酸素は、ここで所定の温度、
加湿状態に調整され、燃料電池本体１０へと導入され
る。
【００３７】また、燃料電池本体１０内で発電に利用さ
れず残った残存水素、または残存酸素は、電池反応に伴
って生成された水分、及び加湿水分とともに、燃料電池
本体外に排出される。燃料電池本体１０外に排出された
残存水素、または残存酸素は、それぞれ水素気水分離器
１３、または酸素気水分離器１４により気水分離され、
逆止弁１７，１８を通り、燃料電池本体１０から前記し
た水素エジェクター４１、および酸素エジェクター４２
のそれぞれの吸引口に連結された、残存水素循環ライン
２９および残存酸素循環ライン３０を通って、水素エジ
ェクター４１、または酸素エジェクター４２のそれぞれ
に吸引導入される。
れず残った残存水素、または残存酸素は、電池反応に伴
って生成された水分、及び加湿水分とともに、燃料電池
本体外に排出される。燃料電池本体１０外に排出された
残存水素、または残存酸素は、それぞれ水素気水分離器
１３、または酸素気水分離器１４により気水分離され、
逆止弁１７，１８を通り、燃料電池本体１０から前記し
た水素エジェクター４１、および酸素エジェクター４２
のそれぞれの吸引口に連結された、残存水素循環ライン
２９および残存酸素循環ライン３０を通って、水素エジ
ェクター４１、または酸素エジェクター４２のそれぞれ
に吸引導入される。
【００３８】水素エジェクター４１、または酸素エジェ
クター４２に吸引導入された残存水素、または残存酸素
は、それぞれ供給ライン２５，２６によって燃料電池本
体１０に供給される燃料ガス、または酸化剤ガスと混合
し、水素供給ライン２５、酸素供給ライン２６のそれぞ
れへ戻され、再び燃料電池本体１０の燃料水素、酸化剤
酸素として循環利用されるようになっている。
クター４２に吸引導入された残存水素、または残存酸素
は、それぞれ供給ライン２５，２６によって燃料電池本
体１０に供給される燃料ガス、または酸化剤ガスと混合
し、水素供給ライン２５、酸素供給ライン２６のそれぞ
れへ戻され、再び燃料電池本体１０の燃料水素、酸化剤
酸素として循環利用されるようになっている。
【００３９】本実施例において、残存ガスを循環させる
水素エジェクター４１、および酸素エジェクターは、燃
料ガスおよび酸化剤ガスのそれぞれが持った圧力を利用
して駆動されるので、第一実施例のものに比較して、残
存ガスの循環に要する動力が、さらに低減できる出力効
率の向上をはかることができる。また、本実施例におい
ても、第一実施例と同様に残存ガスのリークの問題が解
消できて、機器コストをを安くでき、しかもシステム全
体の信頼性を向上できる。
水素エジェクター４１、および酸素エジェクターは、燃
料ガスおよび酸化剤ガスのそれぞれが持った圧力を利用
して駆動されるので、第一実施例のものに比較して、残
存ガスの循環に要する動力が、さらに低減できる出力効
率の向上をはかることができる。また、本実施例におい
ても、第一実施例と同様に残存ガスのリークの問題が解
消できて、機器コストをを安くでき、しかもシステム全
体の信頼性を向上できる。
【００４０】次に、図３により本発明の固体高分子型燃
料電池システムの第三実施例を説明する。図に示すよう
に、本実施例においては、燃料ガス、または酸化剤ガス
は、それぞれ燃料供給装置８、酸化剤供給装置９より供
給され、減圧弁１９，２０で調圧後、それぞれ加温、加
湿するために、水素加湿器１１、または酸素加湿器１２
に導入される。燃料ガス中の水素、または酸化剤ガス中
の酸素は、ここで所定の温度、加湿状態に調整され、燃
料電池本体１０へと導入される。
料電池システムの第三実施例を説明する。図に示すよう
に、本実施例においては、燃料ガス、または酸化剤ガス
は、それぞれ燃料供給装置８、酸化剤供給装置９より供
給され、減圧弁１９，２０で調圧後、それぞれ加温、加
湿するために、水素加湿器１１、または酸素加湿器１２
に導入される。燃料ガス中の水素、または酸化剤ガス中
の酸素は、ここで所定の温度、加湿状態に調整され、燃
料電池本体１０へと導入される。
【００４１】燃料電池本体１０内で発電に利用されず残
った残存水素、または残存酸素は、電池反応に伴って生
成された水分、及び加湿水分とともに、燃料電池本体１
０外に排出される。燃料電池本体１０外に排出された残
存水素、または残存酸素は、それぞれ水素気水分離器１
３、酸素気水分離器１４により気水分離され、水素コン
プレッサ１５、水素逆止弁１７、酸素コンプレッサ１
６、酸素逆止弁１８を介して、燃料電池本体１０へ通ず
る水素供給ライン２５、酸素供給ライン２６にそれぞれ
戻され、循環利用される。
った残存水素、または残存酸素は、電池反応に伴って生
成された水分、及び加湿水分とともに、燃料電池本体１
０外に排出される。燃料電池本体１０外に排出された残
存水素、または残存酸素は、それぞれ水素気水分離器１
３、酸素気水分離器１４により気水分離され、水素コン
プレッサ１５、水素逆止弁１７、酸素コンプレッサ１
６、酸素逆止弁１８を介して、燃料電池本体１０へ通ず
る水素供給ライン２５、酸素供給ライン２６にそれぞれ
戻され、循環利用される。
【００４２】また、燃料電池本体１０から排出される残
存水素、または残存酸素を、供給ライン２５，２６のそ
れぞれに戻す循環ライン２９，３０のそれぞれには、パ
ージ弁４３，４４が設けられており、燃料ガスと混合す
る残存水素、または酸化剤ガスと混合する残存酸素の循
環ライン内での不純物濃度を濃度計４５，４６でそれぞ
れ検知して、不純物濃度があらかじめ定められた基準値
を越え、発電出力が低下してきた場合は、パージ弁を開
き、循環ライン２９，３０内を、それぞれ燃料電池本体
１０から排出された残存水素、残存酸素でパージする。
その結果、燃料電池システムの運転に伴い、燃料水素、
または酸化剤酸素の循環ループ内に蓄積された不純物が
パージされ、燃料電池本体１０に供給される燃料水素、
および酸化剤酸素の水素分圧および酸素分圧を上げて、
発電出力を増加させる。
存水素、または残存酸素を、供給ライン２５，２６のそ
れぞれに戻す循環ライン２９，３０のそれぞれには、パ
ージ弁４３，４４が設けられており、燃料ガスと混合す
る残存水素、または酸化剤ガスと混合する残存酸素の循
環ライン内での不純物濃度を濃度計４５，４６でそれぞ
れ検知して、不純物濃度があらかじめ定められた基準値
を越え、発電出力が低下してきた場合は、パージ弁を開
き、循環ライン２９，３０内を、それぞれ燃料電池本体
１０から排出された残存水素、残存酸素でパージする。
その結果、燃料電池システムの運転に伴い、燃料水素、
または酸化剤酸素の循環ループ内に蓄積された不純物が
パージされ、燃料電池本体１０に供給される燃料水素、
および酸化剤酸素の水素分圧および酸素分圧を上げて、
発電出力を増加させる。
【００４３】次に、図４により本発明の固体高分子型燃
料電池システムの第四実施例を説明する。図に示すよう
に、本実施例は図１に示す第一実施例に、図３に示す第
三実施例のパージ弁４３，４４を設置したものである。
料電池システムの第四実施例を説明する。図に示すよう
に、本実施例は図１に示す第一実施例に、図３に示す第
三実施例のパージ弁４３，４４を設置したものである。
【００４４】すなわち、燃料電池本体１０から排水管３
３，３４で生成水、加湿水とともに排出される残存ガス
を、冷却水循環ライン３７，３８に、それぞれ設けた水
素側エジェクター４０、および酸素側エジェクター４１
で吸引して、気水分離器付加湿器３１，３２へ冷却水と
共に移送するようにしたものにおいて、残存水素排水管
３３、および残存酸素排水管３４のそれぞれに、濃度計
４５，４６、および濃度計４５，４６のそれぞれの信号
で作動するパージ弁４３，４４を設置した。本実施例に
よれば、第一実施例と第三実施例の作用効果が同時に得
られる。
３，３４で生成水、加湿水とともに排出される残存ガス
を、冷却水循環ライン３７，３８に、それぞれ設けた水
素側エジェクター４０、および酸素側エジェクター４１
で吸引して、気水分離器付加湿器３１，３２へ冷却水と
共に移送するようにしたものにおいて、残存水素排水管
３３、および残存酸素排水管３４のそれぞれに、濃度計
４５，４６、および濃度計４５，４６のそれぞれの信号
で作動するパージ弁４３，４４を設置した。本実施例に
よれば、第一実施例と第三実施例の作用効果が同時に得
られる。
【００４５】次に、図５により本発明の固体高分子型燃
料電池システムの第五実施例を説明する図に示すよう
に、本実施例は図２に示す第二実施例に、図３に示す第
三実施例のパージ弁４３，４４を設置したものである。
料電池システムの第五実施例を説明する図に示すよう
に、本実施例は図２に示す第二実施例に、図３に示す第
三実施例のパージ弁４３，４４を設置したものである。
【００４６】すなわち、燃料電池本体１０から循環ライ
ン２９，３０で生成水，加湿水とともに排出され、気水
分離器１３，１４で気水分離された残存ガスを、供給ラ
イン２５，２６にそれぞれ設けた水素エジェクター４
１、および酸素エジェクター４２で吸引して、供給ライ
ン２５，２６に移送するようにしたものにおいて、残存
水素循環ライン２９、および残存酸素循環ライン３０の
それぞれに、濃度計４５，４６、および濃度計４５，４
６のそれぞれの信号で作動するパージ４３，４４を設置
した。本実施例によれば、第二実施例と第三実施例の作
用効果が同時に得られる。
ン２９，３０で生成水，加湿水とともに排出され、気水
分離器１３，１４で気水分離された残存ガスを、供給ラ
イン２５，２６にそれぞれ設けた水素エジェクター４
１、および酸素エジェクター４２で吸引して、供給ライ
ン２５，２６に移送するようにしたものにおいて、残存
水素循環ライン２９、および残存酸素循環ライン３０の
それぞれに、濃度計４５，４６、および濃度計４５，４
６のそれぞれの信号で作動するパージ４３，４４を設置
した。本実施例によれば、第二実施例と第三実施例の作
用効果が同時に得られる。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体高分
子型燃料電池によれば、特許請求の範囲に示す構成によ
り、次の効果が得られる。
子型燃料電池によれば、特許請求の範囲に示す構成によ
り、次の効果が得られる。
【００４８】（１）燃料電池本体から排出される残存ガ
スを、燃料電池本体へ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給
するそれぞれの供給ラインへ移送する時に生じる、残存
ガスリーク防止のための高度なシール技術が不要とな
り、運用上、機器、あるいはシステム全体の信頼性が向
上するとともに、機器のコストを下げることができる。
また、残存ガスを移送する機器の駆動電力が不要となる
ため、システム全体の出力が上がり、システム効率を高
められる。
スを、燃料電池本体へ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給
するそれぞれの供給ラインへ移送する時に生じる、残存
ガスリーク防止のための高度なシール技術が不要とな
り、運用上、機器、あるいはシステム全体の信頼性が向
上するとともに、機器のコストを下げることができる。
また、残存ガスを移送する機器の駆動電力が不要となる
ため、システム全体の出力が上がり、システム効率を高
められる。
【００４９】（２）供給圧力を持った燃料ガス、または
酸化剤ガスの圧力を回収して有効利用しており、エネル
ギー的に無駄がなく、システム効率を上げることがで
き、効率よい固体高分子型燃料電池システムを構成する
ことができる。
酸化剤ガスの圧力を回収して有効利用しており、エネル
ギー的に無駄がなく、システム効率を上げることがで
き、効率よい固体高分子型燃料電池システムを構成する
ことができる。
【００５０】（３）燃料電池システムの運転に伴い、燃
料水素、または酸化剤酸素の循環ループ内に蓄積された
不純物がパージされ、水素分圧、または酸素分圧が回復
し、発電出力が回復し、発電効率を向上できる。
料水素、または酸化剤酸素の循環ループ内に蓄積された
不純物がパージされ、水素分圧、または酸素分圧が回復
し、発電出力が回復し、発電効率を向上できる。
【図１】本発明の固体高分子型燃料電池システムの第一
実施例を示すブロック図、
実施例を示すブロック図、
【図２】本発明の第二実施例を示すブロック図、
【図３】本発明の第三実施例を示すブロック図、
【図４】本発明の第四実施例を示すブロック図、
【図５】本発明の第五実施例を示すブロック図、
【図６】固体高分子型燃料電池の発電原理及び構造模型
図、
図、
【図７】従来の固体高分子型燃料電池システムの一例を
示す図である。
示す図である。
１ 電解質 ２ 触媒電極層（アノード極） ３ 触媒電極層（カソード極） ４ カーボン電極（アノード極） ５ カーボン電極（カソード極） ６ 電極接合体 ７ 外部回路 ８ 燃料供給装置 ９ 酸化剤供給装置 １０ 燃料電池本体 １１ 水素加湿装置 １２ 酸素加湿装置 １３ 水素気水分離器 １４ 酸素気水分離器 １５ 水素コンプレッサ １６ 酸素コンプレッサ １７ 水素逆止弁 １８ 酸素逆止弁 １９ 水素側減圧弁 ２０ 酸素側減圧弁 ２１ インバータ制御装置 ２２ 水素側締切弁 ２３ 酸素側締切弁 ２４ 電気出力 ２５ 燃料ガス供給ライン ２６ 酸化剤ガス供給ライン ２７ 水素コンプレッサ駆動用モータ ２８ 酸素コンプレッサ駆動用モータ ２９ 残存水素循環ライン ３０ 残存酸素循環ライン ３１ 水素加湿器（気水分離器付） ３２ 酸素加湿器（気水分離器付） ３３ 残存水素排水管 ３４ 残存酸素排水管 ３５ 冷却水循環ポンプ（水素側） ３６ 冷却水循環ポンプ（酸素側） ３７ 水素側冷却水循環ライン ３８ 酸素側冷却水循環ライン ３９ 水素側エジェクター ４０ 酸素側エジェクター ４１ 水素エジェクター ４２ 酸素エジェクター ４３ パージ弁（水素側） ４４ パージ弁（酸素側） ４５ 濃度計（水素側） ４６ 濃度計（酸素側）
Claims (6)
- 【請求項１】 燃料電池本体から排出される残存水素、
および残存酸素の少くとも一方の残存ガスを、前記残存
ガスと同種の供給ガスを、供給装置から前記燃料電池本
体へ供給する供給ラインに戻して、電池反応に再使用す
るようにした循環ラインを設けた、固体高分子型燃料電
池システムにおいて、前記循環ラインに、前記燃料電池
本体から排出される前記残存ガスを吸引して、前記供給
ラインに、移送するエジェクターを設けたことを特徴と
する固体高分子型燃料電池システム。 - 【請求項２】 前記循環ラインが、前記供給ラインに設
置された加湿器と前記燃料電池本体の間を連通した冷却
水循環ラインと、前記冷却水循環ラインに前記燃料電池
本体から排出される水と混合した前記残存ガスを導入す
る排水管と、前記冷却水循環ラインで前記加湿器へ移送
された前記残存ガスを気水分離して前記供給ラインに戻
す前記加湿器に付設された気水分離器からなり、前記エ
ジェクターが、前記冷却水循環ラインを流れる冷却水で
駆動され、水を含む前記残存ガスを前記排水管から冷却
水循環ラインに吸引して、前記加湿器へ移送するように
したことを特徴とする請求項１の固体高分子型燃料電池
システム。 - 【請求項３】 前記循環ラインが、前記燃料電池本体か
ら排出される水と混合した前記残存ガスを気水分離器に
導き、気水分離された前記残存ガスを前記気水分離器か
ら前記供給ラインに戻す排出管からなり、前記エジェク
ターが前記供給ラインを流れる供給ガスで駆動され、前
記循環ラインで移送される前記残存ガスを吸引して、前
記供給ラインに導入するようにしたことを特徴とする請
求項１の固体高分子型燃料電池システム。 - 【請求項４】 燃料電池本体から排出される残存水素、
および残存酸素の少くとも一方の残存ガスを、前記残存
ガスと同種の供給ガスを、供給装置から前記燃料電池本
体へ供給する供給ラインに戻し、電池反応に再使用する
ようにした循環ラインを設けた、固体高分子型燃料電池
システムにおいて、前記循環ラインを流れる前記残存ガ
スの不純物濃度を検出し、検出信号にもとづき前記残存
ガスを前記循環ラインからパージするパージ弁を前記循
環ラインに設けたことを特徴とする固体高分子型燃料電
池システム。 - 【請求項５】 前記パージ弁を請求項２の排水管に設け
たことを特徴とする請求項４の固体高分子型燃料電池シ
ステム。 - 【請求項６】 前記パージ弁を請求項３の排出管に設け
たことを特徴とする請求項４の固体高分子型燃料電池シ
ステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04001395A JP3739826B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 固体高分子型燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04001395A JP3739826B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 固体高分子型燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08236131A true JPH08236131A (ja) | 1996-09-13 |
| JP3739826B2 JP3739826B2 (ja) | 2006-01-25 |
Family
ID=12569032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04001395A Expired - Lifetime JP3739826B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 固体高分子型燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3739826B2 (ja) |
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- 1995-02-28 JP JP04001395A patent/JP3739826B2/ja not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| JP3739826B2 (ja) | 2006-01-25 |
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