JPH11185781A

JPH11185781A - 固体高分子型燃料電池システム

Info

Publication number: JPH11185781A
Application number: JP9357463A
Authority: JP
Inventors: Akira Fujio; 昭藤生; 勝行 ▲まき▼原; Katsuyuki Makihara
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 1999-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池本体からの排空気中の水分除去や残
水素による爆発危険性の低下を効果的に達成できる固体
高分子型燃料電池システムを提供する。【解決手段】固体高分子型燃料電池システムは、ケー
ス中に燃料ガスボンベと、この燃料ガスボンベからの燃
料ガスおよび空気などの酸化剤の供給を受けて発電する
燃料電池本体を備えた電源部と、制御装置などを収納し
たものであって、燃料電池本体３の酸化剤取入側に設け
られ、当該燃料電池本体３へ酸化剤を供給する送風機４
２と、燃料電池本体３の酸化剤排出側に取り付けられた
排気ダクト３３と、排気ダクト３３内に空気を供給する
送風機７２とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体高分子型燃料電
池システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、燃料電池本体、蓄電池、燃料
供給源、制御器等を備え、燃料電池本体で発生した電力
を外部負荷に供給した後の余剰電力を蓄電池に蓄え、燃
料電池本体で発生した電力が不足の場合に蓄電池から電
力を補って外部負荷に供給する燃料電池が知られてい
る。

【０００３】このような燃料電池の中には、ケース内部
に上記の燃料電池本体、蓄電池、燃料供給源及び種々の
制御器等を搭載した移動式のものも知られている（例え
ば特開平６−３１０１６６号公報、特開平９−１７１８
４２号公報など）。係る燃料電池は、土木建築工事用電
源、僻地設備用電源、或いは、家庭用非常電源等として
多くの期待が集められている。

【０００４】酸性型燃料電池の１つである固体高分子型
燃料電池の特徴を次に説明する。

【０００５】固体高分子型燃料電池は、図４に示すよう
に、電解質０１に高分子イオン交換膜（例えば、スルホ
ン酸基を持つフッ素樹脂系イオン交換膜）を用い、その
両側に触媒電極（例えば、白金等）０２、０３及び集電
体０４、０５を具備した電極接合体０６の構成からなっ
ている。

【０００６】そして、アノード極側に供給された加湿燃
料中の水素は、触媒電極（アノード極）０２上で水素イ
オン化され、この水素イオンは電解質０１中を水の介在
のもとＨイオン・ｘ水として、カソード極側へ水と共に
移動する。この移動した水素イオンは、触媒電極（カソ
ード極）０３上で酸化剤（例えば、空気）中の酸素及び
外部回路０７を流通してきた電子と反応して水を生成す
る。

【０００７】この生成水はカソード極０３、０５より残
存酸化剤に搬送されて燃料電池外へ排出されることにな
る。この時、外部回路０７を流通した電子の流れを直流
の電気エネルギーとして利用することができる。

【０００８】尚、電解質０１となる高分子イオン交換膜
において、前述のような水素イオン透過性を実現させる
ためには、この高分子イオン交換膜を常に充分なる保水
状態に保持しておく必要がある。

【０００９】図９及び図１０に従来のこの種固体高分子
型燃料電池１１０を示す。各図において、固体高分子型
燃料電池１１０は隔壁１１１により一体構造のケース１
１２中が前部イと後部ロに仕切られた構造になってい
る。前部イに燃料ガスボンベ１０１が２本起立状態で収
納してある。後部ロは上段１１３、中段１１４、下段１
１５に区画されて電源部および水タンク１１９や補助水
タンク１１７などが収納されている。すなわち上段１１
３には２次電池１４４やＤＣ／ＤＣコンバータ１４６を
備えた制御装置１１６および補助水タンク１１７が収納
されており、中段１１４には燃料と酸化剤としての空気
が供給されて電気化学反応させることにより発電する燃
料電池本体３が収納されており、下段１１５にはＤＣ／
ＡＣインバータ１１８および前記補助水タンク１１７と
連結されている水タンク１１９が収納されている。

【００１０】１２０は可動輪であり、１２１は移動時に
使用する把手である。可動輪１２０や把手１２１などを
用いて一人で燃料電池１１０を容易に移動することがで
きる。ケース１１２は、前面にＬ字型の扉１２３と操作
盤１２４を備えている。１３１は扉１２３の上部に設け
た排気口である。

【００１１】ここで、ケース１１２の高さは、燃料ガス
ボンベ１０１の高さより若干高く設定されている。前部
イの幅は燃料ガスボンベ１０１の２本の径の和、排気ダ
クト１３３の幅、操作盤１２４の幅の合計より若干広
く、前部イの奥行は燃料ガスボンベ１の径より若干広く
設定されている。後部ロの幅および奥行は配置される各
部材の幅および奥行よりも若干広く設定されている。こ
のようにしてケース１１２は例え屋外に設置されても水
が侵入しにくく、コンパクトなサイズとすることができ
る。

【００１２】燃料ガスボンベ１０１は、例えば市販のも
の（１０ｌ容器、水素量１．５立方メートル）を用いる
ことができる。燃料ガスボンベ１０１のそれぞれの上端
には水素送出バルブ１３４が設けられており、この水素
送出バルブ１３４と燃料電池本体１０３とが水素供給管
（燃料ガス供給管路）１３５によって連結されるように
なっている。さらに、この水素供給管１３５の所定の位
置には、燃料ガスボンベ１０１内の圧力を表示する圧力
計１５１及び減圧弁１４７、電磁弁１４８が設置されて
いる。

【００１３】この減圧弁１４７により燃料電池本体１０
３内の圧力を自動的に所定の圧力（例えば５００ｍｍ水
柱）に維持しつつ燃料電池本体１０３への燃料ガス供給
量を制御するようにしてある。

【００１４】前記前部イ内には、前記燃料電池本体１０
３からでる排空気をケース１１２外へ放出するための排
気ダクト１３３が設けてある。この排気ダクト１３３の
一端は前記燃料電池本体１０３前面の排空気出口１６０
側に固定されており前記排空気出口１６０近傍において
前記隔壁１１１に固定して装着してあり、他端は例えば
その先端部に備えたパッキンを介して扉１２３に設けた
排気口１３１と密着して連通するようにしてある。した
がって、排空気が前部イ内に漏洩することがない。前部
イ内の排気ダクト１３３の位置は特に限定されないが、
燃料電池本体１０３になるべく近い位置に設けるのが好
ましい。

【００１５】前記排気ダクト１３３の内部には複数の邪
魔板１６１が配設されており、白矢印で示したように流
れる高温の排空気はこの邪魔板１６１に接触して、含ま
れた水分（生成水および循環水の一部を含む）が前記排
気ダクト１３３の内面や邪魔板１６１の表面に結露し、
水分を分離された排空気はケース１１２外に排出される
ようになっている。分離された水分は前記排気ダクト１
３３に設けた勾配により下部に設けた排水管１６２中に
集落して、この排水管１６２に連結して設けられた排水
タンク１４１内に一旦蓄えられる。この排水管１６２の
下部は排水タンク１４１の一部として用いられる。

【００１６】この排水タンク１４１および排水管１６２
の下部が水で一杯になったら、例えば排水タンク１４１
の先端に設けた開閉弁１６３を手動で開くことにより前
記ケース１１２外に排水したり、あるいは図示しないセ
ンサでそれを検知して信号を制御装置１１６に送り、制
御装置１１６からの信号により前記開閉弁１６３を開く
ことにより前記ケース１１２外に排水することができ
る。生成水は精製すれば排水せずに循環使用することも
できる。

【００１７】１４０は、図１０に示すように水タンク１
１９から水を汲み上げて燃料電池本体１０３の高分子イ
オン交換膜に供給して常に保水状態に保ち、かつ、燃料
電池本体１０３を冷却するための循環ポンプであり、水
は循環して使用するようになっている。

【００１８】水タンク１１９の水を直接にアノード極側
の高分子イオン交換膜に供給するだけで高分子イオン交
換膜全体を容易に常に保水状態に保つことができる上、
燃料電池本体１０３を冷却することができる。このよう
にすることにより全体が簡略化され、一層小型化でき
る。

【００１９】なお、水タンク１１９には補助水タンク１
１７が連結されているが、この補助水タンク１１７は水
タンク１１９中の水が所定量以下になった際に水を補給
するためのものであり、例えば水タンク１１９に設けた
水位を検出するための図示しないセンサにより下限水位
を検出して信号を制御装置１１６へ送り、制御装置１１
６から電磁弁１４９へ信号を送って電磁弁１４９を開け
て補助水タンク１１７中の水を水タンク１１９へ移送す
る。

【００２０】１４２は、反応空気をケース１１２内に取
り入れて燃料電池本体１０３に送るプロペラファンであ
る。このプロペラファン１４２は電池本体１０３の後面
の反応空気取入口１６４の後側に取り付けられ、後方か
ら空気を吸引して前方の電池本体１０３に吹き出すもの
である。

【００２１】図１０に示すように、燃料ガスボンベ１０
１から減圧弁１４７、電磁弁１４８を経て燃料電池本体
３のアノード極に供給された水素ガスは、プロペラファ
ン１４２により外部から反応空気吸引口１４３を経てケ
ース１１２内に取り入れて燃料電池本体１０３のカソー
ド極に送られた空気と燃料電池本体１０３内で前記電気
化学反応を行って発電し、反応しなかった少量の残水素
と排空気は混合器１５０を経て排気ダクト１３３からケ
ース１１２の外部に排出される。

【００２２】なお、燃料電池１１０は、燃料電池本体１
０３がケース１１２の反応空気吸引口１４３近傍に位置
されており外部からの吸気をスムーズに行うことができ
るようになっている。

【００２３】そして燃料電池本体１０３の出力電流を図
示しない検出器により検出して、信号を制御装置１１６
へ送り、それに応じて制御装置１１６から信号をプロペ
ラファン１４２に送って空気取り入れ量を自動的に制御
するようにしてある。

【００２４】また、燃料電池本体１０３の温度を図示し
ない検出器により検出して、信号を制御装置１１６へ送
り、それに応じて制御装置１１６から信号を循環ポンプ
１４０に送って水の循環量を調整するようにしてある。

【００２５】２次電池１４４は、例えば正極にニッケル
電極を用い負極にカドミウム電極を用いたＮｉ−Ｃｄ２
次電池（１２Ｖ−４０Ａｈ）であり、この例では制御装
置１１６内に設置されている。

【００２６】なお、２次電池１４４は、通常は燃料電池
１１０の余剰電力によって自動的に充電されるようにな
っているが、図示しない電力取出端子部に設けられた充
電用入力端子１４５と外部交流電源（ＡＣ１００Ｖ）と
を接続させることにより、外部から強制的に充電させる
こともできる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４６は、燃料電
池１１０からの直流電力の電圧（ＤＣ２４〜５０Ｖ）を
所定の電圧（例えばＤＣ１００Ｖ）に変換するものであ
り、ＤＣ／ＡＣインバータ１１８は、直流（ＤＣ１００
Ｖ）から交流（ＡＣ１００Ｖ）に変換する働きをするも
のである。

【００２７】制御装置１１６は上記以外にも各種制御を
司るものであり、外部出力のＯＮ／０ＦＦ、図示しない
可燃性ガスセンサーからの信号処理、電磁弁１４９への
開閉信号の送信、燃料電池本体１０３からの異常信号の
受信及びＤＣ／ＡＣインバータ１１８へのＯＮ／ＯＦＦ
信号の送信等を行う。

【００２８】水素供給管（燃料ガス供給管路）１３５
は、燃料ガスボンベ１０１と、燃料電池本体１０３とを
連結するように配されている。さらに、燃料ガスボンベ
１０１と燃料電池本体１０３との間には、上記のように
減圧弁１４７及び電磁弁１４８が挿入されており電磁弁
１４８の開閉により燃料ガスボンベ１０１からの水素ガ
ス送出のＯＮ／ＯＦＦがなされる。

【００２９】制御装置１１６は、燃料電池本体１０３、
２次電池１４４、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４６、ＤＣ／
ＡＣインバータ１１８、電磁弁１４８、プロペラファン
１４２、循環ポンプ１４０、図示しない可燃性ガスセン
サーおよび主水タンク水位計、充電用入力端子１４５お
よび補助水タンク用電磁弁１４９などと接続され、これ
らと電気信号を授受するようになっている。例えば、図
示しない可燃性ガスセンサーが規程濃度以上の水素ガス
を検知した場合には、その信号を受け電磁弁１４８を閉
じて水素ガスの供給を停止させ燃料電池本体１０３の運
転を停止させたり、図示しない警報ランプ類で警報を発
したり、燃料電池１１０全体の運転を停止させたりす
る。

【００３０】燃料電池本体１０３及び２次電池１４４
は、互いに電気的に並列接続されており、燃料電池１０
３からの電力が十分でない起動時において、２次電池１
４４から電力を補うことにより、制御装置１１６や水ポ
ンプ１４０などの補機類に対して一定した電力供給がで
きるようになっている。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】このように燃料電池本
体１０３からは高温且つ多湿の排空気が排出されるた
め、排気ダクト１３３内の邪魔板１６１などに水分を結
露させて除去するようにしているが、設置条件によって
は排気ダクト１３３内で充分に水分を除去できず、排気
口１３１周辺が結露してしまう問題があった。

【００３２】また、燃料電池本体１０３からは反応しな
かった残水素（未反応水素）が排出され、これを燃料電
池本体１０３からの排空気に混合して排出していた。こ
れは水素の爆発下限よりも排出ガス中の水素濃度を低下
させることを目的とするものであるが、ケース１１２内
に安全性などを考慮するれば、排出ガス中の残水素の濃
度は低い程良い。

【００３３】本発明は、係る従来の技術的課題を解決す
るために成されたものであり、燃料電池本体からの排空
気中の水分除去や残水素による爆発危険性の低下を効果
的に達成できる固体高分子型燃料電池システムを提供す
ることを目的とする。

【００３４】

【課題を解決するための手段】本発明の固体高分子型燃
料電池システムは、ケース中に燃料ガスボンベと、この
燃料ガスボンベからの燃料ガスおよび空気などの酸化剤
の供給を受けて発電する燃料電池本体を備えた電源部
と、制御装置などを収納したものであって、燃料電池本
体の酸化剤取入側に設けられ、当該燃料電池本体へ酸化
剤を供給する第１の送風機と、燃料電池本体の酸化剤排
出側に取り付けられた排気ダクトと、排気ダクト内に空
気を供給する第２の送風機とを備えているものである。

【００３５】本発明によれば、ケース中に燃料ガスボン
ベと、この燃料ガスボンベからの燃料ガスおよび空気な
どの酸化剤の供給を受けて発電する燃料電池本体を備え
た電源部と、制御装置などを収納した固体高分子型燃料
電池システムにおいて、燃料電池本体の酸化剤取入側に
設けられ、当該燃料電池本体へ酸化剤を供給する第１の
送風機と、燃料電池本体の酸化剤排出側に取り付けられ
た排気ダクトと、排気ダクト内に空気を供給する第２の
送風機とを備えているので、燃料電池本体から流出する
排空気に第２の送風機から空気を付加してその温度を低
下させることができる。

【００３６】これにより、燃料電池本体からの排空気中
に含まれる水分は排気ダクト内で結露し易くなり、ケー
ス外面への結露の発生を効果的に解消することができる
ようになるものである。

【００３７】請求項２の発明の固体高分子型燃料電池シ
ステムは、上記において第２の送風機は、ケース内の空
気を排気ダクト内に供給するものである。

【００３８】請求項２の発明によれば、上記に加えて第
２の送風機によりケース内の空気を排気ダクト内に供給
するようにしたので、ケース内の換気を行うことができ
るようになり、水素漏れによる爆発の危険性を解消する
ことが可能となるものである。

【００３９】請求項３の発明の固体高分子型燃料電池シ
ステムは、上記各発明において燃料電池本体から排出さ
れた未反応燃料ガスを排気ダクト内に排出するものであ
る。

【００４０】請求項３の発明によれば、上記各発明に加
えて燃料電池本体から排出された未反応燃料ガスを排気
ダクト内に排出するようにしたので、排出ガス中の水素
濃度を著しく低下させ、爆発下限よりも充分低くして更
なる安全性の向上を図ることができるようになるもので
ある。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の一
実施形態を説明する。図１は、本発明に係わる固体高分
子型燃料電池１０の一実施例の外観を示す斜視図であ
る。図２は、図１に示した固体高分子型燃料電池１０の
内部を示す側面説明図である。図３は、図１に示した固
体高分子型燃料電池１０の構成部間における、電気信号
経路、水素ガス経路、空気経路、電力経路、水経路を示
す説明図である。

【００４２】図１〜図３において、本発明に係わる固体
高分子型燃料電池１０は隔壁１１により一体構造のケー
ス１２中が前部イと後部ロに仕切られた構造とされてい
る。前部イに燃料ガスボンベ１が２本起立状態で収納し
てある。後部ロは上段１３、中段１４、下段１５に区画
されて電源部および主水タンク１９や補助水タンク１７
などが収納されている。すなわち上段１３には図３に示
す２次電池４４やＤＣ／ＤＣコンバータ４６を備えた制
御装置１６および補助水タンク１７が収納されており、
中段１４には燃料と酸化剤としての空気が供給されて電
気化学反応させることにより発電する燃料電池本体３
（前記電源部を構成）が収納されており、下段１５には
ＤＣ／ＡＣインバータ１８および前記補助水タンク１７
と連結されている主水タンク１９が収納されている。

【００４３】２０は可動輪である。２１は移動時に使用
する把手、２２、２２は別個に回転可能な補助腕棒であ
る。可動輪２０や把手２１などを用いて一人で燃料電池
１０を容易に移動することができる。

【００４４】ケース１２は、前面にＬ字型の扉２３と操
作盤２４を備え、両側面２５、２６、背面２７、底面２
８、上面２９、前記前部イを覆蓋する開閉自在な蓋本体
３０から構成されている。３１は扉２３の上部に設けた
排気口であり、３２は後部ロ内の空気などを排気するた
めの側面排気口である。

【００４５】ここで、ケース１２の高さは、燃料ガスボ
ンベ１の高さより若干高く設定されている。前部イの幅
は燃料ガスボンベ１の２本の径の和、排気ダクト３３の
幅、操作盤２４の幅の合計より若干広く、前部イの奥行
は燃料ガスボンベ１の径より若干広く設定されている。
後部ロの幅および奥行は配置される各部材の幅および奥
行よりも若干広く設定されている。このようにしてケー
ス１２は例え屋外に設置されても水が侵入しにくく、コ
ンパクトなサイズとすることができる。

【００４６】燃料ガスボンベ１は、例えば市販のもの
（１０ｌ容器、水素量１．５立方メートル）を用いるこ
とができる。燃料ガスボンベ１のそれぞれの上端には水
素送出バルブ３４が設けられており、この水素送出バル
ブ３４と燃料電池本体３とが水素供給管３５によって連
結されるようになっている。さらに、この水素供給管３
５の所定の位置には、燃料ガスボンベ１内の圧力を表示
する圧力センサ５１及び減圧弁４７Ａ、４７Ｂ、電磁弁
４８Ａ、４８Ｂが設置されている（図３）。

【００４７】これら減圧弁４７Ａ及び４７Ｂにより燃料
電池本体３内の圧力を自動的に所定の圧力（例えば５０
０ｍｍ水柱）に維持しつつ燃料電池本体３への燃料ガス
供給量を制御するようにしてある。

【００４８】前記操作盤２４には、デジタル表示部３
６、運転・停止ボタン３７、表示切り替えボタン３８な
どが設置されており、運転・停止ボタン３７を押すこと
によりこの固体高分子型燃料電池１０の運転をスタート
させたり、停止させることができる。表示切り替えボタ
ン３８を押すことによりデジタル表示部３６に表示され
る内容を例えば、ＡＣ出力としたり、燃料圧力とした
り、あるいはその他の表示に切り替えることができる。
３９は耐水性のコンセントである。操作盤２４には過負
荷状態や燃料ガスボンベ１の交換などを警告する警報ラ
ンプ類やエラーなどを表示する表示部を設けてもよい。

【００４９】前記前部イ内には、前記燃料電池本体３か
らでる排空気をケース１２外へ放出するための排気ダク
ト３３が設けてある。この排気ダクト３３の一端は前記
燃料電池本体３の排空気出口６０側（酸化剤排出側）に
固定されており前記排空気出口６０近傍において前記隔
壁１１に固定して装着してあり、他端は例えばその先端
部に備えたパッキンを介して扉２３に設けた排気口３１
と密着して連通するようにしてある。

【００５０】したがって、排空気が前部イ内に漏洩する
ことを防止している。前部イ内の排気ダクト３３の位置
は特に限定されないが、燃料電池本体３になるべく近い
位置に設けるのが好ましい。

【００５１】また、排気ダクト３３の側面にはシロッコ
ファンから成る送風機７２（第２の送風機）が取り付け
られている。この送風機７２はケース１２内の空気を吸
引して排気ダクト３３内に吹き出し、供給するものであ
る。

【００５２】更に、前記排気ダクト３３の内部には複数
の邪魔板６１が配設されており、高温の排空気はこの邪
魔板６１に接触して、含まれた水分（生成水および循環
水の一部を含む）が前記排気ダクト３３の内面や邪魔板
６１の表面に結露し、水分を分離された排空気はケース
１２外に排出されるようになっている。分離された水分
は前記排気ダクト３３に設けた勾配により下部に設けた
排水管６２中に集落して、この排水管６２に連結して設
けられた排水タンク４１内に一旦蓄えられる。この排水
管６２の下部は排水タンク４１の一部として用いられ
る。

【００５３】この排水タンク４１および排水管６２の下
部が水で一杯になったら、例えば排水タンク４１の先端
に設けた開閉弁（図示せず）を手動で開くことにより前
記ケース１２外に排水したり、あるいは図示しないセン
サでそれを検知して信号を制御装置１６に送り、制御装
置１６からの信号により前記開閉弁を開くことにより前
記ケース１２外に排水することができる。生成水は精製
すれば排水せずに循環使用することもできる。

【００５４】４０は循環ポンプであり、主水タンク１９
から水を汲み上げて水配管６６を介して燃料電池本体３
の高分子イオン交換膜に供給し、水配管６７から戻すこ
とにより、高分子イオン交換膜を常に保水状態に保ち、
かつ、燃料電池本体３を冷却すると共に、水を循環して
使用するものである。

【００５５】主水タンク１９の水を直接にアノード極側
の高分子イオン交換膜に供給するだけで高分子イオン交
換膜全体を容易に常に保水状態に保つことができる上、
燃料電池本体３を冷却することができる。このようにす
ることにより全体が簡略化され、一層小型化できる。

【００５６】なお、主水タンク１９には補助水タンク１
７が連結されているが、この補助水タンク１７は主水タ
ンク１９中の水が所定量以下になった際に水を補給する
ためのものであり、例えば主水タンク１９に設けた水位
を検出するための図示しないセンサにより下限水位を検
出して信号を制御装置１６へ送り、制御装置１６から電
磁弁４９へ信号を送って電磁弁４９を開けて補助水タン
ク１７中の水を主水タンク１９へ移送する。

【００５７】４２は、反応空気をケース１２内に取り入
れて燃料電池本体３に送るシロッコファンから成る送風
機（第１の送風機）である。この場合、電池本体３の後
面の反応空気取入口６３（酸化剤取入側）には所定容積
の矩形容器状の空気マニホールド６４が取り付けられて
いる。この空気マニホールド６４の前面は電池本体３の
反応空気取入口６３に対峙してそれに連通しており、当
該空気マニホールド６４の側面に前記送風機４２が連通
して取り付けられている。

【００５８】尚、空気マニホールド６４の前面及び送風
機４２の連通部分以外は閉塞されており、前記送風機４
２はその後方から空気を吸引して空気マニホールド６４
内に吹き出す。吹き出された空気マニホールド６４内の
空気は、前方の電池本体３に供給されるものである。

【００５９】図３に示すように、燃料ガスボンベ１から
減圧弁４７Ａ、４７Ｂ、電磁弁４８Ａ、４８Ｂを経て燃
料電池本体３のアノード極に供給された水素ガスは、送
風機４２により外部から反応空気吸引口４３を経てケー
ス１２内に取り入れて燃料電池本体３のカソード極に送
られた空気と燃料電池本体３内で前記電気化学反応を行
って発電し、反応しなかった少量の残水素は水素配管６
８を経て主水タンク１９に入った後、ニードル弁７１、
７５及び電磁弁７３から成る弁装置７４が設けられた水
素配管６９を経て混合器５０に至る。

【００６０】ここで、水素配管６９の前端６９Ａは図８
に示す如く排気ダクト３３内に開口しており、水素配管
６９の出口６９Ａから出た少量の残水素（未反応水素）
は、ここで燃料電池本体３からの排空気、及び、送風機
７２から吹き出されたケース１２内の空気と混合され
て、排出口３１より前記のようにしてケース１２の外部
に排出されることになる。したがって、排気ダクト３３
が図３の混合器５０を構成することになる。

【００６１】このように排気ダクト３３内にケース１２
内の空気を吹き出す送風機７２を設けていることによ
り、燃料電池本体３から流出する排空気に送風機７２か
ら空気を付加してその温度を低下させることができる。
これにより、燃料電池本体３からの排空気中に含まれる
水分は排気ダクト３３内で結露し易くなり、円滑に排水
管６２により排出されるようになるので、排気口３１周
辺のケース１２外面への結露の発生を効果的に解消する
ことができるようになる。

【００６２】また、ケース１２内の換気も行われ、万一
ケース１２内に水素漏れが発生していたとしても、爆発
の危険性を解消することが可能となる。また、燃料電池
本体３から排出された未反応燃料ガスを排気ダクト３３
内に排出するようにしたので、排出ガス中の水素濃度を
著しく低下させ、爆発下限よりも充分低くして更なる安
全性の向上を図ることができるようになる。

【００６３】なお、燃料電池１０は、燃料電池本体３が
ケース１２の反応空気吸引口４３近傍に位置されており
外部からの吸気をスムーズに行うことができるようにな
っている。

【００６４】そして燃料電池本体３の出力電流を図示し
ない検出器により検出して、信号を制御装置１６へ送
り、それに応じて制御装置１６から信号を送風機４２に
送って空気取り入れ量を自動的に制御する。

【００６５】このとき、シロッコファンである送風機４
２から空気を一旦空気マニホールド６４に吹き出した
後、燃料電池本体３に供給するようにしているので、空
気マニホールド６４内の静圧は２０ｍｍ水柱程まで上昇
する。

【００６６】したがって、燃料電池本体３に供給する酸
化剤としての空気の風量と静圧が取れるようになり、供
給量を的確に制御しながら安定して発電を行うことがで
きるようになる。また、送風機４２を空気マニホールド
６４の側面に取り付けているので、燃料電池本体３に取
り付けられた空気マニホールド６４及び送風機４２の後
方への突出寸法が縮小され、、燃料電池１０の更なる小
型化を達成することが可能となる。

【００６７】また燃料電池本体３の温度を図示しない検
出器により検出して、信号を制御装置１６へ送り、それ
に応じて制御装置１６から信号を循環ポンプ４０に送っ
て水の循環量を調整するようにしてある。

【００６８】２次電池４４は、例えば正極にニッケル電
極を用い負極にカドミウム電極を用いたＮｉ−Ｃｄ２次
電池（１２Ｖ−４０Ａｈ）であり、この例では制御装置
１６内に設置されている。

【００６９】なお、２次電池４４は、通常は燃料電池１
０の余剰電力によって自動的に充電されるようになって
いるが、電力取出端子部に設けられた充電用入力端子４
５と外部交流電源（ＡＣ１００Ｖ）とを接続させること
により、外部から強制的に充電させることもできる。Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ４６は、燃料電池１０からの直流電
力の電圧（ＤＣ２４〜５０Ｖ）を所定の電圧（例えばＤ
Ｃ２８０Ｖ）に変換するものであり、ＤＣ／ＡＣインバ
ータ１８は、直流（ＤＣ２８０Ｖ）から交流（ＡＣ１０
０Ｖ）に変換する働きをするものである。

【００７０】制御装置１６は上記以外にも各種制御を司
るものであり、外部出力のＯＮ／０ＦＦ、可燃性ガスセ
ンサーからの信号処理、電磁弁４９への開閉信号の送
信、燃料電池本体３からの異常信号の受信及びＤＣ／Ａ
Ｃインバータ１８へのＯＮ／ＯＦＦ信号の送信等を行
う。また、圧力センサー５１により測定された一次圧力
値を取り込み、水素ガス残量に換算してデジタル表示部
３６に送信して表示させることもできる。また、デジタ
ル表示部３６に、外部に出力している電力のデータや２
次電池４４の充電量のデータを送り、これを表示させる
こともできる。

【００７１】水素供給管３５は、燃料ガスボンベ１と、
燃料電池本体３とを連結するように配されている。さら
に、燃料ガスボンベ１と燃料電池本体３との間には、上
記のように減圧弁（レギュレーター）４７Ａ、４７Ｂ及
び電磁弁４８Ａ、４８Ｂが挿入されており電磁弁４８
Ａ、４８Ｂの開閉により燃料ガスボンベ１からの水素ガ
ス送出のＯＮ／ＯＦＦがなされる。

【００７２】制御装置１６は、燃料電池本体３、２次電
池４４、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６、ＤＣ／ＡＣインバ
ータ１８、電磁弁４８Ａ、４８Ｂ、送風機４２、循環ポ
ンプ４０、可燃性ガスセンサーおよび主水タンク水位
計、充電用入力端子４５および補助水タンク用電磁弁４
９などと接続され、これらと電気信号を授受するように
なっている。例えば、可燃性ガスセンサーが規程濃度以
上の水素ガスを検知した場合には、その信号を受け電磁
弁４８Ａ、４８Ｂを閉じて水素ガスの供給を停止させ燃
料電池本体３の運転を停止させたり、図示しない警報ラ
ンプ類で警報を発したり、燃料電池１０全体の運転を停
止させたりする。

【００７３】燃料電池本体３及び２次電池４４は、互い
に電気的に並列接続されており、燃料電池３からの電力
が十分でない起動時において、２次電池４４から電力を
補うことにより、制御装置１６や水ポンプ４０などの補
機類に対して一定した電力供給ができるようになってい
る。

【００７４】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱
しない範囲で各種の変形実施が可能である。

【００７５】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、ケー
ス中に燃料ガスボンベと、この燃料ガスボンベからの燃
料ガスおよび空気などの酸化剤の供給を受けて発電する
燃料電池本体を備えた電源部と、制御装置などを収納し
た固体高分子型燃料電池システムにおいて、燃料電池本
体の酸化剤取入側に設けられ、当該燃料電池本体へ酸化
剤を供給する第１の送風機と、燃料電池本体の酸化剤排
出側に取り付けられた排気ダクトと、排気ダクト内に空
気を供給する第２の送風機とを備えているので、燃料電
池本体から流出する排空気に第２の送風機から空気を付
加してその温度を低下させることができる。

【００７６】これにより、燃料電池本体からの排空気中
に含まれる水分は排気ダクト内で結露し易くなり、ケー
ス外面への結露の発生を効果的に解消することができる
ようになるものである。

【００７７】請求項２の発明によれば、上記に加えて第
２の送風機によりケース内の空気を排気ダクト内に供給
するようにしたので、ケース内の換気を行うことができ
るようになり、水素漏れによる爆発の危険性を解消する
ことが可能となるものである。

【００７８】請求項３の発明によれば、上記各発明に加
えて燃料電池本体から排出された未反応燃料ガスを排気
ダクト内に排出するようにしたので、排出ガス中の水素
濃度を著しく低下させ、爆発下限よりも充分低くして更
なる安全性の向上を図ることができるようになるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる固体高分子型燃料電池の一実施
例の斜視図である。

【図２】図１の固体高分子型燃料電池の内部を示す側面
説明図である。

【図３】図１の固体高分子型燃料電池の構成部間におけ
る、電気信号経路、水素ガス経路、空気経路、電力経
路、水経路を示す説明図である。

【図４】固体高分子型燃料電池の特徴を示す説明図であ
る。

【図５】図１の固体高分子型燃料電池の燃料電池本体部
分の拡大側面図である。

【図６】図１の固体高分子型燃料電池の排気ダクトの拡
大背面図である。

【図７】図１の固体高分子型燃料電池の燃料電池本体と
排気ダクトの分解斜視図である。

【図８】図１の固体高分子型燃料電池の燃料電池本体部
分の概略断面図である。

【図９】従来の固体高分子型燃料電池の内部を示す側面
説明図である。

【図１０】図７の固体高分子型燃料電池の構成部間にお
ける、電気信号経路、水素ガス経路、空気経路、電力経
路、水経路を示す説明図である。

【符号の説明】

１燃料ガスボンベ３燃料電池本体１０固体高分子型燃料電池１２ケース１６制御装置１７補助水タンク１９主水タンク３３排気ダクト３５水素供給管４０循環ポンプ４２送風機（第１の送風機）６４空気マニホールド６９水素配管７２送風機（第２の送風機）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケース中に燃料ガスボンベと、この燃料
ガスボンベからの燃料ガスおよび空気などの酸化剤の供
給を受けて発電する燃料電池本体を備えた電源部と、制
御装置などを収納した固体高分子型燃料電池システムに
おいて、前記燃料電池本体の酸化剤取入側に設けられ、当該燃料
電池本体へ前記酸化剤を供給する第１の送風機と、前記
燃料電池本体の酸化剤排出側に取り付けられた排気ダク
トと、前記排気ダクト内に空気を供給する第２の送風機
とを備え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】第２の送風機は、ケース内の空気を排気
ダクト内に供給する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】燃料電池本体から排出された未反応燃料
ガスを排気ダクト内に排出することを特徴とする請求項
１又は請求項２の固体高分子型燃料電池システム。