JP4944403B2 - 固体高分子型燃料電池のカソードガス供給装置 - Google Patents

Description

この発明は固体高分子型燃料電池のカソードガス供給装置に関する。

燃料電池は、電解質膜の含水量が減少すると発電効率が低下する。そこで、従来より、燃料電池にカソードガス（反応空気）を供給するカソードガス供給装置において、カソードガスの通路の途中に加湿器を設けてカソードガスを加湿し、燃料電池の電解質膜の含水量を増加させて発電効率を向上させるようにした技術が種々提案されている。

例えば特許文献１に記載される技術にあっては、カソードガスの通路と、燃料電池から排出されたカソードオフガスの通路と、それらを隔てる加湿膜（水蒸気透過膜）とからなる加湿器を設け、カソードオフガスに含まれる水蒸気（生成水）を加湿膜を介してカソードガスに供給することで、カソードガスを加湿するように構成している。
特開２００３−１７０９７号公報（段落００４８，００４９，００５８、図１など）

しかしながら、カソードガスを所望の湿度になるまで加湿するには、上記したカソードガスやカソードオフガスの通路、および加湿膜などの面積をある程度増大させる必要がある。そのため、加湿器の体積が大きくなってしまい、装置の小型化の妨げになるという不具合があった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、燃料電池に供給されるカソードガスを所望の湿度になるまで加湿することができると共に、装置を小型化できるようにした固体高分子型燃料電池のカソードガス供給装置を提供することにある。

上記の目的を解決するために、請求項１にあっては、空気を吸引して固体高分子型の燃料電池にカソードガスとして供給するエアブロワと、前記エアブロワの上流側に配置され、前記エアブロワに吸引される空気に含まれる粉塵を除去するエアクリーナと、前記燃料電池から排出されるカソードオフガスの少なくとも一部を前記エアクリーナに供給し、前記エアクリーナにおいて前記カソードオフガスが前記空気に混合されるカソードオフガス供給流路とを備えるように構成した。

また、請求項２にあっては、前記カソードオフガス供給流路は、前記エアクリーナに供給される前記カソードオフガスの流量を調整する流量調整手段を備えるように構成した。

また、請求項３にあっては、前記カソードオフガス供給流路は、前記エアクリーナに供給される前記カソードオフガスを導入して気体成分と液体成分に分離する気液分離手段を備えるように構成した。

請求項１に係る固体高分子型燃料電池のカソードガス供給装置にあっては、空気を吸引して固体高分子型の燃料電池にカソードガスとして供給するエアブロワと、エアブロワの上流側に配置され、エアブロワに吸引される空気に含まれる粉塵を除去するエアクリーナと、燃料電池から排出されるカソードオフガスの少なくとも一部をエアクリーナに供給し、エアクリーナにおいてカソードオフガスが空気に混合されるカソードオフガス供給流路とを備える、即ち、カソードオフガスの少なくとも一部がエアブロワによって吸引され、カソードオフガス供給流路を介してエアクリーナに供給されるように構成したので、エアクリーナを通過するカソードガス（空気）を、カソードオフガスに含まれる生成水（水蒸気）によって加湿することができる。従って、加湿器のカソードガスやカソードオフガスの通路、および加湿膜などの面積を従来技術に比して減少させる、あるいは加湿器を除去したとしても、カソードガスを所望の湿度になるまで加湿することができる。また、加湿器を小型化あるいは除去することで装置全体を小型化できる。

また、請求項２に係る固体高分子型燃料電池のカソードガス供給装置にあっては、カソードオフガス供給流路は、エアクリーナに供給されるカソードオフガスの流量を調整する流量調整手段を備える、即ち、エアクリーナに供給されるカソードオフガスの流量を調整してカソードガスに供給されるカソードオフガスの生成水の量を調整するように構成したので、上記した効果に加え、エアクリーナを通過するカソードガスが所望の湿度以上に加湿されるのを防止することができる。

また、請求項３に係る固体高分子型燃料電池のカソードガス供給装置にあっては、カソードオフガス供給流路は、エアクリーナに供給されるカソードオフガスを導入して気体成分と液体成分に分離する気液分離手段を備える、換言すれば、生成水を含むカソードオフガスを、気体となった水分（生成水）を含むカソードオフガスと、液体となった水分（生成水）とに分離するように構成したので、上記した効果に加え、液体となった水分がカソードガスに供給されるのを防止できる。これによりエアブロワは、気体となった水分のみを含むカソードガスを吸引することとなるため、液体となった水分を吸引することで発生する故障などを防止することができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る固体高分子型燃料電池のカソードガス供給装置の最良の実施の形態について説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係る燃料電池のカソードガス供給装置を含む燃料電池の構成を示す概略図である。

図１において、符号１０は燃料電池（スタック）を示す。燃料電池１０は、電解質膜（固体高分子膜）と、それを挟持するカソード極（空気極）とアノード極（燃料極）と、各電極の外側に配置されるセパレータとから構成される単電池を複数個積層して形成された、公知の固体高分子型燃料電池である。

燃料電池１０には、燃料電池１０のカソード極にカソードガスを供給するカソードガス供給系（以下「カソードガス供給装置」という）１２と、アノード極にアノードガス（水素ガス）を供給するアノードガス供給系１４と、燃料電池１０に冷却水を循環させる冷却／熱出力系１８と、燃料電池１０で発生した電力を制御する電力制御系２０とが接続される。

カソードガス供給装置１２は、大気（空気）を吸引して燃料電池１０にカソードガスとして供給するエアブロワ２４と、エアブロワ２４の上流側に配置されてエアブロワ２４に吸引される空気に含まれる粉塵を除去するエアクリーナ２６と、エアクリーナ２６の上流側に配置されてエアクリーナ２６を通過する空気量に応じた信号を電子制御ユニット（後述）へ出力する流量センサ２８と、エアブロワ２４の下流側に配置されると共に、カソードガスを燃料電池１０から排出されるカソードガス（以下「カソードオフガス」という）によって加湿する加湿器３０とを備える。エアブロワ２４は、その吸入口（図示せず）がエアクリーナ２６を介して大気と連通されると共に、吐出口（図示せず）が加湿器３０を介して燃料電池１０のカソードガス導入口（図示せず）に接続される。

カソードガス供給装置１２はさらに、カソードオフガス供給流路３４を備える。カソードオフガス供給流路３４の一端は、加湿器３０を介して燃料電池１０のカソードガス排出口（図示せず）に接続される一方、他端はエアクリーナ２６に接続される。これにより、燃料電池１０から排出されたカソードオフガスは、カソードオフガス供給流路３４を介してエアクリーナ２６に供給される。

カソードオフガス供給流路３４の途中には、エアクリーナ２６に供給されるカソードオフガスを導入して気体成分と液体成分に分離する気液分離器（気液分離手段）３６と、エアクリーナ２６に供給されるカソードオフガスの流量を調整する流量調整弁（流量調整手段）３８とが配置される。尚、流量調整弁３８は、ノーマル・クローズ型の電磁弁（非通電時に閉弁し、通電時に開弁する電磁弁）であり、燃料電池１０の非運転時は閉弁されているものとする。

また、気液分離器３６にはカソードオフガス排気流路４０が接続され、その一端は気液分離器３６に接続される一方、他端は大気に開放される。これにより、気液分離器３６に導入されたカソードオフガスの内、エアクリーナ２６に供給されないカソードオフガスは、カソードオフガス排気流路４０を介して大気中に排気される。

尚、以下において、カソードオフガス供給流路３４であって、カソードオフガスの流れにおいて気液分離器３６より上流側の部分を「第１のカソードオフガス供給流路」と呼び、符号３４ａで示すと共に、下流側の部分を「第２のカソードオフガス供給流路」と呼び、符号３４ｂで示す。

アノードガス供給系１４は、図示しない改質器などを備える。アノードガス供給系１４の一端は燃料電池１０のアノードガス導入口（図１で図示せず）に接続されると共に、他端は都市ガスの供給源（図示せず）に接続される。アノードガス供給系１４は、都市ガスを改質して得た水素ガスを、燃料電池１０にアノードガスとして供給する。

冷却／熱出力系１８は、冷却水を燃料電池１０に圧送する冷却水ポンプ４２と、冷却水を放熱させるラジエータ４４と、冷却水と熱負荷（例えば、コージェネレーションシステム用の温水器など）４６と熱の交換（授受）を行う熱交換器４８と、冷却水の不純物を除去するイオンフィルタ５０とからなる。冷却水ポンプ４２は、その吐出口（図示せず）が燃料電池１０の冷却水導入口（図１で図示せず）に接続されると共に、吸入口（図示せず）がラジエータ４４、熱交換器４８、イオンフィルタ５０を介して燃料電池１０の冷却水排出口（図１で図示せず）に接続される。

電力制御系２０は、マイクロコンピュータからなる電子制御ユニット（Electronic Control Unit。以下「ＥＣＵ」という）５２と、燃料電池１０が発生した電力（直流電流）を所定の周波数の交流電流に変換するインバータ５４などからなり、燃料電池１０が発生した電力を出力する出力端子５６に接続される。

ＥＣＵ５２は、前記した流量センサ２８およびインバータ５４などと信号線５８を介して接続される。さらにＥＣＵ５２は、流量調整弁３８の駆動回路（図示せず）に信号線５８を介して接続されると共に、流量調整弁３８を励磁・非励磁することで開閉弁し、その動作を制御する。またインバータ５４には、電気負荷（例えば、コージェネレーションシステム用の照明器具などの交流電気機器）６０が接続される。

上記した如く、燃料電池１０には、燃料電池１０を動作させて発電を行うことにより電力が供給される電気負荷６０と、その発電に伴う燃料電池１０の排熱を利用して熱エネルギーが供給される熱負荷４６とが接続される。従って、燃料電池のアノードガス供給装置１２を含む燃料電池１０は、コージェネレーションシステムの一部として組み込まれる。

次いで、燃料電池のカソードガス供給装置１２について、コージェネレーションシステムの一部として構成したときを例にとってさらに説明する。

図２は、燃料電池のカソードガス供給装置１２をコージェネレーションシステムの一部として構成したときのコージェネレーションシステムの斜視図である。尚、図２において、カソードガス供給装置１２の構成がよく示されるように、配管や壁面など一部の構成について図示を省略した。

図２において、符号６２はコージェネレーションシステムを示す。コージェネレーションシステム６２は、直方体を呈するフレーム６４の内部空間に収容される。以下、フレーム６４の内部空間の内、上側の内部空間を「上側内部空間」と呼び、符号６４ａで示す。また、下側の内部空間を「下側内部空間」と呼び、符号６４ｂで示す。尚、この明細書において、上側、下側、あるいは上部や下部などの上下関係を示す記載は、全て重力方向における上下関係を表すものとする。

上側内部空間６４ａには、前記した燃料電池１０が配置される。燃料電池１０には、上記したアノードガス導入口１０ａ、アノードガス排出口１０ｂ、カソードガス導入口、カソードガス排出口（いずれも見えず）、冷却水導入口１０ｃおよび冷却水排出口１０ｄが形成されると共に、出力端子５６が接続される。

一方、下側内部空間６４ｂであって図２の右側の空間には、上記した冷却／熱出力系１８、即ち、冷却水ポンプ４２と、ラジエータ４４と、熱交換器４８と、イオンフィルタ５０が適宜に配置される。

また、下側内部空間６４ｂであって図２の左側の空間には、カソードガス供給装置１２、即ち、エアブロワ２４と、エアクリーナ２６が収容されるエアクリーナボックス６６と、流量センサ２８と、加湿器３０と、第１および第２のカソードオフガス供給流路３４ａ，３４ｂ（第１のカソードオフガス供給流路３４ａは見えず）と、気液分離器３６と、流量調整弁３８（図２で見えず）と、カソードオフガス排気流路４０が配置される。

図に示すように、エアブロワ２４とエアクリーナボックス６６は一体的に形成され、その上端付近には流量センサ２８が取り付けられる。流量センサ２８の近傍には、矢印で示す方向から大気（空気）が流入される流入口６８が配置される。また、一体的に形成されたエアブロワ２４とエアクリーナボックス６６の紙面において奥側には、加湿器３０が配置される。

エアブロワ２４とエアクリーナボックス６６の右側、別言すれば、エアブロワ２４とイオンフィルタ５０との間には、気液分離器３６が配置される。気液分離器３６は、前述したように、第１のカソードオフガス供給流路３４ａを介して燃料電池１０のカソードガス排出口（図示せず）に接続されると共に、第２のカソードオフガス供給流路（気相配管）３４ｂを介してエアクリーナ２６が収容されたエアクリーナボックス６６に接続される。

図３は、図２に示すコージェネレーションシステム６２に組み込まれたカソードガス供給装置１２の気液分離器３６の断面図である。

気液分離器３６は、外観視において略円筒状を呈すると共に、その上面が開口されたケース７０と、ケース７０の開口を封止するプレート（蓋）７２とを備える。ケース７０の内部には空間が形成され、その空間は、ケース７０の中央付近に配置されたセパレータ７４によって、上部空間７０ａと下部空間７０ｂの２つの空間に区画される。セパレータ７４の中央部には、円形状の孔７４ａが穿設される。従って、上部空間７０ａと下部空間７０ｂは、孔７４ａによって連通される。

ケース７０の下部空間７０ｂの側面には、第１の開口部７０ｃが穿設される。第１の開口部７０ｃには、第１のカソードオフガス供給流路３４ａが接続される。即ち、気液分離器３６の下部空間７０ｂには、燃料電池１０から排出されたアノードオフガスの導入口が設けられる。

また、下部空間７０ｂにおいて第１の開口部７０ｃより下方の側面には、第２の開口部７０ｄが穿設される。第２の開口部７０ｄには、図３に示すように、排水管７６が接続される。

排水管７６は、図示の如く、逆Ｕ字管からなる。排水管７６について具体的に説明すると、排水管７６の一端７６ａは、ケース７０の底面（下面）付近となるように配置され、一端７６ａから屈曲して上方に突出する円弧状部７６ｂが形成される。排水管７６の他端７６ｃは、円弧状部７６ｂから下方に向けて延設される。このとき、他端７６ｃの底面７６ｃ１は、ケース７０の底面より下方の位置となるように配置される。また他端７６ｃには、排水管７６を流動する液体を外部に排出する排水流路（図示せず）が接続される。このように、ケース７０の下部空間７０ｂにおいて前記第１の開口部７０ｃよりも下方の位置には、ケース７０の底面に集められる液体の排水口が設けられる。

ケース７０の上部空間７０ａであって第１の開口部７０ｃと略対向する側面には、第３の開口部７０ｅが穿設される。第３の開口部７０ｅには、第２のカソードオフガス供給流路３４ｂが接続される。即ち、気液分離器３６の上部空間７０ａには、エアクリーナ２６に供給されるべきカソードオフガスの排出口が設けられる。

さらに、上部空間７０ａの側面には、第４の開口部７０ｆが穿設される。第４の開口部７０ｆには、カソードオフガス排気流路４０が接続される。従って、上部空間７０ａには、気液分離器３６に導入されたカソードオフガスの内、エアクリーナ２６に供給されないカソードオフガスの排出口が設けられる。

次いで、燃料電池のカソードガス供給装置１２を含む燃料電池１０の動作について、図１を参照して説明する。

カソードガス（大気）は、エアブロワ２４によって吸引されると共に、エアクリーナ２６で粉塵が除去される。このとき、エアクリーナ２６付近はエアブロワ２４の吸引によって大気圧以下（負圧）の状態となるため、燃料電池１０から排出されたカソードオフガスは、第１および第２のカソードオフガス供給流路３４ａ，３４ｂを介してエアクリーナ２６に流入（供給）させられることとなる。

ここで、上記したカソードオフガスは、第１のカソードオフガスガス流路３４ａを介して気液分離器３６に導入される。気液分離器３６に導入されたカソードオフガスは、図３に示すケース７０の下部空間７０ｂに流入した後、セパレータ７４の孔７４ａを通過して上部空間７０ａに流入する。

尚、このカソードオフガスには、後述する如く、燃料電池１０によって生成された水分（生成水）、正確には、気体となった水分と液体となった水分が含まれる。従って、カソードオフガスは、セパレータ７４の孔７４ａを通過することで気体となった水分を含むカソードオフガスである気体成分と、液体となった水分である液体成分とに分離される。

気体となった水分を含むカソードオフガスは、上部空間７０ａから第２のカソードオフガス供給流路３４ｂへ流入する。このときＥＣＵ５２は、流量調整弁３８の動作を制御して第１のカソードオフガス供給流路３４ａを流動するカソードオフガスの流量を調整する。具体的には、ＥＣＵ５２は、流量センサ２８から出力される信号に基づいて、カソードガス（新気）に対するカソードオフガスの割合が所定値、具体的には約４０％以下となるように流量調整弁３８を励磁して開弁する。

流量調整弁３８で流量が調整されたカソードオフガスは、エアクリーナボックス６６、正確には、エアクリーナボックス６６のエアクリーナ２６に供給される。また、気体となった水分を含むカソードオフガスの内、流量調整弁３８での流量調整によってエアクリーナボックス６６のエアクリーナ２６に供給されないカソードオフガスは、カソードオフガス排気流路４０を介して排気される。

一方、液体となった水分は、ケース７０の底面に集められる。ケース７０の底面に集められた水分は、排水管７６の一端７６ａから排水管７６に流入し、円弧状部７６ｂに達すると、他端７６ｃへ流動し、そこから排水流路に流出して外部に排水される。

このように、燃料電池１０から排出されたカソードオフガスは、気液分離器３６によって気体成分と液体成分（別言すれば、気体となった水分のみを含むカソードオフガスと液体となった水分）とに分離させられ、気体成分の少なくとも一部のみが第２のカソードオフガス供給流路３４ｂを介してエアクリーナ２６に供給される。これによりカソードガスは、エアクリーナ２６において、気体となった水分のみを含むカソードオフガスと混合されて加湿される。

図１の説明を続けると、エアクリーナ２６でカソードオフガスが混合されたカソードガスは、加湿器３０に流入し、そこで燃料電池１０から排出されたカソードオフガスに含まれた水分（生成水）の供給を受けて所望の湿度となるまで加湿された後、燃料電池１０のカソード極に供給される。

燃料電池１０のカソード極に供給されたカソードガスは、アノード極に供給されたアノードガスと電気化学反応を生じる。カソード極およびアノード極で生じる電極反応は、具体的には下記の通りである。
アノード極：Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
カソード極：１／２Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ
従って、全体の反応は下記となる。
全体：Ｈ_２＋１／２Ｏ_２→Ｈ_２Ｏ

上記の反応によって燃料電池１０が発生した電力（直流電流）は、出力端子５６から取り出され、その一部がＥＣＵ５２や冷却水ポンプ４２、エアブロワ２４などの補機類の電源として使用されると共に、残部がインバータ５４によって所定の周波数の交流電流に変換された後、電気負荷６０に供給される。

燃料電池１０から排出されたカソードオフガスは、加湿器３０を通過した後、少なくとも一部は、前述したように、第１および第２のカソードオフガス供給流路３４ａ，３４ｂを介してエアクリーナ２６に供給される一方、残部はカソードオフガス排気流路４０を介して大気中に排出される。

加湿器３０は、カソードガスが通過するカソードガス通路と、カソードオフガスが通過するカソードオフガス通路と、各通路を隔てる水蒸気透過膜（いずれも図示せず）とからなる。上記した電極反応から明らかなように、カソードオフガスには発電によって生成された水分（生成水）が含まれる。かかる生成水は、加湿器３０の内部に設けられた水蒸気透過膜を透過してカソードガスに供給され、所望の湿度になるまで加湿する。

尚、これらカソードガス通路、カソードオフガス通路および水蒸気透過膜の面積は従来技術のそれに比して減少させられ、加湿器３０は小型化される。即ち、加湿器３０を通過するカソードガスは、上記した如く、エアクリーナ２６においてカソードオフガスの生成水、正確には、気体となった水分が供給されて予め加湿されているため、小型の加湿器３０であってもカソードガスを所望の湿度になるまで加湿できる。

燃料電池１０のアノードガス排出口（図１で図示せず）から排出されたアノードガス（未反応ガス）は、アノードガス供給系１４に還流されて再度燃料電池１０に供給され、再利用される。

冷却水ポンプ４２から吐出された冷却水は、燃料電池１０の内部を通過して燃料電池１０を冷却する。燃料電池１０を冷却することによって昇温させられた冷却水は、不純物がイオンフィルタ５０によって除去された後、熱交換器４８に供給され、そこで温水器などの熱負荷４６と熱の授受が行われる。次いで、冷却水はラジエータ４４を通過して大気に放熱させられる。イオンフィルタ５０、熱交換器４８およびラジエータ４４を通過した冷却水は、冷却水ポンプ４２に吸入され、上記した経路を再度循環する。

このように、この発明に係る固体高分子型燃料電池のカソードガス供給装置１２にあっては、空気を吸引して固体高分子型の燃料電池１０にカソードガスとして供給するエアブロワ２４と、エアブロワ２４の上流側に配置され、エアブロワ２４に吸引される空気に含まれる粉塵を除去するエアクリーナ２６と、燃料電池１０から排出されるカソードオフガスの少なくとも一部をエアクリーナ２６に供給し、エアクリーナ２４においてカソードオフガスが空気に混合されるカソードオフガス供給流路３４とを備える、即ち、カソードオフガスの少なくとも一部がエアブロワ２４によって吸引され、カソードオフガス供給流路３４を介してエアクリーナ２６に供給されるように構成したので、エアクリーナ２６を通過するカソードガスを、カソードオフガスに含まれる生成水（水蒸気）によって加湿することができる。従って、加湿器３０のカソードガスやカソードオフガスの通路、および加湿膜などの面積を従来技術に比して減少させたとしても、カソードガスを所望の湿度になるまで加湿することができる。また、加湿器３０を小型化することで装置全体を小型化できる。

また、カソードオフガス供給流路３４は、エアクリーナ２６に供給されるカソードオフガスの流量を調整する流量調整弁３８を備える、即ち、エアクリーナ２６に供給されるカソードオフガスの流量を調整、具体的には、カソードガス（新気）に対するカソードオフガスの割合が所定値（約４０％以下）となるように調整してカソードガスに供給されるカソードオフガスの生成水の量を調整するように構成したので、エアクリーナ２６を通過するカソードガスが所望の湿度以上に加湿されるのを防止することができる。

また、カソードガスとカソードオフガスは共に、エアブロワ２４によって流動するように構成したので、流量調整弁３８をカソードガスに対するカソードオフガスの割合が所定値となるように一度調整すれば、エアブロワ２４に吸引されるカソードガスの多寡にかかわらず、その割合を保つことができる。

具体的に説明すると、燃料電池１０に多量のカソードガスが供給されるときには、エアクリーナ２６付近、即ち、エアクリーナボックス６６の負圧も大きくなり、よってエアクリーナ２６へ供給されるカソードオフガスの量も多くなって前記した割合を保つことができる。一方、燃料電池１０に少量のカソードガスが供給されるときには、エアクリーナボックス６６の負圧も小さくなり、よってエアクリーナ２６へ供給されるカソードオフガスの量も少なくなって前記した割合を保つことができる。尚、カソードオフガスの量が少なくなると、加湿器３０でカソードガスに供給される生成水の量も減少することとなる。しかしながら、加湿器３０の加湿能力はカソードガスとカソードオフガスの水蒸気透過膜を介して接触している時間の長短によるので、カソードガスは、カソードオフガスの量が少ない場合であっても、カソードオフガスとの接触時間が長くなることで所望の湿度まで加湿される。

さらに、流量調整弁３８を調整してカソードガスに対するカソードオフガスの割合を前記した所定値よりも増加させると、カソードガスをエアクリーナ２６において所望の湿度になるまで加湿することが可能となる。これにより、加湿器３０を除去することができ、よって装置全体をより一層小型化できる。

また、カソードオフガス供給流路３４は、エアクリーナ２６に供給されるカソードオフガスを導入して気体成分と液体成分に分離する気液分離器３６を備える、換言すれば、生成水を含むカソードオフガスを、気体となった水分（生成水）を含むカソードオフガスと、液体となった水分（生成水）とに分離するように構成したので、液体となった水分がカソードガスに供給されるのを防止できる。これによりエアブロワ２４は、気体となった水分のみを含むカソードガスを吸引することとなるため、液体となった水分を吸引することで発生する故障などを防止することができる。

以上のように、この発明の第１実施例にあっては、空気を吸引して固体高分子型の燃料電池（１０）にカソードガスとして供給するエアブロワ（２４）と、前記エアブロワの上流側に配置され、前記エアブロワに吸引される空気に含まれる粉塵を除去するエアクリーナ（２６）と、前記燃料電池から排出されるカソードオフガスの少なくとも一部を前記エアクリーナに供給し、前記エアクリーナにおいて前記カソードオフガスが前記空気に混合されるカソードオフガス供給流路（３４。第１および第２のカソードオフガス供給流路３４ａ，３４ｂ）とを備えるように構成した。

また、前記カソードオフガス供給流路（３４）は、前記エアクリーナ（２６）に供給される前記カソードオフガスの流量を調整する流量調整手段（ＥＣＵ５２。流量調整弁３８）を備えるように構成した。

また、前記カソードオフガス供給流路（３４）は、前記エアクリーナ（２６）に供給される前記カソードオフガスを導入して気体成分と液体成分に分離する気液分離手段（気液分離器３６）を備えるように構成した。

尚、上記において、カソードオフガスの流量を流量調整弁（電磁弁）３８によって調整、具体的にはＥＣＵ５２によって電磁弁の動作を制御し、自動的に調整するように構成したが、流量調整弁３８を手動弁としてオペレータが操作する、あるいはカソードオフガス供給路３４の管径を適宜な値に設定して流量を調整するようにしてもよい。

また、流量調整弁３８を調整してカソードガスに対するカソードオフガスの割合を約４０％以下となるようにしたが、その数値は例示であって限定されるものではない。

また、カソードオフガス供給流路３４のカソードオフガスにおいて、液体となった水分を気液分離器３６によって分離するようにしたが、カソードオフガス供給流路３４を、排気系１６のカソードオフガスの流れにおいて加湿器３０より下流側の通路の上部から分岐し、カソードオフガス供給流路３４に液体となった水分が流入しないようする構成であってもよい。

また、燃料電池１０を固体高分子型としたが、それに限られるものではなく、他の形式であってもよい。

また、カソードガス供給装置１２が搭載される機器をコージェネレーションシステム６２としたが、他の機器に搭載してもよい。

また、燃料電池１０の燃料として都市ガスを使用するよう構成したが、ＬＰガス、灯油、メタノール、ナフサ、バイオマス、ガソリンなどであってもよい。

この発明の第１実施例に係る燃料電池のカソードガス供給装置を含む燃料電池の構成を示す概略図である。 図１に示す燃料電池のカソードガス供給装置をコージェネレーションシステムの一部として構成したときのコージェネレーションシステムの斜視図である。 図２に示すコージェネレーションシステムに組み込まれたカソードガス供給装置の気液分離器の断面図である。

符号の説明

１０ 燃料電池、２４ エアブロワ、２６ エアクリーナ、３４ａ 第１のカソードオフガス供給流路（カソードオフガス供給流路）、３４ｂ 第２のカソードオフガス供給流路（カソードオフガス供給流路）、３６ 気液分離器（気液分離手段）、３８ 流量調整弁（流量調整手段）、５２ 電子制御ユニット（ＥＣＵ。流量調整手段）

Claims (3)

1. 空気を吸引して固体高分子型の燃料電池にカソードガスとして供給するエアブロワと、前記エアブロワの上流側に配置され、前記エアブロワに吸引される空気に含まれる粉塵を除去するエアクリーナと、前記燃料電池から排出されるカソードオフガスの少なくとも一部を前記エアクリーナに供給し、前記エアクリーナにおいて前記カソードオフガスが前記空気に混合されるカソードオフガス供給流路とを備えることを特徴とする固体高分子型燃料電池のカソードガス供給装置。
2. 前記カソードオフガス供給流路は、前記エアクリーナに供給される前記カソードオフガスの流量を調整する流量調整手段を備えることを特徴とする請求項１記載の固体高分子型燃料電池のカソードガス供給装置。
3. 前記カソードオフガス供給流路は、前記エアクリーナに供給される前記カソードオフガスを導入して気体成分と液体成分に分離する気液分離手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の固体高分子型燃料電池のカソードガス供給装置。

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