JP2002063920A - 燃料電池装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池と水タンクとが上下に位置して配設
された可搬型の燃料電池装置であって、移動時又は搬送
時に装置を傾けても水タンクから燃料電池に水が逆流し
ないようにする。 【解決手段】 燃料電池１と水タンク２との管接続にお
いて、第１の排気管３１と第１の排水管４１と第２の排
水管４２は、いずれも上端部が燃料電池１の左領域に設
けられた管接続口に接続され、下端部が水タンク２の右
領域に設けられた管接続口に接続される。第１の排気管
３２と第３の排水管４３と第４の排水管４４は、いずれ
も上端部が燃料電池１の右領域に設けられた管接続口に
接続され、下端部が水タンクの２の左領域に設けられた
管接続口に接続される。このように相互に左右反対領域
のみならず、水タンク２に対して相互に前後反対領域と
なるように接続すると好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に可搬型の燃料
電池装置であって、燃料電池の下に水タンクが配設され
た構造のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池装置は、燃料水素ガスと空気中
の酸素ガスとの化学反応により発電する地球環境にやさ
しい発電機である。特に可搬型の燃料電池装置は、据付
工事がいらず簡単に移動できるため設備用メンテナンス
電源、屋外の仮設電源、緊急時の非常用電源等として広
く活用されている。この可搬型の燃料電池装置は、通常
図５に示すように装置本体内に制御部Ａと、電池部Ｂ
と、補機部Ｃとが配設され、燃料源としては交換可能な
水素ボンベＤが内蔵され、下部にはキャスタＥが取り付
けられた構造になっている。前記電池部Ｂは、例えば固
体高分子型の燃料電池１から構成され、補機部Ｃはポン
プ、水タンク２等を有しており、燃料電池１と水タンク
２とは排気管及び排水管で接続される。

【０００３】燃料電池１と水タンク２とは、例えば図６
（ａ）のように左右領域に配設された２本の排気管３と
４本の排水管４とで接続されており、排気管３は燃料電
池１で未反応に終わった水素ガスを水タンク２に導き、
排水管４は水タンク２からポンプ（図略）を介して燃料
電池１に送り込まれる循環冷却水と、燃料電池１で化学
反応により生成された水とを水タンク２に排水する働き
をしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の燃料電
池装置において、移動時又は搬送時に水タンク２内の水
面が常に水平状態に保持されていることが望ましいが、
図６（ｂ）のように側方に傾斜した状態にされると水タ
ンク２内の水が左領域に位置する排気管３及び排水管４
を介して燃料電池１側に逆流する問題があった。排気管
３及び排水管４は、いずれも燃料電池１及び水タンク２
に対して接続端部が開口しており、開閉バルブは付いて
いないことから逆流が生じてしまう。

【０００５】水タンク２内の水が燃料電池１内に逆流す
ると、水素極のガス通路や冷却水通路に流入することが
あり、特に排気管３を介して水素極のガス通路に流入す
ると、その一部が通路内に残留したままとなり、又は冷
えて凍り付くようなことがある。このような事態が生じ
ると、燃料電池装置の再使用時に水素ボンベから水素極
に供給される水素ガスの流通が阻害され、燃料電池の正
常運転ができなくなったり発電性能の低下を招くことに
なる。

【０００６】このため、従来では移動時又は搬送時に水
タンク２の水を抜くようにしているが、長時間放置され
ると燃料電池内の固体高分子電解質膜が乾燥して再使用
時に導電性が悪くなる問題がある。前記排気管３及び排
水管４にそれぞれ開閉バルブを配設すれば水の逆流は防
止できるが、開閉バルブの数が多くなるためいちいち操
作するのが面倒になり、又部品の増大からコスト高にも
なる。

【０００７】そこで、本発明は、燃料電池装置の移動時
又は搬送時に傾きが生じても、水タンクから燃料電池内
への水の逆流を防止でき、且つ開閉バルブも必要としな
い燃料電池装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの具体的手段として、本発明は、制御部と、電池部
と、補機部とを備え、電池部の燃料電池と、補機部の水
タンクとが上下に位置して配設された燃料電池装置であ
って、前記燃料電池の中央部を挟んで左右領域に設けら
れた排水及び排ガス用の管接続口と、前記水タンクの中
央部を挟んで左右領域に設けられた管接続口とを、前記
燃料電池側の管接続口と、水タンク側の管接続口とが相
互に左右反対領域となるように接続したことを要旨とす
る。更に、前記燃料電池の管接続口が燃料電池の中央部
を挟んで前後領域に位置し、前記水タンクの管接続口も
水タンク中央部を挟んで前後領域に位置しており、燃料
電池側の管接続口と、水タンク側の管接続口とが相互に
前後反対領域となるように接続したことを要旨とするも
のである。

【０００９】本発明は、燃料電池の左右領域の管接続口
と、水タンクの左右領域の管接続口とが相互に左右反対
領域に接続することで、左右いずれの方向に傾いても水
タンクから燃料電池内に水が逆流するのを防止すること
ができる。例えば左方向に傾いた時は、水タンクの右側
が上位となって内部にエアポケットが生じ、水タンクの
右領域から燃料電池の左領域に接続している排気管及び
排水管には水が入り込まない。右方向に傾いた時は、こ
の逆の現象が生じる。更に、燃料電池の管接続口の前後
領域と、水タンクの管接続口の前後領域も互いに前後反
対領域となるようにすることで、左右方向の傾きのみな
らず前後方向の傾きに対しても燃料電池内への水の逆流
を防止することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る燃料電池装置
の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１
（ａ）は、燃料電池１と水タンク２との管接続状態を示
す概略図であり、燃料電池１の中央部を挟んで左右領域
に設けられた管接続口と、水タンク２の中央部を挟んで
左右領域に設けられた管接続口とが相互に左右反対領域
となるように接続されている。

【００１１】即ち、第１の排気管３１は、上端部が燃料
電池１の左領域に設けられた排ガス用の管接続口１Ｌ１
に接続され、下端部が水タンク２の右領域に設けられた
管接続口２Ｒ１に接続される。第２の排気管３２は、上
端部が燃料電池１の右領域に設けられた排ガス用の管接
続口１Ｒ１に接続され、下端部が水タンク２の左領域に
設けられた管接続口２Ｌ１に接続される。

【００１２】一方第１の排水管４１は、上端部が燃料電
池１の左領域に設けられた排水用の管接続口１Ｌ２に接
続され、下端部が水タンク２の右領域に設けられた管接
続口２Ｒ２に接続される。第２の排水管４２は、上端部
が燃料電池１の左領域に設けられた排水用の管接続口１
Ｌ３に接続され、下端部が水タンク２の右領域に設けら
れた管接続口２Ｒ３に接続される。

【００１３】同様に第３の排水管４３は、上端部が燃料
電池１の右領域に設けられた排水用の管接続口１Ｒ２に
接続され、下端部が水タンク２の左領域に設けられた管
接続口２Ｌ２に接続され、更に第４の排水管４４は、上
端部が燃料電池１の右領域に設けられた排水用の管接続
口１Ｒ３に、下端部が水タンク２の左領域に設けられた
管接続口２Ｌ３にそれぞれ接続される。尚、図２におい
てＱは水素ガス排気管、Ｒは大気開放管である。

【００１４】図３のように、燃料電池１には水素ボンベ
５から減圧弁６を介して水素極に水素ガスが供給される
と共に、空気ファン７により取り込まれた空気が空気極
に供給され、固体高分子電解質膜（図略）を介して電気
化学反応により発電がなされ同時に水が生成される。前
記水タンク２からはポンプ８により給水管９を介して燃
料電池１に水が供給され、水素ガスを加湿することで固
体高分子電解質膜を湿潤させると共に、燃料電池１を冷
却する。

【００１５】発電により得られた電流は、制御部ＡのＤ
Ｃ／ＡＣインバータ１０又はＤＣ／ＤＣコンバータ１１
に送り込まれて必要な電源として利用する。ＤＣ／ＡＣ
インバータでは、燃料電池１で発生した直流電力をＡＣ
１００Ｖの交流電力に変換し、ＤＣ／ＤＣコンバータで
は、直流電力をＤＣ２４Ｖに変換する。燃料電池１の水
素極で未反応に終わった水素ガスは、前記排気管３（第
１の排気管３１及び第２の排気管３２）を介して水タン
ク２に排気され、この水タンク２から前記水素ガス排気
管Ｑ及び絞り弁１２を介して排気ダクト１３に導かれ、
外部に排気される。

【００１６】燃料電池１に供給された水は、前記排水管
４（第１の排水管４１乃至第４の排水管４４）を介して
水タンク２に戻され、燃料電池１の運転中は前記ポンプ
８により燃料電池１に供給して循環使用される。１４は
サブタンクであり、外部から供給される水を溜めると共
に、給水ポンプ１５を介して水タンク２に適宜給水する
ことで、水タンク２内の水面をほぼ一定に保持する。

【００１７】ところで、この燃料電池装置は前記キャス
タＥにより移動可能となっており、工事等の作業用電源
として使用される場合、作業現場内での移動には便利で
あるが、その移動時又は別の作業現場への搬送時に傾け
られることがある。図１（ｂ）は左方向に傾けられた時
の状態を示す概略図であり、燃料電池装置に固定されて
いる燃料電池１と水タンク２とは左方向に同角度で傾
く。

【００１８】この時、水タンク２内の右領域上端部には
エアポケットＰが生じ、水タンク２の右領域に存在する
管接続口２Ｒ１、２Ｒ２、２Ｒ３は、このエアポケット
Ｐに開口した状態となる。従って、これらの管接続口２
Ｒ１、２Ｒ２、２Ｒ３に接続されている前記第１の排気
管３１、第１の排水管４１、第２の排水管４２内には水
タンク２内の水が流入せず、これにより燃料電池１の左
領域に水が逆流することはない。

【００１９】又、水タンク２の左領域に存在する管接続
口２Ｌ１，２Ｌ２，２Ｌ３には水が流入するが、これら
の管接続口２Ｌ１，２Ｌ２，２Ｌ３に接続されている前
記第２の排気管３２、第３の排水管４３、第４の排水管
４４内には水タンク２内の水の水面と同じ高さまで流入
するに止まり、それ以上の高さに至らないため燃料電池
１の右領域に水が逆流することもない。これにより、燃
料電池装置が左方向に傾けられた時に、水タンク２から
燃料電池１内への水の逆流を防止することができる。

【００２０】図１（ｃ）は、燃料電池装置が右方向に傾
けられた時の状態を示す概略図であり、この場合は左方
向に傾けられた時と左右対称となり、水タンク２内の左
領域上端部にはエアポケットＰが生じ、水タンク２の左
領域に存在する管接続口２Ｌ１、２Ｌ２、２Ｌ３は、こ
のエアポケットＰに開口した状態となる。従って、これ
らの管接続口２Ｌ１、２Ｌ２、２Ｌ３に接続されている
前記第２の排気管３２、第３の排水管４３、第４の排水
管４４内には水タンク２内の水が流入せず、これにより
燃料電池１の右領域に水が逆流することはない。

【００２１】又、水タンク２の右領域に存在する管接続
口２Ｒ１，２Ｒ２，２Ｒ３には水が流入するが、これら
の管接続口２Ｒ１，２Ｒ２，２Ｒ３に接続されている前
記第１の排気管３１、第１の排水管４１、第２の排水管
４２内には水タンク２内の水の水面と同じ高さまで流入
するに止まり、それ以上の高さに至らないため燃料電池
１の左領域に水が逆流することもない。これにより、燃
料電池装置が右方に傾けられた時も、水タンク２から燃
料電池１内への水の逆流を防止することができる。

【００２２】図４は、左右方向の傾きのみならず前後方
向の傾きについても水の逆流を防止できるようにした例
を示すもので、（ａ）は第１の排気管３１と第２の排気
管３２の接続状態を示す概略平面図であり、実線で示す
ように第１の排気管３１が燃料電池１の左領域と、水タ
ンク２の右領域で且つ中央部を挟んで前領域Ｓ１とを接
続した場合には、第２の排気管３２は燃料電池１の右領
域と、水タンク２の左領域で且つ中央部を挟んで後領域
Ｓ４とを接続する。又は、破線で示すように第１の排気
管３１が燃料電池１の左領域と、水タンク２の右領域で
且つ中央部を挟んで後領域Ｓ２とを接続した場合には、
第２の排気管３２は燃料電池１の右領域と、水タンク２
の左領域で且つ中央部を挟んで前領域Ｓ３とを接続す
る。つまり、第１の排気管３１と第２の排気管３２は、
相互に左右反対領域に接続すると共に、前後反対領域に
接続する。

【００２３】図４（ｂ）は第１の排水管４１乃至第４の
排水管４４の接続状態を示す概略平面図であり、第１の
排水管４１は燃料電池１の左領域と、水タンク２の右領
域で且つ中央部を挟んで後領域Ｓ２とを接続し、第２の
排水管４２は燃料電池１の左領域と、水タンク２の右領
域で且つ中央部を挟んで前領域Ｓ１とを接続する。第３
の排水管４３は燃料電池１の右領域と、水タンク２の左
領域で且つ中央部を挟んで後領域Ｓ４とを接続し、第４
の排水管４４は燃料電池１の右領域と、水タンク２の左
領域で且つ中央部を挟んで前領域Ｓ３とを接続する。つ
まり、これらの排水管は、相互に左右反対領域に接続す
ると共に、相互に前後反対領域に接続する。

【００２４】この場合、排気管も排水管も相互に左右反
対領域及び前後反対領域に接続することで、左右方向の
傾きのみならず前後方向の傾きに対しても水タンク２か
ら燃料電池１への水の逆流を防ぐことができる。図２に
示す水タンク２の管接続口２Ｌ１、２Ｒ１では、いずれ
も前領域に位置する例が示されているが、これらは図４
（ａ）の場合に適用できるように前後に振り分けて設け
るようにする。

【００２５】このように管接続した本発明の場合と、従
来の管接続による場合とを傾き実験したところ表１のよ
うな結果が得られた。

【００２６】

【表１】

【００２７】この実験結果によると、排水管に関して
は、燃料電池１の排水管接続口まで水タンク２の水が到
達するまでの左右方向の傾斜角度は、従来例では左右い
ずれも３０°であるのに対し、本発明の場合は横倒しに
しない限りは左右いずれの方向に大きく傾けても水が到
達せず、特に傾斜により下側となる配管内に水が流入し
なかった（水無し）。前後方向の傾斜角度は、従来例で
は前後いずれも４５°であるのに対し、本発明では前後
いずれも８５°であった。本発明の場合はほぼ９０°に
近い傾斜角度であり、前倒し又は後倒しにしない限りは
前後いずれの方向に大きく傾けても燃料電池への水の逆
流は無い。

【００２８】排気管に関しては、燃料電池１の排気管接
続口まで水タンク２の水が到達するまでの左右方向の傾
斜角度は、従来例では左４０°、右３５°であるのに対
し、本発明の場合は左７０°、右７５°であった。本発
明の場合は９０°に近い傾斜角度であり、横倒し或は横
倒しに近い傾斜角度にしない限り燃料電池１への水の逆
流は無い。前後方向の傾斜角度については、従来例及び
本発明の場合いずれも前傾では配管内に水は流入するが
排気管接続口までは届かず、後傾では配管内に水が流入
しなかった。

【００２９】移動時又は搬送時においては、燃料電池装
置のボックス形状からして左右方向に傾けられる傾向が
強いが、本発明の場合は上記のように横倒ししない限り
は、かなり大きく傾けられても排水管及び排気管を介し
て水タンク２の水が燃料電池１に逆流することは無く、
燃料電池１を充分保護することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、燃料電
池と水タンクとが上下に位置して配設された可搬型燃料
電池装置において、排気管及び排水管の接続をいずれも
相互に左右反対領域とし、且つ相互に前後反対領域とす
ることで、移動時又は搬送時に燃料電池装置が左右方
向、前後方向いずれの方向に傾けられたとしても、排気
管及び排水管を介して水タンクの水が燃料電池内に逆流
することがない。このため、燃料電池のガス通路及び水
通路に逆流水が流入せず、これらの通路は正常に保持さ
れることから、再使用時に水素ボンベから水素極に供給
される水素ガスの流通が良好となり、水素ガスの加湿、
冷却水の循環も良好となって燃料電池の正常運転及び高
性能運転が可能となる効果を奏する。又、移動時又は搬
送時に水タンク２の水を抜く必要がないので、再使用時
まで長時間放置されても燃料電池内の固体高分子電解質
膜が乾燥せず、導電性の悪化を防止することができる。
更に、排気管及び排水管にそれぞれ開閉バルブを取り付
けることなく水の逆流を防止できるため、面倒な操作と
コスト高とを未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料電池装置の実施形態を示すも
ので、（ａ）は燃料電池と水タンクとの管接続の概略
図、（ｂ）は左方に傾けた時の概略図、（ｃ）は右方に
傾けた時の概略図

【図２】水タンクの一例を示す上面図

【図３】燃料電池装置のシステム構成を示す全体図

【図４】燃料電池と水タンクとの管接続の他の実施例を
示すもので、（ａ）は排水管の接続を示す説明図、
（ｂ）は排気管の接続を示す説明図

【図５】燃料電池装置の全体構成を示す破断側面図

【図６】従来例を示すもので、（ａ）は燃料電池と水タ
ンクとの管接続の概略図、（ｂ）は傾けた時の概略図

【符号の説明】

１…燃料電池 ２…水タンク ３…排気管 ４…排水管 ５…水素ボンベ ６…減圧弁 ７…空気ファン ８…ポンプ ９…給水管 １０…ＤＣ／ＡＣコンバータ １１…ＤＣ／ＤＣコンバータ １２…絞り弁 １３…排気ダクト １４…サブタンク １５…給水ポンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御部と、電池部と、補機部とを備え、電
   池部の燃料電池と、補機部の水タンクとが上下に位置し
   て配設された燃料電池装置であって、前記燃料電池の中
   央部を挟んで左右領域に設けられた排水及び排ガス用の
   管接続口と、前記水タンクの中央部を挟んで左右領域に
   設けられた管接続口とを、前記燃料電池側の管接続口
   と、水タンク側の管接続口とが相互に左右反対領域とな
   るように接続したことを特徴とする燃料電池装置。
2. 【請求項２】前記燃料電池の管接続口が燃料電池の中央
   部を挟んで前後領域に位置し、前記水タンクの管接続口
   も水タンク中央部を挟んで前後領域に位置しており、燃
   料電池側の管接続口と、水タンク側の管接続口とが相互
   に前後反対領域となるように接続した請求項１記載の燃
   料電池装置。