JPH11339831A - 車両搭載用燃料電池システム - Google Patents
車両搭載用燃料電池システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 未利用ガスを有効利用して動力回収して、タ
ービンコンプレッサを回転駆動するモータの動力を低減
すること。 【解決手段】 改質器３から改質ガスが供給される燃料
電池４からのオフガスを燃焼させる燃焼手段１と、該燃
焼手段１における燃焼エネルギーをタービン部２１に作
用させコンプレッサ部２２において空気を圧縮して、前
記燃料電池４に空気を供給するタービンコンプレッサ２
とから成る車両搭載用燃料電池システム。
ービンコンプレッサを回転駆動するモータの動力を低減
すること。 【解決手段】 改質器３から改質ガスが供給される燃料
電池４からのオフガスを燃焼させる燃焼手段１と、該燃
焼手段１における燃焼エネルギーをタービン部２１に作
用させコンプレッサ部２２において空気を圧縮して、前
記燃料電池４に空気を供給するタービンコンプレッサ２
とから成る車両搭載用燃料電池システム。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、改質器から改質ガ
スが供給される燃料電池からのオフガスを燃焼させる燃
焼手段と、該燃焼手段における燃焼エネルギーを利用し
てコンプレッサ部において空気を圧縮して、前記燃料電
池に空気を供給するタービンコンプレッサとから成り、
未利用ガスを有効利用して動力回収し、車載に適した車
両搭載用燃料電池システムに関する。
スが供給される燃料電池からのオフガスを燃焼させる燃
焼手段と、該燃焼手段における燃焼エネルギーを利用し
てコンプレッサ部において空気を圧縮して、前記燃料電
池に空気を供給するタービンコンプレッサとから成り、
未利用ガスを有効利用して動力回収し、車載に適した車
両搭載用燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）に
おいて、反応に使用する水素、酸素のガス圧力を高くす
ると電極反応が活性化し、電池の出力レベルが上昇する
ことが知られている。
おいて、反応に使用する水素、酸素のガス圧力を高くす
ると電極反応が活性化し、電池の出力レベルが上昇する
ことが知られている。
【０００３】ところが供給ガス圧を高めるに伴い、酸化
エア供給源として用いるエアコンプレッサの動力も上昇
し、システムのネット出力としては必ずしもガス加圧系
にメリットが出ない。
エア供給源として用いるエアコンプレッサの動力も上昇
し、システムのネット出力としては必ずしもガス加圧系
にメリットが出ない。
【０００４】またＦＣに供給される水素、酸素は１００
％消費される訳ではなく、供給量に対し水素は２０〜５
０％、酸素は３０〜７０％が未利用ガスとして排出され
る。これらの未利用ガスの再利用法として、図９に示さ
れる循環ラインＲＬを設けて、再度燃料電池スタックＦ
Ｃへ供給する方法（特開平８−２０３５４７）と、図１
０に示される改質器Ｋの蒸発器Ｖ用バーナ燃料として利
用する方法（特開平５−２８３０９１）などが提案され
ている。
％消費される訳ではなく、供給量に対し水素は２０〜５
０％、酸素は３０〜７０％が未利用ガスとして排出され
る。これらの未利用ガスの再利用法として、図９に示さ
れる循環ラインＲＬを設けて、再度燃料電池スタックＦ
Ｃへ供給する方法（特開平８−２０３５４７）と、図１
０に示される改質器Ｋの蒸発器Ｖ用バーナ燃料として利
用する方法（特開平５−２８３０９１）などが提案され
ている。
【０００５】また燃料電池（ＦＣ）は、静粛無公害なエ
ネルギー源であるがシステム全体としての高効率化のキ
ーポイントは、エアコンプレッサ等の空気供給装置の動
力をいかに抑えるかである。
ネルギー源であるがシステム全体としての高効率化のキ
ーポイントは、エアコンプレッサ等の空気供給装置の動
力をいかに抑えるかである。
【０００６】通常、常圧型といわれている大気圧に近い
圧力で運転されているＦＣ発電装置では、確かに空気供
給装置の動力は小さくて済むが、ＦＣの発電量全体が少
なく、システムのトータルとしての効率が良いとは必ず
しも言えない。
圧力で運転されているＦＣ発電装置では、確かに空気供
給装置の動力は小さくて済むが、ＦＣの発電量全体が少
なく、システムのトータルとしての効率が良いとは必ず
しも言えない。
【０００７】同様に加圧型といわれているシステムで
は、ＦＣの発電量が飛躍的に向上するが、加圧する為に
空気供給装置の動力も大きくなり実際のシステムとして
は、各製品（開発品）の特徴に沿ったシステム効率のバ
ランスが良い圧力で運転を行うか、負荷に応じた圧力
を、空気供給装置によって制御することにより、システ
ム効率を向上させるかである。
は、ＦＣの発電量が飛躍的に向上するが、加圧する為に
空気供給装置の動力も大きくなり実際のシステムとして
は、各製品（開発品）の特徴に沿ったシステム効率のバ
ランスが良い圧力で運転を行うか、負荷に応じた圧力
を、空気供給装置によって制御することにより、システ
ム効率を向上させるかである。
【０００８】さらに固体高分子膜型燃料電池発電装置で
は固体高分子膜をしめらせ膜のイオン導伝率を高める必
要がある。そのために燃料ガス（Ｈ2 等）および酸化剤
ガス（エア等）を加湿して固体高分子膜に水分を供給し
ている。この加湿方法として、図１１に示されるバブリ
ングや燃料ガスＦ、酸化剤ガスＯに直接水Ｗを供給する
方法（特開平７−３２６３７６）が一般的に行われてい
る。
は固体高分子膜をしめらせ膜のイオン導伝率を高める必
要がある。そのために燃料ガス（Ｈ2 等）および酸化剤
ガス（エア等）を加湿して固体高分子膜に水分を供給し
ている。この加湿方法として、図１１に示されるバブリ
ングや燃料ガスＦ、酸化剤ガスＯに直接水Ｗを供給する
方法（特開平７−３２６３７６）が一般的に行われてい
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の循環ライン
ＲＬを設けて、再度燃料電池スタックＦＣへ供給する方
法については、改質ガスを使用する場合、そのまま戻す
と水素濃度が低下するという問題があった。
ＲＬを設けて、再度燃料電池スタックＦＣへ供給する方
法については、改質ガスを使用する場合、そのまま戻す
と水素濃度が低下するという問題があった。
【００１０】また前記改質器Ｋの前記蒸発器Ｖ用バーナ
燃料として利用する方法については、現実的ではある
が、システム構成により、その有効性に差が生ずるとい
う問題があった。
燃料として利用する方法については、現実的ではある
が、システム構成により、その有効性に差が生ずるとい
う問題があった。
【００１１】上記前者の常圧型の場合、ＦＣの特性や補
機類の動力が変化した場合、バランスポイントをもう一
度調査する必要が生ずるとともに、運転状況によっては
かなり効率の悪いシステムになるという問題があった。
機類の動力が変化した場合、バランスポイントをもう一
度調査する必要が生ずるとともに、運転状況によっては
かなり効率の悪いシステムになるという問題があった。
【００１２】また上記後者の加圧型の場合空気供給装置
の圧力調整に時間がかかり特に車両用ＦＣの様に負荷が
短時間に変化するシステムには不向きであるという問題
があった。
の圧力調整に時間がかかり特に車両用ＦＣの様に負荷が
短時間に変化するシステムには不向きであるという問題
があった。
【００１３】前記バブリングにおいては、バブラーの熱
源が必要であり、又ガスＦ、Ｏに直接水Ｗを供給する方
法においては、加湿によるガス温度の低下や、ガス配管
中や燃料電池内での水づまりが起こる可能性があるとい
う問題があった。
源が必要であり、又ガスＦ、Ｏに直接水Ｗを供給する方
法においては、加湿によるガス温度の低下や、ガス配管
中や燃料電池内での水づまりが起こる可能性があるとい
う問題があった。
【００１４】このような問題を解決する手段として従来
技術では、燃料電池からのオフガスの熱や、燃料電池の
反応熱と、加湿水との熱交換を行い加湿水を加熱、昇温
するという方法が取られているが、これらの熱では熱量
不足のため温度が低いので、十分な熱交換が難しいとい
う問題があった。
技術では、燃料電池からのオフガスの熱や、燃料電池の
反応熱と、加湿水との熱交換を行い加湿水を加熱、昇温
するという方法が取られているが、これらの熱では熱量
不足のため温度が低いので、十分な熱交換が難しいとい
う問題があった。
【００１５】そこで本発明者は、改質器から改質ガスが
供給される燃料電池からのオフガスを燃焼手段によって
燃焼させ、該燃焼手段における燃焼エネルギーを利用し
てタービンコンプレッサのコンプレッサ部において空気
を圧縮して、前記燃料電池に空気を供給するという本発
明の第１の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた
結果、未利用ガスを有効利用して動力回収して、タービ
ンコンプレッサを回転駆動するモータの動力を低減する
という目的を達成する本発明に到達した。
供給される燃料電池からのオフガスを燃焼手段によって
燃焼させ、該燃焼手段における燃焼エネルギーを利用し
てタービンコンプレッサのコンプレッサ部において空気
を圧縮して、前記燃料電池に空気を供給するという本発
明の第１の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた
結果、未利用ガスを有効利用して動力回収して、タービ
ンコンプレッサを回転駆動するモータの動力を低減する
という目的を達成する本発明に到達した。
【００１６】また本発明者は、流量センサによって前記
コンプレッサ部から前記燃料電池に供給される酸素量お
よび前記改質器から前記燃料電池に供給される水素量を
演算手段によって検出し、検出された前記酸素量および
水素量に基づき前記燃料電池から前記燃焼手段に供給さ
れる酸素流量および水素流量を演算し、流量制御手段に
よって前記演算手段からの制御信号に応じて前記燃焼手
段に供給される酸素流量および水素流量を制御するとい
う本発明の第２の技術的思想に着眼し、更に研究開発を
重ねた結果、車両用ＦＣとして利用できるような応答性
が早く、なおかつシステム効率を高めるという目的を達
成する本発明に到達した。
コンプレッサ部から前記燃料電池に供給される酸素量お
よび前記改質器から前記燃料電池に供給される水素量を
演算手段によって検出し、検出された前記酸素量および
水素量に基づき前記燃料電池から前記燃焼手段に供給さ
れる酸素流量および水素流量を演算し、流量制御手段に
よって前記演算手段からの制御信号に応じて前記燃焼手
段に供給される酸素流量および水素流量を制御するとい
う本発明の第２の技術的思想に着眼し、更に研究開発を
重ねた結果、車両用ＦＣとして利用できるような応答性
が早く、なおかつシステム効率を高めるという目的を達
成する本発明に到達した。
【００１７】さらに本発明者は、前記燃焼手段から排出
される燃焼排ガスと、前記加湿装置からの加湿水と、前
記コンプレッサ部からの燃料ガス酸化剤ガスとしての酸
素（空気）とで熱交換器によって、熱交換するという本
発明の第３の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ね
た結果、十分な熱交換を可能にするとともに、燃料電池
の安定な運転を可能にするという目的を達成する本発明
に到達した。
される燃焼排ガスと、前記加湿装置からの加湿水と、前
記コンプレッサ部からの燃料ガス酸化剤ガスとしての酸
素（空気）とで熱交換器によって、熱交換するという本
発明の第３の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ね
た結果、十分な熱交換を可能にするとともに、燃料電池
の安定な運転を可能にするという目的を達成する本発明
に到達した。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記載
の第１発明）の車両搭載用燃料電池システムは、改質器
から改質ガスが供給される燃料電池からのオフガスを燃
焼させる燃焼手段と、該燃焼手段における燃焼エネルギ
ーを利用してコンプレッサ部において空気を圧縮して、
前記燃料電池に空気を供給するタービンコンプレッサ
と、から成るものである。
の第１発明）の車両搭載用燃料電池システムは、改質器
から改質ガスが供給される燃料電池からのオフガスを燃
焼させる燃焼手段と、該燃焼手段における燃焼エネルギ
ーを利用してコンプレッサ部において空気を圧縮して、
前記燃料電池に空気を供給するタービンコンプレッサ
と、から成るものである。
【００１９】本発明（請求項２に記載の第２発明）の車
両搭載用燃料電池システムは、前記第１発明において、
改質器が、蒸発用燃料を燃焼させる蒸発バーナを備えて
いるものである。
両搭載用燃料電池システムは、前記第１発明において、
改質器が、蒸発用燃料を燃焼させる蒸発バーナを備えて
いるものである。
【００２０】本発明（請求項３に記載の第３発明）の車
両搭載用燃料電池システムは、前記第１発明において、
前記タービンコンプレッサのタービン部から排出される
燃焼排気ガスを導入して、前記燃料電池の入口部のガス
配管を保温する熱交換器を備えているものである。
両搭載用燃料電池システムは、前記第１発明において、
前記タービンコンプレッサのタービン部から排出される
燃焼排気ガスを導入して、前記燃料電池の入口部のガス
配管を保温する熱交換器を備えているものである。
【００２１】本発明（請求項４に記載の第４発明）の車
両搭載用燃料電池システムは、前記第３発明において、
水タンクに連絡し、前記コンプレッサ部から前記燃料電
池に供給される空気を加湿する加湿装置を備えているも
のである。
両搭載用燃料電池システムは、前記第３発明において、
水タンクに連絡し、前記コンプレッサ部から前記燃料電
池に供給される空気を加湿する加湿装置を備えているも
のである。
【００２２】本発明（請求項５に記載の第５発明）の車
両搭載用燃料電池システムは、前記第４発明において、
前記改質器から前記燃料電池に供給される改質ガスを加
湿する加湿装置を備えているものである。
両搭載用燃料電池システムは、前記第４発明において、
前記改質器から前記燃料電池に供給される改質ガスを加
湿する加湿装置を備えているものである。
【００２３】本発明（請求項６に記載の第６発明）の車
両搭載用燃料電池システムは、前記第５発明において、
前記加湿装置を構成するタンク内の水を予め加熱する予
備加熱装置を備えているものである。
両搭載用燃料電池システムは、前記第５発明において、
前記加湿装置を構成するタンク内の水を予め加熱する予
備加熱装置を備えているものである。
【００２４】本発明（請求項７に記載の第７発明）の車
両搭載用燃料電池システムは、前記第１発明において、
前記コンプレッサ部から前記燃料電池に供給される空気
流量を検出する流量センサと、前記改質器から前記燃料
電池に供給される改質ガス流量を検出する流量センサ
と、検出された前記空気量および改質ガス量に基づき前
記燃料電池から前記燃焼手段に供給される酸素流量およ
び水素流量を演算する演算手段と、該演算手段からの制
御信号に応じて前記燃焼手段に供給される酸素流量およ
び水素流量を制御する流量制御手段とから成るものであ
る。
両搭載用燃料電池システムは、前記第１発明において、
前記コンプレッサ部から前記燃料電池に供給される空気
流量を検出する流量センサと、前記改質器から前記燃料
電池に供給される改質ガス流量を検出する流量センサ
と、検出された前記空気量および改質ガス量に基づき前
記燃料電池から前記燃焼手段に供給される酸素流量およ
び水素流量を演算する演算手段と、該演算手段からの制
御信号に応じて前記燃焼手段に供給される酸素流量およ
び水素流量を制御する流量制御手段とから成るものであ
る。
【００２５】本発明（請求項８に記載の第８発明）の車
両搭載用燃料電池システムは、前記第７発明において、
前記演算手段が、前記燃料電池の電流および電圧をモニ
ターするものである。
両搭載用燃料電池システムは、前記第７発明において、
前記演算手段が、前記燃料電池の電流および電圧をモニ
ターするものである。
【００２６】本発明（請求項９に記載の第９発明）の車
両搭載用燃料電池システムは、前記第８発明において、
前記演算手段が、モニターした前記燃料電池の電流およ
び電圧に基づき、前記燃焼手段に供給される酸素流量お
よび水素流量を演算するものである。
両搭載用燃料電池システムは、前記第８発明において、
前記演算手段が、モニターした前記燃料電池の電流およ
び電圧に基づき、前記燃焼手段に供給される酸素流量お
よび水素流量を演算するものである。
【００２７】本発明（請求項１０に記載の第１０発明）
の車両搭載用燃料電池システムは、前記第５発明におい
て、前記熱交換器が、前記燃焼手段から排出される燃焼
排ガスと、前記加湿装置からの加湿水と、前記コンプレ
ッサ部からの酸化剤ガスとしての酸素（空気）とで熱交
換されるように構成されているものである。
の車両搭載用燃料電池システムは、前記第５発明におい
て、前記熱交換器が、前記燃焼手段から排出される燃焼
排ガスと、前記加湿装置からの加湿水と、前記コンプレ
ッサ部からの酸化剤ガスとしての酸素（空気）とで熱交
換されるように構成されているものである。
【００２８】本発明（請求項１１に記載の第１１発明）
の車両搭載用燃料電池システムは、前記第１０発明にお
いて、前記熱交換器が、前記燃焼手段から排出される燃
焼排ガスによって加熱するように構成されているもので
ある。
の車両搭載用燃料電池システムは、前記第１０発明にお
いて、前記熱交換器が、前記燃焼手段から排出される燃
焼排ガスによって加熱するように構成されているもので
ある。
【００２９】本発明（請求項１２に記載の第１２発明）
の車両搭載用燃料電池システムは、前記第１１発明にお
いて、前記熱交換器が、前記コンプレッサ部からの酸化
剤ガスとしての酸素（空気）を加熱する第１の熱交換器
と、前記改質器からの改質ガスを加熱する第２の熱交換
器とから成るものである。
の車両搭載用燃料電池システムは、前記第１１発明にお
いて、前記熱交換器が、前記コンプレッサ部からの酸化
剤ガスとしての酸素（空気）を加熱する第１の熱交換器
と、前記改質器からの改質ガスを加熱する第２の熱交換
器とから成るものである。
【００３０】本発明（請求項１３に記載の第１３発明）
の車両搭載用燃料電池システムは、前記第１２発明にお
いて、前記改質器からの改質ガスを加熱する前記第２の
熱交換器が、前記燃焼手段から排出供給される前記燃焼
排ガスの流量を制御する流量制御手段を備えているもの
である。
の車両搭載用燃料電池システムは、前記第１２発明にお
いて、前記改質器からの改質ガスを加熱する前記第２の
熱交換器が、前記燃焼手段から排出供給される前記燃焼
排ガスの流量を制御する流量制御手段を備えているもの
である。
【００３１】本発明（請求項１４に記載の第１４発明）
の車両搭載用燃料電池システムは、前記第１３発明にお
いて、前記第１および第２の熱交換器が、バイパス通路
と該バイパス通路における前記燃焼排ガスのバイパス流
量を制御するバイパス流量制御手段をそれぞれ備えてい
るものである。
の車両搭載用燃料電池システムは、前記第１３発明にお
いて、前記第１および第２の熱交換器が、バイパス通路
と該バイパス通路における前記燃焼排ガスのバイパス流
量を制御するバイパス流量制御手段をそれぞれ備えてい
るものである。
【００３２】
【発明の作用および効果】上記構成より成る第１発明の
車両搭載用燃料電池システムは、前記燃焼手段が、改質
器から改質ガスが供給される燃料電池からのオフガスを
燃焼させ、該燃焼手段における燃焼エネルギーを利用し
て前記タービンコンプレッサの前記コンプレッサ部にお
いて空気を圧縮して、前記燃料電池に空気を供給するの
で、未利用ガスを有効利用して動力回収して、タービン
コンプレッサを回転駆動するモータの動力を低減すると
いう効果を奏する。
車両搭載用燃料電池システムは、前記燃焼手段が、改質
器から改質ガスが供給される燃料電池からのオフガスを
燃焼させ、該燃焼手段における燃焼エネルギーを利用し
て前記タービンコンプレッサの前記コンプレッサ部にお
いて空気を圧縮して、前記燃料電池に空気を供給するの
で、未利用ガスを有効利用して動力回収して、タービン
コンプレッサを回転駆動するモータの動力を低減すると
いう効果を奏する。
【００３３】上記構成より成る第２発明の車両搭載用燃
料電池システムは、前記第１発明において、改質器が、
蒸発用燃料を燃焼させる蒸発バーナを備えているので、
改質器の応答性を向上するという効果を奏する。
料電池システムは、前記第１発明において、改質器が、
蒸発用燃料を燃焼させる蒸発バーナを備えているので、
改質器の応答性を向上するという効果を奏する。
【００３４】上記構成より成る第３発明の車両搭載用燃
料電池システムは、前記第１発明において、前記タービ
ンコンプレッサのタービン部から排出される燃焼排気ガ
スを導入して、前記熱交換器によって前記燃料電池の入
口部のガス配管を保温するので、前記燃料電池に導入さ
れるガスの凝縮を抑制するという効果を奏する。
料電池システムは、前記第１発明において、前記タービ
ンコンプレッサのタービン部から排出される燃焼排気ガ
スを導入して、前記熱交換器によって前記燃料電池の入
口部のガス配管を保温するので、前記燃料電池に導入さ
れるガスの凝縮を抑制するという効果を奏する。
【００３５】上記構成より成る第４発明の車両搭載用燃
料電池システムは、前記第３発明において、水タンクに
連絡した前記加湿装置が、前記コンプレッサ部から前記
燃料電池に供給される空気を加湿するので、前記燃料電
池に導入される空気の温度を制御して、前記燃料電池の
安定な運転を可能にするという効果を奏する。
料電池システムは、前記第３発明において、水タンクに
連絡した前記加湿装置が、前記コンプレッサ部から前記
燃料電池に供給される空気を加湿するので、前記燃料電
池に導入される空気の温度を制御して、前記燃料電池の
安定な運転を可能にするという効果を奏する。
【００３６】上記構成より成る第５発明の車両搭載用燃
料電池システムは、前記第４発明において、前記加湿装
置が、前記改質器から前記燃料電池に供給される改質ガ
スを加湿するので、前記燃料電池に導入されるガスの温
度を制御して、前記燃料電池の安定な運転を可能にする
という効果を奏する。
料電池システムは、前記第４発明において、前記加湿装
置が、前記改質器から前記燃料電池に供給される改質ガ
スを加湿するので、前記燃料電池に導入されるガスの温
度を制御して、前記燃料電池の安定な運転を可能にする
という効果を奏する。
【００３７】上記構成より成る第６発明の車両搭載用燃
料電池システムは、前記第５発明において、前記予備加
熱装置が、前記加湿装置を構成するタンク内の水を予め
加熱するので、最適な加湿を実現するという効果を奏す
る。
料電池システムは、前記第５発明において、前記予備加
熱装置が、前記加湿装置を構成するタンク内の水を予め
加熱するので、最適な加湿を実現するという効果を奏す
る。
【００３８】上記構成より成る第７発明の車両搭載用燃
料電池システムは、前記第１発明において、前記流量セ
ンサが前記コンプレッサ部から前記燃料電池に供給され
る空気量を検出し、前記流量センサが前記改質器から前
記燃料電池に供給される改質ガス量を検出し、前記演算
手段が検出された前記空気量および改質ガス量に基づき
前記燃料電池から前記燃焼手段に供給される酸素流量お
よび水素流量を演算し、前記流量制御手段が前記演算手
段からの制御信号に応じて前記燃焼手段に供給される酸
素流量および水素流量を制御するので、車両用ＦＣとし
て利用できるような応答性を高め、なおかつシステム効
率を高めるという効果を奏する。
料電池システムは、前記第１発明において、前記流量セ
ンサが前記コンプレッサ部から前記燃料電池に供給され
る空気量を検出し、前記流量センサが前記改質器から前
記燃料電池に供給される改質ガス量を検出し、前記演算
手段が検出された前記空気量および改質ガス量に基づき
前記燃料電池から前記燃焼手段に供給される酸素流量お
よび水素流量を演算し、前記流量制御手段が前記演算手
段からの制御信号に応じて前記燃焼手段に供給される酸
素流量および水素流量を制御するので、車両用ＦＣとし
て利用できるような応答性を高め、なおかつシステム効
率を高めるという効果を奏する。
【００３９】上記構成より成る第８発明の車両搭載用燃
料電池システムは、前記第７発明において、前記演算手
段が、前記燃料電池の電流および電圧をモニターするの
で、前記燃料電池の発電状態に応じた制御を可能にする
という効果を奏する。
料電池システムは、前記第７発明において、前記演算手
段が、前記燃料電池の電流および電圧をモニターするの
で、前記燃料電池の発電状態に応じた制御を可能にする
という効果を奏する。
【００４０】上記構成より成る第９発明の車両搭載用燃
料電池システムは、前記第８発明において、前記演算手
段が、モニターした前記燃料電池の電流および電圧に基
づき、前記燃焼手段に供給される酸素流量および水素流
量を演算するので、前記燃料電池の発電状態に応じた制
御を実現するという効果を奏する。
料電池システムは、前記第８発明において、前記演算手
段が、モニターした前記燃料電池の電流および電圧に基
づき、前記燃焼手段に供給される酸素流量および水素流
量を演算するので、前記燃料電池の発電状態に応じた制
御を実現するという効果を奏する。
【００４１】上記構成より成る第１０発明の車両搭載用
燃料電池システムは、前記第５発明において、前記熱交
換器が、前記燃焼手段から排出される燃焼排ガスと、前
記加湿装置からの加湿水と、前記コンプレッサ部からの
酸化剤ガスとしての酸素（空気）とで熱交換されるの
で、十分な熱交換を可能にするとともに、燃料電池の安
定な運転を可能にするという効果を奏する。
燃料電池システムは、前記第５発明において、前記熱交
換器が、前記燃焼手段から排出される燃焼排ガスと、前
記加湿装置からの加湿水と、前記コンプレッサ部からの
酸化剤ガスとしての酸素（空気）とで熱交換されるの
で、十分な熱交換を可能にするとともに、燃料電池の安
定な運転を可能にするという効果を奏する。
【００４２】上記構成より成る第１１発明の車両搭載用
燃料電池システムは、前記第１０発明において、前記熱
交換器が、前記燃焼手段から排出される燃焼排ガスによ
って加熱するので、効率的な熱交換を可能にするととも
に、燃料電池の安定な運転を可能にするという効果を奏
する。
燃料電池システムは、前記第１０発明において、前記熱
交換器が、前記燃焼手段から排出される燃焼排ガスによ
って加熱するので、効率的な熱交換を可能にするととも
に、燃料電池の安定な運転を可能にするという効果を奏
する。
【００４３】上記構成より成る第１２発明の車両搭載用
燃料電池システムは、前記第１１発明において、前記熱
交換器を構成する前記第１の熱交換器が前記コンプレッ
サ部からの酸化剤ガスとしての酸素（空気）を加熱する
とともに、前記第２の熱交換器が前記改質器からの改質
ガスを加熱するので、効率的な熱交換を可能にするとと
もに、燃料電池の安定な運転を可能にするという効果を
奏する。
燃料電池システムは、前記第１１発明において、前記熱
交換器を構成する前記第１の熱交換器が前記コンプレッ
サ部からの酸化剤ガスとしての酸素（空気）を加熱する
とともに、前記第２の熱交換器が前記改質器からの改質
ガスを加熱するので、効率的な熱交換を可能にするとと
もに、燃料電池の安定な運転を可能にするという効果を
奏する。
【００４４】上記構成より成る第１３発明の車両搭載用
燃料電池システムは、前記第１２発明において、前記改
質器からの改質ガスを加熱する前記第２の熱交換器を構
成する前記流量制御手段が、前記燃焼手段から排出供給
される前記燃焼排ガスの流量を制御するので、前記燃料
電池に導入される前記改質ガスの温度を最適に保ち、前
記燃料電池の安定な運転を可能にするという効果を奏す
る。
燃料電池システムは、前記第１２発明において、前記改
質器からの改質ガスを加熱する前記第２の熱交換器を構
成する前記流量制御手段が、前記燃焼手段から排出供給
される前記燃焼排ガスの流量を制御するので、前記燃料
電池に導入される前記改質ガスの温度を最適に保ち、前
記燃料電池の安定な運転を可能にするという効果を奏す
る。
【００４５】上記構成より成る第１４発明の車両搭載用
燃料電池システムは、前記第１３発明において、前記第
１および第２の熱交換器を構成するバイパス流量制御手
段が、前記バイパス通路における前記燃焼排ガスのバイ
パス流量を制御するので、前記燃料電池に導入される前
記改質ガスおよび燃料ガス酸化剤ガスの温度を最適に保
ち、一層前記燃料電池の安定な運転を可能にするという
効果を奏する。
燃料電池システムは、前記第１３発明において、前記第
１および第２の熱交換器を構成するバイパス流量制御手
段が、前記バイパス通路における前記燃焼排ガスのバイ
パス流量を制御するので、前記燃料電池に導入される前
記改質ガスおよび燃料ガス酸化剤ガスの温度を最適に保
ち、一層前記燃料電池の安定な運転を可能にするという
効果を奏する。
【００４６】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につき、
図面を用いて説明する。
図面を用いて説明する。
【００４７】（第１実施形態）本第１実施形態の車両搭
載用燃料電池システムは、図１に示されるように改質器
３から改質ガスが供給される燃料電池４からのオフガス
を燃焼させる燃焼手段１と、該燃焼手段１における燃焼
エネルギーをタービン部２１に作用させコンプレッサ部
２２において空気を圧縮して、前記燃料電池４に空気を
供給するタービンコンプレッサ２とから成るものであ
る。
載用燃料電池システムは、図１に示されるように改質器
３から改質ガスが供給される燃料電池４からのオフガス
を燃焼させる燃焼手段１と、該燃焼手段１における燃焼
エネルギーをタービン部２１に作用させコンプレッサ部
２２において空気を圧縮して、前記燃料電池４に空気を
供給するタービンコンプレッサ２とから成るものであ
る。
【００４８】前記燃焼手段１は、前記燃料電池４（燃料
電池スタック）にＦＣ排気空気ライン６１およびＦＣ排
気改質ガスライン６２を介して連絡しているバーナ１０
によって構成され、前記燃料電池４から前記ＦＣ排気空
気ライン６１およびＦＣ排気改質ガスライン６２を介し
て供給される前記ＦＣ排気空気およびＦＣ排気改質ガス
を燃焼させ、高温燃焼ガスを排出する。
電池スタック）にＦＣ排気空気ライン６１およびＦＣ排
気改質ガスライン６２を介して連絡しているバーナ１０
によって構成され、前記燃料電池４から前記ＦＣ排気空
気ライン６１およびＦＣ排気改質ガスライン６２を介し
て供給される前記ＦＣ排気空気およびＦＣ排気改質ガス
を燃焼させ、高温燃焼ガスを排出する。
【００４９】前記タービンコンプレッサ２は、回転駆動
源としてのモータ２０と、前記燃焼手段１における燃焼
エネルギーが作用させ回転駆動させるタービン部２１
と、空気を圧縮して、前記燃料電池４に空気を供給する
コンプレッサ部２２とから成る。
源としてのモータ２０と、前記燃焼手段１における燃焼
エネルギーが作用させ回転駆動させるタービン部２１
と、空気を圧縮して、前記燃料電池４に空気を供給する
コンプレッサ部２２とから成る。
【００５０】前記改質器３は、メタノール水混合タンク
３２に貯留された蒸発用燃料としてのメタノール水混合
液がメタノールポンプ３３によって供給され燃焼させる
蒸発バーナ３１を備え、改質燃料を蒸発させ改質ガスを
発生される改質器本体３０によって構成される。
３２に貯留された蒸発用燃料としてのメタノール水混合
液がメタノールポンプ３３によって供給され燃焼させる
蒸発バーナ３１を備え、改質燃料を蒸発させ改質ガスを
発生される改質器本体３０によって構成される。
【００５１】熱交換器５は、前記改質器３と前記燃料電
池４とを接続するＦＣ供給改質ガスライン６３とコンプ
レッサ部２２と前記燃料電池４とを接続するＦＣ供給空
気ライン６４の前記燃料電池４の入口部に配設され、前
記タービンコンプレッサ２の前記タービン部２１から排
出される燃焼排気ガスを導入して、前記燃料電池４の入
口部の前記ガス配管６３、６４を保温するように構成さ
れている。
池４とを接続するＦＣ供給改質ガスライン６３とコンプ
レッサ部２２と前記燃料電池４とを接続するＦＣ供給空
気ライン６４の前記燃料電池４の入口部に配設され、前
記タービンコンプレッサ２の前記タービン部２１から排
出される燃焼排気ガスを導入して、前記燃料電池４の入
口部の前記ガス配管６３、６４を保温するように構成さ
れている。
【００５２】上記構成より成る第１実施形態の車両搭載
用燃料電池システムは、前記燃焼手段１としての前記バ
ーナ１０が、前記燃料電池からの未使用ガスおよび未使
用空気を燃焼させ、発生した燃焼エネルギーを利用して
前記タービンコンプレッサ２の前記タービン部２１に作
用させ、前記コンプレッサ部２２を回転駆動させる。
用燃料電池システムは、前記燃焼手段１としての前記バ
ーナ１０が、前記燃料電池からの未使用ガスおよび未使
用空気を燃焼させ、発生した燃焼エネルギーを利用して
前記タービンコンプレッサ２の前記タービン部２１に作
用させ、前記コンプレッサ部２２を回転駆動させる。
【００５３】このコンプレッサ部２２の回転により、該
コンプレッサ部２２において空気を圧縮して、前記燃料
電池４に空気を供給するものである。
コンプレッサ部２２において空気を圧縮して、前記燃料
電池４に空気を供給するものである。
【００５４】上記作用を奏する第１実施形態の車両搭載
用燃料電池システムは、未利用ガスを有効利用して動力
回収して、前記タービンコンプレッサ２を回転駆動する
ので、前記モータ２０の回転駆動をアシストして、前記
モータ２０の動力を低減して、図２に示されるようにシ
ステムの消費電力を１ないし３ＫＷに低減するという効
果を奏する。
用燃料電池システムは、未利用ガスを有効利用して動力
回収して、前記タービンコンプレッサ２を回転駆動する
ので、前記モータ２０の回転駆動をアシストして、前記
モータ２０の動力を低減して、図２に示されるようにシ
ステムの消費電力を１ないし３ＫＷに低減するという効
果を奏する。
【００５５】また第１実施形態の車両搭載用燃料電池シ
ステムは、前記改質器３が、蒸発用燃料としてのメタノ
ールを燃焼させる蒸発バーナ３１を備えているので、前
記改質器３の応答性を向上するという効果を奏する。
ステムは、前記改質器３が、蒸発用燃料としてのメタノ
ールを燃焼させる蒸発バーナ３１を備えているので、前
記改質器３の応答性を向上するという効果を奏する。
【００５６】さらに第１実施形態の車両搭載用燃料電池
システムは、前記タービンコンプレッサ２の前記タービ
ン部２１から排出される燃焼排気ガスを導入して、前記
熱交換器５によって前記燃料電池４の入口部のガス配管
６３、６４を保温するので、前記燃料電池４に導入され
るガスの凝縮を抑制するという効果を奏する。
システムは、前記タービンコンプレッサ２の前記タービ
ン部２１から排出される燃焼排気ガスを導入して、前記
熱交換器５によって前記燃料電池４の入口部のガス配管
６３、６４を保温するので、前記燃料電池４に導入され
るガスの凝縮を抑制するという効果を奏する。
【００５７】（第２実施形態）本第２実施形態の車両搭
載用燃料電池システムは、図３に示されるように第１実
施形態の車両搭載用燃料電池システムに加湿装置７を付
加した点が、前記第１実施形態との相違点であり、以下
相違点を中心に説明する。
載用燃料電池システムは、図３に示されるように第１実
施形態の車両搭載用燃料電池システムに加湿装置７を付
加した点が、前記第１実施形態との相違点であり、以下
相違点を中心に説明する。
【００５８】前記加湿装置７は、水タンク７０に連絡し
た水ポンプ７１と、水ポンプ７１に連絡した前記コンプ
レッサ部２２から前記燃料電池４に供給される空気を加
湿する第１のノズル７２と、前記改質器３から前記燃料
電池４に供給される改質ガスを加湿する第２のノズル７
３とから成るものである。
た水ポンプ７１と、水ポンプ７１に連絡した前記コンプ
レッサ部２２から前記燃料電池４に供給される空気を加
湿する第１のノズル７２と、前記改質器３から前記燃料
電池４に供給される改質ガスを加湿する第２のノズル７
３とから成るものである。
【００５９】上記構成より成る第２実施形態の車両搭載
用燃料電池システムは、前記水タンク７０に連絡した前
記第１のノズル７２が、前記コンプレッサ部２２から前
記燃料電池４に供給される空気を加湿するので、前記燃
料電池４に導入される空気の温度を制御して、前記燃料
電池４の安定な運転を可能にするという効果を奏する。
用燃料電池システムは、前記水タンク７０に連絡した前
記第１のノズル７２が、前記コンプレッサ部２２から前
記燃料電池４に供給される空気を加湿するので、前記燃
料電池４に導入される空気の温度を制御して、前記燃料
電池４の安定な運転を可能にするという効果を奏する。
【００６０】また第２実施形態の車両搭載用燃料電池シ
ステムは、前記加湿装置７を構成する前記第２のノズル
７３が、前記改質器３から前記燃料電池４に供給される
改質ガスを加湿するので、前記燃料電池４に導入される
ガスの温度を制御して、前記燃料電池の安定な運転を可
能にするという効果を奏する。
ステムは、前記加湿装置７を構成する前記第２のノズル
７３が、前記改質器３から前記燃料電池４に供給される
改質ガスを加湿するので、前記燃料電池４に導入される
ガスの温度を制御して、前記燃料電池の安定な運転を可
能にするという効果を奏する。
【００６１】（第３実施形態）本第３実施形態の車両搭
載用燃料電池システムは、図４に示されるように燃料電
池４に供給される空気量および改質ガス量を検出して、
燃焼手段１に供給される酸素流量および水素流量を制御
する点が、前記第１実施形態との相違点であり以下相違
点を中心に説明する。
載用燃料電池システムは、図４に示されるように燃料電
池４に供給される空気量および改質ガス量を検出して、
燃焼手段１に供給される酸素流量および水素流量を制御
する点が、前記第１実施形態との相違点であり以下相違
点を中心に説明する。
【００６２】本第３実施形態の車両搭載用燃料電池シス
テムは、前記燃料電池スタック４のガス出口から排出さ
れる燃料排ガスラインに配された流量制御弁８５および
酸化剤配ガスライン６１に配された流量制御弁８４とそ
れらの弁を介して残存水素ガス、酸素ガス、供に燃焼さ
せる排ガス燃焼用バーナとその熱エネルギーを動力とし
て回収できる例えばガスタービンの様な装置を付加した
空気供給装置２を設ける。
テムは、前記燃料電池スタック４のガス出口から排出さ
れる燃料排ガスラインに配された流量制御弁８５および
酸化剤配ガスライン６１に配された流量制御弁８４とそ
れらの弁を介して残存水素ガス、酸素ガス、供に燃焼さ
せる排ガス燃焼用バーナとその熱エネルギーを動力とし
て回収できる例えばガスタービンの様な装置を付加した
空気供給装置２を設ける。
【００６３】前記燃料電池スタック４のガス入口側には
水素、酸素の利用率を演算する為のパラメータとしての
流量測定用の流量計８１、８２を設けた。前記燃料電池
スタックの電流、電圧および２つの流量計８１、８２を
モニタすることにより、２つの流量制御弁８４、８５の
制御内容を演算するＦＣコントローラ８３を設け、排ガ
ス燃焼用バーナ１に適切なガス量が供給されるようにし
た。
水素、酸素の利用率を演算する為のパラメータとしての
流量測定用の流量計８１、８２を設けた。前記燃料電池
スタックの電流、電圧および２つの流量計８１、８２を
モニタすることにより、２つの流量制御弁８４、８５の
制御内容を演算するＦＣコントローラ８３を設け、排ガ
ス燃焼用バーナ１に適切なガス量が供給されるようにし
た。
【００６４】すなわち前記検出手段は、前記コンプレッ
サ部２２から前記燃料電池４に供給される酸素量を検出
する酸素センサとしての流量計８１と、前記改質器３か
ら前記燃料電池４に供給される改質ガス量を検出する改
質ガスセンサとしての流量計８２とから成る。
サ部２２から前記燃料電池４に供給される酸素量を検出
する酸素センサとしての流量計８１と、前記改質器３か
ら前記燃料電池４に供給される改質ガス量を検出する改
質ガスセンサとしての流量計８２とから成る。
【００６５】演算手段８３は、検出された前記酸素量お
よび水素量に基づくとともに、前記燃料電池の電流およ
び電圧をモニターして、前記燃料電池４から前記燃焼手
段１に供給される酸素流量および水素流量を演算するよ
うに設定されている。
よび水素量に基づくとともに、前記燃料電池の電流およ
び電圧をモニターして、前記燃料電池４から前記燃焼手
段１に供給される酸素流量および水素流量を演算するよ
うに設定されている。
【００６６】流量制御手段は、該演算手段からの制御信
号に応じて前記燃焼手段に供給される酸素流量を制御す
る第１の流量制御弁８４とおよび水素流量を制御する第
２の流量制御弁８５とから成るものである。
号に応じて前記燃焼手段に供給される酸素流量を制御す
る第１の流量制御弁８４とおよび水素流量を制御する第
２の流量制御弁８５とから成るものである。
【００６７】この残存水素、酸素の量を効率良く１つの
バーナによって燃焼することは、車両用というコンパク
トさを優先する燃料電池システムにおいては不適合であ
る。従って、排ガス燃焼用バーナ１に供給する水素、酸
素量を負荷に応じて規制する必要がある。この残存水
素、酸素量は燃料電池スタック４のガス入口に配した流
量計８４、８５および発電状況を把握することができる
スタックの電流、電圧をモニタすることにより、ＦＣコ
ントローラ８３によって演算できる。ＦＣスタック４に
流れるガス量やガス圧力はＦＣコントローラ８３により
空気供給装置２を電気的に制御することにより調整でき
る。
バーナによって燃焼することは、車両用というコンパク
トさを優先する燃料電池システムにおいては不適合であ
る。従って、排ガス燃焼用バーナ１に供給する水素、酸
素量を負荷に応じて規制する必要がある。この残存水
素、酸素量は燃料電池スタック４のガス入口に配した流
量計８４、８５および発電状況を把握することができる
スタックの電流、電圧をモニタすることにより、ＦＣコ
ントローラ８３によって演算できる。ＦＣスタック４に
流れるガス量やガス圧力はＦＣコントローラ８３により
空気供給装置２を電気的に制御することにより調整でき
る。
【００６８】以下本第３実施形態の制御システムの動作
について説明する。図４に示されるように前記燃料電池
ＦＣスタック４で電気化学反応を起こす水素を含む燃料
ガスおよび酸素を含む酸化剤ガスは、前記排ガス燃焼用
バーナ１により排ガスを熱エネルギーとして動力回収で
きる。
について説明する。図４に示されるように前記燃料電池
ＦＣスタック４で電気化学反応を起こす水素を含む燃料
ガスおよび酸素を含む酸化剤ガスは、前記排ガス燃焼用
バーナ１により排ガスを熱エネルギーとして動力回収で
きる。
【００６９】例えば、ガスタービンのようなものを備え
る空気供給装置２より酸化剤ガス供給管を介して前記第
１の流量計８１を通りＦＣスタック４の酸化極側に供給
される。同様に前記空気供給装置２より前記改質装置３
および燃料ガス供給管６３を介して流量計８２を通りＦ
Ｃスタック４の燃料極側に燃料ガスが供給される。
る空気供給装置２より酸化剤ガス供給管を介して前記第
１の流量計８１を通りＦＣスタック４の酸化極側に供給
される。同様に前記空気供給装置２より前記改質装置３
および燃料ガス供給管６３を介して流量計８２を通りＦ
Ｃスタック４の燃料極側に燃料ガスが供給される。
【００７０】上記作用を奏する第３実施形態車両搭載用
燃料電池システムは、この演算した結果からガス出口に
配した流量制御弁８４、８５を、このＦＣコントローラ
８３により制御することにより、適切な水素、酸素量が
前記排ガス燃焼用バーナ１に供給されることになり、シ
ステムとしての効率も上がり、又空気供給装置２を調整
するのではなくスタック出口のガス量を流量制御弁８
４、８５を使って制御する為、応答性が速いシステムと
なるという効果を奏する。
燃料電池システムは、この演算した結果からガス出口に
配した流量制御弁８４、８５を、このＦＣコントローラ
８３により制御することにより、適切な水素、酸素量が
前記排ガス燃焼用バーナ１に供給されることになり、シ
ステムとしての効率も上がり、又空気供給装置２を調整
するのではなくスタック出口のガス量を流量制御弁８
４、８５を使って制御する為、応答性が速いシステムと
なるという効果を奏する。
【００７１】また第３実施形態の車両搭載用燃料電池シ
ステムは、このように供給されたガスを用い、前記ＦＣ
スタック４内で発電に利用されずに残った残存水素、酸
素は排出されることになるが、この残存水素、酸素は負
荷に応じて絶対量が変動するとともに、特に車両用ＦＣ
として用いた場合、負荷変動が大きくしかも応答性が速
いという効果を奏する。
ステムは、このように供給されたガスを用い、前記ＦＣ
スタック４内で発電に利用されずに残った残存水素、酸
素は排出されることになるが、この残存水素、酸素は負
荷に応じて絶対量が変動するとともに、特に車両用ＦＣ
として用いた場合、負荷変動が大きくしかも応答性が速
いという効果を奏する。
【００７２】（第４実施形態）本第４実施形態の車両搭
載用燃料電池システムは、図５に示されるように空気供
給装置２が、排ガス燃焼用バーナー１の燃焼エネルギー
を利用しないで、前記燃料電池４および改質装置３に空
気を供給する点が相違点であり、以下相違点を中心に説
明する。
載用燃料電池システムは、図５に示されるように空気供
給装置２が、排ガス燃焼用バーナー１の燃焼エネルギー
を利用しないで、前記燃料電池４および改質装置３に空
気を供給する点が相違点であり、以下相違点を中心に説
明する。
【００７３】本第４実施形態の車両搭載用燃料電池シス
テムは、前記空気供給装置２が、排ガス燃焼用バーナー
１の燃焼エネルギーを利用しないので、前記燃料電池４
のたれ流しを防止するという効果を奏する。
テムは、前記空気供給装置２が、排ガス燃焼用バーナー
１の燃焼エネルギーを利用しないので、前記燃料電池４
のたれ流しを防止するという効果を奏する。
【００７４】（第５実施形態）本第５実施形態の車両搭
載用燃料電池システムは、図６に示されるように改質器
３の蒸発バーナとして、排ガス燃焼用バーナー１の燃焼
エネルギーを利用するようにする点が相違点であり、以
下相違点を中心に説明する。
載用燃料電池システムは、図６に示されるように改質器
３の蒸発バーナとして、排ガス燃焼用バーナー１の燃焼
エネルギーを利用するようにする点が相違点であり、以
下相違点を中心に説明する。
【００７５】本第５実施形態の車両搭載用燃料電池シス
テムは、前記改質器３の蒸発バーナが、排ガス燃焼用バ
ーナー１の燃焼エネルギーを利用するので、第１実施形
態のような前記改質器の蒸発用の燃料としてのメタノー
ルを不要にすることが出来るという効果を奏する。
テムは、前記改質器３の蒸発バーナが、排ガス燃焼用バ
ーナー１の燃焼エネルギーを利用するので、第１実施形
態のような前記改質器の蒸発用の燃料としてのメタノー
ルを不要にすることが出来るという効果を奏する。
【００７６】（第６実施形態）本第６実施形態の車両搭
載用燃料電池システムは、図７に示されるように熱交換
器５が、燃焼手段１から排出される燃焼排ガスと、加湿
装置７からの加湿水と、前記コンプレッサ部２２からの
酸化剤ガスとしての酸素とで熱交換されるように構成さ
れている点が、前記第１実施形態との相違点であり、以
下相違点を中心に説明する。
載用燃料電池システムは、図７に示されるように熱交換
器５が、燃焼手段１から排出される燃焼排ガスと、加湿
装置７からの加湿水と、前記コンプレッサ部２２からの
酸化剤ガスとしての酸素とで熱交換されるように構成さ
れている点が、前記第１実施形態との相違点であり、以
下相違点を中心に説明する。
【００７７】本第６実施形態の燃料電池システムにおい
ては、燃料電池４からのオフガスを回収し、燃焼する燃
焼手段１を有する燃料電池発電装置において、この燃焼
手段１から排出される燃焼排ガスの熱で加湿水および酸
化剤ガスを加熱昇温する熱交換器５１、５２を設ける。
ては、燃料電池４からのオフガスを回収し、燃焼する燃
焼手段１を有する燃料電池発電装置において、この燃焼
手段１から排出される燃焼排ガスの熱で加湿水および酸
化剤ガスを加熱昇温する熱交換器５１、５２を設ける。
【００７８】タービン部２１と改質ガスを熱交換する第
２の熱交換器５２との間に流量制御弁５３を設けること
により、燃料ガス側、酸化剤ガス側の熱交換器に流入す
る燃焼排ガスの量の割合を必要に応じてコントロール
し、加湿水および燃料、酸化剤の加熱、昇温を行うもの
である。
２の熱交換器５２との間に流量制御弁５３を設けること
により、燃料ガス側、酸化剤ガス側の熱交換器に流入す
る燃焼排ガスの量の割合を必要に応じてコントロール
し、加湿水および燃料、酸化剤の加熱、昇温を行うもの
である。
【００７９】上記構成および作用の本第６実施形態の車
両搭載用燃料電池システムは、前記熱交換器５が、前記
燃焼手段１から排出される燃焼排ガスと、前記加湿装置
７からの加湿水と、前記コンプレッサ部２２からの酸化
剤ガスとしての酸素とで熱交換されるので、十分な熱交
換を可能にするとともに、前記燃料電池４の安定な運転
を可能にするという効果を奏する。
両搭載用燃料電池システムは、前記熱交換器５が、前記
燃焼手段１から排出される燃焼排ガスと、前記加湿装置
７からの加湿水と、前記コンプレッサ部２２からの酸化
剤ガスとしての酸素とで熱交換されるので、十分な熱交
換を可能にするとともに、前記燃料電池４の安定な運転
を可能にするという効果を奏する。
【００８０】また本第６実施形態の車両搭載用燃料電池
システムは、前記熱交換器５が、前記燃焼手段１から排
出される燃焼排ガスによって加熱するので、効率的な熱
交換を可能にするとともに、前記燃料電池４の安定な運
転を可能にするという効果を奏する。
システムは、前記熱交換器５が、前記燃焼手段１から排
出される燃焼排ガスによって加熱するので、効率的な熱
交換を可能にするとともに、前記燃料電池４の安定な運
転を可能にするという効果を奏する。
【００８１】さらに第６実施形態の車両搭載用燃料電池
システムは、前記熱交換器５を構成する前記第１の熱交
換器５１が前記コンプレッサ部２２からの燃料ガス酸化
剤ガスとしての酸素を加熱するとともに、前記第２の熱
交換器５２が前記改質器３からの改質ガスを加熱するの
で、効率的な熱交換を可能にするとともに、燃料電池の
安定な運転を可能にするという効果を奏する。
システムは、前記熱交換器５を構成する前記第１の熱交
換器５１が前記コンプレッサ部２２からの燃料ガス酸化
剤ガスとしての酸素を加熱するとともに、前記第２の熱
交換器５２が前記改質器３からの改質ガスを加熱するの
で、効率的な熱交換を可能にするとともに、燃料電池の
安定な運転を可能にするという効果を奏する。
【００８２】また第６実施形態の車両搭載用燃料電池シ
ステムは、前記改質器３からの改質ガスを加熱する前記
第２の熱交換器５２を構成する前記流量制御弁５３が、
前記燃焼手段１から排出供給される前記燃焼排ガスの流
量を制御するので、燃焼排ガスの量の割合を制御して、
前記燃料電池４に導入される前記改質ガスの温度を最適
に保ち、前記燃料電池４の安定な運転を可能にするとい
う効果を奏する。
ステムは、前記改質器３からの改質ガスを加熱する前記
第２の熱交換器５２を構成する前記流量制御弁５３が、
前記燃焼手段１から排出供給される前記燃焼排ガスの流
量を制御するので、燃焼排ガスの量の割合を制御して、
前記燃料電池４に導入される前記改質ガスの温度を最適
に保ち、前記燃料電池４の安定な運転を可能にするとい
う効果を奏する。
【００８３】（第７実施形態）本第７実施形態の車両搭
載用燃料電池システムは、図８に示されるように熱交換
器５を構成する前記第１および第２の熱交換器５１、５
２が、バイパス通路５４、５５と該バイパス通路におけ
る前記燃焼排ガスのバイパス流量を制御するバイパス流
量制御手段５６、５７をそれぞれ備えている点が前記第
７実施形態との相違点であり、以下相違点を中心に説明
する。
載用燃料電池システムは、図８に示されるように熱交換
器５を構成する前記第１および第２の熱交換器５１、５
２が、バイパス通路５４、５５と該バイパス通路におけ
る前記燃焼排ガスのバイパス流量を制御するバイパス流
量制御手段５６、５７をそれぞれ備えている点が前記第
７実施形態との相違点であり、以下相違点を中心に説明
する。
【００８４】本第７実施形態の燃料電池システムにおい
て、熱交換器部に、燃焼排ガス、バイパスライン５４、
５５および流量制御弁５６、５７を設ける。又、燃料ガ
スおよび酸化剤ガスライン６３、６４に温度検出手段５
８、５９を設ける。
て、熱交換器部に、燃焼排ガス、バイパスライン５４、
５５および流量制御弁５６、５７を設ける。又、燃料ガ
スおよび酸化剤ガスライン６３、６４に温度検出手段５
８、５９を設ける。
【００８５】本第７実施形態の燃料電池システムは、検
出された燃料ガスおよび酸化剤ガスラインの温度Ｔ1 、
Ｔ2 を監視しながら熱交換器５１、５２に流入する燃焼
排ガス量を流量制御弁５６、５７にてコントロールする
ことにより燃料電池への入ガス温度を最適値に保ち、前
記燃料電池４の安定な運転を可能にするという効果を奏
する。
出された燃料ガスおよび酸化剤ガスラインの温度Ｔ1 、
Ｔ2 を監視しながら熱交換器５１、５２に流入する燃焼
排ガス量を流量制御弁５６、５７にてコントロールする
ことにより燃料電池への入ガス温度を最適値に保ち、前
記燃料電池４の安定な運転を可能にするという効果を奏
する。
【００８６】上述の実施形態は、説明のために例示した
もので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。
もので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【図１】本発明の第１実施形態の燃料電池システムを示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図２】本第１実施形態の燃料電池システムにおける空
気流量と動力の関係を示す線図である。
気流量と動力の関係を示す線図である。
【図３】本発明の第２実施形態の燃料電池システムを示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図４】本発明の第３実施形態の燃料電池システムを示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図５】本発明の第４実施形態の燃料電池システムを示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図６】本発明の第５実施形態の燃料電池システムを示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図７】本発明の第６実施形態の燃料電池システムを示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図８】本発明の第７実施形態の燃料電池システムを示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図９】従来の第１の燃料電池システムを示すブロック
図である。
図である。
【図１０】従来の第２の燃料電池装置を示すブロック図
である。
である。
【図１１】従来の第３の燃料電池システムを示すブロッ
ク図である。
ク図である。
１ 燃焼手段 ２ タービンコンプレッサ ３ 改質器 ４ 燃料電池 ２１ タービン部 ２２ コンプレッサ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松岡 晃 愛知県刈谷市昭和町２丁目３番地 アイシ ン・エンジニアリング株式会社内
Claims (14)
- 【請求項１】 改質器から改質ガスが供給される燃料電
池からのオフガスを燃焼させる燃焼手段と、 該燃焼手段における燃焼エネルギーを利用してコンプレ
ッサ部において空気を圧縮して、前記燃料電池に空気を
供給するタービンコンプレッサと、から成ることを特徴
とする車両搭載用燃料電池システム。 - 【請求項２】 請求項１において、 改質器が、蒸発用燃料を燃焼させる蒸発バーナを備えて
いることを特徴とする車両搭載用燃料電池システム。 - 【請求項３】 請求項１において、 前記タービンコンプレッサのタービン部から排出される
燃焼排気ガスを導入して、前記燃料電池の入口部のガス
配管を保温する熱交換器を備えていることを特徴とする
車両搭載用燃料電池システム。 - 【請求項４】 請求項３において、 水タンクに連絡し、前記コンプレッサ部から前記燃料電
池に供給される空気を加湿する加湿装置を備えているこ
とを特徴とする車両搭載用燃料電池システム。 - 【請求項５】 請求項４において、 前記改質器から前記燃料電池に供給される改質ガスを加
湿する加湿装置を備えていることを特徴とする車両搭載
用燃料電池システム。 - 【請求項６】 請求項５において、 前記加湿装置を構成するタンク内の水を予め加熱する予
備加熱装置を備えていることを特徴とする車両搭載用燃
料電池システム。 - 【請求項７】 請求項１において、 前記コンプレッサ部から前記燃料電池に供給される空気
流量を検出する流量センサと、 前記改質器から前記燃料電池に供給される改質ガス流量
を検出する流量センサと、 検出された前記空気量および改質ガス量に基づき前記燃
料電池から前記燃焼手段に供給される酸素流量および水
素流量を演算する演算手段と、 該演算手段からの制御信号に応じて前記燃焼手段に供給
される酸素流量および水素流量を制御する流量制御手段
とから成ることを特徴とする車両搭載用燃料電池システ
ム。 - 【請求項８】 請求項７において、 前記演算手段が、前記燃料電池の電流および電圧をモニ
ターすることを特徴とする車両搭載用燃料電池システ
ム。 - 【請求項９】 請求項８において、 前記演算手段が、モニターした前記燃料電池の電流およ
び電圧に基づき、前記燃焼手段に供給される酸素流量お
よび水素流量を演算することを特徴とする車両搭載用燃
料電池システム。 - 【請求項１０】 請求項５において、 前記熱交換器が、前記燃焼手段から排出される燃焼排ガ
スと、前記加湿装置からの加湿水と、前記コンプレッサ
部からの酸化剤ガスとしての酸素（空気）とで熱交換さ
れるように構成されていることを特徴とする車両搭載用
燃料電池システム。 - 【請求項１１】 請求項１０において、 前記熱交換器が、前記燃焼手段から排出される燃焼排ガ
スによって加熱するように構成されていることを特徴と
する車両搭載用燃料電池システム。 - 【請求項１２】 請求項１１において、 前記熱交換器が、前記コンプレッサ部からの酸化剤ガス
としての酸素（空気）を加熱する第１の熱交換器と、前
記改質器からの改質ガスを加熱する第２の熱交換器とか
ら成ることを特徴とする車両搭載用燃料電池システム。 - 【請求項１３】 請求項１２において、 前記改質器からの改質ガスを加熱する前記第２の熱交換
器が、前記燃焼手段から排出供給される前記燃焼排ガス
の流量を制御する流量制御手段を備えていることを特徴
とする車両搭載用燃料電池システム。 - 【請求項１４】 請求項１３において、 前記第１および第２の熱交換器が、バイパス通路と該バ
イパス通路における前記燃焼排ガスのバイパス流量を制
御するバイパス流量制御手段をそれぞれ備えていること
を特徴とする車両搭載用燃料電池システム。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10167744A JPH11339831A (ja) | 1998-05-31 | 1998-05-31 | 車両搭載用燃料電池システム |
| DE19924938A DE19924938A1 (de) | 1998-05-31 | 1999-05-31 | Brennstoffzellensystem zur Montage in einem Fahrzeug |
| US09/323,551 US6306532B1 (en) | 1998-05-31 | 1999-06-01 | Vehicular mountable fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10167744A JPH11339831A (ja) | 1998-05-31 | 1998-05-31 | 車両搭載用燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11339831A true JPH11339831A (ja) | 1999-12-10 |
Family
ID=15855316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10167744A Pending JPH11339831A (ja) | 1998-05-31 | 1998-05-31 | 車両搭載用燃料電池システム |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6306532B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11339831A (ja) |
| DE (1) | DE19924938A1 (ja) |
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