特許 7190467 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-07

(45)【発行日】2022-12-15

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20221208BHJP

   H01M 8/249 20160101ALI20221208BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20221208BHJP

   H01M 8/0438 20160101ALI20221208BHJP

   F04D 25/16 20060101ALI20221208BHJP

   F04D 25/08 20060101ALI20221208BHJP

   F04D 29/28 20060101ALI20221208BHJP

   F04D 29/62 20060101ALI20221208BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20221208BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 N

H01M8/249

H01M8/04746

H01M8/0438

F04D25/16

F04D25/08 302E

F04D29/28 H

F04D29/62 C

H01M8/10 101

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020151600

(22)【出願日】2020-09-09

(65)【公開番号】P2022045809

(43)【公開日】2022-03-22

【審査請求日】2021-05-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100191134

【弁理士】

【氏名又は名称】千馬 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(74)【代理人】

【識別番号】100180448

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 亨祐

(72)【発明者】

【氏名】矢川 士郎

(72)【発明者】

【氏名】福間 一教

【審査官】岩田 健一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１３４９０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０７５９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５０－１３８６１４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００６－３３８９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第２７４５７７６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２００４－１６２６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２５０１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０４ － ８／０６６８

Ｆ０４Ｄ １／００ － １３／１６

Ｆ０４Ｄ １７／００ － １９／０２

Ｆ０４Ｄ ２１／００ － ２５／１６

Ｆ０４Ｄ ２９／００ － ３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対又は複数対の燃料電池スタックと、燃料電池用コンプレッサを備え、前記燃料電池スタックの各々に加圧した流体を供給する燃料電池システムであって、
前記燃料電池用コンプレッサは、
モータ軸を有する電動機と、
前記モータ軸の第１端部に取り付けられ、前記モータ軸の前記第１端部によって駆動される第１コンプレッサと、
前記モータ軸の第２端部に取り付けられ、前記モータ軸の前記第２端部によって駆動される第２コンプレッサと、
を有し、
前記第１コンプレッサは、第１流体供給ラインを介して、対を成す一方の前記燃料電池スタックに接続され、
前記第２コンプレッサは、第２流体供給ラインを介して、対を成す他方の前記燃料電池スタックに接続され、
さらに、前記燃料電池システムは、
前記第１コンプレッサの下流側に設けられ、前記第１コンプレッサから出力された流体の流量を絞る第１圧力調整弁と、
前記第２コンプレッサの下流側に設けられ、前記第２コンプレッサから出力された流体の流量を絞る第２圧力調整弁と、を有し、
前記燃料電池用コンプレッサは、前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給配管に設けられている、
燃料電池システム。

【請求項2】

請求項１記載の燃料電池システムであって、前記燃料電池用コンプレッサの前記第１コンプレッサと前記第２コンプレッサは、同一の流量の流体を同一圧力で供給する、
燃料電池システム。

【請求項3】

請求項１記載の燃料電池システムであって、前記第１コンプレッサ及び前記第２コンプレッサは、インペラを内蔵した遠心ターボ式のコンプレッサであり、前記第１コンプレッサの第１インペラと、前記第２コンプレッサの第２インペラとが互いに逆方向の渦巻形状を有している、
燃料電池システム。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記第１コンプレッサの下流側に設けられた第１圧力センサと、
前記第２コンプレッサの下流側に設けられた第２圧力センサと、
前記第２圧力調整弁を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第１圧力センサの検出値と前記第２圧力センサの検出値を比較し、前記第２圧力センサの検出値が前記第１圧力センサの検出値と等しくなるように前記第２圧力調整弁の開度を調節する制御信号を出力する、
燃料電池システム。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記第１コンプレッサは、前記モータ軸に向けて開口し、空気を取り込む第１吸入口を有し、
前記第２コンプレッサは、前記モータ軸に向けて開口し、空気を取り込む第２吸入口を有する、燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池に酸化剤ガス、燃料ガス又は冷媒等の流体を供給するための燃料電池用コンプレッサを備えた燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池は、例えば、高分子イオン交換膜等の電解質膜の両面にアノード電極及びカソード電極を設けた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板ともいう）で挟持されることで発電セルを構成し、さらに、発電セルを所望の数だけ積層して燃料電池スタックを構成する。このような燃料電池スタックは、例えば燃料電池電気自動車に搭載されて用いられる。

【0003】

燃料電池において、アノード電極には燃料ガス（例えば、水素ガス）が供給され、カソード電極には酸化剤ガス（例えば、空気）が供給される。燃料電池の出力を増加させるべく、燃料電池への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給には、これらの流体を圧縮して供給する電動機駆動式のコンプレッサが用いられている。

【0004】

例えば、特許文献１には、燃料電池にエアを供給するエアコンプレッサと、燃料電池から排出される排気エアで駆動されるタービンとを共通の軸の一端と他端とにそれぞれ設け、その軸を電動機で駆動する燃料電池用コンプレッサが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－１１７５１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

例えば、バスやトラック等の大出力が求められる大型車両では、より大出力の燃料電池システムが求められる。大出力の燃料電池システムを構成する場合には、出力に合わせたサイズの燃料電池スタックを開発するよりも、一定サイズの燃料電池スタックを複数台直列又は並列に接続して構成する方が量産効果に優れ、より低コストで実現できる。この場合には、各々の燃料電池スタックに対して、それぞれ燃料電池用コンプレッサが必要となる。

【0007】

しかし、燃料電池用コンプレッサは、比較的高価な部材であり、燃料電池システムのコストの中で大きな割合を占める。そのため、燃料電池システムのコストを抑制する観点から、複数の燃料電池用コンプレッサを統合することも考えられる。

【0008】

しかし、複数の燃料電池用コンプレッサを統合するためには、大型で大流量の燃料電池用コンプレッサを新規に開発する必要があり、コストが増大すると共に、大型化するという問題がある。

【0009】

そこで本発明は、コストを抑制し、且つ小型化できる燃料電池システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

以下の開示の一観点は、一対又は複数対の燃料電池スタックと、燃料電池用コンプレッサを備え、前記燃料電池スタックの各々に加圧した流体を供給する燃料電池システムであって、前記燃料電池用コンプレッサは、モータ軸を有する電動機と、前記モータ軸の第１端部に取り付けられ、前記モータ軸の前記第１端部によって駆動される第１コンプレッサと、前記モータ軸の第２端部に取り付けられ、前記モータ軸の前記第２端部によって駆動される第２コンプレッサと、を有し、前記第１コンプレッサは、第１流体供給ラインを介して、対を成す一方の前記燃料電池スタックに接続され、前記第２コンプレッサは、第２流体供給ラインを介して、対を成す他方の前記燃料電池スタックに接続され、さらに、前記燃料電池システムは、前記第１コンプレッサの下流側に設けられ、前記第１コンプレッサから出力された流体の流量を絞る第１圧力調整弁と、前記第２コンプレッサの下流側に設けられ、前記第２コンプレッサから出力された流体の流量を絞る第２圧力調整弁と、を有し、前記燃料電池用コンプレッサは、前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給配管に設けられている、燃料電池システムにある。

【発明の効果】

【0011】

上記観点の燃料電池システムによれば、既存の燃料電池用コンプレッサに対して僅かな改修を施すことで、複数の燃料電池用コンプレッサを統合でき、コストを抑制し、小型化しつつ、大出力の燃料電池システムを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１実施形態に係る燃料電池システムの説明図である。

【図2】図１の燃料電池用コンプレッサの断面図である。

【図3】図３Ａは、図２の軸の一端に設けられたロータの平面図であり、図３Ｂは図２の軸の他端に設けられたロータの平面図である。

【図4】図１の燃料電池システムの圧力調整弁の制御装置の構成図である。

【図5】第２実施形態に係る燃料電池システムの説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

【0014】

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１４を一対（２つ）備えている。各々の燃料電池スタック１４には、複数の発電セル１２（燃料電池）が積層されている。燃料電池システム１０は、さらに、燃料電池スタック１４に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１６と、燃料電池スタック１４に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１８と、燃料電池スタック１４に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置２０を備える。

【0015】

燃料電池システム１０において、一対の燃料電池スタック１４は、同一の構成であり、互いに電気的に直列又は並列に接続されている。なお、燃料電池システム１０を構成する燃料電池スタック１４は、一対（２つ）に限定されるものではなく、二対（４つ）又はそれ以上の数の対であってもよい。以下、燃料電池スタック１４について、さらに説明する。

【0016】

燃料電池スタック１４の発電セル１２は、電解質膜・電極構造体２２を第１セパレータ２４及び第２セパレータ２６で挟持して構成される。第１セパレータ２４及び第２セパレータ２６は、金属セパレータ又はカーボンセパレータにより構成される。電解質膜・電極構造体２２は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜２８を有する。固体高分子電解質膜２８は、上記のフッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することもできる。電解質膜・電極構造体２２は、固体高分子電解質膜２８のアノード電極３０及びカソード電極３２とで挟持して構成される。

【0017】

第１セパレータ２４は、電解質膜・電極構造体２２との間に、アノード電極３０に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路３４を形成する。第２セパレータ２６は、電解質膜・電極構造体２２との間に、カソード電極３２に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路３６を設ける。互いに隣接する第１セパレータ２４と第２セパレータ２６との間には、冷却媒体を流通させるための冷却媒体流路３８が設けられる。

【0018】

燃料電池スタック１４を構成する一方のエンドプレート４０ａには、発電セル１２の積層方向に連通して形成された、酸化剤ガス入口連通孔４２ａ、酸化剤ガス出口連通孔４２ｂ及び冷却媒体入口連通孔４４ａが開口している。また、燃料電池スタック１４を構成する他方のエンドプレート４０ｂには、発電セル１２の積層方向に連通して形成された燃料ガス入口連通孔４６ａ、燃料ガス出口連通孔４６ｂ及び冷却媒体出口連通孔４４ｂが開口している。

【0019】

酸化剤ガス入口連通孔４２ａ及び酸化剤ガス出口連通孔４２ｂは、酸化剤ガス流路３６に連通し、酸素を含む酸化剤ガス（例えば、空気）を流通させる。冷却媒体入口連通孔４４ａ及び冷却媒体出口連通孔４４ｂは、冷却媒体流路３８に連通し、冷却媒体を流通させる。燃料ガス入口連通孔４６ａ及び燃料ガス出口連通孔４６ｂは、燃料ガス流路３４に連通し、燃料ガス（例えば、水素又は水素含有ガス）を流通させる。

【0020】

次に、燃料電池システム１０の酸化剤ガス供給装置１６について説明する。酸化剤ガス供給装置１６は、一対の燃料電池スタック１４の酸化剤ガス入口連通孔４２ａにそれぞれ連通する第１酸化剤ガス供給配管４８ａ（第１流体供給ライン）及び第２酸化剤ガス供給配管４９ａ（第２流体供給ライン）と、一対の燃料電池スタック１４の酸化剤ガス出口連通孔４２ｂにそれぞれ連通する第１酸化剤ガス排出配管４８ｂ及び第２酸化剤ガス排出配管４９ｂと、を有する。第１酸化剤ガス供給配管４８ａの上流側には、第１コンプレッサ５０が設けられ、第２酸化剤ガス供給配管４９ａの上流側には、第２コンプレッサ５２が設けられている。

【0021】

第１コンプレッサ５０と第２コンプレッサ５２とは、部品点数を削減するべく、一体のモジュール部品である燃料電池用コンプレッサ９０に含まれている。燃料電池用コンプレッサ９０は、図２に示すように、電動機９２を有しており、電動機９２の一端と他端とにそれぞれ第１コンプレッサ５０及び第２コンプレッサ５２が設けられている。

【0022】

図２に示すように、電動機９２は、円筒状のモータハウジング９４を有している。モータハウジング９４の内部には、モータ室９５が形成されており、モータ室９５の内部には、モータ軸９６と、ステータ９８と、ロータ９９と、複数の軸受１００と、が収容されている。このうち、モータ軸９６は、モータハウジング９４の中心軸に沿って設けられている。モータ軸９６は、モータハウジング９４を貫通するように延在している。モータ軸９６は、軸方向の一方の端部である第１端部９６ａと、軸方向の他方の端部である第２端部９６ｂとを有する。第１端部９６ａはモータハウジング９４の軸方向の一端から突出している。第２端部９６ｂはモータハウジング９４の軸方向の他端から突出している。第１端部９６ａ及び第２端部９６ｂの末端には、ネジ構造９６ｃがそれぞれ形成されている。

【0023】

モータ軸９６は、複数の軸受１００によって、モータハウジング９４に対して回転可能に保持されている。軸受１００は、例えば、ボールベアリングで構成されるが、高速回転に対応可能とするべく、例えばエアベアリングによって構成することもできる。モータ軸９６は、複数の永久磁石が外周部に配置されたロータ９９を有している。モータ軸９６は、ステータ９８の回転磁界により回転する。

【0024】

モータハウジング９４の一端及び他端には、それぞれ仕切板１０２ａ、１０２ｂが設けられている。仕切板１０２ａ、１０２ｂにより、モータ室９５が仕切られる。モータハウジング９４の一端側には第１コンプレッサ５０が設けられ、モータハウジング９４の他端側には、第２コンプレッサ５２が設けられている。

【0025】

第１コンプレッサ５０は、コンプレッサハウジング１０４と、コンプレッサハウジング１０４内に収容された第１インペラ１０６とを備えている。コンプレッサハウジング１０４は、吸入ポート１０８と、スクロール部１１６と、出口ポート１１２とを有している。吸入ポート１０８は、モータ軸９６と同軸に形成されて軸方向の一端側に延び出た漏斗状の部分である。吸入ポート１０８の奥側に第１インペラ１０６が配置されている。

【0026】

第１インペラ１０６を覆う部分のコンプレッサハウジング１０４には、ディフューザ部１１４が設けられている。そのディフューザ部１１４の外周側に、スクロール部１１６が設けられている。ディフューザ部１１４は、第１インペラ１０６から送り出された空気をスクロール部１１６に導く流路を構成する。スクロール部１１６は、出口ポート１１２に連通している。

【0027】

第１インペラ１０６は、モータ軸９６の第１端部９６ａに固定されており、モータ軸９６と一体的に回転する。第１インペラ１０６は、吸入ポート１０８から取り込まれたエアを圧縮しつつスクロール部１１６に送り込むために、複数の羽根１０７を有している。図３Ａに示すように、第１インペラ１０６の羽根１０７は、軸方向から見て渦巻形状に捩じれて形成されている。

【0028】

一方、第２コンプレッサ５２は、モータハウジング９４の他端側に設けられている。第２コンプレッサ５２は、第１コンプレッサ５０と同様に構成されており、同一の構成については同一の符号を付して重複する説明は省略する。第２コンプレッサ５２には、コンプレッサハウジング１０４の内部に、第２インペラ１０６Ａが収容されている。

【0029】

図３Ｂに示すように、第２インペラ１０６Ａの羽根１０７は軸方向からみて、図３Ａに示す第１インペラ１０６と逆向きの渦巻形状に捩じれて形成されている。第２インペラ１０６Ａは、渦巻形状の捩じれる方向が逆向きである以外は、第１インペラ１０６と同一に構成されており、略同一の質量を有している。第１インペラ１０６及び第２インペラ１０６Ａは、ボルト９６ｄによってモータ軸９６に連結されている。

【0030】

図１に示すように、第１コンプレッサ５０の下流側には、第１コンプレッサ５０の出口ポート１１２の圧力を検出する第１圧力センサ５３が設けられている。また、第２コンプレッサ５２の下流側には、第２コンプレッサ５２の出口ポート１１２Ａの圧力を検出する第２圧力センサ５４が設けられている。

【0031】

また、第１コンプレッサ５０の下流側の第１酸化剤ガス供給配管４８ａ、及び第２コンプレッサ５２の下流側の第２酸化剤ガス供給配管４９ａには、それぞれ加湿器５８が設けられている。加湿器５８は、燃料電池スタック１４から排出された空気から水分（水蒸気）を回収し、燃料電池スタック１４に供給する空気に水分（水蒸気）を付加する加湿機能を有している。

【0032】

第１酸化剤ガス排出配管４８ｂ及び第２酸化剤ガス排出配管４９ｂには、それぞれ圧力調整弁６０、６２が設けられている。圧力調整弁６０、６２は、可変絞り弁よりなり、制御装置５６の制御下に、その開度を調節することにより、第１酸化剤ガス排出配管４８ｂ及び第２酸化剤ガス排出配管４９ｂを通過する酸化剤ガスの流量を絞ることで、燃料電池（発電セル１２）の反応面に供給される酸化剤ガスの圧力を調整する。

【0033】

図４に示すように、制御装置５６は、例えば、演算増幅器１２０を備えたフィードバック回路として構成することができる。演算増幅器１２０の反転入力端子１２２には、第１圧力センサ５３の検出信号が入力され、演算増幅器１２０の非反転入力端子１２４には第２圧力センサ５４の検出信号が入力される。演算増幅器１２０の出力端子１２６は、フィードバックループ１２８を通じて非反転入力端子１２４に接続されると共に、駆動回路１３０に接続される。駆動回路１３０は、出力端子１２６の出力電圧に応じた駆動信号を圧力調整弁６２に出力する回路である。制御装置５６の演算増幅器１２０は、第１圧力センサ５３の検出信号と、第２圧力センサ５４の検出信号とが等しくなるように、駆動回路１３０を制御する。これにより、制御装置５６は、第１コンプレッサ５０の出口ポート１１２の圧力と、第２コンプレッサ５２の出口ポート１１２Ａの圧力とが等しくなるように、制御動作を行う。

【0034】

燃料電池システム１０の出力制御は、第１圧力センサ５３が設けられた側の燃料電池スタック１４の運転条件の変更で行うことができる。第１圧力センサ５３の検出圧力が増減すると、それに応じて制御装置５６による圧力調整弁６２の開閉制御が行われ、第２圧力センサ５４の検出圧力が第１圧力センサ５３の検出圧力に追従するように動作する。

【0035】

なお、制御装置５６は、上記の構成例に限定されるものではなく、電子計算機を用いて第１圧力センサ５３の検出信号と、第２圧力センサ５４の検出信号を比較し、これらの差分を打ち消すように圧力調整弁６０、６２に制御信号を出力するように構成してもよい。

【0036】

次に、燃料電池システム１０の燃料ガス供給装置１８について説明する。燃料ガス供給装置１８は、２つの燃料電池スタック１４に対応して２系統設けられている。いずれの燃料ガス供給装置１８も同様の構成であるため、共通する構成については同一の符号を付して、重複する部分の説明は省略する。

【0037】

燃料電池スタック１４の燃料ガス入口連通孔４６ａには、燃料ガス供給配管６６ａが接続され、燃料ガス出口連通孔４６ｂには、燃料ガス排出配管６６ｂが接続されている。２つの燃料電池スタック１４に向かう２本の燃料ガス供給配管６６ａは、上流側は分岐部６６ｃを介して、高圧水素を貯留する水素タンク６８に接続されている。分岐部６６ｃの下流側の燃料ガス供給配管６６ａには、封止弁７０及びエゼクタ７２が配置されている。

【0038】

エゼクタ７２には、水素循環路７４が接続されている。水素循環路７４は、燃料ガス排出配管６６ｂの途中に接続されており、水素ガスの循環路を形成する。水素循環路７４には、水素循環用の水素ポンプ７６が配設される。また、燃料ガス排出配管６６ｂの下流には、排出される水素を空気により希釈する希釈器７８が設けられている。

【0039】

次に、燃料電池システム１０の冷却媒体供給装置２０について説明する。冷却媒体供給装置２０は、２つの燃料電池スタック１４に対応して２系統設けられている。いずれの冷却媒体供給装置２０も同様の構成であるため、共通する構成については同一の符号を付して、重複する部分の説明は省略する。

【0040】

冷却媒体供給装置２０は、燃料電池スタック１４の冷却媒体入口連通孔４４ａと、冷却媒体出口連通孔４４ｂとに連通し、冷却媒体を循環冷却する冷却媒体循環路８０を備える。冷却媒体循環路８０には、冷却媒体入口連通孔４４ａに近接して冷却ポンプ８２が設けられると共に、冷却媒体出口連通孔４４ｂに近接してラジエータ８４が設けられる。

【0041】

以上のように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。

【0042】

図１に示すように、酸化剤ガス供給装置１６の燃料電池用コンプレッサ９０を構成する電動機９２の回転作用下に、図２に示すモータ軸９６が回転し、第１インペラ１０６及び第２インペラ１０６Ａが回転する。吸入ポート１０８から取り込まれた大気中の空気は、第１インペラ１０６及び第２インペラ１０６Ａの羽根１０７により圧縮されて、出口ポート１１２、１１２Ａから送り出される。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第１インペラ１０６の羽根１０７と第２インペラ１０６Ａの羽根１０７とは逆向きの渦巻形状に捩じれて形成されている。これにより、モータ軸９６の軸方向に互いに反対方向に作用するスラスト荷重を打ち消すことができるため、モータ軸９６の荷重バランスが保たれる。

【0043】

図１に示すように、第１コンプレッサ５０及び第２コンプレッサ５２から送り出された空気は、それぞれ、第１酸化剤ガス供給配管４８ａ及び第２酸化剤ガス供給配管４９ａを流れる。この空気は、加湿器５８を通って加湿された後、２つの燃料電池スタック１４のそれぞれの酸化剤ガス入口連通孔４２ａに供給される。

【0044】

各々の燃料電池スタック１４に導入された空気は、酸化剤ガス入口連通孔４２ａから第２セパレータ２６の酸化剤ガス流路３６に導入される。空気は、酸化剤ガス流路３６に沿って移動し、電解質膜・電極構造体２２のカソード電極３２に供給される。一方、水素ガスは、燃料ガス入口連通孔４６ａから第１セパレータ２４の燃料ガス流路３４に導入される。水素ガスは、燃料ガス流路３４に沿って移動し、電解質膜・電極構造体２２のアノード電極３０に供給される。

【0045】

したがって、各電解質膜・電極構造体２２では、カソード電極３２に供給される空気中の酸素と、アノード電極３０に供給される水素ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。

【0046】

また、冷却媒体供給装置２０では、冷却ポンプ８２の作用下に、冷却媒体循環路８０から燃料電池スタック１４の冷却媒体入口連通孔４４ａに純水やエチレングリコール、又はオイル等の冷却媒体が供給される。冷却媒体は、冷却媒体流路３８に沿って流動し、発電セル１２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔４４ｂから冷却媒体循環路８０に排出される。

【0047】

カソード電極３２に供給されて酸素の一部が消費された空気は、酸化剤ガス出口連通孔４２ｂから第１酸化剤ガス排出配管４８ｂ及び第２酸化剤ガス排出配管４９ｂに排出される。空気は、加湿器５８を通って第１酸化剤ガス供給配管４８ａ及び第２酸化剤ガス供給配管４９ａから供給される新たな未反応の空気を加湿した後、圧力調整弁６０、６２を経て排出される。

【0048】

圧力調整弁６０、６２は、制御装置５６の制御の下に、第１コンプレッサ５０及び第２コンプレッサ５２の吐出圧が同じ圧力となるように調整される。これにより、第１コンプレッサ５０及び第２コンプレッサ５２の負荷が略同一に保たれ、モータ軸９６のスラスト荷重を相殺することができる。

【0049】

アノード電極３０で水素の一部が消費された水素ガス（燃料ガス）は、燃料ガス出口連通孔４６ｂから燃料ガス排出配管６６ｂに排出される。燃料ガスは、燃料ガス排出配管６６ｂから水素循環路７４に導入され、水素ポンプ７６の作用と、エゼクタ７２の吸引作用とにより、燃料ガス供給配管６６ａに戻される。燃料ガス供給配管６６ａに排出された水素ガスは、必要に応じて、希釈器７８の作用下に外部に排出される。

【0050】

以上に説明した本実施形態の燃料電池システム１０は、以下の効果を奏する。

【0051】

本実施形態の燃料電池システム１０は、一対又は複数対の燃料電池スタック１４と、燃料電池用コンプレッサ９０を備え、燃料電池スタック１４の各々に加圧した流体を供給する燃料電池システム１０であって、燃料電池用コンプレッサ９０は、モータ軸９６を有する電動機９２と、モータ軸９６の第１端部９６ａに取り付けられ、モータ軸９６の第１端部９６ａによって駆動される第１コンプレッサ５０と、モータ軸９６の第２端部９６ｂに取り付けられ、モータ軸９６の第２端部９６ｂによって駆動される第２コンプレッサ５２と、を有し、第１コンプレッサ５０は、第１流体供給ラインを介して、対を成す一方の燃料電池スタック１４に接続され、第２コンプレッサ５２は、第２流体供給ラインを介して、対を成す他方の燃料電池スタック１４に接続されている。

【0052】

上記の構成によれば、１台の燃料電池スタック１４を搭載する燃料電池用コンプレッサ９０の電動機９２の部分を、そのまま転用しつつ、第１コンプレッサ５０、第２コンプレッサ５２を設けることで、２台の燃料電池スタック１４に空気を供給することができる。一般に、燃料電池用コンプレッサ９０において、電動機９２の部分が最も開発及び製造にコストが掛かる部分となっている。これに対し、上記の構成によれば、電動機９２を転用できるため、コストの増加を抑制しつつ、大出力の燃料電池システム１０を実現できる。

【0053】

上記の燃料電池システム１０において、燃料電池用コンプレッサ９０の第１コンプレッサ５０と第２コンプレッサ５２は、同一流量の流体を同一圧力で供給するように構成されてもよい。この構成によれば、モータ軸９６に作用するスラスト荷重をバランスさせることができるため、軸受１００の構造を簡素化でき、電動機９２を小型化できる。

【0054】

上記の燃料電池システム１０において、第１コンプレッサ５０及び第２コンプレッサ５２は、インペラ１０６、１０６Ａを内蔵した遠心ターボ式のコンプレッサであり、第１コンプレッサ５０の第１インペラ１０６と、第２コンプレッサ５２の第２インペラ１０６Ａとが互いに逆方向の渦巻形状を有してもよい。これにより、第１インペラ１０６と第２インペラ１０６Ａとのスラスト荷重をバランスさせることが容易となる。

【0055】

上記の燃料電池システム１０において、さらに、第１コンプレッサ５０の下流側に設けられた第１圧力センサ５３と、第２コンプレッサ５２の下流側に設けられた第２圧力センサ５４と、第２圧力センサ５４の下流側に設けられ、第２コンプレッサ５２から出力された流体の流量を絞る圧力調整弁６２と、圧力調整弁６２を制御する制御装置５６と、を備え、制御装置５６は、第１圧力センサ５３の検出値と第２圧力センサ５４の検出値とを比較し、第２圧力センサ５４の検出値が第１圧力センサ５３の検出値と等しくなるように圧力調整弁６２の開度を調節する制御信号を出力するように構成してもよい。

【0056】

上記の構成によれば、第１コンプレッサ５０の負荷と、第２コンプレッサ５２の負荷とを略同じ条件とすることができ、モータ軸９６に作用するスラストをバランスした状態に保つことができる。

【0057】

上記の燃料電池システム１０において、燃料電池用コンプレッサ９０は、燃料電池スタック１４に酸化剤ガス（空気）を供給する第１酸化剤ガス供給配管４８ａ及び第２酸化剤ガス供給配管４９ａに設けられていてもよい。

【0058】

（第２実施形態）
図５に示すように、本実施形態の燃料電池システム１０Ａは、冷却媒体供給装置２０の冷却ポンプ８２Ａ及び燃料ガス供給装置１８の水素ポンプ７６Ａにおいて、図１の燃料電池システム１０（第１実施形態）と異なる。なお、本実施形態の燃料電池システム１０Ａにおいて、図１の燃料電池システム１０と同様の構成については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

【0059】

図１の燃料電池システム１０では、対を成す一方の燃料電池スタック１４の水素循環路７４と、他方の燃料電池スタック１４の水素循環路７４とにそれぞれ独立した水素ポンプ７６が設けられていた。これに対し、図５に示すように、本実施形態の燃料電池システム１０Ａにおいては、２つの水素ポンプ７６が１つの水素ポンプ７６Ａに統合されている。水素ポンプ７６Ａは、電動機１３８と、第１水素コンプレッサ１４２と、第２水素コンプレッサ１４４とを備えている。水素ポンプ７６Ａは、図２に示す燃料電池用コンプレッサ９０と同様の構造を有する遠心ターボ式のコンプレッサよりなる。第１水素コンプレッサ１４２と第２水素コンプレッサ１４４とは、共通の軸である、電動機１３８のモータ軸の一端と他端とに取り付けられており、電動機１３８の回転作用下に駆動する。

【0060】

また、本実施形態の燃料電池システム１０Ａにおいて、一対の燃料電池スタック１４に対して、共通の冷却ポンプ８２Ａが設けられている。冷却ポンプ８２Ａは、電動機１３２と、第１冷却ポンプ１３４と第２冷却ポンプ１３６とを備えている。第１冷却ポンプ１３４及び第２冷却ポンプ１３６は、電動機１３２のモータ軸の一端と他端とにそれぞれ接続されており、電動機１３２の回転作用下に動作するように構成されている。

【0061】

以上のように、本実施形態の燃料電池システム１０Ａでは、燃料電池用コンプレッサ９０を、水素循環路７４に設けられた水素循環用の水素ポンプ７６Ａに用いている。これにより、水素ポンプ７６の数を減らすことができ、低コストに複数の燃料電池スタック１４を備えた燃料電池システム１０Ａを構成できる。

【0062】

また、上記の燃料電池システム１０Ａは、燃料電池用コンプレッサ９０は、冷却媒体循環路８０の冷却ポンプ８２Ａに用いている。これにより、冷却ポンプ８２の数を減らすことができ、低コストに燃料電池スタック１４を備えた燃料電池システム１０Ａを構成できる。

【0063】

上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。

【符号の説明】

【0064】

１０、１０Ａ…燃料電池システム １４…燃料電池スタック
５０、５２…コンプレッサ ５３、５４…圧力センサ
５６…制御装置 ６０、６２…圧力調整弁
７４…水素循環路 ７６、７６Ａ…水素ポンプ
８０…冷却媒体循環路 ８２、８２Ａ…冷却ポンプ
９０…燃料電池用コンプレッサ ９２、１３２、１３８…電動機
９４…モータハウジング ９６…モータ軸
１０６、１０６Ａ…インペラ １０７…羽根

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】