JP2009140873A - Fuel cell system, and fuel cell vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、酸化ガスと燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池からのオフガスを外部に導く排気管と、を備えた燃料電池システムと、この燃料電池システムを搭載した燃料電池車に関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between an oxidizing gas and a fuel gas, an exhaust pipe that guides off-gas from the fuel cell to the outside, and a fuel equipped with the fuel cell system It relates to battery cars.
駆動源からの排気ガスを外部へ導く排気管としては、その端部を二重管とし、マフラ本体や車体へのオイルの付着を抑えたり、消音効果を高めるものがある(例えば、特許文献1〜3参照)。
ところで、酸化ガスと燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池を備えた燃料電池車では、発電によって生成された水が燃料オフガス及び酸化オフガスとともに排出される。このため、この燃料電池車における排気管構造には、排気管を二重構造としてマフラの上流側にて排気管内を流れる水を排出することにより、水による吸音材の劣化を抑制するものがある(例えば、特許文献4参照)。
By the way, in a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between an oxidizing gas and a fuel gas, water generated by the power generation is discharged together with the fuel off-gas and the oxidizing off-gas. For this reason, there is an exhaust pipe structure in this fuel cell vehicle that suppresses deterioration of the sound absorbing material due to water by discharging the water flowing in the exhaust pipe upstream of the muffler with a double exhaust pipe structure. (For example, refer to Patent Document 4).
ところで、燃料電池車の排気管から排出される水は、排気管内をオフガスと混在して流れ、排気管の屈曲箇所にて複数の液滴に分散し、その後、外部への放出側端部から排出されるときに、走行時に車両床下を流れる走行風によって撒き上げられる。このため、車両後方における見栄えが悪く、また、後続車へ水が飛散することがあった。 By the way, the water discharged from the exhaust pipe of the fuel cell vehicle flows in the exhaust pipe mixed with off-gas, and is dispersed into a plurality of droplets at the bent portion of the exhaust pipe, and then from the discharge side end to the outside. When it is discharged, it is blown up by the traveling wind flowing under the vehicle floor during traveling. For this reason, the appearance at the rear of the vehicle is poor, and water may scatter to the following vehicle.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、燃料電池からのオフガスに含まれる水の撒き上がりを極力抑えることが可能な燃料電池システムおよび燃料電池車を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system and a fuel cell vehicle capable of suppressing ascending water contained in off-gas from the fuel cell as much as possible.
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、酸化ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出されたオフガスを外部に導く排気管と、を備えた燃料電池システムであって、前記排気管は、前記オフガスの外部への放出側端部に、当該排気管の内周との間に所定の隙間が形成されるように同心円状に配置された内管を有すると共に、放出端側における前記排気管の内周と前記内管の外周とが全周にわたって連結されてなり、前記排気管の内周と前記内管の外周との連結部の使用状態における重力方向上部には、開口部が形成されている。
また、本発明の燃料電池車は、酸化ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出されたオフガスを外部に導く排気管と、を備えた燃料電池システムを備えると共に、前記燃料電池を駆動源の少なくとも一部として利用する燃料電池車であって、前記排気管は、車両後部にて後方へ向けて配置された前記オフガスの放出側端部に、当該排気管の内周との間に所定の隙間が形成されるように同心円状に配置された内管を有すると共に、放出端側における前記排気管の内周と前記内管の外周とが全周にわたって連結されてなり、前記排気管の内周と前記内管の外周との連結部の重力方向上部には、開口部が形成されている。
In order to achieve the above object, a fuel cell system of the present invention includes a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction between an oxidizing gas and a fuel gas, and an exhaust pipe that guides off-gas discharged from the fuel cell to the outside. In the fuel cell system, the exhaust pipe is disposed concentrically at a discharge-side end portion of the off gas to the outside so as to form a predetermined gap between the exhaust pipe and the inner periphery of the exhaust pipe. Use of a connecting portion between the inner periphery of the exhaust pipe and the outer periphery of the inner pipe, having an inner pipe, and the inner periphery of the exhaust pipe and the outer periphery of the inner pipe on the discharge end side being connected over the entire circumference An opening is formed in the upper part of the gravity direction in the state.
In addition, a fuel cell vehicle according to the present invention includes a fuel cell system including a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction between an oxidizing gas and a fuel gas, and an exhaust pipe that guides off-gas discharged from the fuel cell to the outside. In addition, the fuel cell vehicle uses the fuel cell as at least a part of a drive source, and the exhaust pipe is disposed at the end portion of the off-gas discharge side disposed rearward at the rear of the vehicle. And an inner pipe arranged concentrically so that a predetermined gap is formed between the inner circumference of the exhaust pipe and the inner circumference of the exhaust pipe and the outer circumference of the inner pipe on the discharge end side. Thus, an opening is formed in the upper part of the connecting portion between the inner circumference of the exhaust pipe and the outer circumference of the inner pipe in the direction of gravity.
これらの構成によれば、燃料電池から排出されたオフガスは、排気管の外部への放出側端部に設けられた内管から外部へ排出される一方で、オフガスに含まれている水は、放出端側の連結部に堰き止められて排気管の内周と内管の外周との隙間に一旦貯留された後に、放出端側の連結部の重力方向上部に形成された開口部から外部に排出されることになる。
このように、オフガス中の水が、たとえ排気管の流通過程において複数の液滴に分散したとしても、それら複数の液滴が放出側端部にて一時貯留されてから外部へと排出されるようになるので、燃料電池車においては、走行時の走行風による水の撒き上がりを極力抑えることができ、車両後方における見栄えを良くし、さらには、後続車への水の飛散を抑制することができる。
また、前記排気管の放出側端部は、重力方向下方側に傾斜していてもよい。
かかる構成によれば、液滴に分散した水の放出端側での集結および一時貯留をより確実に行うことが可能となる。
According to these configurations, the off-gas discharged from the fuel cell is discharged to the outside from the inner pipe provided at the discharge side end portion to the outside of the exhaust pipe, while the water contained in the off-gas is After being dammed by the connecting part on the discharge end side and once stored in the gap between the inner periphery of the exhaust pipe and the outer periphery of the inner pipe, it is released from the opening formed at the upper part in the gravity direction of the connecting part on the discharge end side to the outside. Will be discharged.
In this way, even if the water in the off-gas is dispersed into a plurality of droplets in the circulation process of the exhaust pipe, the plurality of droplets are temporarily stored at the discharge side end and then discharged to the outside. As a result, in a fuel cell vehicle, it is possible to suppress the splashing of water due to the driving wind during driving as much as possible. Can do.
The discharge side end of the exhaust pipe may be inclined downward in the direction of gravity.
According to such a configuration, it is possible to more reliably perform concentration and temporary storage on the discharge end side of the water dispersed in the droplets.
本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池からのオフガスに含まれる水の撒き上がりを極力抑えることができる。 According to the fuel cell system of the present invention, it is possible to suppress ascending water contained in the offgas from the fuel cell as much as possible.
まず、本発明に係る排気管を有する燃料電池車の燃料電池システムの全体構成を説明する。この燃料電池システムは燃料電池車両(以下、車両S)の車載発電システムであるが、車両搭載用の燃料電池システム以外にも、船舶,航空機,電車、歩行ロボット等のあらゆる移動体用の燃料電池システムや、例えば燃料電池が建物(住宅、ビル等)用の発電設備として用いられる定置用の燃料電池システムへの適用も可能である。 First, the overall configuration of a fuel cell system for a fuel cell vehicle having an exhaust pipe according to the present invention will be described. This fuel cell system is an on-vehicle power generation system for a fuel cell vehicle (hereinafter referred to as vehicle S). In addition to the fuel cell system mounted on the vehicle, the fuel cell system is used for all moving objects such as ships, airplanes, trains, and walking robots. The present invention can also be applied to a system or a stationary fuel cell system in which the fuel cell is used as power generation equipment for buildings (housing, buildings, etc.).
図1に示される燃料電池システム1において、酸化ガスとしての空気(外気)は、空気供給路71を介して燃料電池20の空気供給口に供給される。空気供給路71には、空気から微粒子を除去するエアフィルタA1、空気を加圧するコンプレッサA3、及び空気に所要の水分を加える加湿器A21が設けられている。エアフィルタA1には、空気流量を検出する図示省略のエアフローメータ(流量計)が設けられている。コンプレッサA3は、モータによって駆動される。このモータは、後述の制御部50によって駆動制御される。
In the fuel cell system 1 shown in FIG. 1, air (outside air) as an oxidizing gas is supplied to the air supply port of the
燃料電池20から排出される空気オフガス(酸化オフガス)は、排気路72を経て外部に放出される。排気路72には、圧力調整弁A4、及び加湿器A21が設けられている。圧力調整弁A4は、燃料電池20への供給空気圧を設定する調圧(減圧)器として機能する。制御部50は、コンプレッサA3を駆動するモータの回転数及び圧力調整弁A4の開度面積を調整することによって、燃料電池20への供給空気圧や供給空気流量を設定する。
Air off-gas (oxidation off-gas) discharged from the
燃料ガスとしての水素ガスは、水素供給源30から水素供給路74を介して燃料電池20の水素供給口に供給される。水素供給源30は、例えば高圧水素タンクが該当するが、いわゆる燃料改質器や水素吸蔵合金等であっても良い。
Hydrogen gas as the fuel gas is supplied from the
水素供給路74には、水素供給源30から水素を供給しあるいは供給を停止する遮断弁H100、燃料電池20への水素ガスの供給圧力を減圧して調整する水素調圧弁H9、及び燃料電池20の水素供給口と水素供給路74間を開閉する遮断弁H21が設けられている。水素調圧弁H9としては、例えば機械式の減圧を行う調圧弁を使用できるが、パルスモータで弁の開度がリニアあるいは連続的に調整される弁であっても良い。
In the
燃料電池20で消費されなかった水素ガスは、水素オフガス(燃料ガスのオフガス)として水素循環路75に排出され、水素供給路74の水素調圧弁H9の下流側に戻される。水素循環路75には、水素オフガスから水分を回収する気液分離装置H42、回収した生成水を水素循環路75外の図示しないタンク等に回収する排水弁H41、及び水素オフガスを加圧する水素ポンプH50が設けられている。
The hydrogen gas that has not been consumed in the
遮断弁H21は、燃料電池20のアノード側を閉鎖する。水素ポンプH50は、制御部50によって動作が制御される。水素オフガスは、水素供給路74で水素ガスと合流し、燃料電池20に供給されて再利用される。遮断弁H21は、制御部50からの信号で駆動される。
The shut-off valve H21 closes the anode side of the
水素循環路75は、排出制御弁H51を介して、パージ流路76によって加湿器A21の下流側の排気路72に接続されている。排出制御弁H51は、電磁式の遮断弁であり、制御部50からの指令によって作動することにより、水素オフガスは燃料電池20から排出された空気オフガスとともに外部へ排出(パージ)される。このパージ動作を間欠的に行うことによって、水素ガス中の不純物濃度が増加することによるセル電圧の低下を防止することができる。
The
燃料電池20の冷却水出入口には、冷却水を循環させる冷却路73が設けられている。冷却路73には、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ(熱交換器)C2、及び冷却水を加圧して循環させるポンプC1が設けられている。また、ラジエータC2には、モータによって回転駆動される冷却ファンC13が設けられている。
A
燃料電池20は、水素ガスと空気の供給を受けて電気化学反応により発電する単セルを所要数積層してなる燃料電池スタックとして構成されている。燃料電池20が発生した電力は、図示しないパワーコントロールユニットに供給される。パワーコントロールユニットは、車両の駆動モータに電力を供給するインバータと、コンプレッサモータや水素ポンプ用モータなどの各種の補機類に電力を供給するインバータと、二次電池等の蓄電手段への充電や該蓄電手段からのモータ類への電力供給を行うDC−DCコンバータなどが備えられている。
The
制御部50は、CPU、ROM、RAM、HDD、入出力インタフェース及びディスプレイなどの公知構成から成る制御コンピュータシステムによって構成されており、図示しない車両のアクセル信号などの要求負荷や燃料電池システム1の各部のセンサ(圧力センサ、温度センサ、流量センサ、出力電流計、出力電圧計等)から制御情報を受け取り、システム各部の弁類やモータ類の運転を制御する。
The
図2及び図4に示すように、排気路72は、排気管100からなるもので、その外部への放出側端部が車両Sの後部にて後方へ向けて配置され、さらに、放出側端部近傍にて屈曲されて僅かに重力方向下方へ向けられている。この排気管100には、その放出側端部に、円筒状の内管101が当該排気管100の内周との間に所定の隙間110が形成されるように同心円状に設けられており、放出端側におけるこれら内管101の外周と排気管100の内周とが全周にわたって連結されている。
そして、図3及び図4に示すように、内管101の外周と排気管100の内周との連結部102には、その重力方向上部に開口部103が形成されており、この開口部103以外は封鎖されている。つまり、内管101と排気管100との隙間110は、開口部103を介して外部と連通している。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
As shown in FIGS. 3 and 4, an
上記車両Sに搭載された燃料電池システム1では、排気路72に送られたオフガスが、排気路72を構成する排気管100を通り、その放出端にて、内管101から外部に排出される。
また、この排気管100では、図2中の矢印にて示すように、オフガスとともに排出される燃料電池20からの水が流れ、その放出端にて、連結部102に堰き止められて排気管100と内管101との隙間110に一旦溜まり、その後、排気管100と内管101との連結部102の重力方向上部に形成された開口部103を通って外部に排出される。
In the fuel cell system 1 mounted on the vehicle S, the off gas sent to the
Further, in the
以上説明したとおり、上記の構成からなる排気管100を備えた燃料電池システム1によれば、オフガス中の水が、たとえ排気管100の流通過程において複数の液滴に分散したとしても、それら複数の液滴が放出側端部にて一時貯留されてから外部へと排出されるようになる。また、排気管100の放出側端部が重力方向下方に傾斜しているので、液滴に分散した水の放出端側での集結および一時貯留がより確実に行われる。
したがって、この燃料電池システム1を搭載した車両Sによれば、走行時の走行風による水の撒き上がりを極力抑えることができ、車両Sの後方における見栄えを良くし、さらには、後続車への水の飛散を抑制することができる。
As described above, according to the fuel cell system 1 including the
Therefore, according to the vehicle S on which the fuel cell system 1 is mounted, it is possible to suppress ascending water by the traveling wind during traveling as much as possible, to improve the appearance of the rear of the vehicle S, and further to the subsequent vehicle. Water scattering can be suppressed.
1…燃料電池システム、20…燃料電池、100…排気管、101…内管、102…連結部、103…開口部、110…隙間、S…車両(燃料電池車)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 20 ... Fuel cell, 100 ... Exhaust pipe, 101 ... Inner pipe, 102 ... Connection part, 103 ... Opening part, 110 ... Gap, S ... Vehicle (fuel cell vehicle).
Claims (4)
前記排気管は、前記オフガスの外部への放出側端部に、当該排気管の内周との間に所定の隙間が形成されるように同心円状に配置された内管を有すると共に、放出端側における前記排気管の内周と前記内管の外周とが全周にわたって連結されてなり、
前記排気管の内周と前記内管の外周との連結部の使用時における重力方向上部には、開口部が形成されている燃料電池システム。 A fuel cell system comprising: a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between an oxidizing gas and a fuel gas; and an exhaust pipe that guides off-gas discharged from the fuel cell to the outside.
The exhaust pipe has an inner pipe arranged concentrically so that a predetermined gap is formed between the end of the off-gas to the outside discharge side and the inner periphery of the exhaust pipe, and the discharge end The inner circumference of the exhaust pipe on the side and the outer circumference of the inner pipe are connected over the entire circumference,
A fuel cell system in which an opening is formed at an upper portion in the direction of gravity when the connecting portion between the inner periphery of the exhaust pipe and the outer periphery of the inner tube is used.
前記排気管の放出側端部は、重力方向下方側に傾斜している燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
A fuel cell system in which a discharge side end of the exhaust pipe is inclined downward in the direction of gravity.
前記排気管は、車両後部にて後方へ向けて配置された前記オフガスの放出側端部に、当該排気管の内周との間に所定の隙間が形成されるように同心円状に配置された内管を有すると共に、放出端側における前記排気管の内周と前記内管の外周とが全周にわたって連結されてなり、
前記排気管の内周と前記内管の外周との連結部の重力方向上部には、開口部が形成されている燃料電池車。 A fuel cell system comprising: a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between an oxidizing gas and a fuel gas; and an exhaust pipe that guides off-gas discharged from the fuel cell to the outside. A fuel cell vehicle used as a part,
The exhaust pipe is disposed concentrically so that a predetermined gap is formed between the exhaust gas and the inner periphery of the off-gas discharge side end disposed rearward at the rear of the vehicle. And having an inner pipe, and the inner circumference of the exhaust pipe on the discharge end side and the outer circumference of the inner pipe are connected over the entire circumference,
A fuel cell vehicle in which an opening is formed at an upper portion in a gravity direction of a connecting portion between an inner circumference of the exhaust pipe and an outer circumference of the inner pipe.
前記排気管の放出側端部は、重力方向下方側に傾斜している燃料電池車。 The fuel cell vehicle according to claim 3, wherein
The discharge-side end of the exhaust pipe is a fuel cell vehicle that is inclined downward in the direction of gravity.
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JP2011016039A (en) * | 2009-07-07 | 2011-01-27 | Nissan Motor Co Ltd | Gas-liquid separator for vehicle |
JP2011146351A (en) * | 2010-01-18 | 2011-07-28 | Toyota Industries Corp | Fuel-cell system |
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2007
- 2007-12-10 JP JP2007318808A patent/JP2009140873A/en active Pending
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