JP2006331745A - Exhaust gas treatment device for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池から排出されるガスを希釈処理する排出ガス処理装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas processing apparatus for diluting a gas discharged from a fuel cell.
燃料電池車両等に搭載される燃料電池には、反応ガスを電気化学反応させて電力を得るものがある。この種の燃料電池として、固体高分子電解質膜の両側にアノードとカソードとを備え、アノードに燃料ガス(例えば水素ガス)を供給し、カソードに酸化剤ガス(例えば酸素を含む空気)を供給して、これら反応ガスの酸化還元反応にかかる化学エネルギを直接電気エネルギとして抽出するようにしたものがある。 Some fuel cells mounted on fuel cell vehicles or the like obtain electric power by electrochemical reaction of reaction gases. As this type of fuel cell, an anode and a cathode are provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, a fuel gas (eg, hydrogen gas) is supplied to the anode, and an oxidant gas (eg, air containing oxygen) is supplied to the cathode. In some cases, chemical energy related to the oxidation-reduction reaction of these reaction gases is directly extracted as electric energy.
この燃料電池では、発電に伴ってカソード側で水が生成され、この生成水の一部は固体高分子電解質膜を透過してアノード側にも浸入する。また、カソードに供給された空気中の窒素は微量ながら固体高分子電解質膜をアノード側に透過して水素ガスに混入する。アノード側におけるこれら水分や窒素等の不純物は、燃料電池の発電を不安定にする虞がある。 In this fuel cell, water is generated on the cathode side with power generation, and a part of this generated water permeates the solid polymer electrolyte membrane and enters the anode side. In addition, a small amount of nitrogen in the air supplied to the cathode permeates the solid polymer electrolyte membrane to the anode side and enters hydrogen gas. These impurities such as moisture and nitrogen on the anode side may make power generation of the fuel cell unstable.
特に、燃料の利用率を上げるために燃料電池から排出される未反応の水素(アノードオフガス)をリサイクルさせて新鮮な水素ガスと混合して再度燃料電池に供給する循環型の燃料電池システムでは、アノード側の前記不純物濃度が徐々に高まる傾向にある。
そこで、この種の燃料電池では、アノードオフガスが循環するアノードオフガス循環路から定期的に排出弁を開放して前記不純物を含むアノードオフガスを排出し、アノードオフガス中の不純物濃度を低減させている。
In particular, in a circulation type fuel cell system in which unreacted hydrogen (anode offgas) discharged from the fuel cell is recycled to mix with fresh hydrogen gas and supplied to the fuel cell again in order to increase the fuel utilization rate, The impurity concentration on the anode side tends to increase gradually.
Therefore, in this type of fuel cell, the anode offgas containing the impurities is discharged by periodically opening the discharge valve from the anode offgas circulation path through which the anode offgas circulates, thereby reducing the impurity concentration in the anode offgas.
このアノードオフガス循環路から排出されるアノードオフガスを外部(大気)に排出する際には、排出ガス処理装置によって、希釈ガス(例えば、カソードから排出されるカソードオフガスとしての空気)で前記アノードオフガスを希釈し、水素濃度を低減してから排出している。
特許文献1には従来の排出ガス処理装置の一例が開示されている。この排出ガス処理装置では、カソードオフガス流路(酸素オフガス排出流路)から分岐した分岐導入流路を希釈器に接続して、該分岐導入流路を介して希釈器内にカソードオフガスを導入している。
Patent Document 1 discloses an example of a conventional exhaust gas processing apparatus. In this exhaust gas processing apparatus, a branch introduction flow path branched from a cathode off gas flow path (oxygen off gas discharge flow path) is connected to a diluter, and the cathode off gas is introduced into the diluter through the branch introduction flow path. ing.
ところで、従来の技術においては、希釈器内に導入されたアノードガスがカソードオフガスの分岐導入流路から排出されることを防止する等のために、分岐導入流路に圧損部が設けられている。その結果、希釈器内にカソードオフガスを導入する際には大幅な圧力損失が発生してしまい、その結果、燃料電池にカソードガスを供給するコンプレッサに要求される負担が大幅に増大してしまい、燃料電池システムの効率を低下させてしまうという問題がある。
本発明は、希釈ガスを導入する際の圧力損失を低減して燃料電池システムの効率向上に寄与し得る燃料電池の排出ガス処理装置を提供することを目的とする。
By the way, in the prior art, in order to prevent the anode gas introduced into the diluter from being discharged from the branch introduction passage of the cathode off gas, a pressure loss portion is provided in the branch introduction passage. . As a result, a large pressure loss occurs when introducing the cathode off gas into the diluter, and as a result, the burden required for the compressor that supplies the cathode gas to the fuel cell is greatly increased. There is a problem of reducing the efficiency of the fuel cell system.
It is an object of the present invention to provide a fuel cell exhaust gas treatment device that can contribute to improving the efficiency of a fuel cell system by reducing pressure loss when introducing a diluent gas.
請求項1に係る発明は、燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスを希釈ガスと混合し排出する燃料電池の排出ガス処理装置において、希釈容器(例えば、実施の形態における希釈容器51)と、前記アノードオフガスを前記希釈容器内に導入するアノードオフガス導入路(例えば、実施の形態におけるアノードオフガス導入管52)と、前記希釈ガスが流通する希釈ガス路(例えば、実施の形態における希釈ガス管57)と、前記希釈ガス路に連通し、該希釈ガス路を流通する前記希釈ガスを前記希釈容器内に導入する希釈ガス導入部(例えば、実施の形態における希釈ガス放出孔58)と、を設け、前記希釈ガス導入部は、導入する希釈ガスの流通方向がその上流側の前記希釈ガス路を流れる希釈ガスの流通方向に一致するように形成され、前記希釈ガス路は、前記希釈ガス導入部の下流側で、前記希釈ガスの流通方向を変更するように形成されている(例えば、実施の形態における段差部57c)ことを特徴とする。
The invention according to claim 1 is directed to a fuel cell exhaust gas processing apparatus that mixes and discharges an anode off-gas exhausted from an anode of a fuel cell with a diluent gas. An anode off-gas introduction path (for example, anode off-
この発明によれば、希釈ガス路を流通する希釈ガスの少なくとも一部は、その流通方向に一致するように形成された前記希釈ガス導入部を、慣性により通過する。そして、前記希釈ガス導入部を通過する際に、流れる方向を変えずに、前記希釈容器内に導入される。従って、希釈容器内に導入される際に、希釈ガスが備えている運動エネルギーのロスが抑えられるので、この運動エネルギーを活かして、希釈容器内での拡散やアノードオフガスの混合を促進することができる。加えて、希釈ガス導入部から放出される希釈ガスの圧力を一定以上に確保できるため、希釈容器内に導入されたアノードオフガスが希釈ガス導入部に流入することを防止できる。従って、希釈容器内に希釈ガスを導入する際に、希釈ガス導入部に圧損部を形成する必要がなく、これにより、希釈ガスを流通させるために必要となる負荷を軽減することができるので、燃料電池システムの効率向上に寄与し得る。 According to this invention, at least a part of the dilution gas flowing through the dilution gas passage passes through the dilution gas introduction portion formed so as to coincide with the flow direction by inertia. And when passing through the dilution gas introduction part, it is introduced into the dilution container without changing the flowing direction. Therefore, when introduced into the dilution container, loss of kinetic energy provided in the dilution gas can be suppressed, and this kinetic energy can be utilized to promote diffusion in the dilution container and mixing of the anode off gas. it can. In addition, since the pressure of the dilution gas discharged from the dilution gas introduction part can be secured above a certain level, the anode off-gas introduced into the dilution container can be prevented from flowing into the dilution gas introduction part. Therefore, when introducing the dilution gas into the dilution container, there is no need to form a pressure loss portion in the dilution gas introduction portion, thereby reducing the load required to distribute the dilution gas, This can contribute to improving the efficiency of the fuel cell system.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のものであって、前記希釈ガス導入部は、前記希釈ガスの前記希釈容器への導入方向に対して垂直となるように前記希釈ガス路に形成された貫通孔であることを特徴とする。
この発明によれば、前記希釈ガス路に連通させた部材に穿設するだけで前記希釈ガス導入部を形成できるので、前記希釈ガス導入部の形成を簡便かつ低コストで行うことができる。加えて、前記貫通孔が前記希釈容器への導入方向に対して垂直に形成されるので、貫通孔を通過する希釈ガスのエネルギーのロスを最小限に抑えることができ、この希釈ガスを流通させるために必要となる負荷をさらに軽減することができる。
The invention according to
According to the present invention, the dilution gas introduction part can be formed simply by drilling the member communicated with the dilution gas path, so that the dilution gas introduction part can be formed easily and at low cost. In addition, since the through hole is formed perpendicular to the direction of introduction into the dilution container, energy loss of the dilution gas passing through the through hole can be minimized, and the dilution gas can be circulated. Therefore, the load required for this can be further reduced.
請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に記載のものであって、前記希釈ガス路には、前記希釈ガスを送出するコンプレッサが備えられていることを特徴とする。
この発明によれば、前記希釈容器に希釈ガスを導入するためにコンプレッサに要求される負荷を抑えることができるので、コンプレッサの小型化を図ることができ、その分レイアウトの自由度を高めることができる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the first or second aspect of the present invention, wherein the dilution gas path is provided with a compressor for sending the dilution gas.
According to the present invention, since the load required for the compressor to introduce the dilution gas into the dilution container can be suppressed, the size of the compressor can be reduced, and the degree of layout can be increased accordingly. it can.
請求項1に係る発明によれば、希釈ガスを導入する際の圧力損失を低減することができ、燃料電池システムの効率向上に寄与し得る。
請求項2に係る発明によれば、希釈ガス導入部の形成を簡便かつ低コストで行うことができ、希釈ガスを流通させるために必要となる負荷をさらに軽減することができる。
請求項3に係る発明によれば、コンプレッサの小型化を図ることができ、その分レイアウトの自由度を高めることができる。
According to the first aspect of the invention, the pressure loss when introducing the dilution gas can be reduced, which can contribute to improving the efficiency of the fuel cell system.
According to the invention which concerns on
According to the invention which concerns on
以下、この発明に係る燃料電池の排出ガス処理装置の実施例を図1から図3の図面を参照して説明する
図1は、この発明に係る排出ガス処理装置を備えた燃料電池システムの概略構成図であり、この実施例では燃料電池車両に搭載されている。
燃料電池1は、反応ガスを電気化学反応させて電力を得るタイプのもので、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜2をアノード3とカソード4とで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されており(図1では単セルのみを示す)、アノード3に燃料ガスとして水素ガス(反応ガス)を供給し、カソード4に酸化剤ガスとして酸素(反応ガス)を含む空気を供給すると、アノード3で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜2を通過してカソード4まで移動して、カソード4で酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。カソード側で生じた生成水の一部は固体高分子電解質膜2を透過してアノード側に逆拡散するため、アノード側にも生成水が存在する。
Hereinafter, an embodiment of an exhaust gas treatment apparatus for a fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell system provided with the exhaust gas treatment apparatus according to the present invention. It is a block diagram and is mounted on a fuel cell vehicle in this embodiment.
The fuel cell 1 is of a type in which a reaction gas is electrochemically reacted to obtain electric power. For example, the fuel cell 1 is formed by sandwiching a solid
空気はスーパーチャージャー(S/C)などのコンプレッサ7により所定圧力に加圧され、空気供給路8を通って燃料電池1のカソード4に供給される。燃料電池1に供給された空気は発電に供された後、燃料電池1からカソード側の生成水と共に空気排出路9に排出され、圧力制御弁10を介して排出ガス処理装置50に導入される。以下、燃料電池1に供給される空気を供給空気、燃料電池1から排出される空気を排出空気(希釈ガス)として区別する。
Air is pressurized to a predetermined pressure by a compressor 7 such as a supercharger (S / C), and supplied to the cathode 4 of the fuel cell 1 through an air supply path 8. After the air supplied to the fuel cell 1 is used for power generation, it is discharged from the fuel cell 1 together with the produced water on the cathode side into the
一方、水素タンク15から供給される水素ガスは水素ガス供給路17を流通し、その途中でレギュレータ16によって所定圧力に減圧され、流量制御弁23により所定流量に制御され、エゼクタ19を通って燃料電池1のアノード3に供給される。そして、消費されなかった未反応の水素ガスは、燃料電池1からアノードオフガスとして排出され、アノードオフガス路18を通ってエゼクタ19に吸引され、水素タンク15から供給される新鮮な水素ガスと合流し再び燃料電池1のアノード3に供給される。すなわち、燃料電池1から排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス路18、およびエゼクタ19よりも下流の水素ガス供給路17を通って、燃料電池1を循環する。なお、この実施例において、エゼクタ19よりも下流の水素ガス供給路17とアノードオフガス路18は燃料ガス循環路20を構成する。
On the other hand, the hydrogen gas supplied from the
アノードオフガス路18からは、排出弁21を備えたアノードオフガス排出路22が分岐しており、アノードオフガス排出路22は排出ガス処理装置50に接続されている。この排出ガス処理装置50において、アノードオフガス排出路22から排出されたアノードオフガスは、空気排出路9から排出された排出空気によって希釈され、混合ガス排出路30を介して排出部へ排出される。
An anode
燃料電池1の発電で得られた電力は車両駆動用モータ(図示略)などの負荷に供給される。
また、コンプレッサ7の回転数、圧力制御弁10および流量制御弁23の開度、排出弁21の開閉は、電子制御ユニット(以下、ECUと略す)40により制御される。
The electric power obtained by the power generation of the fuel cell 1 is supplied to a load such as a vehicle driving motor (not shown).
The rotational speed of the compressor 7, the opening degree of the
このように構成された燃料電池システムにおいては、連続運転をしていると、前述したように燃料ガス循環路20を流通する水素ガス中の不純物(水分や窒素など)の濃度が高まってきて燃料電池1の発電が不安定になる場合がある。
そのため、この燃料電池システムでは、ECU40により、燃料電池システムが一定時間連続運転したと判断されたとき、あるいは、燃料電池1の発電の安定性が低下したと判断されたときに、不純物排出要求ありと判断して排出弁21を開き、不純物を含むアノードオフガスをアノードオフガス路18からアノードオフガス排出路22を介して排出ガス処理装置50に排出し、燃料電池1のアノード3を流通する水素ガス中の不純物濃度を所定値以下となるように管理して、燃料電池1の発電を安定した状態に保持する。
In the fuel cell system configured as described above, when continuously operating, the concentration of impurities (water, nitrogen, etc.) in the hydrogen gas flowing through the fuel
Therefore, in this fuel cell system, when the
次に、排出ガス処理装置50の構成を図2から図3の図面を参照して詳述する。
排出ガス処理装置50は、密閉筒状の希釈容器51を備えている。希釈容器51は、その軸心を略水平方向に沿わせた姿勢で車両に設置されており、軸心方向の全長に亘って、軸心方向に直交する断面形状が同一の楕円形をなし、その楕円の長軸が鉛直方向に配されている。
換言すると、希釈容器51は、その軸心を略水平姿勢に設置されていて、軸心方向に対し直交する断面形状は、その閉断面の全周に亘って外側に凸曲状をなす曲線で構成されている。
Next, the configuration of the exhaust
The exhaust
In other words, the
希釈容器51の軸心方向一端側の端板51aには、軸心を希釈容器51の軸心よりも若干下方において水平姿勢に配置されたアノードオフガス導入管(アノードオフガス導入路)52が貫通固定されている。このアノードオフガス導入管52の基端にアノードオフガス排出路22が接続されており、排出弁21が開いたときにアノードオフガスがアノードオフガス導入管52から希釈容器51内に導入される。
An anode off-gas introduction pipe (anode off-gas introduction path) 52, which is disposed in a horizontal position slightly below the axis of the
また、希釈容器51の内部には、アノードオフガス導入管52の先端よりも前方であって希釈容器51の軸心方向略中央に、仕切板53が略鉛直姿勢に固定されている。仕切板53は楕円の上部を切り欠いた形状をなし、その切欠部53aを除いて希釈容器51の内面に密接して固定されている。希釈容器51内は仕切板53によって、アノードオフガス導入管52および後述する希釈ガス放出孔58に連通する上流室54と、後述する混合ガス排出孔61に連通する下流室55に区画され、切欠部53aよりも上側は上流室54と下流室55とを連通する連通ガス路56となる。
仕切板53の切欠部53aは希釈容器51の軸心よりも十分上方に位置しており、アノードオフガス導入管52の軸心延長上にも仕切板53が存在する。したがって、図3に示すように、アノードオフガス導入管52から放出されるアノードオフガスの多くは仕切板53に向かって放出されることとなる。
Further, inside the
The
さらに、希釈容器51には、軸心方向一端側の端板51aから他端側の端板51bに貫通する希釈ガス管(希釈ガス路)57が、配設されている。希釈ガス管57の上流側端部57aは、アノードオフガス導入管52よりも下方の所定位置に沿って固定され、希釈ガス管57の下流側端部57bは、希釈容器51の内面の最下部(内底部)に沿って固定されている。この実施例において、上流側端部57aの固定位置は、希釈容器51の内面の最下部(内底部)から希釈ガス管57の直径分上方に設定されている。そして、上流側端部57aは、希釈容器51内における端板51a近傍位置で、希釈容器51の内面の最下部(内底部)に流路を変更する段差部57cが形成されている。希釈ガス管57は、段差部57c下流側で、仕切板53をも貫通している。希釈ガス管57は、その上流側端部57aに空気排出路9が接続され、下流側端部57bに混合ガス排出路30が接続されており、燃料電池1のカソードから空気排出路9に排出された排出空気は、希釈ガス管57を通り、混合ガス排出路30を通って排出部に排出される。
Furthermore, the
希釈ガス管57の段差部57cには、希釈ガス放出孔58が設けられている。この希釈ガス放出孔58より、希釈ガス管57を流通する排出空気(カソードオフガス)の一部を上流室54に放出する。希釈ガス放出孔58は、希釈容器51の軸心方向から視て上流側端部57aと同一位置に、軸心方向に対して直交するように、形成されている。これにより、希釈容器51に導入する排出空気の流通方向が上流側端部57aを流れる排出空気の流通方向に一致する。
A dilution
さらに、希釈ガス管57において、段差部57cよりも下流側には、上流室54と下流室55のそれぞれに収容されている部分に、排液孔60が設けられている。上流室54あるいは下流室55の内底部に溜まった液体は、これら排液孔60を介して希釈ガス管57内に吸い込まれる。
Further, in the
また、希釈ガス管57において下流室55内に収容されている部分には、排液孔60よりも下流側であって端板51bの近傍に、混合ガス排出孔61が設けられている。混合ガス排出孔61は希釈ガス管57の頂部に開口しており、この混合ガス排出孔61を介して下流室55内のガスが希釈ガス管57内に排出される。
Further, a portion of the
次に、この排出ガス処理装置50の作用を説明する。
この排出ガス処理装置では、コンプレッサ7から燃料電池1のカソード4に空気を供給している間は常時、燃料電池1のカソード4から排出される排出空気が、空気排出路9および圧力制御弁10を介して排出ガス処理装置50の希釈ガス管57に導入され、該希釈ガス管57を混合ガス排出路30に向かって流通している。
Next, the operation of the exhaust
In this exhaust gas processing device, exhaust air discharged from the cathode 4 of the fuel cell 1 is always supplied from the compressor 7 to the cathode 4 of the fuel cell 1. Is introduced into the
このとき、希釈ガス管57の上流側端部57aを流通する排出空気の少なくとも一部は、その流通方向に一致するように形成された希釈ガス放出孔58を、慣性により通過する。そして、前記希釈ガス放出孔58を通過する際に、流れる方向を変えずに、前記希釈容器51の上流室54内に導入される。従って、希釈容器51内に導入される際に、排出空気が備えている運動エネルギーのロスが抑えられる。
At this time, at least a part of the exhaust air flowing through the
一方、アノードオフガスは、前述したように、ECU40が不純物排出要求ありと判断したときに排出弁21が開いて、アノードオフガス路18から排出され、アノードオフガス排出路22を介して排出ガス処理装置50のアノードオフガス導入管52に導入されて、アノードオフガス導入管52の先端部から上流室54内に放出される。
On the other hand, as described above, the anode off-gas is discharged from the anode off-
したがって、アノードオフガス導入管52から上流室54にアノードオフガスが放出されていないとき(すなわち、排出弁21が閉じているとき)には、希釈容器51内の圧力は殆ど上昇しないが、排出弁21が開いてアノードオフガス導入管52から上流室54にアノードオフガスが放出されたときには急激に希釈容器51の内圧が高まる。すなわち、アノードオフガスの排出周期に合わせて、希釈容器51内の圧力変化がある。
Therefore, when the anode off gas is not discharged from the anode off
この実施例における希釈容器51は、軸心方向に対し直交する断面形状が、その閉断面の全周に亘って外側に凸曲状をなす曲線(楕円)で構成されているので、希釈容器51は内圧に対しても、希釈容器の呼吸による変形(繰り返し応力)に対しても、極めて機械的強度(耐圧強度)が高く、特別な補強構造なしで十分に耐えることができる。そして、特別な補強構造が必要ないので、排出ガス処理装置50の製造も容易になる。
In the
アノードオフガス導入管52から放出されたアノードオフガスは、図3に示すように、仕切板53に衝突して流れの向きを変え、且つ、仕切板53に衝突することによって流速を低下させ、適度な流速で上流室54内のほぼ全体に広がっていく。これにより、上流室54内においてアノードオフガスは排出空気と一部混合される。この排出空気は、上述したように、上流室54内に導入される際に、排出空気が備えている運動エネルギーのロスが抑えられるので、この運動エネルギーを活かして、上流室54内での拡散やアノードオフガスの混合を促進することができる。加えて、希釈ガス放出孔58から放出される排出空気の圧力を一定以上に確保できるため、希釈容器51内に導入されたアノードオフガスが希釈ガス放出孔58に流入することを防止できる。なお、希釈ガス放出孔58から放出されなかった他の排出空気は、段差部57cを介して、希釈ガス管57を希釈容器51の内面の最下部(内底部)に沿って流れ、下流側端部57bに向かうこととなる。
As shown in FIG. 3, the anode off-gas released from the anode off-
このように、アノードオフガスは、排出空気と混合されながら、連通ガス路56を通って下流室55へ流入し、混合ガス排出孔61へ向かって流れていく。この間にも上流室54から流入する混合ガスと下流室55内のガスとの混合がさらに行われる。そして、下流室55のガスは混合ガス排出孔61から希釈ガス管57に排出され、希釈ガス管57を流通する排出空気と混合され、さらに希釈されて排出される。
As described above, the anode off-gas flows into the
この実施例では、仕切板53を設けたことにより希釈容器51内でのガスの移動距離を長くすることができる。さらに、希釈ガス放出孔58を希釈容器51における軸心方向の一端部近傍に配置し、混合ガス排出孔61を希釈容器51における軸心方向の他端部近傍に配置したことによっても、希釈容器51内でのガスの移動距離を長くすることができる。その結果、希釈容器51内でのガスの滞留時間を稼ぐことができ、希釈に必要な時間を確保することができるので、アノードオフガスを確実に希釈することができる。
In this embodiment, by providing the
また、前述したように希釈容器51に導入されるアノードオフガス中には、液体あるいは気体(蒸気)の状態で水分が含まれている。
さらに、この実施例では、アノードオフガス導入管52からアノードオフガスを仕切板53に向かって放出しているので、アノードオフガスに含まれる液体は、仕切板53に衝突して付着し、鉛直姿勢の仕切板53を伝わって落下していく。また、アノードオフガス中の蒸気も仕切板53に衝突することで凝縮を促進され、この凝縮液も鉛直姿勢の仕切板53を伝わって落下していく。つまり、仕切板53はアノードオフガス中の水分を捕捉し、希釈容器51の下方に集合させ易くする。
Further, as described above, the anode off-gas introduced into the
Further, in this embodiment, since the anode off gas is discharged from the anode off
また、アノードオフガス中の水分(液体および蒸気)は、希釈容器51の内面においても捕捉される。希釈容器51の内面に付着した液体、および、希釈容器51の内面において凝縮した凝縮液は、希釈容器51の内面を伝わって落下していく。
この実施例では、希釈容器51の軸心が略水平姿勢に設置され、軸心方向に対し直交する断面の形状がその閉断面の全周に亘って外側に凸曲状をなしているので、希釈容器51内の鉛直方向最下部(すなわち、希釈容器51の内底部)に液体を確実に集めることができ、その他の部位に液溜まりが生じることがない。
特にこの実施例では、希釈容器51の前記断面形状が楕円形であり、該楕円の長軸が鉛直方向に配されているので、希釈容器51の内面を伝わって流れ落ちる液体の流速を速めることができ、その結果、液体を迅速に希釈容器51の最下部(すなわち、内底部)に集めることができる。
Further, moisture (liquid and vapor) in the anode off-gas is also captured on the inner surface of the
In this embodiment, the axial center of the
In particular, in this embodiment, the cross-sectional shape of the
このようにして希釈容器51の内底部に集められた液体は、排液孔60から希釈ガス管57内に吸引され、混合ガスとともに混合ガス排出路30に排出される。
この実施例では、排液孔60が希釈ガス管57の下半部であって希釈容器の内底部に接近した位置に設けられているので、希釈容器51の底部に溜まった液体を排出し易くでき、排出されずに希釈容器51内に残留する液体を減らすことができるため、排液性能が向上する。
The liquid collected in the inner bottom portion of the
In this embodiment, since the
また、この実施例においては、希釈ガス放出孔58、混合ガス排出孔61、排液孔60がいずれも希釈ガス管57に直接設けられているので、排出ガス処理装置の構造が簡単になる。
そして、この実施例においては、希釈ガスである排出空気を圧損部を形成することなく希釈容器51内に導入することで、排出空気を流通させるために必要となる負荷を軽減することができる。従って、前記希釈容器51に排出空気を導入するためにコンプレッサ7に要求される負荷を抑えることができるので、燃料電池システムの効率向上に寄与することができる。
Further, in this embodiment, since the dilution
And in this Example, the load required in order to distribute | circulate exhaust air can be reduced by introduce | transducing the exhaust air which is dilution gas into the
加えて、希釈ガス管57に希釈ガス放出孔58を穿設するだけで希釈容器51内に排出空気を導入できるので、簡便かつ低コストで排出空気の導入を行うことができる。加えて、希釈ガス放出孔58が前記希釈容器51への導入方向に対して垂直に形成されるので、希釈ガス放出孔58を通過する排出空気のエネルギーのロスを最小限に抑えることができ、この排出空気を流通させるために必要となる負荷をさらに軽減することができる。
さらに、コンプレッサ7に要求される負荷を抑えることでコンプレッサ7の小型化を図ることができるので、レイアウトの自由度を高めることができる。
In addition, since the exhaust air can be introduced into the
Furthermore, since the size of the compressor 7 can be reduced by suppressing the load required for the compressor 7, the degree of freedom in layout can be increased.
〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。以下、図4、図5を用いて本発明の変形例を説明する。なお、上述した実施例と同様の構成については、同一の番号を付して、その説明を適宜省略する。
図4はこの発明の排出ガス処理装置の変形実施例を示す、図3に相当する断面図である。同図に示すように、段差部57c’を構成する端面が上向きになるように希釈容器51の軸心に対して所定角度傾斜してなるとともに、この端面に希釈ガス放出孔58’を形成している。従って、希釈ガス放出孔58’から放出される排出空気は、その多くが希釈ガス放出孔58’の中心線に沿って上向きに傾斜して放出されることになるが、このようにしても、希釈ガス放出孔58’から放出される排出ガスの運動エネルギーのロスを低減できるので、圧損部の形成が不要となり、上述の実施例と同様の作用効果を奏することができる。ここで、所定角度としては、45度以上に設定することが好ましい。
[Other Examples]
The present invention is not limited to the embodiment described above. Hereinafter, modified examples of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. In addition, about the structure similar to the Example mentioned above, the same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted suitably.
FIG. 4 is a sectional view corresponding to FIG. 3, showing a modified embodiment of the exhaust gas treatment apparatus of the present invention. As shown in the figure, it is inclined at a predetermined angle with respect to the axis of the
なお、仕切板53において、アノードオフガス導入管52の軸心の延長線と、希釈ガス放出孔58’の軸心の延長線とが、略一致するように、段差部53における前記端面の傾斜角度を設定すると、希釈ガスとアノードオフガスとの混合を促進できる点で好ましい。
In the
図5はこの発明の排出ガス処理装置の他の変形実施例を示す、概略平面図である。同図に示したように、上流側端部57aは、希釈容器51の内面の最下部(内底部)に配設されている。そして、上流側端部57aは、希釈容器51の両側面を迂回する迂回路57c’’、57c’’に希釈容器51の端板51aの手前で接続されている。一方、希釈容器51の端板51aには、上流側端部57aに対向する部位に希釈ガス放出孔58’’が形成されている。
そして、下流側端部57bは、希釈容器51の両側面を迂回する迂回路57c’’、57c’’に希釈容器51の端板51bの手前で接続されている。一方、希釈容器51の端板51bには、下流側端部57bに対向する部位に混合ガス排出孔61’’が形成されている。なお、同図において、アノードオフガス導入管52等の図示を省略している。
FIG. 5 is a schematic plan view showing another modified embodiment of the exhaust gas processing apparatus of the present invention. As shown in the figure, the
The
このように構成すると、希釈ガス放出孔58’’から放出される排出空気は、流れる方向を上流側端部57aと変えずに、前記希釈容器51の上流室54内に導入される。従って、希釈容器51内に導入される際に、排出空気が備えている運動エネルギーのロスが抑えられ、上述の実施例と同様の作用効果を奏することができる。
With this configuration, the exhaust air discharged from the dilution
また、上述の変形例以外にも様々な態様が可能であり、例えば、前述した実施例では、希釈容器の断面を楕円形にしているが、円形にすることも可能である。
また、希釈ガス放出孔、混合ガス排出孔、排液孔を希釈ガス路に直接設けず、希釈ガス路から分岐した分岐管にこれらの孔を設けることも可能である。
前述した実施例では、希釈ガスとして燃料電池のカソードから排出される排出空気(カソードオフガス)を用いたが、希釈ガスはこれに限られるものではない。
また、本実施例においては、仕切板は1枚のみであったが、これを複数枚にし、たとえば互い違いに配置してもよい。この場合、複数の仕切板のうち一部の仕切板が上流室、下流室を形成し、上流室と下流室を連通する箇所が連通ガス路となる。
また、本実施例においては、仕切板は切欠部を除いて希釈容器内面に密接して固定しているが、仕切板の最下部にスリットを設けてもよい。このようにすることで、希釈容器内部の液体が仕切板を通って移動をすることができるため、たとえば排水孔が上流室、下流室のいずれかのみにしか設置されなかった場合においても排水孔が設置しなかった箇所の排水を行えるため好ましい。
また、連通ガス路を前述した実施例においては切り欠き部であるが、配管によって形成してもよい。
また、前述した実施例では、希釈容器の内部に仕切板を設けたが、仕切板がなくてもこの発明は成立する。
In addition to the above-described modifications, various modes are possible. For example, in the above-described embodiment, the dilution container has an elliptical cross section, but may be circular.
It is also possible to provide these holes in a branch pipe branched from the dilution gas path without providing the dilution gas discharge hole, the mixed gas discharge hole and the drainage hole directly in the dilution gas path.
In the embodiment described above, exhaust air (cathode off-gas) discharged from the cathode of the fuel cell is used as the dilution gas, but the dilution gas is not limited to this.
In the present embodiment, only one partition plate is provided, but a plurality of partition plates may be provided, for example, alternately arranged. In this case, some of the plurality of partition plates form an upstream chamber and a downstream chamber, and a location where the upstream chamber and the downstream chamber communicate with each other is a communication gas path.
In this embodiment, the partition plate is fixed in close contact with the inner surface of the dilution container except for the notch, but a slit may be provided at the lowermost portion of the partition plate. In this way, since the liquid inside the dilution container can move through the partition plate, for example, even when the drainage hole is installed only in either the upstream chamber or the downstream chamber, the drainage hole However, it is preferable because drainage can be performed at a location that is not installed.
In addition, the communication gas path is a notch in the above-described embodiment, but may be formed by piping.
In the above-described embodiment, the partition plate is provided inside the dilution container. However, the present invention can be realized without the partition plate.
1…燃料電池
3…アノード
50…排出ガス処理装置
51…希釈容器
52…アノードオフガス導入管(アノードオフガス導入路)
57…希釈ガス管(希釈ガス路)
57c…段差部
58…希釈ガス放出孔(希釈ガス導入部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
57 ... Dilution gas pipe (dilution gas passage)
57c ... Step
Claims (3)
希釈容器と、
前記アノードオフガスを前記希釈容器内に導入するアノードオフガス導入路と、
前記希釈ガスが流通する希釈ガス路と、
前記希釈ガス路に連通し、該希釈ガス路を流通する前記希釈ガスを前記希釈容器内に導入する希釈ガス導入部と、を設け、
前記希釈ガス導入部は、導入する希釈ガスの流通方向がその上流側の前記希釈ガス路を流れる希釈ガスの流通方向に一致するように形成され、
前記希釈ガス路は、前記希釈ガス導入部の下流側で、前記希釈ガスの流通方向を変更するように形成されていることを特徴とする燃料電池の排出ガス処理装置。 In an exhaust gas treatment apparatus for a fuel cell that mixes and discharges an anode off-gas discharged from the anode of the fuel cell with a diluent gas,
A dilution container;
An anode offgas introduction path for introducing the anode offgas into the dilution container;
A dilution gas passage through which the dilution gas flows;
A dilution gas introduction part that communicates with the dilution gas path and introduces the dilution gas flowing through the dilution gas path into the dilution container; and
The dilution gas introduction part is formed so that the flow direction of the dilution gas to be introduced coincides with the flow direction of the dilution gas flowing through the dilution gas path on the upstream side thereof,
The exhaust gas processing apparatus for a fuel cell, wherein the dilution gas path is formed to change a flow direction of the dilution gas downstream of the dilution gas introduction portion.
前記希釈ガスの前記希釈容器への導入方向に対して垂直となるように前記希釈ガス路に形成された貫通孔であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の排出ガス処理装置。 The dilution gas introduction part is
2. The exhaust gas processing apparatus for a fuel cell according to claim 1, wherein the exhaust gas processing apparatus is a through-hole formed in the dilution gas passage so as to be perpendicular to a direction in which the dilution gas is introduced into the dilution container.
3. The exhaust gas processing apparatus for a fuel cell according to claim 1, wherein the dilution gas passage is provided with a compressor that delivers the dilution gas. 4.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005151370A JP2006331745A (en) | 2005-05-24 | 2005-05-24 | Exhaust gas treatment device for fuel cell |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007035406A (en) * | 2005-07-26 | 2007-02-08 | Toyota Motor Corp | Gas diluter |
JP2021128877A (en) * | 2020-02-14 | 2021-09-02 | スズキ株式会社 | Dilution device for fuel cell system |
-
2005
- 2005-05-24 JP JP2005151370A patent/JP2006331745A/en not_active Withdrawn
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