JP2001313061A - Fuel cell device - Google Patents

Fuel cell device

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JP2001313061A
JP2001313061A JP2000128418A JP2000128418A JP2001313061A JP 2001313061 A JP2001313061 A JP 2001313061A JP 2000128418 A JP2000128418 A JP 2000128418A JP 2000128418 A JP2000128418 A JP 2000128418A JP 2001313061 A JP2001313061 A JP 2001313061A
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Japan
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fuel cell
air
water
flow
inlet opening
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JP2000128418A
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Japanese (ja)
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Munehisa Horiguchi
宗久 堀口
Yasuhiro Shimizu
靖博 清水
Ryoichi Okimoto
亮一 沖本
Masanori Okada
真規 岡田
Nobuhiko Hirai
信彦 平井
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Equos Research Co Ltd
Original Assignee
Equos Research Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent entrance of water which cools a cell of a fuel cell in a draft air duct, and to spread air and water uniformly all over in a cell stack with a draft air duct structure of little pressure loss. SOLUTION: A fuel cell has a case which surrounds an entrance way which supplies air to the fuel battery cell, and the case is equipped with an entrance opening 33a of a supplied air, an outlet opening 33b of the supplied air which leads to a cell stack 10, and a nozzle 42 that injects water into the supplied air which flows in the inside of the case. While a bias of the flow of supplied air is protected by preparing a diversion wall 30a from the entrance opening 33a to an upstream entrance way, an entrance prevention means 33c which prevents entrance of the water injected by entrance opening from the nozzle into entrance opening is prepared. Moreover, air and water are uniformly spread all over the cell stack by making a shape of a flow pass of the entrance opening in the case to be a wedge like shape as a distance goes far away from the opening.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池装置に関
し、特に空気極側を水冷する形式を採る燃料電池におけ
る空気供給系に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell device, and more particularly to an air supply system in a fuel cell that employs a water-cooled air electrode.

【０００２】[0002]

【従来の技術】燃料電池の一形式として、高分子固体電
解質膜を用いるものがある。こうした形式の燃料電池で
は、燃料極と空気極との間に高分子固体電解質膜が挟持
され、空気極と電解質膜との間に触媒を含む反応層が介
在される。燃料電池では、燃料極側に燃料ガス、空気極
側に空気で代表される酸化ガスをそれぞれ供給すること
で、燃料極側で得られる水素イオンが水分を含んだ電解
質膜中を空気極側に移動し、燃料極側で得られた電子が
外部負荷を経て空気極側に移動して、酸化ガス中の酸素
と反応して水を生成する電気化学反応の進行で、外部負
荷に対する起電力が得られる。2. Description of the Related Art As one type of fuel cell, there is a type using a polymer solid electrolyte membrane. In such a type of fuel cell, a polymer solid electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an air electrode, and a reaction layer containing a catalyst is interposed between the air electrode and the electrolyte membrane. In a fuel cell, by supplying a fuel gas to the fuel electrode side and an oxidizing gas typified by air to the air electrode side, hydrogen ions obtained at the fuel electrode side move water-containing electrolyte membrane into the air electrode side. Electrons obtained on the fuel electrode side move to the air electrode side via an external load, and react with oxygen in the oxidizing gas to generate water. can get.

【０００３】こうした反応に際して、空気極側に発生す
る熱が水分を蒸発させて水素イオンの移動を鈍らせるた
め、空気極側を効率良く冷却することが燃料電池の発電
能力を高めるのに重要であるところから、出願人は、特
願平１０−３７８１６１号において、空気極側に水を液
状のまま供給する技術を提案している。この技術では、
電解質膜を空気極と燃料極とで挟持した構成のセルを複
数重ねたスタックとし、このセルスタックに送風ファン
から送られる空気に水を混合させて供給する構成が採ら
れている。[0003] In such a reaction, heat generated on the air electrode side evaporates water and slows down the movement of hydrogen ions. Therefore, it is important to efficiently cool the air electrode side to increase the power generation capacity of the fuel cell. From a certain point, the applicant has proposed in Japanese Patent Application No. 10-378161 a technique of supplying water to the air electrode side in a liquid state. With this technology,
A configuration is adopted in which a plurality of cells having a configuration in which an electrolyte membrane is sandwiched between an air electrode and a fuel electrode are stacked, and water is mixed with air sent from a blowing fan and supplied to the cell stack.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、燃料電
池の高出力には、効率よく空気と水を供給することが必
要であり、そのために水供給を指向性のあるノズルから
噴射する構成を採ると、それによって水の送風ファンへ
の進入が懸念される。また、スタック状とされた燃料電
池セルには、それら１つ１つに均等な量の空気と水を行
き渡らせねばならない。As described above, the high output of the fuel cell requires the efficient supply of air and water, and for this purpose, the water supply is injected from a directional nozzle. Therefore, there is a concern that water may enter the blower fan. In addition, a uniform amount of air and water must be distributed to each of the stacked fuel cells.

【０００５】そこで本発明は、上記の問題点を解決する
ために水の送風路への侵入を防止することを第１の目的
とする。次に本発明は、空気と水をまんべんなくセルス
タックに行き渡らせ、かつ圧力損失の少ない構造の供給
手段を提供することを第２の目的とする。Accordingly, it is a first object of the present invention to prevent water from entering a ventilation path in order to solve the above problems. Next, a second object of the present invention is to provide a supply means having a structure in which air and water are evenly distributed to the cell stack and the pressure loss is small.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、燃料電池セルに空気を供給する導入路を
備える燃料電池装置において、供給空気の入口開口と、
燃料電池セルに通じる供給空気の出口開口とを有する筐
体と、該筐体に配置され、筐体内を流れる供給空気に水
を噴射するノズルと、前記入口開口に設けられ、前記ノ
ズルから噴射される水の入口開口内への侵入を阻止する
侵入防止手段とを備えることを構成とする。In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell device having an introduction passage for supplying air to a fuel cell, comprising: an inlet opening for supply air;
A housing having an outlet opening for supply air leading to the fuel cell, a nozzle arranged in the housing, for injecting water into supply air flowing through the housing, and a nozzle provided at the inlet opening and being injected from the nozzle And intrusion prevention means for preventing intrusion of the water into the inlet opening.

【０００７】上記構成において、前記侵入防止手段は、
供給空気の流れ方向に沿う壁で構成するのが、圧力損失
の少ない構造とするのに有効である。In the above configuration, the intrusion prevention means includes:
It is effective to form a structure with a small pressure loss by using a wall extending in the flow direction of the supply air.

【０００８】上記構成において、前記壁は、入口開口を
上下方向に縦断する縦壁とするのが有効である。In the above structure, it is effective that the wall is a vertical wall which vertically crosses an entrance opening.

【０００９】上記構成において、前記壁は、互いに並行
に複数個配設された構成を採るのが有効である。In the above configuration, it is effective to adopt a configuration in which a plurality of the walls are arranged in parallel with each other.

【００１０】上記構成において、前記侵入防止手段は、
供給空気の流れを横断する方向に延びる横壁で構成する
こともできる。In the above configuration, the intrusion prevention means includes:
It can also be constituted by a transverse wall extending in a direction transverse to the flow of the supply air.

【００１１】次に本発明は、燃料電池セルに空気を供給
する導入路を備える燃料電池装置において、供給空気の
入口開口と、燃料電池セルに通じる供給空気の出口開口
とを有する筐体と、該筐体の入口開口より上流側の導入
路に配置され、供給空気の流れを複数の分離した流れに
配流して筐体内に導く分流壁とを備えることを構成とす
る。Next, the present invention provides a fuel cell device having an introduction passage for supplying air to a fuel cell, a housing having an inlet opening for supply air and an outlet opening for supply air leading to the fuel cell. And a distribution wall disposed in the introduction path upstream of the inlet opening of the housing, distributing the flow of supply air into a plurality of separated flows, and guiding the flow into the housing.

【００１２】上記いずれかの構成において、前記筐体
は、入口開口から遠ざかるにしたがって狭まる楔状に流
路を画定する構成を採るのが、燃料電池の各セルに均等
に空気と水を供給するのに有効である。[0012] In any one of the above structures, the casing adopts a configuration in which the flow path is defined in a wedge shape that narrows as the distance from the inlet opening increases, so that air and water are uniformly supplied to each cell of the fuel cell. It is effective for

【００１３】[0013]

【発明の作用及び効果】前記請求項１記載の構成では、
入口開口に設けられ侵入防止手段が、ノズルから噴射さ
れる水の入口開口内への侵入を阻止するため、導入路上
流側への逆流が阻止され、導入路側のファン等の機器へ
の悪影響をなくすことができる。また、水の供給ロスを
なくすこともできる。According to the structure of the first aspect,
Since the intrusion prevention means provided at the inlet opening prevents the water jetted from the nozzle from entering the inlet opening, the backflow to the upstream side of the introduction path is prevented, which adversely affects equipment such as fans on the introduction path side. Can be eliminated. In addition, water supply loss can be eliminated.

【００１４】そして、請求項２に記載の構成とすると、
侵入防止手段を設けることによる流路抵抗を最小限に抑
えることができるため、導入路の圧損を低減して、効率
良く燃料電池セルに空気を供給することができる。[0014] According to a second aspect of the present invention,
Since the flow path resistance due to the provision of the intrusion prevention means can be minimized, the pressure loss in the introduction path can be reduced and air can be efficiently supplied to the fuel cell.

【００１５】更に、請求項３に記載の構成とすると、侵
入防止手段に付着した水を迅速に流下させることができ
るため、侵入防止手段への水の滞留を防ぐことができ
る。Further, according to the structure of the third aspect, since the water adhering to the intrusion prevention means can flow down quickly, it is possible to prevent water from staying in the intrusion prevention means.

【００１６】更に、請求項４に記載の構成とすると、よ
り確実に水の入口開口内への侵入を阻止することができ
る。また、侵入防止手段を導入路の空気の流れの偏りを
防ぐ分流手段として機能させることができるため、燃料
電池の各セルへの空気の供給を均等化することができ
る。Further, with the configuration described in claim 4, it is possible to more reliably prevent water from entering the inlet opening. Further, since the intrusion prevention means can function as a flow dividing means for preventing the air flow in the introduction path from being biased, the supply of air to each cell of the fuel cell can be equalized.

【００１７】また、請求項５に記載の構成とすると、よ
り一層確実に水の入口開口内への侵入を阻止することが
できる。[0017] With the configuration described in claim 5, water can be more reliably prevented from entering the inlet opening.

【００１８】次に、請求項６に記載の構成とすると、導
入路の流れの偏りを防ぐことができ、しかも、分流壁を
設けることによる流路抵抗を最小限に抑えることができ
るため、導入路の圧損を低減しながら、均等に筐体内に
空気を供給することができる。Next, with the configuration according to the sixth aspect, it is possible to prevent the flow in the introduction path from being biased and to minimize the flow path resistance due to the provision of the flow dividing wall. Air can be evenly supplied to the inside of the housing while reducing the pressure loss of the road.

【００１９】そして、請求項７に記載の構成とすると、
筐体内での入口開口から遠い側への空気の流れを促進す
ることができるため、燃料電池の各セルへの空気の供給
を均等化することができる。Further, according to the configuration of claim 7,
Since the flow of air to the side far from the inlet opening in the housing can be promoted, the supply of air to each cell of the fuel cell can be equalized.

【００２０】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る
燃料電池装置のシステム構成を示す。この装置は、燃料
電池セルスタック（実施形態の説明において、セルスタ
ックと略記する）１と、セルスタック１に燃料としての
水素を供給する燃料供給系２と、同じくセルスタック１
に酸化ガスとしての空気を供給する空気供給系３と、セ
ルスタック１を含むシステムの各部に主として冷却のた
めの水を供給する水供給系４とから構成されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a system configuration of a fuel cell device according to one embodiment of the present invention. This device includes a fuel cell stack (abbreviated as a cell stack in the description of the embodiment) 1, a fuel supply system 2 for supplying hydrogen as fuel to the cell stack 1, and a cell stack 1 similarly.
An air supply system 3 for supplying air as an oxidizing gas to the air, and a water supply system 4 for supplying water for cooling mainly to each part of the system including the cell stack 1.

【００２１】セルスタック１は、セルモジュールを多数
積層集合させたスタックとして構成されている。各セル
モジュールは、図２に模式断面で示すように、固体高分
子電解質１１を燃料極１２と空気極１３とで挟持したも
のを、更にカーボンブラックのセパレータ１４，１５で
挟持した構成とされている。セパレータ１４の燃料極１
２に面する側には、セパレータをその厚さ方向に貫通す
る孔１４ａを導入部とする多数の水素ガス導入溝１４ｂ
が形成され，セパレータ１５の空気極１３に面する側に
は、セパレータの縁部を導入部とする多数の空気導入溝
１５ａが形成されている。こうした構成からなる板状の
各セルモジュールは、板を立てた状態で板厚方向に多数
積層させた形態で４つのブロックに分けて、その収容部
としての筐体内に収容配置されている。そして、積層に
より連続する孔とされた燃料極１２側の導入部が、図１
に示す燃料供給系２の後記する燃料供給路に連通され、
空気極１３側の導入部は、筐体内に開放されている。な
お、図に略号Ｖで示す要素は、燃料電池電圧センサ及び
モジュール電圧センサである。The cell stack 1 is configured as a stack in which many cell modules are stacked and assembled. As shown in a schematic cross section in FIG. 2, each cell module has a configuration in which a solid polymer electrolyte 11 sandwiched between a fuel electrode 12 and an air electrode 13 is further sandwiched between carbon black separators 14 and 15. I have. Fuel electrode 1 of separator 14
2, a plurality of hydrogen gas introduction grooves 14b having holes 14a penetrating the separator in the thickness direction thereof as introduction portions.
Are formed on the side of the separator 15 facing the air electrode 13, and a large number of air introduction grooves 15a are formed with the edge of the separator as an introduction portion. Each of the plate-like cell modules having such a configuration is divided into four blocks in a state where a plurality of the cell modules are stacked in a plate thickness direction in an upright state, and is accommodated in a housing as an accommodating portion. Then, the introduction portion on the fuel electrode 12 side, which is formed as a continuous hole by lamination, is shown in FIG.
The fuel supply system 2 shown in FIG.
The introduction part on the side of the air electrode 13 is open in the housing. Elements indicated by the symbol V in the figure are a fuel cell voltage sensor and a module voltage sensor.

【００２２】燃料供給系２は、水素吸蔵合金を燃料とし
ての水素の貯蔵部２０として構成され、該貯蔵部２０と
セルスタック１をつなぐ燃料供給路の途中に、セルスタ
ック１への供給圧を調節する水素調圧弁２１と、供給遮
断を制御する水素供給電磁弁２２が直列に介挿されてい
る。この燃料供給路には、更に水素吸蔵合金に水素を補
給する補給路が接続されている。この補給路の末端の充
填弁２３と燃料供給路とをつなぐ補給路中には、パージ
電磁弁２４が介挿され、更にパージ弁２５とリリーフ弁
２６が付設されている。なお、燃料供給系２に関連し
て、セルスタック１にはそれから必要に応じて水素を抜
くための水素排気路が設けられ、その途中に、排気路開
閉のための水素排気電磁弁２７と、外気の吸込みを防ぐ
水素排気逆止弁２８とが介挿されている。なお、図に略
号Ｐで示す要素は、水素調圧弁２１による調圧前後のガ
ス圧を計測する水素１次圧センサ及び２次圧センサ、略
号のない丸印は水素残量計である。The fuel supply system 2 is configured as a storage unit 20 for hydrogen using a hydrogen storage alloy as a fuel, and the supply pressure to the cell stack 1 is increased in a fuel supply path connecting the storage unit 20 and the cell stack 1. A hydrogen pressure regulating valve 21 for adjustment and a hydrogen supply solenoid valve 22 for controlling supply cutoff are inserted in series. The fuel supply path is further connected to a supply path for supplying hydrogen to the hydrogen storage alloy. A purge electromagnetic valve 24 is interposed in the supply path connecting the filling valve 23 at the end of the supply path and the fuel supply path, and a purge valve 25 and a relief valve 26 are additionally provided. In connection with the fuel supply system 2, the cell stack 1 is provided with a hydrogen exhaust path for extracting hydrogen therefrom as necessary, and in the middle thereof, a hydrogen exhaust electromagnetic valve 27 for opening and closing the exhaust path, A hydrogen exhaust check valve 28 for preventing the intake of outside air is interposed. Elements indicated by an abbreviation P in the figure are a hydrogen primary pressure sensor and a secondary pressure sensor for measuring gas pressures before and after the pressure adjustment by the hydrogen pressure regulating valve 21, and a circle without an abbreviation is a hydrogen fuel gauge.

【００２３】空気供給系３は、外気をフィルタ３１を経
て空気マニホールド３３に送り込む空気供給ファン３２
を配置した導入路３０と、セルスタック１と貯蔵部２０
とをつなぐダクト３４と、貯蔵部２０と水凝縮器６０と
をつなぐダクト３５と、水凝縮器６０からフィルタ３６
を経て使用済みの空気を外気に放出する排出路３７とで
構成されている。なお、図に略号Ｔで示す要素は、ダク
ト３４に付設したものが燃料電池排気空気温度センサ、
水凝縮器６０の下流に付設したものが凝縮器排気空気温
度センサである。The air supply system 3 includes an air supply fan 32 for sending outside air through a filter 31 to an air manifold 33.
, The cell stack 1 and the storage unit 20
34, a duct 35 connecting the storage unit 20 and the water condenser 60, and a filter 36 from the water condenser 60.
And a discharge path 37 for discharging used air to the outside air through the air passage. In the figure, the elements indicated by the abbreviation T are attached to the duct 34, and the fuel cell exhaust air temperature sensor,
What is provided downstream of the water condenser 60 is a condenser exhaust air temperature sensor.

【００２４】水供給系４は、凍結対策ヒータ付の水タン
ク４０を中心として、該水タンク４０から水噴射ポンプ
４１により送り出される水を、空気マニホールド３３に
水噴射ノズル４２により供給し、かつ、貯蔵部２０の水
素吸蔵合金に吸蔵ノズル４３により供給し、セルスタッ
ク１で回収及び生成された水と、水凝縮器６０での凝縮
により生じた水を直接水タンク４０に戻す循環路で構成
されている。循環路の供給側を構成する水噴射ポンプ４
１から水噴射ノズル４２に至る水路の途中には、噴射量
を調節する直噴水電磁弁４４と、ノズル４２の詰りを防
止するためのフィルタ４５が介挿されている。水噴射ポ
ンプ４１から吸蔵ノズル４３に至る水路の途中にも同様
に噴射量を調節する吸蔵電磁弁４６が介挿されている。
循環路の回収側は、セルスタック１から水タンク４０に
戻る水路と、水凝縮器６０から直噴水電磁弁４９を経て
水タンク４０に戻る水路とで構成され、この水路の途中
に水タンク４０へ水を補給するための給水口４７と給水
電磁弁４８が配設されている。The water supply system 4 supplies the water sent from the water tank 40 by the water injection pump 41 to the air manifold 33 through the water injection nozzle 42, centering on the water tank 40 with the anti-freezing heater. The hydrogen storage alloy in the storage unit 20 is constituted by a circulation path for supplying water by the storage nozzle 43 and recovering and generating water in the cell stack 1 and water generated by condensation in the water condenser 60 directly to the water tank 40. ing. Water injection pump 4 constituting the supply side of the circulation path
In the middle of the water channel from 1 to the water injection nozzle 42, a direct injection water electromagnetic valve 44 for adjusting the injection amount and a filter 45 for preventing clogging of the nozzle 42 are interposed. A storage electromagnetic valve 46 for similarly adjusting the injection amount is also inserted in the middle of the water path from the water injection pump 41 to the storage nozzle 43.
The recovery side of the circulation path is composed of a water path returning from the cell stack 1 to the water tank 40 and a water path returning from the water condenser 60 to the water tank 40 via the direct injection water solenoid valve 49. A water supply port 47 and a water supply solenoid valve 48 for replenishing water are provided.

【００２５】燃料電池装置の出力系５は、セルスタック
１からリレー５１及びダイオード５２を経てモータ制御
のためのインバータ５３につながる導線で構成されてい
る。このシステムでは、燃料電池装置の空気供給ファン
３２、水凝縮器６０のファン、水噴射ポンプ４１、水タ
ンク４０の凍結対策ヒータ、各種電磁弁等の付帯設備の
駆動電源として、蓄電池からなる２次電池５４が設けら
れており、２次電池５４は直列のリレー５５を介して出
力導線とアースとの間に介挿され、燃料電池に対して並
列に接続されている。The output system 5 of the fuel cell device is composed of a lead wire from the cell stack 1 via a relay 51 and a diode 52 to an inverter 53 for motor control. In this system, a secondary battery comprising a storage battery is used as a driving power source for ancillary equipment such as an air supply fan 32 of a fuel cell device, a fan of a water condenser 60, a water injection pump 41, a heater for preventing freezing of a water tank 40, and various solenoid valves. A battery 54 is provided. The secondary battery 54 is interposed between the output lead wire and the ground via a series relay 55 and is connected in parallel to the fuel cell.

【００２６】こうした構成からなる燃料電池システムで
は、水素供給電磁弁２２を閉じ、パージ電磁弁２４を開
いて、充填弁２３を介する水素ガスの供給で水素吸蔵合
金への水素の吸蔵が行われる。また、水供給系４への水
の供給は、給水電磁弁４８を開いて、給水口４７から水
タンク４０へ水を供給することにより行われる。そし
て、発電状態では、パージ電磁弁２４を閉じ、水素供給
電磁弁２２を開いて、水素調圧弁２１による調圧下で水
素吸蔵合金に吸蔵させた水素をセルスタック１に供給す
る一方、空気供給ファン３２を起動させて、空気マニホ
ールド３３経由でセルスタック１に空気を送り込む操作
が行われる。この発電状態で、必要に応じて連続又は間
歇的に水供給系４の水直噴ポンプ４１を運転しながら直
噴水電磁弁４４を開いて水噴射ノズル４２から空気マニ
ホールド３３内に水を噴射させることで、セルスタック
１の冷却が行われる。In the fuel cell system having such a configuration, the hydrogen supply solenoid valve 22 is closed, the purge solenoid valve 24 is opened, and hydrogen is supplied to the hydrogen storage alloy through the filling valve 23 to store hydrogen in the hydrogen storage alloy. The supply of water to the water supply system 4 is performed by opening the water supply electromagnetic valve 48 and supplying water from the water supply port 47 to the water tank 40. In the power generation state, the purge solenoid valve 24 is closed, the hydrogen supply solenoid valve 22 is opened, and the hydrogen stored in the hydrogen storage alloy under the pressure regulation by the hydrogen pressure regulating valve 21 is supplied to the cell stack 1 while the air supply fan An operation of sending air to the cell stack 1 via the air manifold 33 by starting the air manifold 32 is performed. In this power generation state, the direct water injection solenoid valve 44 is opened while operating the water direct injection pump 41 of the water supply system 4 continuously or intermittently as necessary, and water is injected from the water injection nozzle 42 into the air manifold 33. Thus, the cell stack 1 is cooled.

【００２７】上記のようにしてセルスタック１に送り込
まれ、セルスタック１で加熱された空気と水蒸気状態の
水は、そこを抜けた後、ダクト３４を経て水素吸蔵合金
の貯蔵部２０に入り、水素吸蔵合金を加熱した後、ダク
ト３５を経て水凝縮器６０に導かれ、乾燥状態の空気と
凝縮水とに分けられ、乾燥状態の空気はフィルタ３６経
由で外気に放出され、凝縮水は開放状態の直噴水電磁弁
４９を経て水タンク４０に戻る。また、液状のままセル
スタック１を抜けた水は、直接水タンク４０に戻る。The air and the water in the steam state, which are sent into the cell stack 1 as described above and are heated by the cell stack 1, pass through them and enter the hydrogen storage alloy storage section 20 through the duct 34. After heating the hydrogen storage alloy, it is led to a water condenser 60 through a duct 35, and is separated into dry air and condensed water. The dried air is released to the outside air via a filter 36, and the condensed water is released. It returns to the water tank 40 via the direct fountain solenoid valve 49 in the state. Further, the water that has passed through the cell stack 1 in a liquid state returns directly to the water tank 40.

【００２８】図３はユニット化した燃料電池装置を斜視
状態で示す。燃料電池装置の各構成要素は、共通のトレ
イ９に実質上平板状に配置されており、前記システム構
成で説明したように相互にダクトでつながるセルスタッ
ク１、水素吸蔵合金の貯蔵部２０、水凝縮器６０の３者
がその順に並べて配置されている。トレイ９のほぼ全幅
に及ぶセルスタック１の上部には空気マニホールド３３
が配置され、その前方にトレイ９から張り出す形態で一
対の空気供給ファン３２が配置されている。水素吸蔵合
金の貯蔵部２０は、セルスタック１の後方にトレイ９の
幅に対して余裕を残した配置とされ、その後方にトレイ
幅より若干狭い幅の横長の水凝縮器６０が配置されてい
る。そして、水凝縮器６０からの排気ダクト３７の排出
部は、水凝縮器６０の両端に一対設けられている。水素
吸蔵合金の貯蔵部２０の一方側（図において右側）のス
ペースには、２次電池５４を構成する複数（図において
６個）のバッテリが配置され、他方のスペースには、水
供給関係の各種補機類、水素供給関係の各種補機類、及
びバッテリが配置されている。FIG. 3 shows a unitized fuel cell device in a perspective view. The components of the fuel cell device are arranged substantially in a flat plate on a common tray 9, and as described in the system configuration, the cell stack 1 connected to each other by a duct, the storage unit 20 of the hydrogen storage alloy, the water The three members of the condenser 60 are arranged in that order. An air manifold 33 is provided at the top of the cell stack 1 covering almost the entire width of the tray 9.
Is arranged, and a pair of air supply fans 32 is arranged in front of the pair in such a manner as to project from the tray 9. The storage section 20 of the hydrogen storage alloy is arranged behind the cell stack 1 with a margin for the width of the tray 9, and a horizontally long water condenser 60 having a width slightly smaller than the tray width is arranged behind the storage section 20. I have. A pair of outlets of the exhaust duct 37 from the water condenser 60 are provided at both ends of the water condenser 60. A plurality of (six in the figure) batteries constituting the secondary battery 54 are arranged in a space on one side (the right side in the figure) of the storage section 20 of the hydrogen storage alloy, and in the other space, a water supply-related battery is provided. Various accessories, various accessories related to hydrogen supply, and a battery are arranged.

【００２９】図４及び図５は、こうしたシステム構成か
らなる燃料電池装置ユニットの車両への搭載配置を模式
化して示す。図示のように、ユニットは車両の前輪と後
輪との間の車室下方に配置されている。各要素の配置は
先に述べたとおりであるが、セルスタック１の下方から
水素吸蔵合金の貯蔵部２０にかけて水タンク４０がトレ
イ９から下方に張り出す形態で設けられている。図に空
気の流れを矢印で示すように、空気は空気供給ファン３
２から吸引されて空気マニホールド３３に入り、セルス
タック１を抜けてダクト３４を通り、水素吸蔵合金の貯
蔵部２０に入り、そこを抜けて水凝縮器６０に入り、最
終的に排気ダクト３７から排出される。FIGS. 4 and 5 schematically show the arrangement of the fuel cell device unit having such a system configuration on a vehicle. As shown, the unit is located below the passenger compartment between the front and rear wheels of the vehicle. The arrangement of each element is as described above, but the water tank 40 is provided so as to project downward from the tray 9 from below the cell stack 1 to the storage section 20 of the hydrogen storage alloy. As shown by arrows in the figure, air flows through the air supply fan 3.
2, enters the air manifold 33, passes through the cell stack 1, passes through the duct 34, enters the hydrogen-absorbing alloy storage unit 20, passes therethrough, enters the water condenser 60, and finally from the exhaust duct 37. Is discharged.

【００３０】こうした構成からなる燃料電池装置に対し
て、本発明はその空気マニホールド３３に適用されてい
る。図６は空気マニホールドの構成を水平断面で、また
図７は空気マニホールドとセルスタックの関連配置を模
式化して示す。セルスタック１に空気を供給する導入路
を構成するこの空気マニホールド３３は、供給空気の入
口開口３３ａと、セルスタック１に通じる供給空気の出
口開口３３ｂとを有する筐体と、該筐体に配置され、筐
体内を流れる供給空気に水を噴射するノズル４２と、入
口開口３３ａに設けられ、ノズル４２から噴射される水
の入口開口３３ａ内への侵入を阻止する侵入防止手段３
３ｃ, ３３ｄ, ３３ｅとを備える。The present invention is applied to the air manifold 33 of the fuel cell device having such a configuration. FIG. 6 shows the configuration of the air manifold in a horizontal section, and FIG. 7 schematically shows the arrangement of the air manifold and the cell stack. The air manifold 33 which forms an introduction path for supplying air to the cell stack 1 is provided with a housing having an inlet opening 33a for supply air and an outlet opening 33b for supply air leading to the cell stack 1, and arranged in the housing. A nozzle 42 for injecting water into the supply air flowing through the housing, and an intrusion prevention means 3 provided at the inlet opening 33a for preventing the water injected from the nozzle 42 from entering the inlet opening 33a.
3c , 33d , and 33e.

【００３１】侵入防止手段３３ｃ, ３３ｄ, ３３ｅは、
供給空気の流れ方向に沿う壁（以下、水きり板という）
３３ｃと、供給空気の流れを横断する方向に延びる横壁
（以下、仕切板という）３３ｄ, ３３ｅで構成されてい
る。流れ方向に沿う水きり板３３ｃは、入口開口３３ａ
を上下方向に縦断する縦壁とされ、互いに並行に複数個
配設されている。流れを横断する方向に延びる一方の仕
切板３３ｄは、流れ方向に沿う水きり板３３ｃの上端
に、流れに対して直交させて添設されている。また、他
方の仕切板３３ｅは、筐体の入口開口３３ａ下方の壁で
構成されている。The intrusion prevention means 33c , 33d , 33e
Walls along the direction of supply air flow (hereinafter referred to as drain plates)
33c, and horizontal walls (hereinafter, referred to as partition plates) 33d and 33e extending in a direction crossing the flow of the supply air. The draining plate 33c along the flow direction has an inlet opening 33a.
, And a plurality of vertical walls are provided in parallel with each other. One partition plate 33d extending in the direction crossing the flow is attached to the upper end of the draining plate 33c along the flow direction so as to be orthogonal to the flow. The other partition plate 33e is formed of a wall below the entrance opening 33a of the housing.

【００３２】特に図６を参照して、この形態では、各ノ
ズル４２は９０°の噴射角度をもつものとされ、空気マ
ニホールド３３の両側に水平に左右４個ずつ合計８個配
置されており、これらのうちの最前部及び最後部のもの
は、内向きに４５°の傾斜をつけて配置されている。流
れ方向に沿う水きり板３３ｃは、所定のピッチｌ2 で多
数横並びに配置され、水きり板３３ｃの流れ方向に沿う
長さｌ1 は、近傍のノズル４２から噴射される水の方向
（図に２点鎖線で示す）と入口開口面とのなす角をθと
して、ｌ1 ＞ｌ2 ｔａｎθの関係が成り立つように設定
されている。これにより入口開口３３ａ内への水の侵入
は確実に阻止される。Referring to FIG. 6 in particular, in this embodiment, each nozzle 42 has an injection angle of 90 °, and a total of eight nozzles are arranged horizontally on both sides of the air manifold 33, four on each side. The foremost and rearmost of these are arranged with an inward inclination of 45 °. Draining plate 33c along the flow direction, are arranged side by side a number at a predetermined pitch l 2, the length l 1 along the flow direction of the draining plate 33c in the direction (Figure of water jetted from the nozzles 42 in the vicinity of 2 The relationship between l 1 > l 2 tan θ is established, where θ is the angle between the entrance opening surface (indicated by a dashed line) and the entrance opening surface. This reliably prevents water from entering the inlet opening 33a.

【００３３】筐体の入口開口３３ａより上流側の導入路
３０には、供給空気の流れを複数の分離した流れに配流
して筐体内に導く分流壁３０ａ（以下、仕切り壁とい
う）が配置されている。この形態では、仕切り壁３０ａ
は、２つの空気供給ファンの出口からそれぞれの筐体の
入口開口３３ａに向かって拡開する導入路３０を、横方
向に６つの流れに分流する配置とされ、それぞれの仕切
り壁３０ａの後端は、侵入防止手段３３ｃを構成する３
つごとの水きり板３３ｃの前端に連結されている。A dividing wall 30a (hereinafter, referred to as a partition wall) is disposed in the introduction passage 30 upstream of the entrance opening 33a of the casing, for distributing the flow of the supply air into a plurality of separated flows and guiding the flow into the casing. ing. In this embodiment, the partition wall 30a
Are arranged so that the introduction path 30 expanding from the outlets of the two air supply fans toward the inlet openings 33a of the respective casings is divided into six flows in the lateral direction, and the rear end of each partition wall 30a Corresponds to the intrusion prevention means 33c.
Each is connected to the front end of the draining plate 33c.

【００３４】図７に示すように、筐体は、横向きの入口
開口３３ａとセルスタック１の上部開口につながる縦向
きの出口開口３３ｂとをつなぐ流路を画定するところか
ら、入口開口３３ａから遠ざかるにしたがって狭まる楔
状に流路を画定する構成とされ、水平な筐体の上壁３３
ｆに対して、出口開口３３ｂは、入口開口３３ａから遠
い側が上壁３３ｆに接近するように傾斜を付されてい
る。As shown in FIG. 7, the housing separates from the inlet opening 33a from a place defining a flow path connecting the horizontal inlet opening 33a and the vertical outlet opening 33b connected to the upper opening of the cell stack 1. The flow path is defined in a wedge shape narrowing according to
With respect to f, the outlet opening 33b is inclined such that the side farther from the inlet opening 33a approaches the upper wall 33f.

【００３５】以上のように構成された空気マニホールド
３３は、図７に模式化して示すように、出口開口３３ｂ
をセルスタック１の筐体１０の上部開口に連結させて相
互に接続されている。したがって、図に空気の流れを太
線矢印、水の流れを破線、水素の流れを細線矢印で示す
ように、仕切板３０ａで分流され、水きり板３３ｃで更
に細分流されて筐体内に入った空気は、出口開口３３ｂ
からセルスタック１に入り、各セルのセパレータの溝を
通ってセルスタック１の下方に抜け、後方のダクトへと
流れる。また、側方から噴射された水は、空気との混合
流として同様に各セルのセパレータの溝を通ってセルス
タック１の下方に抜け、加熱されて蒸気化したものは空
気流に乗って後方のダクトへと流れる。一方液状のまま
でセルスタック１の下方に抜けた水は、セルスタック１
の筐体１０の下部に設けた孔から、その下部の直接水タ
ンクに、図に白抜き矢印で示すようにドレンされる。As shown schematically in FIG. 7, the air manifold 33 constructed as described above has an outlet opening 33b.
Are connected to the upper opening of the housing 10 of the cell stack 1 and are connected to each other. Therefore, as shown in the figure, the flow of air is indicated by a thick arrow, the flow of water is indicated by a broken line, and the flow of hydrogen is indicated by a thin arrow, and the air is divided by the partition plate 30a and further divided by the drain plate 33c into the housing. Is the outlet opening 33b
From the cell stack 1, passes through the groove of the separator of each cell, passes below the cell stack 1, and flows to the rear duct. Further, water injected from the side similarly passes through the groove of the separator of each cell as a mixed flow with the air, and goes down below the cell stack 1, and the heated and vaporized water flows backward in the air flow. Flows to the duct. On the other hand, water that has flowed down below the cell stack 1 while being in a liquid state
Is drained from a hole provided in the lower part of the casing 10 into a direct water tank below the casing 10 as shown by a white arrow in the figure.

【００３６】以上詳述したように、本実施形態の燃料電
池装置によれば、入口開口３３ａに設けられ水きり板３
３ｃが、ノズル４２から噴射される水の入口開口３３ａ
内への侵入を阻止するため、導入路３０上流側への逆流
が阻止され、導入路３０側のファンへの悪影響をなくす
ことができる。また、水の供給ロスをなくすこともでき
る。そして、縦壁を構成する水きり板３３ｃは、それを
設けることによる流路抵抗を最小限に抑えることができ
るため、導入路の圧損を低減して、効率良くセルスタッ
ク１に空気を供給することができる。更に、付着した水
を迅速に流下させることができるため、水きり板３３ｃ
への水の滞留を防ぐことができる。更に、水きり板３３
ｃの間隔のつまった配置により確実に水の入口開口３３
ａ内への侵入を阻止することができる。また、水きり板
３３ｃを導入路の空気の流れの偏りを防ぐ分流手段とし
て機能させることができるため、燃料電池の各セルへの
空気の供給を均等化することができる。また、横配置の
仕切板３３ｄは、より一層確実に水の入口開口３３ａ内
への侵入を阻止することができる。As described in detail above, according to the fuel cell device of the present embodiment, the drain plate 3 provided in the inlet opening 33a is provided.
3c is an inlet opening 33a of the water injected from the nozzle 42.
Since the inflow into the inside is prevented, the backflow to the upstream side of the introduction path 30 is prevented, and the adverse effect on the fan on the introduction path 30 side can be eliminated. In addition, water supply loss can be eliminated. Since the drain plate 33c constituting the vertical wall can minimize the flow path resistance due to the provision thereof, the pressure loss in the introduction path can be reduced, and the air can be efficiently supplied to the cell stack 1. Can be. Further, since the attached water can flow down quickly, the draining plate 33c
Water can be prevented from stagnating. Furthermore, the drain board 33
c ensures that the water inlet openings 33
a can be prevented. In addition, since the drain plate 33c can function as a flow dividing unit that prevents the air flow in the introduction path from being biased, the supply of air to each cell of the fuel cell can be equalized. In addition, the horizontally arranged partition plate 33d can more reliably prevent water from entering the inlet opening 33a.

【００３７】また、分流壁としての仕切板３０ａを設け
ることにより、導入路３０の流れの偏りを防ぐことがで
き、しかも、仕切板３０ａを設けることによる流路抵抗
を最小限に抑えることができるため、導入路３０の圧損
を低減しながら、均等に筐体内に空気を供給することが
できる。Further, by providing the partition plate 30a as a dividing wall, it is possible to prevent the flow of the introduction path 30 from being biased, and to minimize the flow resistance due to the provision of the partition plate 30a. Therefore, it is possible to uniformly supply air into the housing while reducing the pressure loss of the introduction path 30.

【００３８】更に、入口開口３３ａから遠ざかるにした
がって筐体内の流路が楔状に狭まる構成により、筐体内
での入口開口３３ａから遠い側への空気の流れを促進す
ることができるため、燃料電池の各セルへの空気の供給
を均等化することができる。Further, the configuration in which the flow path in the housing narrows in a wedge-like manner as the distance from the inlet opening 33a increases can promote the flow of air to the side far from the inlet opening 33a in the housing. The supply of air to each cell can be equalized.

【００３９】以上、本発明を特定の実施形態を参照して
詳述したが、本発明はこの形態に限定されることなく、
特許請求の範囲に記載の事項に基づき、更に種々の改変
が可能なものである。Although the present invention has been described in detail with reference to a specific embodiment, the present invention is not limited to this embodiment.
Various modifications are possible based on the matters described in the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池装置のシス
テム構成図である。FIG. 1 is a system configuration diagram of a fuel cell device according to an embodiment of the present invention.

【図２】実施形態における燃料電池セルの構造を示す模
式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a structure of a fuel cell unit according to the embodiment.

【図３】燃料電池装置ユニットの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a fuel cell device unit.

【図４】燃料電池装置ユニットの車載状況を示す側面図
である。FIG. 4 is a side view showing the on-board situation of the fuel cell device unit.

【図５】燃料電池装置ユニットの車載状況を示す平面図
である。FIG. 5 is a plan view showing the on-vehicle situation of the fuel cell device unit.

【図６】燃料電池装置ユニットの導入路の構造を示す平
断面図である。FIG. 6 is a plan sectional view showing a structure of an introduction path of the fuel cell device unit.

【図７】導入路の空気マニホールドとセルスタックの関
連配置を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a related arrangement of an air manifold and a cell stack in an introduction path.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ セルスタック（燃料電池セル） ３０ 導入路 ３０ａ 分流壁（仕切り板） ３３ 空気マニホールド（筐体） ３３ａ 入口開口 ３３ｂ 出口開口 ３３ｃ 水きり板（縦壁、侵入防止手段） ３３ｄ，３３ｅ 仕切板（横壁、侵入防止手段） ４２ 水噴射ノズル（ノズル） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cell stack (fuel cell) 30 Introducing path 30a Dividing wall (partition plate) 33 Air manifold (housing) 33a Inlet opening 33b Outlet opening 33c Drain plate (vertical wall, intrusion prevention means) 33d, 33e Partition plate (horizontal wall, Intrusion prevention means) 42 Water injection nozzle (nozzle)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沖本 亮一 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ内 (72)発明者 岡田 真規 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ内 (72)発明者 平井 信彦 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 HH03 5H027 AA06 BA14 CC06 DD03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Ryoichi Okimoto 2-19-12 Sotokanda, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Equos Research Co., Ltd. (72) Makoto Okada 2-19, Sotokanda, Chiyoda-ku, Tokyo No.12 Inside Equos Research Co., Ltd. (72) Inventor Nobuhiko Hirai 2--19-12 Sotokanda, Chiyoda-ku, Tokyo F-term inside Equos Research Co., Ltd. 5H026 AA06 CC03 HH03 5H027 AA06 BA14 CC06 DD03

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 燃料電池セルに空気を供給する導入路を
備える燃料電池装置において、 供給空気の入口開口と、燃料電池セルに通じる供給空気
の出口開口とを有する筐体と、 該筐体に配置され、筐体内を流れる供給空気に水を噴射
するノズルと、 前記入口開口に設けられ、前記ノズルから噴射される水
の入口開口内への侵入を阻止する侵入防止手段とを備え
ることを特徴とする燃料電池装置。1. A fuel cell device having an introduction path for supplying air to a fuel cell, comprising: a housing having an inlet opening for supply air; and an outlet opening for supply air leading to the fuel cell, and A nozzle that is disposed and injects water into the supply air flowing through the housing; and an intrusion prevention unit that is provided at the inlet opening and that prevents the water injected from the nozzle from entering the inlet opening. Fuel cell device. 【請求項２】 前記侵入防止手段は、供給空気の流れ方
向に沿う壁で構成される、請求項１記載の燃料電池装
置。2. The fuel cell device according to claim 1, wherein said intrusion prevention means is constituted by a wall along a flow direction of supply air. 【請求項３】 前記壁は、入口開口を上下方向に縦断す
る縦壁である、請求項２記載の燃料電池装置。3. The fuel cell device according to claim 2, wherein the wall is a vertical wall vertically cutting an inlet opening in a vertical direction. 【請求項４】 前記壁は、互いに並行に複数個配設され
た、請求項２又は３記載の燃料電池装置。4. The fuel cell device according to claim 2, wherein a plurality of said walls are provided in parallel with each other. 【請求項５】 前記侵入防止手段は、供給空気の流れを
横断する方向に延びる横壁で構成される、請求項１記載
の燃料電池装置。5. The fuel cell device according to claim 1, wherein said intrusion prevention means is constituted by a lateral wall extending in a direction crossing the flow of the supply air. 【請求項６】 燃料電池セルに空気を供給する導入路を
備える燃料電池装置において、 供給空気の入口開口と、燃料電池セルに通じる供給空気
の出口開口とを有する筐体と、 該筐体の入口開口より上流側の導入路に配置され、供給
空気の流れを複数の分離した流れに配流して筐体内に導
く分流壁とを備えることを特徴とする燃料電池装置。6. A fuel cell device having an introduction path for supplying air to a fuel cell, a housing having an inlet opening for supply air, and an outlet opening for supply air communicating with the fuel cell, A fuel cell device, comprising: a distribution wall disposed on an introduction path upstream of an inlet opening, the distribution wall dividing a flow of supply air into a plurality of separated flows, and guiding the flow into a housing. 【請求項７】 前記筐体は、入口開口から遠ざかるにし
たがって狭まる楔状に流路を画定する、請求項１〜６の
いずれか１項記載の燃料電池装置。7. The fuel cell device according to claim 1, wherein the housing defines a flow path in a wedge shape narrowing as the distance from the inlet opening increases.
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