JP2006351520A - 燃料電池の排出ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作製の作業性を向上でき、希釈性能を確保することができる燃料電池の排出ガス処理装置を提供する。
【解決手段】アノードオフガスと希釈ガスとを供給され、前記アノードオフガスを前記希釈ガスと混合希釈する容器５１を備え、該容器５１にそれぞれ形成されたアノードオフガス供給口５２ａおよび希釈ガス供給口５８と混合ガス排出口６１との間に、容器内空間を部分的に仕切る仕切部５３を少なくとも１つ有する。容器５１は、上側容器部材６２と下側容器部材６３とで構成される。仕切部５３は、上側仕切板片６４と下側仕切板片６５とで構成される。
【選択図】図２

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燃料電池の排出ガス処理装置に関するものである。

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。
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。

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。

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、カソードオフガスを分岐して希釈器に導入して希釈器内のアノードガスを少量ずつ希釈して、少量ずつ車外に排出している。
特開２００２−２８９２３７号公報

ところで、特許文献１にも示されているように、希釈器を構成する筐体内に遮蔽板（仕切板）を設けて、ガス流路を蛇行させるように構成すると、容積を一定に保持しつつガス流路を長くして希釈効率を向上できる点で好ましい。
しかしながら、従来の技術では、筐体内に遮蔽板を所定位置に設けることは困難であり、製作に手間と時間を要するという問題がある。すなわち、筐体内に遮蔽板を設けるにあたっては、強度を確保するために溶接処理で行うことが望ましいが、従来においては筐体の一面をくり抜いた状態で仕切板を挿入して溶接しているので、仕切板の位置決めが困難である。さらに、筐体内部の閉塞空間内で溶接処理を行う必要があるので、作製に手間と時間を要し、作業性が低下してしまう。
本発明は、作製の作業性を向上でき、希釈性能を確保することができ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。

請求項１に係る発明は、アノードオフガスと希釈ガスとを供給され、前記アノードオフガスを前記希釈ガスと混合希釈する容器（例えば、実施の形態における希釈容器５１）を備え、該容器にそれぞれ形成されたアノードオフガス供給口（例えば、実施の形態におけるアノードオフガス放出孔５２ａ）および希釈ガス供給口（例えば、実施の形態における希釈ガス放出孔５８）と混合ガス排出口（例えば、実施の形態における混合ガス排出孔６１）との間に、容器内空間を部分的に仕切る仕切部（例えば、実施の形態における仕切部５３）を少なくとも１つ有し、該容器は、第１容器部材（例えば、実施の形態における上側容器部材６２）と第２容器部材（例えば、実施の形態における下側容器部材６３）とで構成され、該仕切部は、第１容器部材の第１仕切板片（例えば、実施の形態における上側仕切片６４）と第２容器部材の第２仕切板片（例えば、実施の形態における下側仕切片６５）とで構成されることを特徴とする。

この発明によれば、前記第１容器部材と前記第２容器部材とで前記容器を構成することで、前記容器を各部材に分割した状態で前記仕切部を形成することができ、位置決めを容易に行うことができる。そして、前記第１仕切板片と前記第２仕切板片とで前記仕切部を形成することで、各仕切片をそれぞれの容器部材に個別に位置決めして取り付け処理が行える。従って、各仕切片をそれぞれの容器部材の開口面側から取り付けることができるので、強度的に有利な溶接処理で固着する場合であっても、作製の手間と時間を大幅に短縮できる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のものであって、前記第１仕切片と前記第１容器部材との間、または、前記第２仕切片と前記第２容器部材との間、の少なくともいずれか一方に、ガス流通口（例えば、実施の形態における切り欠き部６８）を形成することを特徴とする。
この発明によれば、前記ガス流通口の形成された前記仕切片と前記容器部材との接触面積が前記ガス流通口の形成により低減できるので、前記ガス流通口の形成された前記仕切片と前記容器部材との取付作業が容易になる。また、この場合であっても、強度的に有利な溶接処理で取付を行うことができ、剛性を向上することができる。

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、前記第１容器部材または前記第２容器部材のいずれか一方にのみ、前記アノードオフガス供給口、前記希釈ガス供給口、前記混合ガス排出口のそれぞれが形成されるとともに、それぞれに接続される配管（例えば、実施の形態における希釈ガス管５７、アノードオフガス導入管５２）が配設されていることを特徴とする。
この発明によれば、いずれか一方の容器部材に前記配管を配設した状態で、他方の容器部材との組み付け処理を行うことができるので、燃料電池システムへの前記容器の装着を容易に行うことができる。さらに、前記容器内に配設された配管の修理や点検が必要となったときには、双方の容器部材を取り外さなくても、前記他方の容器部材を取り外せば前記配管の修理や点検作業を容易に行うことができる。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のものであって、前記アノードオフガス供給口と前記希釈ガス供給口は、前記仕切部に対向する同一側面（例えば、実施の形態における端板５１ａ）に形成されていることを特徴とする。
この発明によれば、それぞれの供給口から供給されるアノードオフガスおよび希釈ガスが前記仕切部に衝突することで流れの向きを変え、且つ、仕切部に衝突することによって流速を低下させ、適度な流速で拡散していくため、供給されるガス同士の混合を促進することができる。

請求項１に係る発明によれば、排出ガス処理装置の作製の作業性を向上でき、希釈性能を確保することができる。
請求項２に係る発明によれば、前記ガス流通口の形成された前記仕切片と前記容器部材との取付作業が容易になる。

請求項３に係る発明によれば、燃料電池システムへの前記容器の装着を容易に行うことができ、配管の修理や点検作業を容易に行うことができる。
請求項４に係る発明によれば、供給されるガス同士の混合を促進することができる。

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５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。

空気はコンプレッサ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に供給される供給空気、または、燃料電池１から排出される排出空気を希釈ガスとする。

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。

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。なお、排出空気とともに、または、排出空気に換えて、供給空気によってアノードオフガスを希釈してもよい。

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。

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。

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、密閉角筒状の希釈容器５１を備えている。希釈容器５１は、その軸心（この場合は希釈容器５１の長手方向であって、端板５１ａ、５１ｂの重心を通る軸）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矩形状をなしている。

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５２が貫通固定されている。希釈容器５１内に挿入されたアノードオフガス導入管５２の先端はアノードオフガス放出孔５２ａにされている。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放出孔５２ａから希釈容器５１内に導入される。

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、仕切部５３が略鉛直姿勢に立設されている。仕切部５３はその上部を間欠的に切り欠いた形状をなし、その切り欠き部６８を除いて希釈容器５１の内面に密接して例えば溶接により固定されている。希釈容器５１内は仕切部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、切り欠き部６８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。
仕切部５３の切り欠き部６８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部５３が存在する。したがって、図２に示すように、アノードオフガス放出孔５２ａから放出されるアノードオフガスの多くは仕切部５３に向かって放出されることとなる。

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、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。この希釈ガス管５７は仕切部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。

希釈ガス管５７において上流室５４内に収容されている部分には、端板５１ａの近傍に、希釈ガス放出孔５８が設けられている。希釈ガス放出孔５８は希釈ガス管５７の頂部に開口しており、アノードオフガス導入管５２のアノードオフガス放出孔５２ａよりも端板５１ａに接近した位置に設けられている。この希釈ガス放出孔５８は、希釈ガス管５７を流通する排出空気の一部を上流室５４に放出する。なお、この実施例では、希釈ガス放出孔５８を希釈ガス管５７に直接設けているので、希釈ガス放出孔５８自身が希釈ガス放出孔５８と希釈ガス管５７との連通部を兼ねている。

また、希釈ガス管５７において上流室５４内に収容されている部分には、希釈ガス放出孔５８よりも下流側に、希釈ガス管５７の上部を凹ませて開口面積を縮小させた絞り部５９が設けられている。この絞り部５９の絞り具合（開口面積）によって、希釈ガス放出孔５８から上流室５４内に導入される排出空気流量を調整することができる。
なお、この実施例においては、希釈ガス管５７は絞り部５９を除き同一管径に形成されている。

さらに、希釈ガス管５７において絞り部５９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、アノードオフガス排出路２２内これら排液孔６０を介して希釈ガス管５７内に吸い込まれる。
なお、この実施例では、排液孔６０を希釈ガス管５７に直接設けているので、排液孔６０自身が排液孔６０と希釈ガス管５７との連通部を兼ねている。

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。
なお、この実施例では、混合ガス排出孔６１を希釈ガス管５７に直接設けているので、混合ガス排出孔６１自身が混合ガス排出孔６１と希釈ガス管５７との連通部を兼ねている。

希釈容器５１は、上側容器部材６２と下側容器部材６３とで構成される。これについて図３を用いて説明する。図３（ａ）は上側容器部材６２の斜視図であり、図３（ｂ）は下側容器部材６３の斜視図である。同図に示すように、両部材６２、６３は、有底の端面が開口された容器状に形成された本体と、該本体の先端から外方に屈曲するフランジ部６６、６７とをそれぞれ有している。そして、両部材６２、６３は、互いのフランジ部６６、６７が対向するように、互いに向かい合わされた状態で配設され、それぞれのフランジ部６６、６７に溶接処理が施されまたはねじ止めされて一体化している。なお、それぞれのフランジ部６６、６７の間にはシール部材を介装してもよい。

そして、上側容器部材６２には上側仕切板片６４が、下側容器部材６３には下側仕切板片６５が、希釈容器５１の軸心方向中央部で互いの開口部から突出するようにそれぞれ溶接処理により固着されている。また、上側仕切板片６４には、その上面に切り欠き部６８が形成されている。さらに、それぞれの仕切板片６４、６５は、互いの先端部（開口部からの突出部分）が重なり合うようにして保持され、これらの仕切板片６４、６５により仕切部６３が構成されている。

このように、希釈容器５１を上側容器部材６２と下側容器部材６３とで構成し、仕切部５３を上側仕切片６４と下側仕切片６５とで構成することで、それぞれの部材６２、６３に仕切片６４、６５を精度良く位置決めすることができる。そして、それぞれの部材６２、６３に仕切片６４、６５を位置決めした状態で、部材６２、６３の開口部より、部材６２、６３と仕切片６４、６５とのそれぞれの接触部位６９、７０に仕切片６４、６５の両側から取付処理を行うことができる。従って、強度的に有利な溶接処理で固着する場合であっても、作製の手間と時間を大幅に短縮できる。また、部材６２、６３と仕切片６４、６５とを溶接処理で固着することにより、希釈容器５１の耐圧強度を向上できる。つまり、希釈容器５１の断面形状を耐圧性の高い円形に限定することなく、システムに必要な形状をとることが可能となる。さらに、作製された仕切部５３の強度を向上できる。ゆえに、前記仕切部５３により区画される前記容器５１内のガス流路の長さを一定以上に保持でき、これにより、希釈性能を確保することができる。本実施の形態では、前記上側仕切片４と前記下側仕切片６５のそれぞれの先端部が一部重なるようにして仕切部５３を構成しているので、上側仕切片６４と下側仕切片６５との間を混合ガスが通過することを防止することが出来る。

また、上側仕切片６４に形成された切り欠き部６８をガスの流通口としているので、上側仕切片６４と上側容器部材６２との接触面積が切り欠き部６８の形成により低減できる。従って、溶接処理に必要な部位を減少できるので、上側仕切片６４に必要な剛性を確保しつつ、上側仕切片６４と上側容器部材６２との取付作業が容易になる。

さらに、本実施の形態では、下側容器部材６３にのみ、希釈ガス管５７、アノードオフガス導入管５２が配設され、希釈ガス管５７には希釈ガス放出孔５８や混合ガス排出孔６１が、アノードオフガス導入管５２にはアノードオフガス導入孔５２ａが形成されている。このように構成したことで、下側容器部材６３に前記配管５７、５２を配設した状態で、上側容器部材６２との組み付け処理を行うことができるので、燃料電池システムへの希釈容器５１の装着を容易に行うことができる。さらに、希釈容器５１内に配設された配管５７、５２の修理や点検が必要となったときには、前記上側容器部材６２を取り外せば作業を行うことができるので、ハンドリングを容易化することができる。

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おり、希釈ガス管５７を流通する排出空気の一部が希釈ガス放出孔５８から上流室５４内に放出される。

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から間欠的に排出され、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、アノードオフガス放出孔５２ａから上流室５４内に放出される。

したがって、アノードオフガス放出孔５２ａ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放出孔５２ａ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。

この実施例における希釈容器５１の仕切部５３は、部材６２、６３と仕切片６４、６５とを溶接処理で固着することにより、その強度、引いては、耐圧性を向上できる。従って、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。

アノードオフガス放出孔５２ａから放出されたアノードオフガスは、仕切部５３に衝突して流れの向きを変え、且つ、仕切部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。

この実施例では、仕切部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。

また、前述したように、希釈ガス管５７において希釈ガス放出孔５８の下流に設けた絞り部５９の絞り具合（開口面積）で、希釈ガス放出孔５８から上流室５４内に導入される排出空気流量を調整することができるので、この絞り部５９の絞り具合（開口面積）を所定に設定することにより、希釈ガス放出孔５８から上流室５４内に放出される希釈ガス流量を、アノードオフガスの希釈に最適な流量に設定することができ、アノードオフガスを十分に希釈して排出することができる。

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補足し、希釈容器５１の下方に集合させ易くする。

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。
また、この実施例では、排液孔６０の直ぐ上流に絞り部５９が設けられているので、液体を吸引する吸引力を大きくすることができ、希釈容器５１に溜まった液体を効果的に吸い込むことができる。そのため、液体を速やかに排出することができる。吸引力が大きくすることができるのは、絞り部５９より上流側よりも下流側の方が圧力が低いためである。

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。

〔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。
例えば、前述した実施例においては、仕切部は１箇所のみであったが、これを複数箇所に形成してもよい。例えば、図４、図５に示す第１変形例のように、仕切部５３と端板５１ａ、５１ｂとの間に、下側容器部材６５に切り欠き部６８を形成した仕切部５３、５３を配置して、希釈容器５１内で３段に折り返すガス流路を形成してもよい。

図６は、排出ガス処理装置の第２変形例を示す分解斜視図である。第２変形例では、上述した第１変形例と同様に、アノードオフガス放出孔５２ａおよび希釈ガス放出孔５８と混合ガス排出孔６１との間に、３個の仕切部５３を備えている。またアノードオフガス放出孔５２ａ、希釈ガス放出孔５８および混合ガス排出孔６１は、いずれも下側容器部材６３に設けられている。そして第２変形例では、アノードオフガス放出孔５２ａおよび希釈ガス放出孔５８に最も近い第１仕切部５３ａ、並びに混合ガス排出孔６１に最も近い第３仕切部５３ｃにつき、上側仕切板片６４の上方に切り欠き部６８が形成されている。また、第１仕切部５３ａと第３仕切部５３ｃとの間に配置された第２仕切部５３ｂでは、下側仕切板片６５の下方に切り欠き部６８が形成されている。

上述した第２変形例では、希釈容器５１の下方に導入されたアノードオフガスと希釈ガスとの混合ガスが、第１仕切部５３ａの上方の切り欠き部６８に流入する。また第１仕切部５３ａの上方の切り欠き部６８から流出した混合ガスは、第２仕切部５３ｂの下方の切り欠き部６８を通って、第３仕切部５３ｃの上方の切り欠き部６８に流入する。さらに、第３仕切部５３ｃの上方の切り欠き部６８から流出した混合ガスは、希釈容器５１の下方の排出孔６１から排出される。このように第２変形例では、第１変形例に較べて混合ガスの流動距離を増加させることが可能になる。これにより、希釈容器５１内におけるアノードオフガスと希釈ガスとの混合時間が長くなり、アノードオフガスを確実に希釈することができる。

図７は、排出ガス処理装置の第３変形例を示す分解斜視図である。なお図７では、車両上下方向をＺ方向とし、希釈容器５１が分割される水平方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する水平方向をＹ方向としている。この第３変形例では、希釈容器５１が水平方向（Ｘ方向）に分割された第１容器部材６２および第２容器部材６３を備えている。各容器部材６２，６３の開口縁部にはそれぞれフランジ部（不図示）が設けられ、両容器部材６２，６３はフランジ部に溶接処理が施されまたはねじ止めされて一体化されている。

第１容器部材６２の＋Ｙ側面の上方（＋Ｚ方向）にはアノードオフガス放出孔５２ａが設けられ、第２容器部材６３の＋Ｙ側面の上方には希釈ガス放出孔５８が設けられている。なお希釈ガス放出孔５８は、燃料電池への供給空気（カソード供給ガス）または燃料電池からの排出空気（カソードオフガス）を希釈ガスとして放出するようになっている。また、両容器部材６２，６３の合わせ目の下方（−Ｚ方向）には、カソードエアダクト５７が設けられている。希釈容器５１内に配置されたカソードエアダクト５７の−Ｙ方向の上面には、混合ガス排出孔６１が設けられている。

第３変形例では、アノードオフガス放出孔５２ａおよび希釈ガス放出孔５８と混合ガス排出孔６１との間に、２個の仕切部５３（５３ａ，５３ｂ）が配置されている。各仕切部５３は、第１容器部材６２に設けられた第１仕切板片６４と、第２容器部材６３に設けられた第２仕切板片６５とを合わせて構成される。アノードオフガス放出孔５２ａおよび希釈ガス放出孔５８に最も近い第１仕切部５３ａでは、−Ｙ方向の端辺に沿って開口部６８が設けられている。また混合ガス排出孔６１に最も近い第２仕切部５３ｂでは、＋Ｙ方向の端辺に沿って開口部６８が設けられている。各開口部６８は、第１仕切板片６４に設けられた切り欠きと、第２仕切板片６５に設けられた切り欠きとを合わせて構成される。

上述した第３変形例では、希釈容器５１の＋Ｙ側に導入されたアノードオフガスと希釈ガスとの混合ガスが、第１仕切部５３ａの−Ｙ側の開口部６８に流入する。その第１仕切部５３ａの−Ｙ側の開口部６８から流出した混合ガスは、第２仕切部５３ｂの＋Ｙ側の開口部６８に流入する。さらに、第２仕切部５３ｂの＋Ｙ側の開口部６８から流出した混合ガスは、カソードエアダクトの−Ｙ側の排出孔６１から排出される。このように第３変形例でも、混合ガスの流動距離を増加させることが可能になり、アノードオフガスを確実に希釈することができる。しかも第３変形例では、カソードエアダクト５７を挟み込むように第１容器部材および第２容器部材を接合するので、カソードエアダクト５７を簡単に取付けることができる。

なお前述した実施例では、希釈容器の断面を長方形にしているが、楕円形や円形にすることも可能である。ここで、希釈容器の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）で構成すると、耐圧性をさらに向上できる点で好ましいが、この形状に限定されない。このように、希釈容器の形状が限定されないので、レイアウト性を向上することができる。
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く、供給空気（カソード供給ガス）を用いてもよい。
また、前記アノードオフガス供給口、前記希釈ガス供給口、前記混合ガス排出口は、前記容器内に形成してもよいし、前記容器表面に形成してもよい。

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る。 実施例における排出ガス処理装置の斜視図である。 前記排出ガス処理装置の分解斜視図である。 図３の前記排出ガス処理装置の第１変形例を示す要部斜視図である。 図４に示す第１変形例における前記排出ガス処理装置の分解斜視図である。 前記排出ガス処理装置の第２変形例を示す分解斜視図である。 前記排出ガス処理装置の第３変形例を示す分解斜視図である。

符号の説明

１…燃料電池 ３…アノード ５０…排出ガス処理装置 ５１…希釈容器 ５１ａ…端板（側面） ５２…アノードオフガス導入管（配管） ５３…仕切部 ５７…希釈ガス管（配管） ５８…希釈ガス放出孔（希釈ガス供給口） ６１…混合ガス排出孔 （混合ガス排出口） ６２…上側容器部材（第１容器部材） ６３…下側容器部材（第２容器部材） ６４…上側仕切片（第１仕切板片） ６５…下側仕切片（第２仕切板片） ６８…切り欠き部（ガス流通口）

Claims (4)

1. アノードオフガスと希釈ガスとを供給され、前記アノードオフガスを前記希釈ガスと混合希釈する容器を備え、
   該容器にそれぞれ形成されたアノードオフガス供給口および希釈ガス供給口と混合ガス排出口との間に、容器内空間を部分的に仕切る仕切部を少なくとも１つ有し、
   該容器は、第１容器部材と第２容器部材とで構成され、
   該仕切部は、第１容器部材の第１仕切板片と第２容器部材の第２仕切板片とで構成されることを特徴とする燃料電池の排出ガス処理装置。
2. 前記第１仕切片と前記第１容器部材との間、または、前記第２仕切片と前記第２容器部材との間、の少なくともいずれか一方に、ガス流通口を形成す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。
3. 前記第１容器部材または前記第２容器部材のいずれか一方にのみ、
   前記アノードオフガス供給口、前記希釈ガス供給口、前記混合ガス排出口のそれぞれが形成されるとともに、それぞれに接続される配管が配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池の排出ガス処理装置。
4. 前記アノードオフガス供給口と前記希釈ガス供給口は、前記仕切部に対向する同一側面に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池の排出ガス処理装置。

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