JP2008130484A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small condenser/collector which is excellent in mounting properties and performs efficient water collection in a fuel cell system that condenses and collects the water contained in exhaust air discharged from a fuel cell so as to supply the collected water to the fuel cell. <P>SOLUTION: The condenser/collector 24 is provided in a discharge path 21 for oxidant gas discharged from the fuel cell 1; the condenser/collector has a heat exchange part 50 and an exit-side tank 52; the exit-side tank 52 has a gas outflow port 54, which discharges the oxidant gas to the outside, and a trap member 55, that is provided on the downstream side of the gas outflow port 54 inside the exit-side tank 52 so as to capture the water contained in the oxidant gas; the trap member 55 is composed so that a first face 55a, on the side near the heat exchange part 50, is arranged substantially orthogonal to the flow of the oxidant gas passing through the heat exchange part 50, in order to allow the captured water to pass from the first face 55a to a second face 55b, on a side located far from the heat exchange part 50. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素と酸素との化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及びポータブル発電器等の移動体に適用して有効である。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates electric energy by a chemical reaction between hydrogen and oxygen, and is effective when applied to a moving body such as a vehicle, a ship, and a portable generator.

従来、水素と空気（酸素）との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池システムが知られている。燃料電池システムでは、発電に伴い水が発生する。そこで、燃料電池からの排出空気に含まれる水を凝縮回収し、回収された水を燃料電池に供給して潜熱冷却を行う燃料電池システムが知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell system that generates power using an electrochemical reaction between hydrogen and air (oxygen) is known. In the fuel cell system, water is generated with power generation. Therefore, there is known a fuel cell system that condenses and recovers water contained in the exhaust air from the fuel cell, supplies the recovered water to the fuel cell, and performs latent heat cooling.

しかし、従来の排出空気に含まれる水を回収する水回収システムでは、空冷の凝縮器により排ガス中の水蒸気を凝縮し、気液分離器により凝縮水と排出空気とを分離している。そのため、凝縮器の他に、気液分離器が必要になり、システムが大掛かりになるという問題があった。   However, in a conventional water recovery system that recovers water contained in exhaust air, water vapor in the exhaust gas is condensed by an air-cooled condenser, and condensed water and exhaust air are separated by a gas-liquid separator. Therefore, in addition to the condenser, a gas-liquid separator is required, and there is a problem that the system becomes large.

そこで、燃料電池からの排出空気に含まれる水を凝縮回収し、回収された水を燃料電池に供給する燃料電池システムに関し、気液分離器を不要とする構成が知られている（例えば、特許文献１、２）。
特開２００３−２８８９２４号公報 実開平６−２９００２号公報 In view of this, a fuel cell system that condenses and recovers water contained in the air discharged from the fuel cell and supplies the recovered water to the fuel cell is known in which a gas-liquid separator is unnecessary (for example, a patent) References 1, 2).
JP 2003-288924 A Japanese Utility Model Publication No. 6-29002

しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、凝縮器の空気排出口側タンク内部に気液分離手段として設けられたバッフルプレート３３、案内板３７が設置されているため、燃料電池から排出される空気の圧損が大きくなる。そのため、燃料電池の空気側の圧力が上がり、その分燃料電池に空気を供給する供給装置の動力が増大し、システム効率が低下するという課題がある。   However, in the fuel cell system described in Patent Document 1, the baffle plate 33 and the guide plate 37 provided as gas-liquid separation means are installed inside the air discharge side tank of the condenser, so that the fuel cell system is discharged from the fuel cell. The air pressure loss increases. For this reason, the pressure on the air side of the fuel cell increases, and accordingly, the power of the supply device that supplies air to the fuel cell increases, and there is a problem that the system efficiency decreases.

さらに、液水を分離する部材として板材に多数の孔を設けたドレインボードを用いているが、１枚のドレインボードで構成されているため、孔径が大きい場合は液水とともに空気も流出し、孔径が小さい場合は水の表面張力が働くため、液水の分離効率が悪いという欠点がある。また、気液分離手段をバッフルプレート３３等の多数部材から構成しているため、体格が大きくなり搭載性が悪いという問題もある。   Furthermore, as a member for separating liquid water, a drain board provided with a large number of holes in the plate material is used, but since it is composed of a single drain board, when the hole diameter is large, air flows out together with liquid water, When the pore diameter is small, the surface tension of water works, so there is a drawback that the separation efficiency of liquid water is poor. In addition, since the gas-liquid separation means is composed of a large number of members such as the baffle plate 33, there is a problem that the physique is large and the mountability is poor.

また、特許文献２に記載の燃料電池システムでは、凝縮器内部に設けられた熱交換部の下流であって出口側タンクに設けられた排気ガス流出口の上流位置に、通気性フィルタが設けられている。この凝縮器の構成を燃料電池システムに適用した場合、燃料電池から大流量の排出空気が流れるため、容器の下部に溜まった凝縮水の大部分は排出空気と共に排気ガス流出口から流出してしまうという欠点がある。   Further, in the fuel cell system described in Patent Document 2, a breathable filter is provided at a position downstream of the heat exchange unit provided in the condenser and upstream of the exhaust gas outlet provided in the outlet side tank. ing. When this condenser configuration is applied to a fuel cell system, a large amount of exhaust air flows from the fuel cell, so that most of the condensed water accumulated in the lower part of the container flows out from the exhaust gas outlet with the exhaust air. There is a drawback.

本発明は、上記点に鑑み、燃料電池からの排出空気に含まれる水を凝縮回収し、回収された水を燃料電池に供給する燃料電池システムにおいて、小型で搭載性がよく、効率の良い水回収が可能な凝縮回収器の提供を目的とする。   In view of the above points, the present invention provides a small, highly mountable, and efficient water fuel system that condenses and recovers water contained in air discharged from a fuel cell and supplies the recovered water to the fuel cell. The purpose is to provide a condensing recovery device that can be recovered.

上記目的を達成するため、本発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電力を得る燃料電池（１）と、燃料電池（１）から排出される酸化剤ガスの排出経路（２１）と、排出経路（２１）に設けられた凝縮回収器（２４）とを備えており、凝縮回収器（２４）は、外気と酸化剤ガスとを熱交換させる熱交換部（５０）と、熱交換部（５０）を通過した酸化剤ガスが供給される出口側タンク（５２）とを有しており、出口側タンク（５２）は、熱交換部（５０）を通過した酸化剤ガスを外部へ排出するガス流出口（５４）と、出口側タンク（５２）内部のガス流出口（５４）の下流側に設けられ、酸化剤ガスに含まれる水を捕捉するトラップ部材（５５）とを有しており、トラップ部材（５５）は、熱交換部（５０）に近い側の面である第１面（５５ａ）が熱交換部（５０）を通過した酸化剤ガスの流れに略直交するように配置され、捕捉した水を第１面（５５ａ）から熱交換部（５０）に遠い側の面である第２面（５５ｂ）に通過させることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell (1) that obtains electric power by electrochemically reacting an oxidant gas and a fuel gas, and a discharge path for an oxidant gas discharged from the fuel cell (1) ( 21) and a condensing and recovering device (24) provided in the discharge path (21). The condensing and recovering device (24) includes a heat exchanging unit (50) for exchanging heat between the outside air and the oxidant gas. And an outlet side tank (52) to which the oxidant gas that has passed through the heat exchange part (50) is supplied. The outlet side tank (52) is an oxidant gas that has passed through the heat exchange part (50). And a trap member (55) that is provided on the downstream side of the gas outlet (54) inside the outlet side tank (52) and captures water contained in the oxidant gas. The trap member (55) has a surface close to the heat exchange part (50). A certain first surface (55a) is arranged so as to be substantially orthogonal to the flow of the oxidant gas that has passed through the heat exchange section (50), and the captured water is far from the first surface (55a) to the heat exchange section (50). It is made to pass through the 2nd surface (55b) which is a surface of the side.

これにより、熱交換部（５０）から出口側タンク（５２）に供給される酸化剤ガスは、トラップ部材（５５）が抵抗となって、酸化剤ガスの流れ方向を変化させることができ、トラップ部材（５５）の上流側に設けられたガス流出口（５４）より空気排出経路（２１）に排出させることができる。また、トラップ部材（５５）により熱交換部（５０）から流出される水は、水の慣性力によりトラップ部材（５５）と衝突するため、容易に水の捕捉することができる。そのため、出口側タンク（５２）内にトラップ部材（５５）を設けて熱交換部（５０）から流出する水を回収する場合であっても、排出空気はトラップ部材（５５）を通過しないので、凝縮回収器（２４）内部での圧損を抑制することができる。また、水の慣性力を利用して、効率の良い水回収をすることができる。   Thus, the oxidant gas supplied from the heat exchanging part (50) to the outlet side tank (52) can change the flow direction of the oxidant gas because the trap member (55) becomes a resistance, The gas can be discharged from the gas outlet (54) provided on the upstream side of the member (55) to the air discharge path (21). Further, the water flowing out of the heat exchange section (50) by the trap member (55) collides with the trap member (55) due to the inertial force of the water, so that water can be easily captured. Therefore, even when the trap member (55) is provided in the outlet side tank (52) and the water flowing out from the heat exchange section (50) is recovered, the exhaust air does not pass through the trap member (55). Pressure loss inside the condensing and collecting device (24) can be suppressed. Further, efficient water recovery can be performed by utilizing the inertial force of water.

また、トラップ部材（５５）は、第１面（５５ａ）から第２面（５５ｂ）に貫通する貫通孔を有する多孔体で構成されている場合、熱交換部（５０）から出口側タンク（５２）に供給される酸化剤ガスに含まれる水は、多孔体の第１面（５５ａ）で捕捉され、第２面（５５ｂ）を通過するため、効率の良い水回収をすることができる。なお、多孔体は、空隙率が高いほど水の吸収率が上昇するため、空隙率の高い多孔体を用いることでより水回収効率を向上させることができる。   Further, when the trap member (55) is formed of a porous body having a through-hole penetrating from the first surface (55a) to the second surface (55b), the outlet side tank (52 The water contained in the oxidant gas supplied to) is captured by the first surface (55a) of the porous body and passes through the second surface (55b), so that efficient water recovery can be performed. In addition, since the water absorption rate increases as the porosity of the porous body increases, the water recovery efficiency can be further improved by using the porous body having a high porosity.

また、多孔体は、発泡金属で構成されている場合、他の多孔体などに比べ柔軟性や強度を有するため、排出空気の高圧力に対して耐えることができる。なお、発泡金属が出口側タンク（５２）と同様の金属である場合には、ろう付け加工ができるため簡素な構成とすることができる。   Further, when the porous body is made of a foam metal, it has flexibility and strength compared to other porous bodies, and therefore can withstand the high pressure of exhaust air. When the foam metal is the same metal as the outlet side tank (52), a brazing process can be performed, so that a simple configuration can be obtained.

また、トラップ部材（５５）は、孔径の異なる２層以上の多孔体の積層体で構成されており、積層体は、熱交換部（５０）に近づくにつれて孔径の大きな多孔体が積層されている場合、熱交換部（５０）から出口側タンク（５２）に供給される酸化剤ガスに含まれる水は、孔径の大きな多孔体により捕捉され、水の表面張力による毛細管現象により吸収される。多孔体の孔径が小さいほど表面張力による毛細管力は大きくなるため、捕捉された水は効率よく次の層へと移動させることができる。そのため、トラップ部材（５５）による、水回収効率を向上させることができる。   The trap member (55) is composed of a laminate of two or more porous bodies having different pore diameters, and the laminate is laminated with a porous body having a larger pore diameter as it approaches the heat exchange section (50). In this case, water contained in the oxidant gas supplied from the heat exchange unit (50) to the outlet side tank (52) is captured by a porous body having a large pore diameter and is absorbed by a capillary phenomenon due to the surface tension of the water. Since the capillary force due to the surface tension increases as the pore diameter of the porous body decreases, the trapped water can be efficiently moved to the next layer. Therefore, the water recovery efficiency by the trap member (55) can be improved.

また、多孔体は、断面波形状に形成されている波形部材（６２）と平板部材（６３）とが交互に積層されて構成されており、貫通孔は、波形部材（６２）と平板部材（６３）との間に形成されている場合、熱交換部（５０）から出口側タンク（５２）に供給される酸化剤ガスに含まれる水は、表面張力により断面波形状の頂部に捕捉される。   Further, the porous body is configured by alternately laminating corrugated members (62) and flat plate members (63) formed in a corrugated cross section, and the through holes are formed by corrugated members (62) and flat plate members ( 63), the water contained in the oxidant gas supplied from the heat exchanging section (50) to the outlet side tank (52) is trapped at the top of the corrugated section by surface tension. .

また、トラップ部材（５５）は、多数個の孔が設けられ、孔径の異なる２層以上の板状部材で構成されており、熱交換部（５０）に近い側ほど孔径の大きな板状部材を設ける場合、孔径の大きな板状部材で、熱交換部（５０）から流出される酸化剤ガスに含まれる水を捕捉することができ、孔径の大きな板状部材の次の層に設けられた孔径の小さな板状部材が酸化剤ガスの流れの抵抗となるため、多数個の孔が設けられる一枚の板状部材で構成されるトラップ部材（５５）よりも効率の良い水回収をすることができる。   In addition, the trap member (55) is composed of two or more layers of plate-like members having a large number of holes and different hole diameters, and a plate-like member having a larger hole diameter is closer to the heat exchange part (50). When provided, the plate-shaped member having a large hole diameter can capture water contained in the oxidant gas flowing out from the heat exchange section (50), and the hole diameter provided in the next layer of the plate-shaped member having a large hole diameter. Since the small plate-shaped member provides resistance to the flow of the oxidant gas, water can be collected more efficiently than the trap member (55) formed of a single plate-shaped member provided with a large number of holes. it can.

また、出口側タンク（５２）の内部であって、トラップ部材（５５）の第２面（５５ｂ）側に設けられ、トラップ部材（５５）により酸化剤ガスから分離される水を貯蔵する貯留部（５６）を備える場合、別途水回収タンクを設けることなく酸化剤ガスから分離される水を貯蔵することができるため、燃料電池システムの構成を小型化することができる。   In addition, the reservoir is provided inside the outlet side tank (52) and on the second surface (55b) side of the trap member (55), and stores water separated from the oxidant gas by the trap member (55). When (56) is provided, since the water separated from the oxidant gas can be stored without providing a separate water recovery tank, the configuration of the fuel cell system can be reduced in size.

また、貯留部（５６）は、貯蔵された水を排出する水排出部（６１）が設けられており、水排出部（６１）は、貯留部（５６）に貯蔵された水を送り出す送液ポンプ（６０）を備える場合、凝縮回収器（２４）と送液ポンプ（６０）を一体とした構成とできるため、燃料電池システムの構成を小型化することができる。   Moreover, the storage part (56) is provided with the water discharge part (61) which discharges the stored water, and the water discharge part (61) sends out the water stored in the storage part (56). In the case of including the pump (60), the condensing and collecting device (24) and the liquid feeding pump (60) can be integrated, so that the configuration of the fuel cell system can be reduced in size.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムについて図１〜図２に基づいて説明する。本第１実施形態は、燃料電池システムを、燃料電池１を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に適用したものである。 (First embodiment)
Hereinafter, a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, the fuel cell system is applied to an electric vehicle (fuel cell vehicle) that runs using the fuel cell 1 as a power source.

図１は、第１実施形態に係る燃料電池システムの概念図である。図１に示すように、燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池１を備えている。ここで、水素が本発明の燃料ガスに相当し、酸素を含んだ空気が本発明の酸化剤ガスに相当する。   FIG. 1 is a conceptual diagram of the fuel cell system according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system includes a fuel cell 1 that generates electric power using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Here, hydrogen corresponds to the fuel gas of the present invention, and air containing oxygen corresponds to the oxidant gas of the present invention.

本実施形態では燃料電池１として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、電解質膜の両側面に電極が接合されたＭＥＡと、ＭＥＡを挟持する一対のセパレータから構成されるセルが複数個積層され、かつ電気的に直列接続されている。燃料電池１では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。   In this embodiment, a solid polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell 1, and a plurality of cells each composed of an MEA having electrodes joined to both sides of the electrolyte membrane and a pair of separators sandwiching the MEA are stacked. And are electrically connected in series. In the fuel cell 1, the following electrochemical reaction between hydrogen and oxygen occurs to generate electric energy.

（水素極側）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（酸素極側）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
燃料電池システムには、燃料電池１の水素極に供給される水素が通過する水素供給経路１０と、燃料電池１の水素極から排出される水素極側排ガスが通過する水素排出経路１１が設けられている。水素供給経路１０の最上流部には、燃料電池１の水素極に水素を供給するための水素供給装置１２が設けられている。本実施形態では、水素供給装置１２として、高圧の水素が充填された水素タンクを用いている。 (Hydrogen electrode side) H 2 → 2H + + 2e −
(Oxygen electrode side) 2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O
The fuel cell system is provided with a hydrogen supply path 10 through which hydrogen supplied to the hydrogen electrode of the fuel cell 1 passes and a hydrogen discharge path 11 through which hydrogen electrode side exhaust gas discharged from the hydrogen electrode of the fuel cell 1 passes. ing. A hydrogen supply device 12 for supplying hydrogen to the hydrogen electrode of the fuel cell 1 is provided at the most upstream portion of the hydrogen supply path 10. In the present embodiment, a hydrogen tank filled with high-pressure hydrogen is used as the hydrogen supply device 12.

水素供給経路１０には、上流側から順に第１シャット弁１３、調圧弁１４、第２シャット弁１５が設けられている。燃料電池１に水素を供給する際には、第１シャット弁１３と第２シャット弁１５を開き、調圧弁１４によって所望の水素圧力にして燃料電池１に供給する。車両停止時には、安全のため第１シャット弁１３、第２シャット弁１５は閉められる。   The hydrogen supply path 10 is provided with a first shut valve 13, a pressure regulating valve 14, and a second shut valve 15 in order from the upstream side. When supplying hydrogen to the fuel cell 1, the first shut valve 13 and the second shut valve 15 are opened, and a desired hydrogen pressure is supplied to the fuel cell 1 by the pressure regulating valve 14. When the vehicle is stopped, the first shut valve 13 and the second shut valve 15 are closed for safety.

水素排出経路１１には、第３シャット弁１６が設けられている。必要に応じて第３シャット弁１６を開くことで、燃料電池１の水素極側から水素排出経路１１を介して、未反応水素、蒸気（あるいは水）および空気極側から電解質膜を通過して水素極側に混入した窒素、酸素などの不純物が排出される。   A third shut valve 16 is provided in the hydrogen discharge path 11. By opening the third shut valve 16 as necessary, it passes through the electrolyte membrane from the unreacted hydrogen, vapor (or water) and air electrode side through the hydrogen discharge path 11 from the hydrogen electrode side of the fuel cell 1. Impurities such as nitrogen and oxygen mixed on the hydrogen electrode side are discharged.

燃料電池システムには、燃料電池１の空気極（酸素極）に供給される空気が通過する空気供給経路２０と、燃料電池１の空気極から排出される空気極側排出ガスが通過する空気排出経路２１が設けられている。空気供給経路２０には、空気を供給するための空気供給装置２２が設けられている。本第１実施形態では、空気供給装置２２として空気圧縮機を用いている。空気供給装置２２は圧縮機用モータと機械的に接続されている。空気排出経路２１には、所望の圧力になるよう空気の排気圧力を調整する調圧弁２３が設けられている。   The fuel cell system includes an air supply path 20 through which air supplied to an air electrode (oxygen electrode) of the fuel cell 1 passes, and an air discharge through which air electrode side exhaust gas discharged from the air electrode of the fuel cell 1 passes. A path 21 is provided. The air supply path 20 is provided with an air supply device 22 for supplying air. In the first embodiment, an air compressor is used as the air supply device 22. The air supply device 22 is mechanically connected to a compressor motor. The air discharge path 21 is provided with a pressure regulating valve 23 that adjusts the exhaust pressure of air so as to be a desired pressure.

燃料電池１は発電の際、上記電気化学反応により熱が発生する発熱体である。燃料電池１は発電効率確保のために運転中一定温度（例えば７０℃程度）に維持する必要がある。また、燃料電池１内部の電解質膜は、所定の許容上限温度を超えると、高温により破壊されるため、燃料電池１の温度を許容温度以下に保持する必要がある。   The fuel cell 1 is a heating element that generates heat by the electrochemical reaction during power generation. The fuel cell 1 needs to be maintained at a constant temperature (for example, about 70 ° C.) during operation to ensure power generation efficiency. Moreover, since the electrolyte membrane inside the fuel cell 1 exceeds the predetermined allowable upper limit temperature and is destroyed by the high temperature, it is necessary to keep the temperature of the fuel cell 1 below the allowable temperature.

そのため、燃料電池システムには、燃料電池１を冷却するための冷却システムが設けられている。冷却システムには、燃料電池１に冷却水（熱媒体）を循環させる冷却水経路４０、冷却水を循環させるウォータポンプ４３、ファン４２を備えたラジエータ４１（放熱器）が設けられている。   Therefore, the fuel cell system is provided with a cooling system for cooling the fuel cell 1. The cooling system is provided with a cooling water path 40 that circulates cooling water (heat medium) in the fuel cell 1, a water pump 43 that circulates the cooling water, and a radiator 41 (radiator) that includes a fan 42.

冷却水経路４０には、冷却水をラジエータ４１をバイパスさせるためのバイパス経路４４が設けられている。冷却水経路４０とバイパス経路４４との合流点には、バイパス経路４４に流れる冷却水流量を調整するための流路切替弁４５が設けられている。   The cooling water path 40 is provided with a bypass path 44 for bypassing the cooling water to the radiator 41. A flow path switching valve 45 for adjusting the flow rate of the cooling water flowing through the bypass path 44 is provided at the junction of the cooling water path 40 and the bypass path 44.

さらに、燃料電池システムには、燃料電池１を冷却するために潜熱冷却システムが設けられている。潜熱冷却システムには、空気排出経路２１を通過する空気（空気極側排出ガス）に含まれる水蒸気を凝縮回収する凝縮回収器２４、凝縮回収された水を燃料電池１に供給するための水供給配管２６が設けられている。ここで、凝縮回収器２４には、外気を導入するファン２５が設けられている。本実施形態では、凝縮回収器２４への外気の導入手段としてファン２５を利用しているが、外気の導入手段として走行風を利用することもできる。凝縮回収器２４の構成については、後で詳述する。   Further, the fuel cell system is provided with a latent heat cooling system for cooling the fuel cell 1. The latent heat cooling system includes a condensing / recovering device 24 that condenses and recovers water vapor contained in the air (air electrode side exhaust gas) passing through the air discharge path 21, and a water supply for supplying the condensed and recovered water to the fuel cell 1. A pipe 26 is provided. Here, the condenser / collector 24 is provided with a fan 25 for introducing outside air. In the present embodiment, the fan 25 is used as the outside air introduction means to the condensing and collecting device 24, but traveling wind can also be used as the outside air introduction means. The configuration of the condensing and collecting unit 24 will be described in detail later.

燃料電池システムには、各種制御を行う制御手段としての制御部１００（ＥＣＵ）が設けられている。制御部１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って各種演算などの処理を実行する。   The fuel cell system is provided with a control unit 100 (ECU) as control means for performing various controls. The control unit 100 is configured by a known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, an I / O, and the like, and executes processing such as various calculations according to a program stored in the ROM.

次に、本実施形態で用いる凝縮回収器２４について図２に基づいて詳述する。図２は、本実施形態で用いる凝縮回収器２４の全体構成図であり、図２（ａ）は凝縮回収器２４の正面図、図２（ｂ）は凝縮回収器２４の側面図を示している。なお、説明の便宜のため、図２（ａ）、図２（ｂ）の出口側タンク５２については、正面および側面の透視した状態を示している。   Next, the condensing and recovering device 24 used in the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is an overall configuration diagram of the condensing and collecting device 24 used in the present embodiment. FIG. 2 (a) is a front view of the condensing and collecting device 24, and FIG. 2 (b) is a side view of the condensing and collecting device 24. Yes. For convenience of explanation, the front and side surfaces of the outlet side tank 52 shown in FIGS. 2A and 2B are shown in a transparent state.

図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、凝縮回収器２４は、排出空気が流通する複数本のチューブ、チューブの外表面に接合された波状のフィンからなる熱交換部５０、チューブにおける排出空気の流入出方向両端側に設けられて複数本のチューブと連通する入口側タンク５１、出口側タンク５２から構成される。また、本実施形態では、長手方向が略垂直方向となるように熱交換部５０のチューブとフィンを配し、チューブの長手方向の両端に入口側タンク５１および出口側タンク５２を配した所謂ダウンフロー型の凝縮回収器２４を用いている。   As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the condensing and recovering device 24 includes a plurality of tubes through which exhausted air flows, a heat exchanging unit 50 made of wavy fins joined to the outer surface of the tubes, It is comprised from the inlet side tank 51 and the outlet side tank 52 which are provided in the both ends of the inflow / outflow direction of the exhaust air in a tube, and are connected with several tubes. In the present embodiment, the tubes and fins of the heat exchanging unit 50 are arranged so that the longitudinal direction is substantially vertical, and the so-called down side in which the inlet side tank 51 and the outlet side tank 52 are arranged at both ends of the longitudinal direction of the tube. A flow type condenser / recovery unit 24 is used.

入口側タンク５１は、長手方向の一端近傍に空気導入口５３が設けられている。空気導入口５３と凝縮回収器２４の上流側の空気排出経路２１とを接続することで燃料電池１からの排出空気が入口側タンク５１に導入される。入口側タンク５１に導入された排出空気は、熱交換部５０に流れる。   The inlet side tank 51 is provided with an air introduction port 53 in the vicinity of one end in the longitudinal direction. The exhaust air from the fuel cell 1 is introduced into the inlet side tank 51 by connecting the air introduction port 53 and the air discharge path 21 upstream of the condensing and collecting device 24. The exhaust air introduced into the inlet side tank 51 flows to the heat exchange unit 50.

出口側タンク５２は、長手方向の入口側タンク５１に設けられた空気導入口５３の反対側の端部近傍に空気排出口５４が設けられている。空気排出口５４は、熱交換部５０を通過した空気の流れと略直交する方向に空気を出口側タンク５２から排出させる構成で設けられている。熱交換部５０から供給される排出空気は、水に比べ慣性力が大きくないため、出口側タンク５２に設けられた空気排出口５４を介して空気排出経路２１に流れ外部に排出される。   The outlet side tank 52 is provided with an air discharge port 54 in the vicinity of the end portion on the opposite side of the air introduction port 53 provided in the inlet side tank 51 in the longitudinal direction. The air discharge port 54 is configured to discharge air from the outlet side tank 52 in a direction substantially orthogonal to the flow of air that has passed through the heat exchange unit 50. Since the exhaust air supplied from the heat exchanging unit 50 does not have an inertial force larger than that of water, it flows into the air discharge path 21 via the air discharge port 54 provided in the outlet side tank 52 and is discharged outside.

ここで、空気排出口５４は、熱交換部５０を通過する空気の流れと略直交する方向に空気を出口側タンク５２から排出される構成で設けられているが、出口側タンク５２の上流側方向又は下流側方向に傾斜角度をつける構成で設けてもよい。   Here, the air discharge port 54 is provided in a configuration in which air is discharged from the outlet side tank 52 in a direction substantially orthogonal to the flow of air passing through the heat exchange unit 50, but is upstream of the outlet side tank 52. You may provide by the structure which gives an inclination angle to a direction or a downstream direction.

出口側タンク５２は、空気排出口５４の下流側に熱交換部５０により凝縮された水を捕捉し、捕捉された水を通過させるトラップ部材５５が設けられている。トラップ部材５５は、熱交換部５０に近い側の第１面５５ａが熱交換部５０を通過した空気の流れに略直交するように配置されている。本実施形態のトラップ部材５５は、出口側タンク５２の長手方向を横断し、出口側タンク５２の下方側を閉塞するように設けられているが、一部に隙間を設ける構成としても良い。   The outlet side tank 52 is provided with a trap member 55 that captures the water condensed by the heat exchanging unit 50 on the downstream side of the air discharge port 54 and allows the captured water to pass therethrough. The trap member 55 is disposed so that the first surface 55 a on the side close to the heat exchange unit 50 is substantially orthogonal to the air flow that has passed through the heat exchange unit 50. Although the trap member 55 of the present embodiment is provided so as to cross the longitudinal direction of the outlet side tank 52 and close the lower side of the outlet side tank 52, a configuration may be adopted in which a gap is provided in part.

トラップ部材５５は、第１面５５ａから第２面５５ｂに貫通する貫通孔を有する多孔体を用いて構成されている。トラップ部材５５は、熱交換部５０で凝縮された水が衝突する第１面５５ａで水を捕捉することができ、多孔体の貫通孔を介して第２面５５ｂで捕捉された水を落下させることができる。   The trap member 55 is configured using a porous body having a through hole penetrating from the first surface 55a to the second surface 55b. The trap member 55 can capture water on the first surface 55a where the water condensed in the heat exchange unit 50 collides, and drops the water captured on the second surface 55b through the through hole of the porous body. be able to.

トラップ部材５５を構成する多孔体として、例えば、発泡金属、多孔質セラミックス等を使用することができる。多孔体は、空隙率が高いほど水の吸収率が上昇するため、空隙率の高い多孔体を用いることでより水回収効率を向上させることができる。ここで、多孔体として発泡金属を使用する場合、発泡金属は、他の多孔体などに比べ柔軟性や強度を有するため、排出空気の高圧力に対して耐えることができる。なお、発泡金属が出口側タンク５２と同様の金属である場合には、ろう付け加工ができるため簡素な構成とすることができる。   As the porous body constituting the trap member 55, for example, foam metal, porous ceramics, or the like can be used. Since the porous body has a higher water absorption rate as the porosity is higher, the water recovery efficiency can be further improved by using a porous body having a higher porosity. Here, when a foam metal is used as the porous body, the foam metal has resistance and flexibility compared to other porous bodies, and therefore can withstand high pressure of exhaust air. When the foam metal is the same metal as that of the outlet side tank 52, brazing can be performed, so that the configuration can be simplified.

出口側タンク５２の底部は、中央付近にトラップ部材５５から落下する水を貯蔵する貯留部５６が設けられ、貯留部５６の左右には貯留部５６に向かって下方へ傾斜する排水用傾斜面５７、５８が形成されている。   The bottom of the outlet side tank 52 is provided with a reservoir 56 for storing water falling from the trap member 55 in the vicinity of the center, and an inclined surface 57 for drainage that slopes downward toward the reservoir 56 on the left and right of the reservoir 56. , 58 are formed.

貯留部５６には、水に含まれるイオンを吸着するためイオン吸着装置５９が設けられている。また、貯留部５６には貯蔵された水を排出して、燃料電池１に供給するための水供給配管２６が接続されている。貯留部５６と水供給配管２６の接続部には、送液ポンプ６０が設けられている。   The reservoir 56 is provided with an ion adsorption device 59 for adsorbing ions contained in water. A water supply pipe 26 for discharging the stored water and supplying it to the fuel cell 1 is connected to the storage unit 56. A liquid feed pump 60 is provided at a connection portion between the storage unit 56 and the water supply pipe 26.

送液ポンプ６０は、図示しない送液ポンプ用モータを回転させることにより送液ポンプ６０を回転させて水供給配管２６を介して燃料電池１に貯留部５６内の水を供給する。ここで、送液ポンプ６０は、燃料電池１に供給させる水は多くないため小型のポンプを用いることができる。   The liquid feed pump 60 rotates the liquid feed pump 60 by rotating a liquid feed pump motor (not shown) and supplies the water in the reservoir 56 to the fuel cell 1 through the water supply pipe 26. Here, since the liquid feed pump 60 does not have much water to be supplied to the fuel cell 1, a small pump can be used.

上記構成の燃料電池システムでは、空気供給経路２０および水素供給経路１０から燃料電池１に空気および水素が供給されることで、燃料電池１では発電が行われる。燃料電池１の発電に伴い燃料電池１の空気極側では生成水が発生し、この生成水は、空気極側排出ガスに含まれる状態で燃料電池１から排出される。空気（空気極側排出ガス）に含まれる水蒸気は、空気排出経路２１に設けられた凝縮回収器２４に流入される。   In the fuel cell system configured as described above, the fuel cell 1 generates power by supplying air and hydrogen from the air supply path 20 and the hydrogen supply path 10 to the fuel cell 1. Along with the power generation of the fuel cell 1, generated water is generated on the air electrode side of the fuel cell 1, and this generated water is discharged from the fuel cell 1 in a state of being included in the air electrode side exhaust gas. Water vapor contained in the air (air electrode side exhaust gas) flows into the condensing and recovering device 24 provided in the air exhaust path 21.

水蒸気を含んだ空気は、空気排出経路２１から凝縮回収器２４の入口側タンク５１に流入し、熱交換部５０を介して出口側タンク５２に導かれる間に、外気と熱交換して冷却され排出空気中の水蒸気が凝縮され、液滴を含んだ排出空気となる。液滴を含んだ排出空気が、熱交換部５０から出口側タンク５２に流入し、トラップ部材５５に向かって流れる。   The air containing water vapor flows into the inlet side tank 51 of the condenser / collector 24 from the air discharge path 21 and is cooled by exchanging heat with the outside air while being guided to the outlet side tank 52 through the heat exchanging unit 50. Water vapor in the exhaust air is condensed to become exhaust air containing droplets. Exhaust air containing droplets flows from the heat exchange unit 50 into the outlet side tank 52 and flows toward the trap member 55.

熱交換部５０で凝縮された水の慣性力は排出空気の慣性力に比べ大きいため、トラップ部材５５の第１面５５ａを空気の流れに直交させることで、熱交換部５０で凝縮された水は、その慣性力によりトラップ部材５５に直交した方向で衝突する。トラップ部材５５により衝突した水は捕捉され、排出空気は、空気排出口５４から空気排出経路２１に排出される。   Since the inertial force of the water condensed in the heat exchange unit 50 is larger than the inertial force of the exhaust air, the water condensed in the heat exchange unit 50 can be obtained by making the first surface 55a of the trap member 55 orthogonal to the air flow. Collides with the trap member 55 in a direction perpendicular to the inertia force. The water collided by the trap member 55 is captured, and the discharged air is discharged from the air discharge port 54 to the air discharge path 21.

トラップ部材５５により捕捉された水は、自重によりトラップ部材５５から落下する。トラップ部材５５から落下した水は、出口側タンク５２の底部に設けられた排水用傾斜面５７、５８を介して貯留部５６に貯蔵される。貯留部５６に貯蔵される水は、貯留部５６に設けられた水排出部６１と水供給配管２６との接合部に設けられた送液ポンプ６０により水供給配管２６を介して燃料電池１に供給される。   The water captured by the trap member 55 falls from the trap member 55 due to its own weight. The water dropped from the trap member 55 is stored in the storage unit 56 via drainage inclined surfaces 57 and 58 provided at the bottom of the outlet side tank 52. The water stored in the storage unit 56 is supplied to the fuel cell 1 via the water supply pipe 26 by the liquid feed pump 60 provided at the junction between the water discharge unit 61 and the water supply pipe 26 provided in the storage unit 56. Supplied.

ここで、貯留部５６に貯蔵される水にはイオンが溶出している場合があるため、貯留部５６に設けられたイオン吸着装置５９により水に溶出するイオンを吸着する。燃料電池１に供給された水は、燃料電池１内部で蒸発し、蒸発する際の潜熱により冷却されることで燃料電池１の潜熱冷却を行う。   Here, since ions may be eluted in the water stored in the storage unit 56, the ions eluted in the water are adsorbed by the ion adsorption device 59 provided in the storage unit 56. The water supplied to the fuel cell 1 evaporates inside the fuel cell 1 and is cooled by latent heat at the time of evaporation, thereby cooling the fuel cell 1 with latent heat.

したがって、出口側タンク５２内にトラップ部材５５を設けて熱交換部５０から流出する水を回収する場合であっても、出口側タンク５２内部におけるトラップ部材５５の上流側に空気排出口５４を設けることで、排出空気はトラップ部材５５を通過しないので、凝縮回収器２４内部での圧損を抑制することができる。さらに、熱交換部５０から流出する水の慣性力を利用して、効率の良い水回収をすることができる。また、凝縮回収器２４の出口側タンク５２内部に水を貯蔵する貯留部５６と送液ポンプ６０を凝縮回収器２４と一体構成とするため、小型化することができ、搭載性を向上させることができる。   Therefore, even when the trap member 55 is provided in the outlet side tank 52 and the water flowing out from the heat exchange unit 50 is collected, the air discharge port 54 is provided on the upstream side of the trap member 55 in the outlet side tank 52. Thus, since the exhaust air does not pass through the trap member 55, the pressure loss inside the condensing and collecting device 24 can be suppressed. Furthermore, efficient water recovery can be performed by utilizing the inertial force of the water flowing out from the heat exchange unit 50. In addition, since the reservoir 56 for storing water and the liquid feed pump 60 are integrated with the condensing and collecting device 24 in the outlet side tank 52 of the condensing and collecting device 24, it is possible to reduce the size and improve the mountability. Can do.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３に基づいて説明する。本第２実施形態では、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, only parts different from the first embodiment will be described.

図３は、本実施形態で用いる凝縮回収器２４の全体構成であり、図３（ａ）は凝縮回収器２４の正面図、図３（ｂ）は凝縮回収器２４の側面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＡ部の拡大断面図を示している。なお、説明の便宜のため、図３（ａ）、図３（ｂ）の出口側タンク５２については、正面および側面の透視した状態を示している。   FIG. 3 shows the overall configuration of the condensing and collecting device 24 used in the present embodiment. FIG. 3 (a) is a front view of the condensing and collecting device 24, FIG. 3 (b) is a side view of the condensing and collecting device 24, and FIG. (c) has shown the expanded sectional view of the A section of Fig.3 (a). For convenience of explanation, the front and side see-through states of the outlet side tank 52 in FIGS. 3A and 3B are shown.

図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すように、凝縮回収器２４の出口側タンク５２は、空気排出口５４の下流側に熱交換部５０により凝縮された水を捕捉するトラップ部材５５が設けられている。   As shown in FIG. 3A, FIG. 3B, and FIG. 3C, the outlet side tank 52 of the condensing and recovering device 24 is water condensed by the heat exchanging unit 50 on the downstream side of the air discharge port. A trap member 55 is provided for catching.

本実施形態の熱交換部５０により凝縮された水のトラップ部材５５は、熱交換部５０に近づくにつれて孔径の大きな多孔体を積層する構成としている。図３（ｃ）では、孔径の異なる３層の多孔体を用いており、孔径が大きい多孔体を第１層とし、次に第１層の多孔体よりも小さい孔径を有する多孔体を第２層、最下層に第２層の多孔体よりも小さい孔径を有する多孔体を第３層としている。   The trap member 55 of water condensed by the heat exchange unit 50 of the present embodiment has a configuration in which a porous body having a large pore diameter is stacked as it approaches the heat exchange unit 50. In FIG. 3C, three layers of porous bodies having different pore diameters are used. A porous body having a large pore diameter is defined as a first layer, and then a porous body having a pore diameter smaller than that of the first layer is defined as a second porous body. A porous body having a pore diameter smaller than that of the second-layer porous body is used as the third layer.

熱交換部５０から出口側タンク５２に供給される水は、水の慣性力により第１層目の多孔体に衝突し捕捉される。第１層目の多孔体で捕捉された水は、水の表面張力による毛細管現象により第１層の多孔体内に吸収される。ここで、表面張力による毛細管現象は、多孔体の孔径が小さいほど毛細管力が大きくなるため、第１層の多孔体に捕捉された水は、その毛細管力により第２層、第３層へと効率よく移動する。第３層目の多孔体に浸透した水は、自重によりトラップ部材５５から落下し、排水用傾斜面５７、５８を介して、出口側タンク５２の底部にある貯留部５６に溜められる。   The water supplied from the heat exchange unit 50 to the outlet side tank 52 collides with and is captured by the porous body of the first layer due to the inertial force of the water. The water trapped by the first layer of porous material is absorbed into the first layer of porous material by capillary action due to the surface tension of the water. Here, the capillary phenomenon due to the surface tension is such that the capillary force increases as the pore diameter of the porous body decreases. Therefore, the water trapped in the porous body of the first layer is transferred to the second and third layers by the capillary force. Move efficiently. The water that has permeated into the third layer porous body falls from the trap member 55 due to its own weight, and is stored in the storage portion 56 at the bottom of the outlet side tank 52 via the inclined surfaces 57 and 58 for drainage.

したがって、熱交換部５０から出口側タンク５２に供給される水をトラップ部材５５により捕捉し、出口側タンク５２の下流側に落下させることができ、効率よく空気と水を分離することができる。   Therefore, the water supplied from the heat exchange unit 50 to the outlet side tank 52 can be captured by the trap member 55 and dropped to the downstream side of the outlet side tank 52, so that air and water can be efficiently separated.

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図４に基づいて説明する。本第３実施形態では、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, only portions different from the first embodiment will be described.

図４は、本第３実施形態で使用するトラップ部材５５の部分拡大図である。図４（ａ）は波形部材６２と平板部材６３とが交互に積層されて構成されるトラップ部材５５の正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）の一部分の拡大図を示している。   FIG. 4 is a partially enlarged view of the trap member 55 used in the third embodiment. 4A is a front view of a trap member 55 configured by alternately laminating corrugated members 62 and flat plate members 63, and FIG. 4B is a cross section taken along line BB in FIG. 4A. FIG. 4 (c) shows an enlarged view of a part of FIG. 4 (a).

図４（ｂ）に示すように、本実施形態で使用するトラップ部材５５は、第１面５５ａから第２面５５ｂに貫通する貫通孔を有する多孔体を用いている。多孔体は、熱交換部５０を通過した排出空気の流れ方向に略直交な断面形状が微小な波状（例えば、１辺が１ｍｍ程度）に折り曲げた波形部材６２と、平板部材６３とが交互に積層されて構成される。平板部材６３は、波形部材６２の波形状の頂部に接合され、図４（ｂ）に示すように、トラップ部材５５は、断面三角形状の貫通孔を多数有する形状となる。このため、トラップ部材５５には、多数の鋭角が形成されている。ここで、本実施例では、三角形状の孔を多数有する形状としたが、これに限定されるものではなく、他の波形状としてもよい。また、波形部材６２と平板部材６３は、例えば、金属、樹脂等の材料を用いることができる。   As shown in FIG. 4B, the trap member 55 used in the present embodiment uses a porous body having a through hole penetrating from the first surface 55a to the second surface 55b. In the porous body, a corrugated member 62 and a flat plate member 63 are alternately formed by bending the cross-sectional shape substantially orthogonal to the flow direction of the exhaust air that has passed through the heat exchange section 50 into a minute wave shape (for example, one side is about 1 mm). It is constructed by stacking. The flat plate member 63 is joined to the wave-shaped top of the corrugated member 62, and as shown in FIG. 4B, the trap member 55 has a shape having many through-holes having a triangular cross section. For this reason, the trap member 55 has a number of acute angles. Here, in the present embodiment, the shape has a number of triangular holes, but the present invention is not limited to this, and other wave shapes may be used. Moreover, the corrugated member 62 and the flat plate member 63 can use materials, such as a metal and resin, for example.

これにより、図４で示すトラップ部材５５を使用する場合、熱交換部５０から出口側タンク５２に供給される水を含んだ排出空気は、出口側タンク５２内部に設けられるトラップ部材５５により水は捕捉され、排出空気は、空気排出口５４から空気排出経路２１に排出される。ここで、図４（ｃ）に示すようにトラップ部材５５に衝突する水は、表面張力により三角形状の角部に捕捉される。   Accordingly, when the trap member 55 shown in FIG. 4 is used, the exhaust air containing water supplied from the heat exchanging unit 50 to the outlet side tank 52 is discharged by the trap member 55 provided inside the outlet side tank 52. The trapped and discharged air is discharged from the air discharge port 54 to the air discharge path 21. Here, as shown in FIG. 4C, the water that collides with the trap member 55 is captured by the triangular corners by the surface tension.

トラップ部材５５により捕捉された水は、自重によりトラップ部材５５から落下する。トラップ部材５５から落下した水は、出口側タンク５２の底部に設けられた排水用傾斜面５７、５８を介して貯留部５６に貯蔵される。貯留部５６に貯蔵される水は、貯留部５６に設けられた水排出部６１と水供給配管２６との接合部に設けられた送液ポンプ６０により水供給配管２６を介して燃料電池１に供給される。   The water captured by the trap member 55 falls from the trap member 55 due to its own weight. The water dropped from the trap member 55 is stored in the storage unit 56 via drainage inclined surfaces 57 and 58 provided at the bottom of the outlet side tank 52. The water stored in the storage unit 56 is supplied to the fuel cell 1 via the water supply pipe 26 by the liquid feed pump 60 provided at the junction between the water discharge unit 61 and the water supply pipe 26 provided in the storage unit 56. Supplied.

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図５に基づいて説明する。本第４実施形態では、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, only portions different from the first embodiment will be described.

図５は、本実施形態で用いる凝縮回収器２４の全体構成であり、図５（ａ）は凝縮回収器２４の正面図、図５（ｂ）は凝縮回収器２４の上面図を示している。なお、説明の便宜のため、図５（ａ）、図５（ｂ）の出口側タンク５２については、正面および上面の透視した状態を示している。   FIG. 5 shows the overall configuration of the condensing and collecting device 24 used in the present embodiment. FIG. 5A shows a front view of the condensing and collecting device 24, and FIG. 5B shows a top view of the condensing and collecting device 24. . For convenience of explanation, the front side and top surfaces of the outlet side tank 52 shown in FIGS. 5A and 5B are shown in a transparent state.

図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、本実施形態の凝縮回収器２４は、第１実施形態に示すダウンフロー型凝縮回収器（図２、３）と異なり、長手方向が略水平方向となるように熱交換部５０のチューブとフィンを配し、チューブとフィンの長手方向の両端に入口側タンク５１および出口側タンク５２を配した所謂クロスフロー型凝縮回収器（図５）を用いている。   As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the condensing and collecting device 24 of the present embodiment is different from the downflow type condensing and collecting device (FIGS. 2 and 3) shown in the first embodiment in the longitudinal direction. A so-called cross-flow type condensing and collecting apparatus (FIG. 5) in which the tubes and fins of the heat exchange section 50 are arranged so as to be substantially horizontal, and the inlet side tank 51 and the outlet side tank 52 are arranged at both ends of the tubes and fins in the longitudinal direction. ) Is used.

図５（ａ）に示すように、凝縮回収器２４の出口側タンク５２の熱交換部５０と接する面と反対側の面は、トラップ部材５５と平行する面であり、その底部には、トラップ部材５５により捕捉された水を貯蔵するために貯留部５６が設けられている。   As shown in FIG. 5 (a), the surface of the outlet side tank 52 of the condensing and collecting device 24 opposite to the surface in contact with the heat exchanging portion 50 is a surface parallel to the trap member 55, and the trap portion 55 A reservoir 56 is provided to store the water captured by the member 55.

これにより、凝縮回収器２４は、ダウンフロー型凝縮回収器に限定されることなく、小型で圧損が少ない構成で燃料電池１からの水を凝縮回収することができる。   Thereby, the condensing and recovering device 24 is not limited to the downflow type condensing and recovering device, and can condense and recover the water from the fuel cell 1 with a small size and low pressure loss.

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、凝縮回収器２４により分離された水を燃料電池１に供給し潜熱冷却を行ったが、これに限らず、凝縮回収器２４により分離された水を燃料電池１の電解質膜を加湿するために利用してもよい。 (Other embodiments)
In each of the above embodiments, the water separated by the condensing and collecting device 24 is supplied to the fuel cell 1 and the latent heat cooling is performed. However, the present invention is not limited to this, and the water separated by the condensing and collecting device 24 is used. It may be used to humidify the electrolyte membrane.

また、上記第２実施形態では、トラップ部材５５に貫通孔を有する多孔体の積層体を用いているが、これに限らず、多数個の孔が設けられた板状部材を積層して構成してもよい。この場合は、孔径が異なる複数の板状部材を熱交換部５０に近い側の板状部材の孔径が大きくなるように積層すればよい。   In the second embodiment, the trap member 55 is a porous laminate having through holes. However, the present invention is not limited to this, and a plate-like member having a large number of holes is laminated. May be. In this case, a plurality of plate-like members having different hole diameters may be laminated so that the hole diameter of the plate-like member on the side close to the heat exchanging portion 50 is increased.

上記第１実施形態の燃料電池システムの全体構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the whole structure of the fuel cell system of the said 1st Embodiment. 上記第１実施形態の凝縮回収器の主要構成図である。It is a principal lineblock diagram of the condensation recovery machine of a 1st embodiment of the above. 上記第２実施形態の凝縮回収器の主要構成図である。It is a principal block diagram of the condensation recovery machine of the said 2nd Embodiment. 上記第３実施形態で使用するトラップ部材の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the trap member used in the said 3rd Embodiment. 上記第４実施形態の凝縮回収器の主要構成図である。It is a principal lineblock diagram of the condensation recovery machine of the above-mentioned 4th embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１…燃料電池、２０…空気供給経路、２１…空気排出経路、２４…凝縮回収器、２６…水供給配管、５０…熱交換部、５１…入口側タンク、５２…出口側タンク、５３…空気導入口、５４…空気排出口、５５…トラップ部材、５６…貯留部、５７、５８…排水用傾斜面、５９…イオン吸着装置、６０…送液ポンプ、６１…水排出部、６２…波形部材、６３…平板部材。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 20 ... Air supply path, 21 ... Air discharge path, 24 ... Condensing collection device, 26 ... Water supply piping, 50 ... Heat exchange part, 51 ... Inlet side tank, 52 ... Outlet side tank, 53 ... Air Inlet 54, Air outlet, 55 ... Trap member, 56 ... Reservoir, 57, 58 ... Inclined surface for drainage, 59 ... Ion adsorption device, 60 ... Liquid feed pump, 61 ... Water outlet, 62 ... Wave member 63 ... A flat plate member.

Claims (8)

酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電力を得る燃料電池（１）と、
前記燃料電池（１）から排出される前記酸化剤ガスの排出経路（２１）と、
前記排出経路（２１）に設けられた凝縮回収器（２４）とを備えており、
前記凝縮回収器（２４）は、外気と前記酸化剤ガスとを熱交換させる熱交換部（５０）と、前記熱交換部（５０）を通過した前記酸化剤ガスが供給される出口側タンク（５２）とを有しており、
前記出口側タンク（５２）は、前記熱交換部（５０）を通過した前記酸化剤ガスを外部へ排出するガス流出口（５４）と、前記出口側タンク（５２）内部の前記ガス流出口（５４）の下流側に設けられ、前記酸化剤ガスに含まれる水を捕捉するトラップ部材（５５）とを有しており、
前記トラップ部材（５５）は、前記熱交換部（５０）に近い側の第１面（５５ａ）が前記熱交換部（５０）を通過した前記酸化剤ガスの流れに略直交するように配置され、捕捉した水を前記第１面（５５ａ）から前記熱交換部（５０）に遠い側の第２面（５５ｂ）に通過させることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell (1) for obtaining electric power by electrochemically reacting an oxidant gas and a fuel gas;
A discharge path (21) for the oxidant gas discharged from the fuel cell (1);
A condensing and collecting device (24) provided in the discharge path (21),
The condensation recovery unit (24) includes a heat exchange unit (50) for exchanging heat between the outside air and the oxidant gas, and an outlet side tank (supplied with the oxidant gas that has passed through the heat exchange unit (50)). 52),
The outlet side tank (52) includes a gas outlet (54) for discharging the oxidant gas that has passed through the heat exchanging part (50) to the outside, and the gas outlet (54) inside the outlet side tank (52). 54) and a trap member (55) for capturing water contained in the oxidant gas.
The trap member (55) is arranged so that the first surface (55a) near the heat exchange part (50) is substantially orthogonal to the flow of the oxidant gas that has passed through the heat exchange part (50). The fuel cell system is characterized in that the trapped water is allowed to pass from the first surface (55a) to the second surface (55b) on the side far from the heat exchanging portion (50). 前記トラップ部材（５５）は、前記第１面（５５ａ）から前記第２面（５５ｂ）に貫通する貫通孔を有する多孔体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 The fuel cell according to claim 1, wherein the trap member (55) is formed of a porous body having a through hole penetrating from the first surface (55a) to the second surface (55b). system. 前記多孔体は、発泡金属で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2, wherein the porous body is made of a foam metal. 前記トラップ部材（５５）は、孔径の異なる２層以上の前記多孔体の積層体で構成されており、
前記積層体は、前記熱交換部（５０）に近づくにつれて孔径の大きな前記多孔体が積層されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の燃料電池システム。 The trap member (55) is composed of a laminate of two or more porous bodies having different pore diameters,
4. The fuel cell system according to claim 2, wherein the laminated body has the porous body having a larger pore diameter stacked as it approaches the heat exchanging portion (50). 前記多孔体は、断面波形状に形成されている波形部材（６２）と平板部材（６３）とが交互に積層されて構成されており、
前記貫通孔は、前記波形部材（６２）と前記平板部材（６３）との間に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。 The porous body is configured by alternately laminating corrugated members (62) and flat plate members (63) formed in a corrugated cross section,
The fuel cell system according to claim 2, wherein the through hole is formed between the corrugated member (62) and the flat plate member (63). 前記トラップ部材（５５）は、多数個の孔が設けられ、孔径の異なる２層以上の板状部材で構成されており、前記熱交換部（５０）に近い側ほど孔径の大きな前記板状部材を設けることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 The trap member (55) is composed of two or more plate-like members having a large number of holes and different hole diameters, and the plate-like member having a larger hole diameter toward the side closer to the heat exchange part (50). The fuel cell system according to claim 1, wherein: 前記出口側タンク（５２）の内部における、前記トラップ部材（５５）の前記第２面（５５ｂ）側に設けられ、前記トラップ部材（５５）により前記酸化剤ガスから分離される水を貯蔵する貯留部（５６）を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 A storage for storing water separated from the oxidant gas by the trap member (55) provided on the second surface (55b) side of the trap member (55) inside the outlet side tank (52). The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, further comprising a unit (56). 前記貯留部（５６）は、貯蔵された水を排出する水排出部（６１）が設けられており、
前記水排出部（６１）は、前記貯留部（５６）に貯蔵された水を供給する送液ポンプ（６０）を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 The storage part (56) is provided with a water discharge part (61) for discharging stored water,
The said water discharge part (61) is provided with the liquid feeding pump (60) which supplies the water stored by the said storage part (56), The one of Claim 1 thru | or 7 characterized by the above-mentioned. Fuel cell system.
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