JP2008241008A - Pipe fitting, piping structure, and fuel cell system fitted with them - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、配管継手、配管構造体及びこれらを備えた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a pipe joint, a pipe structure, and a fuel cell system including these.
近年、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とした燃料電池車等が注目されている。
そして、この燃料電池車等に設けられる燃料電池システムでは、燃料電池に対する燃料ガスや酸化ガスなどの反応ガスを給排気するための配管が接続されている。
In recent years, a fuel cell vehicle using a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas as an energy source has attracted attention.
And in the fuel cell system provided in this fuel cell vehicle etc., piping for supplying and exhausting reaction gas such as fuel gas and oxidant gas to the fuel cell is connected.
ところで、燃料電池に繋がる配管構造体では、絶縁ゴムホースなどの絶縁材料を介在させることにより電気的な絶縁を確保することが行われている。この場合、十分な絶縁抵抗を確保するため、ゴムホースを長くするという対策がとられることがある。あるいは、下流側配管の径を上流側配管の径より大きくしたり、上流側配管に先細ノズルを設けたりして絶縁性能が低下しないようにした技術も開示されている(例えば、特許文献1、2参照)。
しかしながら、配管のスペースの都合上、ゴムホースを十分に長くすることが困難なことがあり、このような場合、当該ゴムホース内を流れる水(例えば燃料電池の生成水)が上下流の配管端部と電気的に繋がった状態となり絶縁性能が低下するおそれがある。また、配管の径を異ならせたりノズルを設けたりすることは手間であり構造が複雑になってしまう。 However, due to the space of the piping, it may be difficult to make the rubber hose sufficiently long. In such a case, the water flowing in the rubber hose (for example, the generated water of the fuel cell) is connected to the upstream and downstream piping ends. There is a possibility that the insulation performance is lowered due to the electrical connection. In addition, it is troublesome to change the diameter of the pipe or provide the nozzle, and the structure becomes complicated.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、配管の設置に要するスペースを抑えつつ絶縁性能を確保することが可能な簡便な構造の配管継手、配管構造体及びこれらを備えた燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and has a simple structure of a pipe joint, a pipe structure, and a fuel cell including these, capable of ensuring insulation performance while suppressing a space required for pipe installation. The purpose is to provide a system.
上記目的を達成するために、本発明は、上流側配管と下流側配管と連結する絶縁材料からなる配管継手において、両端部付近の径よりも細く括れた異径部を前記両端部の間に有する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a pipe joint made of an insulating material connected to an upstream side pipe and a downstream side pipe, wherein a different-diameter portion narrower than the diameter in the vicinity of both end portions is provided between the both end portions. Have.
この構成によれば、異径部の内部を流れる生成水の流れを不連続化させることができる。これによれば、当該配管継手内を流れる水が上下流の配管端部と電気的に繋がった状態となるのを抑え、絶縁性能の低下を抑制することができる。
これにより、絶縁ホースの軸方向の長さを長くすることなく、また簡便な構造でありながらも絶縁性能を確保することができる。
According to this configuration, the flow of generated water that flows inside the different diameter portion can be discontinuous. According to this, it can suppress that the water which flows through the said piping joint will be in the state electrically connected with the upstream and downstream piping edge part, and can suppress the fall of insulation performance.
Thereby, the insulation performance can be ensured without increasing the length of the insulating hose in the axial direction and with a simple structure.
配管継手には、前記異径部を括れさせる絞り部材が設けられていてもよい。 The pipe joint may be provided with a throttle member for constricting the different diameter portion.
本発明にかかる配管構造体は、上述の配管継手によって上流側配管と下流側配管とが連結されてなるものである。 The piping structure according to the present invention is formed by connecting an upstream piping and a downstream piping by the above-described piping joint.
また、本発明において、前記上流側配管、配管継手および下流側配管は鉛直方向に配置されている。 In the present invention, the upstream side pipe, the pipe joint, and the downstream side pipe are arranged in the vertical direction.
さらに、本発明にかかる燃料電池システムは上述の配管構造体を含むものである。反応ガスの反応によって発電する燃料電池に繋がる配管が前記配管構造体によって構成されていることが好ましい。 Furthermore, the fuel cell system according to the present invention includes the above-described piping structure. It is preferable that the piping connected to the fuel cell that generates power by reaction of the reaction gas is constituted by the piping structure.
本発明によれば、配管の設置に要するスペースを抑え、簡素な構造を実現しつつ絶縁性能を確保することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the space required for installation of piping can be suppressed, and insulation performance can be ensured, implement | achieving a simple structure.
まず、本発明に係る配管継手および配管構造体が適用された燃料電池システムの全体構成を説明する。この燃料電池システムは燃料電池車両の車載発電システムであるが、車両搭載用の燃料電池システム以外にも、船舶,航空機,電車、歩行ロボット等のあらゆる移動体用の燃料電池システムや、例えば燃料電池が建物(住宅、ビル等)用の発電設備として用いられる定置用の燃料電池システムへの適用も可能である。 First, an overall configuration of a fuel cell system to which a pipe joint and a pipe structure according to the present invention are applied will be described. This fuel cell system is an in-vehicle power generation system for a fuel cell vehicle. In addition to a fuel cell system mounted on a vehicle, a fuel cell system for any moving body such as a ship, an aircraft, a train, a walking robot, or the like, for example, a fuel cell However, it can also be applied to stationary fuel cell systems used as power generation equipment for buildings (housing, buildings, etc.).
図1に示される燃料電池システム1において、酸化ガスとしての空気(外気、被加湿ガス)は、空気供給路71を介して燃料電池20の空気供給口に供給される。空気供給路71には、空気から微粒子を除去するエアフィルタA1、空気を加圧するコンプレッサA3、及び空気に所要の水分を加える加湿器A21が設けられている。エアフィルタA1には、空気流量を検出する図示省略のエアフローメータ(流量計)が設けられている。コンプレッサA3は、モータによって駆動される。このモータは、後述の制御部50によって駆動制御される。
In the
燃料電池20から排出される空気オフガス(酸化オフガス、加湿ガス)は、排気路72を経て外部に放出される。排気路72には、圧力調整弁A4、及び加湿器A21が設けられている。圧力調整弁A4は、燃料電池20への供給空気圧を設定する調圧(減圧)器として機能する。制御部50は、コンプレッサA3を駆動するモータの回転数及び圧力調整弁A4の開度面積を調整することによって、燃料電池20への供給空気圧や供給空気流量を設定する。
Air off-gas (oxidation off-gas, humidified gas) discharged from the
燃料ガスとしての水素ガスは、水素供給源30から水素供給路74を介して燃料電池20の水素供給口に供給される。水素供給源30は、例えば高圧水素タンクが該当するが、いわゆる燃料改質器や水素吸蔵合金等であっても良い。
Hydrogen gas as the fuel gas is supplied from the
水素供給路74には、水素供給源30から水素を供給しあるいは供給を停止する遮断弁H100、燃料電池20への水素ガスの供給圧力を減圧して調整する水素調圧弁H9、及び燃料電池20の水素供給口と水素供給路74間を開閉する遮断弁H21が設けられている。水素調圧弁H9としては、例えば機械式の減圧を行う調圧弁を使用できるが、パルスモータで弁の開度がリニアあるいは連続的に調整される弁であっても良い。
In the
燃料電池20で消費されなかった水素ガスは、水素オフガス(燃料ガスのオフガス)として水素循環路75に排出され、水素供給路74の水素調圧弁H9の下流側に戻される。水素循環路75には、水素オフガスから水分を回収する気液分離装置H42、回収した生成水を水素循環路75外の図示しないタンク等に回収する排水弁H41、及び水素オフガスを加圧する水素ポンプH50が設けられている。
The hydrogen gas that has not been consumed in the
遮断弁H21は、燃料電池20のアノード側を閉鎖する。水素ポンプH50は、制御部50によって動作が制御される。水素オフガスは、水素供給路74で水素ガスと合流し、燃料電池20に供給されて再利用される。遮断弁H21は、制御部50からの信号で駆動される。
The shut-off valve H21 closes the anode side of the
水素循環路75は、排出制御弁H51を介して、パージ流路76によって加湿器A21の下流側の排気路72に接続されている。排出制御弁H51は、電磁式の遮断弁であり、制御部50からの指令によって作動することにより、水素オフガスは燃料電池20から排出された空気オフガスとともに外部へ排出(パージ)される。このパージ動作を間欠的に行うことによって、水素ガス中の不純物濃度が増加することによるセル電圧の低下を防止することができる。
The
燃料電池20の冷却水出入口には、冷却水を循環させる冷却路73が設けられている。冷却路73には、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ(熱交換器)C2、及び冷却水を加圧して循環させるポンプC1が設けられている。また、ラジエータC2には、モータによって回転駆動される冷却ファンC13が設けられている。
A
燃料電池20は、水素ガスと空気の供給を受けて電気化学反応により発電する単セルを所要数積層してなる燃料電池スタックとして構成されている。燃料電池20が発生した電力は、図示しないパワーコントロールユニットに供給される。パワーコントロールユニットは、車両の駆動モータに電力を供給するインバータと、コンプレッサモータや水素ポンプ用モータなどの各種の補機類に電力を供給するインバータと、二次電池等の蓄電手段への充電や該蓄電手段からのモータ類への電力供給を行うDC−DCコンバータなどが備えられている。
The
制御部50は、CPU、ROM、RAM、HDD、入出力インタフェース及びディスプレイなどの公知構成から成る制御コンピュータシステムによって構成されており、図示しない車両のアクセル信号などの要求負荷や燃料電池システム1の各部のセンサ(圧力センサ、温度センサ、流量センサ、出力電流計、出力電圧計等)から制御情報を受け取り、システム各部の弁類やモータ類の運転を制御する。
The
加湿器A21は、図2および図3に示すように、コンプレッサA3から空気供給路71を通じて燃料電池20に供給される空気(被加湿ガス)と、燃料電池20から排気路72を通じて外部に排出される空気オフガス(加湿ガス)との間で水分交換を行って空気に水分を加える。加湿器A21は、加湿モジュールと、加湿モジュールを収容するケーシングとを備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the humidifier A <b> 21 is discharged outside from the compressor A <b> 3 to the
次に、図2を用いて、本実施形態に係る燃料電池システム1の配管構造体8について説明する。
なお、ここでは、燃料電池20からの水素オフガスが流される水素循環路75の配管を例にとって説明する。
Next, the
Here, a description will be given by taking, as an example, piping of a
図2(a)に示すように、水素循環路75の鉛直方向に沿って配設された部分には、金属配管からなる上流側配管81と下流側配管82との間に継手として絶縁ホース83が設けられており、この絶縁ホース83によって上流側配管81と下流側配管82とが連結されて流路がつなげられている。
As shown in FIG. 2A, an
この絶縁ホース83は、例えば、ゴムなどの絶縁材料を円筒状に形成したもので、この絶縁ホース83には、その一端部83bに上流側配管81が嵌合され、他端部83cに下流側配管82が嵌合されている。
そして、この絶縁ホース83に対する上流側配管81及び下流側配管82の接続箇所は、クリップ85によって固定され気密な状態となっている。
The insulating
And the connection location of the upstream side piping 81 and the downstream side piping 82 with respect to this
図2(b)にも示すように、この絶縁ホース83は、その中間部が括(くび)れるように胴部を絞って成形することにより、異径部83aが形成されている。つまり、この絶縁ホース83では、両端から中間部の異径部83aに向かって、その流路断面積が縮径されている。
As shown in FIG. 2 (b), the insulating
このような絶縁ホース83を備えた水素循環路75では、燃料電池20から排出された水素オフガスが流れると、この水素オフガスとともに燃料電池20で生じた生成水Wが流される。
In the
そして、この水素オフガスとともに流される生成水Wは、異径部83aを形成することにより流路断面積が変化された絶縁ホース83にて、その流れが断続化される。
つまり、絶縁ホース83の内部を流れる生成水Wの流れが断続化して不連続なものとなることにより、上流側配管81と下流側配管82とにわたって生成水Wが流れることによる絶縁性能の低下を抑制することができる。
The generated water W that flows along with the hydrogen off-gas is intermittently flowed in the insulating
That is, the flow of the generated water W flowing through the inside of the insulating
以上、説明したように、絶縁ホース(配管継手)83の胴部を絞った形状とした上記実施形態によれば、生成水Wの排水を促進することができる。さらにこの実施形態によれば、水素循環路75などの配管内の生成水Wの流れが絶縁ホース83の異径部83aにて断続化され、上流側配管81と下流側配管82とにわたって生成水Wが流れることによる絶縁性能の低下を抑制することができる。
これにより、絶縁ホース83の軸方向の長さを長くすることなく、良好な絶縁性能を確保することができる。
As described above, according to the embodiment in which the body portion of the insulating hose (pipe joint) 83 is narrowed, drainage of the generated water W can be promoted. Furthermore, according to this embodiment, the flow of the generated water W in the piping such as the
Thereby, good insulation performance can be secured without increasing the length of the insulating
そして、この配管構造体8を備えた燃料電池システム1によれば、配管における良好な絶縁性能が確保されているので、絶縁性能に優れ、より安全性の高い燃料電池システム1とすることができる。
And according to the
なお、上記実施形態では、絶縁ホース83の中間部が括れるように成形することにより異径部83aを形成したが、長手方向にわたって同一径の絶縁ホース83の中間部を、図3に示すように、クリップ86によって絞ることによって括れた異径部83aを形成しても良い。こうした場合、クリップ86を利用して異径部83aを形成することが可能であるから、絶縁ホース83を予め括れ形状に形成しておかなくても足りる。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、水素循環路75を例にとって説明したが、本発明の配管構造体8は水素循環路75に限らず、他の配管にも適用可能であるのは勿論である。
さらに、異径部83aの形成位置及び形成数は上記実施形態に限定されることはなく、また、絶縁ホース83の材料としては、絶縁材料であれば良く、ゴムに限らず、プラスチック等の絶縁材料でも良い。
In the above embodiment, the
Furthermore, the formation position and the number of the
1…燃料電池システム、8…配管構造体、20…燃料電池、75…水素循環路(配管)、81…上流側配管、82…下流側配管、83…絶縁ホース(配管継手)、83a…異径部、83b,83c…端部、86…クリップ(絞り部材)。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
両端部付近の径よりも細く括れた異径部を前記両端部の間に有する配管継手。 In a pipe joint made of an insulating material connected to the upstream pipe and the downstream pipe,
The pipe joint which has the different diameter part narrowed rather than the diameter of the both ends vicinity between the said both ends.
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