JP2010218803A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】排水ポンプを用いずにタンクに貯留された水を霧化させて排出管から排出することができる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】気液分離器には混合ガスを大気へ排出する排出管46が設けられている。排出管46の途中には、燃料電池内の圧力を調節する調圧バルブ32が設けられるとともに、排出管46における調圧バルブ32が設けられた位置よりも下流側には、タンク50に貯留された水を排出管46に導入するための導入管50aが接続されている。そして、導入管50aから排出管46内に水を導入することで、排出管46内に導入された水は、排出管46内を通過することで急激に流速が上がった状態の混合ガスにより霧化される。
【選択図】図5
【解決手段】気液分離器には混合ガスを大気へ排出する排出管46が設けられている。排出管46の途中には、燃料電池内の圧力を調節する調圧バルブ32が設けられるとともに、排出管46における調圧バルブ32が設けられた位置よりも下流側には、タンク50に貯留された水を排出管46に導入するための導入管50aが接続されている。そして、導入管50aから排出管46内に水を導入することで、排出管46内に導入された水は、排出管46内を通過することで急激に流速が上がった状態の混合ガスにより霧化される。
【選択図】図5
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。
近年、排気ガスによる地球温暖化の抑制のために動力源として電気を用いた電気自動車や、低燃費や排気ガス削減のため、始動時や低速域ではモータで駆動輪を駆動し、中高速域ではエンジン(内燃機関)で駆動輪を駆動する所謂ハイブリッド車が実用化されている。また、電源として、バッテリではなく、燃料電池を使用する電気自動車(燃料電池車)も一部実用化されている。燃料電池車に搭載されている燃料電池システムでは、燃料電池に水素と空気(酸素)とを供給して電気化学反応によって起電力を発生させており、水素と酸素との反応によって水が生成されるため、排気には多量の水が含まれる。排気に含まれる水は気液分離器で分離されるとともに、水を除いた排気(空気オフガス)は排気路から排出され、水は例えば外部排気弁を介して外部に排出されるようになっている。
屋外を走行する車両の場合は、タンクに貯留された水は少しずつであれば、走行中に排出しても差し支えないが多量に排出されると、路面等が水浸しになる等して好ましくない。また、屋内作業用車両や構内において屋内と屋外とを往復して作業を行うフォークリフトのような車両の場合は、タンク内の水が屋内で排出されると床(フロア)が水で濡れてしまい好ましくない。そこで、燃料電池で生成された水を霧化させるとともに、霧化された水を大気に排出することが考えられる(例えば特許文献1参照)。特許文献1の生成水排出装置は、タンクに貯留された水を吸入するとともに吸入した水を加圧する電動式の排水ポンプを装備し、排水ポンプから吐出された水を微小ノズルを通過させて放出口から噴霧することにより、水を霧化させて車体の外部に放出するものである。このようにすれば、放出された水は大気で拡散されて路面や床が濡れることが抑制される。
しかしながら、特許文献1の生成水排出装置を備えた燃料電池システムにおいては、水を霧化させるために排水ポンプで水を加圧する必要がある。このため、特許文献1の生成水排出装置では、排水ポンプの駆動のためのエネルギーが必要であるとともに、排水ポンプを設置するスペースが必要である。また、排水ポンプは可動部品であるために排水ポンプの耐久性の問題があるとともに、排水ポンプを設置するためのコストがかかるという問題もあった。
本発明の目的は、排水ポンプを用いずにタンクに貯留された水を霧化させて排出管から排出することができる燃料電池システムを提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、燃料電池と、前記燃料電池から排出されるオフガスから水を分離する気液分離器と、前記気液分離器で分離された水を貯留可能なタンクと、前記気液分離器で分離されたガスを前記気液分離器から排出する排出管と、前記排出管に設けられるとともに前記燃料電池の圧力を調節する調圧バルブと、前記タンクに貯留された水を前記排出管における前記調圧バルブが設けられた位置よりも下流側の導入部に導入するための導入管と、を備え、前記調圧バルブによって該調圧バルブの上流側より下流側を低圧にすることにより、前記タンクに貯留された水が前記導入管を介して前記排出管の前記導入部に導入されるとともに、前記導入部で霧化されて霧化水として前記排出管から排出されることを要旨とする。
この発明によれば、排出管の途中に設けられた調圧バルブにより、排出管において、調圧バルブが設けられた位置よりも下流側の圧力は、調圧バルブが設けられた位置よりも上流側の圧力と比べて低くなる。すなわち、排出管において、調圧バルブの上流側と下流側との間に圧力差が生じている。すると、排出管を通過するガスの流速は、調圧バルブの通過後、調圧バルブの通過前より上がる。また、排出管における調圧バルブが設けられた位置よりも下流側の圧力は、調圧バルブより上流側及びタンク内の圧力と比べて低くなっており、この圧力差によりタンク内に貯留されている水は導入管を介して排出管内に吸い上げられる。そして、吸い上げられた水は流速が上がった状態のガスにより霧化され霧化水となり、霧化水は排出管を介してガスとともに大気へ排出される。よって、排水ポンプを用いずに排出管に調圧バルブを設けるだけでタンクに貯留された水を霧化させて霧化水として大気へ排出することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記気液分離器には、前記燃料電池からのアノードオフガスを前記気液分離器に導く水素配管が接続されるとともに、前記気液分離器は、前記アノードオフガスに含まれる水素を希釈させる希釈機能を有していることを要旨とする。
この発明によれば、燃料電池の発電効率が低下することを防止あるいは抑制するアノードパージが行われたとき、アノードオフガスは気液分離器に導入されるとともに、希釈機能を有した気液分離器によりアノードオフガスに含まれる水素が希釈される。よって、水素を希釈するための希釈器を別途設ける構成と比べて、燃料電池システムの構成をコンパクトにすることができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記排出管の前記導入部にはベンチュリ部が設けられていることを要旨とする。
この発明によれば、排出管の途中であって、調圧バルブが設けられた位置よりも下流側にベンチュリ部を設けることで、排出管において、ベンチュリ部の最も絞られた部位の圧力は、調圧バルブが設けられた位置よりも下流側からベンチュリ部の最も絞られた部位の手前までの領域の圧力及びベンチュリ部の最も絞られた部位よりも下流側の圧力と比べて低くなる。よって、排出管内を流れるガスの流速は、調圧バルブ通過後に流速が上がった後、ベンチュリ部を通過することでさらに上がる。したがって、タンクから導入管を介して吸い上げられた水をより粒径の小さい霧状に霧化することができる。
この発明によれば、排出管の途中であって、調圧バルブが設けられた位置よりも下流側にベンチュリ部を設けることで、排出管において、ベンチュリ部の最も絞られた部位の圧力は、調圧バルブが設けられた位置よりも下流側からベンチュリ部の最も絞られた部位の手前までの領域の圧力及びベンチュリ部の最も絞られた部位よりも下流側の圧力と比べて低くなる。よって、排出管内を流れるガスの流速は、調圧バルブ通過後に流速が上がった後、ベンチュリ部を通過することでさらに上がる。したがって、タンクから導入管を介して吸い上げられた水をより粒径の小さい霧状に霧化することができる。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の発明において、前記排出管の排出口が、前記霧化水を熱源によって気化させる位置に設けられていることを要旨とする。
この発明によれば、排出管から排出される霧化水は、熱源に向かって排出される。すると、霧化水は熱源から発生する高温の熱によって熱せられて気化される。よって、排出管から排出された霧化水を熱源によって気化させて大気へ排出することができる。
請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の発明において、前記調圧バルブは、前記排出管内の流路断面積を大きくする開弁位置と前記排出管内の流路断面積を小さくする閉弁位置との間で変位するバタフライ弁であるとともに、前記排出管において、前記バタフライ弁が閉弁位置であるときの前記バタフライ弁の先端部と対向する位置に前記導入部が設けられていることを要旨とする。
この発明によれば、バタフライ弁が閉弁位置のときに排出管内を通過するガスの流路断面積を小さくすることができ、ガスがバタフライ弁の先端部と排出管の内周面との間の隙間を通過することで、ガスの流速が急激に上がる。よって、急激に流速が上がった状態のガスにより、導入管を介して排出管におけるバタフライ弁の先端部と対向する位置に導入された水は霧化され霧化水となる。したがって、比例弁(ON/OFF弁)のような複雑な制御を要する調圧バルブを用いずに、水を霧化することができる。
請求項6に記載の発明は、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の発明において、前記燃料電池システムは、屋内用産業車両に搭載されたものであることを要旨とする。
この発明によれば、燃料電池を駆動源として走行あるいは作業を行う屋内用産業車両が、排水ポンプを用いずにタンクに貯留された水を霧化させて大気へ排出することができ、屋内で水を垂れ流して床を濡らしてしまうことを抑制することができる。
この発明によれば、燃料電池を駆動源として走行あるいは作業を行う屋内用産業車両が、排水ポンプを用いずにタンクに貯留された水を霧化させて大気へ排出することができ、屋内で水を垂れ流して床を濡らしてしまうことを抑制することができる。
この発明によれば、排水ポンプを用いずにタンクに貯留された水を霧化させて排出管から排出することができる。
(第1の実施形態)
以下、本発明を屋内用産業車両として使用されるフォークリフトの燃料電池システムに具体化した第1の実施形態を図1〜図5にしたがって説明する。なお、図1において、「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」は、フォークリフトの運転者が車両前方(前進方向)を向いた状態を基準とした場合の「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」を示す。
以下、本発明を屋内用産業車両として使用されるフォークリフトの燃料電池システムに具体化した第1の実施形態を図1〜図5にしたがって説明する。なお、図1において、「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」は、フォークリフトの運転者が車両前方(前進方向)を向いた状態を基準とした場合の「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」を示す。
図1に示すように、屋内用産業車両としてのフォークリフト10には、車体11の前部にマスト12が設けられている。マスト12にはフォーク13がリフトブラケット14を介して昇降可能に装備されるとともに、リフトシリンダ15の伸縮運動によりフォーク13がリフトブラケット14とともに昇降される。車体11の前下部には駆動輪(前輪)16が設けられるとともに、駆動輪16は車軸に装備された差動装置及びギヤ(いずれも図示せず)を介して走行用モータ17により駆動される。また、車体11の後方には、燃料電池システム18が搭載されるとともに、燃料電池システム18はフード19で覆われている。燃料電池システム18は、リフトシリンダ15及びティルトシリンダの油圧源となる油圧モータ(図示せず)及び走行用モータ17の電源として使用される。
次に、燃料電池システム18を図2にしたがって説明する。
図2に示すように、燃料電池システム18には燃料電池20が備えられるとともに、燃料電池20の水素供給ポート(図示せず)に管路27を介して水素タンク21が接続されている。燃料電池20は、例えば固体高分子型の燃料電池からなる。また、燃料電池システム18にはコンプレッサ22が備えられるとともに、コンプレッサ22は、管路28を介して加湿器23に接続されている。加湿器23は、供給管29を介して燃料電池20の酸素供給ポート(図示せず)に接続されるとともに、管路30を介してオフガス排出ポート(図示せず)に接続されている。そして、コンプレッサ22で加圧された空気が加湿器23で加湿された後、燃料電池20の酸素供給ポート(図示せず)に供給されるとともに、燃料電池20のカソード極(図示せず)からのオフガス(カソードオフガス)は管路30を介して加湿器23に排出される。
図2に示すように、燃料電池システム18には燃料電池20が備えられるとともに、燃料電池20の水素供給ポート(図示せず)に管路27を介して水素タンク21が接続されている。燃料電池20は、例えば固体高分子型の燃料電池からなる。また、燃料電池システム18にはコンプレッサ22が備えられるとともに、コンプレッサ22は、管路28を介して加湿器23に接続されている。加湿器23は、供給管29を介して燃料電池20の酸素供給ポート(図示せず)に接続されるとともに、管路30を介してオフガス排出ポート(図示せず)に接続されている。そして、コンプレッサ22で加圧された空気が加湿器23で加湿された後、燃料電池20の酸素供給ポート(図示せず)に供給されるとともに、燃料電池20のカソード極(図示せず)からのオフガス(カソードオフガス)は管路30を介して加湿器23に排出される。
燃料電池20は、水素タンク21から供給される水素と、コンプレッサ22から供給される空気中の酸素とを反応させて直流の電気エネルギー(直流電力)を発生する。管路27には燃料電池20へ供給される水素の圧力を調整する調圧弁(図示せず)が設けられている。調圧弁は、水素タンク21に高圧で貯蔵された水素を所定の圧力まで減圧させて一定圧力で供給する圧力制御弁である。
加湿器23は排出管路31を介して気液分離器24に接続されている。また、燃料電池20の水素排出ポート(図示せず)は水素配管としてのパージガス用管路33を介して気液分離器24に接続されるとともに、燃料電池20のアノード極(図示せず)からのオフガス(アノードオフガス)はパージガス用管路33を介して気液分離器24に排出される。パージガス用管路33には開閉弁(アノードパージバルブ)34が設けられている。
次に、気液分離器24について説明する。
図3に示すように、気液分離器24は縦長の四角箱状に形成されている。気液分離器24は、第1室41と第2室42とが仕切り板43により区画されている。仕切り板43は、基端が気液分離器24の側板24aに固定されるとともに、仕切り板43の先端と気液分離器24の内壁面24bとの間に、第1室41と第2室42とを連通させる隙間44が形成される状態に設けられている。
図3に示すように、気液分離器24は縦長の四角箱状に形成されている。気液分離器24は、第1室41と第2室42とが仕切り板43により区画されている。仕切り板43は、基端が気液分離器24の側板24aに固定されるとともに、仕切り板43の先端と気液分離器24の内壁面24bとの間に、第1室41と第2室42とを連通させる隙間44が形成される状態に設けられている。
気液分離器24の側板24aには、排出管路31が第1室41内と連通するように接続されている。また、気液分離器24の側板24dには、パージガス用管路33が第2室42内と連通するように接続されている。さらに、気液分離器24の側板24aには、排出管46が第1室41内と連通するように接続されている。排出管46の途中にはマフラ36が設けられている。
気液分離器24には排出管路31から導入されるカソードオフガスの流れと外れるように(外れた位置に)第1の孔48が形成されるとともに、パージガス用管路33から導入されるアノードオフガスの流れと外れるように(外れた位置に)第2の孔49が形成されている。
図4に示すように、気液分離器24の外側にはタンク50が設けられている。タンク50は、気液分離器24の外面に取付けられるとともに、気液分離器24とタンク50とは、第1の孔48及び第2の孔49を介して連通している。なお、第1の孔48及び第2の孔49には、逆流防止部51が、タンク50内に突出するように設けられている。
図2及び図5に示すように、排出管46の途中には燃料電池20内の圧力を調節する調圧バルブ32が設けられている。本実施形態の調圧バルブ32は、開弁の位置及び閉弁の位置を一定の周期で繰り返し変位するとともに、開弁度を調節することで燃料電池20内の圧力を可変に調節する、所謂、比例弁(ON/OFF弁)となっている。また、図5に示すように、排出管46における調圧バルブ32が設けられた位置よりも下流側には導入部としての貫通孔46dが形成されている。タンク50には、タンク50に貯留された水を排出管46に導入するための導入管50aの一端が接続されるとともに、導入管50aの他端は貫通孔46dに接続されている。
次に上記構成の燃料電池システム18の作用を説明する。
燃料電池システム18は、燃料電池20の稼動時には、水素タンク21から所定の加圧状態で水素が燃料電池20のアノード(水素極)に供給される。また、調圧バルブ32により燃料電池20内の圧力が所定の圧力に調節される。そして、燃料電池20内、気液分離器24内及びタンク50内の圧力は、調圧バルブ32より下流側の圧力より高くなる。また、コンプレッサ22が稼動されて、空気が所定の圧力に加圧されるとともに加湿器23で加湿されて燃料電池20のカソード(空気極)に供給される。アノードに供給された水素は、触媒によって水素イオンと電子とに解離し、水素イオンが電解質膜を通って水と共にカソードへ移動する。カソードでは、カソードに供給された空気中の酸素と、電解質膜中を移動してカソードに達した水素イオンと、外部回路を通ってきた電子とが結合して水を生成する。そして、カソードで発生した水は水蒸気の状態で未反応の空気とともにカソードオフガスとして加湿器23に排出され、加湿器23から排出管路31を介して気液分離器24の第1室41に導入される。
燃料電池システム18は、燃料電池20の稼動時には、水素タンク21から所定の加圧状態で水素が燃料電池20のアノード(水素極)に供給される。また、調圧バルブ32により燃料電池20内の圧力が所定の圧力に調節される。そして、燃料電池20内、気液分離器24内及びタンク50内の圧力は、調圧バルブ32より下流側の圧力より高くなる。また、コンプレッサ22が稼動されて、空気が所定の圧力に加圧されるとともに加湿器23で加湿されて燃料電池20のカソード(空気極)に供給される。アノードに供給された水素は、触媒によって水素イオンと電子とに解離し、水素イオンが電解質膜を通って水と共にカソードへ移動する。カソードでは、カソードに供給された空気中の酸素と、電解質膜中を移動してカソードに達した水素イオンと、外部回路を通ってきた電子とが結合して水を生成する。そして、カソードで発生した水は水蒸気の状態で未反応の空気とともにカソードオフガスとして加湿器23に排出され、加湿器23から排出管路31を介して気液分離器24の第1室41に導入される。
気液分離器24において、排出管路31から第1室41に導入されたカソードオフガスは、仕切り板43に当たって拡がりながら仕切り板43の先端側に向かって移動し、隙間44から第2室42に流入する。また、カソードオフガスに含まれる水分の一部は、第1室41の壁面に付着してカソードオフガスから分離された後、第1の孔48を経てタンク50に貯留される。
カソードの水や窒素の一部が電解質膜をカソード側からアノード側へ逆拡散するため、燃料電池20が稼動を続けると、アノードの水や窒素の濃度が高くなり、それらの濃度がある程度以上になると、発電効率が低下する。これを防止あるいは抑制するため、例えば、燃料電池20が所定時間稼動を継続した時点で開閉弁34が開放されて、アノードに溜まった水分及び窒素が水素ガスと共にパージガス用管路33へ排出されるアノードパージが行われる。アノードパージにより燃料電池20からパージガス用管路33へ排出されたアノードオフガス(パージガス)は、パージガス用管路33を介して気液分離器24の第2室42に導入される。また、アノードオフガスに含まれる水分の一部は、第2室42の壁面に付着してアノードオフガスから分離された後、第2の孔49を経てタンク50に貯留される。
第2室42内では、アノードオフガスはカソードオフガスにより水素濃度が希釈される。そして、水が分離されたガスであるカソードオフガスとアノードオフガスとの混合ガスは、第2の孔49、タンク50、第1の孔48を通じて第1室41へ押出され、排出管46から気液分離器24外へ排出される。なお、パージガス用管路33から第2室42に導入され排出されなかったアノードオフガスは、アノードパージされない間に膨張、拡散しながら第2室42全体に拡散する(拡がる)状態になる。その後、第2室42内のアノードオフガスは第1室41へ移動し、また、カソードオフガスとアノードオフガスとの混合ガスとしてタンク50を介して第1室41へ移動し排出管46に向かう流れとともに排出管46から気液分離器24外へ排出される。
図5に示すように、排出管46の途中に設けられた調圧バルブ32により、排出管46において、調圧バルブ32が設けられた位置よりも下流側の圧力は、調圧バルブ32が設けられた位置よりも上流側の圧力と比べて低くなる。すなわち、排出管46において、調圧バルブ32の上流側と下流側との間に圧力差が生じている。すると、気液分離器24の第1室41から排出管46に流入した混合ガスの流速は、調圧バルブ32の通過後、調圧バルブ32の通過前より上がる。また、排出管46における調圧バルブ32が設けられた位置よりも下流側の圧力は、調圧バルブ32より上流側及びタンク50内の圧力と比べて低くなっており、この圧力差によりタンク50内に貯留されている水は導入管50aを介して排出管46内に吸い上げられる。そして、吸い上げられた水は急激に流速が上がった状態の混合ガスにより霧化され霧化水となる。そして、霧化水は混合ガスとともにマフラ36を介して排出管46の排出口から大気へ排出される。
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
(1)気液分離器24に接続された排出管46の途中に調圧バルブ32を設けた。また、タンク50と排出管46における調圧バルブ32が設けられた位置よりも下流側とは導入管50aで接続されている。よって、気液分離器24から排出された混合ガスの流速は、調圧バルブ32通過後、調圧バルブ32の通過前より上がる。また、排出管46における調圧バルブ32より下流側とタンク50内との圧力差によりタンク50に貯留されている水が導入管50aを介して吸い上げられるとともに排出管46に導入される。そして、吸い上げられた水は急激に流速が上がった状態の混合ガスにより霧化され霧化水となり、霧化水は排出管46を介して大気へ排出される。よって、気液分離器24より下流側の排出管46に調圧バルブ32を設けるだけで、排水ポンプを用いずにタンク50に貯留された水を霧化させて霧化水として大気へ排出することができる。その結果として、燃料電池20を駆動源として走行あるいは作業を行うフォークリフト10が屋内で水を垂れ流して床を濡らしてしまうことを抑制することができる。
(1)気液分離器24に接続された排出管46の途中に調圧バルブ32を設けた。また、タンク50と排出管46における調圧バルブ32が設けられた位置よりも下流側とは導入管50aで接続されている。よって、気液分離器24から排出された混合ガスの流速は、調圧バルブ32通過後、調圧バルブ32の通過前より上がる。また、排出管46における調圧バルブ32より下流側とタンク50内との圧力差によりタンク50に貯留されている水が導入管50aを介して吸い上げられるとともに排出管46に導入される。そして、吸い上げられた水は急激に流速が上がった状態の混合ガスにより霧化され霧化水となり、霧化水は排出管46を介して大気へ排出される。よって、気液分離器24より下流側の排出管46に調圧バルブ32を設けるだけで、排水ポンプを用いずにタンク50に貯留された水を霧化させて霧化水として大気へ排出することができる。その結果として、燃料電池20を駆動源として走行あるいは作業を行うフォークリフト10が屋内で水を垂れ流して床を濡らしてしまうことを抑制することができる。
(2)本実施形態によれば、気液分離器24より下流側の排出管46に調圧バルブ32を設けるだけで、排水ポンプを用いずにタンク50に貯留された水を霧化させて大気へ排出することができる。よって、タンク50に貯留された水を霧化するために、例えば、排水ポンプで水を加圧する必要がなく、排水ポンプにおける駆動のためのエネルギーが必要なくなり、フォークリフト10における消費エネルギーを低減することができる。また、フォークリフト10に排水ポンプを設置するスペースを確保する必要がなくなり、フォークリフト10内部において省スペース化が図れる。さらに、本実施形態では、排水ポンプのような可動部品を必要としないため、可動部品であるがために起こり得る耐久性の問題が発生してしまうことがなく、また、排水ポンプを設置するためのコストを低減することができる。
(3)燃料電池20内の圧力を調節するための調圧バルブ32を気液分離器24より下流側の排出管46に設けた。よって、調圧バルブ32により燃料電池20内の圧力の調節と、水の霧化とを可能にすることができ、例えば、水の霧化のための構成を調圧バルブ32とは別に設ける場合と比べて、燃料電池システム18の構成をコンパクトにすることができる。
(4)調圧バルブ32は開弁の位置及び閉弁の位置を一定の周期で繰り返し変位するとともに開弁度を調節することで、調圧バルブ32の上流側と下流側との圧力差を変更できる。よって、調圧バルブ32を調節することで混合ガスの流速を調節することができ、霧化された水の粒径を調節することができる。
(5)気液分離器24に、アノードオフガスに含まれる水素を希釈させる希釈機能を持たせるとともに、燃料電池20と気液分離器24とをパージガス用管路33で接続した。よって、燃料電池20の発電効率が低下することを防止あるいは抑制するアノードパージが行われたとき、アノードオフガスは気液分離器24に導入されるとともに、希釈機能を有した気液分離器24によりアノードオフガスに含まれる水素が希釈される。よって、気液分離器24とは別に水素を希釈するための希釈器を設ける構成と比べて、燃料電池システム18の構成をコンパクトにすることができる。
(第2の実施形態)
以下、本発明を具体化した第2の実施形態を図6にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態では、既に説明した実施形態と同一構成について同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略化する。
以下、本発明を具体化した第2の実施形態を図6にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態では、既に説明した実施形態と同一構成について同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略化する。
図6に示すように、排出管46における調圧バルブ32が設けられた位置よりも下流側にはベンチュリ部46aが設けられている。ベンチュリ部46aは、排出管46の管径が最も絞られた小径部46bを有するとともに、小径部46bから気液分離器24側及びマフラ36側へ向かうにつれて拡径する拡径部46cを有する。また、小径部46bには、導入部としての貫通孔46dが形成されている。タンク50には、タンク50に貯留された水を排出管46に導入するための導入管50aの一端が接続されるとともに、導入管50aの他端は貫通孔46dに接続されている。そして、排出管46のベンチュリ部46aとタンク50とは導入管50aを介して連通している。
さて、第2の実施形態においては、排出管46において、小径部46bの圧力は、調圧バルブ32が設けられた位置よりも下流側から小径部46bの手前までの領域の圧力及び小径部46bよりも下流側の圧力と比べて低くなる。よって、排出管46を通過する混合ガスの流速は、小径部46bを通過する際に急激に上がる。また、小径部46b内の圧力は、タンク50内の圧力と比べて低くなっており、貫通孔46d及び導入管50aとの接続部に圧力差が発生し、ベンチュリ効果によりタンク50に貯留されている水は導入管50aを介して吸い上げられ、貫通孔46dから小径部46bに導入される。すると、小径部46bでは、吸い上げられた水が、急激に流速が上がった状態の混合ガスにより霧化され霧化水となり、この霧化水は混合ガスとともにマフラ36を介して排出管46の排出口から大気へ排出される。
したがって、第2の実施形態によれば、第1の実施形態の効果(1)〜(5)と同様の効果に加えて、以下に示す効果を得ることができる。
(6)排出管46の途中であって、調圧バルブ32が設けられた位置よりも下流側にベンチュリ部46aを設けた。また、タンク50とベンチュリ部46aとは導入管50aで接続されている。よって、排出管46内を通過する混合ガスの流速は、調圧バルブ32を通過後に流速が上がった後、ベンチュリ部46aを通過することでさらに上がる。したがって、タンク50から導入管50aを介して吸い上げられた水をより粒径の小さい霧状に霧化することができる。
(6)排出管46の途中であって、調圧バルブ32が設けられた位置よりも下流側にベンチュリ部46aを設けた。また、タンク50とベンチュリ部46aとは導入管50aで接続されている。よって、排出管46内を通過する混合ガスの流速は、調圧バルブ32を通過後に流速が上がった後、ベンチュリ部46aを通過することでさらに上がる。したがって、タンク50から導入管50aを介して吸い上げられた水をより粒径の小さい霧状に霧化することができる。
(第3の実施形態)
以下、本発明を具体化した第3の実施形態を図7にしたがって説明する。
図7に示すように、燃料電池システム18は、熱源としてのフォークリフト10におけるラジエータ61の近傍に配置されている。ラジエータ61はファン61aを備えるとともに、ファン61aの駆動によって発生する風がラジエータ61を通過する。風の流れ方向(図7に示す矢印Wの方向)におけるラジエータ61より下流側には、排出管46の排出口46eが配置されている。そして、排出管46の排出口46eから排出された霧化水は、ラジエータ61より下流側に排出される。よって、霧化水は、ラジエータ61の熱を受けて熱せられて気化される。
以下、本発明を具体化した第3の実施形態を図7にしたがって説明する。
図7に示すように、燃料電池システム18は、熱源としてのフォークリフト10におけるラジエータ61の近傍に配置されている。ラジエータ61はファン61aを備えるとともに、ファン61aの駆動によって発生する風がラジエータ61を通過する。風の流れ方向(図7に示す矢印Wの方向)におけるラジエータ61より下流側には、排出管46の排出口46eが配置されている。そして、排出管46の排出口46eから排出された霧化水は、ラジエータ61より下流側に排出される。よって、霧化水は、ラジエータ61の熱を受けて熱せられて気化される。
したがって、本実施形態によれば、第1の実施形態の効果(1)〜(5)及び第2の実施形態(6)と同様の効果に加えて、以下に示す効果を得ることができる。
(7)排出管46の排出口46eは、ラジエータ61より下流側に位置するように配置されている。よって、排出口46eから排出される霧化水は、ラジエータから発生する高温の熱によって熱せられて気化される。よって、排出管46から排出された霧化水をラジエータ61によって気化させて大気へ排出することができる。
(7)排出管46の排出口46eは、ラジエータ61より下流側に位置するように配置されている。よって、排出口46eから排出される霧化水は、ラジエータから発生する高温の熱によって熱せられて気化される。よって、排出管46から排出された霧化水をラジエータ61によって気化させて大気へ排出することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 上記各実施形態において、調圧バルブ32は、開弁の位置及び閉弁の位置を一定の周期で繰り返し変位することで燃料電池20内の圧力を調節する、所謂、比例弁(ON/OFF弁)を用いたが、これに限らない。例えば、図8に示すように、排出管46の途中に調圧バルブとしてバタフライ弁71を設けてもよい。バタフライ弁71は、図示しないアクチュエータでシャフト71bを回動させることにより、排出管46内の流路断面積を大きくする開弁位置と、排出管46内の流路断面積を小さくする閉弁位置との間で変位するものである。排出管46において、バタフライ弁71が閉弁位置であるときのバタフライ弁71の先端部71aと対向する位置には、導入部としての貫通孔46dが形成されている。貫通孔46dには導入管50aが接続されている。
○ 上記各実施形態において、調圧バルブ32は、開弁の位置及び閉弁の位置を一定の周期で繰り返し変位することで燃料電池20内の圧力を調節する、所謂、比例弁(ON/OFF弁)を用いたが、これに限らない。例えば、図8に示すように、排出管46の途中に調圧バルブとしてバタフライ弁71を設けてもよい。バタフライ弁71は、図示しないアクチュエータでシャフト71bを回動させることにより、排出管46内の流路断面積を大きくする開弁位置と、排出管46内の流路断面積を小さくする閉弁位置との間で変位するものである。排出管46において、バタフライ弁71が閉弁位置であるときのバタフライ弁71の先端部71aと対向する位置には、導入部としての貫通孔46dが形成されている。貫通孔46dには導入管50aが接続されている。
排出管46の途中に設けられるバタフライ弁71により、バタフライ弁71が閉弁位置の場合に排出管46内を通過する混合ガスの流路断面積を小さくすることができ、混合ガスは、バタフライ弁71の先端部71aと排出管46の内周面との間の隙間を通過することで、混合ガスの流速が急激に上がる。そして、導入管50aから貫通孔46dを介して排出管46におけるバタフライ弁71の先端部71aと対向する位置に吸い上げられた水は、急激に流速が上がった状態の混合ガスにより霧化され霧化水となる。霧化水は排出管46から混合ガスとともにマフラ36を介して大気へ排出される。これによれば、比例弁(ON/OFF弁)のような複雑な制御を要する調圧バルブ32を用いずに、第1の実施形態と同様な効果を得ることができる。
○ 第3の実施形態において、排出管46の排出口46eをラジエータ61より下流側に配置したが、排出管46の排出口46eをラジエータ61より上流側であって、ファン61aとラジエータ61との間に配置してもよい。これによれば、霧化された状態でラジエータ61より上流側に向かって排出された水は、ファン61aから発生する風に送られてラジエータ61内を通過し、この通過の際に、ラジエータ61の熱により気化される。このため、排出管46の排出口46eがラジエータ61より下流側に配置された場合と比べて霧化水を気化させやすい。また、霧化水がラジエータ61内を通過するため、ラジエータ61を霧化水によって冷却することができる。なお、この場合、ラジエータ61を水によって腐食しにくい材質から製作するのが好ましい。
○ 上記各実施形態において、気液分離器24に上記希釈機能を持たせずに、例えば、パージガス用管路33の途中にアノードオフガスの水素濃度を希釈することができる希釈器を別途設けてもよい。
○ 本発明を屋内用産業車両としてのフォークリフト10に適用したが、これに限らず、例えば、屋内用産業車両としての牽引車やハンドリフタ(移動は作業者が押すことで行い、荷の昇降はリフタで行う装置)等に適用してもよい。
○ フォークリフト10は、屋内用に限らず、屋外で作業を行うフォークリフトであってもよい。また、本発明をフォークリフト以外の他の屋外作業用の産業車両に適用してもよい。
○ 本発明を産業車両に限らず、他の車両に適用してもよい。
○ 本発明は、必ずしも車両等の移動体に限らず、電源を必要とする電気製品に装備したり、定置式の燃料電池システムに適用したりしてもよい。
○ 本発明は、必ずしも車両等の移動体に限らず、電源を必要とする電気製品に装備したり、定置式の燃料電池システムに適用したりしてもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
(1)前記排出管から排出される霧化水は、前記熱源に向けて発生する風の流れにおいて、前記熱源より上流側に向かって排出されることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。
(1)前記排出管から排出される霧化水は、前記熱源に向けて発生する風の流れにおいて、前記熱源より上流側に向かって排出されることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。
10…屋内用産業車両としてのフォークリフト、18…燃料電池システム、20…燃料電池、24…気液分離器、32…調圧バルブ、33…水素配管としてのパージガス用管路、46…排出管、46a…ベンチュリ部、46e…排出口、46d…導入部としての貫通孔、50…タンク、50a…導入管、61…熱源としてのラジエータ、71…バタフライ弁、71a…先端部。
Claims (6)
- 燃料電池と、
前記燃料電池から排出されるオフガスから水を分離する気液分離器と、
前記気液分離器で分離された水を貯留可能なタンクと、
前記気液分離器で分離されたガスを前記気液分離器から排出する排出管と、
前記排出管に設けられるとともに前記燃料電池の圧力を調節する調圧バルブと、
前記タンクに貯留された水を前記排出管における前記調圧バルブが設けられた位置よりも下流側の導入部に導入するための導入管と、を備え、
前記調圧バルブによって該調圧バルブの上流側より下流側を低圧にすることにより、前記タンクに貯留された水が前記導入管を介して前記排出管の前記導入部に導入されるとともに、前記導入部で霧化されて霧化水として前記排出管から排出されることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記気液分離器には、前記燃料電池からのアノードオフガスを前記気液分離器に導く水素配管が接続されるとともに、前記気液分離器は、前記アノードオフガスに含まれる水素を希釈させる希釈機能を有し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。
- 前記排出管の前記導入部にはベンチュリ部が設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記排出管の排出口が、前記霧化水を熱源によって気化させる位置に設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
- 前記調圧バルブは、前記排出管内の流路断面積を大きくする開弁位置と前記排出管内の流路断面積を小さくする閉弁位置との間で変位するバタフライ弁であるとともに、前記排出管において、前記バタフライ弁が閉弁位置であるときの前記バタフライ弁の先端部と対向する位置に前記導入部が設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池システムは、屋内用産業車両に搭載されたものであることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
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