JP4956930B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関し、特に、燃料電池から排出されたオフガスを循環する燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system that circulates off-gas discharged from a fuel cell.

燃料電池は、アノードとカソードが、電解質膜を挟んでそれぞれ配置された構造を有している。そして、アノードに水素（燃料ガス）が接触し、カソードに酸素（酸化ガス）が接触することによって、両電極間で電気化学反応が起こり起電力を生じる。   The fuel cell has a structure in which an anode and a cathode are arranged with an electrolyte membrane interposed therebetween. Then, when hydrogen (fuel gas) comes into contact with the anode and oxygen (oxidizing gas) comes into contact with the cathode, an electrochemical reaction occurs between the two electrodes to generate an electromotive force.

一般に、燃料電池システムでは、高圧水素タンクから供給される燃料ガスを燃料電池のアノードに供給する一方で、コンプレッサによって外気から取り込んだ空気をカソードに供給している。このとき、燃料ガスの供給量を低減するために、アノードから排出されたアノードオフガスをエジェクタで循環し、外部から新たに供給する燃料ガスと混合した後に、この混合ガスをアノードに供給することが行われている。   In general, in a fuel cell system, fuel gas supplied from a high-pressure hydrogen tank is supplied to the anode of the fuel cell, while air taken in from outside air by a compressor is supplied to the cathode. At this time, in order to reduce the supply amount of the fuel gas, the anode off-gas discharged from the anode is circulated in the ejector and mixed with the fuel gas newly supplied from the outside, and then this mixed gas is supplied to the anode. Has been done.

ところで、アノードオフガスには、燃料電池での電気化学反応によって生じた水が含まれる。このため、アノードオフガスと燃料ガスの混合によって、アノードオフガスの温度が下がると、アノードオフガス中の水蒸気が凝縮して液体の水になる。そして、この水が配管の内部に溜まると、アノードに供給するガスの流量および圧力が変動するために、安定した発電を行えなくなるという問題があった。   By the way, the anode off gas contains water generated by an electrochemical reaction in the fuel cell. For this reason, when the temperature of the anode off-gas decreases due to the mixing of the anode off-gas and the fuel gas, the water vapor in the anode off-gas is condensed into liquid water. When this water accumulates inside the pipe, the flow rate and pressure of the gas supplied to the anode fluctuate, causing a problem that stable power generation cannot be performed.

こうした問題に対しては、アノードオフガスの循環経路に除湿手段を設けることによって、アノードオフガス中に含まれる水蒸気を除去する技術が開示されている（特許文献１参照。）。   To solve such a problem, a technique for removing water vapor contained in the anode off-gas by providing a dehumidifying means in the circulation path of the anode off-gas is disclosed (see Patent Document 1).

特開平８−３２１３１６号公報JP-A-8-321316 特開平９−２４５８２２号公報JP-A-9-245822

しかし、水が凝縮する際に発生する熱量は比較的大きいこと、また、大気との温度差が限られていることを考慮すると、除湿手段によって完全に水分を除去することは困難である。このため、残存した水蒸気が、燃料電池の低温での作動時にエジェクタ内で凝結し、生成した氷によって配管が閉塞されて、アノードにガスが供給されなくなるという問題があった。   However, considering that the amount of heat generated when water condenses is relatively large and that the temperature difference from the atmosphere is limited, it is difficult to completely remove the moisture by the dehumidifying means. For this reason, there is a problem that the remaining water vapor condenses in the ejector when the fuel cell is operated at a low temperature, the piping is blocked by the generated ice, and gas is not supplied to the anode.

例えば、アノードオフガスの温度が１０℃〜５０℃であり、且つ、外部から新たに供給された水素ガスの温度が低い場合には、これらのガスが合流するエジェクタの内部で水の凍結が起こる。ここで、外部から供給される水素ガスの温度が低い場合とは、具体的には、外気温が低くて燃料電池の出力が高い場合である。凍結により生じた氷の大部分は、ガスの流れとともにエジェクタから排出される。しかし、エジェクタと燃料電池とを接続する配管（特に、屈曲した配管部分）には氷が堆積しやすく、この部分での堆積が進むとやがて氷によって配管が閉塞されるようになる。   For example, when the temperature of the anode off gas is 10 ° C. to 50 ° C. and the temperature of hydrogen gas newly supplied from the outside is low, water freezes inside the ejector to which these gases merge. Here, the case where the temperature of the hydrogen gas supplied from outside is low is specifically the case where the outside air temperature is low and the output of the fuel cell is high. Most of the ice produced by freezing is discharged from the ejector along with the gas flow. However, ice tends to accumulate on the piping connecting the ejector and the fuel cell (particularly, the bent piping portion), and as the accumulation at this portion proceeds, the piping is eventually blocked by the ice.

本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、エジェクタ内で生成した氷によって配管が閉塞されるのを防ぐことのできる燃料電池システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of these problems. That is, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of preventing a pipe from being blocked by ice generated in an ejector.

本発明の他の目的および利点は以下の記載から明らかとなるであろう。   Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.

本発明の第１の燃料電池システムは、第１の燃料電池スタックと、前記第１の燃料電池スタックに反応ガスを供給する反応ガス供給流路と、前記第１の燃料電池スタックと接続され、前記第１の燃料電池スタックを通過した反応ガスの供給を受ける第２の燃料電池スタックと、前記第１および第２の燃料電池スタックから排出されたオフガスの少なくとも一部を前記反応ガス供給流路に再度供給するための循環流路と、前記反応ガス供給流路に設けられ、前記第１の燃料電池スタックに供給する反応ガスの流れを駆動源として、前記循環流路からオフガスを吸い込むエジェクタとを備えた燃料電池システムであって、前記第１の燃料電池スタックの前記反応ガス供給流路が接続する側とは反対側に、前記第１の燃料電池スタックから排出されたガスを前記第２の燃料電池スタックに供給する流路が設けられていて、前記エジェクタ内で生成した氷が前記エジェクタ内を通過するガスの流れによって排出されて前記第１の燃料電池スタックの発熱部に落下するように、燃料電池スタックおよびエジェクタが配置されていることを特徴とするものである。 The first fuel cell system of the present invention is connected to the first fuel cell stack, a reaction gas supply channel for supplying a reaction gas to the first fuel cell stack, and the first fuel cell stack, A second fuel cell stack that receives supply of the reaction gas that has passed through the first fuel cell stack, and at least a part of the off-gas discharged from the first and second fuel cell stacks as the reaction gas supply channel. A recirculation flow path for re-supplying the fuel gas, and an ejector that is provided in the reaction gas supply flow path and sucks off-gas from the circulation flow path using the flow of the reaction gas supplied to the first fuel cell stack as a drive source; The first fuel cell stack is discharged from the first fuel cell stack on the opposite side of the first fuel cell stack to the side to which the reaction gas supply channel is connected. The gas has to supply passage is provided in said second fuel cell stack, the heat generation is discharged ice produced within the ejector by the flow of gas passing through the said ejector of said first fuel cell stack The fuel cell stack and the ejector are arranged so as to drop into the part .

また、本発明の第１の燃料電池システムは、前記エジェクタが前記第１の燃料電池スタックに直接接続していることを特徴とするものである。 The first fuel cell system of the present invention is characterized in that the ejector is directly connected to the first fuel cell stack.

本発明の第１の燃料電池システムによれば、エジェクタから排出される氷を第１の燃料電池スタック内の発熱部に落下させるので、エジェクタと第１の燃料電池スタックとの間の配管に氷が堆積することによって配管が閉塞されるのを防ぐことができる。 According to the first fuel cell system of the present invention, the ice discharged from the ejector is dropped to the heat generating part in the first fuel cell stack, so that the ice between the ejector and the first fuel cell stack is placed in the pipe. It is possible to prevent the piping from being clogged due to the accumulation of water.

また、本発明の第１の燃料電池システムによれば、第１の燃料電池スタックの反応ガス供給系が接続する側とは反対側に、第１の燃料電池スタックから排出されたガスを第２の燃料電池スタックに供給する流路が設けられており、エジェクタから排出された氷が第１の燃料電池スタックの発熱部に落下するように、第１の燃料電池スタックおよびエジェクタが配置されている。これにより、エジェクタと第１の燃料電池スタックとの距離を短くすることができるので、これらの間の配管に氷が堆積することによって配管が閉塞されるのを防ぐことができる。 In addition, according to the first fuel cell system of the present invention, the gas discharged from the first fuel cell stack is disposed on the side opposite to the side to which the reaction gas supply system of the first fuel cell stack is connected . and supplying passage to the fuel cell stack is provided, the ice discharged from the ejector so as to fall to the heat generating portion of the first fuel cell stack, a first fuel cell stack and ejector are arranged . Thereby, since the distance between the ejector and the first fuel cell stack can be shortened, it is possible to prevent the piping from being blocked due to the accumulation of ice in the piping between them.

図１は、本実施の形態における燃料電池システムの部分構成図である。尚、燃料電池のカソードにガスを供給する部分、例えば、カソードに圧縮空気を供給するコンプレッサ、燃料電池から排出されたカソードオフガスに含まれる水分を回収して、燃料電池に供給する空気を加湿する加湿器、および、コンプレッサから送られる空気の圧力を調整する調圧弁などは省略している。また、この燃料電池システムは、車載用および据え置き型などの種々の用途に適用可能である。   FIG. 1 is a partial configuration diagram of a fuel cell system according to the present embodiment. It should be noted that a portion for supplying gas to the cathode of the fuel cell, for example, a compressor for supplying compressed air to the cathode, and collecting moisture contained in the cathode off-gas discharged from the fuel cell to humidify the air to be supplied to the fuel cell. A humidifier and a pressure regulating valve for adjusting the pressure of the air sent from the compressor are omitted. Further, this fuel cell system can be applied to various uses such as in-vehicle use and stationary type.

図１に示すように、燃料電池システム１は、並列した２つの燃料電池スタック２，３と、反応ガスとしての燃料ガスを、燃料ガス供給流路６を介して燃料電池２，３に供給する燃料ガス供給系４と、燃料ガス供給流路６に設けられたエジェクタ５とを有する。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 supplies two fuel cell stacks 2, 3 in parallel and a fuel gas as a reaction gas to the fuel cells 2, 3 via a fuel gas supply channel 6. A fuel gas supply system 4 and an ejector 5 provided in the fuel gas supply flow path 6 are provided.

燃料電池スタック２，３は、それぞれ、図示しないセルが複数個（例えば、２０個）積層された構造を有している。ここで、セルは、アノードとカソードからなる一対の電極の間に電解質膜が挟持された構造を有する。尚、複数のセルが積層されてサブスタックを形成し、このサブスタックがさらに複数個積層されて燃料電池スタックを形成していてもよい。また、図１では、２つの燃料電池スタックのみが示されているが、本実施の形態における燃料電池システムは、３つ以上の燃料電池スタックを有していてもよい。   Each of the fuel cell stacks 2 and 3 has a structure in which a plurality (for example, 20) of cells (not shown) are stacked. Here, the cell has a structure in which an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrodes including an anode and a cathode. A plurality of cells may be stacked to form a substack, and a plurality of substacks may be stacked to form a fuel cell stack. Further, in FIG. 1, only two fuel cell stacks are shown, but the fuel cell system in the present embodiment may have three or more fuel cell stacks.

アノードに供給する燃料ガスは、水素ガスであってもよいし、炭化水素系化合物の改質反応によって生成された、水素リッチな改質ガスであってもよい。水素ガスを供給する場合には、乾燥した水素を高圧状態で貯蔵する水素タンクを用いて、燃料ガス供給系４を構成することができる。また、改質ガスを供給する場合には、炭化水素系化合物を貯蔵するタンクと、炭化水素系化合物を水素に改質する改質器とを用いることができる。   The fuel gas supplied to the anode may be a hydrogen gas or a hydrogen-rich reformed gas generated by a reforming reaction of a hydrocarbon compound. When supplying hydrogen gas, the fuel gas supply system 4 can be configured using a hydrogen tank that stores dry hydrogen in a high-pressure state. Moreover, when supplying reformed gas, the tank which stores a hydrocarbon type compound, and the reformer which reforms a hydrocarbon type compound to hydrogen can be used.

また、燃料電池スタック２には、各セルに燃料ガスを分配する供給マニホールド２ａと、各セルからのオフガスをまとめて排出する排出マニホールド２ｂとが設けられている。
燃料電池スタック３にも、同様に、供給マニホールド３ａおよび排出マニホールド３ｂが設けられている。供給マニホールド２ａの両端部は開口していて、一方の開口部には、燃料ガスを供給する供給流路６が接続している。また、供給マニホールド２ｂの他方の開口部には、燃料スタック３の供給マニホールド３ａに燃料ガスを供給する供給流路７が接続している。 The fuel cell stack 2 is provided with a supply manifold 2a that distributes fuel gas to each cell and a discharge manifold 2b that collectively discharges off-gas from each cell.
Similarly, the fuel cell stack 3 is provided with a supply manifold 3a and a discharge manifold 3b. Both ends of the supply manifold 2a are open, and a supply flow path 6 for supplying fuel gas is connected to one of the openings. A supply passage 7 for supplying fuel gas to the supply manifold 3a of the fuel stack 3 is connected to the other opening of the supply manifold 2b.

供給マニホールド２ａ，３ａから各セルのアノードに供給された燃料ガスは、カソードに供給された空気などの酸化ガスと電解質膜を介して電気化学反応を起こす。そして、未反応の燃料ガスは、アノードオフガスとして、排出マニホールド２ｂ，３ｂに排出される。そして、燃料電池スタック２の排出マニホールド２ｂには排出流路８が接続し、燃料電池スタック３の排出マニホールド３ｂには排出流路９が接続している。さらに、排出流路８，９は、循環流路２６を介してエジェクタ５に接続している。エジェクタ５は、燃料ガス供給流路６からの燃料ガスの流れを駆動源として、循環流路２６からアノードオフガスを吸い込んで、燃料ガスとアノードオフガスの混合ガスを燃料電池スタック２，３に供給する。   The fuel gas supplied from the supply manifolds 2a and 3a to the anode of each cell causes an electrochemical reaction via an oxidant gas such as air supplied to the cathode and the electrolyte membrane. The unreacted fuel gas is discharged to the discharge manifolds 2b and 3b as an anode off gas. A discharge passage 8 is connected to the discharge manifold 2 b of the fuel cell stack 2, and a discharge passage 9 is connected to the discharge manifold 3 b of the fuel cell stack 3. Further, the discharge flow paths 8 and 9 are connected to the ejector 5 through the circulation flow path 26. The ejector 5 uses the flow of the fuel gas from the fuel gas supply flow path 6 as a drive source, sucks the anode off gas from the circulation flow path 26, and supplies the mixed gas of the fuel gas and the anode off gas to the fuel cell stacks 2 and 3. .

このように、燃料電池システム１では、エジェクタ５によってアノードオフガスが循環していて、外部から新たに供給された燃料ガスと混合された後に、この混合ガスがアノードに供給されている。このようにすることによって、新たに供給する燃料ガスの量を低減することができる。尚、図１において、循環によりアノードオフガス中の不純物濃度が高くなった場合には、排出バルブ１０を開くことによって、排出流路２７から外部にアノードオフガスを排出することができる。   Thus, in the fuel cell system 1, the anode off-gas is circulated by the ejector 5, and after being mixed with the fuel gas newly supplied from the outside, this mixed gas is supplied to the anode. By doing in this way, the quantity of the fuel gas newly supplied can be reduced. In FIG. 1, when the concentration of impurities in the anode off-gas increases due to circulation, the anode off-gas can be discharged to the outside from the discharge flow path 27 by opening the discharge valve 10.

アノードオフガスには、燃料電池スタック２，３内での電気化学反応によって生成した水が含まれる。このため、アノードオフガスと燃料ガスの混合によって、アノードオフガスの温度が下がると、これらのガスが合流するエジェクタ５の内部で水の凍結が起こる。ここで、エジェクタ５内を通過するガスの流速は音速に近いので、凍結により生じた氷の大部分は、ガスの流れとともにエジェクタ５から排出される。しかし、従来は、エジェクタと燃料電池とを接続する配管に氷が堆積しやすいために、配管が氷によって閉塞されてしまうという問題があった。   The anode off gas includes water generated by an electrochemical reaction in the fuel cell stacks 2 and 3. For this reason, when the temperature of the anode off-gas decreases due to the mixing of the anode off-gas and the fuel gas, freezing of water occurs inside the ejector 5 where these gases merge. Here, since the flow velocity of the gas passing through the ejector 5 is close to the sound velocity, most of the ice generated by freezing is discharged from the ejector 5 together with the gas flow. Conventionally, however, there is a problem that the piping is blocked by ice because ice is likely to accumulate in the piping connecting the ejector and the fuel cell.

そこで、本実施の形態は、エジェクタ５内で生成した氷が、エジェクタ５内を通過するガス（主として燃料ガス）の流れによってエジェクタ５内から排出された後に、燃料電池スタック２内の発熱部に落下するように、燃料電池スタック２およびエジェクタ５を配置することを特徴としている。ここで、発熱部とは、供給マニホールド２ａの内部をいう。   Therefore, in the present embodiment, after the ice generated in the ejector 5 is discharged from the ejector 5 by the flow of gas (mainly fuel gas) passing through the ejector 5, the ice is generated in the heat generating part in the fuel cell stack 2. The fuel cell stack 2 and the ejector 5 are arranged so as to fall. Here, the heat generating portion refers to the inside of the supply manifold 2a.

燃料電池スタック内の各セルに供給された燃料エネルギーは、電気エネルギーと熱エネルギーに変換される。熱エネルギーの一部は、アノードオフガスやカソードオフガスとともに燃料電池スタックの外部へ排出されるが、他の一部はセルの昇温に消費される。そして、セルの内部から外部へと熱エネルギーが伝達されることにより、セルが積層して構成された供給マニホールド２ａは発熱部を構成する。したがって、この部分に氷が落下することによって、氷は水または水蒸気となる。   The fuel energy supplied to each cell in the fuel cell stack is converted into electric energy and heat energy. A part of the thermal energy is discharged to the outside of the fuel cell stack together with the anode off-gas and the cathode off-gas, and the other part is consumed for raising the temperature of the cell. Then, when heat energy is transmitted from the inside of the cell to the outside, the supply manifold 2a configured by stacking the cells constitutes a heat generating portion. Therefore, the ice falls into water or water vapor when the ice falls on this portion.

また、本実施の形態においては、並列する複数の燃料電池スタックを有する燃料電池システムにおいて、各燃料電池スタックに供給するガスの分配路を、燃料電池スタックのエジェクタが配置される側とは反対側に設けることが好ましい。   In the present embodiment, in the fuel cell system having a plurality of fuel cell stacks arranged in parallel, the distribution path of the gas supplied to each fuel cell stack is opposite to the side where the ejector of the fuel cell stack is disposed. It is preferable to provide in.

換言すると、本実施の形態の燃料電池スタックは、並列した２つの燃料電池スタックと、２つの燃料電池スタックに反応ガスを供給する反応ガス供給流路と、２つの燃料電池スタックから排出されたオフガスの少なくとも一部を２つの燃料電池スタックに再度供給するための循環流路と、反応ガス供給流路に設けられ、反応ガスの流れを駆動源として、循環流路からオフガスを吸い込んで反応ガスとオフガスの混合ガスを、２つの燃料電池スタックに供給するエジェクタとを備えることができる。そして、反応ガス供給流路は、２つの燃料電池スタックのいずれか一方の燃料電池スタックに接続し、一方の燃料電池スタックの反応ガス供給流路が接続する側とは反対側に、一方の燃料電池スタックから排出されたガスを他方の燃料電池スタックに供給する流路が設けられていて、エジェクタ内で生成した氷がエジェクタ内を通過するガスの流れによって排出されて一方の燃料電池スタックの発熱部に落下するように、一方の燃料電池スタックおよびエジェクタを配置することができる。   In other words, the fuel cell stack according to the present embodiment includes two fuel cell stacks arranged in parallel, a reaction gas supply channel for supplying a reaction gas to the two fuel cell stacks, and an off-gas discharged from the two fuel cell stacks. A recirculation flow path for supplying at least a part of the fuel cell stack to the two fuel cell stacks, and a reaction gas supply flow path. And an ejector for supplying a mixed gas of off-gas to the two fuel cell stacks. The reaction gas supply channel is connected to one of the two fuel cell stacks, and one fuel cell is connected to the opposite side of the one fuel cell stack to the side to which the reaction gas supply channel is connected. A flow path for supplying the gas discharged from the battery stack to the other fuel cell stack is provided, and the ice generated in the ejector is discharged by the flow of gas passing through the ejector to generate heat in one fuel cell stack. One fuel cell stack and the ejector can be arranged so as to fall into the part.

具体的には、図１に示すように、燃料電池スタック２から排出されたガスを燃料電池スタック３に供給する供給流路７が、燃料電池スタック２，３のエジェクタ５が配置される側とは反対側に設けられるようにすることができる。   Specifically, as shown in FIG. 1, the supply flow path 7 for supplying the gas discharged from the fuel cell stack 2 to the fuel cell stack 3 is provided on the side where the ejectors 5 of the fuel cell stacks 2 and 3 are disposed. Can be provided on the opposite side.

例えば、燃料電池スタック２，３に供給するガスの分配路を、エジェクタ５と燃料電池スタック２，３の間に設ける場合、エジェクタ５と燃料電池スタック２との間にはある程度の距離を設けることが必要となる。このため、エジェクタ５から排出された氷の一部が分配路に堆積して、分配路を閉塞してしまうおそれがある。しかし、図１のような構造とすれば、エジェクタ５と燃料電池スタック２との距離を短くすることができるので、分配路に氷が堆積して分配路が閉塞される問題を解消することができる。   For example, when a gas distribution path to be supplied to the fuel cell stacks 2 and 3 is provided between the ejector 5 and the fuel cell stacks 2 and 3, a certain distance is provided between the ejector 5 and the fuel cell stack 2. Is required. For this reason, a part of the ice discharged from the ejector 5 may accumulate on the distribution path and block the distribution path. However, if the structure as shown in FIG. 1 is used, the distance between the ejector 5 and the fuel cell stack 2 can be shortened, so that it is possible to solve the problem that ice is accumulated in the distribution path and the distribution path is blocked. it can.

また、本実施の形態においては、エジェクタを燃料電池スタックに直結させることが好ましい。この構造によれば、エジェクタから排出された氷の全てを燃料電池スタック内に落下させることができる。   In the present embodiment, it is preferable that the ejector is directly connected to the fuel cell stack. According to this structure, all of the ice discharged from the ejector can be dropped into the fuel cell stack.

エジェクタを燃料電池スタックに直結する場合には、燃料電池の発熱部ではなく断熱部にエジェクタを接続するようにする。例えば、複数のサブスタックを積層した後、積層方向の両端にターミナル、インシュレータおよびエンドプレートを配置し、締結部材とボルトおよびナットとでこれらを固定することにより燃料電池スタックが構成されている場合、エンドプレートにエジェクタを接続することが好ましい。   When the ejector is directly connected to the fuel cell stack, the ejector is connected to the heat insulating portion instead of the heat generating portion of the fuel cell. For example, when a plurality of sub-stacks are stacked, terminals, insulators and end plates are arranged at both ends in the stacking direction, and the fuel cell stack is configured by fixing them with fastening members, bolts and nuts, It is preferable to connect an ejector to the end plate.

図２は、燃料電池スタックとエジェクタを直結した燃料電池システムの部分拡大断面図である。尚、この燃料電池システムの構成図は、図１と同様に考えることができる。   FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of a fuel cell system in which a fuel cell stack and an ejector are directly connected. The configuration diagram of this fuel cell system can be considered in the same manner as in FIG.

図２で、エジェクタ１１の流入口１２から流入したアノードオフガスが、流入口１３から流入した燃料ガスと混合すると、温度低下によりアノードオフガス中の水分が凝縮して氷１４が生成する。氷１４は、矢印で示す混合ガスの流れによってエジェクタ１１から排出され、燃料電池スタック１５に設けられたマニホールド１６の発熱部Ａに落下する。発熱部Ａは、セル１７が積層された部分であり、氷を水または水蒸気とするのに十分な熱量が発せられている部分である。したがって、発熱部Ａに氷１４が落下することにより、氷は水または水蒸気となる。尚、図２では、エジェクタ１１は、燃料電池スタック１５のエンドプレート１８に接続しており、発熱部Ａには直結していない。   In FIG. 2, when the anode off gas flowing in from the inlet 12 of the ejector 11 is mixed with the fuel gas flowing in from the inlet 13, moisture in the anode off gas is condensed due to a temperature drop, and ice 14 is generated. The ice 14 is discharged from the ejector 11 by the flow of the mixed gas indicated by the arrow, and falls on the heat generating part A of the manifold 16 provided in the fuel cell stack 15. The heat generating portion A is a portion where the cells 17 are stacked, and is a portion where a sufficient amount of heat is generated to turn the ice into water or water vapor. Therefore, when the ice 14 falls on the heat generating part A, the ice becomes water or water vapor. In FIG. 2, the ejector 11 is connected to the end plate 18 of the fuel cell stack 15 and is not directly connected to the heat generating portion A.

また、本実施の形態においては、図１に示すように、燃料電池スタック２から排出されたアノードオフガスの排出流路８を、燃料電池スタック３から排出されたアノードオフガスの排出流路９に接続させることが好ましい。このようにすることによって、排出流路８に排出流路９を接続させた場合（図３）に比較して、燃料電池スタック３からエジェクタ５までの流路における圧損を減らして、燃料電池スタック２，３への分配を略均等にすることが可能となる。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the anode offgas discharge flow path 8 discharged from the fuel cell stack 2 is connected to the anode offgas discharge flow path 9 discharged from the fuel cell stack 3. It is preferable to make it. By doing so, the pressure loss in the flow path from the fuel cell stack 3 to the ejector 5 is reduced as compared with the case where the discharge flow path 9 is connected to the discharge flow path 8 (FIG. 3). Distribution to 2 and 3 can be made substantially equal.

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、図４に示すように、燃料電池スタックより高い位置にエジェクタを設けることができる。尚、図４で図２と同じ符号を付した部分は、同じものであることを示している。   For example, as shown in FIG. 4, an ejector can be provided at a position higher than the fuel cell stack. In FIG. 4, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG. 2 indicate the same parts.

図４の構造とすることによって、エジェクタ１１から排出される氷１４を遠くまで飛ばすことができる。したがって、燃料電池スタック１５とエジェクタ１１との間に配管１９が設けられることによって、これらの距離が遠くなった場合であっても、エジェクタ１１から排出された氷１４を燃料電池スタック１５内の発熱部Ａに落下させることができる。   With the structure of FIG. 4, the ice 14 discharged from the ejector 11 can be blown far away. Therefore, by providing the pipe 19 between the fuel cell stack 15 and the ejector 11, even if these distances are increased, the ice 14 discharged from the ejector 11 is generated by the heat generated in the fuel cell stack 15. It can be dropped to part A.

また、図５に示すように、エジェクタ内でのガスの流れる方向が、重力が作用する方向と逆向きとなるようにエジェクタを設けることもできる。尚、図５で図２と同じ符号を付した部分は、同じものであることを示している。   In addition, as shown in FIG. 5, the ejector can be provided so that the direction of gas flow in the ejector is opposite to the direction in which gravity acts. In FIG. 5, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG. 2 indicate the same parts.

図５において、エジェクタ２１は、エジェクタ２１内を通過するガスの流れる方向が上向きとなるように設けられている。このような構造とすることによって、図４の例と同様の効果が得られる。   In FIG. 5, the ejector 21 is provided so that the gas flowing through the ejector 21 flows upward. By adopting such a structure, the same effect as the example of FIG. 4 can be obtained.

すなわち、エジェクタ２１の流入口２２から流入したアノードオフガスが、流入口２３から流入した燃料ガスと混合すると、温度低下によりアノードオフガス中の水分が凝縮して氷２４が生成する。氷２４は、矢印で示す混合ガスの流れによってエジェクタ２１から排出され、燃料電池スタック１５に設けられたマニホールド１６の発熱部Ａに落下する。このとき、エジェクタ２１内での混合ガスの流れる方向は図の上方向となるので、水平方向に混合ガスが流れる場合と比較すると、エジェクタ２１から排出される氷１４を遠くまで飛ばすことができる。したがって、燃料電池スタック１５とエジェクタ２１との間に配管２５が設けられることによって、これらの距離が遠くなった場合であっても、エジェクタ２１から排出された氷２４を燃料電池スタック１５内の発熱部Ａに落下させることが可能となる。   That is, when the anode off gas flowing in from the inlet 22 of the ejector 21 is mixed with the fuel gas flowing in from the inlet 23, the water in the anode off gas condenses due to the temperature drop, and ice 24 is generated. The ice 24 is discharged from the ejector 21 by the flow of the mixed gas indicated by the arrow, and falls on the heat generating part A of the manifold 16 provided in the fuel cell stack 15. At this time, since the mixed gas flows in the ejector 21 in the upward direction in the figure, the ice 14 discharged from the ejector 21 can be blown far as compared with the case where the mixed gas flows in the horizontal direction. Therefore, by providing the pipe 25 between the fuel cell stack 15 and the ejector 21, the ice 24 discharged from the ejector 21 is generated by the heat generated in the fuel cell stack 15 even when these distances are increased. It is possible to drop the part A.

以上述べたように、本発明によれば、エジェクタから排出される氷を燃料電池スタック内の発熱部に落下させるので、エジェクタと燃料電池スタックとの間の配管に氷が堆積することによって配管が閉塞されるのを防ぐことができる。換言すると、本発明によれば、アノードオフガスに含まれる水分によって氷が生じても、配管が氷で閉塞されることはないので、除湿機などを設けてアノードオフガス中の水分を強制的に除去する必要がなくなる。したがって、除湿機を設けることによって従来生じていた問題、すなわち、除湿機へ所定の熱容量を供給することによる燃料電池の効率の低下や、圧損となることによる循環ポンプの負荷の増大などの問題を解消することができる。   As described above, according to the present invention, the ice discharged from the ejector is dropped onto the heat generating part in the fuel cell stack, so that the ice is deposited on the pipe between the ejector and the fuel cell stack, so that the pipe is It can be prevented from being blocked. In other words, according to the present invention, even if ice is generated by the moisture contained in the anode off gas, the piping is not blocked by the ice, so a dehumidifier is provided to forcibly remove the moisture in the anode off gas. There is no need to do it. Therefore, problems that have conventionally occurred by providing a dehumidifier, that is, problems such as a decrease in the efficiency of the fuel cell by supplying a predetermined heat capacity to the dehumidifier and an increase in the load of the circulation pump due to pressure loss, etc. Can be resolved.

さらに、上記の実施の形態では、アノードオフガスに含まれる水蒸気が凍結する例について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、カソードオフガスに含まれる水蒸気が凍結して氷となる場合にも本発明を適用することができる。   Furthermore, in the above-described embodiment, an example in which water vapor contained in the anode off-gas is frozen has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to a case where water vapor contained in the cathode off-gas is frozen to become ice.

本実施の形態における燃料電池システムの部分構成図の一例である。It is an example of the partial block diagram of the fuel cell system in this Embodiment. 本実施の形態における燃料電池スタックおよびエジェクタ付近の拡大断面図の一例である。It is an example of the expanded sectional view of the fuel cell stack and ejector vicinity in this Embodiment. 本実施の形態における燃料電池システムの部分構成図の他の例である。It is another example of the partial block diagram of the fuel cell system in this Embodiment. 本実施の形態における燃料電池スタックおよびエジェクタ付近の拡大断面図の他の例である。It is another example of the expanded sectional view of the fuel cell stack and ejector vicinity in this Embodiment. 本実施の形態における燃料電池スタックおよびエジェクタ付近の拡大断面図の他の例である。It is another example of the expanded sectional view of the fuel cell stack and ejector vicinity in this Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料電池システム
２，３，１５ 燃料電池スタック
４ 燃料ガス供給系
５，１１，２１ エジェクタ
６，７ 供給流路
８，９，２７ 排出流路
１０ 排出バルブ
１４，２４ 氷
１６ マニホールド
１７ セル
１８ エンドプレート
１９，２５ 配管
１２，１３，２２，２３ 流入口
２６ 循環流路



DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 2, 3, 15 Fuel cell stack 4 Fuel gas supply system 5, 11, 21 Ejector 6, 7 Supply flow path 8, 9, 27 Discharge flow path 10 Discharge valve 14, 24 Ice 16 Manifold 17 Cell 18 End Plate 19, 25 Piping 12, 13, 22, 23 Inlet 26 Circulation channel



Claims (2)

第１の燃料電池スタックと、
前記第１の燃料電池スタックに反応ガスを供給する反応ガス供給流路と、
前記第１の燃料電池スタックと接続され、前記第１の燃料電池スタックを通過した反応ガスの供給を受ける第２の燃料電池スタックと、
前記第１および第２の燃料電池スタックから排出されたオフガスの少なくとも一部を前記反応ガス供給流路に再度供給するための循環流路と、
前記反応ガス供給流路に設けられ、前記第１の燃料電池スタックに供給する反応ガスの流れを駆動源として、前記循環流路からオフガスを吸い込むエジェクタとを備えた燃料電池システムであって、
前記第１の燃料電池スタックの前記反応ガス供給流路が接続する側とは反対側に、前記第１の燃料電池スタックから排出されたガスを前記第２の燃料電池スタックに供給する流路が設けられていて、
前記エジェクタ内で生成した氷が前記エジェクタ内を通過するガスの流れによって排出されて前記第１の燃料電池スタックの発熱部に落下するように、前記第１の燃料電池スタックおよび前記エジェクタが配置されていることを特徴とする燃料電池システム。 A first fuel cell stack;
A reaction gas supply channel for supplying a reaction gas to the first fuel cell stack;
A second fuel cell stack connected to the first fuel cell stack and receiving a supply of reaction gas that has passed through the first fuel cell stack;
A circulation flow path for supplying at least a part of the off-gas discharged from the first and second fuel cell stacks to the reaction gas supply flow path ;
A fuel cell system comprising an ejector that is provided in the reaction gas supply channel and sucks off-gas from the circulation channel using a flow of the reaction gas supplied to the first fuel cell stack as a drive source;
A flow path for supplying gas discharged from the first fuel cell stack to the second fuel cell stack on a side opposite to the side to which the reaction gas supply flow path of the first fuel cell stack is connected. Provided,
Is discharged by the flow of gas ice produced within the ejector passes through the said ejector so as to fall to the heat generating portion of the first fuel cell stack, the first fuel cell stack and said ejector are arranged A fuel cell system characterized by comprising: 前記エジェクタが前記第１の燃料電池スタックに直接接続している請求項１に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein the ejector is directly connected to the first fuel cell stack.
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