JP5292767B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特に、燃料電池スタックおよび希釈器を内部に収容した燃料電池ケースを含む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 including a fuel cell case in which a fuel cell stack and a diluter are housed.

近年、環境に与える影響が少ないことから、自動車または車両に燃料電池スタックの搭載が行われている。燃料電池スタックは、例えばアノード側に水素等の燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含む酸化ガス、例えば空気を供給し、電解質膜を通しての電気化学反応によって必要な電力を取り出すものである。   In recent years, fuel cell stacks have been mounted on automobiles or vehicles because they have little impact on the environment. In the fuel cell stack, for example, a fuel gas such as hydrogen is supplied to the anode side, an oxidizing gas containing oxygen such as air is supplied to the cathode side, and necessary electric power is taken out by an electrochemical reaction through the electrolyte membrane.

カソード側に供給された酸化ガスが燃料電池スタックから排出される際のカソードオフガスには、電気化学反応によって生じた反応生成水が含まれる。一方、アノード側に供給された燃料ガスが燃料電池スタックから排出される際のアノードオフガスにも、カソードオフガスに比べて少量ではあるものの、電解質膜を通過してきた反応生成水が含まれることになる。   The cathode offgas when the oxidizing gas supplied to the cathode side is discharged from the fuel cell stack contains reaction product water generated by an electrochemical reaction. On the other hand, the anode off-gas when the fuel gas supplied to the anode side is discharged from the fuel cell stack also contains the reaction product water that has passed through the electrolyte membrane, although the amount is smaller than that of the cathode off-gas. .

アノードオフガスは、燃料電池スタックのアノードオフガス出口と希釈器とを接続する配管の途上に設けられたパージ弁を所定のタイミングで開弁することによって希釈器に送られる。カソードオフガスもまた、配管を介して燃料電池から希釈器に送られる。そして、希釈器内において、アノードオフガスは、カソードオフガスと混合されて薄められてから、外部に排出される。このとき、カソードオフガスおよびアノードオフガスにそれぞれ含まれる反応生成水も一緒に排出される。   The anode off gas is sent to the diluter by opening a purge valve provided in the middle of a pipe connecting the anode off gas outlet of the fuel cell stack and the diluter at a predetermined timing. Cathode off-gas is also sent from the fuel cell to the diluter via piping. In the diluter, the anode off-gas is mixed with the cathode off-gas and diluted, and then discharged to the outside. At this time, the reaction product water contained in each of the cathode offgas and the anode offgas is also discharged together.

例えば特許文献１には、燃料電池スタックや希釈器等の構成要素を内部に収容した燃料電池システムボックスを車両の床下部に搭載することが記載されている。このように燃料電池スタックや希釈器等を収容した燃料電池システムボックスを床下搭載することで、車両外観デザインの設計自由度が増す等の利点がある。   For example, Patent Document 1 describes that a fuel cell system box in which components such as a fuel cell stack and a diluter are housed is mounted on the lower floor of a vehicle. By mounting the fuel cell system box containing the fuel cell stack, the diluter, and the like in this manner, there is an advantage that the degree of freedom in designing the vehicle exterior design is increased.

特開２００４−１７９１０２号公報JP 2004-179102 A

上記のように、燃料電池スタックおよび希釈器等を収容した燃料電池システムボックスを搭載した車両においては、燃料電池システムボックスの内部と外部とで電気的絶縁を採ることに加えて、ボックス内部においても燃料電池スタックに対する電気的絶縁をより確実なものにするために、燃料電池スタックからボックス外部に至るまでの排気経路においても電気的絶縁が確保されることが望まれる。   As described above, in a vehicle equipped with a fuel cell system box containing a fuel cell stack and a diluter, etc., in addition to taking electrical insulation between the inside and outside of the fuel cell system box, In order to ensure electrical insulation with respect to the fuel cell stack, it is desirable that electrical insulation be ensured also in the exhaust path from the fuel cell stack to the outside of the box.

そのため、燃料電池スタックに接続されるアノードオフガス配管およびカソードオフガス配管を例えばゴムホース等の絶縁性配管で構成するとともに、希釈器を例えば絶縁性樹脂で形成するかまたは希釈器内面に絶縁性樹脂コーティングを施すことが考えられる。   Therefore, the anode off-gas pipe and the cathode off-gas pipe connected to the fuel cell stack are made of insulating pipes such as rubber hoses, and the diluter is made of an insulating resin or the inner surface of the diluter is coated with an insulating resin coating. It is possible to apply.

しかし、車両外部に排出されるべき生成水が希釈器内の重力方向下面に溜まったときに、燃料電池スタックから希釈器まで延伸するオフガス配管、特にアノードオフガス配管内を筋状に連なって流れ落ちてくる生成水が希釈器内に溜まった生成水がつながると、つながった生成水を介して電流が流れ得る状態になって燃料電池スタックと希釈器との間の絶縁抵抗が低下し、燃料電池スタックに対する絶縁性が担保されなくなる。   However, when the product water to be discharged outside the vehicle collects on the lower surface in the direction of gravity in the diluter, it flows down in a streak-like manner in the off-gas piping extending from the fuel cell stack to the diluter, particularly the anode off-gas piping. When the product water that has accumulated in the diluter is connected to the product water that comes, current can flow through the connected product water, and the insulation resistance between the fuel cell stack and the diluter decreases, and the fuel cell stack The insulation against is not guaranteed.

そこで、本発明の目的は、燃料電池ケース内に燃料電池スタックと共に配置された希釈器内に溜まった生成水がつながるのを防止し、燃料電池スタックに対する電気的絶縁をより確実に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。   Therefore, an object of the present invention is to prevent the generated water accumulated in the diluter disposed together with the fuel cell stack in the fuel cell case from being connected, and to further ensure electrical insulation with respect to the fuel cell stack. It is to provide a fuel cell system.

本発明に係る燃料電池システムは、アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池から排出されたアノードオフガスをカソードオフガスで希釈して排気する希釈器と、燃料電池および希釈器を内部に収容する燃料電池ケースと、希釈器の排気方向下流側に延伸して燃料電池ケースを貫通する排気管と、を備えた燃料電池システムであって、希釈器は１つの室の重力方向下面に複数の凹部を有しており、複数の凹部は、各凹部内に溜まった水が希釈器内の排気方向に関して互いにつながらないように形成されていることを特徴とするものである。 A fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas supplied to the anode side and an oxidizing gas supplied to the cathode side, and anode off-gas discharged from the fuel cell as cathode off-gas. A fuel cell comprising: a diluter that dilutes and exhausts; a fuel cell case that houses the fuel cell and the diluter; and an exhaust pipe that extends downstream in the exhaust direction of the diluter and penetrates the fuel cell case The diluter has a plurality of recesses on the lower surface in the gravity direction of one chamber , and the plurality of recesses are formed so that water accumulated in each recess does not connect to each other in the exhaust direction in the diluter. It is characterized by being.

この構成によれば、希釈器内の１つの室の重力方向下面に溜まった水が排気方向に関してつながらないよう複数の凹部を形成してあることで、希釈器内に溜まった水がつながることにより絶縁抵抗が低下するのを防止して希釈器の絶縁性を確保し、これにより燃料電池ケース内において燃料電池に対する電気的絶縁をより確実なものにできる。

According to this configuration, the plurality of recesses are formed so that the water accumulated on the lower surface in the gravity direction of one chamber in the diluter is not connected in the exhaust direction, so that the water accumulated in the diluter is connected and insulated. It is possible to prevent the resistance from decreasing and to secure the insulation of the diluter, thereby ensuring more reliable electrical insulation with respect to the fuel cell in the fuel cell case.

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池ケース外にエア遮断弁をさらに備えており、希釈器の排気方向下流側に延伸する排気管が貫通する燃料電池ケース壁部の開口部の縁部と排気管外周面との間の隙間を液密状態にシールするシール部材を、燃料電池ケース外面とエア遮断弁の端面とで挟持して固定してもよい。   The fuel cell system according to the present invention further includes an air shut-off valve outside the fuel cell case, and an edge of the opening of the fuel cell case wall portion through which an exhaust pipe extending downstream in the exhaust direction of the diluter passes. A seal member that seals the gap between the outer peripheral surface of the exhaust pipe in a liquid-tight state may be sandwiched and fixed between the outer surface of the fuel cell case and the end surface of the air shutoff valve.

この構成によれば、ケース外に設けたエア遮断弁を利用してシール部材を固定することができるので、シール部材を固定するための特別な部品を用いる必要がなく、部品点数の削減を図れる。   According to this configuration, since the seal member can be fixed using the air shutoff valve provided outside the case, it is not necessary to use a special part for fixing the seal member, and the number of parts can be reduced. .

また、本発明に係る燃料電池システムでは、エア遮断弁が燃料電池ケースに固定されていることが好ましい。この場合、エア遮断弁が振動吸収部材を介して固定されていてもよい。   In the fuel cell system according to the present invention, it is preferable that the air shutoff valve is fixed to the fuel cell case. In this case, the air shutoff valve may be fixed via a vibration absorbing member.

この構成によれば、ケース外に設けたエア遮断弁を車台等に固定するために特別な部品を用いる必要がなく、部品点数の削減を図れる。また、エア遮断弁が振動吸収部材を介して燃料電池ケースに固定されていれば、内部を通過する排ガス流によってエア遮断弁に振動が発生した場合でも、その振動が振動吸収部材によって吸収されることで燃料電池ケースに伝播するのを防止でき、ＮＶ（低騒音・低振動）性能を確保することができる。   According to this configuration, it is not necessary to use a special part for fixing the air shutoff valve provided outside the case to the chassis or the like, and the number of parts can be reduced. Further, if the air shut-off valve is fixed to the fuel cell case via the vibration absorbing member, even if vibration occurs in the air shut-off valve due to the exhaust gas flow passing through the inside, the vibration is absorbed by the vibration absorbing member. Thus, propagation to the fuel cell case can be prevented, and NV (low noise / low vibration) performance can be ensured.

さらに、本発明に係る燃料電池システムでは、燃料電池ケース外からケース壁面を貫通して延びる燃料ガス供給管が、エア遮断弁よりも重力方向上側に設けられていることが好ましい。   Furthermore, in the fuel cell system according to the present invention, it is preferable that the fuel gas supply pipe extending through the case wall surface from the outside of the fuel cell case is provided on the upper side in the gravity direction than the air shutoff valve.

この構成によれば、燃料ガス供給管が水平方向に関して近距離に配置されている場合であっても、車両下側からエア遮断弁の交換等のメンテナンスを行う際に燃料ガス供給管が障害になることがなく、メンテナンス性が向上する。   According to this configuration, even when the fuel gas supply pipe is disposed at a short distance in the horizontal direction, the fuel gas supply pipe becomes an obstacle when performing maintenance such as replacement of the air shutoff valve from the lower side of the vehicle. Therefore, maintainability is improved.

以下に、図面を用いて本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In this description, specific shapes, materials, and the like are examples for facilitating the understanding of the present invention, and can be appropriately changed according to the use, purpose, specification, and the like.

図１は、本発明に係る一実施形態である燃料電池システム１０の概略構成を上面視で示す図である。燃料電池システム１０は、燃料電池としての燃料電池スタック１２、希釈器１４およびその他の構成要素を内部に収容する燃料電池ケース４０を有している。燃料電池ケース４０は、例えば車両の床下部に搭載されることができる。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention in a top view. The fuel cell system 10 includes a fuel cell case 40 that houses therein a fuel cell stack 12 as a fuel cell, a diluter 14, and other components. The fuel cell case 40 can be mounted on, for example, a lower floor of a vehicle.

燃料電池ケース４０は、例えば金属板を曲げ加工、絞り加工、溶接、ねじ留め等することにより矩形状の筐体として形成されている。燃料電池スタック１２は、絶縁部材を介して燃料電池ケース４０の下面または底面に固定されている。燃料電池スタック１２は、電解質膜の両側に触媒電極層を配置したＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）の両外側にセパレータを配置して挟持した単電池を複数個組み合わせて積層したものである。燃料電池スタック１２は、アノード側に水素等の燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含む酸化ガス、例えば空気を供給し、電解質膜を通しての電気化学反応によって発電し、必要な電力を取り出す機能を有する。   The fuel cell case 40 is formed as a rectangular housing by bending, drawing, welding, screwing, etc. a metal plate, for example. The fuel cell stack 12 is fixed to the lower surface or the bottom surface of the fuel cell case 40 via an insulating member. The fuel cell stack 12 is formed by laminating a plurality of unit cells sandwiched by placing separators on both outer sides of an MEA (Membrane Electrode Assembly) in which catalyst electrode layers are arranged on both sides of an electrolyte membrane. The fuel cell stack 12 supplies a fuel gas such as hydrogen to the anode side, supplies an oxidizing gas containing oxygen, for example, air, to the cathode side, generates power by an electrochemical reaction through the electrolyte membrane, and extracts necessary power Have

燃料電池スタック１２のアノード側のガス入口には、ケース外部に設置された燃料タンク１６からインジェクタ１８を介して燃料ガスである水素ガスが供給されるようにしてある。インジェクタ１８は、燃料タンク１６からの水素ガスを適当な圧力と流量に調整して噴出する機能を有する。また、インジェクタ１８は、燃料ガスの供給を停止する遮断弁として機能することもできる。   Hydrogen gas, which is fuel gas, is supplied to a gas inlet on the anode side of the fuel cell stack 12 from a fuel tank 16 installed outside the case via an injector 18. The injector 18 has a function of adjusting the hydrogen gas from the fuel tank 16 to an appropriate pressure and flow rate and ejecting the hydrogen gas. The injector 18 can also function as a shut-off valve that stops the supply of fuel gas.

燃料電池スタック１２のアノード側出口は、パージ弁２０を介して希釈器１４に接続されている。パージ弁２０は、所定のタイミングで開閉制御されるものである。パージ弁２０が閉状態にあるとき、アノード側出口から排出されたアノードオフガスは、例えばポンプである循環昇圧器２２によって昇圧されて、燃料電池スタック１２のアノード側入口に戻されて再利用されるようにしてある。このように循環するうちに、アノードオフガスでは、燃料ガス中の水素が電気化学反応で消費されることで濃度が低下する一方、カソード側から電解質膜を通過してきた生成水や窒素が含まれてくることになる。   The anode side outlet of the fuel cell stack 12 is connected to the diluter 14 via the purge valve 20. The purge valve 20 is controlled to open and close at a predetermined timing. When the purge valve 20 is in a closed state, the anode off-gas discharged from the anode side outlet is boosted by a circulation booster 22 that is a pump, for example, and returned to the anode side inlet of the fuel cell stack 12 for reuse. It is like that. While circulating in this way, the anode off-gas contains hydrogen and nitrogen that have passed through the electrolyte membrane from the cathode side, while the concentration of hydrogen in the fuel gas is reduced due to consumption by the electrochemical reaction. Will come.

希釈器１４は、燃料電池スタック１２から排出されてきた水素および水等を含むアノードオフガスを、カソードオフガスと混合して希釈してから燃料電池ケース４０外に排気するものである。   The diluter 14 mixes and dilutes the anode offgas containing hydrogen and water discharged from the fuel cell stack 12 with the cathode offgas, and then exhausts the anode offgas outside the fuel cell case 40.

一方、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２のカソード側に供給する酸化ガス、例えば酸素の供給源としての酸化ガス源２３をケース外部に備えている。酸化ガス源２３は、実際には酸素を含んだ大気を用いることができる。酸化ガス源２３からの空気は、コンプレッサ２４で昇圧された後、図示しない加湿器を通過する際に適度な湿り気が付与されてから、燃料電池スタック１２のカソード側入口に供給されるようにしてある。なお、本実施形態では、酸化ガス源２３およびコンプレッサ２４を燃料電池ケース４０に対して燃料タンク１６と反対側に設けているが、これに限定されるものではなく、酸化ガス源２３およびコンプレッサ２４を燃料電池ケース４０に対して燃料タンク１６と同じ側に設置してもよい。   On the other hand, the fuel cell system 10 includes an oxidizing gas source 23 as a supply source of an oxidizing gas, for example, oxygen, supplied to the cathode side of the fuel cell stack 12 outside the case. The oxidizing gas source 23 can actually use oxygen-containing air. The air from the oxidant gas source 23 is pressurized by the compressor 24 and then supplied with appropriate moisture when passing through a humidifier (not shown) before being supplied to the cathode side inlet of the fuel cell stack 12. is there. In this embodiment, the oxidizing gas source 23 and the compressor 24 are provided on the side opposite to the fuel tank 16 with respect to the fuel cell case 40. However, the present invention is not limited to this, and the oxidizing gas source 23 and the compressor 24 are provided. May be installed on the same side as the fuel tank 16 with respect to the fuel cell case 40.

燃料電池スタック１２のカソード側出口は、エア調圧弁２６を介して希釈器１４に接続されている。エア調圧弁２６は、背圧弁とも呼ばれるが、カソード側出口のガス圧を調整し、燃料電池スタック１２への空気の流量を調整する機能を有する弁で、例えばバタフライ弁のように流路の実効開口を調整できる弁を用いることができる。カソード出口から排出されたカソードオフガスは、希釈器１４においてアノードオフガスに含まれる水素濃度が所定濃度以下になるように薄めるための希釈ガスとして利用される。また、カソードオフガスには、燃料電池スタック１２における電気化学反応によって生成された水が含まれている。希釈器１４の排気方向下流側に延伸する排気管３４はケース外に配置されたエア遮断弁２８に接続されており、希釈器１４から排気された排ガス（すなわちアノードオフガスとカソードオフガスの混合ガス）がエア遮断弁２８を介して外部に排出されるようにしてある。   The cathode side outlet of the fuel cell stack 12 is connected to the diluter 14 via the air pressure regulating valve 26. The air pressure regulating valve 26 is also called a back pressure valve, and has a function of adjusting the gas pressure at the cathode side outlet and adjusting the flow rate of air to the fuel cell stack 12. A valve capable of adjusting the opening can be used. The cathode off-gas discharged from the cathode outlet is used as a dilution gas for diluting the diluter 14 so that the hydrogen concentration contained in the anode off-gas is below a predetermined concentration. Further, the cathode off gas contains water generated by an electrochemical reaction in the fuel cell stack 12. An exhaust pipe 34 extending downstream in the exhaust direction of the diluter 14 is connected to an air shutoff valve 28 disposed outside the case, and exhaust gas exhausted from the diluter 14 (that is, a mixed gas of anode off-gas and cathode off-gas). Is discharged to the outside through the air shutoff valve 28.

図２は、本実施の形態に係る燃料電池システム１０の排気装置の構成要素である希釈器１４の重力方向に沿った断面を示す。希釈器１４は、カソードオフガスである空気が導入される導入管３０と、パージ弁２０から噴出されたアノードオフガスが空気と混合して希釈される希釈部３２と、希釈された排ガスが排出される排気管３４とからなっている。希釈器１４は、燃料電池ケース４０内の底面４２に近接して配置されている。また、希釈器１４は、燃料電池ケース４０内において燃料電池スタック１２に対する電気的絶縁性を確保するための構成要素として機能し、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）等の絶縁性樹脂で形成されていてもよいし、あるいは、例えば金属等の導電性材料で形成されたものの内面に絶縁性樹脂のコーティングを施したものであってもよい。   FIG. 2 shows a cross section along the direction of gravity of the diluter 14 which is a component of the exhaust device of the fuel cell system 10 according to the present embodiment. The diluter 14 has an introduction pipe 30 into which air as a cathode off gas is introduced, a dilution section 32 in which the anode off gas ejected from the purge valve 20 is diluted by mixing with air, and diluted exhaust gas is discharged. It consists of an exhaust pipe 34. The diluter 14 is disposed close to the bottom surface 42 in the fuel cell case 40. The diluter 14 functions as a component for ensuring electrical insulation with respect to the fuel cell stack 12 in the fuel cell case 40, and is formed of an insulating resin such as PPS (polyphenylene sulfide). Alternatively, the inner surface of a conductive material such as metal may be coated with an insulating resin.

希釈器１４の導入管３０および排気管３４は、横断面が円形状のパイプで構成されることができる。希釈器１４の希釈部３２は、側壁面に開口する噴出口３６から内部に噴出されるアノードオフガスの希釈化が十分に行われるように大きな内部空間を有することが好ましく、排気方向に直交する方向の断面が例えば円形、楕円形、略ロ字形等の筒体で構成することができる。また、噴出口３６は、希釈部３２において希釈化のための時間ができるだけ長くなるように、矢印３８で示す排気方向に関して希釈部３２内の上流側に配置されるのが好ましい。   The introduction pipe 30 and the exhaust pipe 34 of the diluter 14 can be configured by pipes having a circular cross section. The diluting section 32 of the diluter 14 preferably has a large internal space so that the anode off-gas injected from the injection port 36 opened in the side wall surface is sufficiently diluted, and is in a direction perpendicular to the exhaust direction. The cross section can be constituted by a cylindrical body such as a circle, an ellipse, or a substantially square shape. Moreover, it is preferable that the jet port 36 is disposed upstream in the dilution section 32 with respect to the exhaust direction indicated by the arrow 38 so that the time for dilution in the dilution section 32 is as long as possible.

希釈部３２の重力方向下面５０には、複数の凹部５２が設けられている。各凹部５２は、凹部５２内に溜まった水が排気方向に関して互いに連続しないような形状または配列で形成されている。図２において、凹部５２は矩形状に窪んでいるように示されているが、凹部５２の断面形状はこれに限定されるものではなく、例えばＶ字状や半円形状等の他の断面形状をなすように窪んでいてもよい。また、凹部５２は、各凹部５２と凹部５２間の各凸部とで例えば正弦波のような滑らかな波線を描くような断面形状に形成されてもよい。このような滑らかな波線を描くような断面形状に形成すれば、高速かつ大流量のカソードガスによって凹部５２内に溜まった水が下流側に吹き飛ばされて排ガスとともに排出され易くなる。なお、凹部５２の重力方向の深さは、希釈部３２内に溜まることが想定される水の量に応じて、適宜に設定可能である。   A plurality of recesses 52 are provided on the lower surface 50 in the gravity direction of the dilution unit 32. Each recessed part 52 is formed in the shape or arrangement | sequence which the water collected in the recessed part 52 does not mutually continue regarding an exhaust direction. In FIG. 2, the recess 52 is shown to be recessed in a rectangular shape, but the cross-sectional shape of the recess 52 is not limited to this, and other cross-sectional shapes such as a V-shape and a semicircular shape, for example. It may be recessed to form. Moreover, the recessed part 52 may be formed in the cross-sectional shape which draws a smooth wavy line like a sine wave by each recessed part 52 and each convex part between the recessed parts 52, for example. If the cross-sectional shape is formed so as to draw such a smooth wavy line, the water accumulated in the recess 52 by the high-speed and large flow rate of the cathode gas is easily blown downstream and discharged together with the exhaust gas. The depth of the concave portion 52 in the direction of gravity can be appropriately set according to the amount of water assumed to be accumulated in the dilution portion 32.

図３は、希釈部３２の下面５０に形成された凹部５２の形状および配列の具体例を上面視で示した図である。図３（ａ）に示す例では、各凹部５２が、円形状をなし、かつ、マトリックス状に規則的に配列されており、排気方向３８と直交する方向においても各凹部５２が互いに離れて形成されている。ここで、凹部５２の平面形状もまた、円形に限られず例えば三角形、矩形、楕円等の他の形状であってもよい。また、複数の凹部５２の配置は、必ずしも規則的なものでなくてもよく、不規則またはランダムな配置であってもよい。さらに、各凹部５２は、図３（ｂ）に示す例のように、各凹部５２が、排気方向３８に対して直交または交差する方向に延在する溝状に形成されてもよい。   FIG. 3 is a diagram showing a specific example of the shape and arrangement of the recesses 52 formed on the lower surface 50 of the dilution section 32 in a top view. In the example shown in FIG. 3A, the recesses 52 have a circular shape and are regularly arranged in a matrix, and the recesses 52 are formed apart from each other even in the direction orthogonal to the exhaust direction 38. Has been. Here, the planar shape of the recess 52 is not limited to a circle, and may be another shape such as a triangle, a rectangle, or an ellipse. Further, the arrangement of the plurality of recesses 52 is not necessarily regular, and may be irregular or random. Further, each recess 52 may be formed in a groove shape extending in a direction perpendicular to or intersecting with the exhaust direction 38 as in the example shown in FIG.

図２を再び参照すると、希釈器１４の排気管３４は、燃料電池ケース４０の側壁部４４に形成された開口部４６を貫通してケース外に延伸し、その端部がエア遮断弁２８に接続されている。エア遮断弁２８の一方端面は、エア遮断弁２８の一部をなす平板状の取付け用ブラケット２９により構成されている。ケース外に突出した排気管３４の端部外周には、例えばゴム等の弾性材料からなるリング状のシール部材５４が配置されており、このシール部材５４が燃料電池ケース４０の側壁部４４の外面とエア遮断弁２８のブラケット２９との間に挟持されて固定されている。これにより、燃料電池ケース４０に形成された開口部４６の縁部と排気管３４の外周面との間の隙間５６が液密状態にシールされ、ケース４０内への水の浸入が防止される。このようにケース外に設けたエア遮断弁２８を利用してシール部材５４を固定することで、シール部材５４を固定するための特別な部品を用いる必要がなく、部品点数の削減を図れる。   Referring back to FIG. 2, the exhaust pipe 34 of the diluter 14 extends through the opening 46 formed in the side wall 44 of the fuel cell case 40 and extends out of the case, and the end thereof serves as the air shutoff valve 28. It is connected. One end surface of the air shut-off valve 28 is constituted by a flat mounting bracket 29 that forms a part of the air shut-off valve 28. A ring-shaped seal member 54 made of an elastic material such as rubber is disposed on the outer periphery of the end of the exhaust pipe 34 protruding outside the case, and this seal member 54 is the outer surface of the side wall 44 of the fuel cell case 40. And a bracket 29 of the air shut-off valve 28. As a result, the gap 56 between the edge of the opening 46 formed in the fuel cell case 40 and the outer peripheral surface of the exhaust pipe 34 is sealed in a liquid-tight state, and water intrusion into the case 40 is prevented. . Thus, by fixing the seal member 54 using the air shutoff valve 28 provided outside the case, it is not necessary to use a special part for fixing the seal member 54, and the number of parts can be reduced.

図２に示すように、エア遮断弁２８は、ブラケット２９を介して燃料電池ケース４０の側壁部４４に固定されている。図４に、その固定構造が拡大断面で示されている。燃料電池ケース４０の側壁部４４の外面には、ボルト６０が溶接等の方法によって立設されている。エア遮断弁２８のブラケット２９の取り付け穴２９ａには、振動吸収部材６２が取り付けられている。振動吸収部材６２は、例えばゴム等の弾性材料で形成されており、軸心部に貫通穴を有すると共に、軸心方向略中央の外周部に取り付け穴２９ａの開口縁部が嵌まり込む切り込み部を有している。そして、ブラケット２９に取り付けられた振動吸収部材６２の貫通穴にボルト６０を挿入し、ワッシャ６４を介してナット６６をボルト６０にねじ込むことによって、ブラケット２９すなわちエア遮断弁２８が振動吸収部材６２を介して燃料電池ケース４０に固定される。このようにエア遮断弁２８を燃料電池ケース４０に固定することで、エア遮断弁２８を車台等に固定するために特別な部品を用いる必要がなく、部品点数の削減を図れる。   As shown in FIG. 2, the air shutoff valve 28 is fixed to the side wall 44 of the fuel cell case 40 via a bracket 29. FIG. 4 shows the fixing structure in an enlarged cross section. Bolts 60 are erected on the outer surface of the side wall 44 of the fuel cell case 40 by a method such as welding. A vibration absorbing member 62 is attached to the attachment hole 29 a of the bracket 29 of the air cutoff valve 28. The vibration absorbing member 62 is made of, for example, an elastic material such as rubber, and has a through hole in the shaft center portion, and a cut portion in which the opening edge portion of the mounting hole 29a is fitted in the outer peripheral portion at the substantially center in the shaft center direction. have. Then, the bolt 60 is inserted into the through hole of the vibration absorbing member 62 attached to the bracket 29, and the nut 66 is screwed into the bolt 60 via the washer 64, so that the bracket 29, that is, the air shutoff valve 28 moves the vibration absorbing member 62. To the fuel cell case 40. By fixing the air shut-off valve 28 to the fuel cell case 40 in this way, it is not necessary to use special parts to fix the air shut-off valve 28 to the chassis or the like, and the number of parts can be reduced.

図２を再び参照すると、本実施形態の燃料電池システム４０では、インジェクタ１８から燃料電池ケース４０の壁部４４を貫通してケース内に延びる燃料ガス供給管７０が、エア遮断弁２８よりも重力方向上側に配置されている。燃料ガス供給管７０は、高剛性の金属製パイプで構成されることができる。このように燃料ガス供給管７０をエア遮断弁２８よりも重力方向上側に配置したことで、燃料ガス供給管７０が水平方向に関してエア遮断弁２８から近距離で配置されている場合であっても、車両下側からエア遮断弁２８の交換等のメンテナンスを行う際に燃料ガス供給管７０が障害になることがなく、メンテナンス性が向上する。なお、車両側面に対する衝突事故時の損傷による燃料ガス漏れ防止を考慮すると、燃料ガス供給管７０は、水平方向に関してエア遮断弁２８や排気管３４よりも内側、すなわち車両外側面から遠い側に配置されるのが好ましい。   Referring again to FIG. 2, in the fuel cell system 40 of the present embodiment, the fuel gas supply pipe 70 that extends from the injector 18 through the wall portion 44 of the fuel cell case 40 into the case is more gravitational than the air shutoff valve 28. It is arranged on the upper side in the direction. The fuel gas supply pipe 70 can be composed of a highly rigid metal pipe. Even when the fuel gas supply pipe 70 is arranged at a short distance from the air cutoff valve 28 in the horizontal direction by arranging the fuel gas supply pipe 70 above the air cutoff valve 28 in the gravity direction. When performing maintenance such as replacement of the air shut-off valve 28 from the lower side of the vehicle, the fuel gas supply pipe 70 does not become an obstacle, and the maintainability is improved. In consideration of prevention of fuel gas leakage due to damage in the event of a collision with the vehicle side surface, the fuel gas supply pipe 70 is disposed on the inner side of the air shutoff valve 28 and the exhaust pipe 34 in the horizontal direction, that is, on the side far from the vehicle outer surface. Preferably it is done.

続いて、本実施形態の燃料電池システム１０の動作および作用について説明する。
燃料電池スタック１２には、酸化ガス源２３からコンプレッサ２４によって昇圧された空気が図示しない加湿器で適度な湿り気を付与された後、カソード側入口に供給される。一方、燃料タンク１６から流出した水素ガスは、インジェクタ１８によって適当な圧力および流量に調節された後に、燃料電池スタック１２のアノード側入口に供給される。燃料電池スタック１２では、それぞれ供給された空気中の酸素と水素とが電解質膜を介して電気化学反応することにより発電して電力が出力される。 Next, the operation and action of the fuel cell system 10 of this embodiment will be described.
The fuel cell stack 12 is supplied with the air pressurized by the compressor 24 from the oxidant gas source 23 to a cathode side inlet after appropriate moisture is given by a humidifier (not shown). On the other hand, the hydrogen gas flowing out of the fuel tank 16 is adjusted to an appropriate pressure and flow rate by the injector 18 and then supplied to the anode side inlet of the fuel cell stack 12. In the fuel cell stack 12, oxygen and hydrogen in the supplied air undergo an electrochemical reaction through the electrolyte membrane to generate electric power and output electric power.

燃料電池スタック１２のカソード側出口から排出されたカソードオフガスは、電気化学反応により生成された水を含んだ空気であり、エア調圧弁１６を介して希釈器１４に送られる。一方、燃料電池スタック１２のアノード側出口から排出されたアノードオフガスは、未消費の水素と電気化学反応により生成された水等を含んだガスであり、パージ弁２０が閉状態にある間は、循環昇圧器２２で昇圧されてアノード側入口に再供給されて循環する。そして、パージ弁２０が所定のタイミングで一時的に開状態に切り替えられると、アノードオフガスはパージ弁２０を介して希釈器１４の希釈部３２に送り込まれる。   The cathode offgas discharged from the cathode side outlet of the fuel cell stack 12 is air containing water generated by an electrochemical reaction, and is sent to the diluter 14 via the air pressure regulating valve 16. On the other hand, the anode off gas discharged from the anode side outlet of the fuel cell stack 12 is a gas containing unconsumed hydrogen and water generated by an electrochemical reaction, and while the purge valve 20 is in a closed state, The pressure is increased by the circulation booster 22 and is re-supplied to the anode side inlet for circulation. When the purge valve 20 is temporarily switched to the open state at a predetermined timing, the anode off gas is sent to the diluting section 32 of the diluter 14 via the purge valve 20.

希釈部３２において、噴出口３６から噴出したアノードオフガスは、導入管３０から流入したカソードオフガスによって希釈された後、排気管３４を通って燃料電池ケース４０外に排出される。このとき、アノードオフガスおよびカソードオフガスの両方に含まれる水は、高速かつ大流量で流れるアノードガスの勢いにより飛沫状になって希釈器１４から下流側に排出されることになるが、上記水の一部が希釈部３２に下面５０に溜まり得る。   In the dilution section 32, the anode off gas ejected from the ejection port 36 is diluted by the cathode off gas flowing in from the introduction pipe 30, and then is discharged out of the fuel cell case 40 through the exhaust pipe 34. At this time, the water contained in both the anode off-gas and the cathode off-gas is spattered by the momentum of the anode gas flowing at a high speed and a large flow rate, and discharged from the diluter 14 to the downstream side. A part may accumulate on the lower surface 50 in the dilution section 32.

しかし、本実施形態における希釈部３２の下面５０には、複数の凹部５２が形成されていて、各凹部５２内に溜まった水が排気方向に関して互いにつながらないようにしてある。そのため、パージ弁２０の開弁時にアノードオフガス配管内を筋状に連なって流れてきた生成水が噴出口３６から希釈部３２内面に沿って流れ落ちてきても、希釈部３２に溜まった水を介して電気的に導通可能な状態になるのを防止できる。これにより、希釈部３２およびこれを含む希釈器１４における電気的絶縁が確保され、燃料電池ケース４０内において燃料電池スタック１２に対する電気的絶縁をより確実なものにできる。   However, a plurality of recesses 52 are formed on the lower surface 50 of the dilution part 32 in the present embodiment so that the water accumulated in each recess 52 does not connect to each other in the exhaust direction. Therefore, even when the generated water that has flowed in a streak-like manner in the anode off-gas pipe when the purge valve 20 is opened flows down from the jet port 36 along the inner surface of the dilution part 32, the water accumulated in the dilution part 32 passes through the water. Thus, it is possible to prevent the state from being electrically conductive. Thereby, the electrical insulation in the dilution part 32 and the diluter 14 including the same is ensured, and the electrical insulation with respect to the fuel cell stack 12 in the fuel cell case 40 can be made more reliable.

アノードオフガスおよびカソードオフガスの混合気である排ガスは、希釈器１４の排気管３４を通ってケース外に排出され、エア遮断弁２８を介して外部に排出される。   Exhaust gas, which is a mixture of anode off-gas and cathode off-gas, is discharged out of the case through the exhaust pipe 34 of the diluter 14 and is discharged outside through the air shut-off valve 28.

排ガスがエア遮断弁２８を通過するとき、排ガス流の脈動等に起因してエア遮断弁２８が振動する場合がある。しかし、エア遮断弁２８は、振動吸収部材６２を介して燃料電池ケース４０に固定されているため、その振動が振動吸収部材６２によって吸収されることで燃料電池ケース４０に伝播するのを防止でき、ＮＶ性能を確保することができる。   When the exhaust gas passes through the air cutoff valve 28, the air cutoff valve 28 may vibrate due to pulsation of the exhaust gas flow or the like. However, since the air shutoff valve 28 is fixed to the fuel cell case 40 via the vibration absorbing member 62, the vibration can be prevented from being propagated to the fuel cell case 40 by being absorbed by the vibration absorbing member 62. NV performance can be ensured.

本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図１における燃料電池システムの希釈器の重力方向断面図である。FIG. 2 is a gravity direction cross-sectional view of a diluter of the fuel cell system in FIG. 1. （ａ），（ｂ）共に、希釈器の希釈部下面に形成された凹部を上面視で示す図である。(A), (b) is a figure which shows the recessed part formed in the dilution part lower surface of a diluter by upper surface view. 燃料電池ケースにエア遮断弁を固定する固定構造の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the fixed structure which fixes an air shut-off valve to a fuel cell case.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 燃料電池システム、１２ 燃料電池スタック、１４ 希釈器、１６ 燃料タンク、１６ エア調圧弁、１８ インジェクタ、２０ パージ弁、２２ 循環昇圧器、２３ 酸化ガス源、２４ コンプレッサ、２６ エア調圧弁、２８ エア遮断弁、２９ ブラケット、３０ 導入管、３２ 希釈部、３４ 排気管、３６ 噴出口、３８ 排気方向、４０ 燃料電池ケース、４２ 底面、４４ 側壁部、４６ 開口部、５０ 下面、５２ 凹部、５４ シール部材、５６ 隙間、６０ ボルト、６２ 振動吸収部材、６４ ワッシャ、６６ ナット、７０ 燃料ガス供給管。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell system, 12 Fuel cell stack, 14 Diluter, 16 Fuel tank, 16 Air pressure regulating valve, 18 Injector, 20 Purge valve, 22 Circulating pressure booster, 23 Oxidizing gas source, 24 Compressor, 26 Air pressure regulating valve, 28 Air Shut-off valve, 29 Bracket, 30 Inlet pipe, 32 Dilution part, 34 Exhaust pipe, 36 Spout, 38 Exhaust direction, 40 Fuel cell case, 42 Bottom face, 44 Side wall part, 46 Opening part, 50 Lower face, 52 Recessed part, 54 Seal Member, 56 clearance, 60 bolt, 62 vibration absorbing member, 64 washer, 66 nut, 70 fuel gas supply pipe.

Claims (5)

アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池から排出されたアノードオフガスをカソードオフガスで希釈して排気する希釈器と、燃料電池および希釈器を内部に収容する燃料電池ケースと、希釈器の排気方向下流側に延伸して燃料電池ケースを貫通する排気管と、を備えた燃料電池システムであって、
希釈器は、１つの室の重力方向下面に複数の凹部を有しており、複数の凹部は、各凹部内に溜まった水が希釈器内の排気方向に関して互いにつながらないように形成されていることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas supplied to the anode side and an oxidizing gas supplied to the cathode side; a diluter that dilutes and discharges the anode off-gas discharged from the fuel cell with the cathode off-gas; A fuel cell system comprising: a fuel cell case that houses a fuel cell and a diluter; and an exhaust pipe that extends downstream in the exhaust direction of the diluter and penetrates the fuel cell case ,
The diluter has a plurality of recesses on the lower surface in the gravity direction of one chamber , and the plurality of recesses are formed so that water accumulated in each recess is not connected to each other in the exhaust direction in the diluter. A fuel cell system. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
燃料電池ケース外にエア遮断弁をさらに備えており、希釈器の排気方向下流側に延伸する排気管が貫通する燃料電池ケース壁部の開口部の縁部と排気管外周面との間の隙間を液密状態にシールするシール部材を、燃料電池ケース外面とエア遮断弁の端面とで挟持して固定していることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
An air shut-off valve is further provided outside the fuel cell case, and a clearance between the edge of the opening of the fuel cell case wall and the outer peripheral surface of the exhaust pipe through which the exhaust pipe extending downstream in the exhaust direction of the diluter passes. A fuel cell system characterized in that a sealing member that seals the liquid in a liquid-tight state is sandwiched and fixed between the outer surface of the fuel cell case and the end surface of the air shut-off valve. 請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
エア遮断弁が燃料電池ケースに固定されていることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2, wherein
A fuel cell system, wherein an air shutoff valve is fixed to a fuel cell case. 請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
エア遮断弁が振動吸収部材を介して固定されていることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 3, wherein
A fuel cell system, wherein an air shut-off valve is fixed via a vibration absorbing member. 請求項２から４のいずれか１に記載の燃料電池システムにおいて、
燃料電池ケース外からケース壁部を貫通して延びる燃料ガス供給管が、エア遮断弁よりも重力方向上側に設けられていることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 2 to 4,
A fuel cell system, wherein a fuel gas supply pipe extending from the outside of the fuel cell case through the case wall is provided above the air shutoff valve in the direction of gravity.
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