JP7169541B2 - fuel cell vehicle - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池車両に関し、さらに詳しくは、燃料電池スタックから排出されるアノードオフガスを希釈して排気する構造を備えた燃料電池車両に係わるものである。 The present invention relates to a fuel cell vehicle, and more particularly to a fuel cell vehicle having a structure for diluting and exhausting anode off-gas discharged from a fuel cell stack.

燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池では、出力を維持するために、定期的にアノードセル内の不純物を含む水素を排出するパージ処理を行う。この際、空冷式燃料電池では、高濃度の水素を含むアノードオフガスは、排気ダクト内に画成された希釈室内に排出され、この希釈室内に導入される冷却風および外気と混合され、水素濃度を下げてから外気に排出される。 In a fuel cell, for example, a polymer electrolyte fuel cell, in order to maintain output, a purging process is periodically performed to discharge hydrogen containing impurities in the anode cell. At this time, in the air-cooled fuel cell, the anode off-gas containing high-concentration hydrogen is discharged into the dilution chamber defined in the exhaust duct, and mixed with the cooling air and outside air introduced into the dilution chamber, resulting in a hydrogen concentration of is lowered before being discharged to the atmosphere.

一方、水冷式燃料電池では、アノードオフガスの希釈に冷却風を利用できないため、カソード側から排気されるカソードオフガスの排気経路に希釈ボックスを設け、この希釈ボックス内にアノードオフガスを排出し、カソードオフガスと混合希釈して排出するようにしている（例えば、特許文献１参照）。 On the other hand, in a water-cooled fuel cell, cooling air cannot be used to dilute the anode off-gas. and is diluted and discharged (see, for example, Patent Document 1).

特開２００７－１７９８９４号公報JP 2007-179894 A

アノードオフガスに対する希釈性能を確保するために、特許文献１のように、希釈ガスとの混合区間の流路にラビリンス構造（迷路構造、屈曲流路、蛇行流路）が採用される場合がある。しかし、アノードオフガスの希釈に冷却風を利用する場合、ラビリンス構造は流路抵抗を増加させ、冷却性能に影響するので、より簡素な構造が望まれていた。 In order to ensure the dilution performance with respect to the anode off-gas, a labyrinth structure (labyrinth structure, curved flow path, meandering flow path) may be adopted in the flow path of the mixing section with the diluent gas, as in Patent Document 1. However, when cooling air is used to dilute the anode off-gas, the labyrinth structure increases flow path resistance and affects cooling performance, so a simpler structure has been desired.

本発明は従来技術の上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、アノードオフガスに対する希釈性能を確保しつつ、簡素な構造で冷却性能への影響も少ない燃料電池車両を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and its object is to provide a fuel cell vehicle that has a simple structure and less influence on the cooling performance while ensuring the dilution performance for the anode off-gas. It is in.

上記課題を解決するために、本発明者が鋭意検討したところ、従来、空冷式燃料電池では、アノードオフガスの希釈に冷却風を利用できるため、カソードオフガスを希釈に利用する要請は無かったが、冷却風とカソードオフガスを組合せてアノードオフガスの希釈に利用することで、ラビリンス構造による流路抵抗増加を回避しつつ、アノードオフガスに対する十分な希釈性能を確保できるという知見を得て本発明に想到した。 In order to solve the above problems, the present inventors conducted extensive studies and found that conventional air-cooled fuel cells could use cooling air to dilute the anode off-gas. The inventors have arrived at the present invention based on the knowledge that by using a combination of cooling air and cathode off-gas to dilute the anode off-gas, it is possible to ensure sufficient dilution performance for the anode off-gas while avoiding an increase in flow path resistance due to the labyrinth structure. .

すなわち、本発明は、
水素ガスと空気中の酸素とを反応させて発電するＦＣスタックと、
前記ＦＣスタックに冷却用空気を流通させる冷却ファンと、
前記冷却用空気を車長方向後方の排気口に導く排気ダクトと、
前記ＦＣスタックから排出されるアノードオフガスを前記排気ダクト内に排出するアノードオフガス排出口と、
を備えた燃料電池車両において、
前記ＦＣスタックから排出されるカソードオフガスを、前記アノードオフガス排出口より車長方向後側で前記排気ダクト内に吐出するカソードオフガス吐出口をさらに備え、
前記アノードオフガス排出口は、前記冷却用空気の流れ方向と交差方向に配向され、
前記カソードオフガス吐出口は、前記冷却用空気の流れ方向と交差方向に配向され、かつ、前記冷却用空気の流れの略中央における前記アノードオフガスの第１の希釈領域に合流する第１の流れと、前記冷却用空気の流れの両側部における前記アノードオフガスの第２の希釈領域に合流する第２の流れを形成すべく、複数の吐出口に分けて吐出されるかまたは分流手段が設けられていることを特徴とする That is, the present invention
a FC stack that generates electricity by reacting hydrogen gas with oxygen in the air;
a cooling fan for circulating cooling air to the FC stack;
an exhaust duct that guides the cooling air to an exhaust port at the rear in the vehicle length direction;
an anode off-gas outlet for discharging anode off-gas discharged from the FC stack into the exhaust duct;
In a fuel cell vehicle with
further comprising a cathode off-gas discharge port for discharging cathode off-gas discharged from the FC stack into the exhaust duct behind the anode off-gas discharge port in the vehicle length direction;
the anode off-gas outlet is oriented in a direction crossing the flow direction of the cooling air;
The cathode off-gas outlet is oriented in a direction crossing the direction of flow of the cooling air and joins the first diluted region of the anode off-gas substantially at the center of the flow of the cooling air. , in order to form a second flow that merges with the second diluted region of the anode off-gas on both sides of the flow of the cooling air, the cooling air is dividedly discharged through a plurality of discharge ports or a flow dividing means is provided. characterized by

本発明に係る燃料電池車両は、上記のように、主たる希釈ガスとなる冷却用空気の流れ方向と交差方向にアノードオフガスを排出するとともに、冷却用空気の流れの略中央におけるアノードオフガスの第１の希釈領域と、冷却用空気の流れの両側部におけるアノードオフガスの第２の希釈領域のそれぞれに合流するように、混合撹拌手段を兼ねた第２の希釈ガスであるカソードオフガスを吐出する構成により、簡素な構造で流路抵抗増加や冷却性能への影響を回避しつつ、アノードオフガスに対する良好な希釈性能を確保できる利点がある。 As described above, the fuel cell vehicle according to the present invention discharges the anode off-gas in the direction crossing the flow direction of the cooling air that serves as the main diluent gas, and also discharges the anode off-gas in the first direction at approximately the center of the flow of the cooling air. and the second dilution region of the anode off-gas on both sides of the cooling air flow. , there is an advantage that it is possible to secure good dilution performance for the anode off-gas while avoiding an increase in flow path resistance and an influence on cooling performance with a simple structure.

本発明第１実施形態の燃料電池ユニットを示す側断面図（ａ）、およびそのＺ－Ｚ断面図（ｂ）、Ｘ－Ｘ断面図（ｃ）である。1 is a side cross-sectional view (a), a ZZ cross-sectional view (b), and an XX cross-sectional view (c) showing the fuel cell unit according to the first embodiment of the present invention; FIG. 本発明第２実施形態の燃料電池ユニットを示す側断面図（ａ）、およびそのＺ－Ｚ断面図（ｂ）、Ｘ－Ｘ断面図（ｃ）である。FIG. 4A is a side cross-sectional view (a), a ZZ cross-sectional view (b), and an XX cross-sectional view (c) showing a fuel cell unit according to a second embodiment of the present invention; 本発明第３実施形態の燃料電池ユニットを示す側断面図（ａ）、およびそのＺ－Ｚ断面図（ｂ）、Ｘ－Ｘ断面図（ｃ）である。FIG. 10 is a side cross-sectional view (a), a ZZ cross-sectional view (b), and an XX cross-sectional view (c) showing a fuel cell unit according to a third embodiment of the present invention; 本発明第４実施形態の燃料電池ユニットを示す側断面図である。FIG. 11 is a side sectional view showing a fuel cell unit according to a fourth embodiment of the invention; 燃料電池車両の燃料電池ユニット搭載部を示す側断面図である。FIG. 3 is a side sectional view showing a fuel cell unit mounting portion of the fuel cell vehicle;

本発明に係る燃料電池車両は、四輪車、それ以上の車輪を有する大型車両、二輪車（オートバイ、スクーター）、三輪車（トライク）など、電力で走行する各種車両に実施可能であるが、小型簡素化に有利であることが一つの特徴であることから、図５に示すように、二輪車としての実施に適している。 The fuel cell vehicle according to the present invention can be implemented in various vehicles that run on electric power, such as four-wheeled vehicles, large vehicles with more wheels, two-wheeled vehicles (motorcycles, scooters), and three-wheeled vehicles (trikes). One of the characteristics is that it is advantageous in terms of sizing, so as shown in FIG. 5, it is suitable for implementation as a two-wheeled vehicle.

図５において、燃料電池ユニット５０は、燃料電池車両５１の車長方向に沿って、特に限定されるものではないが、約３０度前傾させて搭載されており、ＦＣスタック１、その車長方向後方に配置された冷却ファン３、ＦＣスタック１を通過した冷却用空気を車長方向後方の排気口４に導く排気ダクト２とその延長部分５などを備えている。 In FIG. 5, the fuel cell unit 50 is mounted along the vehicle length direction of the fuel cell vehicle 51, but not particularly limited, but tilted forward about 30 degrees. It has a cooling fan 3 arranged rearward in the vehicle direction, an exhaust duct 2 for guiding cooling air that has passed through the FC stack 1 to an exhaust port 4 rearward in the longitudinal direction of the vehicle, and an extension portion 5 thereof.

既に述べたように、固体高分子型燃料電池は、その出力を維持するために、定期的にアノードセル内の不純物を含む水素ガスを排出するパージ処理が行われる。本発明に係る燃料電池車両では、排気ダクト２（および延長部分５）にアノードオフガスの希釈装置を構成する。以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 As already mentioned, in order to maintain the output of the polymer electrolyte fuel cell, a purge process is periodically performed to discharge hydrogen gas containing impurities in the anode cell. In the fuel cell vehicle according to the present invention, the exhaust duct 2 (and the extended portion 5) constitutes a dilution device for the anode off-gas. Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（第１実施形態）
図１において、本発明第１実施形態の燃料電池ユニット１００は、ＦＣスタック１の車長方向後方に冷却ファン３を介して排気ダクト２が接続され、排気ダクト２の後面２２に排気口４が開口されている。排気ダクト２は、冷却ファン３に隣接した前端開口２１、天井面２３、底面２４、両側面２５，２５を備えた四角筒状の基本形状をなしている。 (First embodiment)
In FIG. 1, in the fuel cell unit 100 of the first embodiment of the present invention, the exhaust duct 2 is connected to the rear of the FC stack 1 in the vehicle length direction via the cooling fan 3, and the exhaust port 4 is provided on the rear surface 22 of the exhaust duct 2. is open. The exhaust duct 2 has a basic shape of a square tube having a front end opening 21 adjacent to the cooling fan 3, a ceiling surface 23, a bottom surface 24, and both side surfaces 25,25.

排気ダクト２には、ＦＣスタック１を通過した冷却用空気が、冷却ファン３に隣接した前端開口２１から導入され、排気ダクト２の内部空間２０を通解して排気口４から後方に排気される。排気ダクト２の前端開口２１に隣接した底面２４の幅方向両側部には、ＦＣスタック１のアノードセルから排出されるアノードオフガスの排出口１０が配設されている。 Cooling air that has passed through the FC stack 1 is introduced into the exhaust duct 2 from a front end opening 21 adjacent to the cooling fan 3, passes through an internal space 20 of the exhaust duct 2, and is exhausted rearward from the exhaust port 4. . At both sides in the width direction of the bottom surface 24 adjacent to the front end opening 21 of the exhaust duct 2, discharge ports 10 for the anode off-gas discharged from the anode cells of the FC stack 1 are arranged.

アノードオフガスの排出口１０は、アノードオフガスの主たる希釈ガスとなる冷却用空気の流れ方向と交差する上方向に配向されており、アノードオフガスと冷却用空気の確実な接触および混合がなされるようにしている。冷却用空気の流速は、図示のように中央部が周辺部に比較して相対的に高速であるが、冷却用空気の流路としてのＦＣスタック１の開口率は、排気ダクト２の流路断面積の２５～５０％程度であり、高圧で噴射されるアノードオフガスの流速に比べると低速であり、かつ、アノードオフガスは冷却用空気よりも比重が小さいため、天井面２３近くに滞留する傾向がある。 The anode off-gas discharge port 10 is oriented in an upward direction crossing the flow direction of the cooling air, which is the main diluent gas for the anode off-gas, so that the anode off-gas and the cooling air are reliably brought into contact and mixed. ing. As shown in the figure, the flow velocity of the cooling air is relatively higher in the central portion than in the peripheral portion. It is about 25 to 50% of the cross-sectional area, is slower than the flow velocity of the anode off-gas injected at high pressure, and the anode off-gas has a lower specific gravity than the cooling air, so it tends to stay near the ceiling surface 23. There is

そこで、排気ダクト２には、ＦＣスタック１のカソードセルから排出されるカソードオフガス（空気、酸素）を、混合撹拌手段を兼ねた第２の希釈ガスとして吐出するカソードオフガス吐出口１１が配設されている。カソードオフガス吐出口１１は、排気ダクト２の後面２２隣接した底面２４の幅方向中央に、冷却用空気の流れ方向と交差する上方向に向けて設けられるとともに、カソードオフガス吐出口１１の上方に、吐出されたカソードオフガスを中央前方および両側方に分流させる分流板５が、後面２２から延設されている。 Therefore, the exhaust duct 2 is provided with a cathode off-gas discharge port 11 for discharging the cathode off-gas (air, oxygen) discharged from the cathode cells of the FC stack 1 as a second diluent gas that also serves as mixing means. ing. The cathode offgas discharge port 11 is provided in the center of the width direction of the bottom surface 24 adjacent to the rear surface 22 of the exhaust duct 2, facing upward in a direction crossing the flow direction of the cooling air, and above the cathode offgas discharge port 11, A flow dividing plate 5 extends from the rear surface 22 for dividing the discharged cathode off-gas to the central front and both sides.

分流板５は、図１（ｂ）（ｃ）に示されるように、排気ダクト２の幅方向中央に延設され、幅方向の両側部は、両側面２５，２５から離間されている。この構成により、吐出口１１から吐出されたカソードオフガスは、矢印１１ａ冷却用空気の流れの略中央における第１希釈領域２０ａと、冷却用空気の流れの両側部における第２希釈領域２０ｂに送達される。 As shown in FIGS. 1(b) and 1(c), the flow dividing plate 5 extends in the center of the exhaust duct 2 in the width direction, and both sides in the width direction are separated from the side surfaces 25, 25. As shown in FIG. With this configuration, the cathode off-gas discharged from the discharge port 11 is delivered to the first dilution region 20a substantially in the center of the flow of the cooling air indicated by the arrow 11a and the second dilution regions 20b on both sides of the flow of the cooling air. be.

以上のように構成された燃料電池ユニット１００において、定期的に実施されるパージ処理に際しては、アノードセルから排出口１０に至る配管のバルブ（不図示）を開閉することにより、排出口１０から排気ダクト２の内部空間２０にアノードオフガス（水素ガス）を排出する。これと同期して、カソードセルから吐出口１１に至る配管のバルブ（不図示）を開閉することにより、吐出口１１から排気ダクト２の内部空間２０に希釈ガスとしてカソードオフガス（空気、酸素）を吐出する。 In the fuel cell unit 100 configured as described above, when the purging process is periodically performed, the valve (not shown) of the piping from the anode cell to the discharge port 10 is opened and closed to exhaust the gas from the discharge port 10. Anode off-gas (hydrogen gas) is discharged into the internal space 20 of the duct 2 . In synchronism with this, a valve (not shown) of the piping from the cathode cell to the discharge port 11 is opened and closed to introduce cathode offgas (air, oxygen) as a diluent gas from the discharge port 11 into the internal space 20 of the exhaust duct 2. Dispense.

この処理に伴い、排出口１０から排出されたアノードオフガスは、矢印１０ａに示されるように、排気ダクト２内を上昇しつつ冷却用空気によって希釈されながら排気ダクト２内の略中央の第１希釈領域２０ａに向かう。一方、吐出口１１から吐出されたカソードオフガスは、分流板５で分流され、その大部分は、排気ダクト２内の略中央の第１希釈領域２０ａに合流する流れ（１１ａ）を形成し、この第１希釈領域２０ａにおいてアノードオフガスと撹拌混合されることで、アノードオフガスがさらに希釈され、水素濃度が安全なレベル（４％以下）に低下された状態で、冷却用空気とともに排気口４から外気に排出される。 As a result of this process, the anode off-gas discharged from the discharge port 10 rises in the exhaust duct 2 and is diluted with the cooling air as indicated by the arrow 10a. Head to area 20a. On the other hand, the cathode off-gas discharged from the discharge port 11 is divided by the flow dividing plate 5, and most of it forms a flow (11a) that joins the first dilution region 20a substantially in the center of the exhaust duct 2, and this By stirring and mixing with the anode off-gas in the first dilution region 20a, the anode off-gas is further diluted, and in a state where the hydrogen concentration is lowered to a safe level (4% or less), the outside air is discharged from the exhaust port 4 together with the cooling air. discharged to

また、排出口１０から排出されたアノードオフガスの一部は、矢印１０ｂに示されるように、冷却用空気の流速が比較的遅い排気ダクト２の両側面２５，２５に沿って希釈されながら後方に向うが、吐出口１１から吐出されたカソードオフガスの一部が、排気ダクト２内の両側部に沿って上昇し第２希釈領域２０ｂに合流する流れ（１１ｂ）を形成しており、これら第２希釈領域２０ｂにおいてアノードオフガスと撹拌混合されることで、これらの領域においても、アノードオフガスが安全なレベルに希釈され、冷却用空気とともに排気口４から外気に排出される。 In addition, part of the anode off-gas discharged from the discharge port 10 is diluted along both side surfaces 25, 25 of the exhaust duct 2 where the flow velocity of the cooling air is relatively slow, as indicated by the arrow 10b. On the other hand, part of the cathode offgas discharged from the discharge port 11 rises along both sides in the exhaust duct 2 and forms a flow (11b) that joins the second dilution region 20b. By stirring and mixing with the anode off-gas in the dilution region 20b, the anode off-gas is diluted to a safe level also in these regions, and is discharged from the exhaust port 4 to the outside air together with the cooling air.

上記のように、分流板５によって形成される第１および第２の希釈領域２０ａ，２０ｂは、冷却用空気とそれにより希釈されたアノードオフガスが排気口４に至る流路をブロックするように分布しており、これらの領域２０ａ，２０ｂで、冷却用空気により希釈されたアノードオフガスを、第２の希釈ガスとしてのカソードオフガスで撹拌混合してさらに希釈することで、排気口４に至る冷却用空気の流れを構造的にブロックせずに十分な希釈が可能となり、排気ダクト２の流路抵抗の増加とそれにともなう冷却効率の低下を防止するうえで有利である。 As described above, the first and second dilution regions 20a and 20b formed by the flow dividing plate 5 are distributed so as to block the flow path of the cooling air and the anode off-gas diluted thereby to reach the exhaust port 4. In these regions 20 a and 20 b , the anode off-gas diluted with the cooling air is stirred and mixed with the cathode off-gas as the second diluent gas to further dilute the cooling air leading to the exhaust port 4 . Sufficient dilution is possible without structurally blocking the flow of air, which is advantageous in preventing an increase in the flow path resistance of the exhaust duct 2 and a decrease in cooling efficiency that accompanies it.

なお、上記実施形態において、カソードオフガスは、常時、排気ダクト２内に吐出されても良いが、パージ処理の際にバルブ開閉を行うことにより、カソードオフガスの吐出圧を瞬間的に上昇させて目標地点への到達能力や撹拌効率を高めることができる。また、パージ処理以外ではカソードオフガスを外気に排出し、パージ処理時のみ排気ダクト２内への吐出に切替えるように構成してもよい。 In the above-described embodiment, the cathode off-gas may be discharged into the exhaust duct 2 at all times. It is possible to improve the ability to reach a point and the efficiency of stirring. Alternatively, the cathode off-gas may be discharged to the outside air except for the purging process, and may be switched to be discharged into the exhaust duct 2 only during the purging process.

本発明に係る燃料電池ユニットには排気ダクト２の形状やカソードオフガス吐出口の配置によりいくつかの実施形態が存在する。以下、代表的な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、基本構成は上述した第１実施形態と同様であるため、同様の構成には同じ符号を付してその説明を省略するものとし、変更点について説明する。 There are several embodiments of the fuel cell unit according to the present invention, depending on the shape of the exhaust duct 2 and the arrangement of the cathode off-gas outlet. Hereinafter, representative embodiments will be described with reference to the drawings. Since the basic configuration is the same as that of the above-described first embodiment, the same reference numerals are given to the same configurations, and the description thereof will be omitted, and the changes will be described.

（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態の燃料電池ユニット２００を示している。
この燃料電池ユニット２００では、排気ダクト２の後面２２の下部に排気口４が開口されるとともに、分流板５を設ける代わりに、排気ダクト２の後面２２の略中央（やや排気口４寄り）に第１のカソードオフガス吐出口１１が配設され、かつ、排気口４手前の底面２４の両側部に第２のカソードオフガス吐出口１２が配設されている。 (Second embodiment)
FIG. 2 shows a fuel cell unit 200 according to a second embodiment of the invention.
In this fuel cell unit 200, the exhaust port 4 is opened in the lower part of the rear surface 22 of the exhaust duct 2, and instead of providing the flow dividing plate 5, the fuel cell unit 200 is provided at approximately the center of the rear surface 22 of the exhaust duct 2 (slightly close to the exhaust port 4). A first cathode offgas discharge port 11 is provided, and a second cathode offgas discharge port 12 is provided on both sides of the bottom surface 24 in front of the exhaust port 4 .

何れのカソードオフガス吐出口１１，１２も冷却用空気の流れ方向と交差するように上方向に配向されている点は第１実施形態と同様である。第１および第２の吐出口１１，１２に配分されるカソードオフガスの吐出量は同量でも構わないが、第１の吐出口１１に第２の吐出口１２よりも多くの吐出量が配分されることが好ましい。 As in the first embodiment, both cathode off-gas outlets 11 and 12 are oriented upward so as to intersect the flow direction of the cooling air. The discharge amounts of the cathode off-gas distributed to the first and second discharge ports 11 and 12 may be the same, but a larger discharge amount is distributed to the first discharge port 11 than to the second discharge port 12. preferably.

例えば、１つの第１の吐出口１１からの吐出量が、２つの第２の吐出口１２の合計の吐出量と同等かまたはそれ以上であっても良いし、第１の吐出口１１からの吐出量が、第２の吐出口１２のそれぞれの吐出量より多く、それらの合計の吐出量より少ないような配分であっても良い。 For example, the amount of ejection from one first ejection port 11 may be equal to or greater than the total amount of ejection from two second ejection ports 12, or the amount of ejection from the first ejection ports 11 may be The distribution may be such that the ejection amount is greater than the ejection amount of each of the second ejection ports 12 and less than the total ejection amount thereof.

この第２実施形態の燃料電池ユニット２００では、第１および第２の吐出口１１，１２から吐出されるそれぞれのカソードオフガスによって直接的にアノードオフガスの第１の希釈領域２０ａに合流する第１の流れ（１１ａ）と、第２の希釈領域２０ｂに合流する第２の流れ（１２ｂ）が形成される。 In the fuel cell unit 200 of the second embodiment, the cathode off-gas discharged from the first and second discharge ports 11 and 12 directly joins the first dilution region 20a of the anode off-gas into the first dilution region 20a. A stream (11a) and a second stream (12b) are formed which join the second dilution zone 20b.

第１および第２の吐出口１１，１２が排気口４をガードするように分布する点は第１実施形態と同様であるが、本実施形態では、後面２２下部に排気口４が開口され、後面２２上部が閉鎖されているので、比重の小さい水素ガスの天井付近への滞留に備えて、第２の吐出口１２から吐出されるカソードオフガスが直接的に送達されるようにしている。 It is the same as the first embodiment in that the first and second discharge ports 11 and 12 are distributed so as to guard the exhaust port 4, but in this embodiment, the exhaust port 4 is opened in the lower part of the rear surface 22, Since the upper part of the rear surface 22 is closed, the cathode off-gas discharged from the second outlet 12 is directly delivered in preparation for the retention of hydrogen gas having a low specific gravity near the ceiling.

（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態の燃料電池ユニット３００を示している。
この燃料電池ユニット３００は、ＦＣスタック１および冷却ファン３が、排気ダクト２の前面の略上半部のみに開口された前端開口２１に接続されており、前面の略下半分は閉鎖されている。換言すれば、排気ダクト２の流路断面がＦＣスタック１および冷却ファン３に対して下方に拡大されている。 (Third embodiment)
FIG. 3 shows a fuel cell unit 300 according to a third embodiment of the invention.
In this fuel cell unit 300, the FC stack 1 and the cooling fan 3 are connected to a front end opening 21 that opens only in the substantially upper half of the front surface of the exhaust duct 2, and substantially the lower half of the front surface is closed. . In other words, the flow passage cross section of the exhaust duct 2 is enlarged downward with respect to the FC stack 1 and the cooling fan 3 .

一方、排気口４は、前端開口２１に対向しないように、排気ダクト２の後面２２の略下半分に開口されている。そのため、ＦＣスタック１の実質的な開口率よりも大きい開口面積となっているが、前端開口２１と排気口４の間に屈曲した流路が形成されており、排気ダクト２の形状自体においてもアノードオフガスの流出が抑制される構成となっている。 On the other hand, the exhaust port 4 opens in substantially the lower half of the rear surface 22 of the exhaust duct 2 so as not to face the front end opening 21 . Therefore, although the opening area is larger than the actual opening ratio of the FC stack 1, a bent flow path is formed between the front end opening 21 and the exhaust port 4, and the shape of the exhaust duct 2 itself The configuration is such that outflow of the anode off-gas is suppressed.

アノードオフガス排出口１０の配置は第１および第２実施形態と同様である。第１および第２のカソードオフガス吐出口１１，１２の配置は第２実施形態に近いが、第３実施形態の燃料電池ユニット３００では、冷却用空気の流れ方向の上流側に位置した第１のカソードオフガス吐出口１１が、排気ダクト２の略中央に２つ並べて配設されており、４つのカソードオフガス吐出口１１，１２が、冷却用空気の流れ方向の上流側に向かい、排気口４をガードするように台形状に配置されている。 The arrangement of the anode off-gas discharge port 10 is the same as in the first and second embodiments. The arrangement of the first and second cathode offgas outlets 11 and 12 is similar to that of the second embodiment, but in the fuel cell unit 300 of the third embodiment, the first outlet located upstream in the cooling air flow direction Two cathode offgas outlets 11 are arranged side by side substantially in the center of the exhaust duct 2 . It is arranged in a trapezoidal shape to guard.

この第３実施形態の燃料電池ユニット３００では、第１および第２実施形態に比べて、排気ダクト２の流路断面積に対する排気口４の開口面積およびＦＣスタック１に対する排気口４の開口率が大きいため、排気ダクト２内の冷却用空気の流速および排気口４からの排気速度が相対的に速く、流路抵抗は小さい。後面２２上部が閉鎖されている構成は第２実施形態と同様であるが、本実施形態では、比重の小さい水素ガスが天井付近に滞留しやすい性質を積極的に利用して、この部分に第１および第２の希釈領域２０ａ，２０ｂが分布するようにしている。 In the fuel cell unit 300 of the third embodiment, compared to the first and second embodiments, the opening area of the exhaust port 4 with respect to the passage cross-sectional area of the exhaust duct 2 and the opening ratio of the exhaust port 4 with respect to the FC stack 1 are Since it is large, the flow velocity of the cooling air in the exhaust duct 2 and the exhaust velocity from the exhaust port 4 are relatively high, and the flow path resistance is small. The configuration in which the upper portion of the rear surface 22 is closed is the same as in the second embodiment, but in this embodiment, the property that hydrogen gas, which has a low specific gravity, tends to stay in the vicinity of the ceiling is positively utilized, and the second is placed in this portion. First and second dilution regions 20a, 20b are distributed.

（第４実施形態）
図４は、本発明の第４実施形態の燃料電池ユニット４００を示している。この燃料電池ユニット４００は、図５に示した燃料電池車両５１と同様に前傾して搭載されかつ排気ダクト２の後方に、排気ダクト２に対して屈曲して水平に延びる延長部分５が設けられている。排気口４が後面５２の下部に開口され、後面５２の上部が閉鎖されている構成は、前述した第２および第３実施形態と同様であるが、この燃料電池ユニット４００では、第１のカソードオフガス吐出口１１が、排気ダクト２の天井面２３に配設され、冷却用空気の流れ方向と交差する斜下方向に配向されている。 (Fourth embodiment)
FIG. 4 shows a fuel cell unit 400 according to a fourth embodiment of the invention. This fuel cell unit 400 is mounted tilted forward in the same manner as the fuel cell vehicle 51 shown in FIG. It is The configuration in which the exhaust port 4 is open at the lower portion of the rear surface 52 and the upper portion of the rear surface 52 is closed is the same as in the second and third embodiments described above, but in this fuel cell unit 400, the first cathode The off-gas discharge port 11 is disposed on the ceiling surface 23 of the exhaust duct 2 and is oriented obliquely downward, intersecting with the flow direction of the cooling air.

この燃料電池ユニット４００も、前述の第３実施形態と同様に、比重の小さい水素ガスが天井付近に滞留しやすい性質を積極的に利用して、この部分に第１および第２の希釈領域２０ａ，２０ｂが分布する構成であるが、第１および第２のカソードオフガス吐出口１１，１２がやや食い違いながら対向する配置により、吐出されたカソードオフガスによる良好な撹拌混合効果が期待できる。 As in the third embodiment, this fuel cell unit 400 positively utilizes the property that hydrogen gas, which has a low specific gravity, tends to stay near the ceiling. , 20b are distributed. However, by arranging the first and second cathode offgas outlets 11 and 12 to face each other while being slightly staggered, a good stirring and mixing effect by the discharged cathode offgas can be expected.

以上、本発明のいくつかの実施形態について述べたが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。 Although several embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these, and various modifications and changes are possible based on the technical idea of the present invention.

例えば、上記各実施形態では、カソードオフガス吐出口１１，１２が排気ダクト２の底面２４または天井面２３に配設される場合を示したが、カソードオフガス吐出口は両側面２５に配設されても良い。また、アノードオフガスの排出口１１は幅方向の中央寄りに配設されても良い。 For example, in the above-described embodiments, the cathode offgas outlets 11 and 12 are arranged on the bottom surface 24 or the ceiling surface 23 of the exhaust duct 2, but the cathode offgas outlets are arranged on both side surfaces 25. Also good. Further, the anode off-gas discharge port 11 may be arranged near the center in the width direction.

さらに、上記各実施形態では、カソードオフガス吐出口１１，１２が底面２４または天井面２３に対して垂直上方または下方に配向される場合を示したが、底面２４や天井面２３に対して、冷却用空気の流れ方向上流側に向かう傾斜角を有して配向されても良い。 Furthermore, in each of the above embodiments, the cathode offgas outlets 11 and 12 are oriented vertically upward or downward with respect to the bottom surface 24 or the ceiling surface 23 . It may be oriented with an inclination angle toward the upstream side in the flow direction of the air.

また、上記実施形態では、分流板５が水平な平板状の場合を成す場合を示したが、分流板はこれ以外の形状、例えば、両側方に向う緩い傾斜角を有する浅いＶ字状等であっても良い。 In the above embodiment, the flow dividing plate 5 has the shape of a horizontal flat plate. It can be.

１ ＦＣスタック
２ 排気ダクト
３ 冷却ファン
４ 排気口
５ 延長部分
１０ アノードオフガスの排出口
１１ カソードオフガス吐出口（第１のカソードオフガス吐出口）
１２ カソードオフガス吐出口（第２のカソードオフガス吐出口）
２０ 内部空間
２０ａ 第１の希釈領域
２０ｂ 第２の希釈領域
２１ 前端開口
２２，５２ 後面
２３，５３ 天井面
２４，５４ 底面
２５ 両側面 1 FC stack 2 Exhaust duct 3 Cooling fan 4 Exhaust port 5 Extension part 10 Anode offgas discharge port 11 Cathode offgas discharge port (first cathode offgas discharge port)
12 cathode offgas outlet (second cathode offgas outlet)
20 Internal space 20a First dilution area 20b Second dilution area 21 Front end openings 22, 52 Rear surfaces 23, 53 Ceiling surfaces 24, 54 Bottom surface 25 Both side surfaces

Claims (3)

水素ガスと空気中の酸素とを反応させて発電するＦＣスタックと、
前記ＦＣスタックに冷却用空気を流通させる冷却ファンと、
前記冷却用空気を車長方向後方の排気口に導く排気ダクトと、
前記ＦＣスタックから排出されるアノードオフガスを前記排気ダクト内に排出するアノードオフガス排出口と、
を備えた燃料電池車両において、
前記ＦＣスタックから排出されるカソードオフガスを、前記アノードオフガス排出口より車長方向後側で前記排気ダクト内に吐出するカソードオフガス吐出口をさらに備え、
前記アノードオフガス排出口は、前記冷却用空気の流れ方向と交差方向に配向され、
前記カソードオフガス吐出口は、前記冷却用空気の流れ方向と交差方向に配向され、かつ、前記冷却用空気の流れの略中央における前記アノードオフガスの第１の希釈領域に合流する第１の流れと、前記冷却用空気の流れの両側部における前記アノードオフガスの第２の希釈領域に合流する第２の流れを形成すべく、複数の吐出口に分けて吐出されるかまたは分流手段が設けられていることを特徴とする燃料電池車両。 a FC stack that generates electricity by reacting hydrogen gas with oxygen in the air;
a cooling fan for circulating cooling air to the FC stack;
an exhaust duct that guides the cooling air to an exhaust port at the rear in the vehicle length direction;
an anode off-gas outlet for discharging anode off-gas discharged from the FC stack into the exhaust duct;
In a fuel cell vehicle with
further comprising a cathode off-gas discharge port for discharging cathode off-gas discharged from the FC stack into the exhaust duct behind the anode off-gas discharge port in the vehicle length direction;
the anode off-gas outlet is oriented in a direction crossing the flow direction of the cooling air;
The cathode off-gas outlet is oriented in a direction crossing the direction of flow of the cooling air and joins the first diluted region of the anode off-gas substantially at the center of the flow of the cooling air. , in order to form a second flow that merges with the second diluted region of the anode off-gas on both sides of the flow of the cooling air, the cooling air is dividedly discharged through a plurality of discharge ports or a flow dividing means is provided. A fuel cell vehicle characterized by: 前記第１の希釈領域に合流する前記第１の流れが、前記第２の希釈領域に合流する前記第２の流れに対し、前記冷却用空気の流れ方向の上流側に形成されるように、前記カソードオフガス吐出口の前記複数の吐出口または前記分流手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。 so that the first flow joining the first dilution region is formed upstream of the second flow joining the second dilution region in the flow direction of the cooling air; 2. The fuel cell vehicle according to claim 1, wherein said plurality of outlets of said cathode offgas outlet or said flow dividing means are provided. 前記アノードオフガス排出口は、前記排気ダクト内の前記ＦＣスタックに隣接した導入側の両側部に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池車両。 3. The fuel cell vehicle according to claim 1, wherein the anode off-gas discharge ports are provided on both sides of the introduction side adjacent to the FC stack in the exhaust duct.
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