JP2003023705A - Fuel cell device - Google Patents
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- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池装置に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、燃料電池は発電効率が高く、有害
物質を排出しないので、産業用、家庭用の発電装置とし
て、又は、人工衛星や宇宙船などの動力源として実用化
されてきたが、近年は、乗用車、バス、トラック等の車
両用の動力源として開発が進んでいる。2. Description of the Related Art Conventionally, since fuel cells have high power generation efficiency and do not emit harmful substances, they have been put to practical use as industrial or domestic power generators or power sources for artificial satellites or spacecraft. In recent years, it has been developed as a power source for vehicles such as passenger cars, buses and trucks.
【０００３】燃料電池には、種々の形式のものが知られ
ており、アルカリ水溶液型、リン酸型、溶融炭酸塩型、
固体酸化物型、直接型メタノール等のものであってもよ
いが、固体電解質を用いた燃料電池が有望視されてい
る。Various types of fuel cells are known, such as alkaline aqueous solution type, phosphoric acid type, molten carbonate type,
Although solid oxide type, direct type methanol, etc. may be used, a fuel cell using a solid electrolyte is considered promising.
【０００４】この場合、固体高分子電解質膜を２枚のガ
ス拡散電極で挟み、一体化させて接合する。そして、該
ガス拡散電極の一方を燃料極とし、該燃料極表面に接す
る燃料流路を介し前記燃料極に燃料ガスとしての水素ガ
スを供給すると、水素が水素イオン（プロトン）と電子
とに分解され、水素イオンが固体高分子電解質膜を透過
する。また、前記ガス拡散電極の他方を酸素極とし、該
酸素極表面に接する空気流路を介し前記酸素極に酸化剤
としての空気を供給すると、空気中の酸素と、前記水素
イオン及び電子とが結合して水が生成される。このよう
な電気化学反応によって起電力が生じるようになってい
る。また前記固体電解質と前記燃料極、前記酸素極、前
記空気流路、前記燃料流路とを併せて燃料電池セルとす
る。さらに、該燃料電池セルを複数積層させたものを燃
料電池スタックとしている。この燃料電池装置において
は、空気流路に液体水を供給することにより固体高分子
電解質膜を湿潤状態に維持するものがある。（特開２０
００−１２０５６号公報参照）。In this case, the solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes, and they are integrated and joined. When one of the gas diffusion electrodes is used as a fuel electrode and hydrogen gas as a fuel gas is supplied to the fuel electrode through a fuel flow path in contact with the surface of the fuel electrode, hydrogen is decomposed into hydrogen ions (protons) and electrons. Then, the hydrogen ions permeate the solid polymer electrolyte membrane. When the other of the gas diffusion electrodes is an oxygen electrode and air as an oxidant is supplied to the oxygen electrode through an air flow path in contact with the surface of the oxygen electrode, oxygen in the air and the hydrogen ions and electrons are Combined to produce water. An electromotive force is generated by such an electrochemical reaction. Further, the solid electrolyte, the fuel electrode, the oxygen electrode, the air flow path, and the fuel flow path are combined to form a fuel cell. Further, a stack of a plurality of the fuel cells is a fuel cell stack. In some fuel cell devices, the solid polymer electrolyte membrane is maintained in a wet state by supplying liquid water to the air flow path. (JP 20
No. 00-12056).
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の燃料電池装置においては、空気供給ファンからの空
気を導入する空気導入ダクトが金属製であり、燃料電池
スタックの上側に配設された空気供給室にボルト等によ
って固定されている。また、同様に、空気を排出するた
めの空気排出ダクトも金属製であり、燃料電池スタック
の下側に配設された空気排出室にボルト等によって固定
されている。However, in the above-mentioned conventional fuel cell device, the air introduction duct for introducing the air from the air supply fan is made of metal, and the air supply provided on the upper side of the fuel cell stack. It is fixed to the chamber with bolts. Similarly, the air exhaust duct for exhausting air is also made of metal, and is fixed to the air exhaust chamber arranged below the fuel cell stack with bolts or the like.
【０００６】このため、メンテナンス等のために取り外
した燃料電池スタックを再度取り付ける時に、前記空気
導入ダクトと空気供給室、及び、空気排出ダクトと空気
排出室の位置合わせを正確に行うことが困難であり、前
記空気導入ダクトと空気供給室との間や、空気排出ダク
トと空気排出室との間に隙（すき）間が生じてしまった
り、空気導入ダクト、空気供給室、空気排出ダクト、空
気排出室等の部材が破損してしまうことがある。Therefore, when the fuel cell stack removed for maintenance or the like is reattached, it is difficult to accurately align the air introduction duct and the air supply chamber and the air discharge duct and the air discharge chamber. There is a gap (gap) between the air introduction duct and the air supply chamber or between the air discharge duct and the air discharge chamber, or the air introduction duct, the air supply chamber, the air discharge duct, and the air. Members such as the discharge chamber may be damaged.
【０００７】図２は従来の車両に搭載された燃料電池装
置における燃料電池スタック及び空気供給ファン及び空
気導入ダクトを示す図である。FIG. 2 is a view showing a fuel cell stack, an air supply fan and an air introduction duct in a fuel cell device mounted on a conventional vehicle.
【０００８】図において、５１は燃料電池スタック、５
６は空気供給ファンである。そして、前記燃料電池スタ
ック５１は車両の下部フレーム５３の上側に取り付けら
れ、前記空気供給ファン５６も燃料電池スタック５１と
ほぼ同じ高さに取り付けられる。In the figure, 51 is a fuel cell stack, 5
6 is an air supply fan. The fuel cell stack 51 is mounted on the upper side of the lower frame 53 of the vehicle, and the air supply fan 56 is also mounted at substantially the same height as the fuel cell stack 51.
【０００９】また、前記燃料電池スタック５１の上側に
は、燃料電池スタック５１を構成する複数の燃料電池セ
ルの空気流路の一端が連結され、酸化剤としての空気を
導入するための空気供給室５４が取り付けられる。さら
に、該空気供給室５４の前方（図における左方）には、
空気供給ファン５６からの空気を空気供給室５４に送り
込むための空気導入ダクト５５が接続される。また、前
記空気供給室５４内には、水をスプレーする図示されな
い水供給ノズルが配設されている。An upper end of the fuel cell stack 51 is connected to one end of an air flow path of a plurality of fuel cell units constituting the fuel cell stack 51, and an air supply chamber for introducing air as an oxidant. 54 is attached. Further, in front of the air supply chamber 54 (to the left in the figure),
An air introduction duct 55 for sending the air from the air supply fan 56 into the air supply chamber 54 is connected. In addition, a water supply nozzle (not shown) for spraying water is provided in the air supply chamber 54.
【００１０】一方、前記燃料電池セルの空気流路の他
端、つまり燃料電池スタック５１の下側には、前記空気
流路から排出された空気を排出するための空気排出室５
７が取り付けられる。さらに、該空気排出室５７の後方
（図における右方）には、空気を車両の外部に排出する
ための空気排出ダクト６１が接続される。なお、前記空
気排出室５７の底面は、排水管５８を介して、水タンク
５２の上面に接続されている。On the other hand, at the other end of the air flow path of the fuel cell, that is, below the fuel cell stack 51, an air discharge chamber 5 for discharging the air discharged from the air flow path.
7 is attached. Further, an air exhaust duct 61 for exhausting air to the outside of the vehicle is connected to the rear of the air exhaust chamber 57 (on the right side in the drawing). The bottom surface of the air discharge chamber 57 is connected to the top surface of the water tank 52 via a drain pipe 58.
【００１１】前記燃料電池スタック５１内には、図にお
ける上下方向に延在する多数の空気通路としての空気流
路が形成され、該空気流路の一面が酸素極に接してい
る。そして、該酸素極の反対側には固体高分子電解質膜
を挟んで燃料極が配設され、該燃料極に接して水素ガス
の通路としての燃料流路が形成されている。In the fuel cell stack 51, a plurality of air passages as air passages extending in the vertical direction in the drawing are formed, and one surface of the air passage is in contact with the oxygen electrode. A fuel electrode is arranged on the opposite side of the oxygen electrode with a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between them, and a fuel flow path as a hydrogen gas passage is formed in contact with the fuel electrode.
【００１２】なお、前記燃料電池スタック５１は、前方
がわずかに下になるように、傾いた状態で配設される。
そして、前記空気供給室５４の上面は水平になってい
る。そのため、空気導入ダクト５５から送り込まれた酸
化剤としての空気の流路断面が、空気供給室５４の前方
から後方へ向かって狭くなるので、空気はすべての空気
流路へ均等に導入される。The fuel cell stack 51 is arranged in a tilted state so that the front is slightly lowered.
The upper surface of the air supply chamber 54 is horizontal. Therefore, the flow passage cross section of the air as the oxidant sent from the air introduction duct 55 becomes narrower from the front side to the rear side of the air supply chamber 54, so that the air is uniformly introduced into all the air flow passages.
【００１３】一方、空気排出室５７の下面も水平になっ
ているので、空気流路から排出された空気の流路断面
が、前記空気排出室５７の前方から後方へ向かって広く
なるので、空気はスムーズに空気排出ダクト６１に向け
て排出される。On the other hand, since the lower surface of the air discharge chamber 57 is also horizontal, the flow passage cross section of the air discharged from the air flow passage becomes wider from the front side to the rear side of the air discharge chamber 57. Is smoothly discharged toward the air discharge duct 61.
【００１４】ところで、前記水供給ノズルからスプレー
された水は、重力及び空気の流れによって、多数の前記
空気流路内に進入する。そして、酸素極を湿潤な状態に
保つので、酸素極と燃料極とに挟まれた固体高分子電解
質膜が良好に機能する。また、燃料である水素と酸化剤
である酸素とが結合して水を生成する電気化学反応にお
いて、反応熱が発生するが、該反応熱は前記スプレーさ
れた水によって吸収される。すなわち、前記スプレーさ
れた水は冷却作用も果たすものである。By the way, the water sprayed from the water supply nozzle enters a large number of the air flow paths due to gravity and the flow of air. Then, since the oxygen electrode is kept in a wet state, the solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the oxygen electrode and the fuel electrode functions well. Further, in an electrochemical reaction in which hydrogen as a fuel and oxygen as an oxidant are combined to generate water, heat of reaction is generated, and the heat of reaction is absorbed by the sprayed water. That is, the sprayed water also serves a cooling function.
【００１５】そして、前記スプレーされた水は前記空気
流路の下端から、空気とともに排出される。この場合、
液相の水は、そのままの状態で空気排出室５７の底面か
ら、排水管５８を介して、前記水タンク５２内に流入し
て貯留される。また、空気とともに排出された気相の
水、すなわち、水蒸気は、空気排出室５７内に配設され
た金網、金属ロッド等の部材にトラップされ、冷却さ
れ、凝縮されて液体になる。そして、空気排出室５７の
底面から、排水管５８を介して、前記水タンク５２内に
流入して貯留される。Then, the sprayed water is discharged together with air from the lower end of the air flow path. in this case,
The water in the liquid phase is stored as it is from the bottom surface of the air discharge chamber 57 through the drain pipe 58 into the water tank 52. Further, vapor-phase water discharged together with air, that is, water vapor, is trapped by members such as a wire mesh and a metal rod arranged in the air discharge chamber 57, cooled, and condensed to become a liquid. Then, it flows from the bottom surface of the air discharge chamber 57 into the water tank 52 through the drain pipe 58 and is stored therein.
【００１６】なお、水分を分離した空気は、前記空気排
出室５７に接続された空気排出ダクト６１を通って図示
されない排気管から外部に排出される。ここで、前記空
気排出ダクト６１は、水素吸蔵合金等の燃料貯蔵手段６
０内を通過して、前記排気管に接続されている。一方、
前記水タンク５２に貯留された水は、循環ポンプ等によ
って水供給ノズルに再度供給されてスプレーされる。こ
れにより、水はほとんどがリサイクルされて使用される
ので、水の補給量を少なくすることができる。The air from which the moisture has been separated is exhausted to the outside from an exhaust pipe (not shown) through an air exhaust duct 61 connected to the air exhaust chamber 57. Here, the air discharge duct 61 is a fuel storage means 6 such as a hydrogen storage alloy.
It passes through 0 and is connected to the exhaust pipe. on the other hand,
The water stored in the water tank 52 is again supplied to the water supply nozzle by a circulation pump or the like and sprayed. As a result, most of the water is recycled and used, so the amount of water supplied can be reduced.
【００１７】ところで、前記従来の燃料電池装置におい
ては、空気導入ダクト５５及び空気排出ダクト６１は、
金属製であり、車両の図示されない取付部材や強度部材
等にボルト等の手段によって固定されている。一方、前
記空気導入ダクト５５及び空気排出ダクト６１は、燃料
電池スタック５１の空気供給室５４及び空気排出室５７
にボルト等の手段によって固定されている。In the conventional fuel cell device, the air introduction duct 55 and the air discharge duct 61 are
It is made of metal and is fixed to a mounting member (not shown), a strength member, or the like of the vehicle by means of bolts or the like. On the other hand, the air introduction duct 55 and the air discharge duct 61 are connected to the air supply chamber 54 and the air discharge chamber 57 of the fuel cell stack 51.
It is fixed to the by means of bolts or the like.
【００１８】そして、前記燃料電池スタック５１、燃料
貯蔵手段６０等は、メンテナンスや修理のために車両か
ら取り外す場合がある。この場合、メンテナンスや修理
が終わり、再び車両に取り付けられる時に、取付位置
が、ごくわずかではあるが、ずれてしまう、すなわち、
位置ずれが生じてしまうことがある。すると、前記空気
導入ダクト５５及び空気排出ダクト６１と空気供給室５
４及び空気排出室５７との接続部分にも位置ずれが生じ
てしまう。The fuel cell stack 51, the fuel storage means 60, etc. may be removed from the vehicle for maintenance or repair. In this case, when the maintenance or repair is finished and the vehicle is mounted again, the mounting position is displaced, albeit slightly, that is,
A position shift may occur. Then, the air introduction duct 55, the air discharge duct 61, and the air supply chamber 5
4 and the connection portion with the air discharge chamber 57 will also be displaced.
【００１９】このような接続部分の位置ずれは、前記空
気導入ダクト５５、空気排出ダクト６１、空気供給室５
４及び空気排出室５７のそれぞれに大きめのフランジを
形成し、各フランジ間にパッキン等のシール部材を挿入
し、一方、前記フランジに大きめのボルト孔を形成する
ことによって、位置ずれを吸収することができる。しか
し、大きめのフランジを形成したり、該フランジに大き
めのボルト孔を形成したり、シール部材を挿入したりす
ると、構造が複雑となり、また、部品点数も増えるの
で、製造コストが高くなってしまう。さらに、前記空気
導入ダクト５５及び空気排出ダクト６１と空気供給室５
４及び空気排出室５７との接続部分の占有する容積が大
きくなってしまい、車両の車室や荷室の床下のような狭
い場所に搭載することが困難になってしまう。The positional deviation of the connecting portion is caused by the air introduction duct 55, the air discharge duct 61, and the air supply chamber 5.
4 and the air discharge chamber 57 are each formed with a large flange, and a sealing member such as packing is inserted between the flanges, and on the other hand, a large bolt hole is formed in the flange to absorb the positional deviation. You can However, when a large flange is formed, a large bolt hole is formed in the flange, or a seal member is inserted, the structure becomes complicated, and the number of parts increases, which increases the manufacturing cost. . Further, the air introduction duct 55, the air discharge duct 61, and the air supply chamber 5
4 and the connecting portion with the air exhaust chamber 57 occupy a large volume, which makes it difficult to mount the unit in a narrow space such as a vehicle compartment or under the floor of a luggage compartment.
【００２０】一方、接続部分の位置ずれを放置すると、
該接続部分から空気や水が漏れてしまい、燃料電池セル
に所定量の空気や水が供給されなくなり、燃料電池セル
の出力が低下してしまう。On the other hand, if the positional deviation of the connecting portion is left,
Air or water leaks from the connection portion, and a predetermined amount of air or water is not supplied to the fuel cell, and the output of the fuel cell decreases.
【００２１】本発明は、前記従来の問題点を解決して、
空気導入ダクト及び空気排出ダクトを可撓（とう）性の
連結管を介して空気供給室及び空気排出室に接続して、
簡素でコンパクトな構成によって位置ずれを吸収するこ
とができ、空気や水が漏れることのない燃料電池装置を
提供することを目的とする。The present invention solves the above conventional problems,
The air introduction duct and the air discharge duct are connected to the air supply chamber and the air discharge chamber via a flexible (flexible) connecting pipe,
It is an object of the present invention to provide a fuel cell device that can absorb a positional deviation with a simple and compact structure and that does not leak air or water.
【００２２】[0022]
【課題を解決するための手段】そのために、本発明の燃
料電池装置においては、燃料極及び該燃料極に接した燃
料流路と、酸素極及び該酸素極に接した空気流路と前記
燃料極及び酸素極により狭持される電解質膜を持つ燃料
電池セルと、該燃料電池セルを積層し、車両中央部にお
いて、車体フレームに固定された燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに空気を供給する空気供給室と、
前記燃料スタックから空気を排出する空気排出室と、車
両前方に固定され、車外から空気を導入する空気導入ダ
クトと、前記空気導入ダクトと空気供給室とを接続する
可撓性を持ち、かつ、着脱可能に構成された第１連結管
と、車両後方に固定され、前記空気排出室から空気を排
出する空気排出ダクトと、前記空気排出ダクトと空気排
出室とを連結する可撓性を持ち、かつ、着脱可能に構成
された第２連結管とを有する。Therefore, in the fuel cell device of the present invention, there is provided a fuel electrode, a fuel channel in contact with the fuel electrode, an oxygen electrode, an air channel in contact with the oxygen electrode, and the fuel. A fuel cell having an electrolyte membrane sandwiched between an electrode and an oxygen electrode, a fuel cell stack in which the fuel cell is laminated, and which is fixed to a vehicle body frame at the center of the vehicle,
An air supply chamber for supplying air to the fuel cell stack,
An air discharge chamber that discharges air from the fuel stack, an air introduction duct that is fixed to the front of the vehicle and that introduces air from the outside of the vehicle, and has flexibility that connects the air introduction duct and the air supply chamber, and A detachable first connecting pipe, an air exhaust duct fixed to the rear of the vehicle for exhausting air from the air exhaust chamber, and having flexibility for connecting the air exhaust duct and the air exhaust chamber, And a second connecting pipe configured to be removable.
【００２３】本発明の他の燃料電池装置においては、さ
らに、前記連結管は、蛇腹状である。In another fuel cell device of the present invention, the connecting pipe is bellows-shaped.
【００２４】本発明の更に他の燃料電池装置において
は、さらに、前記連結管は、樹脂から成る。In still another fuel cell device of the present invention, the connecting pipe is made of resin.
【００２５】本発明の更に他の燃料電池装置において
は、さらに、前記空気導入ダクトは、前記空気供給室の
上面より高い位置に配設される。In yet another fuel cell device of the present invention, the air introduction duct is arranged at a position higher than the upper surface of the air supply chamber.
【００２６】本発明の更に他の燃料電池装置において
は、さらに、前記空気供給室内には、液相の水を噴射す
る水供給手段が配設される。In still another fuel cell device of the present invention, water supply means for injecting liquid phase water is further arranged in the air supply chamber.
【００２７】[0027]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００２８】図１は本発明の実施の形態における車両に
搭載された燃料電池装置の燃料電池スタック、空気導入
ダクト及び空気排出ダクトを示す要部側面図、図３は本
発明の実施の形態における車両に搭載された燃料電池装
置の模式平面図、図４は本発明の実施の形態における車
両に搭載された燃料電池装置における空気の流れを示す
模式断面図、図５は本発明の実施の形態における車両に
搭載された燃料電池装置における水の流れを示す模式断
面図である。FIG. 1 is a side view of essential parts showing a fuel cell stack, an air introduction duct and an air discharge duct of a fuel cell device mounted on a vehicle according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 shows an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic plan view of a fuel cell device mounted on a vehicle, FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an air flow in the fuel cell device mounted on a vehicle according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an embodiment of the present invention. 3 is a schematic cross-sectional view showing the flow of water in the fuel cell device mounted on the vehicle in FIG.
【００２９】図１において、１１は燃料電池スタック
（ＦＣ）であり、乗用車、バス、トラック、乗用カー
ト、荷物用カート等の車両用の動力源として使用され
る。ここで、前記車両は、照明装置、ラジオ、パワーウ
インドウ等の車両の停車中にも使用される電気を消費す
る補機類を多数備えており、また、走行パターンが多様
であり、動力源に要求される出力範囲が極めて広いの
で、動力源として燃料電池スタック１１と図示されない
蓄電手段としての２次電池とを併用して使用することが
望ましい。In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a fuel cell stack (FC), which is used as a power source for vehicles such as passenger cars, buses, trucks, passenger carts and luggage carts. Here, the vehicle includes a large number of auxiliary devices that consume electricity, such as a lighting device, a radio, and a power window, which are used even when the vehicle is stopped. Since the required output range is extremely wide, it is desirable to use the fuel cell stack 11 as a power source and a secondary battery (not shown) as a power storage unit in combination.
【００３０】そして、燃料電池セルは、アルカリ水溶液
型（ＡＦＣ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型
（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型（ＳＯＦＣ）、直接型メタ
ノール（ＤＭＦＣ）等のものであってもよいが、固体高
分子型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）であることが望ましい。The fuel cell is of an alkaline aqueous solution type (AFC), phosphoric acid type (PAFC), molten carbonate type (MCFC), solid oxide type (SOFC), direct type methanol (DMFC), or the like. Although it may exist, it is preferably a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC).
【００３１】なお、更に望ましくは、水素ガスを燃料と
し、酸素又は空気を酸化剤とするＰＥＭＦＣ（Ｐｒｏｔ
ｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ
Ｃｅｌｌ）型燃料電池、又は、ＰＥＭ（Ｐｒｏｔｏｎ
Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）型燃料電池と
呼ばれるものである。ここで、該ＰＥＭ型燃料電池は、
一般的に、プロトン等のイオンを透過する固体高分子電
解質膜の両側に触媒、電極及びセパレータを結合したセ
ル（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）を複数及び直列に結合したス
タック（Ｓｔａｃｋ）から成る（特開平１１−３１７２
３５号公報参照）。More preferably, PEMFC (Prot) using hydrogen gas as a fuel and oxygen or air as an oxidant.
on Exchange Membrane Fuel
Cell) fuel cell or PEM (Proton)
This is called an Exchange Membrane) type fuel cell. Here, the PEM fuel cell is
Generally, it is composed of a stack in which a plurality of cells (Fuel Cell) having a catalyst, an electrode and a separator bonded to both sides of a solid polymer electrolyte membrane permeable to ions such as protons are connected in series (Stack). 3172
35 gazette).
【００３２】この場合、固体高分子電解質膜を２枚のガ
ス拡散電極で挟み、一体化させて接合する。そして、該
ガス拡散電極の一方を燃料極とし、該燃料極表面に接す
る燃料流路を介し前記燃料極に燃料ガスとしての水素ガ
スを供給すると、水素が水素イオン（プロトン）と電子
とに分解され、水素イオンが固体高分子電解質膜を透過
する。また、前記ガス拡散電極の他方を酸素極とし、該
酸素極表面に接する空気流路を介し前記酸素極に酸化ガ
スとして空気を供給すると、空気中の酸素と、前記水素
イオン及び電子とが結合して、水が生成される。このよ
うな電気化学反応によって起電力が生じるようになって
いる。In this case, the solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes, and they are integrated and joined. When one of the gas diffusion electrodes is used as a fuel electrode and hydrogen gas as a fuel gas is supplied to the fuel electrode through a fuel flow path in contact with the surface of the fuel electrode, hydrogen is decomposed into hydrogen ions (protons) and electrons. Then, the hydrogen ions permeate the solid polymer electrolyte membrane. When the other of the gas diffusion electrodes is an oxygen electrode and air is supplied as an oxidizing gas to the oxygen electrode through an air flow path in contact with the surface of the oxygen electrode, oxygen in the air is bonded to the hydrogen ions and electrons. Then, water is generated. An electromotive force is generated by such an electrochemical reaction.
【００３３】例えば、本実施の形態においては、１例と
して、ＰＥＭ型燃料電池であり、１００枚のセルを直列
に接続したスタックを使用する。この場合、総電極面積
は１５０〔ｃｍ 2〕であり、開放端子電圧は約１００
〔Ｖ〕、出力は約６〔ｋＷ〕である。そして、定常動作
時の温度は５０〜９０〔℃〕程度である。For example, in the present embodiment, as an example, a PEM fuel cell, which uses a stack in which 100 cells are connected in series is used. In this case, the total electrode area is 150 [cm 2 ] and the open terminal voltage is about 100.
[V], the output is about 6 [kW]. The temperature during steady operation is about 50 to 90 [° C].
【００３４】なお、図示されない改質装置によってメタ
ノール、ガソリン等を改質して取り出した燃料である水
素ガスを燃料電池セルに直接供給することもできるが、
車両の高負荷運転時にも安定して十分な量の水素を供給
することができるようにするためには、燃料貯蔵手段１
２に貯蔵した水素ガスを供給することが望ましい。ここ
で、該燃料貯蔵手段１２は、水素吸蔵合金やデカリンの
ような水素吸蔵液体を格納した容器、水素ガスボンベの
ように水素ガスを格納した容器等から成る。これによ
り、水素ガスがほぼ一定の圧力で常に十分に供給される
ので、前記燃料電池セルは車両の負荷の変動に遅れるこ
となく追随して、必要な電流を供給することができる。Although hydrogen gas, which is a fuel obtained by reforming methanol, gasoline or the like by a reformer (not shown), can be directly supplied to the fuel cell.
In order to stably supply a sufficient amount of hydrogen even when the vehicle is under heavy load operation, the fuel storage means 1
It is desirable to supply the hydrogen gas stored in 2. Here, the fuel storage means 12 is composed of a container that stores a hydrogen storage liquid such as a hydrogen storage alloy or decalin, a container that stores hydrogen gas such as a hydrogen gas cylinder, and the like. As a result, the hydrogen gas is constantly and sufficiently supplied at a substantially constant pressure, so that the fuel cell unit can supply the necessary current while following the fluctuation of the load of the vehicle.
【００３５】この場合、前記燃料電池セルの出力インピ
ーダンスは極めて低く、０に近似させることが可能であ
る。In this case, the output impedance of the fuel cell is extremely low and can be approximated to zero.
【００３６】図において、燃料電池セルに燃料としての
水素ガス及び酸化剤としての空気を供給する装置が示さ
れる。ここで、燃料電池スタック１１は、車両の車両底
板１５の上に配設される。また、前記燃料電池スタック
１１の後方（図における右方）には燃料貯蔵手段１２
が、同様に車両底板１５の上に配設される。さらに、該
燃料貯蔵手段１２の後方には、排水ポンプ１４及び水タ
ンク１３が配設される。In the figure, an apparatus for supplying hydrogen gas as a fuel and air as an oxidant to a fuel cell is shown. Here, the fuel cell stack 11 is disposed on the vehicle bottom plate 15 of the vehicle. In addition, a fuel storage means 12 is provided behind the fuel cell stack 11 (on the right side in the drawing).
Are similarly arranged on the vehicle bottom plate 15. Further, a drain pump 14 and a water tank 13 are arranged behind the fuel storage means 12.
【００３７】なお、前記車両底板１５は、前記車両のフ
レームを構成する強度部材であってもよいし、強度部材
としての機能を果たすことなく、単に車両の底面を覆う
だけの板部材であってもよい。そして、車両底板１５が
強度部材である場合、前記燃料電池スタック１１、燃料
貯蔵手段１２、排水ポンプ１４及び水タンク１３は前記
車両底板１５に取り付けられ、該車両底板１５が強度部
材でない場合、前記燃料電池スタック１１、燃料貯蔵手
段１２、排水ポンプ１４及び水タンク１３は、車両底板
１５とは別の図示されない強度部材に取り付けられる。The vehicle bottom plate 15 may be a strength member that constitutes the frame of the vehicle, or may be a plate member that simply covers the bottom surface of the vehicle without performing the function as a strength member. Good. When the vehicle bottom plate 15 is a strength member, the fuel cell stack 11, the fuel storage unit 12, the drainage pump 14, and the water tank 13 are attached to the vehicle bottom plate 15, and when the vehicle bottom plate 15 is not a strength member, The fuel cell stack 11, the fuel storage unit 12, the drainage pump 14, and the water tank 13 are attached to a strength member (not shown) different from the vehicle bottom plate 15.
【００３８】また、図に示される車両の左右の前輪２８
Ｌ、２８Ｒ及び左右の後輪２９Ｌ、２９Ｒも、同様に車
両底板１５が強度部材である場合は、サスペンション機
構等を介して車両底板１５に取り付けられ、車両底板１
５が強度部材でない場合は、サスペンション機構等を介
して車両底板１５とは別の図示されない強度部材に取り
付けられる。The left and right front wheels 28 of the vehicle shown in the figure
Similarly, when the vehicle bottom plate 15 is a strength member, the L, 28R and the left and right rear wheels 29L, 29R are attached to the vehicle bottom plate 15 via a suspension mechanism or the like.
When 5 is not a strength member, it is attached to a strength member (not shown) different from the vehicle bottom plate 15 via a suspension mechanism or the like.
【００３９】ここで、前記燃料電池スタック１１、燃料
貯蔵手段１２、排水ポンプ１４及び水タンク１３は、薄
く扁平な直方体の形状を有し、前後に並んで、すなわ
ち、タンデムに配設されているので、前記燃料電池スタ
ック１１及び燃料貯蔵手段１２の上を覆うように車室や
荷室の床板を配設しても、前記車室や荷室の床の高さを
高くする必要がない。また、重量物である燃料電池スタ
ック１１、燃料貯蔵手段１２、排水ポンプ１４及び水タ
ンク１３が低い位置に配設されるので、車両の重心位置
が低くなり、車両の安定性が向上する。さらに、前記燃
料電池スタック１１、燃料貯蔵手段１２、排水ポンプ１
４及び水タンク１３が、前輪２８Ｌ、２８Ｒの車軸と後
輪２９Ｌ、２９Ｒの車軸との間に配設されているので、
車両の重心位置近傍に重量物が集中し、重心回りの慣性
モーメントが低減され、車両の旋回性が向上する。Here, the fuel cell stack 11, the fuel storage means 12, the drainage pump 14 and the water tank 13 have a thin and flat rectangular parallelepiped shape and are arranged side by side, that is, in tandem. Therefore, even if the floor plate of the vehicle compartment or the luggage compartment is arranged so as to cover the fuel cell stack 11 and the fuel storage means 12, it is not necessary to increase the height of the floor of the vehicle compartment or the luggage compartment. Further, since the heavy fuel cell stack 11, the fuel storage unit 12, the drainage pump 14, and the water tank 13 are arranged at low positions, the center of gravity of the vehicle is lowered, and the stability of the vehicle is improved. Further, the fuel cell stack 11, the fuel storage means 12, the drainage pump 1
4 and the water tank 13 are arranged between the axles of the front wheels 28L and 28R and the axles of the rear wheels 29L and 29R,
Heavy objects concentrate near the center of gravity of the vehicle, the moment of inertia around the center of gravity is reduced, and the turning performance of the vehicle is improved.
【００４０】そして、水素ガスは、前記燃料貯蔵手段１
２から、図示されない燃料供給管路を通って、燃料電池
セルに供給される。また、前記燃料供給管路には、図示
されない燃料圧力調整弁、燃料供給電磁弁、逆止弁及び
圧力センサが配設される。そして、燃料電池セルに供給
される水素ガスがあらかじめ設定した一定の圧力に維持
されるように、圧力センサで前記燃料供給管路内の水素
ガスの圧力をモニターしながら、燃料圧力調整弁を調整
して、水素ガスを燃料貯蔵手段１２から供給する。な
お、前記燃料貯蔵手段１２は、十分に大きな容量を有
し、常に十分に高い圧力の水素ガスを供給することがで
きる能力を有するものである。The hydrogen gas is used as the fuel storage means 1
2 is supplied to the fuel cell unit through a fuel supply line (not shown). Further, a fuel pressure adjusting valve, a fuel supply solenoid valve, a check valve, and a pressure sensor, which are not shown, are arranged in the fuel supply line. Then, the fuel pressure adjusting valve is adjusted while the pressure of the hydrogen gas in the fuel supply pipe is monitored by the pressure sensor so that the hydrogen gas supplied to the fuel cell is maintained at a preset constant pressure. Then, hydrogen gas is supplied from the fuel storage means 12. The fuel storage means 12 has a sufficiently large capacity and is capable of supplying hydrogen gas at a sufficiently high pressure at all times.
【００４１】そして、燃料電池セルから排出される水素
ガスは、図示されない燃料排出管路を通って大気中へ排
出される。なお、前記水素ガスをそのまま大気中へ排出
せずに、酸素と結合させて水にした後で、排出させるよ
うにしてもよい。また、前記燃料排出管路には、図示さ
れないフィルタ、燃料排出電磁弁、逆止弁等が配設され
る。The hydrogen gas discharged from the fuel cell unit is discharged into the atmosphere through a fuel discharge pipe line (not shown). The hydrogen gas may not be directly discharged into the atmosphere but may be discharged after being combined with oxygen to form water. Further, a filter, a fuel discharge solenoid valve, a check valve, and the like, which are not shown, are arranged in the fuel discharge line.
【００４２】一方、酸化剤としての空気は、図４におい
て矢印で示されるように、シロッコファン等から構成さ
れる酸化剤供給源としての空気供給ファン２６から、該
空気供給ファン２６の吐出口２６ａに接続された空気導
入ダクト２５を通って、燃料電池スタック１１の上側に
取り付けられた空気供給室１７に供給される。なお、該
空気供給室１７内には、水をスプレーする水供給ノズル
が配設されている。On the other hand, the air as the oxidant is supplied from the air supply fan 26 as the oxidant supply source, which is composed of a sirocco fan or the like, to the discharge port 26a of the air supply fan 26, as shown by the arrow in FIG. It is supplied to the air supply chamber 17 attached to the upper side of the fuel cell stack 11 through the air introduction duct 25 connected to. A water supply nozzle for spraying water is arranged in the air supply chamber 17.
【００４３】ここで、前記空気供給ファン２６及び空気
導入ダクト２５は、その吹き出し口の位置が空気供給室
１７の最も高い部位よりも高い位置になるように配設さ
れる。そのため、前記空気導入ダクト２５は、第１の連
結管３０を介して、空気供給室１７の上面に形成された
空気導入口１７ａに接続される。また、前記空気導入ダ
クト２５は、空気導入口１７ａ周辺において、空気供給
室の上面から上側に伸びるように形成されている。Here, the air supply fan 26 and the air introduction duct 25 are arranged such that the position of the blowout port is higher than the highest position of the air supply chamber 17. Therefore, the air introducing duct 25 is connected to the air introducing port 17a formed on the upper surface of the air supply chamber 17 via the first connecting pipe 30. The air introduction duct 25 is formed so as to extend upward from the upper surface of the air supply chamber around the air introduction port 17a.
【００４４】この場合、前記第１の連結管３０は可撓性
を有しており、例えば、柔軟性を有する樹脂から成る。
なお、前記第１の連結管３０は、樹脂、金属等いかなる
材質から成るものであってもよいが、材質自体が柔軟性
を有するものでない場合、コルゲート、すなわち、蛇腹
状に形成することによって、可撓性を有するものとな
る。In this case, the first connecting pipe 30 has flexibility and is made of, for example, a flexible resin.
The first connecting pipe 30 may be made of any material such as resin or metal. However, when the material itself is not flexible, it is formed into a corrugated shape, that is, a bellows shape. It becomes flexible.
【００４５】これにより、メンテナンスや修理のために
燃料電池スタック１１、空気供給ファン２６、空気導入
ダクト２５等を車両から取り外し、その後、車両に取り
付ける時に、多少の位置ずれが生じても、前記可撓性を
有する第１の連結管３０が位置ずれを吸収するので、空
気導入口１７ａ、空気供給ファン２６、空気導入ダクト
２５、第１の連結管３０等の接続部分から、空気が漏れ
ることがない。This allows the fuel cell stack 11, the air supply fan 26, the air introduction duct 25, etc. to be removed from the vehicle for maintenance and repair, and then to be mounted on the vehicle even if a slight misalignment occurs. Since the first connecting pipe 30 having flexibility absorbs the positional deviation, air may leak from the connecting portions such as the air introducing port 17a, the air supply fan 26, the air introducing duct 25, and the first connecting pipe 30. Absent.
【００４６】また、車両が障害物や段差を乗り越えた
り、悪路を走行したりする場合に車両が傾いたり跳ねた
時には、車両が捻れたり、撓（たわ）んだりして、前記
空気供給ファン２６、空気導入ダクト２５、燃料電池ス
タック１１等の相対的な位置関係がずれる、すなわち、
位置ずれが生じることもあるが、このような位置ずれも
前記可撓性を有する第１の連結管３０によって吸収され
る。When the vehicle climbs over an obstacle or a step or travels on a bad road and the vehicle leans or bounces, the vehicle is twisted or bent to bend the air supply. The relative positional relationship of the fan 26, the air introduction duct 25, the fuel cell stack 11, etc. is displaced, that is,
Although displacement may occur, such displacement is also absorbed by the flexible first connecting pipe 30.
【００４７】また、第１の連結管３０は、図１に示され
るように、直線状のものであってもよいし、曲線状のも
のであってもよい。また、斜め下方に延伸していてもよ
いし、ほぼ垂直に下方に延伸していてもよい。The first connecting pipe 30 may have a linear shape as shown in FIG. 1 or a curved shape. Further, it may be extended obliquely downward or may be extended substantially vertically downward.
【００４８】これにより、前記空気供給ファン２６の吐
出口２６ａから、空気導入ダクト２５、第１の連結管３
０及び空気導入口１７ａを通って空気供給室１７内まで
の、全体として下向きの空気流路が形成される。なお、
空気供給ファン２６の空気導入部分又は空気導入ダクト
２５の途中には空気中の塵埃（じんあい）、汚染物質、
有害成分等を除去するためのフィルタが配設されること
が望ましい。As a result, from the discharge port 26a of the air supply fan 26, the air introducing duct 25, the first connecting pipe 3
As a whole, a downward air flow path is formed through 0 and the air introduction port 17a to the inside of the air supply chamber 17. In addition,
In the air introducing portion of the air supply fan 26 or in the middle of the air introducing duct 25, dust in the air, contaminants,
It is desirable to dispose a filter for removing harmful components and the like.
【００４９】この場合、燃料電池セルに供給される空気
の圧力は大気圧程度の常圧であり、特段加圧される必要
がない。そのため、前記空気供給ファン２６、空気導入
ダクト２５、第１の連結管３０、空気導入口１７ａ及び
空気供給室１７、後述される空気排出室１８、空気排出
口１８ａ、第２の連結管３１、空気排出ダクト１９、後
部排出管２７Ｌ、２７Ｒ等は、耐圧性を有する必要がな
いので構成を簡素化することができる。In this case, the pressure of the air supplied to the fuel cell is normal pressure around atmospheric pressure, and it is not necessary to pressurize it. Therefore, the air supply fan 26, the air introduction duct 25, the first connection pipe 30, the air introduction port 17a and the air supply chamber 17, the air discharge chamber 18, which will be described later, the air discharge port 18a, the second connection pipe 31, The air exhaust duct 19, the rear exhaust pipes 27L, 27R, etc. do not need to have pressure resistance, so that the configuration can be simplified.
【００５０】また、前記燃料電池セルの前記空気流路の
一端に対する他端には、前記空気流路から排出された空
気を排出するための空気排出室１８が取り付けられる。
なお、該空気排出室１８の後方には、空気排出口１８ａ
が形成される。さらに、該空気排出口１８ａの後方に
は、第２の連結管３１を介して、空気排出ダクト１９が
接続される。そして、該空気排出ダクト１９の後方に
は、複数に分岐して燃料貯蔵手段１２の内部を通過する
図示されない空気排出通路が接続され、さらに、該空気
排出通路の後方に左右の空気排出管２７Ｌ、２７Ｒが接
続される。Further, an air discharge chamber 18 for discharging the air discharged from the air flow path is attached to the other end of the fuel cell with respect to the one end of the air flow path.
In addition, at the rear of the air exhaust chamber 18, an air exhaust port 18a is provided.
Is formed. Further, an air exhaust duct 19 is connected to the rear of the air exhaust port 18a via a second connecting pipe 31. An unillustrated air exhaust passage that branches into a plurality of parts and passes through the inside of the fuel storage means 12 is connected to the rear of the air exhaust duct 19, and the left and right air exhaust pipes 27L are provided behind the air exhaust passage. , 27R are connected.
【００５１】この場合、前記第２の連結管３１は可撓性
を有しており、例えば、柔軟性を有する樹脂から成る。
なお、前記第２の連結管３１は、前記第１の連結管３０
と同様に、樹脂、金属等いかなる材質から成るものであ
ってもよいが、材質自体が柔軟性を有するものでない場
合、コルゲート、すなわち、蛇腹状に形成することによ
って、可撓性を有するものとなる。In this case, the second connecting pipe 31 has flexibility, and is made of, for example, a flexible resin.
The second connecting pipe 31 is the first connecting pipe 30.
Similarly, it may be made of any material such as resin and metal, but if the material itself is not flexible, it is said that it has flexibility by forming it in a corrugated shape, that is, a bellows shape. Become.
【００５２】これにより、メンテナンスや修理のために
燃料電池スタック１１、燃料貯蔵手段１２、空気排出ダ
クト１９、空気排出管２７Ｌ、２７Ｒ等を車両から取り
外し、その後、車両に取り付ける時に、多少の位置ずれ
が生じても、前記可撓性を有する第２の連結管３１が位
置ずれを吸収するので、空気排出口１８ａ、空気排出ダ
クト１９、空気排出通路、空気排出管２７Ｌ、２７Ｒ等
の接続部分から、空気が漏れることがない。As a result, when the fuel cell stack 11, the fuel storage means 12, the air exhaust duct 19, the air exhaust pipes 27L, 27R, etc. are removed from the vehicle for maintenance and repair, and then mounted on the vehicle, some misalignment occurs. Even if occurs, the second connecting pipe 31 having flexibility absorbs the positional deviation, so that the connecting portion of the air exhaust port 18a, the air exhaust duct 19, the air exhaust passage, the air exhaust pipes 27L, 27R, etc. , No air leaks.
【００５３】また、車両が障害物や段差を乗り越えた
り、悪路を走行したりする場合に車両が傾いたり跳ねた
時には、車両が捻れたり、撓んだりして、前記燃料電池
スタック１１、燃料貯蔵手段１２、空気排出ダクト１９
等の相対的な位置関係がずれる、すなわち、位置ずれが
生じることもあるが、このような位置ずれも前記可撓性
を有する第２の連結管３１によって吸収される。Further, when the vehicle leans or bounces when overcoming obstacles or steps or traveling on a bad road, the vehicle is twisted or bent, and the fuel cell stack 11, the fuel Storage means 12, air discharge duct 19
There is a case where the relative positional relationship such as “A” shifts, that is, a positional shift occurs, and such a positional shift is also absorbed by the second connecting pipe 31 having flexibility.
【００５４】なお、前記燃料電池セル内には、図１にお
ける上下方向に延在する多数の空気流路が形成され、該
空気流路の一面が酸素極に接している。そして、該酸素
極の反対側には固体高分子電解質膜を挟んで燃料極が配
設され、該燃料極に接して水素ガスの通路としての燃料
流路が形成されている。In the fuel cell, a large number of air channels extending in the vertical direction in FIG. 1 are formed, and one surface of the air channels is in contact with the oxygen electrode. A fuel electrode is arranged on the opposite side of the oxygen electrode with a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between them, and a fuel flow path as a hydrogen gas passage is formed in contact with the fuel electrode.
【００５５】また、前記燃料電池スタック１１は、前方
（図における左方）がわずかに下になるように、傾いた
状態で配設される。そして、前記空気供給室１７の上面
は、図１に示されるように水平になっている。そのた
め、空気導入ダクト２５から送り込まれた酸化剤として
の空気の流路断面が、空気供給室１７の前方から後方へ
向かって狭くなるので、空気はすべての空気流路へ均等
に導入される。なお、前記空気供給室１７の上面の高さ
は、その上を覆うように配設される車室や荷室の床板の
高さを低くするために、できる限り低いことが望まし
い。Further, the fuel cell stack 11 is arranged in an inclined state so that the front side (the left side in the drawing) is slightly lowered. The upper surface of the air supply chamber 17 is horizontal as shown in FIG. Therefore, the cross section of the flow path of the air as the oxidant sent from the air introduction duct 25 becomes narrower from the front side to the rear side of the air supply chamber 17, so that the air is uniformly introduced into all the air flow paths. The height of the upper surface of the air supply chamber 17 is preferably as low as possible in order to reduce the height of the floor plate of the vehicle compartment or luggage compartment provided so as to cover it.
【００５６】一方、空気排出室１８の下面も水平になっ
ているので、空気流路から排出された空気の流路断面
が、前記空気排出室１８の前方から後方へ向かって広く
なるので、空気はスムーズに空気排出ダクト１９に向け
て排出される。これにより、空気は、図４において矢印
で示されるように、前記燃料電池セルの空気流路から、
空気排出室１８、空気排出ダクト１９及び空気排出管２
７Ｌ、２７Ｒを通って、大気中に排出される。なお、前
記空気排出室１８の下面も、前記燃料電池スタック１１
の取付位置及び車室や荷室の床板の高さを低くするため
に、できる限り下方に突出しないことが望ましい。すな
わち、前記空気排出室１８の厚さはできる限り薄いこと
が望ましい。On the other hand, since the lower surface of the air discharge chamber 18 is also horizontal, the flow passage cross section of the air discharged from the air flow passage becomes wider from the front side to the rear side of the air discharge chamber 18. Is smoothly discharged toward the air discharge duct 19. As a result, the air flows from the air flow path of the fuel cell as shown by the arrow in FIG.
Air exhaust chamber 18, air exhaust duct 19, and air exhaust pipe 2
It is discharged into the atmosphere through 7L and 27R. In addition, the lower surface of the air discharge chamber 18 also has the fuel cell stack 11
It is desirable not to project downward as much as possible in order to reduce the mounting position and the height of the floor plate of the vehicle compartment or luggage compartment. That is, it is desirable that the thickness of the air discharge chamber 18 is as thin as possible.
【００５７】ところで、前記水供給ノズルからスプレー
された水は、重力及び空気の流れによって、多数の前記
空気流路内に進入する。そして、酸素極を湿潤な状態に
保つので、酸素極と燃料極とに挟まれた固体高分子電解
質膜が良好に機能する。また、燃料である水素と酸化剤
である酸素とが結合して水を生成する電気化学反応にお
いて、反応熱が発生するが、該反応熱は前記スプレーさ
れた水によって吸収される。すなわち、前記スプレーさ
れた水は冷却作用も果たすものである。By the way, the water sprayed from the water supply nozzle enters a large number of the air flow paths due to gravity and the flow of air. Then, since the oxygen electrode is kept in a wet state, the solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the oxygen electrode and the fuel electrode functions well. Further, in an electrochemical reaction in which hydrogen as a fuel and oxygen as an oxidant are combined to generate water, heat of reaction is generated, and the heat of reaction is absorbed by the sprayed water. That is, the sprayed water also serves a cooling function.
【００５８】ここで、スプレーされた水は液体の状態、
すなわち、液相であり、反応熱を吸収して気化する。そ
のため、気化潜熱によって空気流路内の酸素極等を冷却
するので、冷却効率が極めて高い。また、常圧の空気中
に液相の水をスプレーするだけなので、前記水供給ノズ
ルは通常のものであってよく、特別の構成を有する必要
がない。Here, the sprayed water is in a liquid state,
That is, it is in a liquid phase and absorbs heat of reaction to be vaporized. Therefore, the oxygen electrode and the like in the air flow path are cooled by the latent heat of vaporization, so that the cooling efficiency is extremely high. Further, since the liquid phase water is simply sprayed into the air at normal pressure, the water supply nozzle may be a normal one and does not need to have a special structure.
【００５９】そして、前記スプレーされた水は前記空気
流路の下端から、空気とともに排出される。この場合、
液相の水は、そのままの状態で空気排出室１８の底面に
一旦（たん）貯留される。また、空気とともに排出され
た気相の水、すなわち、水蒸気は、空気排出室１８内に
配設された金網、金属ロッド等の部材にトラップされ、
冷却され、凝縮されて液体になる。そして、空気排出室
１８の底面に一旦貯留される。なお、水分を分離した空
気は、前記空気排出室１８に接続された空気排出ダクト
１９を通って外部に排出される。Then, the sprayed water is discharged from the lower end of the air flow path together with air. in this case,
The water in the liquid phase is temporarily stored in the bottom surface of the air discharge chamber 18 as it is. Further, vapor-phase water discharged together with air, that is, water vapor, is trapped by members such as a wire mesh and a metal rod arranged in the air discharge chamber 18,
It is cooled and condensed to a liquid. Then, it is temporarily stored on the bottom surface of the air discharge chamber 18. The air from which moisture has been separated is discharged to the outside through an air discharge duct 19 connected to the air discharge chamber 18.
【００６０】ここで、前記空気排出室１８内の後方下端
部は、配水管路としての排水管２２に接続される。そし
て、該排水管２２は排水ポンプ１４の吸引口に連結され
ているので、空気排出室１８の底面に一旦貯留された水
は、孔から吸い込まれ、排水管２２を通って排出され
る。Here, the rear lower end of the air discharge chamber 18 is connected to a drain pipe 22 as a water distribution pipe. Since the drain pipe 22 is connected to the suction port of the drain pump 14, the water once stored on the bottom surface of the air discharge chamber 18 is sucked through the hole and discharged through the drain pipe 22.
【００６１】そして、前記排水管２２を通って排水ポン
プ１４に吸引された水は、図５における実線の矢印で示
されるように、前記排水ポンプ１４の吐出口に一端が接
続され、水タンク１３の上面に他端が接続された連結管
２３を通って、水タンク１３内に流入して貯留される。The water sucked by the drainage pump 14 through the drainage pipe 22 has one end connected to the discharge port of the drainage pump 14 as shown by the solid arrow in FIG. The water flows through the connecting pipe 23 whose other end is connected to the upper surface of the water tank 13 and flows into the water tank 13 for storage.
【００６２】また、前記空気排出ダクト２７Ｌ、２７Ｒ
にも図示されない凝縮器が配設され、外部に排出される
空気に含まれる水を凝縮して分離するようになってい
る。そして、分離された水は、図示されない排水管を通
って排水ポンプ１４に吸引され、水タンク１３内に貯留
される。ここで、前記凝縮器は、例えば、金網、金属ロ
ッド等であるが、いかなるものであってもよい。The air exhaust ducts 27L and 27R are also provided.
Also, a condenser (not shown) is provided to condense and separate water contained in the air discharged to the outside. Then, the separated water is sucked by the drainage pump 14 through a drainage pipe (not shown) and stored in the water tank 13. Here, the condenser is, for example, a wire mesh, a metal rod, or the like, but may be any one.
【００６３】なお、該水タンク１３に貯留された水は、
図５における点線の矢印で示されるように、図示されな
い循環ポンプ、水供給管路等を通って水供給ノズルに再
度供給されて、スプレーされる。The water stored in the water tank 13 is
As shown by a dotted arrow in FIG. 5, the water is supplied again to the water supply nozzle through a circulation pump, a water supply pipe line and the like (not shown) and sprayed.
【００６４】これにより、水はほとんどがリサイクルさ
れて使用されるので、水の補給量を少なくすることがで
きる。As a result, most of the water is recycled and used, so that the amount of water replenished can be reduced.
【００６５】なお、前記蓄電手段としての２次電池は、
いわゆる、バッテリ（蓄電池）であり、鉛蓄電池、ニッ
ケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオ
ン電池、ナトリウム硫黄電池等が一般的であるが、電気
自動車等に使用される高性能鉛蓄電池、リチウムイオン
電池、ナトリウム硫黄電池、ニッケル水素電池等が望ま
しい。The secondary battery as the storage means is
So-called batteries (storage batteries) are generally lead storage batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, lithium-ion batteries, sodium-sulfur batteries, etc., but high-performance lead-acid batteries, lithium-ion batteries used in electric vehicles, etc. , Sodium-sulfur batteries, nickel-hydrogen batteries, etc. are preferable.
【００６６】例えば、本実施の形態においては、１例と
して、高性能鉛蓄電池を使用する。For example, in the present embodiment, a high performance lead storage battery is used as an example.
【００６７】この場合、開放端子電圧は約５０〔Ｖ〕で
あり、約１〔ｋＷ〕の電流を５〜２０分程度供給するこ
とができる程度の容量を有する。In this case, the open terminal voltage is about 50 [V], and the capacity is such that a current of about 1 [kW] can be supplied for about 5 to 20 minutes.
【００６８】なお、前記蓄電手段は、必ずしもバッテリ
でなくてもよく、電気二重層コンデンサのようなコンデ
ンサ（キャパシタ）、フライホイール、超伝導コイル、
畜圧器等のように、エネルギーを電気的に蓄積し放出す
る機能を有するものであれば、いかなる形態のものであ
ってもよい。さらに、これらの中のいずれかを単独で使
用してもよいし、複数のものを組み合わせて使用しても
よい。The power storage means does not necessarily have to be a battery, but may be a capacitor such as an electric double layer capacitor, a flywheel, a superconducting coil,
Any form may be used as long as it has a function of electrically storing and releasing energy, such as a pressure storage device. Furthermore, any of these may be used alone, or a plurality of them may be used in combination.
【００６９】また、前記燃料電池セルは図示されない負
荷に接続され、発生した電流を前記負荷に供給する。こ
こで、該負荷は、一般的には、駆動制御装置であるイン
バータ装置であり、前記燃料電池セル又はバッテリから
の直流電流を交流電流に変換して、車両の車輪を回転さ
せる駆動モータに供給する。ここで、該駆動モータは発
電機としても機能するものであり、車両の減速運転時に
は、いわゆる、回生電流を発生する。この場合、前記駆
動モータは車輪によって回転させられて発電するので、
前記車輪にブレーキをかける、すなわち、車両の制動装
置（ブレーキ）として機能する。そして、前記回生電流
がバッテリに供給されて該バッテリが充電される。The fuel cell unit is connected to a load (not shown) and supplies the generated current to the load. Here, the load is generally an inverter device which is a drive control device, which converts a direct current from the fuel cell or the battery into an alternating current and supplies it to a drive motor for rotating a vehicle wheel. To do. Here, the drive motor also functions as a generator, and generates a so-called regenerative current during deceleration operation of the vehicle. In this case, since the drive motor is rotated by the wheels to generate electricity,
The wheel is braked, that is, it functions as a vehicle braking device (brake). Then, the regenerative current is supplied to the battery to charge the battery.
【００７０】なお、本実施の形態において、燃料電池装
置は図示されない制御手段を有する。該制御手段は、Ｃ
ＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、半導体メモリ等の記憶手
段、入出力インターフェイス等を備え、圧力センサ、そ
の他のセンサから燃料電池セルに供給される水素、酸
素、空気等の流量、温度、出力電圧等を検出して、前記
空気供給ファン２６、燃料圧力調整弁、燃料供給電磁
弁、燃料排出電磁弁等の動作を制御する。さらに、前記
制御手段は、他のセンサ及び他の制御装置と連携して、
燃料電池装置の動作を統括的に制御する。In the present embodiment, the fuel cell device has control means (not shown). The control means is C
A calculation unit such as PU or MPU, a storage unit such as a semiconductor memory, an input / output interface, etc. are provided, and the flow rate, temperature, output voltage, etc. of hydrogen, oxygen, air, etc. supplied to the fuel cell from the pressure sensor and other sensors. Is detected to control the operations of the air supply fan 26, the fuel pressure adjusting valve, the fuel supply solenoid valve, the fuel discharge solenoid valve, and the like. Furthermore, the control means cooperates with other sensors and other control devices,
It controls the operation of the fuel cell device as a whole.
【００７１】このように、本実施の形態においては、空
気導入ダクト２５が、可撓性を有する第１の連結管３０
を介して、空気供給室１７の空気導入口１７ａに接続さ
れ、空気排出ダクト１９が、可撓性を有する第２の連結
管３１を介して、空気排出室１８の空気排出口１８ａに
接続されるようになっている。As described above, in the present embodiment, the air introducing duct 25 has the flexible first connecting pipe 30.
Is connected to the air introduction port 17a of the air supply chamber 17, and the air discharge duct 19 is connected to the air discharge port 18a of the air discharge chamber 18 via the second flexible connecting pipe 31. It has become so.
【００７２】したがって、メンテナンスや修理のために
燃料電池スタック１１、燃料貯蔵手段１２、空気供給フ
ァン２６、空気導入ダクト２５、空気排出ダクト１９等
を車両から取り外し、その後、車両に取り付ける時に、
多少の位置ずれが生じても、前記可撓性を有する第１及
び第２の連結管３０、３１が、コンパクトな構成である
にもかかわらず、位置ずれを吸収するので、第１及び第
２の連結管３０、３１、空気導入口１７ａ、空気排出ダ
クト１９、空気排出口１８ａ等の接続部分から、空気や
水が漏れることがない。Therefore, when the fuel cell stack 11, the fuel storage unit 12, the air supply fan 26, the air introduction duct 25, the air discharge duct 19 and the like are removed from the vehicle for maintenance and repair, and then attached to the vehicle,
Even if a slight displacement occurs, the flexible first and second connecting pipes 30 and 31 absorb the displacement even though they have a compact structure. Air and water do not leak from the connecting portions such as the connecting pipes 30 and 31, the air introduction port 17a, the air exhaust duct 19, the air exhaust port 18a.
【００７３】また、車両が障害物や段差を乗り越えた
り、悪路を走行したりする場合に車両が傾いたり跳ねた
時には、車両が捻れたり、撓んだりして、前記燃料電池
スタック１１、燃料貯蔵手段１２、空気排出ダクト１９
等の相対的な位置関係がずれる、すなわち、位置ずれが
生じることもあるが、このような位置ずれも前記可撓性
を有する第１及び第２の連結管３０、３１によって吸収
される。When the vehicle leans or bounces over an obstacle or a step or runs on a bad road, the vehicle is twisted or bent, and the fuel cell stack 11 and the fuel Storage means 12, air discharge duct 19
There is a case where the relative positional relationship, such as “A”, shifts, that is, a positional shift occurs, and such a positional shift is also absorbed by the flexible first and second connecting pipes 30, 31.
【００７４】また、第１及び第２の連結管３０、３１が
樹脂のような柔軟性を有する材質からなる場合、それ自
体がシール性を有するので、前記接続部のシール性がさ
らに向上する。When the first and second connecting pipes 30 and 31 are made of a flexible material such as resin, they themselves have a sealing property, so that the sealing property of the connecting portion is further improved.
【００７５】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させ
ることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除す
るものではない。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be variously modified within the scope of the present invention, and they are not excluded from the scope of the present invention.
【００７６】[0076]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、燃料電池装置においては、燃料極及び該燃料極に
接した燃料流路と、酸素極及び該酸素極に接した空気流
路と前記燃料極及び酸素極により狭持される電解質膜を
持つ燃料電池セルと、該燃料電池セルを積層し、車両中
央部において、車体フレームに固定された燃料電池スタ
ックと、前記燃料電池スタックに空気を供給する空気供
給室と、前記燃料スタックから空気を排出する空気排出
室と、車両前方に固定され、車外から空気を導入する空
気導入ダクトと、前記空気導入ダクトと空気供給室とを
接続する可撓性を持ち、かつ、着脱可能に構成された第
１連結管と、車両後方に固定され、前記空気排出室から
空気を排出する空気排出ダクトと、前記空気排出ダクト
と空気排出室とを連結する可撓性を持ち、かつ、着脱可
能に構成された第２連結管とを有する。As described in detail above, according to the present invention, in the fuel cell device, the fuel electrode and the fuel flow path in contact with the fuel electrode, the oxygen electrode and the air flow in contact with the oxygen electrode are provided. A fuel cell having an electrolyte membrane sandwiched between a channel and the fuel electrode and the oxygen electrode, a fuel cell stack in which the fuel cell is stacked, and fixed to a vehicle body frame at the center of the vehicle; and the fuel cell stack An air supply chamber for supplying air to the fuel stack, an air discharge chamber for discharging air from the fuel stack, an air introduction duct fixed to the front of the vehicle for introducing air from outside the vehicle, the air introduction duct and the air supply chamber. A first connecting pipe that has a flexible connection and is configured to be detachable, an air discharge duct that is fixed to the rear of the vehicle and discharges air from the air discharge chamber, the air discharge duct, and the air discharge chamber. And Has a binding to flexible, and has a second connecting pipe which is detachably attached.
【００７７】この場合、簡素でコンパクトな構成によっ
て位置ずれを吸収することができ、空気や水が漏れるこ
とがない。In this case, the positional deviation can be absorbed by a simple and compact structure, and air and water will not leak.
【図１】本発明の実施の形態における車両に搭載された
燃料電池装置の燃料電池スタック、空気導入ダクト及び
空気排出ダクトを示す要部側面図である。FIG. 1 is a side view of essential parts showing a fuel cell stack, an air introduction duct, and an air discharge duct of a fuel cell device mounted on a vehicle according to an embodiment of the present invention.
【図２】従来の車両に搭載された燃料電池装置における
燃料電池スタック及び空気供給ファン及び空気導入ダク
トを示す図である。FIG. 2 is a view showing a fuel cell stack, an air supply fan, and an air introduction duct in a fuel cell device mounted on a conventional vehicle.
【図３】本発明の実施の形態における車両に搭載された
燃料電池装置の模式平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view of a fuel cell device mounted on a vehicle in the embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施の形態における車両に搭載された
燃料電池装置における空気の流れを示す模式断面図であ
る。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the flow of air in the fuel cell device mounted on the vehicle in the embodiment of the present invention.
【図５】本発明の実施の形態における車両に搭載された
燃料電池装置における水の流れを示す模式断面図であ
る。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the flow of water in the fuel cell device mounted on the vehicle in the embodiment of the present invention.
１１ 燃料電池スタック １７ 空気供給室 １７ａ 空気導入口 １８ 空気排出室 １８ａ 空気排出口 １９ 空気排出ダクト ２３ 連結管 ２５ 空気導入ダクト ３０ 第１の連結管 ３１ 第２の連結管 11 Fuel cell stack 17 Air supply chamber 17a Air inlet 18 Air discharge chamber 18a Air outlet 19 Air exhaust duct 23 Connection pipe 25 Air introduction duct 30 First connection pipe 31 Second connection pipe
フロントページの続き (72)発明者 沖本 亮一 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BC00 5H115 PA08 PC06 PG04 PI18 UI29 UI35 Continued front page (72) Inventor Ryoichi Okimoto 2-19-12 Sotokanda, Chiyoda-ku, Tokyo Stock Inside the company Equus Research F-term (reference) 5H026 AA06 5H027 AA06 BC00 5H115 PA08 PC06 PG04 PI18 UI29 UI35
Claims (5)
流路と、酸素極及び該酸素極に接した空気流路と前記燃
料極及び酸素極により狭持される電解質膜を持つ燃料電
池セルと、（ｂ）該燃料電池セルを積層し、車両中央部
において、車体フレームに固定された燃料電池スタック
と、（ｃ）前記燃料電池スタックに空気を供給する空気
供給室と、（ｄ）前記燃料スタックから空気を排出する
空気排出室と、（ｅ）車両前方に固定され、車外から空
気を導入する空気導入ダクトと、（ｆ）前記空気導入ダ
クトと空気供給室とを接続する可撓性を持ち、かつ、着
脱可能に構成された第１連結管と、（ｇ）車両後方に固
定され、前記空気排出室から空気を排出する空気排出ダ
クトと、（ｈ）前記空気排出ダクトと空気排出室とを連
結する可撓性を持ち、かつ、着脱可能に構成された第２
連結管とを有することを特徴とする燃料電池装置。1. A fuel electrode, a fuel flow path in contact with the fuel electrode, an oxygen electrode, an air flow path in contact with the oxygen electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the oxygen electrode. A fuel cell, (b) a fuel cell stack in which the fuel cell is stacked, and which is fixed to a vehicle body frame in the center of the vehicle; (c) an air supply chamber for supplying air to the fuel cell stack; d) an air exhaust chamber for exhausting air from the fuel stack; (e) an air introducing duct fixed to the front of the vehicle for introducing air from the outside of the vehicle; and (f) connecting the air introducing duct and the air supply chamber. A flexible and detachable first connecting pipe; (g) an air exhaust duct fixed to the rear of the vehicle to exhaust air from the air exhaust chamber; and (h) the air exhaust duct. Has the flexibility to connect the And a second detachably configured
A fuel cell device having a connecting pipe.
記載の燃料電池装置。2. The fuel cell device according to claim 1, wherein the connecting pipe has a bellows shape.
は２に記載の燃料電池装置。3. The fuel cell device according to claim 1, wherein the connecting pipe is made of resin.
の上面より高い位置に配設される請求項１〜３のいずれ
か１項に記載の燃料電池装置。4. The fuel cell device according to claim 1, wherein the air introduction duct is arranged at a position higher than an upper surface of the air supply chamber.
する水供給手段が配設される請求項１〜４のいずれか１
項に記載の燃料電池装置。5. The water supply means for injecting water in a liquid phase is arranged in the air supply chamber.
The fuel cell device according to the item.
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