JP2005158574A - 希釈装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
燃料電池から排出された水素を希釈する水素希釈装置において、水素を十分に希釈拡散して、濃度の低い希釈水素として排気することを課題とする。
【解決手段】
希釈ボックス１４内に、送風装置１５から送風された空気を導入するための空気導入口１６と、ボックス内で希釈された希釈水素を外部に排出する希釈水素排出口１７とを設けるとともに、空気導入口１６と希釈水素排出口１７とを結ぶ排出流路の外側に拡散スペース２０を設ける。送風装置１５から送風された空気の一部と水素放出配管７ａから放出された水素は拡散スペース２０で混合されるため、水素を十分に希釈拡散することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料ガスをエネルギー源とする各種装置から排出される燃料ガスを希釈するための希釈装置に関する。

燃料電池車両等に搭載可能な燃料電池システムは、燃料電池の水素極に燃料ガスとなる水素を、また空気極には酸化剤ガスとして空気を供給してこれらを反応させることにより発電電力を得ている。このような燃料電池システムでは、燃料電池から排出される排水素（以下、水素という）を大気中に放出している。これに関連する従来技術として、燃料電池から排出される水素のリサイクル回路を設け、この回路の途中に大気側に開放したガスパージラインを接続して、リサイクルする水素の一部をこのガスパージラインから大気中に放出するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２２７１４号公報

上記特開平９−２２７１４号公報にも示されているように、従来の燃料電池システムでは、燃料電池から排出される水素をそのままの状態で放出するものが殆どであった。しかしながら、燃料電池の故障や運転状態によっては、濃度の高い水素が大気中に放出されることもあるため、水素濃度を十分に薄めて放出することが必要となる。このため、燃料電池の燃料極側につながる流路の下流に水素希釈装置を設け、燃料電池から排出された水素を外気導入した空気により希釈して排気する技術が提案されている。この水素希釈装置では、排出された水素を十分に希釈拡散することが求められている。

本発明に係わる希釈装置は、少なくとも、燃料ガスを用いた化学反応によりエネルギーを発生する装置から排出された燃料ガスを空気により希釈拡散する拡散スペースを設けた希釈ボックスと、前記希釈ボックス内に突出して配設され、前記燃料電池から排出された燃料ガスを放出する燃料ガス放出配管と、前記希釈ボックス内に空気を送風する送風装置とを備え、前記希釈ボックスに、前記送風装置から送風された空気をボックス内に導入するための空気導入口と、ボックス内で希釈された希釈燃料ガスを外部に排出する希釈燃料ガス排出口とを設けるとともに、前記空気導入口と前記希釈燃料ガス排出口とを結ぶ排出流路の外側に前記拡散スペースを設けたことを要旨とする。

本発明によれば、送風装置から送風された空気と燃料ガス放出配管から放出された燃料ガスが拡散スペースにおいて混合されるため、燃料ガスを十分に希釈拡散させることができる。したがって、燃料ガス放出配管から放出された濃度の高い燃料ガスがそのまま外部に排気されることがなく、十分に濃度の低い希釈燃料ガスとして排気することができる。

以下、本発明に係わる希釈装置を実施するための最良の形態として、本発明を燃料電池システムの水素希釈装置とした場合の実施例について説明する。

図２は、本実施例に係わる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。燃料電池システム１００は、大別すると、燃料電池１、水素希釈装置９、水タンク１０を備えている。

燃料電池１は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることにより直流電力を発電する燃料電池スタックであり、例えば、固体高分子電解質膜１０３の両側に空気極１０１と燃料極１０２とを配置した燃料電池セル構造体を図示しないセパレータで挟持し、これを複数積層して構成されている。燃料電池１内には、空気極１０１、燃料極１０２および電解質膜１０３を加湿するための図示しない水流路が設けられている。

本実施例では、セパレータとしてポーラスプレートを使用し、且つ燃料電池１で発電反応を発生させるための燃料ガスとして水素ガスを水素極に供給するとともに、酸化剤ガスとして酸素を含む空気を空気極に供給する燃料電池システムについて説明する。なお、燃料ガスとしては水素に限らず他の気体であってもよく、本発明はとくに燃料ガスとして空気より質量の軽い気体を用いた場合に有効なものである。

水素希釈装置９は、燃料電池１の燃料極１０２から排出された水素を燃料供給流路Ｌ４から、またパージすべき水素を燃料パージ流路Ｌ５からそれぞれ導入し、これら水素を、希釈空気排出路Ｌ３から導入した希釈空気と、外気導入による空気とを用いて希釈し、希釈水素として排気する。水素希釈装置９の構成については後に詳細に説明する。

水タンク１０は、燃料電池１に供給する加湿用の水を貯蔵するタンクである。この水タンク１０から送り出された水は水循環流路Ｌ６により燃料電池１に供給され、余り水は再び水タンク１０に回収される。

燃料電池システム１００は、燃料電池１に空気を供給する酸化剤ガス供給手段としての空気系と、燃料電池１に水素ガスを供給する燃料ガス供給手段としての燃料系と、燃料電池１に加湿用の純水を供給する水循環手段としての水循環系を備えている。

空気系は、空気供給流路Ｌ１に、空気を圧送するコンプレッサ２、圧力調整用の制御弁３が設けられて構成されている。また、空気系には、空気供給流路Ｌ１から分岐した希釈用ガス導入路Ｌ２が設けられている。希釈用ガス導入路Ｌ２は、希釈用ガスとしての空気を水タンク１０に導入するための流路である。この希釈用ガス導入路Ｌ２は、コンプレッサ２の下流から分岐した希釈用空気導入配管１２で構成され、水タンク１０に接続されている。さらに、空気系として、希釈空気排出路Ｌ３が設けられている。希釈空気排出路Ｌ３は、水タンク１０内に滞留した水素と、希釈用ガスとして導入された空気とを混合した希釈空気を排出するための流路である。この希釈空気排出路Ｌ３は、水タンク１０の上部から取り出された希釈空気排出配管１３で構成され、水素希釈装置９に接続されている。本実施例では、希釈用ガスとして水タンク１０から希釈空気排出配管１３を通じて希釈空気を導入しているが、水素希釈装置９に別系統の空気排出配管を接続して、希釈用ガスとなる空気を導入するようにしてもよい。

また、本実施例において、希釈空気排出路Ｌ３は、燃料パージ流路Ｌ５とは独立した排出路として水素希釈装置９に接続されている。

燃料系は、燃料供給流路Ｌ４に、燃料貯蔵用タンク４、圧力調整用の制御弁５、燃料循環用のエゼクタポンプ６が設けられて構成されている。また、燃料系には、燃料供給流路Ｌ４から分岐した燃料パージ流路Ｌ５が設けられている。燃料パージ流路Ｌ５はエゼクタポンプ６の下流から分岐した水素排出配管７で構成され、水素放出弁８が設けられて水素希釈装置９に接続されている。なお、燃料循環用の補機として、エゼクタポンプの替わりにコンプレッサを設けてもよい。

水循環系は、水タンク１０につながる水循環流路Ｌ６に、駆動速度を無段階調節可能なポンプ１１が設けられて構成され、燃料電池１に加湿用の水を供給している。

上記構成において、燃料電池１には図示しないセパレータとしてポーラスプレートを使用しているため、燃料電池１の燃料極１０２に供給された水素がポーラスプレートを通過して水流路に混入し、水循環流路Ｌ６を通って水タンク１０に滞留することが予想される。本実施例では、空気供給流路Ｌ１から分岐した希釈用ガス導入路Ｌ２により、希釈用ガスとしての空気が水タンク１０に導入されるため、水タンク１０内に滞留した水素は導入された空気と混合して希釈されることになる。水素と空気とを混合した希釈空気は、水タンク１０につながる希釈空気排出路Ｌ３により水素希釈装置９に排出される。水素希釈装置９では、希釈空気排出路Ｌ３から排出された希釈空気が外気導入による空気で希釈されるとともに、燃料供給流路Ｌ４から導入された水素、燃料パージ流路Ｌ５からそれぞれ導入された水素が、外気導入による空気や希釈空気排出路Ｌ３から排出された希釈空気により希釈されて外部に排気される。したがって、水タンク１０内に滞留した水素が再び水流路に入り込むことがなく、燃料電池１の加湿に必要な水量を確実に供給することができる。また、水タンクに破損などが生じた場合でも、高濃度の水素が外部に排出されることがない。

なお、燃料電池１の通常時（故障や破損などがない状態）に水タンク１０に混入してくる水素は微量であるため、希釈用ガス導入路Ｌ２から排出された空気だけでも十分に水素を希釈することができる。したがって、本実施例のように、希釈空気を希釈空気排出配管１３を介して水素希釈装置９に排出することなしに、水タンク１０の上部から排気するような構成としてもよい。

一方、燃料電池１が故障や破損などにより、通常時に想定している水素量よりも多くの水素が水流路に混入した場合、上記のような構成では水タンク１０内の水素を十分に希釈させることができない可能性がある。しかしながら、本実施例では、通常時よりも多くの水素が水流路に混入して水タンク１０内に滞留しても、この水素は希釈用ガス導入路Ｌ２から希釈用ガスとして導入された空気により希釈され、その後、希釈空気排出路Ｌ３から水素希釈装置９へ排出され、さらに空気で希釈されて外部に排気されるため、外部に高濃度の水素が排出されることがなく、常に十分に希釈された希釈水素として排気することができる。

ここで、燃料電池１の故障や破損などを想定したうえで水タンク１０内を希釈してしまうと、通常時から多くの空気を導入しなければならないため、希釈のための消費エネルギー（例えば、送風機などで消費するエネルギー）が多くなり、システムとしてのエネルギー効率が悪くなってしまう。しかしながら、本実施例の構成では、希釈用ガス導入路Ｌ２から希釈用ガスとして導入される空気は、通常時に水タンク１０に混入してくる微量な水素に対応した換気空気量とすることができるため、希釈のための消費エネルギーを必要最小限とすることができる。また、通常時に水タンク１０から排出される希釈空気は低濃度に希釈されているため、この希釈空気を水素希釈装置９の希釈空気として二次利用することができる。したがって、本実施例の構成においては、システムとしてのエネルギー効率を向上させることができる。

また、本実施例では、水タンク１０内の水素を希釈するための空気を、空気供給流路Ｌ１に接続されたコンプレッサ２の下流から導入するようにしたので、水タンク１０内を希釈するための専用のコンプレッサなどが不要になる。ただし、配管レイアウトなどを考慮した場合に、別のブロアやコンプレッサ、またはファンなどによって希釈空気を水タンク１０に導入するように構成してもよい。

図１は、実施例１に係わる水素希釈装置９の構成を示す要部側面図である。水素希釈装置９は、燃料電池１から排出された水素を空気により希釈拡散する拡散スペース２０を設けた希釈ボックス１４と、ファン１５ａを回転することにより、外気導入した空気を希釈ボックス１４内に送風する送風装置１５と、希釈空気排出配管１３の出口配管（本実施例における希釈用ガス放出配管、以下、希釈空気放出配管という）１３ａと、水素排出配管７の出口配管（本実施例における燃料ガス放出配管、以下、水素放出配管という）７ａとで構成されている。

希釈ボックス１４は、送風装置１５から送風された空気をボックス内に導入するための空気導入口１６と、ボックス内で希釈された希釈水素を外部に排出する希釈水素排出口（希釈燃料ガス排出口）１７とを備えている。このうち、希釈水素排出口１７は、送風装置１５の設けられた側面とは反対側の側面に設けられ、この側面において、空気導入口１６の開口領域を投影した領域の一部（図１では上半分）を開口領域としている。

また、希釈ボックス１４内において、希釈空気放出配管１３ａは水素放出配管７ａの近傍であって、且つ水素放出配管７ａと並行に配置されている。また、希釈空気放出配管１３ａは水素放出配管７ａの上方、且つ送風装置１５側にオフセットして配置されている。希釈空気放出配管１３ａには希釈空気を放出する希釈空気放出穴１８が複数設けられ、水素放出配管７ａには水素を放出する水素放出穴（燃料ガス放出穴）１９が複数設けられている。なお、図１では、図中の矢印が希釈空気放出穴１８および水素放出穴１９の位置と開口方向を示すものとする（他の図も同じ）。本実施例において、希釈空気放出穴１８および水素放出穴１９は、ともに重力方向の斜め下方に向けて開口している。

さらに、希釈ボックス１４内において、空気導入口１６と希釈水素排出口１７とを結ぶ排出流路（図中、破線の内側領域）の外側に、燃料電池１から排出された水素を空気により希釈拡散するための拡散スペース２０が設けられている。また、希釈空気放出配管１３ａの希釈空気放出穴１８および水素放出配管７ａの水素放出穴１９は、拡散スペース２０に向けて開口している。したがって、燃料電池１から排出された水素および水タンク１０から導入された希釈空気は、ともに拡散スペースに向かって放出される。

本実施例においては、希釈ボックス１４内に希釈空気放出配管１３ａを設けずに、水素放出配管７ａのみを設けた構成としてもよい。図示していないが、水素放出配管７ａと拡散スペース２０による作用効果は以下の通りである。

図１において、送風装置１５から送風された空気の一部と、水素放出配管７ａから放出された水素はともに拡散スペース２０に流れ込み、ここで、水素放出配管７ａから放出された水素は空気と混合するため、排水素として排出された水素を十分に希釈拡散させることができる。これにより、水素放出配管７ａから放出された濃度の高い水素がそのまま外部に排気されることがなく、十分に濃度の低い希釈水素として排気することができる。

ちなみに、空気導入口１６と希釈水素排出口１７とを結ぶ排出流路の中に水素放出配管７ａを配置した場合、水素放出配管７ａから放出された水素は水素放出穴１９の出口部分が濃度が最も高く、水素放出穴１９から離れる（配管長手方向）にしたがって濃度が低くなる。これによると、水素放出配管７ａから放出された水素のうち、水素放出穴１９の出口部分における水素は送風装置１５からの送風される空気の流れに乗り、濃度が高いまま希釈水素排出口１７に運ばれるため、一部の場所から濃度の高い水素を排出してしまうおそれがある。しかしながら、本実施例によれば、水素放出配管７ａから放出された濃度の高い水素は拡散スペース２０で希釈拡散されるため、濃度の高い塊のまま外部に排気されることがなく、濃度の低い希釈水素として排気することができる。

また、希釈水素排出口１７を、送風装置１５の設けられた側面とは反対側の側面に設け、この側面において空気導入口１６の開口領域を投影した領域の一部を開口領域としたので、希釈ボックス１４のサイズを大きくすることなしに、またボックス形状も特殊な形状に変形させることなしに拡散スペース２０を設けることができる。したがって、希釈のための十分な空間が確保できないような場所においても、排気された水素を十分に希釈拡散させることとができる。

さらに、本実施例においては、水素放出配管７ａの水素放出穴１９が拡散スペース２０に向けて開口しているため、拡散スペース２０において水素と空気との混合を促進して、水素を均一に希釈拡散させることができる。

また、本実施例において、水素放出配管７ａ、希釈空気放出配管１３ａおよび拡散スペース２０による作用効果は以下の通りである。

図１の構成によれば、水素放出配管７ａから放出された水素は、拡散スペース２０において希釈空気放出配管１３ａから放出された希釈空気により攪拌され、さらに拡散スペース２０において、送風装置１５から送られてくる空気の一部と混じり合うため、排水素として排出された水素を速く、且つ均一に希釈拡散して排気することができる。したがって、水素放出配管７ａから放出された濃度の高い水素がそのまま外部に排気されることがなく、希釈空気放出配管１３ａから放出された希釈空気と送風装置１５から送られてくる空気によって、十分に濃度が低く、均一に希釈された希釈水素として排気することができる。

また本実施例では、希釈空気放出配管１３ａが水素放出配管７ａの近傍で、且つ水素放出配管７ａと並行に配置されているため、ボックスの幅方向（配管長手方向）に亘って、希釈空気と空気により水素を均一に希釈拡散させることができる。

さらに本実施例では、希釈空気放出配管１３ａが水素放出配管７ａの上方、且つ送風装置１５側にオフセットしているため、質量の重い希釈空気が希釈空気放出配管１３ａから下方に流れて、水素放出配管７ａから上方に流れる水素を攪拌するとともに、希釈空気放出配管１３ａと水素放出配管７ａは、送風装置１５から送風される空気に対し斜めに対向する整流板として機能して、送風される空気の一部を拡散スペース２０に導くことになる。したがって、拡散スペース２０において、水素放出配管７ａから放出された水素、希釈空気放出配管１３ａから放出された希釈空気、および送風装置１５から送風された空気の混合がより促進されることになり、排出された水素を速く、均一に希釈拡散することができる。

なお、本実施例では、図１に示すように、希釈ボックス１４の上半分に希釈水素排出口１７を設け、下方に拡散スペース２０を設けた構成としているが、図３に示すように、希釈ボックス１４の下半分に希釈水素排出口１７を設け、上方に拡散スペース２０を設けた構成とすることもできる。このような構成とした場合は、空気よりも質量の軽い水素が上方の拡散スペース２０内に滞留するため、希釈空気および空気との混合がより促進され、水素をさらに均一に希釈拡散させることができる。

次に、実施例２として、拡散スペース２０に水素を拡散するための拡散媒体を配置した構成について説明する。

図４は、実施例２に係わる水素希釈装置９の構成を示す要部側面図、図５は希釈ボックス内の構成を示す概略斜視図である。図４および図５では、図１と同等部分を同一符号で示している。

本実施例では、図４に示すように、希釈ボックス１４内の拡散スペース２０に水素を拡散するための拡散媒体２１を配置している。この拡散媒体２１は断面が略Ｌ字型に形成され多孔体からなり、図５に示すように、水素放出配管７ａの長手方向に沿って配置されている。多孔体としては、例えばスチールウール、スポンジ、発泡樹脂などの多孔質あるいは繊維質の部材を用いることができる。

本実施例によれば、水素放出配管７ａから放出された濃度の高い水素は拡散スペース２０に配置された拡散媒体２１内において、希釈空気放出配管１３ａから放出された希釈空気と送風装置１５から送られてくる空気によって希釈拡散されるため、十分に濃度が低く、より均一に希釈された希釈水素として排気することができる。

また本実施例では、拡散媒体２１が水素放出配管７ａの長手方向に沿って配置されているため、ボックスの幅方向（配管長手方向）に亘って、希釈空気と空気により水素をより均一に希釈拡散させることができる。

さらに本実施例では、希釈空気放出配管１３ａが水素放出配管７ａの上方、且つ送風装置１５側にオフセットしているため、質量の重い希釈空気が希釈空気放出配管１３ａから下方に流れて、水素放出配管７ａから上方に流れる水素を攪拌するとともに、希釈空気放出配管１３ａと水素放出配管７ａは、送風装置１５から送風される空気に対し斜めに対向する整流板として機能して、送風される空気の一部を拡散スペース２０の拡散媒体２１に導くことになる。したがって、拡散媒体２１において、水素放出配管７ａから放出された水素、希釈空気放出配管１３ａから放出された希釈空気、および送風装置１５から送風された空気の混合がさらに促進されることになり、排出された水素をより速く、より均一に希釈拡散することができる。

なお、本実施例においても、図６に示すように、希釈ボックス１４の下半分に希釈水素排出口１７を設け、上方に拡散スペース２０および拡散媒体２１を設けた構成とすることもできる。このような構成とした場合は、空気よりも質量の軽い水素が上方の拡散媒体２１内に滞留するため、希釈空気および空気との混合がより促進され、水素をさらに均一に希釈拡散させることができる。

次に、実施例３として、水素放出配管７ａに形成される水素放出穴１９の位置について説明する。

図７は、実施例３に係わる希釈ボックス１４の構成を示す概略正面図であり、図１に示す希釈ボックス１４を矢視Ａから見たときの図を示している。図７では、図１と同等部分を同一符号で示している。

図７において、矢印２２は、送風装置１５内に配置されたファン１５ａの回転方向の軌跡を示したものである。図７に示す実施例において、ファンは正面から見て時計回りに回転しているものとする。水素放出配管７ａの水素放出穴１９は、ファン１５ａの回転方向と水素放出配管７ａ内の水素の流れ方向（ともに矢印で示す）とが合流する部分の上流側に形成されている。

上記構成によれば、図中Ａの近傍で水素を排出する場合に比べて、水素放出穴１９が形成されている図中Ｂの近傍で水素を排出した場合のほうが、水素が水素放出配管７ａから放出されてから、ファンによる空気の流れに乗って希釈水素排出口１７に達するまでの距離を長くすることができため、水素が水素放出配管７ａから放出されてから希釈ボックス１４の外に排出されるまでの時間が長くなり、水素をより均一に希釈拡散することができる。

なお、図７では、水素放出配管７ａからの水素噴き出し方向が図の下方向となるように水素放出穴１９を形成しているが、本実施例の作用効果は、水素噴き出し方向が図の上方向や送風装置１５側の方向を除いた方向となるように水素放出穴１９を形成することで得られる。

図８は、実施例３の他の構成例を示している。図８（ａ）は希釈ボックス１４の構成を示す概略正面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線に相当する概略断面図、図８（ｃ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ線に相当する概略断面図である。

本実施例では、水素放出配管７ａの水素噴き出し方向がファンの回転方向と順方向となるように水素放出穴１９が形成されている。

図８（ｂ）に示すように、水素放出穴１９が開いていない部分では、送風装置１５から送風された空気は希釈水素排出口１７に向かって流れている。一方、図８（ｃ）に示すように、水素噴き出し方向がファンの回転方向と順方向となるように水素放出穴１９が開いている部分では、送風装置１５から送風された空気の動圧により、水素放出穴１９からの水素放出量のばらつきが低減されることになるため、送風装置１５からの送風により水素を希釈拡散することができる。

次に、実施例４として、複数の送風装置を配置した構成において、水素放出配管７ａに形成される水素放出穴１９の位置について説明する。

図９は、実施例４に係わる希釈ボックス２４の構成を示す概略正面図であり、図１と同等部分を同一符号で示している。なお、図９では送風装置とファンの図示を省略している。

本実施例の希釈ボックス２４には、水素放出配管７ａの長手方向に沿って２つの送風装置が並列に配置されており、各送風装置のファンと対向する位置に、希釈水素排出口１７ａ、１７ｂが設けられている。図中、矢印２２ａは左側の送風装置に設けられたファンの回転方向の軌跡を示し、矢印２２ｂは右側の送風装置に設けられたファンの回転方向の軌跡を示している。本実施例では、２つのファンの回転方向が同じ場合の例を示す。

本実施例において、水素放出配管７ａには複数の水素放出穴１９ａ、１９ｂが形成されている。このうち、水素放出配管７ａの水素供給方向から遠い側に位置する水素放出穴１９ｂの開口面積は、水素供給方向から近い側に位置する水素放出穴１９ａの開口面積よりも大きくなるように形成されている。図９に示すように、水素放出配管７ａに図の左側から水素が供給されるとすると、図の右側（水素供給方向から遠い側）に形成された水素放出穴１９ｂの開口面積は、左側（水素供給方向から近い側）に水素放出穴１９ａの開口面積より大きくなるように形成されている。

上記構成によれば、水素供給方向から近い側に位置する水素放出穴１９ａからの水素放出量を少なくし、水素供給方向から遠い側に位置する水素放出穴１９ｂからの水素放出量を多くすることができる。すなわち、水素放出穴１９ａ、１９ｂの開口面積を適宜に設定することにより、水素放出配管７ａの圧損により、水素供給口に近い側の水素放出穴１９ａでの水素圧力が高いために水素が多く放出され、また遠い側の排出孔からの水素の放出量が少なくなるのを防ぐことができる。このように、それぞれの水素放出穴から放出される水素放出量が均等化されることになるため、送風装置を複数配置した構成においても、水素放出量のばらつきがなく、水素を均一に希釈拡散させることができる。

本実施例では、水素放出穴１９ａ、１９ｂの穴径を同一とし、穴数により開口面積を変える例を示しているが、穴径を変えることで開口面積を変えるようにしてもよいし、穴数と穴径の両方を変えるようにしてもよい。

また、図９では、左右のファンの回転方向が同じ場合の構成例を示しているが、左右のファンの回転方向が逆であってもよい。その場合の構成は図１０のようになる。図１０において、矢印２２ｂで示す右側のファンの回転方向は、水素放出配管７ａの水素供給方向と順方向となるため、図９のように逆方向となる場合と比べて水素放出量が多くなる。したがって、図９のように左右のファンの回転方向を同じとした場合に比べて、水素放出穴１９ｂの開口面積を小さくしても、左右それぞれの水素放出穴から放出される水素放出量を均等化することができる。

図１１は、実施例４の他の構成例を示す概略平面図である。実施例４のように、複数の送風装置を配置した構成においては、それぞれの送風装置から送風される空気の流れが、隣接する他の送風装置から送風される空気の流れや、その送風装置の拡散スペースでの希釈拡散に影響を与える可能性がある。とくに、各送風装置のファンの回転方向や水素供給方向によっては、この影響が顕著になることが考えられる。

本構成例では、図１１に示すように、希釈ボックス２４内を送風装置毎に仕切り板２５により区分して、各送風装置間の拡散スペース２０ａ、２０ｂがそれぞれ独立するように構成している。水素放出配管７ａ、希釈空気放出配管１３ａは仕切り板２５を貫通するように配置している。

上記構成によれば、左右の送風装置から送風される空気の流れは仕切り板２５により遮られるため、隣接する他の送風装置から送風される空気の流れや、その送風装置の拡散スペースでの希釈拡散に影響を与えることがない。したがって、各送風装置のファンの回転方向や水素供給方向にかかわらず、水素放出量のばらつきがなく、水素を均一に希釈拡散させることができる。

なお、図１１は、図９のように左右のファンの回転方向が同じ場合の構成例を示しているが、図１０のように左右のファンの回転方向が逆になる場合でも、希釈ボックス２４内に仕切り板２５を配置（図示を省略）することにより同様な作用効果を得ることができる。

図１２は、実施例４のさらに他の構成例を示す概略平面図であり、図９と同じく左右のファンの回転方向が同じ場合の構成例を示している。図９では、一方向から水素を供給する例を示したが、本構成例では、希釈ボックス２４内において、水素を水素放出配管７ａの中央部（左右の送風装置の中央部）から供給するように構成している。このような構成とすることにより、左右の送風装置に対し水素を均等に供給することが可能となる。なお、図１２において、矢印２２ａで示す左側のファンの回転方向は、水素放出配管７ａからの水素供給方向と順方向となるが、矢印２２ｂで示す右側のファンの回転方向は、水素放出配管７ａの水素供給方向と逆方向となるため、水素放出穴１９ｂの穴数を増やして開口面積を大きくしている。図１３は、図１０と同じく左右のファンの回転方向が逆になる場合の構成例を示している。この場合は、左右それぞれのファンの回転方向と、水素放出配管７ａからの水素供給方向とが順方向となるため、水素放出穴１９ａ、１９ｂの開口面積を同じとすることができる。

なお、図１２および図１３に示した構成例においても、図１１に示すように、希釈ボックス２４内を送風装置毎に仕切り板２５により区分して、各送風装置間の拡散スペースがそれぞれ独立するように構成することができる。

また、実施例３および実施例４（図７〜図１３）の各構成例において、希釈ボックス１４（または２４）内に希釈空気放出配管１３ａを設けずに、水素放出配管７ａのみを設けた構成としてもよい。

また、実施例３および実施例４（図７〜図１３）の各構成例において、実施例２（図４）のように、拡散スペース２０に水素を拡散するための拡散媒体２１を配置した構成とすることができる。

また、実施例３および実施例４（図７〜図１３）の各構成例において、希釈ボックス１４（または２４）の下半分に希釈水素排出口１７（ａ、ｂ）を設け、上方に拡散スペース２０（および拡散媒体２１）を設けた構成とすることもできる。

さらに、実施例４（図９〜図１３）の各構成例において、送風装置１５を水素放出配管７ａの長手方向に沿って３つ以上配置した構成とすることもできる。

実施例１に係わる水素希釈装置の構成を示す要部側面図。 実施例に係わる燃料電池システムの構成を示すブロック図。 実施例１に係わる水素希釈装置で希釈水素排出口と拡散スペースの配置を逆にした場合の構成を示す要部側面図。 実施例２に係わる水素希釈装置の構成を示す要部側面図。 実施例２における希釈ボックス内の構成を示す概略斜視図。 実施例２に係わる水素希釈装置で希釈水素排出口と拡散スペースの配置を逆にした場合の構成を示す要部側面図。 実施例３に係わる希釈ボックスの構成を示す概略正面図。 実施例３の他の構成例を示す図。（ａ）は希釈ボックスの構成を示す概略正面図。（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線に相当する概略断面図。（ｃ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ線に相当する概略断面図。 実施例４に係わる希釈ボックスの構成を示す概略正面図。 図９の希釈ボックスにおいて左右のファンの回転方向を逆にした場合の構成を示す概略正面図。 実施例４の他の構成例を示す概略平面図。 実施例４のさらに他の構成例を示す概略平面図。 図１２の希釈ボックスにおいて左右のファンの回転方向を逆にした場合の構成を示す概略正面図。

符号の説明

１…燃料電池
７…水素排出配管
７ａ…水素放出配管
９…水素希釈装置
１０…水タンク
１２…希釈用空気導入配管
１３…希釈空気排出配管
１３ａ…希釈空気放出配管
１４…希釈ボックス
１５…送風装置
１５ａ…ファン
１６…空気導入口
１７…希釈水素排出口
１８…希釈空気放出穴
１９…水素放出穴
２０…拡散スペース
２１…拡散媒体
２４…希釈ボックス
２５…仕切り板
１００…燃料電池システム

Claims (13)

1. 燃料ガスを用いた化学反応によりエネルギーを発生する装置から排出された燃料ガスを導入し、この燃焼ガスを空気により希釈拡散する拡散スペースを設けた希釈ボックスと、前記希釈ボックス内に突出して配設され、前記装置から排出された燃料ガスを放出する燃料ガス放出配管と、前記希釈ボックス内に空気を送風する送風装置とを備え、
   前記希釈ボックスは、前記送風装置から送風された空気をボックス内に導入するための空気導入口と、ボックス内で希釈された希釈燃料ガスを外部に排出する希釈燃料ガス排出口とを備え、前記空気導入口と前記希釈燃料ガス排出口とを結ぶ排出流路の外側に前記拡散スペースを設けたことを特徴とする希釈装置。
2. 前記希釈燃料ガス排出口は前記送風装置の設けられた側面と反対側の側面に設けられ、この側面において前記空気導入口の開口領域を投影した領域の一部を開口領域とすることを特徴とする請求項１に記載の希釈装置。
3. 前記燃料ガス放出配管は燃料ガスを放出する少なくとも一つの燃料ガス放出穴が形成され、この燃料ガス放出穴から前記拡散スペースに向けて燃料ガスを放出することを特徴とする請求項１又は２に記載の希釈装置。
4. 前記拡散スペースに燃料ガスを拡散するための拡散媒体を配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の希釈装置。
5. 前記拡散媒体は、前記燃料ガス放出配管の長手方向に沿って配置されることを特徴とする請求項４に記載の希釈装置。
6. 前記送風装置は所定方向に回転するファンを備え、前記燃料ガス放出配管の燃料ガス放出穴は、前記ファンの回転方向と前記燃料ガス放出配管内の燃料ガスの流れ方向とが合流する上流側に形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の希釈装置。
7. 前記燃料ガス放出配管に形成された燃料ガス放出穴からの燃料ガス噴き出し方向が、前記ファンの回転方向と順方向となることを特徴とする請求項６に記載の希釈装置。
8. 前記送風装置を前記燃料ガス放出配管の長手方向に沿って複数配置し、前記燃料ガス放出配管に形成された燃料ガス放出穴の開口面積を、前記燃料ガス放出配管の燃料ガス供給方向から遠い側の開口面積が近い側の開口面積よりも大きくしたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の希釈装置。
9. 前記希釈ボックス内は前記送風装置毎に仕切り板により区分され、各送風装置間の拡散スペースがそれぞれ独立していることを特徴とする請求項８に記載の希釈装置。
10. 前記希釈ボックス内において、前記燃料ガスを前記燃料ガス放出配管の中央部から供給することを特徴とする請求項８又は９に記載の希釈装置。
11. 前記希釈ボックス内に希釈用ガスを放出する希釈用ガス放出配管を設け、この希釈用ガス導入配管を前記燃料ガス放出配管の近傍、且つ前記燃料ガス放出配管と並行に配置したことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の希釈装置。
12. 前記希釈ボックス内の希釈用ガス導入配管を、前記燃料ガス放出配管の上方で、且つ外気導入される空気の送風側にオフセットして配置したことを特徴とする請求項１１に記載の希釈装置。
13. 前記燃料ガスを用いた化学反応によりエネルギーを発生する装置は、燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を受けて発電する燃料電池であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の希釈装置。
    

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