JP2005158576A - 燃料電池の排出ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の課題は、希釈器の能力を充分引き出すことが可能となる燃料電池の排出ガス処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 燃料電池の排出ガス処理装置２５は、燃料電池スタックからパージされる水素ガスを滞留させておくための滞留室６Ａを有する排出燃料希釈器６と、カソードオフガスが通流する排気配管１４と、を備えている。また、排出燃料希釈器６には、滞留室６Ａ内の水素ガスを排気配管１４内に吸い込むための水素吸込口６２ｂと、排気配管１４内のカソードオフガスを滞留室６Ａ内へ供給するための空気供給口６２ａとが設けられている。そして、滞留室６Ａ内には、水素ガスを整流して水素吸込口６２ｂに導くとともに、空気供給口６２ａから滞留室６Ａ内へ供給されるカソードオフガスの拡散を抑制する整流手段６３が設けられている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、燃料電池からパージされる水素ガスを所定の濃度まで希釈してから排出する燃料電池の排出ガス処理装置に関するものである。

一般に、燃料電池は、プロトン導電性の高分子電解質膜（ＰＥＭ膜）を挟んで一側にカソード極を区画し、他側にアノード極を区画して構成されており、カソード極に供給される空気中の酸素と、アノード極に供給される燃料ガス中の水素との電気化学反応によって発電するものである。そして、このような燃料電池の分野では、未反応の水素ガスを希釈して大気に排出する技術として、燃料電池から排出される水素ガス（パージ水素）を希釈器内で空気と混合し、水素濃度を低減させて大気に排出するものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平１１−１９１４２２号公報（段落番号〔００２４〕、図２）

ところで、前記のような技術においては、希釈器から大気に排出される排出ガス中の水素濃度を所定の限界値以下に維持し、かつ可能な限り多くのパージ水素を希釈処理するために、排出ガス中の水素濃度をほぼ一定にすることで希釈器の能力を充分に引き出すことが望まれていた。

そこで、本発明の課題は、希釈器の能力を充分引き出すことが可能となる燃料電池の排出ガス処理装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決する本発明のうちの請求項１に記載の発明は、燃料電池からパージされる水素ガスを滞留させておくための滞留室を有する希釈器と、カソードオフガスが通流する排気配管と、を備えるとともに、前記希釈器または前記排気配管には、前記滞留室内の水素ガスを前記排気配管内に吸い込むための水素吸込口と、前記排気配管内のカソードオフガスを前記滞留室内へ供給するためのオフガス供給口とが設けられる燃料電池の排出ガス処理装置において、前記滞留室内に、前記水素ガスを整流して前記水素吸込口に導くとともに、前記オフガス供給口から前記滞留室内へ供給される前記カソードオフガスの拡散を抑制する整流手段を設けたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、燃料電池から水素ガスがパージされると、この水素ガスは希釈器の滞留室内に流入し、この滞留室内において整流手段で整流されつつ、水素吸込口を介して排気配管内に吸い込まれていく。また、このように水素ガスが排気配管内に吸い込まれると、排気配管内に吸い込んだ水素ガスの量とほぼ同じ量のカソードオフガスが排気配管からオフガス供給口を介して滞留室内に流入する。このとき、滞留室内に流入したカソードオフガスは滞留室全体へ拡散しようとするが、そのようなカソードオフガスの流れは整流手段で抑制されるので、カソードオフガスがオフガス供給口近傍に留まることとなり、カソードオフガスと水素ガスが滞留室内において混合し難くなる。これにより、滞留室内の水素ガスが全て排出されるまでの間、水素吸込口近傍は水素濃度が高くなり、かつオフガス供給口近傍はカソードオフガス濃度が高くなる状態に維持されるため、水素吸込口から吸い込む水素ガスの量が一定となり、排気配管から排出される排出ガス中の水素濃度を適正な濃度に維持することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池の排出ガス処理装置であって、前記水素吸込口に、前記カソードオフガスが所定量ずつ供給されることにより前記滞留室内の水素ガスを所定量ずつ吸い込み、かつ前記カソードオフガスおよび前記水素ガスを混合させて排出するエゼクタを設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、エゼクタは、例えば排気配管を流れるカソードオフガスの一部が所定量ずつ供給されることで、滞留室内の水素ガスを所定量ずつ吸い込み、その内部で水素ガスとカソードオフガスを混合させて排出する。そして、このエゼクタから排出された排出ガスは、さらに排気配管内でカソードオフガスと混合された後排出される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池の排出ガス処理装置であって、前記オフガス供給口を、前記整流手段で整流された流れの最上流側に設けたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、滞留室内に流入した水素ガスが、整流手段で整流されつつ、排気配管の水素吸込口に吸い込まれると、オフガス供給口から滞留室内における水素ガスの流れの最上流側にカソードオフガスが供給される。すなわち、排気配管から滞留室内へ流入してくるカソードオフガスは、水素吸込口から離れた場所に供給されることとなる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の燃料電池の排出ガス処理装置であって、前記オフガス供給口に、前記排気配管内から前記滞留室内への前記カソードオフガスの流入を許容し、かつ前記滞留室内から排気配管内への水素ガスの排出を防止する逆流防止弁を設けたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、燃料電池から滞留室内へパージされる水素ガスが、オフガス供給口から排気配管内へ流出しようとしても、この水素ガスは逆流防止弁により止められる。また、逆流防止弁は排気配管内から滞留室内へのカソードオフガスの流入を許容するので、水素吸込口から所定量の水素ガスを吸い込んだ際は、これとほぼ同じ量のカソードオフガスがオフガス供給口から滞留室内に供給されることとなる。

請求項１に記載の発明によれば、排気配管の水素吸込口から吸い込む水素ガスの量がほぼ一定となるので、排気配管から排出される排出ガス中の水素濃度を適正な濃度に維持することができ、希釈器の能力を充分引き出すことが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、エゼクタによって滞留室内から水素ガスを所定量ずつ吸い込むことができるので、排気配管から排出される排出ガス中の水素濃度をより適正な濃度に維持することができる。

請求項３に記載の発明によれば、水素ガスの流れの最上流側、すなわち水素吸込口から離れた場所にカソードオフガスが供給されるので、より確実に水素吸込口の水素濃度を高く維持することができる。

請求項４に記載の発明によれば、逆流防止弁によりオフガス供給口からの水素ガスの排出を防止することで、水素ガスを確実に水素吸込口のみから排出させることができるので、滞留室内をより確実に、水素吸込口近傍の水素濃度が高く、かつオフガス供給口近傍のカソードオフガス濃度が高いといった状態に維持することができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は本発明に係る燃料電池の排出ガス処理装置を備えた燃料電池自動車を示す平面図であり、図２は排出ガス処理装置を有する燃料電池システムを示す説明図である。また、図３は排出ガス処理装置の詳細を示す拡大断面図である。

図１に示すように、燃料電池自動車（以下、「車両」という。）１には、その略中央部の床下に、燃料電池システムボックス２が配設されている。この燃料電池システムボックス２の内部には、燃料電池システム、すなわち温調器３、燃料電池スタック４、加湿器５、および排出燃料希釈器６が車両１の前方から後方に向かって順に配設されている。なお、燃料電池システムは、前記機器３〜６の他に燃料電池スタック４を冷却するラジエータ（図示せず）や、図２に示す高圧水素容器２３および排出する空気の量を調整可能なコンプレッサ（流量可変手段）２１などから構成されている。

図２に示すように、燃料電池スタック４は、高圧水素容器２３に貯留された燃料となる水素ガスと、コンプレッサ２１から供給される空気（以下、「供給空気」という。）との電気化学反応により発電を行うものである。また、この燃料電池スタック４の下部には、発電に伴って生成される水などのドレンを排出燃料希釈器６へ排出するためのアノードドレン配管１０が接続されている。なお、この燃料電池スタック４内で生成された水は、アノードドレン配管１０の適所に設けられた開閉弁１２を手動または自動で開閉することにより排出燃料希釈器６へ流れるようになっている。

燃料電池スタック４のアノード側には、その入口に高圧水素容器２３から燃料電池スタック４へ水素ガスを導くための水素供給配管２２が接続され、その出口に水素ガスを再度燃料電池スタック４に戻すための循環用配管７が接続されている。そして、この循環用配管７には、その内部に溜まっている水素ガス中の不純物や燃料電池スタック４内で生成される水を含んだ水素ガスを排出燃料希釈器６へ排出するためのパージ水素配管８が接続されている。なお、この循環用配管７内の水素ガスは、パージ水素配管８の適所に設けられたパージ弁９が図示せぬ制御装置により適宜開閉されることで排出燃料希釈器６へ間欠的にパージ（排出）されるようになっている。

燃料電池スタック４のカソード側には、その入口にコンプレッサ２１から燃料電池スタック４へ供給空気を導くための空気供給配管２４が接続され、その出口に燃料電池スタック４から排出される空気（以下、「排出空気（カソードオフガス）」という。）を外部へ導く排気配管１４が接続されている。なお、この排気配管１４は、その一部が排出燃料希釈器６の下側を通るように配設されており、この排出燃料希釈器６の下側を通る部分が後記する排出ガス処理装置２５として利用されている。

加湿器５は、水素供給配管２２の適所に設けられ、その下部に水などのドレンを排出燃料希釈器６へ排出するための加湿器ドレン配管１１が接続されている。なお、この加湿器５内のドレンは、加湿器ドレン配管１１の適所に設けられた開閉弁１３を手動または自動で開閉することにより排出燃料希釈器６へ流れるようになっている。また、図示は省略するが空気供給配管２４にも、同様に加湿器５、加湿器ドレン配管１１、および開閉弁１３が設けられ、その加湿器５のドレンが排出燃料希釈器６に排出されるようになっている。

続いて、本実施形態に係る排出ガス処理装置２５について図３を参照して説明する。図３に示すように、排出ガス処理装置２５は、排出燃料希釈器６と、排気配管１４とで主に構成されている。

排出燃料希釈器６は、燃料電池スタック４（図２参照）からパージされる水素ガスを滞留させておくための滞留室６Ａを内部に有したほぼ直方体状の容器であり、その一方側（図示右側）の側壁６１に水素ガスを内部に導入するための水素導入孔６１ａが形成され、この水素導入孔６１ａにパージ水素配管８が接続されている。また、排出燃料希釈器６の下壁６２には、その一方側（図示右側）に排気配管１４から滞留室６Ａ内へ排出空気を供給するための空気供給口（オフガス供給口）６２ａが形成され、その他方側（図示左側）に滞留室６Ａ内の水素ガスを排気配管１４内に吸い込ませるための水素吸込口６２ｂが形成されている。

ここで、空気供給口６２ａは、後記する整流手段６３によって整流された水素ガスの流れの最上流側に位置するように設けられている。これにより、この空気供給口６２ａから排出燃料希釈器６内に供給される排出空気は、水素ガスを空気供給口６２ａ側から水素吸込口６２ｂ側へと押し出すように作用することとなっている。また、水素吸込口６２ｂの近傍に、図２に示したアノードドレン配管１０や加湿器ドレン配管１１などが接続されることによって、これらの配管１０，１１から排出されてくる水が水素ガスと一緒に水素吸込口６２ｂへ吸い込まれる構造となっている。

さらに、排出燃料希釈器６の滞留室６Ａ内には、水素導入孔６１ａから導入された水素ガスを整流して水素吸込口６２ｂに導くとともに、空気供給口６２ａから滞留室６Ａ内へ供給される排出空気の拡散を抑制する整流手段６３が設けられている。具体的に、この整流手段６３は、排出燃料希釈器６の上壁６４および下壁６２に平行となる複数の平板６３ａがほぼ等間隔に配設されることで構成されている。

排気配管１４は、第一配管１４ａ、分岐管１４ｂ、合流管１４ｃおよび第二配管１４ｄによって主に構成されている。第一配管１４ａは、その一端が燃料電池スタック４（図２参照）に接続され、その他端が分岐管１４ｂに接続されている。

分岐管１４ｂは、その下流側部分が二股に分かれて形成される管であり、その上方（一方）の第一分岐部Ｄ１に後記するエゼクタ３０を介して合流管１４ｃが接続され、その下方（他方）の第二分岐部Ｄ２に第二配管１４ｄが接続されている。合流管１４ｃは、ほぼＬ字状に形成される管であり、その一端がエゼクタ３０に接続され、その他端が第二配管１４ｄの合流用孔Ｈ１に接続されている。

第二配管１４ｄには、その周壁の適所に合流管１４ｃが接続される合流用孔Ｈ１が形成されるとともに、この合流用孔Ｈ１よりも下流側の適所に第二配管１４ｄ内の排出空気を滞留室６Ａ内へ供給するための供給用孔Ｈ２が形成されている。なお、この供給用孔Ｈ２には、排出燃料希釈器６の空気供給口６２ａに一端が接続された後記する空気供給ポート４０の他端が接続されている。

また、第二配管１４ｄ内には、その入口側から合流用孔Ｈ１までの間の適所に、エゼクタ３０に向かう排出空気の流量Ｙが所定量になるように排出空気の流量Ｚを調整する第一オリフィス５０が設けられている。すなわち、この第一オリフィス５０は、エゼクタ３０に向かう排出空気の流量Ｙと、第一オリフィス５０を出て行く排出空気の流量Ｚとの比を決めている。さらに、第二配管１４ｄの出口側の端部には、逆火防止フィルタ１５が設けられている。

エゼクタ３０は、排出空気の流れを絞ることによって排出空気を高速で噴射させるノズル３１と、このノズル３１から噴射される排出空気によって負圧となって水素ガスを吸引する吸引部３２と、排出空気と水素ガスとを混合させて排出するディフューザ３３とで主に構成されている。なお、このエゼクタ３０は、その最大に絞られた部分となる吸引部３２が管状の水素吸込ポート７０を介して排出燃料希釈器６の水素吸込口６２ｂに接続されることによって、滞留室６Ａ内の水素ガスを吸引する構造となっている。また、ノズル３１に第一オリフィス５０によって調整された所定量の排出空気が供給されることによって、吸引部３２には所定量の水素ガスが吸引されるようになっている。すなわち、このエゼクタ３０は、ノズル３１に排出空気が所定量ずつ供給されることにより滞留室６Ａ内の水素ガスを吸引部３２で所定量ずつ吸い込み、かつ排出空気および水素ガスをディフューザ３３で混合させて排出させる構造となっている。

ここで、エゼクタ３０の吸引量Ｘと、ノズル３１に供給される排出空気の流量Ｙは、略正比例の関係となっており、また、ノズル３１に供給される排出空気の流量Ｙと、第一オリフィス５０から出て行く排出空気の流量Ｚも、Ｙが増せばＺも増すというような略正比例の関係となっている。さらには、第一オリフィス５０から出て行く排出空気の流量Ｚ（ひいては、流量Ｙ＋流量Ｚ）と、図２に示すコンプレッサ２１の回転速度Ｎも、略正比例の関係となっている。すなわち、エゼクタ３０の吸引量Ｘ、ノズル３１に供給される排出空気の流量Ｙ、第一オリフィス５０から出て行く排出空気の流量Ｚおよびコンプレッサ２１の回転速度Ｎの比（Ｘ：Ｙ：Ｚ：Ｎ）は、常に略一定となっている。そのため、エゼクタ３０が水素ガスのみを吸引している状態においては、コンプレッサ２１の回転速度Ｎの増減に関係なく、第二配管１４ｄから排出される排出ガスの水素濃度は、常に略一定となる。

空気供給ポート４０は、排出燃料希釈器６と第二配管１４ｄとに連通する管であり、その内部の適所に第二オリフィス４１や逆流防止弁４２を備えている。第二オリフィス４１は、第二配管１４ｄから排出燃料希釈器６の滞留室６Ａ内へ供給される排出空気の流量が所定量となるように排出空気の流量を調整する機能を有している。逆流防止弁４２は、第二配管１４ｄ内から排出燃料希釈器６の滞留室６Ａ内への排出空気の流入を許容し、かつ排出燃料希釈器６の滞留室６Ａ内から第二配管１４ｄ内への水素ガスの排出を防止する機能を有している。

なお、この逆流防止弁４２としては、例えばリードバルブなどを採用することができる。また、この逆流防止弁４２や、前記したエゼクタ３０は、その内部で水が凍結しないように、結露水が溜まらない構造となっている。具体的には、エゼクタ３０は、その吸引部３２が絞られ、この吸引部３２から両端に行くにつれて徐々に拡径する形状（下壁の一部が上方へ盛り上がり、その部分から両端に行くにつれて徐々に下り勾配となる形状）となっているので、水素ガスとともに吸い込んだ水を両端側へ排出することができる構造となっている。

次に、排出ガス処理装置２５の作用について図２および図３を参照して説明する。
図２に示すように、燃料電池スタック４から水素ガスがパージされると、この水素ガスはパージ水素配管８を介して排出燃料希釈器６の滞留室６Ａ内に流入する。このように滞留室６Ａ内に流入した水素ガスは、図３に示すように、整流手段６３で整流されつつ、水素吸込口６２ｂを介してエゼクタ３０内に所定量ずつ吸い込まれていく。また、このように水素ガスがエゼクタ３０内に吸い込まれると、エゼクタ３０内に吸い込んだ水素ガスの量とほぼ同じ量の排出空気が第二配管１４ｄから空気供給ポート４０を介して滞留室６Ａ内に流入する。

このとき、滞留室６Ａ内に流入した排出空気は滞留室６Ａ全体へ拡散しようとするが、そのような排出空気の流れは整流手段６３で抑制されるので、排出空気が空気供給口６２ａ近傍に留まることとなり、排出空気と水素ガスが滞留室６Ａ内において混合し難くなる。これにより、滞留室６Ａ内の水素ガスが全て排出されるまでの間、水素吸込口６２ｂ近傍は水素濃度が高くなった状態で維持され、かつ空気供給口６２ａ近傍は排出空気の濃度が高くなった状態に維持されることとなる。

このように水素吸込口６２ｂ近傍の水素濃度が高い状態に維持されることによって、排出空気がほとんど混ざっていない水素ガスがエゼクタ３０によって所定量ずつ吸引され、この水素ガスがエゼクタ３０内にて所定量の排出空気と混合され、その混合ガスが所定の水素濃度となって合流管１４ｃに排出される。そして、合流管１４ｃを通って第二配管１４ｄに排出される混合ガスが、第一オリフィス５０によって調整された所定量の排出空気によってさらに希釈されることによって、第二配管１４ｄから排出される排出ガスの水素濃度が適正な濃度に維持されることとなる。

次に、図４（ａ）および（ｂ）を参照して、本実施形態における排出ガスの水素濃度の経時変化を従来のものと比較して説明する。参照する図面において、図４は排出ガスの水素濃度の経時変化を示すグラフであり、整流手段を有さない従来の構造における排出ガスの水素濃度の経時変化を示すグラフ（ａ）と、本実施形態の構造における排出ガスの水素濃度の経時変化を示すグラフ（ｂ）である。

図４（ａ）に示すように、従来の構造では、水素ガスをパージしたとき（ｔ１）に、排出ガスの水素濃度がほぼ限界濃度（外部へ排出することが可能な水素濃度の上限値から所定の安全率を考慮して算出された濃度）となるが、その後は徐々に水素濃度が低くなっていくため、希釈器内の水素ガスを全部外部に排出するまでに時間が掛かっている。

これに対して本実施形態の構造では、図４（ｂ）に示すように、水素ガスをパージしたとき（ｔ２）から所定時間ｔ３までの間において、排出ガスの水素濃度がほぼ限界濃度で維持され、所定時間ｔ３の経過後は、一気にゼロに近い値となる。すなわち、図３に示すように、排出燃料希釈器６内に水素ガスが残っている間は、第二配管１４ｄから出て行く排出ガスの水素濃度がほぼ限界濃度で維持され、排出燃料希釈器６内に水素ガスが無くなったときは、排出ガスの水素濃度がほぼゼロとなる。そのため、本実施形態の構造では、従来の構造よりも短い時間で排出燃料希釈器６内の水素ガスを全部外部に排出することが可能となり、希釈器の能力を十分引き出すことができる。

以上によれば、本実施形態において、次のような効果を得ることができる。
（１）水素吸込口６２ｂから吸い込む水素ガスの量がほぼ一定となるので、排気配管１４から排出される排出ガス中の水素濃度を適正な濃度に維持することができ、排出燃料希釈器６の能力を充分引き出すことが可能となる。
（２）エゼクタ３０によって滞留室６Ａ内から水素ガスを所定量ずつ吸い込むことができるので、排気配管１４から排出される排出ガス中の水素濃度をより適正な濃度に維持することができる。
（３）従来よりも処理能力が向上したため、従来のものと同一の処理能力となるように希釈器を設計したときは希釈器を従来のものよりも小型化できる。また、寸法を従来のものと同一となるように希釈器を設計したときは、水素処理能力が従来よりも向上するため、燃料電池の発電中に生成水が溜まることにより発電電圧が低下するような発電の不安定時に、水素パージ量を増やして発電の安定を回復できる。

（４）整流手段６３で整流された水素ガスの流れの最上流側、すなわち水素吸込口６２ｂから離れた場所に排出空気が供給され、この排出空気が水素ガスを水素吸込口６２ｂへと押し出すように作用するので、より確実に水素吸込口６２ｂの水素濃度を高く維持することができる。
（５）逆流防止弁４２により空気供給口６２ａからの水素ガスの排出を防止することで、水素ガスを確実に水素吸込口６２ｂのみから排出させることができるので、より確実に水素吸込口６２ｂ近傍の水素濃度を高い状態に維持することができる。

（６）分岐管１４ｂの第二分岐部Ｄ２に接続した第二配管１４ｄに第一オリフィス５０を設けたので、第一分岐部Ｄ１に設けたエゼクタ３０へ所定量の排出空気を供給することができる。
（７）空気供給ポート４０に第二オリフィス４１を設けたので、排出燃料希釈器６内へ所定量の排出空気を供給することができる。

（８）本実施形態の構造では、従来の構造よりも短い時間で排出燃料希釈器６内の水素ガスを全部使い切ることが可能であるので、水素ガスのパージ間隔（現在のパージから次のパージまでの時間）を短くすることができる。
（９）本実施形態では、排出燃料希釈器６を水素ガスの希釈用として利用せずに単に水素ガスの貯溜用として利用するため、排出燃料希釈器６の容積をパージされてくる水素ガスの体積とほぼ同じ大きさに設定することができ、その分排出燃料希釈器６を小型化することができる。

以上、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
（i）本実施形態では、左右に延在する整流手段６３の一端側に空気供給口６２ａを設け、他端側に水素吸込口６２ｂを設けることで、空気供給口６２ａを水素ガスの最上流側に位置させたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、空気供給口６２ａと水素吸込口６２ｂとを近接して設け、これらの空気供給口６２ａおよび水素吸込口６２ｂが複数回屈曲するように排出燃料希釈器６内に形成した１本の通路６５で繋がるような構造にすることで、空気供給口６２ａが水素ガスの最上流側に位置するようにしてもよい。なお、この通路６５は、本実施形態における整流手段６３の各平板６３ａを適宜折り曲げたり、適所に配設することなどにより形成することができる。

また、図５の構造においては、本実施形態と同様に、空気供給口６２ａ側に逆流防止弁４２を設けて、排出燃料希釈器６から排気配管１４への水素ガスの逆流を防止するのが望ましい。さらに、図５の構造に、本実施形態のような分岐管１４ｂ、エゼクタ３０、第一オリフィス５０および第二オリフィス４１などの構造を適宜採用してもよいことは言うまでもない。

（ii）本実施形態では、整流手段６３を複数の平板６３ａで構成したが、本発明はこれに限定されず、例えば整流手段をハニカム構造や複数の中空管などで構成してもよい。さらに、排出燃料希釈器を細長い配管状に形成することで、この排出燃料希釈器に整流手段の機能を持たせてもよい。具体的には、この細長い配管状の排出燃料希釈器の一端側に燃料電池からパージされてくる水素ガスを内部に導入するための水素導入口や排出空気を内部に供給するための空気供給口を設け、他端側に排気配管に水素ガスを吸い込ませるための水素吸込口を設ければよい。

（iii）本実施形態では、エゼクタ３０によって所定量の水素ガスを排気配管１４内に吸い込むようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、機械式や電気式のファンにより所定量の水素ガスを排気配管１４内に吸引または送り出すようにしてもよい。

（iv）本実施形態では、空気供給口６２ａと水素吸込口６２ｂを共に排出燃料希釈器６の下部に形成したが、本発明はこれに限定されず、例えば水素吸込口６２ｂを排出燃料希釈器６の上部に形成し、空気供給口６２ａを排出燃料希釈器６の下部に形成してもよい。この構造によれば、水素ガスが排出空気よりも軽いことにより、水素ガスと排出空気がより混合し難くなり、水素吸込口６２ｂ近傍の水素濃度を高く維持することができる。

（v）本実施形態では、排出燃料希釈器６に空気供給口６２ａおよび水素吸込口６２ｂを設けたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、排出燃料希釈器に排気配管が貫通して配設される構造では、排気配管の一部（排出燃料希釈器内に位置する部分）に水素吸込口や空気供給口を設け、これらに合わせて適宜整流手段を設定すればよい。

（vi）本実施形態では、合流用孔Ｈ１の下流側に供給用孔Ｈ２を設けたが、本発明はこれに限定されず、合流用孔Ｈ１の上流側に供給用孔Ｈ２を設け、この供給用孔Ｈ２に空気供給ポート４０を接続するようにしてもよい。これによれば、水素ガスが混ざっていない純粋な排出空気のみを排出燃料希釈器６内へ供給できるので、速やかに排出燃料希釈器６内の水素濃度を下げ、次のパージに備えることができる。

本発明に係る燃料電池の排出ガス処理装置を備えた燃料電池自動車を示す平面図である。 排出ガス処理装置を有する燃料電池システムを示す説明図である。 排出ガス処理装置の詳細を示す拡大断面図である。 排出ガスの水素濃度の経時変化を示すグラフであり、整流手段を有さない従来の構造における排出ガスの水素濃度の経時変化を示すグラフ（ａ）と、本実施形態の構造における排出ガスの水素濃度の経時変化を示すグラフ（ｂ）である。 本発明に係る排出ガス処理装置の他の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

４ 燃料電池スタック
６ 排出燃料希釈器
６Ａ 滞留室
１４ 排気配管
１４ａ 第一配管
１４ｂ 分岐管
１４ｃ 合流管
１４ｄ 第二配管
２５ 排出ガス処理装置
３０ エゼクタ
３１ ノズル
３２ 吸引部
３３ ディフューザ
４０ 空気供給ポート
４１ 第二オリフィス
４２ 逆流防止弁
５０ 第一オリフィス
６１ａ 水素導入孔
６２ａ 空気供給口
６２ｂ 水素吸込口
６３ 整流手段
６３ａ 平板
７０ 水素吸込ポート

Claims (4)

1. 燃料電池からパージされる水素ガスを滞留させておくための滞留室を有する希釈器と、
   カソードオフガスが通流する排気配管と、を備えるとともに、
   前記希釈器または前記排気配管には、前記滞留室内の水素ガスを前記排気配管内に吸い込むための水素吸込口と、前記排気配管内のカソードオフガスを前記滞留室内へ供給するためのオフガス供給口とが設けられる燃料電池の排出ガス処理装置において、
   前記滞留室内に、
   前記水素ガスを整流して前記水素吸込口に導くとともに、前記オフガス供給口から前記滞留室内へ供給される前記カソードオフガスの拡散を抑制する整流手段を設けたことを特徴とする燃料電池の排出ガス処理装置。
2. 請求項１に記載の燃料電池の排出ガス処理装置であって、
   前記水素吸込口に、
   前記カソードオフガスが所定量ずつ供給されることにより前記滞留室内の水素ガスを所定量ずつ吸い込み、かつ前記カソードオフガスおよび前記水素ガスを混合させて排出するエゼクタを設けたことを特徴とする燃料電池の排出ガス処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池の排出ガス処理装置であって、
   前記オフガス供給口を、前記整流手段で整流された流れの最上流側に設けたことを特徴とする燃料電池の排出ガス処理装置。
4. 請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の燃料電池の排出ガス処理装置であって、
   前記オフガス供給口に、
   前記排気配管内から前記滞留室内への前記カソードオフガスの流入を許容し、かつ前記滞留室内から排気配管内への水素ガスの排出を防止する逆流防止弁を設けたことを特徴とする燃料電池の排出ガス処理装置。

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