JP2005222897A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To securely prevent generation of steam white smoke when an off-gas to be exhausted from a fuel cell is discharged into the air, regarding a fuel cell system. <P>SOLUTION: The fuel cell system is provided with a cooling means 6 in the off-gas discharge flow-path 4 to discharge into the air the off-gas to be exhausted from the fuel cell 2, and discharges into the air the off-gas which has been cooled below the atmospheric temperature by the cooling means 6. The off-gas discharge flow-path 4 is preferably provided with a plurality of discharge outlets 42, from each of which the off-gas is dispersedly discharged. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、燃料電池から排出されるオフガスを大気中へ放出するときの水蒸気白煙の発生を防止する技術に関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and relates to a technique for preventing the generation of water vapor white smoke when off-gas discharged from a fuel cell is released into the atmosphere.

燃料電池は、電解質膜を挟んでアノードとカソードが配置された構造を有し、アノードに水素を含む燃料ガスが接触しカソードに空気などの酸素を含む酸化ガスが接触することにより両電極で電気化学反応が起こり、起電力が発生する仕組みになっている。その際、カソードでは、アノード側から電解質膜を透過してきた水素イオンと酸素が反応して水が生成される。生成された水は水蒸気となり、カソードから排出されるオフガス(カソードオフガス)に含まれて大気中に放出される。   A fuel cell has a structure in which an anode and a cathode are arranged with an electrolyte membrane in between. A fuel gas containing hydrogen contacts the anode, and an oxidizing gas containing oxygen such as air contacts the cathode, and electricity is supplied to both electrodes. A chemical reaction occurs and an electromotive force is generated. At that time, at the cathode, hydrogen ions that have permeated through the electrolyte membrane from the anode side react with oxygen to generate water. The generated water becomes water vapor and is contained in an off gas (cathode off gas) discharged from the cathode and released into the atmosphere.

ところで、通常、燃料電池は高温(例えば、比較的運転温度の低い固体高分子型燃料電池でも約80℃)で運転されているために、カソードオフガスの温度は大気温よりも高くなっている。このため、カソードオフガスが大気中へ放出された途端、急激な冷却によりカソードオフガスに含まれる水蒸気が凝縮して水蒸気白煙が発生する。特に、大気温が低い冬季には水蒸気白煙の発生は顕著になる。また、燃料ガスとして炭化水素原料から改質された改質ガスを用いる場合には、改質ガス中に水蒸気が含まれるため、アノードから排出されるアノードオフガスにも水蒸気が含まれている。このため、アノードオフガスが大気中へ放出される際にも水蒸気白煙が発生する場合がある。   By the way, since the fuel cell is usually operated at a high temperature (for example, about 80 ° C. even in a polymer electrolyte fuel cell having a relatively low operation temperature), the temperature of the cathode offgas is higher than the atmospheric temperature. For this reason, as soon as the cathode off-gas is released into the atmosphere, the water vapor contained in the cathode off-gas is condensed by rapid cooling, and steam white smoke is generated. In particular, the generation of steam white smoke becomes noticeable in winter when the temperature is low. Further, when a reformed gas reformed from a hydrocarbon raw material is used as the fuel gas, since the reformed gas contains water vapor, the off-gas discharged from the anode also contains water vapor. For this reason, steam white smoke may be generated even when the anode off-gas is released into the atmosphere.

水蒸気白煙は外観上、また、それを見る者への心象においても好ましくない。特に、近年、燃料電池を搭載した電気自動車(燃料電池自動車)が開発されているが、燃料電池自動車を実用化する上で水蒸気白煙についての対策は十分に検討される必要がある。多量の水蒸気白煙は後続車両のドライバに不快感を与えたり、ドライバの視界を妨げたりする可能性があるからである。   Water vapor white smoke is not preferable in appearance and in the image of the viewer. In particular, in recent years, an electric vehicle (fuel cell vehicle) equipped with a fuel cell has been developed. However, in order to put the fuel cell vehicle into practical use, measures against steam white smoke need to be fully studied. This is because a large amount of steam white smoke may cause discomfort to the driver of the succeeding vehicle and disturb the driver's view.

従来、水蒸気白煙の発生を防止する技術としては、例えば特許文献1に記載された技術が知られている。この従来技術では、オフガスを大気中に放出する前にブロア等で吸入された空気によって予め冷却することでオフガス中の水蒸気を凝縮させ、凝縮した水蒸気を回収した後に大気中に放出することで水蒸気白煙の発生を防止するようにしている。
特開平9−223510号公報 実開平6−60056号公報
Conventionally, as a technique for preventing the generation of steam white smoke, for example, a technique described in Patent Document 1 is known. In this prior art, the water vapor in the off gas is condensed by pre-cooling with the air sucked in by a blower or the like before the off gas is released into the atmosphere, and the condensed water vapor is recovered and then released into the atmosphere. The generation of white smoke is prevented.
JP-A-9-223510 Japanese Utility Model Publication No. 6-60056

しかしながら、上記の従来技術は水蒸気白煙の発生の防止策として十分であるとは言えない。上記の従来技術のように空気によってオフガスを冷却する場合、冷却後のオフガスの温度は冷媒である空気の温度、すなわち、大気温度よりも低くはならない。このため、放出前の冷却によってオフガス中の水蒸気を凝縮させて回収したとしても、オフガスが大気中に放出されたとき、大気温度とオフガスとの温度差によってオフガス中に残存している水蒸気が凝縮し、水蒸気白煙が発生してしまう。   However, it cannot be said that the above prior art is sufficient as a measure for preventing the generation of steam white smoke. When the offgas is cooled by air as in the above-described conventional technology, the temperature of the offgas after cooling does not become lower than the temperature of the air that is the refrigerant, that is, the atmospheric temperature. For this reason, even if water vapor in the off-gas is condensed and recovered by cooling before release, when the off-gas is released into the atmosphere, the water vapor remaining in the off-gas is condensed due to the temperature difference between the atmospheric temperature and the off-gas. Then, steam white smoke is generated.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料電池から排出されるオフガスを大気中へ放出するときの水蒸気白煙の発生をより確実に防止できるようにした燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a fuel cell that can more reliably prevent the generation of steam white smoke when off-gas discharged from the fuel cell is released into the atmosphere. The purpose is to provide a system.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、水素と酸素の供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出されるオフガスを大気中へ放出するためのオフガス放出流路とを有する燃料電池システムにおいて、
前記オフガス放出流路にオフガスを大気温度以下まで冷却する冷却手段が設けられていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a first invention includes a fuel cell that generates power by receiving supply of hydrogen and oxygen, and an off-gas discharge channel for releasing off-gas discharged from the fuel cell into the atmosphere. A fuel cell system having:
The off gas discharge flow path is provided with a cooling means for cooling the off gas to an atmospheric temperature or lower.

第2の発明は、第1の発明において、前記オフガス放出流路には複数の放出口が設けられていることを特徴としている。   A second invention is characterized in that, in the first invention, the off-gas discharge flow path is provided with a plurality of discharge ports.

第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記冷却手段はペルチェ素子であることを特徴としている。   According to a third invention, in the first or second invention, the cooling means is a Peltier element.

第4の発明は、第1又は第2の発明において、前記冷却手段は高圧水素タンクから前記燃料電池に供給される水素とオフガスとの間で熱交換を行わせる熱交換手段であることを特徴としている。   A fourth invention is characterized in that, in the first or second invention, the cooling means is a heat exchanging means for exchanging heat between hydrogen supplied from a high-pressure hydrogen tank to the fuel cell and off-gas. It is said.

第5の発明は、第1又は第2の発明において、前記冷却手段はエアコンの冷媒とオフガスとの間で熱交換を行わせる熱交換手段であることを特徴としている。   A fifth invention is characterized in that, in the first or second invention, the cooling means is a heat exchanging means for exchanging heat between the refrigerant of the air conditioner and the off-gas.

第6の発明は、第1乃至第5の何れか1つの発明において、前記オフガス放出流路は前記燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガスの放出流路であることを特徴としている。   A sixth invention is characterized in that, in any one of the first to fifth inventions, the off-gas discharge passage is a discharge passage for cathode off-gas discharged from the cathode of the fuel cell.

第1乃至第6の発明によれば、オフガス放出流路内でオフガスを大気温度以下まで冷却することにより、オフガスの露点を大気温度以下まで低下させてからオフガスを大気中に放出することができる。これにより、冬季のように大気温度が低い場合でも水蒸気白煙の発生を防止することができる。   According to the first to sixth inventions, the offgas can be released to the atmosphere after the dew point of the offgas is lowered to the atmospheric temperature or lower by cooling the offgas to the atmospheric temperature or lower in the offgas discharge flow path. . Thereby, generation | occurrence | production of water vapor | steam white smoke can be prevented even when atmospheric temperature is low like winter.

特に、第2の発明によれば、オフガスが複数の放出口から分散し大気中に放出されるので、万が一、水蒸気白煙が発生した場合でも認知されにくくすることができる。   In particular, according to the second invention, off-gas is dispersed from a plurality of discharge ports and released into the atmosphere, so that even if white steam is generated, it can be made difficult to recognize.

実施の形態1.
以下、図1を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。
図1は、本発明の実施の形態1としての燃料電池システムの概略構成図である。本燃料電池システムは、燃料電池自動車に搭載される車両用燃料電池システムとして構成されている。燃料電池自動車は図示しないモータを原動機として搭載しており、モータの駆動用電源として燃料電池スタック2が搭載されている。
Embodiment 1 FIG.
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system as Embodiment 1 of the present invention. This fuel cell system is configured as a vehicle fuel cell system mounted on a fuel cell vehicle. A fuel cell vehicle is equipped with a motor (not shown) as a prime mover, and a fuel cell stack 2 is mounted as a power source for driving the motor.

燃料電池スタック2は、燃料電池の単セルが複数枚積層されて構成されている。単セルは、図示は省略するが、プロトン伝導性の電解質膜の両側を触媒電極であるアノード及びカソードで挟まれ、さらにその両側を導電性のセパレータによって挟まれて構成されている。各単セルにおいて、アノードとセパレータとの間には水素を含む燃料ガスが流通するアノードガス流路が形成され、カソードとセパレータとの間には酸素を含む酸化ガスが流通するカソードガス流路が形成されている。   The fuel cell stack 2 is configured by stacking a plurality of single cells of a fuel cell. Although not shown, the single cell is configured such that both sides of a proton conductive electrolyte membrane are sandwiched between an anode and a cathode as catalyst electrodes, and both sides are sandwiched between conductive separators. In each single cell, an anode gas flow path through which fuel gas containing hydrogen flows is formed between the anode and the separator, and a cathode gas flow path through which oxidizing gas containing oxygen flows between the cathode and the separator. Is formed.

燃料電池スタック2には、カソードガス流路から排出されるカソードオフガスを大気中へ放出するためのテールパイプ(オフガス放出流路)4が接続されている。燃料電池スタック2の各単セルでは、電気化学反応によって起電力が発生する際、アノード側から電解質膜を透過してきた水素イオンと酸素が反応してカソードに水が生成される。燃料電池スタック2は高温で運転されるため生成された水は水蒸気となり、水蒸気はカソードオフガスに含まれてカソードガス流路からテールパイプ4へ排出される。   The fuel cell stack 2 is connected to a tail pipe (off-gas discharge channel) 4 for discharging the cathode off-gas discharged from the cathode gas channel into the atmosphere. In each single cell of the fuel cell stack 2, when an electromotive force is generated by an electrochemical reaction, hydrogen ions and oxygen that have permeated the electrolyte membrane from the anode side react to generate water at the cathode. Since the fuel cell stack 2 is operated at a high temperature, the generated water becomes steam, and the steam is contained in the cathode off gas and is discharged from the cathode gas flow path to the tail pipe 4.

本実施形態にかかる燃料電池システムは、カソードオフガスを大気中に放出するためのテールパイプ4の構成に特徴がある。テールパイプ4には冷却装置6が取り付けられ、さらに冷却装置6の下流でマフラー10の上流には気液分離器8が取り付けられている。また、テールパイプ4の下流端は二股に形成され、カソードオフガスが大気中に放出される放出口42が二つ設けられている。   The fuel cell system according to the present embodiment is characterized by the configuration of the tail pipe 4 for releasing the cathode off-gas into the atmosphere. A cooling device 6 is attached to the tail pipe 4, and a gas-liquid separator 8 is attached downstream of the cooling device 6 and upstream of the muffler 10. The downstream end of the tail pipe 4 is bifurcated, and two discharge ports 42 through which the cathode off gas is discharged into the atmosphere are provided.

冷却装置6はペルチェ素子62をテールパイプ4の周囲に巻き付けて構成されており、制御装置64からペルチェ素子62への電力の供給によってテールパイプ4の中を流れるカソードオフガスを冷却するようになっている。ペルチェ素子62によるカソードオフガスの冷却温度は制御装置64によって制御されるようになっており、制御装置64は、大気温度以下までカソードオフガスを冷却するようペルチェ素子62の冷却温度を制御している。冷却装置6によって冷却されることで、カソードオフガスに含まれる水蒸気は凝縮して液滴になる。この液滴は冷却装置6の下流に取り付けられた気液分離器8によって回収され、カソードオフガスのみが気液分離器8の下流に配置されたマフラー10を通って各放出口42から大気中に放出されるようになっている。   The cooling device 6 is configured by winding a Peltier element 62 around the tail pipe 4, and cools the cathode off-gas flowing in the tail pipe 4 by supplying power from the control device 64 to the Peltier element 62. Yes. The cooling temperature of the cathode offgas by the Peltier element 62 is controlled by the control device 64, and the control device 64 controls the cooling temperature of the Peltier element 62 so as to cool the cathode offgas to the atmospheric temperature or lower. By being cooled by the cooling device 6, the water vapor contained in the cathode off-gas is condensed into droplets. The droplets are collected by a gas-liquid separator 8 attached downstream of the cooling device 6, and only the cathode off-gas passes through the muffler 10 arranged downstream of the gas-liquid separator 8 and enters the atmosphere from each discharge port 42. To be released.

本実施形態にかかる燃料電池システムによれば、カソードオフガスは冷却装置6によって大気温度以下まで冷却されるので、カソードオフガスが大気中に放出された際に大気温度とオフガスとの温度差によってカソードオフガス中に残存している水蒸気が凝縮して水蒸気白煙が発生することは防止される。また、一旦、大気温度以下まで冷却されることでカソードオフガスの露点は大気温度以下まで低下する。そして、冷却によりカソードオフガス中の水蒸気が凝縮した液滴は気液分離器8によって回収されることから、冷却後にカソードオフガスの温度が上昇したとしても、カソードオフガス中の水蒸気量が増加して露点が再び大気温度よりも高くなることは防止される。したがって、仮に大気中に放出されるまでにカソードオフガスの温度が大気温度よりも上昇したとしても、大気温度との温度差によって水蒸気白煙が発生することはない。   According to the fuel cell system according to the present embodiment, the cathode offgas is cooled to the atmospheric temperature or lower by the cooling device 6, and therefore, when the cathode offgas is released into the atmosphere, the cathode offgas is caused by the temperature difference between the atmospheric temperature and the offgas. It is prevented that the water vapor | steam which remains in it condenses and water vapor | steam white smoke is generated. In addition, once the cathode off-gas dew point is cooled to the atmospheric temperature or lower, the dew point of the cathode off gas is lowered to the atmospheric temperature or lower. The droplets in which the water vapor in the cathode off gas is condensed by cooling are collected by the gas-liquid separator 8, so that even if the temperature of the cathode off gas increases after cooling, the amount of water vapor in the cathode off gas increases and the dew point is increased. Is prevented from becoming higher than the atmospheric temperature again. Therefore, even if the cathode offgas temperature rises above the atmospheric temperature before being released into the atmosphere, steam white smoke is not generated due to the temperature difference from the atmospheric temperature.

また、本実施形態にかかる燃料電池システムによれば、カソードオフガスが二つの放出口42から分散して放出されることから、万が一、水蒸気白煙が発生した場合でも認知されにくくすることができる。水蒸気白煙は空気中の水分が光の透過を遮ることにより外部から認知されるが、二つの放出口42から分散して放出されることで水蒸気白煙は空気中に速やかに拡散され、これにより光が透りやすくなって外部から認知しづらくなるのである。   Further, according to the fuel cell system according to the present embodiment, the cathode off-gas is dispersed and discharged from the two discharge ports 42, so that it is difficult to recognize even when steam white smoke is generated. Water vapor white smoke is recognized from the outside when moisture in the air blocks light transmission. However, water vapor white smoke is quickly diffused into the air by being dispersed and emitted from the two discharge ports 42. This makes it easier for light to pass through and is difficult to recognize from the outside.

なお、上述の実施の形態では、ペルチェ素子62をテールパイプ4の周囲に巻き付けているが、図2A,図2B,図2Cに示すような構成をとることもできる。図2Aに示す構成では、テールパイプ4の周囲にペルチェ素子65を巻き付けるとともに、カソードオフガスの熱を効率よくペルチェ素子65に伝熱すべく、テールパイプ4の内部に伝熱用の金属板66を取り付けている。図2Bに示す構成では、テールパイプ4の内面に沿ってペルチェ素子67を取り付けることで、カソードオフガスから直接に吸熱できるようにしている。また、図2Cに示す構成では、テールパイプ4の内部に波状に成形した複数のペルチェ素子68を取り付けることで、カソードオフガスとペルチェ素子68との間で大きな接触面積が得られるようにしている。   In the above-described embodiment, the Peltier element 62 is wound around the tail pipe 4, but it is also possible to adopt a configuration as shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C. In the configuration shown in FIG. 2A, a Peltier element 65 is wound around the tail pipe 4 and a heat transfer metal plate 66 is provided inside the tail pipe 4 in order to efficiently transfer the heat of the cathode off gas to the Peltier element 65. It is attached. In the configuration shown in FIG. 2B, the Peltier element 67 is attached along the inner surface of the tail pipe 4 so that heat can be directly absorbed from the cathode off gas. Further, in the configuration shown in FIG. 2C, a large contact area is obtained between the cathode off-gas and the Peltier element 68 by attaching a plurality of Peltier elements 68 formed in a wave shape inside the tail pipe 4.

また、上述の実施の形態では、テールパイプ4の下流端を二股に形成して二つの放出口42を設けているが、図3A,図3Bに示すような構成をとることもできる。図3Aに示す構成では、テールパイプ4の下流端に設けられた放出口44とは別にテールパイプ4の側面に複数の放出口45を例えばパンチングにより開けることで、これら放出口44,45からカソードオフガスを分散して放出できるようにしている。図3Bに示す構成では、テールパイプ4の側面に複数の分岐パイプ46を取り付けることで、テールパイプ4の下流端に設けられた放出口44と分岐パイプ46の先端の放出口47とからカソードオフガスを分散して放出できるようにしている。   Further, in the above-described embodiment, the downstream end of the tail pipe 4 is formed in a bifurcated manner and the two discharge ports 42 are provided. However, the configuration shown in FIGS. 3A and 3B can be adopted. In the configuration shown in FIG. 3A, a plurality of discharge ports 45 are opened on the side surface of the tail pipe 4 separately from the discharge ports 44 provided at the downstream end of the tail pipe 4, for example, by punching. The off-gas can be dispersed and released. In the configuration shown in FIG. 3B, by attaching a plurality of branch pipes 46 to the side surface of the tail pipe 4, the cathode off-gas is emitted from the discharge port 44 provided at the downstream end of the tail pipe 4 and the discharge port 47 at the tip of the branch pipe 46. Can be dispersed and released.

実施の形態2.
次に、図4を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
上述の実施の形態1では、ペルチェ素子を用いてカソードオフガスを冷却しているが、本実施形態では、従来、燃料電池システムに備えられている構成を利用してカソードオフガスを冷却するようにしている。図4は、本発明の実施の形態2としての燃料電池システムの要部を示す概略図である。図4中、実施の形態1と同一の部位については同一の符号を付している。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment described above, the cathode offgas is cooled using the Peltier element. However, in this embodiment, the cathode offgas is conventionally cooled using the configuration provided in the fuel cell system. Yes. FIG. 4 is a schematic diagram showing a main part of a fuel cell system as Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 4, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

本実施形態にかかる燃料電池システムでは、燃料電池スタックへの燃料ガスの供給は、車両に搭載されている水素タンク12から行われる。水素タンク12には水素が圧縮された状態で収容されている。水素タンク12は水素管14によって燃料電池スタックのアノードガス流路に接続され、燃料電池スタック2の発電負荷に応じた流量の水素が水素タンク12から供給されるようになっている。   In the fuel cell system according to the present embodiment, the fuel gas is supplied to the fuel cell stack from the hydrogen tank 12 mounted on the vehicle. Hydrogen is stored in the hydrogen tank 12 in a compressed state. The hydrogen tank 12 is connected to the anode gas flow path of the fuel cell stack by a hydrogen pipe 14, and hydrogen having a flow rate corresponding to the power generation load of the fuel cell stack 2 is supplied from the hydrogen tank 12.

水素タンク12に収容されている水素は極めて低温であるが、燃料電池スタックに供給する前にはある程度の温度まで暖めてやる必要がある。そこで、本実施形態にかかる燃料電池システムでは、テールパイプ4内に水素管14の一部14aを通すことで、テールパイプ4内を流れるカソードオフガスと水素管14を流れる水素管との間で熱交換を行わせるようにしている。水素管14のテールパイプ4内を通る部分14aが熱交換部となり、熱交換部14aでの熱交換によって水素は加熱されて温度が上昇し、カソードオフガスは冷却されて温度が低下する。   Although hydrogen stored in the hydrogen tank 12 is extremely low in temperature, it needs to be heated to a certain temperature before being supplied to the fuel cell stack. Therefore, in the fuel cell system according to the present embodiment, by passing a part 14 a of the hydrogen pipe 14 through the tail pipe 4, heat is generated between the cathode off-gas flowing through the tail pipe 4 and the hydrogen pipe flowing through the hydrogen pipe 14. The exchange is made to be performed. A portion 14a passing through the tail pipe 4 of the hydrogen pipe 14 serves as a heat exchanging portion, and the heat exchange at the heat exchanging portion 14a heats the hydrogen and raises the temperature.

以上のように、本実施形態にかかる燃料電池システムによれば、水素の昇温とカソードオフガスの冷却とを効率よく行うことができる。なお、水蒸気白煙の発生を防止するためには、カソードオフガスを大気温度以下まで冷却する必要がある。本実施形態の燃料電池システムでは、水素管14の熱交換部14aの表面積を変えることでカソードオフガスの冷却温度を調節することができる。熱交換部14aの具体的な表面積は、燃料電池システムが搭載される燃料電池自動車の使用環境を考慮して決めればよい。   As described above, according to the fuel cell system of the present embodiment, it is possible to efficiently raise the temperature of hydrogen and cool the cathode offgas. In addition, in order to prevent generation | occurrence | production of water vapor | steam white smoke, it is necessary to cool cathode offgas to below atmospheric temperature. In the fuel cell system of the present embodiment, the cathode offgas cooling temperature can be adjusted by changing the surface area of the heat exchange part 14a of the hydrogen pipe 14. The specific surface area of the heat exchange unit 14a may be determined in consideration of the use environment of the fuel cell vehicle on which the fuel cell system is mounted.

なお、上述の実施の形態では、テールパイプ4内に水素管14の一部14aを通しているが、テールパイプ14の側面に水素管14を密着させるようにしてもよい。ただし、この場合もカソードオフガスを大気温度以下まで冷却できるように、燃料電池自動車の使用環境を考慮して水素管14とテールパイプ4との密着面積を決める必要がある。   In the above-described embodiment, a part 14 a of the hydrogen pipe 14 is passed through the tail pipe 4, but the hydrogen pipe 14 may be in close contact with the side surface of the tail pipe 14. However, also in this case, it is necessary to determine the contact area between the hydrogen pipe 14 and the tail pipe 4 in consideration of the use environment of the fuel cell vehicle so that the cathode off gas can be cooled to the atmospheric temperature or lower.

また、上述の実施の形態では、カソードオフガスを冷却するための冷却系以外の構成については説明を省略しているが、冷却系以外の構成は実施の形態1で説明した構成を採用することができる。つまり、テールパイプ4の熱交換部14aの下流に気液分離器を取り付けたり、テールパイプ4に複数の放出口を設けたりすることができる。   In the above-described embodiment, the description of the configuration other than the cooling system for cooling the cathode off gas is omitted, but the configuration described in the first embodiment may be adopted for the configuration other than the cooling system. it can. That is, a gas-liquid separator can be attached downstream of the heat exchange part 14a of the tail pipe 4, or a plurality of discharge ports can be provided in the tail pipe 4.

実施の形態3.
次に、図5を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
本実施形態では、従来、自動車に備えられている構成を利用してカソードオフガスを冷却するようにしている。図5は、本発明の実施の形態3としての燃料電池システムの要部を示す概略概略図である。図5中、実施の形態1と同一の部位については同一の符号を付している。
Embodiment 3 FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, the cathode offgas is cooled using a configuration conventionally provided in an automobile. FIG. 5 is a schematic diagram showing a main part of a fuel cell system as Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 5, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

自動車には、車室内の空調のためのエアコンが備えられている。燃料電池自動車においても同様であり、車室にはエアコンの室内機が配置され、車室外にはコンプレッサが配置されている。コンプレッサと室内機との間では冷媒が循環しているが、本実施形態にかかる燃料電池システムでは、冷媒とカソードオフガスとの間で熱交換を行わせるようにしている。具体的には、図5に示すようにテールパイプ4の周囲を包むように円筒管16を設け、この円筒管16の内部にエアコンの冷媒を通すようにしている。円筒管16が熱交換器となり、円筒管16での熱交換によってカソードオフガスは冷却されて温度が低下する。なお、水蒸気白煙の発生を防止するためには、カソードオフガスを大気温度以下まで冷却する必要がある。本実施形態の燃料電池システムでは、円筒管16の長さを変えることでカソードオフガスの冷却温度を調節することができる。円筒管16の具体的な長さは、燃料電池システムが搭載される燃料電池自動車の使用環境を考慮して決めればよい。   The automobile is provided with an air conditioner for air conditioning in the passenger compartment. The same applies to a fuel cell vehicle, in which an air conditioner indoor unit is arranged in the passenger compartment and a compressor is arranged outside the passenger compartment. The refrigerant circulates between the compressor and the indoor unit. However, in the fuel cell system according to the present embodiment, heat exchange is performed between the refrigerant and the cathode off gas. Specifically, as shown in FIG. 5, a cylindrical tube 16 is provided so as to wrap around the tail pipe 4, and the refrigerant of the air conditioner is passed through the cylindrical tube 16. The cylindrical tube 16 serves as a heat exchanger, and the cathode offgas is cooled by the heat exchange in the cylindrical tube 16 and the temperature is lowered. In addition, in order to prevent generation | occurrence | production of water vapor | steam white smoke, it is necessary to cool cathode offgas to below atmospheric temperature. In the fuel cell system of this embodiment, the cooling temperature of the cathode offgas can be adjusted by changing the length of the cylindrical tube 16. The specific length of the cylindrical tube 16 may be determined in consideration of the use environment of the fuel cell vehicle on which the fuel cell system is mounted.

なお、上述の実施の形態では、テールパイプ4の外部からカソードオフガスを冷却しているが、冷媒が流れる冷媒管の一部をテールパイプ4内に通すことでテールパイプ4の内部においてカソードオフガスを冷却するようにしてもよい。ただし、この場合もカソードオフガスを大気温度以下まで冷却できるように、燃料電池自動車の使用環境を考慮してテールパイプ4内を通す冷媒管の長さを決める必要がある。   In the above-described embodiment, the cathode offgas is cooled from the outside of the tail pipe 4, but the cathode offgas is passed inside the tail pipe 4 by passing a part of the refrigerant pipe through which the refrigerant flows into the tail pipe 4. You may make it cool. However, also in this case, it is necessary to determine the length of the refrigerant pipe passing through the tail pipe 4 in consideration of the use environment of the fuel cell vehicle so that the cathode off gas can be cooled to the atmospheric temperature or lower.

また、上述の実施の形態では、カソードオフガスを冷却するための冷却系以外の構成については説明を省略しているが、冷却系以外の構成は実施の形態1で説明した構成を採用することができる。つまり、円筒管16の下流に気液分離器を取り付けたり、テールパイプ4に複数の放出口を設けたりすることができる。   In the above-described embodiment, the description of the configuration other than the cooling system for cooling the cathode off gas is omitted, but the configuration described in the first embodiment may be adopted for the configuration other than the cooling system. it can. That is, a gas-liquid separator can be attached downstream of the cylindrical tube 16, or a plurality of discharge ports can be provided in the tail pipe 4.

その他.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、カソードオフガスを冷却するための手段としては、ペルチェ素子、水素タンクからの水素、エアコンの冷媒に限定されず、カソードオフガスを大気温度以下まで冷却することができるものであれば、これらに限定されない。
Others.
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the means for cooling the cathode offgas is not limited to Peltier elements, hydrogen from a hydrogen tank, and air conditioner refrigerant, as long as the cathode offgas can be cooled to an atmospheric temperature or lower. Not.

また、上述の実施の形態では、カソードオフガスを大気中へ放出するときの水蒸気白煙の発生を防止するための手段として本発明を用いているが、本発明の用途はこれに限定されるものではない。カソードで生成された水分が電解質膜を透過してアノードに移動することで、アノードから排出されるアノードオフガスにも水蒸気が含まれる場合がある。また、改質器によって炭化水素原料を改質して水素を得る場合、改質ガス中には水蒸気が含まれるため、アノードから排出されるアノードオフガスにも水蒸気が含まれている。このような場合においても本発明を適用することで、アノードオフガスを大気中へ放出するときの水蒸気白煙の発生を防止することが可能になる。   Further, in the above-described embodiment, the present invention is used as a means for preventing the generation of white water vapor when the cathode off gas is released into the atmosphere, but the application of the present invention is limited to this. is not. In some cases, water generated at the cathode permeates the electrolyte membrane and moves to the anode, so that the anode off-gas discharged from the anode may also contain water vapor. When hydrogen is obtained by reforming a hydrocarbon raw material with a reformer, since the reformed gas contains water vapor, the off-gas discharged from the anode also contains water vapor. Even in such a case, by applying the present invention, it becomes possible to prevent generation of water vapor white smoke when the anode off-gas is discharged into the atmosphere.

本発明の実施の形態1としての燃料電池システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the fuel cell system as Embodiment 1 of this invention. ペルチェ素子を用いた冷却装置の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the cooling device using a Peltier device. ペルチェ素子を用いた冷却装置の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the cooling device using a Peltier device. ペルチェ素子を用いた冷却装置の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the cooling device using a Peltier device. テールパイプに設けられる放出口の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the discharge port provided in a tail pipe. テールパイプに設けられる放出口の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the discharge port provided in a tail pipe. 本発明の実施の形態2としての燃料電池システムの要部の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the principal part of the fuel cell system as Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3としての燃料電池システムの要部の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the principal part of the fuel cell system as Embodiment 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

2 燃料電池スタック
4 テールパイプ
42,44,45,47 放出口
46 分岐パイプ
6 冷却装置
62,65,67,68 ペルチェ素子
64 制御装置
66 伝熱用金属板
8 気液分離器
10 マフラー
12 水素タンク
14 水素管
14a 熱交換部
16 円筒管
2 Fuel cell stack 4 Tail pipes 42, 44, 45, 47 Discharge port 46 Branch pipe 6 Cooling devices 62, 65, 67, 68 Peltier device 64 Control device 66 Metal plate for heat transfer 8 Gas-liquid separator 10 Muffler 12 Hydrogen tank 14 Hydrogen pipe 14a Heat exchange part 16 Cylindrical pipe

Claims (6)

水素と酸素の供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出されるオフガスを大気中へ放出するためのオフガス放出流路とを有する燃料電池システムにおいて、
前記オフガス放出流路にオフガスを大気温度以下まで冷却する冷却手段が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
In a fuel cell system having a fuel cell that generates power by receiving supply of hydrogen and oxygen, and an off-gas discharge channel for releasing off-gas discharged from the fuel cell into the atmosphere,
A fuel cell system, characterized in that a cooling means for cooling off-gas to an atmospheric temperature or lower is provided in the off-gas discharge channel.
前記オフガス放出流路には複数の放出口が設けられていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the off-gas discharge channel is provided with a plurality of discharge ports. 前記冷却手段はペルチェ素子であることを特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the cooling means is a Peltier element. 前記冷却手段は高圧水素タンクから前記燃料電池に供給される水素とオフガスとの間で熱交換を行わせる熱交換手段であることを特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the cooling unit is a heat exchange unit that exchanges heat between hydrogen and off-gas supplied from the high-pressure hydrogen tank to the fuel cell. 4. 前記冷却手段はエアコンの冷媒とオフガスとの間で熱交換を行わせる熱交換手段であることを特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the cooling unit is a heat exchange unit that exchanges heat between a refrigerant of an air conditioner and off-gas. 前記オフガス放出流路は前記燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガスの放出流路であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の燃料電池システム。
6. The fuel cell system according to claim 1, wherein the off-gas discharge channel is a discharge channel of a cathode off-gas discharged from a cathode of the fuel cell.
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