JP2006310110A - 車載燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】十分な量の水を回収することができるようにする。
【解決手段】燃料電池スタック１１と、燃料電池スタック１１から排出され、空気及び蒸気から成る混合流を受け、蒸気を凝縮させて水にする凝縮器３１と、燃料電池スタック１１と凝縮器３１との間を接続し、燃料電池スタック１１から排出された混合流を凝縮器３１に供給するための排出路３０と、凝縮器３１において空気から分離させられた水を回収するための水回収路５９ａとを有する。凝縮器３１は、水を水回収路５９ａに案内する案内部を備える。水が案内部によって水回収路５９ａに案内されることにより、空気及び蒸気と水とを完全に分離させることができるので、空気及び蒸気の動圧が水に加わることがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載燃料電池システムに関するものである。

従来、燃料電池を搭載した車両（以下「燃料電池搭載車両」という。）においては、積層型の燃料電池によって発生させられた電力を電流として駆動モータに供給し、該駆動モータを駆動することによってトルクを発生させるようにしている。

そのために、前記燃料電池搭載車両に車載燃料電池システムが配設され、該車載燃料電池システムは、高圧水素が液体水素として貯蔵された燃料タンク、該燃料タンクから水素ガスが供給されるとともに空気が供給され、前記燃料電池を構成する燃料電池スタック、該燃料電池スタックから排出された空気、蒸気及び水から成る混合流中の蒸気を凝縮させる凝縮器等を備える。前記燃料電池スタックは、上端部に空気を供給するための供給マニホルドを、下端部に混合流を排出する排出マニホルドを備える。

そして、前記燃料電池スタックにおいては、スタックケース内にモジュールが収容され、該モジュールにおいて、前記水素ガスの水素と空気中の酸素とが反応させられて水が生成されるとともに、反応に伴って電流が発生させられる。そのために、前記モジュールは、燃料電池の要素を構成する複数の単位セルを互いに電気的に直列に接続することによって構成された集合体から成り、前記各単位セルは、電解質膜を挟んで空気極及び燃料極を配設することによって形成されたメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ（ＭＥＡ）、並びに隣接する単位セルのメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ間を分離し、前記空気極に臨ませて空気流路を、前記燃料極に臨ませて燃料流路を形成するセパレータを備える。

ところで、前記燃料電池スタックにおいて、水素と酸素とが反応する際に熱が発生する。そこで、前記供給マニホルド内に水を噴射する噴射装置（インジェクタ）を配設し、該噴射装置によって水を霧状にして前記モジュールに噴射し、前記各空気流路に供給し、前記燃料電池スタックを冷却し、さらに、前記空気極及び電解質膜に対する水の供給を同時に行うようにしている。

前記水は、空気と共に前記空気流路を下方に向けて流れ、その間に周囲の空気、空気極の表面、電解質膜の表面等から熱を奪って蒸発して蒸気となり、該蒸気によって蒸発潜熱による冷却、すなわち、潜熱冷却が行われる。前記燃料電池スタックから排出された混合流のうちの空気及び蒸気は、排出路を通って凝縮器に送られ、該凝縮器において蒸気は凝縮させられて水になる。そして、空気から分離させられた水は、回収されて水タンクに蓄えられた後、前記噴射装置に送られ、空気は凝縮器から大気中に排出される（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−２８８４９６号公報

しかしながら、前記従来の車載燃料電池システムにおいて、凝縮器内の水は、重力によって下方に移動させられて前記水タンクに送られるようになっているが、前記空気が凝縮器から排出されるのに伴って、空気の動圧が水に加わり、水の一部が空気と共に霧状になって大気中に排出されてしまう。その結果、十分な量の水を回収することができなくなってしまう。

本発明は、前記従来の車載燃料電池システムの問題点を解決して、十分な量の水を回収することができるようにした車載燃料電池システムを提供することを目的とする。

そのために、本発明の車載燃料電池システムにおいては、燃料電池スタックと、該燃料電池スタックから排出され、空気及び蒸気から成る混合流を受け、蒸気を凝縮させて水にする凝縮器と、前記燃料電池スタックと凝縮器との間を接続し、前記燃料電池スタックから排出された混合流を凝縮器に供給するための排出路と、前記凝縮器において空気から分離させられた水を回収するための水回収路とを有する。

そして、前記凝縮器は、前記水を水回収路に案内する案内部を備える。

本発明の他の車載燃料電池システムにおいては、さらに、前記排出路及び水回収路は、搬送路を中仕切りによって区画されることにより形成される。

本発明の更に他の車載燃料電池システムにおいては、さらに、前記排出路及び水回収路は、前記案内部と隣接する端部で連通させられる。

本発明の更に他の車載燃料電池システムにおいては、さらに、前記排出路及び水回収路は、燃料電池スタックと隣接する端部で連通させられる。

本発明の更に他の車載燃料電池システムにおいては、さらに、前記案内部は、凝縮器の下端に形成された傾斜部である。

本発明の更に他の車載燃料電池システムにおいては、さらに、前記水回収路は、回収された水を水タンクに送るための供給路と接続される。

本発明によれば、車載燃料電池システムにおいては、燃料電池スタックと、該燃料電池スタックから排出され、空気及び蒸気から成る混合流を受け、蒸気を凝縮させて水にする凝縮器と、前記燃料電池スタックと凝縮器との間を接続し、前記燃料電池スタックから排出された混合流を凝縮器に供給するための排出路と、前記凝縮器において空気から分離させられた水を回収するための水回収路とを有する。

そして、前記凝縮器は、前記水を水回収路に案内する案内部を備える。

この場合、前記水が案内部によって水回収路に案内されることにより、空気及び蒸気と水とを完全に分離させることができるので、空気及び蒸気の動圧が水に加わることがない。したがって、水の一部が空気と共に霧状になって凝縮器から大気中に排出されるのを防止することができるので、十分な量の水を回収することができる。

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。

図１は本発明の実施の形態における車載燃料電池システムを示す概念図である。

図において、１１は積層型の燃料電池、本実施の形態においては、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）を構成する燃料電池スタックであり、該燃料電池スタック１１は、乗用車、バス、トラック、乗用カート、荷物用カート等の車両に、エネルギー供給源として搭載される。この場合、車両は、照明装置、ラジオ、パワーウインドウ等のように、車両を停車させている間においても電気エネルギーを消費する補機類を複数備えていて、しかも、多様な走行パターンで走行させられることが多い。そこで、エネルギー供給源として、燃料電池スタック１１のほかに、補助蓄電装置としての２次電池、キャパシタ（コンデンサ）等を併せて車両に搭載するのが好ましい。

また、１２は前記燃料電池スタック１１に媒体としての、かつ、酸化剤としての空気を供給するための媒体供給系としての空気供給系、１３は前記燃料電池スタック１１から排出された空気、蒸気及び水から成る混合流を排出するための混合流排出系、１４は前記燃料電池スタック１１に燃料としての水素ガスを供給するための燃料供給系としての水素ガス供給系、１６は前記燃料電池スタック１１に水を供給するための冷却媒体機器部としての水供給系である。前記燃料電池スタック１１、空気供給系１２、混合流排出系１３、水素ガス供給系１４及び水供給系１６によって車載燃料電池システムが構成される。

本実施の形態においては、燃料電池として固体高分子型燃料電池が使用されるようになっているが、該固体高分子型燃料電池に代えて、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）、ヒドラジン型燃料電池、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）等を使用することもできる。

前記燃料電池スタック１１は、筐（きょう）体としてのスタックケース、及び該スタックケース内に収容されたスタックユニット１１ａを備える。そして、該スタックユニット１１ａは、図示されない複数のモジュール、該各モジュールを挟んで配設され、燃料電池スタック１１の端子を構成する一対の図示されないターミナル、並びに前記モジュール及びターミナルを挟んで配設され、絶縁材料によって形成された図示されないインシュレータを備える。

ところで、前記各モジュールにおいて、前記水素ガス供給系１４によって供給された水素ガスの水素と、前記空気供給系１２によって供給された空気に含まれる酸素とが反応させられて水が生成されるとともに、反応に伴って電流が発生させられる。そのために、前記モジュールは、燃料電池スタック１１の要素を構成する複数の薄い膜状の単位セルを積層し、互いに電気的に直列に接続することによって構成された集合体から成る。

前記各単位セルは、固体高分子から成り、イオン、本実施の形態においては、水素イオンを透過する固体電解質としての電解質膜を挟んで、拡散層から成る空気極、及び反応層から成る燃料極（水素極）を配設することによって形成されたメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ、並びに隣接する単位セルのメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ間を分離し、前記空気極に臨ませて空気流路を、前記燃料極に臨ませて燃料流路を形成するセパレータを備える。

前記空気極及び燃料極における電解質膜と接触する面には、水素と酸素との反応を促進するために、カーボンに、白金系触媒及び固体高分子を混合してペースト状とした物質がある程度の厚さで均一に分散させられ、触媒層が形成される。なお、前記空気極に代えて酸素極を使用し、媒体としての、かつ、酸化剤としての純酸素を燃料電池スタック１１に供給することもできる。

前記スタックケース内には、前記スタックユニット１１ａより上方に、空気供給系１２から供給された空気を各空気極に供給し、分配するための、第１のマニホルドとしての供給マニホルド２２が、スタックユニット１１ａより下方に、空気極内の混合流を集め、混合流排出系１３に排出するための、第２のマニホルドとしての排出マニホルド２３が形成される。前記供給マニホルド２２及び排出マニホルド２３は、前記空気流路と連通させられる。そのために、前記セパレータにおける空気極と面する側には、垂直方向に延びる複数の溝が形成され、各溝によって前記空気流路が構成される。

また、前記セパレータにおける燃料極と面する側は、全周が、隣接するメンブレン・エレクトロード・アッセンブリに対して接着剤によって接着され、シールされる。したがって、シールされた部分の内側には、マトリックス状に突出させて複数の突起が形成され、各突起間に、燃料極に水素ガスを供給するための複数の水平な燃料流路が形成される。なお、７１は燃料電池スタック１１の起電圧を検出する複数の電圧検出部としての電圧センサ（Ｖ）である。

前記空気供給系１２は、供給マニホルド２２に空気を供給するための供給路２０、該供給路２０に配設された酸化剤供給装置としてのシロッコファン等から成るファン２１、該ファン２１によって吸引される空気を濾（ろ）過するフィルタ２４等を備える。前記酸化剤供給装置として、ファン２１に代えて空気ボンベ、空気タンク、酸素ボンベ、酸素タンク等を使用することができる。

また、前記混合流排出系１３は、排出マニホルド２３から排出された混合流のうちの空気及び蒸気を排出するための排出路３０、該排出路３０に接続された回収部材としての凝縮器３１、空気の温度を検出する温度検出部としての温度センサ（Ｔ）３２等を備える。

前記水素ガス供給系１４は、高圧水素が液体水素として貯蔵された燃料供給装置としての燃料タンク４１、該燃料タンク４１に接続され、燃料タンク４１内から排出された水素ガスを燃料電池スタック１１に供給するための第１の燃料供給路５１、該第１の燃料供給路５１と前記燃料電池スタック１１との間を接続する第２の燃料供給路５２、該第２の燃料供給路５２と並列に形成され、第１の燃料供給路５１と前記燃料電池スタック１１との間を接続し、水素ガスを帰還させる燃料帰還路５３、該燃料帰還路５３に接続され、水素ガスを排出する燃料排出路５４等を備える。

そして、前記第１の燃料供給路５１に、燃料タンク４１側から燃料電池スタック１１側にかけて、第１の燃料供給路５１に排出された水素ガスの圧力（一次圧力）を検出する第１の圧力検出器としての水素ガス圧センサ（Ｐ）４２、前記第１の燃料供給路５１に排出された水素ガスの圧力を調整する第１の燃料供給圧調整部としての調圧弁４３Ａ、燃料電池スタック１１への水素ガスの供給量を調整する第１の燃料供給量調整部としての開閉弁４４Ａ、前記調圧弁４３Ａによって調整された水素ガスの圧力を更に調整する第２の燃料供給圧調整部としての調圧弁４３Ｂ、前記開閉弁４４Ａによって調整された水素ガスの供給量を更に調整する第２の燃料供給量調整部としての開閉弁４４Ｂ、及び該開閉弁４４Ｂによって調整され、燃料電池スタック１１に供給される直前の水素ガスの圧力（二次圧力）を検出する第２の圧力検出器としての水素ガス圧センサ（Ｐ）４５が配設される。

前記開閉弁４４Ａ、４４Ｂは、水素ガスの供給量を調整するだけでなく、燃料電池スタック１１への水素ガスの供給を行ったり、遮断したりする。なお、前記調圧弁４３Ａ、４３Ｂは、水素ガスの圧力を段階的に低くするために配設されるが、調圧弁を必要に応じて三つ以上配設することができる。

また、燃料帰還路５３には、燃料電池スタック１１側から燃料タンク４１側にかけて、燃料濃度検出部としての水素濃度センサ（Ｃ）４６、吸引ポンプ４７及び逆止弁４８が配設され、該逆止弁４８と前記第１の燃料供給路５１とが接続される。前記逆止弁４８は、吸引ポンプ４７側から水素ガス圧センサ４５側に水素ガスが流れるのを許容し、水素ガス圧センサ４５側から吸引ポンプ４７側に水素ガスが流れるのを阻止する。

そして、前記燃料帰還路５３における吸引ポンプ４７と逆止弁４８との間に前記燃料排出路５４が接続され、該燃料排出路５４に、燃料帰還路５３側から順に、逆止弁５５及び排出電磁弁５６が配設される。前記逆止弁５５は、吸引ポンプ４７側から排出電磁弁５６側に水素ガスが流れるのを許容し、排出電磁弁５６側から吸引ポンプ４７側に水素ガスが流れるのを阻止する。

なお、燃料供給装置として、前記燃料タンク４１に代えて、水素ガスが充填（てん）された水素吸蔵合金を収容する水素吸蔵合金タンクを使用することができる。その場合、前記水素吸蔵合金は、常温下で水素ガスを放出し、低温下で水素ガスを吸蔵する性質を有するので、調圧弁４３Ａ、４３Ｂの開度を変えるだけで水素ガスの圧力を調整することができる。なお、寒冷地においては、燃料電池搭載車両が極めて低温の環境に置かれることになるので、水素吸蔵合金は水素ガスを放出しなくなる。そこで、外気の温度が設定値より低くなると、図示されない加熱部としてのヒータが通電され、水素吸蔵合金が加熱される。

なお、改質装置によってメタノール、ガソリン等を改質して水素ガスを生成し、供給することもできるが、燃料電池搭載車両の高負荷運転時にも安定して十分な量の水素ガスを供給することができるようにするためには、前記燃料タンク４１を使用するのが好ましい。

また、前記水供給系１６は、水供給源としての水タンク６１、水供給装置としてのポンプ６２、空気極冷却装置としての噴射装置（インジェクタ）６３、前記水タンク６１から排出された水を噴射装置６３に供給するための供給路６０、排出マニホルド２３の下部に溜（た）まり、排出マニホルド２３から排出された水、及び凝縮器３１において分離させられた水を回収し、水タンク６１に供給するための水帰還路５９、回収された水を水タンク６１に供給する水回収ポンプ６５、並びに水回収ポンプ６５と水タンク６１との間に配設された逆止弁６６を備える。該逆止弁６６は、水回収ポンプ６５側から水タンク６１側に水が流れるのを許容し、水タンク６１側から水回収ポンプ６５側に水が流れるのを阻止する。なお、前記水帰還路５９は、凝縮器３１と水回収ポンプ６５との間に配設され、凝縮器３１から排出された水を回収するための水回収路としての回収路５９ａ、及び水回収ポンプ６５と水タンク６１との間に配設され、回収された水を帰還させ、水タンク６１に供給するための供給路５９ｂを備える。

なお、前記凝縮器３１に凝縮促進部材として図示されない冷却ファンが配設され、該冷却ファンを作動させて冷却媒体としての冷却空気を凝縮器３１に供給し、該凝縮器３１を冷却する。また、前記冷却ファンの回転速度を高くし、送風量を多くすることによって、蒸気の凝縮量を多くすることができる。

前記水タンク６１には、水位検出部としての水位センサ（Ｌ）６４が配設され、該水位センサ６４によって水タンク６１内の水の量を表す水位が検出される。そして、水位があらかじめ設定された下限値以下になると、通知部材としての図示されないアラームが点滅し、水が不足していることをオペレータに通知する。この場合、オペレータは、例えば、前記冷却ファンの回転速度を高くすることによって凝縮器３１の能力を高くし、水の回収量を多くする。

なお、水位があらかじめ設定された上限値以上になったときに、水が過剰であることをオペレータに通知することもできる。その場合、オペレータは、例えば、前記冷却ファンの回転速度を低くすることによって凝縮器３１の能力を低くし、水の回収量を少なくする。なお、前記水位センサ６４及び冷却ファンは図示されない制御装置に接続されるので、該制御装置によって水位センサ６４によって検出された水位に対応させて自動的に冷却ファンの回転速度を変更することもできる。

なお、本実施の形態において、前記制御装置は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算装置、半導体メモリ等の記憶装置、入出力インタフェース等を備える。そして、前記制御装置に、前記水位センサ６４のほかに、温度センサ３２、水素ガス圧センサ４２、４５、水素濃度センサ４６、電圧センサ７１等の各センサが検出部として接続され、各センサのセンサ出力が制御装置に送られる。また、前記制御装置に、ファン２１、調圧弁４３Ａ、４３Ｂ、開閉弁４４Ａ、４４Ｂ、吸引ポンプ４７、排出電磁弁５６、ポンプ６２、水回収ポンプ６５等の各アクチュエータが接続され、制御装置は、燃料電池搭載車両に加わる負荷を検出するとともに、前記センサ出力に基づいて各アクチュエータの動作を制御する。

次に、前記構成の車載燃料電池システムの動作について説明する。

前記制御装置は、燃料電池搭載車両に加わる負荷に対応させてポンプ６２に印加される電圧を変更し、噴射装置６３に供給される水の圧力を調整する。また、前記制御装置は、ポンプ６２に供給される電流のオン／オフのパルスを制御することによって、水の噴射量を調整することができる。

したがって、燃料タンク４１から水素ガスが排出されると、第１の燃料供給路５１において、水素ガスは、圧力が調圧弁４３Ａ、４３Ｂによって調整され、供給量が開閉弁４４Ａ、４４Ｂによって調整されて第２の燃料供給路５２に送られ、燃料電池スタック１１に供給され、該燃料電池スタック１１内の各燃料流路に分配され、該各燃料流路を流れる。

一方、前記ファン２１を作動させることによって、車外から取り込まれた空気が前記供給マニホルド２２に供給され、各空気流路に分配され、該空気流路を下方に向けて流れる。

ところで、前記空気極はカソードとして、燃料極はアノードとして機能し、空気極に空気を、燃料極に水素ガスを供給し、空気極及び燃料極に前記セパレータを介して負荷装置を接続すると、燃料極において形成される水素イオンが、プロトン（Ｈ⁺ ）の形態で水分を含んだ電解質膜内を空気極側に移動し、空気中の酸素と結合して水を生成する。また、前記燃料極で発生した電子が負荷装置を介して空気極側に移動し、電流が発生する。このように、空気流路内を空気が、燃料流路内を水素ガスが流れると、酸素と水素とが反応して水が生成され、これに伴って電流が発生させられる。

本実施の形態において、前記燃料電池スタック１１は、図示されないインバータに接続され、該インバータは、直流の電流を相電流に変換し、該相電流を駆動部としての図示されない駆動モータに供給し、駆動モータを駆動する。なお、燃料電池スタック１１によって発生させられた電圧は、前記電圧センサ７１によって、燃料電池スタック１１によって発生させられた電流は、電流検出部としての図示されない電流センサによって検出される。

ところで、前記水素と酸素とが反応する際に熱が発生するが、該熱によって燃料電池スタック１１の温度が高くなり過ぎると、電解質膜のプロトンの伝導機能の確保に必要となる水分が放出され、抵抗が大きくなってしまう。そこで、前記マニホールド１４の上端に前記噴射装置６３を配設し、該噴射装置６３からモジュールに向けて、冷却用の水を霧状に噴射するようにしている。

そして、前記水は、空気と共に前記空気流路を下方に向けて流れ、その間に周囲の空気、空気極の表面、電解質膜の表面等から熱を奪って蒸発して蒸気となり、該蒸気によって潜熱冷却が行われ、燃料電池スタック１１が冷却される。さらに、前記蒸気又は蒸気にならない液滴の水は、空気極を通過して電解質膜に供給される。したがって、ファン２１による送風によって電解質膜が必要以上に乾燥するのを防止することができる。

このように、燃料電池スタック１１が冷却されるので、燃料電池スタック１１、特に、空気極及び電解質膜が熱によって破損するのを防止することができるだけでなく、電解質膜において水分が蒸発するのを防止することができる。そして、反応した酸素以外の成分から成る残りの空気、燃料電池スタック１１の冷却に伴って発生した蒸気、及び反応によって生成された水は、混合流として排出マニホルド２３に送られる。

そして、排出マニホルド２３から排出された混合流のうちの空気及び蒸気は、排出路３０を介して凝縮器３１に供給され、蒸気は、凝縮器３１によって凝縮されて水になり、該水は、水帰還路５９を介して水タンク６１に供給され、水タンク６１に蓄えられるとともに、噴射装置６３に供給され、該噴射装置６３からモジュールに向けて噴射される。前記空気は凝縮器３１の外部に排出される。

次に、前記混合流排出系１３の動作について説明する。

図２は本発明の実施の形態における混合流排出系の動作を示す図、図３は本発明の実施の形態における凝縮器の概念図である。

図２において、１１は燃料電池スタックであり、該燃料電池スタック１１は、スタックユニット１１ａ、供給マニホルド２２、排出マニホルド２３等を備える。また、２０は供給路、３０は排出路、３１は凝縮器、５９は水回収路５９ａ及び供給路５９ｂから成る水帰還路、６５は水回収ポンプである。本実施の形態において、前記凝縮器３１は燃料電池スタック１１より上方に配設され、凝縮器３１の下端が燃料電池スタック１１の上端より高くされる。

そして、前記燃料電池スタック１１と凝縮器３１とは、傾斜させて形成された搬送路としての中空のダクト７０によって接続され、該ダクト７０において空気と水とが分離させられて搬送される。そのために、前記ダクト７０内が、延在させて配設された中仕切り７２によって区画され、該中仕切り７２より上側に第１の流路としての上側流路７３が、中仕切り７２より下側に第２の流路としての下側流路７４が互いに隣接させて形成される。そして、上側流路７３によって前記排出路３０が、下側流路７４によって前記水回収路５９ａが構成される。

また、前記上側流路７３と下側流路７４とは、燃料電池スタック１１と隣接する端部、及び凝縮器３１の下端に形成された案内部と隣接する端部において連通させられる。そのために、中仕切り７２の下端に第１の連通部としての連通穴ｈ１が、中仕切り７２の上端に第２の連通部としての連通穴ｈ２が形成される。なお、前記連通穴ｈ１は、排出マニホルド２３と水帰還路５９とも連通させる。

本実施の形態において、車両の前方から取り込まれた空気は、ファン２１（図１）を作動させることによって、矢印ａで示されるように供給路２０に供給され、供給マニホルド２２を介して燃料電池スタック１１に供給される。燃料電池スタック１１から矢印ｂで示されるように排出マニホルド２３に排出された混合流のうちの空気及び蒸気は、矢印ｃに示されるように、排出路３０内を斜め上方に向けて流れ、凝縮器３１に供給される。該凝縮器３１において、空気は矢印ｄで示されるように、凝縮器３１内を上方に流れた後、凝縮器３１の上端から外部に排出され、空気から分離させられた水は、矢印ｅで示されるように、重力によって凝縮器３１内を下方に流れた後、前記案内部によって、矢印ｆで示されるように、水回収路５９ａに向けて案内された後、矢印ｇで示されるように水回収路５９ａ内を斜め下方に向けて流れて回収され、前記水回収路５９ａの下端に送られる。

そして、水回収路５９ａの下端に送られた水は、前記水回収路５９ａの下端に形成された回収室ｐ１に溜められた後、水回収ポンプ６５によって吸引され、供給路５９ｂに送られる。なお、前記回収室ｐ１の底面ｂｔ１と排出マニホルド２３の底面ｂｔ２とが連通穴ｈ１において接続され、しかも、底面ｂｔ１が底面ｂｔ２より低くされる。したがって、燃焼電池スタック１１において生成された水は、排出マニホルド２３の下部に溜められた後、連通穴ｈ１を介して回収室ｐ１に排出され、凝縮器３１から回収された水と合流させられる。なお、凝縮器３１において、冷却空気は矢印ｉで示されるように流れる。

次に、凝縮器３１の構造について説明する。

図３において、前記凝縮器３１は、第１の面としての前面部８１、第２の面としての後面部８２、第３、第４の面としての側面部８３、８４、第５の面としての頂面部８５及び第６の面としての底面部８６を備え、前記頂面部８５が水平に形成されるのに対して、底面部８６は前方から後方にかけて斜め下方に傾斜させられ、傾斜部を形成する。そして、該傾斜部によって前記案内部が構成される。

また、前記凝縮器３１は、上下方向に延在させて互いに平行に配設された複数の仕切りｗによって区画され、第１、第２の区画部８７、８８が交互に、かつ、幅方向において隣接させて形成される。前記第１の区画部８７は、前面部８１及び後面部８２を構成する部位９１で閉鎖され、頂面部８５及び底面部８６を構成する部位９２で開放される。これに対して、前記第２の区画部８８は、前面部８１及び後面部８２を構成する部位９３で開放され、頂面部８５及び底面部８６を構成する部位９４で閉鎖される。

したがって、前記第１の区画部８７によって上下方向に延びる凝縮室が形成され、第１の区画部８７に空気及び蒸気が供給され、蒸気が凝縮させられる。また、前記第２の区画部８８によって水平方向に延びる冷却空気室が構成され、第２の区画部８８内を冷却空気が通過させられる。

なお、空気及び蒸気と冷却空気との間の熱伝達を良好にするために、第１の区画部８７内に上下方向に延びる熱伝達要素としての蛇行フィンｆｎ１が、第２の区画部８８内に水平方向に延びる放熱要素としての蛇行フィンｆｎ２が配設される。

前記構成の凝縮器３１において、水は、第１の区画部８７内を下方に向けて移動した後、底面部８６に到達するが、該底面部８６において、各仕切りｗのエッジが傾斜させて配設されるので、エッジに沿って斜め下方に案内される。

したがって、排出路３０内を斜め上方に向けて移動させられる空気及び蒸気と、水回収路５９ａ内を斜め下方に向けて移動させられる水とを完全に分離させることができるので、空気及び蒸気の動圧が水に加わることがない。その結果、水の一部が空気と共に霧状になって凝縮器３１から大気中に排出されるのを防止することができるので、水回収路５９ａを介して十分な量の水を回収することができる。

本発明の実施の形態における車載燃料電池システムを示す概念図である。 本発明の実施の形態における混合流排出系の動作を示す図である。 本発明の実施の形態における凝縮器の概念図である。

符号の説明

１１ 燃料電池スタック
１２ 空気供給系
１３ 混合流排出系
１４ 水素ガス供給系
１６ 水供給系
３０ 排出路
３１ 凝縮器
５９ａ 水回収路
５９ｂ 供給路
６１ 水タンク
７０ ダクト
７２ 中仕切り
８６ 底面部

Claims (6)

1. 燃料電池スタックと、該燃料電池スタックから排出され、空気及び蒸気から成る混合流を受け、蒸気を凝縮させて水にする凝縮器と、前記燃料電池スタックと凝縮器との間を接続し、前記燃料電池スタックから排出された混合流を凝縮器に供給するための排出路と、前記凝縮器において空気から分離させられた水を回収するための水回収路とを有するとともに、前記凝縮器は、前記水を水回収路に案内する案内部を備えることを特徴とする車載燃料電池システム。
2. 前記排出路及び水回収路は、搬送路を中仕切りによって区画されることにより形成される請求項１に記載の車載燃料電池システム。
3. 前記排出路及び水回収路は、前記案内部と隣接する端部で連通させられる請求項２に記載の車載燃料電池システム。
4. 前記排出路及び水回収路は、燃料電池スタックと隣接する端部で連通させられる請求項２に記載の車載燃料電池システム。
5. 前記案内部は、凝縮器の下端に形成された傾斜部である請求項１に記載の車載燃料電池システム。
6. 前記水回収路は、回収された水を水タンクに送るための供給路と接続される請求項１に記載の車載燃料電池システム。
   

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