JP2006339078A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の発電により生じた水を排出する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that discharges water generated by power generation of a fuel cell.
燃料電池システムでは、燃料電池の発電によって水(生成水)が生じる。この生成水に不純物イオン(例えば金属イオン)が混合すると、生成水の導電率が上昇することが知られている。生成水の導電率の上昇によって、燃料電池システムと、この燃料電池システムが搭載される移動体(例えば車両)との間に電流が流れる経路が形成され、移動体の絶縁抵抗が低下するおそれがある。 In the fuel cell system, water (generated water) is generated by the power generation of the fuel cell. It is known that the conductivity of produced water increases when impurity ions (for example, metal ions) are mixed with the produced water. Due to the increase in the conductivity of the generated water, there is a possibility that a path through which a current flows is formed between the fuel cell system and a mobile body (for example, a vehicle) on which the fuel cell system is mounted, and the insulation resistance of the mobile body may be reduced. is there.
このようなおそれを解消するため、生成水を排出するための配管としてゴムホースを使用することが考えられる。但し、ゴムホースを使用する場合でも、ゴムホース内を生成水がつながった状態で流れると、絶縁抵抗が低下するおそれがある。このため、長いゴムホースを用いる必要があった。
しかしながら、配管に長いゴムホースを採用すると、その取り回しの問題が発生する。特に、燃料電池システムが移動体に搭載される場合には、その搭載スペースは限られている。このため、燃料電池システムの設計の自由度を低下させるおそれがあった。 However, if a long rubber hose is used for the piping, there will be a problem with its handling. In particular, when the fuel cell system is mounted on a moving body, the mounting space is limited. For this reason, there existed a possibility of reducing the freedom degree of design of a fuel cell system.
本発明の目的は、生成水による絶縁抵抗の低下のおそれを解消することができ、且つ生成水を排出するための配管を短くすることが可能な技術を提供することにある。 The objective of this invention is providing the technique which can eliminate the fear of the fall of the insulation resistance by produced | generated water, and can shorten piping for discharging produced | generated water.
本発明は、上述した目的を達成するために以下の手段を採用する。 The present invention employs the following means in order to achieve the object described above.
即ち、本発明は、燃料電池システムであって、
燃料電池の発電により生じた水が流れる配管と、
前記配管内に設けられ、前記配管内を上方から下方へ流れる前記水の向きを変えてこの水を分断させる分断機構とを備えることを特徴とする。
That is, the present invention is a fuel cell system,
Piping through which water generated by power generation of the fuel cell flows;
It is provided with the dividing mechanism provided in the said piping and changing the direction of the said water which flows the inside of the said piping downward from the upper part, and dividing this water.
本発明によると、分断機構により、上方から下方に流れる水の向きが変えられ、水が分断される。これによって、配管内で水が一つにつながって流れ、絶縁抵抗が低下するおそれを解消することができる。また、分断機構で水を分断することで、配管を長くする必要がなくなる。これによって、燃料電池システムの設計の自由度を高めることが可能となる。 According to the present invention, the direction of the water flowing downward from above is changed by the dividing mechanism, and the water is divided. As a result, it is possible to eliminate the possibility that water is connected and flows in the pipe and the insulation resistance is lowered. Moreover, it is not necessary to lengthen the piping by dividing the water by the dividing mechanism. As a result, the degree of freedom in designing the fuel cell system can be increased.
本発明による燃料電池システムは、前記配管の長さ方向が縦方向に配置され、
前記分断機構は、前記配管の内壁に設けられて前記配管の幅方向断面の一部を閉塞し、前記配管内を上方から下方へ流れる前記水と接触してこの水が下方に移動するのを阻害する上面を有し、この上面に接触した水をこの上面の縁部から落下させる少なくとも1つの阻害部を含むことを特徴とする。
In the fuel cell system according to the present invention, the length direction of the pipe is arranged in the vertical direction,
The dividing mechanism is provided on the inner wall of the pipe, closes a part of the cross section in the width direction of the pipe, contacts the water flowing from the upper side to the lower side in the pipe, and moves this water downward. It has an upper surface which inhibits, It is characterized by including the at least 1 inhibition part which makes the water which contacted this upper surface fall from the edge of this upper surface.
このようにすれば、阻害部の上面に接触した水は、その移動速度が低下し、その上面に沿って上面の縁部へ移動し、縁部から水滴となってしたたり落ちる。これによって、水の流れが分断される。 If it does in this way, the movement speed of the water which contacted the upper surface of the inhibition part will fall, it will move to the edge part of an upper surface along the upper surface, and it will become a water droplet from an edge part, or will fall. Thereby, the flow of water is divided.
本発明による燃料電池システムは、複数の前記阻害部が、前記配管の長さ方向に間隔を空けて設けられており、
複数の前記阻害部は、任意の二つの阻害部を平面視したときに、手前側に位置する阻害部の上面によって閉塞されていない前記配管の幅方向断面の一部が、奥側に位置する阻害部の上面によって閉塞されるように設けられていることを特徴とする。
In the fuel cell system according to the present invention, a plurality of the inhibition portions are provided at intervals in the length direction of the pipe,
When the two obstructing portions are viewed in plan, a plurality of the obstructing portions are located on the far side of the cross section in the width direction of the pipe that is not blocked by the upper surface of the obstructing portion located on the near side. It is provided so that it may be obstruct | occluded by the upper surface of the inhibition part.
このようにすれば、手前側の阻害部から落下する水が、奥側の阻害部の上面に落下するようになる。これによって、奥側の阻害部においても、水が分断されるようにすることができる。 If it does in this way, the water which falls from the obstruction part of the near side comes to fall on the upper surface of the obstruction part of the back side. Thereby, water can be divided also in the obstruction part on the back side.
本発明による燃料電池システムは、前記配管の内壁及び前記複数の阻害部が絶縁体で構成され、
前記阻害部の上面によって閉塞されていない前記配管の幅方向断面の一部が、前記配管の長さ方向に互い違いに形成されていることを特徴とする。
In the fuel cell system according to the present invention, the inner wall of the pipe and the plurality of inhibition portions are made of an insulator,
A part of the cross section in the width direction of the pipe that is not blocked by the upper surface of the inhibition portion is formed alternately in the length direction of the pipe.
このようにすれば、配管内は、複数の阻害部によって、長い水の通路が形成された状態となる。これによって、仮に、配管内を流れる水が一つながりとなったとしても、絶縁抵抗が確保された状態を維持することができる。 If it does in this way, the inside of piping will be in the state where the passage of long water was formed by a plurality of inhibition parts. As a result, even if the water flowing in the pipe is connected, it is possible to maintain a state in which the insulation resistance is ensured.
本発明による燃料電池システムは、前記分断機構が、前記配管を閉塞するように設けられ、前記配管内を上方から下方へ流れる前記水が当接する当接部と、前記当接部の周囲に形成され、前記当接部に当接した水が通過して落下するための複数の貫通孔とを有することを特徴とする。 In the fuel cell system according to the present invention, the dividing mechanism is provided so as to close the pipe, and is formed around an abutting portion where the water flowing from the upper side to the lower side in the pipe abuts, and the abutting portion. And having a plurality of through holes through which the water abutted against the abutting portion passes and falls.
このようにすれば、当接部に当接した水は、向きを変えて当接部の周囲に広がる。当接部の周囲には、複数の貫通孔が形成されており、水は、貫通孔のそれぞれを通過することで分散され、水滴となって各貫通孔から落下する。このようにして、水が分断される。 If it does in this way, the water which contact | abutted to the contact part will change direction and will spread around the contact part. A plurality of through holes are formed around the contact portion, and water is dispersed by passing through each of the through holes, and drops from each through hole as water droplets. In this way, the water is divided.
本発明は、前記分断機構が、前記配管内を上方から下方へ流れる前記水が当接する上面を有する当接部と、前記当接部の下側にこの当接部と間隙を設けて配置され、前記配管を閉塞するように設けられ、前記当接部の上面に当接しその縁部から落下する水が通過して落下するための複数の貫通孔を有する板状部とを含むことを特徴とする。このようにすれば、当接部の下側にも貫通孔を形成することができる。 In the present invention, the dividing mechanism is disposed with a contact portion having an upper surface with which the water flowing from the upper side to the lower side in the pipe contacts, and a contact portion and a gap provided below the contact portion. And a plate-like portion provided so as to close the pipe, and having a plurality of through-holes for abutting the upper surface of the abutting portion and allowing water falling from the edge to pass therethrough. And If it does in this way, a through-hole can be formed also under a contact part.
本発明による燃料電池システムは、前記配管が、内部空間と、この内部空間に連通する前記水の入口及び出口とを有し、前記内部空間において前記分断機構を収容する容器を含み、
前記内部空間に収容される分断機構は、縦方向に配置される回転軸と、前記回転軸を中心に回転する複数の羽を持つ羽車とを含み、
前記入口は、横方向において前記回転軸から離れた位置で、前記羽車の上方に形成されており、
前記出口は、横方向において前記入口と距離を空けて前記容器の側面又は底面に形成されていることを特徴とする。
The fuel cell system according to the present invention includes a container in which the pipe has an internal space, and an inlet and an outlet of the water communicating with the internal space, and accommodates the dividing mechanism in the internal space,
The dividing mechanism accommodated in the internal space includes a rotating shaft arranged in a vertical direction, and an impeller having a plurality of wings rotating around the rotating shaft,
The inlet is formed above the impeller at a position away from the rotation axis in the lateral direction;
The outlet is formed on a side surface or a bottom surface of the container at a distance from the inlet in the lateral direction.
このようにすれば、回転する羽車に入口から落下する水が当接して分散することにより
、水の流れが分断される。これによって、絶縁抵抗を確保することができる。
If it does in this way, the flow of water will be divided because the water which falls from an entrance contacts and distributes to a rotating impeller. Thereby, insulation resistance can be ensured.
本発明は、前記複数の羽が、前記内部空間の側面及び底面と常に接触しながら回転し、
前記羽車,前記側面及び底面は絶縁体で形成されていることを特徴とする。このようにすれば、羽で区切られた水同士を絶縁することができる。
In the present invention, the plurality of wings rotate while always in contact with the side surface and the bottom surface of the internal space,
The impeller, the side surface, and the bottom surface are formed of an insulator. In this way, water separated by wings can be insulated.
本発明は、前記配管は、周面及び両端面からなる円柱面で形成された内部空間と、この内部空間に連通する前記水の入口及び出口とを有し、前記内部空間において前記分断機構を収容する容器を含み、
前記内部空間に収容される分断機構は、前記内部空間の中心軸上に配置される回転軸と、この回転軸を中心に前記周面及び両端面と常に接触しながら回転する複数の羽を持つ羽車とを含み、
前記回転軸は、横方向に配置され、
前記入口及び出口は、前記入口が前記出口よりも上方に配置されるように形成され、
前記入口から前記容器内に落下する前記水は、隣り合う二つの羽と、前記周面及び両端面とで囲まれた空間に溜まり、前記羽車の回転によって前記出口まで案内される
ことを特徴とする。
In the present invention, the pipe has an internal space formed by a cylindrical surface including a peripheral surface and both end surfaces, and an inlet and an outlet of the water communicating with the internal space, and the dividing mechanism is provided in the internal space. Including a container to contain,
The dividing mechanism accommodated in the internal space has a rotation shaft disposed on the central axis of the internal space, and a plurality of wings that rotate while always contacting the peripheral surface and both end surfaces around the rotation shaft. Including impeller,
The rotating shaft is disposed in a lateral direction;
The inlet and the outlet are formed such that the inlet is disposed above the outlet;
The water falling into the container from the inlet is collected in a space surrounded by two adjacent wings, the peripheral surface and both end faces, and is guided to the outlet by the rotation of the impeller. And
本発明による燃料電池システムは、前記羽車が、前記入口から前記内部空間に落下する水が前記羽に当接することで回転することを特徴とする。このように、生成水の落下エネルギーを羽車の動力源とすることで、羽車の動力源を別に用意する必要がなくなる。 The fuel cell system according to the present invention is characterized in that the impeller rotates when water falling from the inlet into the internal space contacts the wing. Thus, by using the fall energy of generated water as a power source for the impeller, it is not necessary to prepare a separate power source for the impeller.
本発明は、入口及び出口を有し、閉弁時において入口側で前記水を貯留し、開弁時において前記入口側に貯留された水を前記出口に連結された前記配管へ排出する排水弁をさらに備え、
前記排水弁は、前記出口から前記貯留された水が間欠的に排出されるように、開弁及び閉弁動作を繰り返し行うことを特徴とする。
The present invention has an inlet and an outlet, and stores the water on the inlet side when the valve is closed, and discharges the water stored on the inlet side to the pipe connected to the outlet when the valve is opened. Further comprising
The drain valve repeatedly performs valve opening and closing operations so that the stored water is intermittently discharged from the outlet.
このようにすれば、貯留された水を分断することができる。また、排水弁により水の排出量が調整されることで、排水弁の下流側に設けられた分断機構による水の分断作用を容易にすることができる。 In this way, the stored water can be divided. Further, by adjusting the amount of water discharged by the drain valve, it is possible to facilitate the water dividing action by the dividing mechanism provided on the downstream side of the drain valve.
本発明による燃料電池システムは、前記配管が縦方向に配置され、
前記配管は、少なくとも一つのコの字状に折れ曲がった部分を含むことを特徴とする。
In the fuel cell system according to the present invention, the pipes are arranged in the vertical direction,
The pipe includes at least one portion bent into a U-shape.
本発明は、燃料電池システムであって、
燃料電池の発電により生じた水が流れる配管と、
前記配管を閉塞するように設けられ、前記配管内を上方から下方に流れる水が接触する上面と、この上面に接触した水が通過して落下するための複数の貫通孔とを有する分断機構とを含むことを特徴とする。
The present invention is a fuel cell system comprising:
Piping through which water generated by power generation of the fuel cell flows;
A cutting mechanism provided to close the pipe, and having a top surface with which water flowing downward from above in the pipe contacts, and a plurality of through holes through which the water in contact with the top surface passes and falls; It is characterized by including.
本発明は、燃料電池システムであって、
燃料電池の発電により生じた水が貯留される貯留部と、
前記貯留部に連結され、閉弁時において前記貯留部に前記水を貯留させ、開弁時において前記貯留部に貯留された前記水を排出する排水弁と、
前記貯留部に貯留された前記水の量を検知する手段と、
前記貯留部に所定量の水が貯留されたことが検知された場合に、前記貯留部に貯留された水が前記排水弁を通じて間欠的に排出されるように、前記排気弁に開弁及び閉弁動作を繰り返し行わせる制御手段とを備えることを特徴とする。
The present invention is a fuel cell system comprising:
A reservoir for storing water generated by power generation of the fuel cell;
A drain valve connected to the storage unit, storing the water in the storage unit when the valve is closed, and discharging the water stored in the storage unit when the valve is opened;
Means for detecting the amount of the water stored in the storage unit;
When it is detected that a predetermined amount of water is stored in the storage unit, the exhaust valve is opened and closed so that the water stored in the storage unit is intermittently discharged through the drain valve. And a control means for repeatedly performing the valve operation.
本発明によれば、生成水による絶縁抵抗低下のおそれを解消でき、且つ配管の長さを短くすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fear of the insulation resistance fall by produced | generated water can be eliminated, and the length of piping can be shortened.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明の構成は実施形態の構成に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The configuration of the embodiment is an exemplification, and the configuration of the present invention is not limited to the configuration of the embodiment.
〔第1実施形態〕
〈燃料電池システムの構成例〉
図1は、本発明が適用される燃料電池システムの構成例を示す図である。この燃料電池システムは、移動体(例えば車両)に搭載される。図1において、燃料電池1として、固体高分子型燃料電池(PEFC)が適用されている。燃料電池1は、少なくとも1つのセルからなる。
[First Embodiment]
<Configuration example of fuel cell system>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a fuel cell system to which the present invention is applied. This fuel cell system is mounted on a moving body (for example, a vehicle). In FIG. 1, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is applied as the fuel cell 1. The fuel cell 1 includes at least one cell.
セルは、固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜を両側から挟む燃料極(アノード)及び空気極(酸化剤極:カソード)と、燃料極及び空気極を挟む燃料極側セパレータ及び空気極側セパレータとからなる。 The cell includes a solid polymer electrolyte membrane, a fuel electrode (anode) and an air electrode (oxidizer electrode: cathode) that sandwich the polymer electrolyte membrane from both sides, and a fuel electrode side separator and an air electrode that sandwich the fuel electrode and the air electrode. It consists of a side separator.
燃料極は、拡散層と触媒層とを有している。水素ガスや水素リッチガスなどの水素を含む燃料が燃料供給系により燃料極に供給される。燃料極に供給された燃料は、拡散層で拡散され触媒層に到達する。触媒層では、水素がプロトン(水素イオン)と電子とに分離される。水素イオンは固体高分子電解質膜を通って空気極に移動し、電子は外部回路(図示せ
ず)を通って空気極に移動する。
The fuel electrode has a diffusion layer and a catalyst layer. A fuel containing hydrogen such as hydrogen gas or hydrogen rich gas is supplied to the fuel electrode by the fuel supply system. The fuel supplied to the fuel electrode is diffused in the diffusion layer and reaches the catalyst layer. In the catalyst layer, hydrogen is separated into protons (hydrogen ions) and electrons. Hydrogen ions move to the air electrode through the solid polymer electrolyte membrane, and electrons move to the air electrode through an external circuit (not shown).
一方、空気極は、拡散層と触媒層とを有する。空気等の酸化剤ガスが酸化剤供給系により空気極に供給される。空気極に供給された酸化剤ガスは、拡散層で拡散され触媒層に到達する。触媒層では、酸化剤ガスと、固体高分子電解質膜を通って空気極に到達した水素イオンと、外部回路を通って空気極に到達した電子とによる反応を通じて水が生成される。 On the other hand, the air electrode has a diffusion layer and a catalyst layer. An oxidant gas such as air is supplied to the air electrode by the oxidant supply system. The oxidant gas supplied to the air electrode is diffused in the diffusion layer and reaches the catalyst layer. In the catalyst layer, water is generated through a reaction between the oxidant gas, hydrogen ions that have reached the air electrode through the solid polymer electrolyte membrane, and electrons that have reached the air electrode through the external circuit.
これらのような燃料極及び空気極における反応の際に外部回路を通る電子が、燃料電池1の両端子間に接続される図示しない負荷に対する電力として使用される。 Electrons passing through the external circuit during the reaction at the fuel electrode and the air electrode as described above are used as electric power for a load (not shown) connected between both terminals of the fuel cell 1.
燃料電池1には、燃料を供給及び排出するための燃料供給/排出系と、酸化剤を供給及び排出するための酸化剤供給/排出系とが接続される。図1において、燃料供給/排出系は次のように構成されている。 A fuel supply / discharge system for supplying and discharging fuel and an oxidant supply / discharge system for supplying and discharging oxidant are connected to the fuel cell 1. In FIG. 1, the fuel supply / discharge system is configured as follows.
すなわち、燃料電池1に設けられた燃料入口1Aは、水素源(例えば、高圧水素を貯留
したタンク)2及び調圧弁3と配管4を介して接続されている。一方、燃料電池1に設け
られた燃料出口1Bは、配管5を介して、燃料ガスの気液分離器6の入口に接続されている。燃料電池1の内部には、燃料入口1Aと燃料出口1Bとを結び、且つセルの燃料極を経由する燃料通路1Cが設けられている。
In other words, the fuel inlet 1 </ b> A provided in the fuel cell 1 is connected to the hydrogen source (for example, a tank storing high-pressure hydrogen) 2 and the
気液分離器6の気体側出口は、配管7を介して、モータにより駆動する循環ポンプ8の入口に接続されている。循環ポンプ8の出口には、配管9が設けられている。配管9は、逆止弁10を介して配管4に接続されている。また、配管9には、排気管11及び排気弁12が配置されている。排気弁12から排出されるガスは図示せぬ希釈器を通って水素濃度が薄められた後、外部に排出される。
The gas side outlet of the gas-
このような構成により、水素源2から送り出される高圧の水素ガス(燃料ガス)は、調圧弁3で調圧された後、配管4を通って燃料入口1Aから燃料電池1に入る。水素ガスは、燃料通路1Cを通過する際に燃料極にて電極反応に消費される。その後、燃料極を通過した水素ガスは、燃料オフガスとして燃料出口1Bから配管5(燃料電池1の外部)へ排出され、気液分離器6へ送られる。
With such a configuration, high-pressure hydrogen gas (fuel gas) delivered from the
気液分離器6では、燃料オフガスが気相成分と液相成分とに分離される。気相成分は、配管7を通って循環ポンプ8により再び配管4に供給される。このように、燃料電池1に供給される燃料ガスが循環するように構成されている。これにより、燃料オフガス中の、燃料極で消費しきれなかった(余剰に供給された)水素が再び燃料極に供給される。さらに、調圧弁3及び排気弁11の開閉制御により、燃料ガスの水素濃度が適正な範囲で保たれるように構成されている。
In the gas-
一方、図1において、酸化剤供給/排出系は、次のように構成されている。すなわち、燃料電池1に設けられた酸化剤入口1Dは、配管13を介してエアコンプレッサ14に接続されている。また、燃料電池1に設けられた酸化剤出口1Eは、配管15を介して、排気管(マフラ)16の入口に接続されている。燃料電池1の内部には、酸化剤入口1Dと酸化剤出口1Eとを結び、且つセルの空気極を経由する酸化剤通路1Fが設けられている。
On the other hand, in FIG. 1, the oxidant supply / discharge system is configured as follows. In other words, the oxidant inlet 1 </ b> D provided in the fuel cell 1 is connected to the
さらに、気液分離器6の液相成分の出口は、配管17の一端に、排水弁18を介して接続されている。配管17の他端は、排気管16に接続されている。
Furthermore, the outlet of the liquid phase component of the gas-
このような構成によれば、エアコンプレッサ14のモータによる駆動により、酸化剤ガスとしての空気が配管13を介して燃料電池1に供給される。空気は酸化剤入口1Dから燃料電池1に入り、酸化剤通路1Fを通過する際に、空気極にて電極反応に消費される。その後、空気極を通過した空気は、酸化剤オフガスとして酸化剤出口1Eから配管15(
燃料電池1の外部)に排出される。配管15に送り出された酸化剤オフガスは、排気管1
6へ導入され、外部(大気中)に排出される。
According to such a configuration, the air as the oxidant gas is supplied to the fuel cell 1 through the
It is discharged to the outside of the fuel cell 1. The oxidant off-gas sent to the
6 and discharged to the outside (in the atmosphere).
ここで、燃料電池1の発電により空気極で生じた水(生成水)の一部は、固体高分子電解質膜を通って燃料極に移動し、燃料オフガスとともに配管5に排出される。その後、生成水は、配管5,気液分離器6,排水弁18,配管17を通って排気管16に到達し、排気管16から排出される。また、空気極で生じた生成水の一部は、酸化剤オフガスとともに配管15に排出され、排気管16に到達し、排出される。上記した配管5,気液分離器6,排水弁18,配管17,配管15,及び排気管16は、生成水の排水通路(配管)を構成する。
Here, part of the water (generated water) generated at the air electrode by the power generation of the fuel cell 1 moves to the fuel electrode through the solid polymer electrolyte membrane, and is discharged to the
生成水には、例えば、燃料電池1から溶出した不純物イオン(例えば金属イオン)が溶出することがある。生成水に不純物イオンが混入すると、その導電率が上がる。不純物イオンを含む生成水がつながった状態で配管内を流れると、そこに電流の流れる経路が形成され、配管と移動体(車両)部品との間の絶縁抵抗が低下するおそれがある。 For example, impurity ions (for example, metal ions) eluted from the fuel cell 1 may be eluted in the produced water. When impurity ions are mixed into the produced water, the conductivity increases. When the product water containing impurity ions is connected in the pipe, a current flow path is formed there, and the insulation resistance between the pipe and the moving body (vehicle) component may be reduced.
このような生成水の排水用の配管において、配管の長さを短くすることができ、且つ配管と移動体(車両)部品との間の絶縁抵抗が低下するおそれを解消することのできる構成(
本発明に係る燃料電池システムの排水装置)を、以下に説明する。以下の説明では、排水
弁18から排気管16までの間における生成水の排水通路(配管)に関して、本発明に係る排水装置が適用された例を示す。
In such a pipe for draining generated water, the length of the pipe can be shortened, and the configuration that can eliminate the possibility that the insulation resistance between the pipe and the moving body (vehicle) part is reduced (
The fuel cell system drainage device according to the present invention will be described below. In the following description, an example in which the drainage device according to the present invention is applied to the drainage passage (pipe) of generated water between the
《排水弁18》
図2は、図1に示した気液分離器6及び排水弁18に係る構成を示す図である。図2に
おいて、気液分離器6は、内部が中空となっており、その水平面における断面は円形となっている。
<<
FIG. 2 is a diagram showing a configuration related to the gas-
気液分離器6の側壁には配管5が取り付けられている。配管5の内部空間は気液分離器6の内部空間に連通している。気液分離器6の上壁には、配管7が取り付けられている。気液分離器6の内部空間は、配管7の内部空間に連通している。このような構成により、気液分離器6の内部空間は、次の作用を生じる気液分離室6Aとして機能する。
A
即ち、気液分離室6Aには、配管5からの生成水を含む燃料オフガスが導入される。配管5は、気液分離器6の水平方向の断面円形状に対する接線方向に燃料オフガスが導入されるように、気液分離器6に取り付けられている。このため、気液分離室6Aに導入された燃料オフガスは、気液分離室21の内周面に沿って旋回する。
That is, the fuel off gas containing the generated water from the
このとき、比重の軽い気相成分(燃料オフガス)は、配管5から気液分離室6Aに導入される燃料オフガスに押し出されるようにして配管7へ排出される。一方、比重の重い液相成分(生成水)は、気液分離室6Aの底部へ移動する。気液分離器6の底部中央は開口され、この開口部には排水弁18が接続されている。排水弁18の出口には、配管17が連結されている。
At this time, the gas phase component (fuel offgas) having a low specific gravity is discharged to the pipe 7 so as to be pushed out from the
排水弁18が閉弁状態にある間、生成水は、気液分離室6Aに貯留される。一方、排水弁18が開弁すると、気液分離室6Aに貯留された生成水は、排水弁18を通って配管17に排出される。排水弁18は、制御信号を受け取って開弁/閉弁動作を行う電磁弁で構成されている。排水弁18の開閉制御は、ECU(Electronic Control Unit)20により
制御される。
While the
ECU20は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ,プロセッサにより
実行又は使用されるプログラムやデータを記憶したメモリ、センサ等との間の入出力インタフェース(I/O)等から構成されている。プロセッサによって実行されるプログラムに従って、ECU20は、排水弁18の動作を制御する。
The
気液分離室6Aには、貯留された生成水の水位を検知する水位センサ21が設けられている。水位センサ21の出力はECU20に入力される。ECU20は、水位センサ21の出力に基づき気液分離室6A内の水位を計測し、この水位に応じて排水弁18を制御する。
The gas-
図3は、ECU20による排水弁18の制御例を示すフローチャートである。図3に示す処理は、例えば、燃料電池1の発電開始と同時に開始される。処理が開始されると、最初に、ECU20は、生成水の水位が予め規定された(メモリに格納された)第1の規定値以上か否かを判定する(ステップS1)。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of control of the
水位が第1の規定値より低い場合(S1;NO)には、処理がステップS1に戻される。これに対し、水位が第1の規定値以上である場合(S1;YES)には、ECU20は、排水弁18に対し、所定の時間間隔で開弁/閉弁動作を繰り返すための制御信号を与える(
ステップS2)。
If the water level is lower than the first specified value (S1; NO), the process returns to step S1. On the other hand, when the water level is equal to or higher than the first specified value (S1; YES), the
Step S2).
排水弁18の開弁/閉弁動作は、水位が予め規定された第2の規定値以下に低下するまでの間、継続的に繰り返し行われる(ステップS3のループ)。そして、水位が第2の規定値以下になると(S3;YES)、ECU20は、排水弁18を、閉弁状態で停止させる(
ステップS4)。
The valve opening / closing operation of the
Step S4).
ステップS2において、一回あたりの開弁時間は、絶縁抵抗の低下を考慮する必要のない程度の量の生成水が排水弁18を通過するように設定される。また、開弁の間隔は、排出された生成水が、前回の開弁時間で排出された生成水に追いつくことがないような時間を考慮して決定される。
In step S <b> 2, the valve opening time per one time is set so that an amount of generated water that does not need to consider a decrease in insulation resistance passes through the
これにより、排水弁18からは、絶縁抵抗の低下を考慮する必要がない量の生成水が間欠的に配管17へ排出される。従って、絶縁抵抗が確保された状態で生成水を排出することができる。
As a result, an amount of generated water that does not need to consider a decrease in insulation resistance is intermittently discharged from the
《配管17》
図4(A)は、配管17の平面図であり、図4(B)は、図4(A)に示した配管17をその長手方向で切断した場合の断面(A−A断面)を示す図である。
<< Piping 17 >>
4A is a plan view of the
配管17は、円筒形を有しており、その長手方向が縦方向に配置される。例えば、配管17の中心軸は、略鉛直になるように配置される。もっとも、配管17は、或る程度の傾きをもって配置されるようにしても良い。上述したように、配管17の上端は、排水弁18の出口に連結され、配管17の下端は、排気管16の入口に連結される。
The
配管17内には、分断機構として、複数の阻害部(邪魔板)22(図4(B)では22a〜
22i)が、配管17の長手方向に所定の間隔(等間隔であっても、そうで無くても良い)
を空けて設けられている。
In the
22i) is a predetermined interval in the longitudinal direction of the pipe 17 (equal interval or not)
Is provided.
各阻害部22は、平面の上面23を有する半円状の板状に形成されており、上面(阻害
面)23が配管17の幅方向に配置され、側面の一部(周面)が、配管の内壁(内周面)に取
り付けられた状態となっている。
Each
図4に示す例では、各阻害部22は、その上面23が配管17の中心軸に直交するように取り付けられている。これにより、阻害部22の上面23は、略水平となっている。但し、上面23は、縁部24が上向きに設けられても良く、下向きに設けられても良い。もっとも、縁部24が下向きになるように阻害部22を設ければ、上面23の水はけを良くすることができる。
In the example shown in FIG. 4, each
配管17の幅方向断面の一部は、阻害部22の上面23によって閉塞される。複数の阻害部22は、任意の二つの阻害部22(例えば阻害部22a及び22b:図4(A))を平面視した場合に、手前側の阻害部22(22a)の上面23によって閉塞されていない部分が、奥側の阻害部22(22b)の上面23によって閉塞されるように設けられている。
A part of the cross section in the width direction of the
図4に示す例では、図4(A)に示すように、隣り合う二つの阻害部22a及び22bは、平面視された場合に、上面23の縁部24が重なるように構成されている。もっとも、各阻害部22の端面25が、配管17の長手方向に配された仮想平面(例えば、配管17
の中心軸を含む平面)上に配置されるようにしても良い。これによって、或る(手前側の)
阻害部22の縁部24から落下する生成水が、次に設けられた(奥側の)阻害部22の上面23に落下するようになる。また、上面23の面積が大きくなることで、上面23に滞留可能な生成水の量を増やすことができる。
In the example shown in FIG. 4, as shown in FIG. 4A, the two
It may be arranged on a plane including the central axis of each other. By this, some (near side)
The generated water that falls from the
また、複数の阻害部22は、上面23によって閉塞されていない部分(開口)が、配管17の長手方向において互い違いに形成されるように、設けられている。これによって、配管17は、その長手方向長さを長くすることなく、その内部に長い生成水の流れる通路を有した状態となっている。
Further, the plurality of blocking
排水弁18が開弁し、気液分離室6Aに貯留された生成水が配管17内に排出されると、生成水は、配管17の内壁を伝って上方から下方に(配管17の長手方向に)流れ、一番上側に位置する阻害部22aの上面23,又は上から二番目に位置する阻害部22bの上面23に接触する。
When the
阻害部22aの上面23に接した生成水は、上面23によって下方への移動を阻害され、移動方向を水平方向(配管17の幅方向)に変えて、上面23に伝わる。上面23に移動した生成水は、その後に配管17の内壁から上面23に移ってくる生成水によって押し出されるようにして上面23に広がり、やがては縁部24に達して落下する。
The generated water in contact with the
このとき、上面23は水平面となっているので、多量の生成水が一時に縁部24に達して落下することが抑止される。このため、少量の生成水が縁部24からしたたり落ちるようにして落下する。これによって、落下する生成水は水滴となって次の阻害部22bの上面23に達する。このように、生成水が水滴となることで、生成水の流れが分断されることになる。
At this time, since the
上記した生成水に関わる作用は、阻害部22bや、その下方に設けられた阻害部22c〜22iでも同様に起こる。このように、阻害部22間を移動する生成水は、水滴となって落下する。これによって、生成水の流れが分断され、絶縁抵抗の低下のおそれが解消される。排水弁18は、配管17内で上記した作用が生じる量の水を一回の開弁時間で排出するように制御される。
The effect | action regarding the above-mentioned produced | generated water similarly arises also in the
上記した作用は、配管17内において、いずれかの阻害部22で生じれば、絶縁抵抗の低下を考慮する必要がないようにされている。このため、配管17内に設けられる阻害部22の数は、任意(少なくとも1つ)で良い。
If the above-described action occurs in any of the
上記した作用を得るための配管17及び阻害部材22の材質は、金属、樹脂、ゴム等の少なくとも1つから選択することができる。但し、配管17及び阻害部材22を樹脂やゴムのような絶縁体で構成することにより、次の作用を得ることができる。
The material of the
即ち、上述した阻害部22a〜22iの構成によって、配管17内には、絶縁された長い排水通路が形成された状態となっている。このため、多量の生成水が配管17に排出され、配管17内を流れる生成水が一つながりになった場合でも、絶縁抵抗が確保された状態が維持される。
That is, a long insulated drainage passage is formed in the
第1実施形態によれば、上述した構成により、短い長さの配管で絶縁抵抗の確保を図ることができる。従って、燃料電池システムの設計の自由度が向上する。 According to the first embodiment, with the configuration described above, it is possible to ensure insulation resistance with a short length of piping. Therefore, the degree of freedom in designing the fuel cell system is improved.
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態は、第1実施形態と共通の構成を持つので、主として第1実施形態との相違点について説明し、共通点については説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Since the second embodiment has a configuration common to the first embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described, and description of common points will be omitted.
第2実施形態では、第1実施形態で説明した燃料電池システム(図1)の配管17の代わりに、図5に示すような配管26が適用される。図5は、本発明の第2実施形態における配管26の構成例を示す図である。
In the second embodiment, a
図5に示すように、配管26は、その中間に、連続するコの字状に折れ曲がった部分(
コの字状部27)を有している。配管26は縦方向に配置される。配管26の上端は、排
水弁18(図1,図2)の出口に接続され、下端は排気管16に接続される。
As shown in FIG. 5, the
It has a U-shaped part 27). The
各コの字状部27の、横方向に伸びる部分の上方を向いた内壁28は、上方から下方へ移動する生成水と接触してその向きを変え、この生成水の下方への移動を阻害する阻害面として機能する。
The
排水弁18から排出された生成水は、配管26の内壁を伝って上方から下方に移動し、配管26内の最も上側に形成されたコの字状部27の内壁28(28a)に接触し、移動方向を下方から側方(図5では左方向)に変える。そして、内壁28に移った生成水は、その後に上方から移動してくる生成水に押されるようにして、コの字状部27の下方に折れ曲がった部分(阻害面の縁部29)にまで達し、そこから落下する。
The generated water discharged from the
ここで、内壁28は、横方向に配置されているので、縁部29から一度に多量の生成水が落下しないようになっている。このため、生成水は縁部29からしたたり落ち(水滴と
なって落下し)、コの字状部27の再び横方向に折れ曲がった部分(折り返された部分)の
、上方を向いた内壁28(28b)に達する。このような作用が、次以降のコの字状部27でも起こる。
Here, since the
第2実施形態によれば、配管26がコの字状部27を有し、コの字状部27が生成水の分断機構として機能する。即ち、配管26内を上方から下方へ流れる生成水は、内壁(阻
害面)28と接触して向きを変え、下方への移動を阻害される。その後、生成水は内壁2
8の縁部29から水滴となって落下する。これによって、生成水の流れが分断される。従って、絶縁抵抗の低下が防止される。
According to 2nd Embodiment, the piping 26 has the
Eight
なお、内壁28は、平面で構成されるのが好ましい。また、コの字状部27の数は、衛生水を分断できる限り、少なくとも1つあれば良い。また、配管26の材質は、配管17と同様のものを適用することができる。
In addition, it is preferable that the
〔第3実施形態〕
次に、本発明の第3実施形態について説明する。第3実施形態は、第1実施形態と共通の構成を持つので、主として第1実施形態との相違点について説明し、共通点については説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Since the third embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described, and description of common points will be omitted.
第3実施形態では、第1実施形態で説明した燃料電池システム(図1)の配管17の代わりに、図6に示すような排水粒径制御器30を有する配管31が適用される。図6(A)は、本発明の第3実施形態における配管31の構成例を示す図であり、図6(B)は、排水粒径制御器30の作用説明図であり、図6(C)は、排水粒径制御器30を構成する円板状部材35の平面図である。
In the third embodiment, instead of the
図6(A)に示すように、配管31は、上下方向において、上から順に、導入管32,排水粒径制御器30,及び排水管33を連結してなる。導入管32の上端は、排水弁18(
図1,2)の出口に接続されており、排水管33の下端は、排気管16(図1)に接続されている。
As shown in FIG. 6A, the
1 and 2), the lower end of the
図6(B)に示すように、排水粒径制御器30は、導入管32及び排水管33よりも大径の容器部34を有している。導入管32の下端は、容器部34の上壁に形成された開口部から容器部34内に挿入されている。
As shown in FIG. 6B, the drainage
容器部34内には、図6(C)に示すような、導入管32の内径よりも大きい外径を持つ円板状部材35の外縁が、上方から下方に向かって大径となるテーパ部36を介して、導入管32の下端に連結されている。円板状部材35の上面は、導入管32の中心軸と直交
する方向に配置されている。また、円板状部材35は、容器部34内の底面と距離を空けて配置されている。
In the
図6(C)に示すように、円板状部材35は、導入管32と同軸で配置されている。円板状部材35の上面は、平面に形成され、その中央部は、導入管32の下端から落下する生成水が当接する当接部37(図6(C)において一点鎖線で示す)として機能し、当接部37の周囲に、円板状部材35を厚さ方向(上下方向)に貫通する複数の貫通孔38が形成されている。貫通孔38の直径は、貫通孔38を通過して落下する水が水滴となるように構成されている。
As shown in FIG. 6C, the disk-shaped
また、図6(B)に示す例では、円板状部材35の上面は平面で構成されている。もっとも、当該上面は、その中央(生成水の当接位置)から周囲(貫通孔38)に向かって低くなるように構成されていても良い。また、当接部37が、貫通孔38の設けられた周囲よりも一段高くなっていても良い。
In the example shown in FIG. 6B, the upper surface of the disk-shaped
また、容器部34の内底面の中央には、開口部が設けられ、この開口部には、排水管33の上端が連結されている。容器部34の内底面は、中央に向かって低くなるように形成されており(図6(B))、貫通孔38を通って落下する生成水が開口部に集まるように構成されている。もっとも、容器部34の内底面は、平面で構成しても良い。
An opening is provided at the center of the inner bottom surface of the
次に、排水粒径制御部30の作用について説明する。導入管32内に排出された生成水は、導入管32内を上方から下方に移動し、その下端から円板状部材35の上面に向かって落下し、当接部37に当接する。これにより、生成水はその流れの向きを縦方向から横方向に変えて、当接部37上を放射線状に広がる。当接部37上で広がった生成水は、その周囲の複数の貫通孔38を通り、円板状部材35の下面から水滴となって、容器部34の底壁に向かって落下する。円板状部材35から落下した生成水(水滴)は、容器部35の底面を伝って排水管33へ排出される。
Next, the operation of the drainage particle
第3実施形態によれば、分断機構としての排水粒径制御器30によって、生成水が分断及び分散される。即ち、導入管32の下端から落下する生成水は、円板状部材35の上面と当接(衝突)して向きを変え、複数の貫通孔38から分散して落下する。このとき、生成水は水滴となって円板状部材35の下面から落下する。これによって、生成水の流れが分断される。従って、絶縁抵抗の低下が防止される。
According to the third embodiment, the generated water is divided and dispersed by the drainage
第3実施形態は、図7に示すような変形が可能である。図7(A)及び(B)は、第3実施形態における排水粒径制御器の変形例を示す図である。図7(A)に示すように、円板状部材35Aの上面とテーパ部36の内面とで囲まれた空間には、当接部材39が配置されている。
The third embodiment can be modified as shown in FIG. FIGS. 7A and 7B are views showing a modification of the drainage particle size controller in the third embodiment. As shown in FIG. 7A, a
当接部材39は、円板状部材35Aの上側に、円板状部材35Aの上面と間隙を設けた状態で、テーパ部36の内面に取り付けられた図示しない支持部材により支持されている。これによって、当接部材39は、円板状部材35Aから浮いた状態となっている。当接部材39は、導入管32の内径よりも大径の上面をもつ円板状に形成されており、導入管32と同軸で、その上面が導入管の中心軸に直交している。
The
円板状部材35Aは、円板状部材35と異なり、円板状部材35の当接部に相当する位置にも、貫通孔38が形成されている。図7(B)に示す例では、複数の貫通孔38は、上面の中心から周囲に向かって放射線状に一様に形成されている。
Unlike the disk-shaped
このような変形例では、導入管32の下端から落下する生成水は、当接部材39の上面
に当接した後、この上面の縁部に向かって広がり、縁部から円板状部材35Aの上面に落下する。その後、生成水は、各貫通孔38を通過することで分散され、貫通孔38の下端から水滴となって落下し、水の流れが分断される。
In such a modification, the generated water falling from the lower end of the
以上のような変形例によれば、貫通孔38の数を増やすことができるので、効率的な排水が可能となる。
According to the above modification, the number of the through
なお、図7に示した構成から、当接部材39を除いて、排水粒径制御器を使用することも可能である。この場合、貫通孔38は、導入管32からの生成水の落下方向と同じ方向に設けられても良く、或いは、落下方向に対して斜めになるように設けられても良い。斜めに設けられる場合は、生成水は貫通孔38を通過するときに向きを変えることになる。
In addition, it is also possible to use a drainage particle size controller except for the
〔第4実施形態〕
次に、本発明の第4実施形態について説明する。第4実施形態は、第1実施形態と共通の構成を持つので、主として第1実施形態との相違点について説明し、共通点については説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. Since the fourth embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described, and description of common points will be omitted.
第4実施形態では、第1実施形態で説明した燃料電池システム(図1)の配管17の代わりに、図8に示すような排水粒径制御器40を有する配管41が適用される。図8(A)は、本発明の第4実施形態における配管41の構成例を示す図であり、図8(B)は、図8(
A)のX−X線で容器部44を切断した状態を平面視した図である。
In the fourth embodiment, a
It is the figure which planarly viewed the state which cut | disconnected the
図8(A)において、配管41は、縦方向に配置される導入管42と、導入管42の下端に連結される排水粒径制御器40と、排水粒径制御器40の側壁に連結される排水管44とからなる。
In FIG. 8A, a
排水粒径制御器40は、円柱面で構成された内部空間を有する容器部44を有している。この内部空間の中心軸上には、回転軸45が配置されている。回転軸45は、内部空間の底面に対して垂直に立設されている。回転軸45には、この回転軸45を中心に回転する羽車46が取り付けられている。
The drainage
羽車46は、回転軸45と同軸で回転自在に取り付けられたハブ47と、ハブ47の外周面から容器部44の内周面(内部空間の側面)に向かって延出する複数の羽48とからなる。各羽48は、平面矩形の平行板状に形成されており、回転軸45と平行な方向で取り付けられている。
The
各羽48は、図8(B)に示すように、容器部44の内周面とハブ47の外周面との間を仕切るようにハブ47の外周面から延出し、その外端は、容器部44の内周面に接している。また、ハブ47及び各羽48の下端(下面)は、内部空間の底面(床面)に接している。これによって、羽車46は、回転時において、ハブ47及び各羽48の下端が、内部空間の底面に常に摺接し、且つ各羽の外端が内部空間の側面に常に摺接するようになっている。
As shown in FIG. 8 (B), each
羽車46は、回転軸45の回転に伴って回転する。回転軸45は、図示せぬモータの駆動によって、所定方向(例えば反時計回り、又は時計回り)に回転する。モータは、例えば燃料電池1を電源として駆動することができる。
The
容器部44の上壁には、導入管42の下端が接続される開口部(入口49)が形成されている。入口49は、回転軸45と平行な直線上に配置されている。即ち、入口49は、回転軸45と直交する方向(横方向)において、回転軸45から離れた位置で、且つ羽車46
の上方に形成されている。
On the upper wall of the
Is formed above.
一方、容器部44の側壁の下部には、排水管43が接続される開口部(出口50)が形成されている。出口50は、入口49から横方向(水平方向)において離れた位置で、且つ羽48の上端よりも低い位置に形成されている。
On the other hand, an opening (exit 50) to which the
次に、排水粒径制御器40の作用について説明する。導入管42に排出された生成水は、導入管42内を上方から下方に向かって流れ、導入管42の下端から入口49を通って容器部44の内部空間に落下する。
Next, the operation of the drainage
入口49の下方に配置された羽車46は、例えば、燃料電池1の発電によって所定方向(例えば、反時計回り)に回転している。これにより、入口49から落下した生成水は、回転する羽車46の羽48と当接する。羽48との当接によって、生成水は、はじき飛ばされて粒状となり、飛散する。また、生成水は、羽48と羽48との間に入り込み、回転する羽48の側面に押されるようにして出口50へ案内される。そして、生成水は、隣り合う二つの羽48で規定される空間と出口50とが連通状態となった場合に、羽車46の回転による遠心力で、出口50から排水管43内に吹き飛ばされるようにして移動する。
The
このようにして、容器部44内に導入された生成水を羽車46の回転によって撹拌することで、生成水は粒状となり分散する。これによって、生成水の流れが分断される。これによって、絶縁抵抗が確保された状態を維持しつつ、生成水を排出することができる。また、羽車66が回転することで、生成水の分散が促進される。
In this manner, the produced water introduced into the
また、入口49から落下する生成水は、羽48と羽48との間に入り込む状態となる。このとき、羽車46は回転しているので、羽48と羽48の間に入り込んだ生成水は、回転方向において前側に位置する羽48から離れて後ろ側に位置する羽48(生成水を押す
羽48)に付着する状態となる。
Further, the generated water falling from the
例えば、図8(B)において、羽48aと羽48bとの間に入り込んだ生成水は、羽48bの後側の側面から離れ、羽48aの前側の側面に押されるようにして移動する。一方、羽48bと羽48cとの間に入り込んだ生成水は、羽48cの後側の側面から離れ、羽48bの前側の側面に押されるようにして移動する(図8(B)のハッチングで示した生成水
参照)。これによって、羽48a−48b間に存する生成水と、羽48b−48c間に存
する生成水とが分断される。このような作用によっても、絶縁抵抗の確保状態を維持することができる。
For example, in FIG. 8B, the generated water that has entered between the
上述した構成において、容器部44の内面、及び羽車46は、樹脂のような絶縁体を用いて構成することができる。この場合、さらに以下の作用を得ることができる。入口49から落下する生成水は、隣り合う二つの羽48と、内部空間の底面及び側面で囲まれ、上方のみが開口した空間のいずれかに入り込む状態となる。ここで、内部空間(底面及び側
面)及び羽車46は絶縁されている。このため、当該空間のいずれかに入り込んだ生成水
は、当該空間を規定する二つの羽48,48に接触する状態となったとしても、当該空間
と羽48を介して隣り合う空間に存する生成水から絶縁された状態となる。これによっても、絶縁抵抗が確保された状態が維持される。
In the structure mentioned above, the inner surface of the
なお、上述した排水粒径制御器40の構成は、次のような変形が可能である。例えば、図9(A)に示すように、容器部44の底壁に出口50Aとしての開口部を形成し、この開口部に排水管43が接続されるように構成しても良い。
The configuration of the drainage
また、図9(B)に示すように、羽車46が、その下端に、回転軸45と同軸で回転軸4
5と直交する方向に設けられ、内部空間の底面を覆う円形の底板51を有するように構成することができる。この場合、各羽48の下端が、底板51の上面に接するように、底板51上に立設される。このような構成にすれば、ハブ47及び各羽48の下端を内部空間の底面に摺接させる必要がなくなるので、羽車46の回転に係る抵抗が軽減され、回転に要する電力消費を抑えることができる。また、羽48が底面との摺接によって摩耗し、隙間が生じるのを防止できる。
Further, as shown in FIG. 9B, the
5 and a
さらに、図9(C)に示すように、底板51を持つ羽車46がさらに底板51の上面の縁部に接する円筒形の周壁52を持つようにして構成された回転体53を、羽車46の代わりに設ける。回転体53において、羽48に相当する部分は、周壁52の内面とハブ47の周面との間を仕切る仕切り板48Aとして機能する。
Further, as shown in FIG. 9C, a rotating
そして、周壁52の下部には、隣り合う二つの仕切り板48A,底板51の上面及び周壁52の内面で囲まれた空間毎に、当該空間に入り込んだ生成水を排出するためのスロット54が形成される。各スロット54は、回転体53の回転によって出口50と向かい合う(対応する)位置に形成され、上記空間と排水管43とを連通状態にする。さらに、周壁52の外面と内部空間との側面の間に、スロット54を囲むようにしてシール材が設けられるようにしても良い。
In the lower part of the
このような構成によれば、仕切板48Aの外端を内部空間の側面に摺接させる必要がなくなる。このため、回転体53の回転に係る抵抗が軽減され、回転に要する電力消費を抑えることができる。また、仕切板48Aが内部空間との側面との摺接によって摩耗し、隙間ができるようなこともない。
According to such a configuration, it is not necessary to make the outer end of the
なお、第4実施形態では、羽車をモータで回転させる場合について説明したが、羽車が落下する生成水との当接により、生成水の落下エネルギーを動力として、回転するように構成することも可能である。 In the fourth embodiment, the case where the impeller is rotated by the motor has been described. However, the impeller is configured to rotate by using the falling energy of the generated water as power by contact with the generated water falling. Is also possible.
〔第5実施形態〕
次に、本発明の第5実施形態について説明する。第5実施形態は、第1実施形態と共通の構成を持つので、主として第1実施形態との相違点について説明し、共通点については説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. Since the fifth embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described, and description of common points will be omitted.
第5実施形態では、第1実施形態で説明した燃料電池システム(図1)の配管17の代わりに、図10に示すような配管61が適用される。図10(A)は、本発明の第5実施形態における配管61の正面図であり、図10(B)は、図10(A)のY−Y線で容器部64を切断した状態を示す側面図である。
In the fifth embodiment, a
図10(A)及び(B)に示すように、配管61は、縦方向に配置され、上から順に、導入管62と、導入管62の下端が連結される容器部63と、容器部63に上端が連結される排水管64とからなる。
As shown in FIGS. 10A and 10B, the
導入管62の上端は、排水弁18(図1,2)の出口に接続されており、排水管64の下
端は排気管16(図1)に接続されている。容器部63は、両端面が縦方向に配される円柱形に形成されている。容器部63は、円柱面(円形の両端面及び両端面を結ぶ周面)で規定された内部空間を有している。
The upper end of the
容器部63内には、分断機構として、次の構成が備えられている。内部空間の中心軸上には、固定された回転軸65が配置されており、回転軸65には、回転軸65を中心として回転する羽車66が取り付けられている。羽車66は、回転軸65と同軸で回転自在に
取り付けられたハブ67と、ハブ67の外周面から内部空間の周面に向かって延出する平面矩形の平行平板状の複数の羽68(68a〜68f)とからなる。
In the
各羽68は、回転軸65と直交するようにして等間隔に配置されている。各羽68の外端及び両側端は、それぞれ、内部空間の両側面及び周面に摺接するようになっている。容器部63の周壁の上部には、生成水の入口となる開口部が形成されており、この入口に導入管62の下端が連結されている。導入管62の下端から落下する生成水は、その落下方向に位置する羽68の一つに当接し、羽車66に回転力を付与する。また、容器部63の周壁の下部には、生成水の出口となる開口部が形成されており、この出口に排水管64の上端が連結されている。
The
次に、第5実施形態の作用について説明する。導入管62を上方から下方へ流れる生成水は、入口から容器部63の内部空間に落下し、羽68の一つと当接する。そして、生成水は、当接した羽68と、この羽と隣り合う羽68,ハブ67の外周面,内部空間の両側面及び周面で囲まれた空間に溜まる。
Next, the operation of the fifth embodiment will be described. The generated water flowing from the upper side to the lower side of the
ここでは、導入管62からの生成水は、例えば、羽68b−68c間の空間(空間1と
する)に溜まるものとする。羽車66は、導入管62からの生成水との当接により回転力
を得て回転する。これによって、羽車66の回転方向(図10(B)では反時計回り方向)において、空間1の次に存する(隣の)羽68a−68b間の空間(空間2とする)が、導入管62と連通した状態となる。従って、この空間2に導入管62からの生成水が溜まるようになる。
Here, it is assumed that the generated water from the
このとき、空間1に溜まった水は、重力によって羽68bから離れ、羽68cと接触する状態となる。これによって、導入管62からの生成水が、空間1と空間2とで分断された状態となる(図10(B)参照)。その後、空間1は、羽車66の回転により、出口(排水
管64)と連通状態となる。これによって、空間1に溜まった生成水は、排水管64に排
出される。
At this time, the water accumulated in the space 1 is separated from the
このようにして、第5実施形態では、容器部63内において、導入管62からの生成水が分断される。従って、絶縁抵抗が確保された状態が維持される。なお、第5実施形態では、羽車66が生成水により回転するように構成されているが、モータからの駆動力を得て回転するように構成されていても良い。
In this manner, in the fifth embodiment, the generated water from the
〔その他〕
第1〜第5実施形態では、排水弁18の制御によって、排出量が制御された生成水が各実施形態における配管を流れるようになっている。但し、排水弁18の連続的な開閉制御制御(図3に示した制御)や、上流側に排水弁が設けられていることは、必須の構成要件ではない。本発明は、第1〜第5に示した配管(分断機構)の構成を以て、絶縁抵抗を確保することが可能である。
[Others]
In the first to fifth embodiments, the generated water whose discharge amount is controlled by the control of the
上述した第1〜第5実施形態では、燃料オフガスの気液分離器6で分離された生成水を排水するための配管について説明した。もっとも、第1〜第5実施形態で説明した配管の構成は、酸化剤オフガスの配管に適用され、酸化剤オフガスに含まれた生成水について適用されるようにしても良い。例えば、第1〜第5実施形態で説明した配管の構成を図1に示した配管15について適用可能である。
In the first to fifth embodiments described above, the piping for draining the generated water separated by the gas-
また、第1〜第5実施形態が適用可能な燃料電池システムは、生成水中に不純物イオンが溶出して導電率が上昇する可能性がある限り、PEFC以外のタイプの燃料電池システムについても適用が可能である。 Further, the fuel cell system to which the first to fifth embodiments can be applied can be applied to fuel cell systems of types other than PEFC as long as there is a possibility that impurity ions are eluted in the generated water and the conductivity is increased. Is possible.
1・・・燃料電池
6・・・気液分離器
17,26,31,41,61・・・配管
18・・・排水弁
20・・・ECU(制御手段)
22・・・阻害部(分断機構)
27・・・コの字状部(分断機構)
30,40・・・排水粒径制御器(分断機構)
35,35A・・・板状部材
37・・・当接部
38・・・貫通孔
39・・・当接部材
46,66・・・羽車
48,68・・・羽
45・・・回転軸
49・・・入口
50・・・出口
53・・・回転体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
22 ... Inhibition part (severing mechanism)
27 ... U-shaped part (parting mechanism)
30, 40 ... Drainage particle size controller (cutting mechanism)
35, 35A ... plate-
Claims (14)
前記配管内に設けられ、前記配管内を上方から下方へ流れる前記水の向きを変えてこの水を分断させる分断機構と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 Piping through which water generated by power generation of the fuel cell flows;
A fuel cell system, comprising: a dividing mechanism provided in the pipe and configured to divide the water by changing a direction of the water flowing from the upper side to the lower side in the pipe.
前記分断機構は、前記配管の内壁に設けられて前記配管の幅方向断面の一部を閉塞し、前記配管内を上方から下方へ流れる前記水と接触してこの水が下方に移動するのを阻害する上面を有し、この上面に接触した水をこの上面の縁部から落下させる少なくとも1つの阻害部を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 The length direction of the pipe is arranged in the vertical direction,
The dividing mechanism is provided on the inner wall of the pipe, closes a part of the cross section in the width direction of the pipe, contacts the water flowing from the upper side to the lower side in the pipe, and moves this water downward. 2. The fuel cell system according to claim 1, further comprising at least one inhibition portion that has an upper surface that inhibits and causes water that contacts the upper surface to fall from an edge of the upper surface.
複数の前記阻害部は、任意の二つの阻害部を平面視したときに、手前側に位置する阻害部の上面によって閉塞されていない前記配管の幅方向断面の一部が、奥側に位置する阻害部の上面によって閉塞されるように設けられている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池システム。 A plurality of the inhibiting portions are provided at intervals in the length direction of the pipe;
When the two obstructing portions are viewed in plan, a plurality of the obstructing portions are located on the far side of the cross section in the width direction of the pipe that is not blocked by the upper surface of the obstructing portion located on the near side. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is provided so as to be blocked by an upper surface of the inhibition portion.
前記阻害部の上面によって閉塞されていない前記配管の幅方向断面の一部が、前記配管の長さ方向に互い違いに形成されている
ことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。 The inner wall of the pipe and the plurality of inhibition portions are made of an insulator,
4. The fuel cell system according to claim 3, wherein a part of the cross section in the width direction of the pipe that is not blocked by the upper surface of the inhibition portion is formed alternately in the length direction of the pipe.
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池システム。 The dividing mechanism is provided so as to close the pipe, and is formed around a contact portion where the water flowing from the upper side to the lower side in the pipe contacts, and around the contact portion. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, further comprising a plurality of through holes through which the water in contact passes and falls.
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池システム。 The dividing mechanism is disposed with an abutting portion having an upper surface against which the water flowing from the upper side to the lower side in the pipe abuts, and a lower side of the abutting portion with a gap between the abutting portion and the pipe. And a plate-like portion having a plurality of through-holes for allowing water falling from an edge of the abutting portion to pass through and fall on the upper surface of the abutting portion. Item 5. The fuel cell system according to any one of Items 1 to 4.
前記内部空間に収容される分断機構は、縦方向に配置される回転軸と、前記回転軸を中心に回転する複数の羽を持つ羽車とを含み、
前記入口は、横方向において前記回転軸から離れた位置で、前記羽車の上方に形成されており、
前記出口は、横方向において前記入口と距離をおいて前記内部空間の側面又は底面に形成されている
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の燃料電池システム。 The pipe has an internal space and an inlet and an outlet of the water communicating with the internal space, and includes a container that accommodates the dividing mechanism in the internal space,
The dividing mechanism accommodated in the internal space includes a rotating shaft arranged in a vertical direction, and an impeller having a plurality of wings rotating around the rotating shaft,
The inlet is formed above the impeller at a position away from the rotation axis in the lateral direction;
The fuel cell system according to claim 1, wherein the outlet is formed on a side surface or a bottom surface of the internal space at a distance from the inlet in a lateral direction.
前記羽車,前記側面及び底面は絶縁体で形成されている
ことを特徴とする請求項7に記載の燃料電池システム。 The plurality of wings rotate while always in contact with a side surface and a bottom surface of the internal space,
The fuel cell system according to claim 7, wherein the impeller, the side surface, and the bottom surface are formed of an insulator.
前記内部空間に収容される分断機構は、前記内部空間の中心軸上に配置される回転軸と、この回転軸を中心に前記周面及び両端面と常に接触しながら回転する複数の羽を持つ羽車とを含み、
前記回転軸は、横方向に配置され、
前記入口及び出口は、前記入口が前記出口よりも上方に配置されるように形成され、
前記入口から前記容器内に落下する前記水は、隣り合う二つの羽と、前記周面及び両端面とで囲まれた空間に溜まり、前記羽車の回転によって前記出口まで案内される
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の燃料電池システム。 The pipe has an internal space formed by a cylindrical surface composed of a peripheral surface and both end faces, and an inlet and an outlet of the water communicating with the internal space, and a container that accommodates the dividing mechanism in the internal space. Including
The dividing mechanism accommodated in the internal space has a rotation shaft disposed on the central axis of the internal space, and a plurality of wings that rotate while always contacting the peripheral surface and both end surfaces around the rotation shaft. Including impeller,
The rotating shaft is disposed in a lateral direction;
The inlet and the outlet are formed such that the inlet is disposed above the outlet;
The water falling into the container from the inlet is collected in a space surrounded by two adjacent wings, the peripheral surface and both end faces, and is guided to the outlet by the rotation of the impeller. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7.
ことを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 7 to 9, wherein the impeller rotates when water falling from the entrance to the internal space comes into contact with the wing.
前記排水弁は、前記出口から前記貯留された水が間欠的に排出されるように、開弁及び閉弁動作を繰り返し行う
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の燃料電池システム。 A drain valve that has an inlet and an outlet, stores the water on the inlet side when the valve is closed, and discharges the water stored on the inlet side to the pipe connected to the outlet when the valve is opened;
The fuel cell according to any one of claims 1 to 10, wherein the drain valve repeatedly opens and closes the valve so that the stored water is intermittently discharged from the outlet. system.
前記配管は、少なくとも一つのコの字状に折れ曲がった部分を含む
ことを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の燃料電池システム。 The piping is arranged in the vertical direction,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the pipe includes at least one portion bent into a U-shape.
前記配管を閉塞するように設けられ、前記配管内を上方から下方に流れる水が接触する上面と、この上面に接触した水が通過して落下するための複数の貫通孔とを有する分断機構とを含む
ことを特徴とする燃料電池システム。 Piping through which water generated by power generation of the fuel cell flows;
A cutting mechanism provided to close the pipe, and having a top surface with which water flowing downward from above in the pipe contacts, and a plurality of through holes through which the water in contact with the top surface passes and falls; A fuel cell system comprising:
前記貯留部に連結され、閉弁時において前記貯留部に前記水を貯留させ、開弁時において前記貯留部に貯留された前記水を排出する排水弁と、
前記貯留部に貯留された前記水の量を検知する手段と、
前記貯留部に所定量の水が貯留されたことが検知された場合に、前記貯留部に貯留された水が前記排水弁を通じて間欠的に排出されるように、前記排気弁に開弁及び閉弁動作を繰り返し行わせる制御手段と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A reservoir for storing water generated by power generation of the fuel cell;
A drain valve connected to the storage unit, storing the water in the storage unit when the valve is closed, and discharging the water stored in the storage unit when the valve is opened;
Means for detecting the amount of the water stored in the storage unit;
When it is detected that a predetermined amount of water is stored in the storage unit, the exhaust valve is opened and closed so that the water stored in the storage unit is intermittently discharged through the drain valve. And a control means for repeatedly performing the valve operation.
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