JP2007066645A

JP2007066645A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2007066645A
Application number: JP2005249698A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Katahira; 謙一片平; Chikayuki Takada; 慎之高田
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2007-03-15

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system in which cooling water can be cleaned. SOLUTION: A cleaning part 534 composed of a photocatalyst layer is prepared on the inner wall of a water tank which stores cooling water for fuel cell stacks. Ultraviolet rays are irradiated to the cleaning part 534 to clean the cooling water in contact with the part 534. The ultraviolet rays irradiated to the cleaning part 534 is sunlight led by an optical fiber 66 wired in the vehicle. COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムにかかり、より詳細には、燃料電池スタックに供給される冷却水を浄化する機能を備えた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system having a function of purifying cooling water supplied to a fuel cell stack.

従来、高分子電解質膜を使用した燃料電池では、電解質膜を挟んで両側に燃料室及び酸素室が存在し、燃料室における燃料ガスが燃料極を介し、或いは、酸素室における酸化ガス（主として空気中の酸素）が酸素極を介し、イオン化し、そのイオンを、電解質膜を介して取り出して電力を得ている。 Conventionally, in a fuel cell using a polymer electrolyte membrane, there are a fuel chamber and an oxygen chamber on both sides of the electrolyte membrane, and the fuel gas in the fuel chamber passes through the fuel electrode or the oxidizing gas (mainly air) in the oxygen chamber. Oxygen inside) is ionized through the oxygen electrode, and the ions are taken out through the electrolyte membrane to obtain electric power.

上記酸素室からは、電力取得後、酸化ガスが排気室に排出される。また、上記酸素室への酸化ガスの流入の際、酸素室に、水タンクからの冷却水を噴射流入する。このように、酸素室に冷却水が噴射されるので、噴射された水は、酸素室を介して排気室に到達する。排気室で回収された水は、貯水タンクに回収され、燃料電池スタックの冷却水として再利用される。
特開２００５−４２６３９号公報 Oxygen gas is discharged from the oxygen chamber into the exhaust chamber after obtaining power. In addition, when the oxidizing gas flows into the oxygen chamber, the cooling water from the water tank is injected into the oxygen chamber. Thus, since the cooling water is injected into the oxygen chamber, the injected water reaches the exhaust chamber via the oxygen chamber. The water collected in the exhaust chamber is collected in a water storage tank and reused as cooling water for the fuel cell stack.
JP 2005-42639 A

しかし、燃料電池スタックから回収された冷却水は、燃料電池スタックによって暖められているので、暖かく、貯水タンク内の水も暖かくなる。これにより、冷却水内に菌類が発生し易くなり、発生した菌類によってノズルの目詰まりなど、冷却水の循環経路に不具合が発生するといった問題があった。
本発明の目的は、上記事実に鑑み成されたもので、冷却水の浄化が可能な燃料電池システムを提供することにある。 However, since the cooling water collected from the fuel cell stack is warmed by the fuel cell stack, it is warm and the water in the water storage tank is also warm. As a result, there is a problem that fungi are easily generated in the cooling water, and the generated fungi cause problems in the circulation path of the cooling water, such as nozzle clogging.
The object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of purifying cooling water.

以上のような問題を解決する本発明は、以下のような構成を有する。 The present invention for solving the above problems has the following configuration.

（１）燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電する燃料電池スタックと、
該燃料電池スタックからの排水を回収して貯留する水タンクを有し、
該排水を前記燃料電池スタックに供給して冷却する冷却手段と、
前記排水と接触する部分に光触媒を担持する浄化部と、
前記光触媒に紫外線を含む光を照射する光照射手段と、を有することを特徴とする燃料電池システム。 (1) a fuel cell stack that generates electricity by a reaction between a fuel gas and an oxidizing gas;
Having a water tank for collecting and storing waste water from the fuel cell stack;
Cooling means for supplying and cooling the wastewater to the fuel cell stack;
A purification unit carrying a photocatalyst on a portion in contact with the waste water;
And a light irradiating means for irradiating the photocatalyst with light containing ultraviolet light.

（２）前記浄化部は、前記水タンクの内側面に設けられている上記（１）に記載の燃料電池システム。 (2) The fuel cell system according to (1), wherein the purification unit is provided on an inner surface of the water tank.

（３）前記冷却手段は、前記水タンク内の水を前記燃料電池スタックに供給する供給路と、前記燃料電池スタックからの排水を前記水タンク内に回収する導水路を有し、前記浄化部は前記水タンクの内壁面に加え、前記給水路と前記導水路の少なくとも一方の内壁面に設けられている上記（１）に記載の燃料電池システム。 (3) The cooling unit includes a supply path for supplying water in the water tank to the fuel cell stack, and a water conduit for collecting waste water from the fuel cell stack in the water tank, and the purification unit. The fuel cell system according to (1), wherein the fuel cell system is provided on an inner wall surface of at least one of the water supply channel and the water conduit in addition to the inner wall surface of the water tank.

（４）前記光照射手段は、一端が太陽光も照射され得る外部に配置され、他端が前記浄化部に光を照射し得る位置に配置されている光ファイバからなる上記（１）から（３）のいずれかに記載の燃料電池システム。 (4) From said (1) which said light irradiation means consists of an optical fiber by which one end is arrange | positioned in the exterior which can also irradiate sunlight, and the other end is arrange | positioned in the position which can irradiate the said purification | cleaning part. The fuel cell system according to any one of 3).

（５）前記水タンクは、前記燃料電池スタックから排出された酸化ガスを収容する排気マニホールドである上記（１）又は（２）に記載の燃料電池システム。 (5) The fuel cell system according to (1) or (2), wherein the water tank is an exhaust manifold that stores the oxidizing gas discharged from the fuel cell stack.

請求項１に記載の発明によれば、燃料電池スタックの冷却に使用された排水は、回収され水タンクに貯留される。さらに水タンク内の水は冷却手段によって、燃料電池スタックへ供給され、燃料電池スタックの冷却が行われる。このような水の経路中において、水と接触する部分に光触媒を担持する浄化部を設け、これに光照射手段から紫外線を含む光を照射することで、光触媒の作用によって、浄化部に接触する水の浄化が行われる。排水を冷却水として再使用する場合には、水が汚化し易いので、特に本発明は有用である。 According to the first aspect of the present invention, the waste water used for cooling the fuel cell stack is collected and stored in the water tank. Further, the water in the water tank is supplied to the fuel cell stack by the cooling means, and the fuel cell stack is cooled. In such a water path, a purifying unit that carries a photocatalyst is provided in a portion that comes into contact with water, and light containing ultraviolet rays is irradiated from the light irradiation means to contact the purifying unit by the action of the photocatalyst. Water purification is performed. When the waste water is reused as cooling water, the present invention is particularly useful because the water is easily contaminated.

請求項２に記載の発明によれば、浄化部を水タンクの内側面に設けることによって、より広い面積の浄化部を得ることができ、浄化効率を向上させることができる。また、水タンク内であることから、光照射手段を配置することが容易となる。
請求項３に記載の発明によれば、水タンクに比較して流路横断面積の小さい導水路又は給水路の内壁面に浄化部を設けることで、水と浄化部との接触頻度が増加し、浄化効率が向上する。 According to the second aspect of the present invention, by providing the purification unit on the inner side surface of the water tank, a purification unit having a wider area can be obtained and the purification efficiency can be improved. Moreover, since it is in a water tank, it becomes easy to arrange | position a light irradiation means.
According to the invention described in claim 3, the contact frequency between the water and the purification unit is increased by providing the purification unit on the inner wall surface of the water conduit or the water supply channel having a small channel cross-sectional area compared to the water tank. , Purification efficiency is improved.

請求項４に記載の発明によれば、浄化部に照射される光を、光ファイバーにより導きくため、システムの細部に渡って光を導光することがき、任意の場所に浄化部を設けることが可能となる。また、発光のための電源を必要としないので、燃料電池システムに対する負担も軽減することができる。 According to the invention described in claim 4, since the light irradiated to the purification unit is guided by the optical fiber, the light can be guided over the details of the system, and the purification unit can be provided at an arbitrary place. It becomes possible. Moreover, since a power source for light emission is not required, the burden on the fuel cell system can be reduced.

請求項５に記載の発明によれば、酸化ガスを受ける排気マニホールドを、排水を受ける水タンクとしても作用させた場合には、排気マニホールドは、内壁面における水との接触面積が、他の水路にに比較して大きいため、該内壁面に浄化部を設けることで、冷却水の浄化効率を上げることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, when the exhaust manifold that receives the oxidizing gas also acts as a water tank that receives the drainage, the exhaust manifold has a contact area with water on the inner wall surface that is different from that of the other water channel. Therefore, the purification efficiency of the cooling water can be increased by providing the purification section on the inner wall surface.

次にこの発明の好適実施形態について説明する。この実施形態は、電気自動車に搭載される燃料電池システムである。図１は、この発明の燃料電池システム１の構成を示すブロック図である。図１に示されているように、この燃料電池システム１は燃料電池スタック１００、水素貯蔵タンク１１を含む燃料供給系１０、空気供給系１２、水供給系５０、負荷系７とに大略構成される。 Next, a preferred embodiment of the present invention will be described. This embodiment is a fuel cell system mounted on an electric vehicle. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 is roughly configured by a fuel cell stack 100, a fuel supply system 10 including a hydrogen storage tank 11, an air supply system 12, a water supply system 50, and a load system 7. The

この燃料電池スタック１００の構成について説明する。燃料電池スタック１００は、燃料電池単位セル１５と燃料電池セパレータ１３とを交互に積層して構成されている。図２は、燃料電池用セパレータ１３を示す全体正面図、図３は、燃料電池セパレータ１３で構成された燃料電池スタック１００の部分断面平面図（図２におけるＡ‐Ａ断面図）、図４は、燃料電池用セパレータ１３の全体背面図である。 The configuration of the fuel cell stack 100 will be described. The fuel cell stack 100 is configured by alternately stacking fuel cell unit cells 15 and fuel cell separators 13. 2 is an overall front view showing the fuel cell separator 13, FIG. 3 is a partial cross-sectional plan view of the fuel cell stack 100 composed of the fuel cell separator 13 (AA cross-sectional view in FIG. 2), and FIG. FIG. 3 is an overall rear view of the fuel cell separator 13.

セパレータ１３は、単位セル１５の電極に接触して電流を外部に取り出すための集電部材３、４と、各集電部材３、４の周端部に外装される枠体８、９とを備えている。集電板である集電部材３、４は金属で構成されている。構成金属は、導電性と耐食性を備えた金属で、例えば、ステンレス、ニッケル合金、チタン合金等に耐蝕導電処理を施したもの等が挙げられる。 The separator 13 includes current collecting members 3 and 4 for contacting the electrodes of the unit cell 15 and taking out current to the outside, and frame bodies 8 and 9 that are externally mounted on the peripheral ends of the current collecting members 3 and 4. I have. The current collecting members 3 and 4 that are current collecting plates are made of metal. The constituent metal is a metal having conductivity and corrosion resistance, and examples thereof include stainless steel, nickel alloy, titanium alloy and the like subjected to corrosion-resistant conductive treatment.

集電部材３は、単位セル１５の燃料極に接触し、集電部材４は酸素極に接触する。集電部材３には、プレス加工によって、突出形成された複数の凸状部３２が形成されている。
凸状部３２は、板材の長辺とに沿って短辺方向へ向けて、等間隔で配列されている。長辺に沿って（図２における横方向）配置された凸状部３２の間に形成された溝によって、凸状部３２の間には水素流路３０１が形成され、凸状部３２の裏側に形成された溝３３によって、水素流路３０２が形成されている。この凸状部３２の頂点部分の面は、燃料極が接触する当接部３２１となっている。集電部材３が網体であるため、当接部３２１が接触する部分においても、孔３２０を介して、燃料極は燃料ガスを供給することができる。また、水素流路３０１と水素流路３０２の間も、孔３２０を介して、水素ガスが相互に流通可能となる。 The current collecting member 3 is in contact with the fuel electrode of the unit cell 15, and the current collecting member 4 is in contact with the oxygen electrode. The current collecting member 3 is formed with a plurality of projecting convex portions 32 by pressing.
The convex portions 32 are arranged at equal intervals along the long side of the plate material in the short side direction. A hydrogen channel 301 is formed between the convex portions 32 by grooves formed between the convex portions 32 arranged along the long side (lateral direction in FIG. 2). A hydrogen flow path 302 is formed by the groove 33 formed in. The surface of the apex portion of the convex portion 32 is a contact portion 321 with which the fuel electrode contacts. Since the current collecting member 3 is a net, the fuel electrode can supply the fuel gas through the hole 320 even in the portion where the contact portion 321 contacts. In addition, hydrogen gas can flow between the hydrogen channel 301 and the hydrogen channel 302 via the holes 320.

集電部材３の両端部には、流通孔３５が形成され、セパレータ１３を積層した場合に、この流通孔３５によって水素供給路が構成される。
集電部材４は、矩形の板材から成り、プレス加工によって、複数の凸状部４２が形成されている。凸状部４２は、板材の短辺に平行に直線状に連続して形成されており、等間隔で配置されている。凸状部４２の間には、溝が形成されて、空気が流通する空気流路４０が形成されている。この凸状部４２の頂点部分の面は、酸素極が接触する当接部４２１となっている。また、凸状部４２の裏側は溝状の中空部４１となっており、中空部４１の両端は、閉鎖されている。 Through holes 35 are formed at both ends of the current collecting member 3. When the separators 13 are stacked, the through holes 35 form a hydrogen supply path.
The current collecting member 4 is made of a rectangular plate material, and a plurality of convex portions 42 are formed by pressing. The convex portions 42 are continuously formed in a straight line parallel to the short sides of the plate material, and are arranged at equal intervals. A groove is formed between the convex portions 42 to form an air flow path 40 through which air flows. The surface of the apex portion of the convex portion 42 is an abutting portion 421 with which the oxygen electrode contacts. Further, the back side of the convex portion 42 is a groove-like hollow portion 41, and both ends of the hollow portion 41 are closed.

以上のような集電部材３、４は、各凸状部３２と凸状部４２が外側となるように重ね合わされて固定される。このとき、集電部材３の裏側面３４と空気流路４０の裏側面４０３が当接した状態となり、相互に通電可能な状態となる。また、空気流路４０は、図３に示されているように、単位セル１５に重ね合わされ、溝の開口部４００を閉鎖することにより、管状の流路が構成され、空気流路４０の内壁の一部が酸素極で構成される。この空気流路４０から、単位セル１５の酸素極に酸素と水が供給される。酸素極に供給される酸素は、空気流路４０を通過する空気中に含有される酸素である。 The current collecting members 3 and 4 as described above are overlapped and fixed so that the convex portions 32 and the convex portions 42 are on the outside. At this time, the back side surface 34 of the current collecting member 3 and the back side surface 403 of the air flow path 40 are in contact with each other, so that they can be energized with each other. As shown in FIG. 3, the air flow path 40 is overlapped with the unit cell 15, and a tubular flow path is formed by closing the groove opening 400, and the inner wall of the air flow path 40 is formed. A part of is composed of an oxygen electrode. Oxygen and water are supplied from the air flow path 40 to the oxygen electrode of the unit cell 15. The oxygen supplied to the oxygen electrode is oxygen contained in the air passing through the air flow path 40.

空気流路４０の一端側開口部は、空気と水が流入する導入口４３となり、他端の開口部は、空気と水が流出する導出口４４となっている。この導入口４３から導出口４４までの空気流路４０及びその集合体が、固体高分子電解質膜に酸素を供給する酸素室（酸化ガス室）として機能する。
また、中空部４１の一端側開口部は、空気と水が流入する流入開放口４５となり、他端の開口部は、空気と水が流出する流出開放口４６となっている。以上のような構成において、空気流路４０と中空部４１は、交互に平行に配置され、相互に側壁４７を挟んで隣接した構成となっている。 The opening on one end side of the air flow path 40 is an introduction port 43 through which air and water flow, and the opening at the other end is a discharge port 44 through which air and water flow out. The air flow path 40 and its aggregate from the inlet 43 to the outlet 44 function as an oxygen chamber (oxidizing gas chamber) for supplying oxygen to the solid polymer electrolyte membrane.
Moreover, the opening part of the one end side of the hollow part 41 becomes the inflow opening port 45 into which air and water flow in, and the opening part of the other end becomes the outflow opening port 46 through which air and water flow out. In the above configuration, the air flow paths 40 and the hollow portions 41 are alternately arranged in parallel and are adjacent to each other with the side wall 47 interposed therebetween.

集電部材３、４には、枠体８、９がそれぞれ重ねられる。図２に示されているように、集電部材３に重ねられる枠体８は、集電部材３と同じ大きさに構成され、中央には、凸状部３２を収納する窓８１が形成されている。また、両端部近傍には、集電部材３の流通孔３５に合致する位置に孔８３が形成されており、この孔８３と窓８１との間には、集電部材３に接触する側の平面に凹部が形成され、水素流通経路８４が設けられている。また、集電部材３に接触する面に対して、反対側の平面には、輪郭が窓８１に沿って形成された凹部が形成され、単位セル１５が収納される収納部８２が設けられている。この収納部８２に収納された単位セル１５の燃料極表面と、水素流路３０１、３０２と、窓８１とによって、燃料室３０が画成される。このように、燃料室は、燃料極に隣接して設けられ、酸素室は酸素極に隣接して設けられている。 Frame members 8 and 9 are overlaid on the current collecting members 3 and 4, respectively. As shown in FIG. 2, the frame 8 overlaid on the current collecting member 3 is configured to have the same size as the current collecting member 3, and a window 81 for accommodating the convex portion 32 is formed at the center. ing. Further, in the vicinity of both ends, a hole 83 is formed at a position matching the flow hole 35 of the current collecting member 3, and between the hole 83 and the window 81, the side in contact with the current collecting member 3 is formed. A recess is formed in the plane, and a hydrogen flow path 84 is provided. In addition, a concave portion whose contour is formed along the window 81 is formed on the plane opposite to the surface that contacts the current collecting member 3, and a storage portion 82 for storing the unit cell 15 is provided. Yes. The fuel chamber 30 is defined by the fuel electrode surface of the unit cell 15 housed in the housing portion 82, the hydrogen flow paths 301 and 302, and the window 81. Thus, the fuel chamber is provided adjacent to the fuel electrode, and the oxygen chamber is provided adjacent to the oxygen electrode.

集電部材４に重ねられる枠体９は、枠体８と同じ大きさに構成され、中央には、凸状部４２を収納する窓９１が形成されている。また、両端部近傍には、枠体８の孔８３に合致する位置に孔９３が形成されている。枠体８の集電部材４が重ねられる側の面には、枠体８の対向する一対の長辺に沿って溝が形成され、枠体８、９を重ねることによって、空気流通路９４、９５が構成される構造となっている。空気流通路９４の一端は、枠体８の長辺側の端面に形成された単位開口９４１に接続され、他端は空気流路４０の導入口４３に接続されている。 The frame body 9 overlaid on the current collecting member 4 is configured to have the same size as the frame body 8, and a window 91 for accommodating the convex portion 42 is formed at the center. Further, in the vicinity of both end portions, holes 93 are formed at positions corresponding to the holes 83 of the frame body 8. Grooves are formed along a pair of opposing long sides of the frame 8 on the surface of the frame 8 on which the current collecting member 4 is overlapped. By overlapping the frames 8 and 9, an air flow passage 94, 95 is configured. One end of the air flow passage 94 is connected to a unit opening 941 formed on the end surface on the long side of the frame body 8, and the other end is connected to the introduction port 43 of the air flow path 40.

上流側の空気流通路９４は、単位開口９４１側から空気流路４０側へ向けて横断面積が漸減するように、端部内壁がテーパー面９４２となっており、後述する空気マニホールド５４から噴射される霧状水の取り入れを容易としている。一方、下流側の空気流通路９５の一端は、空気流路４０の導出口４４に接続され、他端は、枠体８の長辺側端面に形成された開口９５１に接続されている。空気流通路９５は、開口９５１側から空気流路４０側へ向けて横断面積が漸減するように、端部内壁がテーパー面９５２となっている。燃料電池スタック１００が傾いた際にも、このテーパー面９５２によって、水の排出が維持される。また、枠体９の、集電部材４に接触する面に対して、反対側の平面には、輪郭が窓９１に沿って形成された凹部が形成され、単位セル１５が収納される収納部９２が設けられている。上記単位開口９４１の集合体によって、燃料電池スタック１００の上面には、矩形状の開口９４０が形成され、この開口９４０に、空気マニホールド５４から空気が流入する。 The upstream air flow passage 94 has an end inner wall that is a tapered surface 942 so that the cross-sectional area gradually decreases from the unit opening 941 side to the air flow path 40 side, and is injected from an air manifold 54 described later. It is easy to take in misty water. On the other hand, one end of the downstream air flow passage 95 is connected to the outlet 44 of the air flow path 40, and the other end is connected to an opening 951 formed on the long side end surface of the frame 8. The air flow passage 95 has an end inner wall as a tapered surface 952 so that the cross-sectional area gradually decreases from the opening 951 side toward the air flow path 40 side. Even when the fuel cell stack 100 is tilted, the tapered surface 952 maintains the discharge of water. In addition, a concave portion having a contour formed along the window 91 is formed on the plane opposite to the surface of the frame body 9 that contacts the current collecting member 4, and the storage unit in which the unit cell 15 is stored. 92 is provided. Due to the assembly of the unit openings 941, a rectangular opening 940 is formed on the upper surface of the fuel cell stack 100, and air flows from the air manifold 54 into the opening 940.

図５は単位セル１５の拡大断面図である。単位セル１５は、固体高分子電解質膜１５ａと、該固体高分子電解質膜1５ａの両側面にそれぞれ重ねられた酸化剤極である酸素極１５ｂと燃料極１５ｃとを備えていて、固体高分子電解質膜１５ａは、酸素極１５ｂと燃料極１５ｃとで挟持されている。固体高分子電解質膜1５ａは、収納部８２、９２に合致した大きさに形成され、酸素極１５ｂと燃料極１５ｃは、窓９１、８１に合致した大きさに形成されている。単位セル１５の厚さは、枠体８、９や集電部材３、４の厚さに比べると極めて薄いので、図面では、一体の部材として表示している。 FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the unit cell 15. The unit cell 15 includes a solid polymer electrolyte membrane 15a, and an oxygen electrode 15b and a fuel electrode 15c that are oxidant electrodes stacked on both side surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 15a, respectively. The membrane 15a is sandwiched between the oxygen electrode 15b and the fuel electrode 15c. The solid polymer electrolyte membrane 15 a is formed in a size that matches the storage portions 82 and 92, and the oxygen electrode 15 b and the fuel electrode 15 c are formed in a size that matches the windows 91 and 81. Since the thickness of the unit cell 15 is extremely thin compared to the thicknesses of the frame bodies 8 and 9 and the current collecting members 3 and 4, the unit cell 15 is shown as an integral member in the drawing.

空気流路４０の内壁には、親水性処理が施されている。内壁表面と水の接触角が４０°以下、好ましくは３０°以下となるように表面処理が施されているとよい。処理方法としては、親水処理剤を、表面に塗布する方法が取られる。塗布される処理剤としては、ポリアクリルアミド、ポリウレタン系樹脂、酸化チタン（ＴｉＯ₂）等が挙げられる。 The inner wall of the air flow path 40 is subjected to hydrophilic treatment. The surface treatment may be performed so that the contact angle between the inner wall surface and water is 40 ° or less, preferably 30 ° or less. As the treatment method, a method of applying a hydrophilic treatment agent to the surface is taken. Examples of the treating agent to be applied include polyacrylamide, polyurethane resin, titanium oxide (TiO ₂ ), and the like.

以上のように構成された枠体８、９によって集電部材３、４を保持してセパレータ１３が構成され、セパレータ１３と単位セル１５を交互に積層して、燃料電池スタック１００が構成される。図６は燃料電池スタック１００の部分平面図である。燃料電池スタック１００の上面には、多数の導入口４３が開口し、この導入口４３に、後述するように、空気マニホールド５４から空気が流入するとともに、空気マニホールド５４内で、噴射流入手段であるノズル５５から噴射された水が同時に流入する。このノズルは、水を液滴の状態で、燃料電池スタック１００に供給する。導入口４３から流入した空気と液滴状の水は、潜熱冷却により集電部材３、４を冷却する。また、燃料電池スタック１００の底面には、図６に示されている導入口４３に対向する位置に、多数の導出口４４が開口し、この導出口４４から空気と、噴射供給された水が流出する。即ち、導入口４３は、燃料電池スタック１００の上面に、縦横に多数開口し、同様に、導出口４４は、燃料電池スタック１００の底面に、縦横に多数開口することとなる。 The separators 13 are configured by holding the current collecting members 3 and 4 by the frames 8 and 9 configured as described above, and the fuel cell stack 100 is configured by alternately stacking the separators 13 and the unit cells 15. . FIG. 6 is a partial plan view of the fuel cell stack 100. A large number of inlets 43 are opened on the upper surface of the fuel cell stack 100. As will be described later, air flows into the inlet 43 from the air manifold 54, and is an injection inlet means within the air manifold 54. Water sprayed from the nozzle 55 flows in simultaneously. This nozzle supplies water to the fuel cell stack 100 in the form of droplets. The air and liquid water flowing from the inlet 43 cool the current collecting members 3 and 4 by latent heat cooling. Further, on the bottom surface of the fuel cell stack 100, a large number of outlets 44 are opened at positions opposed to the inlets 43 shown in FIG. 6, from which air and water supplied by injection are supplied. leak. That is, many inlets 43 are opened vertically and horizontally on the upper surface of the fuel cell stack 100, and similarly, many outlets 44 are opened vertically and horizontally on the bottom surface of the fuel cell stack 100.

次に、図１に示されている燃料電池システムの構成について説明する。燃料供給系１０の構成について説明する。燃料ガスボンベである高圧ガスタンクである水素貯蔵タンク１１には、燃料ガス供給流路２０１Ａ、２０１Ｂを介して燃料電池スタック１００のガス取入口に接続されている。燃料ガス供給流路２０１Ａには、水素元バルブ１８、一次圧センサＳ０、レギュレータ１９、二次圧センサＳ１、第１ガス供給弁２０及び水素調圧弁２１、第２ガス供給弁２２、三次圧センサＳ２が順に設けられ、この燃料ガス供給流路２０１Ａは、燃料ガス供給流路２０１Ｂの一端に接続している。燃料ガス供給流路２０１Ｂの他端は、燃料電池スタック１００の上記ガス取入口２０１ＢのＩＮに接続されている。燃料電池スタック１００のガス排出口には、ガス排出流路２０２の一端が接続され、その他端は、燃料ガス供給流路２０１Ｂに接続され、燃料ガスの循環路が構成される。ガス排出流路２０２には、燃料電池スタック１００のガス排出口側から順に、トラップ２４、循環ポンプ２５、循環電磁弁２６が配置されている。トラップ２４には、水レベルセンサＳ１０が取り付けられ、さらに、ガス導出路２０３の一端が接続されている。ガス導出路２０３の他端は、空気ダクト１２４に接続されている。ガス導出路２０３には、排気電磁弁２７が設けられている。 Next, the configuration of the fuel cell system shown in FIG. 1 will be described. The configuration of the fuel supply system 10 will be described. A hydrogen storage tank 11 that is a high-pressure gas tank that is a fuel gas cylinder is connected to a gas intake port of the fuel cell stack 100 via fuel gas supply channels 201A and 201B. The fuel gas supply passage 201A includes a hydrogen source valve 18, a primary pressure sensor S0, a regulator 19, a secondary pressure sensor S1, a first gas supply valve 20, a hydrogen pressure regulating valve 21, a second gas supply valve 22, and a tertiary pressure sensor. S2 is sequentially provided, and the fuel gas supply channel 201A is connected to one end of the fuel gas supply channel 201B. The other end of the fuel gas supply channel 201B is connected to the IN of the gas inlet 201B of the fuel cell stack 100. One end of a gas discharge channel 202 is connected to the gas discharge port of the fuel cell stack 100, and the other end is connected to the fuel gas supply channel 201B to constitute a fuel gas circulation channel. In the gas discharge channel 202, a trap 24, a circulation pump 25, and a circulation electromagnetic valve 26 are arranged in this order from the gas discharge port side of the fuel cell stack 100. A water level sensor S10 is attached to the trap 24, and one end of the gas outlet path 203 is connected to the trap 24. The other end of the gas outlet path 203 is connected to the air duct 124. An exhaust solenoid valve 27 is provided in the gas outlet passage 203.

次に空気供給系１２について説明する。空気供給系１２は、空気導入路１２３と、空気マニホールド５４と、空気排出路である空気ダクト１２４とを備えている。空気導入路１２３には、フィルタ１２１、空気ファン１２２、空気マニホールド５４の順で流入方向に沿って設けられている。
空気導入路１２３の先端に接続されている空気ファン１２２の吸引口には、エアフィルタ１２１が設けられ、吸引時に、粉塵等のゴミが除去される。空気ファン１２２は、回転翼（インペラー）を回転させることにより、送風する遠心ブロアであり、回転翼を回転させるためのモータＭが、回転翼の回転軸に接続されている。 Next, the air supply system 12 will be described. The air supply system 12 includes an air introduction path 123, an air manifold 54, and an air duct 124 that is an air discharge path. In the air introduction path 123, a filter 121, an air fan 122, and an air manifold 54 are provided in this order along the inflow direction.
An air filter 121 is provided at the suction port of the air fan 122 connected to the tip of the air introduction path 123, and dust such as dust is removed during suction. The air fan 122 is a centrifugal blower that blows air by rotating a rotating blade (impeller), and a motor M for rotating the rotating blade is connected to a rotating shaft of the rotating blade.

空気導入路１２３の下流側には、空気マニホールド５４内の直前位置に、冷却水を空気導入路１２３内へ向けて噴射するノズル５５が設けられている。このノズル５５は、空気マニホールド５４内に設けられていてもよい。空気マニホールド５４は、燃料電池スタック１００の導入口４３に空気を分割して流入させる。 On the downstream side of the air introduction path 123, a nozzle 55 that injects cooling water into the air introduction path 123 is provided immediately before the air manifold 54. The nozzle 55 may be provided in the air manifold 54. The air manifold 54 divides and flows the air into the inlet 43 of the fuel cell stack 100.

ところで、燃料電池スタック１００は、ケーシング１０１内に収容され、ケーシング１０１の蓋体１０２には、上記空気マニホールド５４が一体として設けられている。また、ケーシング１０１の下側には、冷却水回収手段としてのトレー５３Ａが装着されている。トレー５３Ａは、燃料電池スタック１００の導出口４４の下側に位置し、全ての導出口４４から滴下する水を受けられる十分な面積を有している。トレー５３Ａには、空気ダクト１２４の一端が接続され、トレー５３Ａの上部は、複数の導出口４４から排出される排気を合流させて空気ダクト１２４へ送る排気マニホールドとして機能する。また、トレー５３Ａは、導出口４４から落下する水を受けて、これを貯留する作用を有し、排出口５３５Ａから貯留した水を排出する。このトレー５３Ａは、冷却水の循環路の一部を構成し、後述するように、浄化部５３４Ａを底面に備えている。トレー５３Ａは、既述の通り、水を貯留する作用を有するので、水タンク５３を省略し、トレー５３Ａを水タンクとして用いてもよい。 Incidentally, the fuel cell stack 100 is accommodated in the casing 101, and the air manifold 54 is integrally provided on the lid 102 of the casing 101. Further, a tray 53A as a cooling water collecting means is mounted on the lower side of the casing 101. The tray 53 A is located below the outlets 44 of the fuel cell stack 100 and has a sufficient area to receive water dripped from all the outlets 44. One end of an air duct 124 is connected to the tray 53 A, and the upper portion of the tray 53 A functions as an exhaust manifold that joins the exhaust discharged from the plurality of outlets 44 and sends it to the air duct 124. In addition, the tray 53A receives water falling from the outlet 44 and stores it, and discharges the stored water from the outlet 535A. The tray 53A constitutes a part of the cooling water circulation path and includes a purifying portion 534A on the bottom surface, as will be described later. As described above, since the tray 53A has an action of storing water, the water tank 53 may be omitted and the tray 53A may be used as a water tank.

空気ダクト１２４は、導出口４４から流出した空気を、凝縮器５１を介して外部へ導流する。空気ダクト１２４の終端部には、ファンが取り付けられた凝縮器５１が設けられ、続いてフィルタ１２５が接続されている。凝縮器５１は、空気から水分を取り出す。また、ノズル５５から供給された水の内、燃料電池スタック１００内で蒸発した水分も、ここで回収される。空気ダクト１２４には、排気温度センサＳ９が設けられ、燃料電池スタック１００内の温度が間接的に検出される。 The air duct 124 guides the air flowing out from the outlet 44 to the outside via the condenser 51. A condenser 51 to which a fan is attached is provided at the end of the air duct 124, and a filter 125 is subsequently connected. The condenser 51 extracts moisture from the air. Further, the water evaporated in the fuel cell stack 100 in the water supplied from the nozzle 55 is also collected here. The air duct 124 is provided with an exhaust temperature sensor S9, and the temperature in the fuel cell stack 100 is indirectly detected.

次に、水供給系について説明する。水供給系５０は、貯水手段としての水タンク５３と、凝縮器５１で回収した水を回収ポンプ６２へ導く導水路５７１と、トレー５３Ａで回収された水を回収ポンプ６２へ導く導水路５７２と、回収された水を水タンク５３へ供給する回収ポンプ６２と、回収ポンプ６２から排出する水を水タンク５３へ導く導水路５７０と、水タンク５３の水をノズル５５へ導く給水路５６とを有する。導水路５７２の一端は、トレー５３Ａの排出口５３５Ａに接続されている。 Next, the water supply system will be described. The water supply system 50 includes a water tank 53 as water storage means, a water conduit 571 that guides the water collected by the condenser 51 to the recovery pump 62, and a water conduit 572 that guides the water collected by the tray 53A to the recovery pump 62. A recovery pump 62 that supplies the recovered water to the water tank 53, a water conduit 570 that guides the water discharged from the recovery pump 62 to the water tank 53, and a water supply passage 56 that guides the water in the water tank 53 to the nozzle 55. Have. One end of the water conduit 572 is connected to the outlet 535A of the tray 53A.

給水路５６には、フィルタ６４、ノズル５５へ冷却水を供給する供給ポンプ６１、イオン交換樹脂６３が順に設けられている。水タンク５３には、水温センサＳ５と、貯水量検出手段であるタンク水位センサＳ７が設けられている。給水路５６と給水ポンプ６１によって導水手段が構成される。また、空気流路４０によって冷却水通路が構成される。給水路５６、給水ポンプ６１、ノズル５５によって、冷却手段が構成される。 In the water supply path 56, a filter 64, a supply pump 61 for supplying cooling water to the nozzle 55, and an ion exchange resin 63 are provided in this order. The water tank 53 is provided with a water temperature sensor S5 and a tank water level sensor S7 which is a storage amount detection means. The water supply means is constituted by the water supply path 56 and the water supply pump 61. In addition, a cooling water passage is configured by the air flow path 40. The water supply passage 56, the water supply pump 61, and the nozzle 55 constitute a cooling means.

図８は、水タンク５３の内部の構成を示す模式図である。水タンク５３は、箱状に構成された容器５３０と、容器５３０の上部開口を覆う蓋体５３２とを備えている。容器５３０内には、冷却水が蓄えられ貯留空間５３１が設けられ、該貯留空間５３１には、導水路５７０と、給水路５６との各端部が接続され、導水路５７０からは、回収された冷却水が供給され、また、蓄えられている水は、給水路５６へ流出する。 FIG. 8 is a schematic diagram showing an internal configuration of the water tank 53. The water tank 53 includes a container 530 configured in a box shape and a lid 532 that covers an upper opening of the container 530. Cooling water is stored in the container 530 and a storage space 531 is provided. The storage space 531 is connected to each end of a water conduit 570 and a water supply channel 56, and is collected from the water conduit 570. Cooling water is supplied, and the stored water flows out to the water supply channel 56.

貯留空間５３１の内側の面（内側側面５３１ｓと底面５３１ｂを含む面）の表面には、光触媒層が設けられており、この光触媒層によって浄化部５３４が構成される。浄化部５３４は、貯留空間５３１内において、少なくとも水が接触する面に設けられる。ここで、光触媒とは、紫外線をうけることで、光触媒の表面に活性酸素を発生させ、細菌などの有害物質を酸化分解する作用を有する触媒のことである。この光触媒としては、例えば、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステンなどが挙げられる。
光触媒層は、例えば、ＴｉＯ_２を混入させた塗料を、内側面に塗布する、又はＴｉＯ_２を混入した塗料がコーティングされたフィルムを内側面に貼る、などによって生成することができる。この他、公知の手段により光触媒層が構成される。 A photocatalyst layer is provided on the surface of the inner surface of the storage space 531 (the surface including the inner side surface 531s and the bottom surface 531b), and the purification unit 534 is configured by this photocatalyst layer. The purification unit 534 is provided in the storage space 531 at least on the surface that comes into contact with water. Here, the photocatalyst is a catalyst having an action of oxidatively decomposing harmful substances such as bacteria by generating active oxygen on the surface of the photocatalyst by receiving ultraviolet rays. Examples of the photocatalyst include titanium dioxide, zinc oxide, and tungsten oxide.
Photocatalyst layer, for example, a paint obtained by mixing a TiO _2, is applied to the inner surface, or put a coating of TiO ₂ were mixed was coated film on the inner surface can be generated by such. In addition, a photocatalyst layer is formed by known means.

一方、貯留空間５３１内には、蓋体５３２の下面に設けられた複数仕切り部材５３３が挿入されており、各仕切り部材５３３の全表面にも、光触媒層からなる浄化部５３４が設けられている。仕切り部材５３３の下端は、貯留空間５３１の底面５３１ｂに接触することはなく、貯留空間５３１の水の流通は担保されている。
各仕切り部材５３３の間には、光ファイバー束６６０が挿入されている。光ファイバー束６６０を構成する光ファイバー６６１の一端は、外光を取り入れる光導入部、他端は導かれた光を光ファイバーの外側に照射する光導出部となっている。 On the other hand, a plurality of partition members 533 provided on the lower surface of the lid 532 are inserted into the storage space 531, and a purification unit 534 made of a photocatalyst layer is also provided on the entire surface of each partition member 533. . The lower end of the partition member 533 does not contact the bottom surface 531 b of the storage space 531, and the water flow in the storage space 531 is secured.
An optical fiber bundle 660 is inserted between the partition members 533. One end of the optical fiber 661 constituting the optical fiber bundle 660 is a light introducing unit that takes in external light, and the other end is a light deriving unit that irradiates the guided light to the outside of the optical fiber.

光ファイバー６６には、光導出部６６１Ｌが、貯留空間５３１の底部５３１ｂ付近に位置する光ファイバー６６Ｌと、光導出部６６１Ｓが貯留空間５３１の中央部分に位置する光ファイバー６６Ｓとがあり、各光導出部６６１Ｌ、６６１Ｓは、光ファイバー束６６０の軸線を中心として放射状に、外側へ向けて設置されており、貯留空間５３１の内側面全体に均一に外光が当たるように構成されている。光導出部は、貯留空間５３１の下部と中部に配置する構成となっているが、これに加えて、上部にも配置されていてもよい。さらには、貯留空間５３１の深さ方向の距離を等分し、等間隔で複数の光導出部を配置してもよい。このような構成とすることによって、より一層外光が、浄化部５３４に均一に照射され、浄化性能が一層向上する。 The optical fiber 66 includes an optical fiber 66L in which the light deriving unit 661L is located near the bottom 531b of the storage space 531 and an optical fiber 66S in which the light deriving unit 661S is located in the central portion of the storage space 531, and each light deriving unit 661L. , 661S are arranged radially outward with the axis of the optical fiber bundle 660 as the center, and are configured so that external light is uniformly applied to the entire inner surface of the storage space 531. Although the light derivation | leading-out part becomes a structure arrange | positioned in the lower part and center part of the storage space 531, in addition to this, you may arrange | position also in the upper part. Further, the distance in the depth direction of the storage space 531 may be equally divided, and a plurality of light derivation units may be arranged at equal intervals. By setting it as such a structure, external light is irradiated more uniformly to the purification | cleaning part 534, and purification performance improves further.

光ファイバー束６６０は、ゴム等の弾性材料で構成された保持部材６７によって、複数の光ファイバー６６を分離しないように束ねた状態で保持されることによって構成される。そして、保持部材６７が、蓋体５３２に形成された孔に装着されることで、光ファイバー束６６０が、水タンク５３に装着される。
光ファイバー束６６０は、仕切り部材５３３の間で、等間隔で複数設けられ、広範囲に均一な光が照射できるように構成されている。浄化部５３４を表面に形成した仕切り部材５３３を縦横に設置し、仕切り部材５３３で仕切られた升目毎に光ファイバー束６６０を設けた構造としてもよい。 The optical fiber bundle 660 is configured by holding a plurality of optical fibers 66 bundled so as not to be separated by a holding member 67 made of an elastic material such as rubber. The holding member 67 is attached to the hole formed in the lid body 532, so that the optical fiber bundle 660 is attached to the water tank 53.
A plurality of optical fiber bundles 660 are provided at equal intervals between the partition members 533, and are configured to irradiate uniform light over a wide range. The partition member 533 having the purification unit 534 formed on the surface may be installed vertically and horizontally, and the optical fiber bundle 660 may be provided for each cell partitioned by the partition member 533.

また、仕切り部材５３３を板材とせず、網状の部材とし、網を構成する線材の表面に光触媒をコーティングした構成としてもよい。この場合には、仕切り部材が網状であるため、水の流通を妨げない。これにより、浄化部５３４に接触して浄化された水と、接触していない水との置換が容易となり、浄化効率が向上する。上記光ファイバーによって、光照射手段が構成される。
水タンク５３内で浄化された水は、ポンプ６１によって、イオン交換樹脂ユニット６３へ送られ、光触媒によっては取り除けない陰イオンを除去する。 The partition member 533 may be a net-like member instead of a plate material, and the surface of the wire constituting the net may be coated with a photocatalyst. In this case, since the partition member has a net shape, it does not hinder the flow of water. This facilitates replacement of water purified by contact with the purification unit 534 with water that is not in contact, and purification efficiency is improved. Light irradiation means is constituted by the optical fiber.
The water purified in the water tank 53 is sent to the ion exchange resin unit 63 by the pump 61 to remove anions that cannot be removed by the photocatalyst.

なお、空気流路４０の内壁に施される親水性処理として、酸化チタンを用いた場合には、空気流路４０内へ光ファイバーを導入し、光導出部から空気流路４０の内壁へ光を照射することにより、浄化作用を発揮させることも可能である。このように、導水路５７０、５７１、５７２や給水路５６など冷却水が循環する経路の内壁に光触媒層を設け、光ファイバーにより導かれた光を照射する構成すれば、さらに浄化効率が向上する。光ファイバーは、細く、ある程度変形が可能であるため、システムの細部へ配線することが可能で、任意の場所を浄化部とすることができる。
上記水タンク５３の他、後述するように、燃料電池スタック１００の下側に設けられた水回収用のトレー５３Ａにおいても、水を浄化することができる。図９はトレー５３Ａの全体平面図、図１０は、同じく断面側面図である。 When titanium oxide is used as the hydrophilic treatment applied to the inner wall of the air flow path 40, an optical fiber is introduced into the air flow path 40, and light is emitted from the light outlet to the inner wall of the air flow path 40. It is also possible to exert a purifying action by irradiation. As described above, if the photocatalyst layer is provided on the inner wall of the path through which the cooling water circulates such as the water conduits 570, 571, and 572 and the water supply path 56 and the light guided by the optical fiber is irradiated, the purification efficiency is further improved. Since the optical fiber is thin and can be deformed to some extent, it can be wired to the details of the system, and an arbitrary place can be used as the purification section.
In addition to the water tank 53, as will be described later, water can be purified also in a water recovery tray 53A provided on the lower side of the fuel cell stack 100. 9 is an overall plan view of the tray 53A, and FIG. 10 is a sectional side view of the same.

図１０に示されているように、トレー５３Ａの底面には、光触媒層からなる浄化部５３４Ａが、全面に渡って設けられている。また、ケーシング１０１の側壁には、孔が形成され、保持部材６７に保持された光ファイバー束６６０が、トレー５３Ａの一端部から内側へ導かれている。光ファイバー束６６０は、等間隔に３つ設けられ、底面の全面に均一に光が導かれるように構成されている。 As shown in FIG. 10, a purifier 534A made of a photocatalyst layer is provided on the entire bottom surface of the tray 53A. Further, a hole is formed in the side wall of the casing 101, and the optical fiber bundle 660 held by the holding member 67 is guided inward from one end of the tray 53A. Three optical fiber bundles 660 are provided at equal intervals so that light is uniformly guided to the entire bottom surface.

光ファイバー束６６０は、先端の光導出部６６１がトレー５３Ａの奥まで達している光ファイバー６６Ｌ、トレー５３Ａの手前に位置する光ファイバー６６Ｓ、中程に位置する光ファイバー６６Ｍとを備えており、各光導出部６６１Ｌ、６６１Ｍ、６６１Ｓは、浄化部５３４Ａの近傍に位置している。 The optical fiber bundle 660 includes an optical fiber 66L in which a light leading portion 661 at the tip reaches the back of the tray 53A, an optical fiber 66S positioned in front of the tray 53A, and an optical fiber 66M positioned in the middle. 661L, 661M, and 661S are located in the vicinity of the purification unit 534A.

光ファイバー６６は細いため、燃料電池スタック１００から排出される排気の妨げにならないため、空気の流通する流路を横断させて配置することも可能である。
以上説明したように、水タンク５３、給水路５６、給水ポンプ６１、ノズル５５、燃料電池スタック１００の空気流路４０、トレー５３Ａ、導水路５７０、５７２、回収ポンプ６２によって、冷却水の循環路が構成される。 Since the optical fiber 66 is thin and does not hinder the exhaust discharged from the fuel cell stack 100, the optical fiber 66 can be disposed across the flow path through which air flows.
As described above, the water tank 53, the water supply path 56, the water supply pump 61, the nozzle 55, the air flow path 40 of the fuel cell stack 100, the tray 53 A, the water conduits 570 and 572, and the recovery pump 62, Is configured.

次に負荷系７について説明する。燃料電池スタック１００には、負荷系７が接続されており、燃料電池スタック１００で出力される電力は、この負荷系７に供給される。燃料電池スタック１００の電極は、配線７１を介してインバータ７３に接続され、インバータ７３からモータなどの負荷に電力が供給される。インバータ７３には、スイッチ手段であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor／絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）７５を介して補助電源７６が接続されている。補助電源７６は、例えば、バッテリ、キャパシタなどで構成することができる。 Next, the load system 7 will be described. A load system 7 is connected to the fuel cell stack 100, and electric power output from the fuel cell stack 100 is supplied to the load system 7. The electrode of the fuel cell stack 100 is connected to an inverter 73 via a wiring 71, and electric power is supplied from the inverter 73 to a load such as a motor. An auxiliary power supply 76 is connected to the inverter 73 via an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 75 which is a switch means. The auxiliary power source 76 can be constituted by, for example, a battery or a capacitor.

この負荷系７には、燃料電池スタック１００の出力電圧を検出する電圧センサＳ４と、同じく出力電流を検出する電流センサＳ３が設けられている。 The load system 7 is provided with a voltage sensor S4 for detecting the output voltage of the fuel cell stack 100 and a current sensor S3 for detecting the output current.

燃料電池システム１の制御系は、各センサＳ０〜Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９、Ｓ１０の検出値が入力され、レギュレータ１９、各電磁弁１８〜１９２０、２２、２７、各ポンプ２５、６１、６２、ファン１２２、インバータ７３、ＩＧＢＴ７５を制御する制御装置（ＥＣＵ）を備えている。この制御装置には、図示しないイグニッションスイッチが接続され、車両を駆動させる駆動モータの駆動や停止の指示信号が入力される。 The control system of the fuel cell system 1 receives the detection values of the sensors S0 to S5, S7, S9 and S10, the regulator 19, the solenoid valves 18 to 1920, 22, 27, the pumps 25, 61 and 62, the fan. 122, an inverter 73, and a control device (ECU) for controlling the IGBT 75. An ignition switch (not shown) is connected to the control device, and an instruction signal for driving or stopping a drive motor for driving the vehicle is input.

図１１は、上記のように構成された燃料電池システム１が搭載される、車両１６１を示す全体側面図である。燃料電池スタック１００は、車両１６１の運転座席下部に配置される。
車両１６１は、駆動部１６２、車室１６３、前車輪Ｗ１、後車輪Ｗ２を備えている。駆動部１６２には、上記インバータ７３から駆動電源が供給されるモータが配設され、モータを駆動することによって、車輪Ｗ１を駆動輪として回転させることができる。そして、燃料電池システム１は、車室１６３の図示されない床の直下の前車輪Ｗ１と後車輪Ｗ２との間に、水平に配設される。 FIG. 11 is an overall side view showing a vehicle 161 on which the fuel cell system 1 configured as described above is mounted. The fuel cell stack 100 is disposed below the driver's seat of the vehicle 161.
The vehicle 161 includes a drive unit 162, a passenger compartment 163, a front wheel W1, and a rear wheel W2. The drive unit 162 is provided with a motor to which drive power is supplied from the inverter 73. By driving the motor, the wheel W1 can be rotated as a drive wheel. The fuel cell system 1 is horizontally disposed between a front wheel W1 and a rear wheel W2 directly below a floor (not shown) of the passenger compartment 163.

上記トレー５３Ａに導入される光ファイバー束６６０は、車両１６１内に配線され、光導出部６６１の反対側の端部である光導入部６６２を、車両１６１の表面に露出させている。光導入部６６２は、外光である太陽光を取り入れるために、上方へ向けて光ファイバー６６の端面が臨むように配置されていることが好ましい。或は、より強い光を導入するために、凸レンズや、凹面鏡などの集光手段を利用して、光導入部６６２に光を集めてもよい。このような構成とすることによって、光導出部６６１から照射される光が強くなり、浄化能力が向上する。
図１１は、トレー５３Ａに導光する光ファイバー束６６０の配線を示すが、水タンク５３へ導光する光ファイバー束６６０についても、同様に光導入部は、車両１６１の車体表面において、外側に臨む位置に設けられる。 The optical fiber bundle 660 introduced into the tray 53 A is wired in the vehicle 161, and the light introducing portion 662, which is the opposite end portion of the light guiding portion 661, is exposed on the surface of the vehicle 161. The light introducing portion 662 is preferably arranged so that the end face of the optical fiber 66 faces upward in order to take in sunlight, which is external light. Alternatively, in order to introduce stronger light, light may be collected in the light introducing portion 662 using a condensing means such as a convex lens or a concave mirror. By setting it as such a structure, the light irradiated from the light derivation | leading-out part 661 becomes strong, and purification capacity improves.
11 shows the wiring of the optical fiber bundle 660 that guides light to the tray 53A. Similarly, for the optical fiber bundle 660 that guides light to the water tank 53, the light introduction portion is located on the surface of the vehicle 161 facing the outside. Is provided.

図１２および図１３は、水タンク５３の他の構成例を示す側面断面図である。図１２に示されている水タンク５３Ｂは、箱状に構成された容器５３０Ｂと、容器５３０Ｂの上部開口を覆う蓋体５３２Ｂとを備えている。容器５３０Ｂ内には、冷却水が蓄えられ貯留空間５３１Ｂが設けられている。この貯留空間５３１Ｂに接続される導水路５７０と、給水路５６は、図８に示されている第１の実施形態の水タンク５３と同様であるので、説明を省略する。 12 and 13 are side cross-sectional views showing other configuration examples of the water tank 53. A water tank 53B shown in FIG. 12 includes a container 530B configured in a box shape and a lid 532B that covers an upper opening of the container 530B. Cooling water is stored in the container 530B, and a storage space 531B is provided. The water conduit 570 and the water supply channel 56 connected to the storage space 531B are the same as the water tank 53 of the first embodiment shown in FIG.

貯留空間５３１Ｂ内には、光照射手段である発光手段ＬＳが配置されている。発光手段ＬＳは、光源としての冷陰極管ＬＳ１と、冷陰極管ＬＳ１を収容する光源収容体ＬＧとを有している。光源収容体ＬＧは、冷陰極管ＬＳ１から放たれる紫外線を透過可能な材料で構成され、例えば、石英ガラスなどのガラス、或はポリカーボネート等の樹脂で構成することができる。冷陰極管ＬＳ１は、車両内の電源回路から電力が供給されて発光し、紫外線を放つ。 In the storage space 531B, a light emitting means LS which is a light irradiation means is arranged. The light emitting means LS includes a cold cathode tube LS1 as a light source, and a light source housing LG that houses the cold cathode tube LS1. The light source container LG is made of a material that can transmit ultraviolet rays emitted from the cold cathode fluorescent lamp LS1, and can be made of glass such as quartz glass or resin such as polycarbonate. The cold cathode tube LS1 emits light by being supplied with electric power from a power supply circuit in the vehicle, and emits ultraviolet rays.

光源収容体ＬＧは、横断面形状が円形の環状に形成され、冷却水が内側に浸入しないように液密に構成されている。光源収容体ＬＧは、光源収容体ＬＧの中心に配置され、横断面が円弧状に枠曲した側面から等距離に位置するように配置されている。このような配置位置することで、光源収容体ＬＧの側壁に均等に、冷陰極管ＬＳ１から放たれる紫外線が均等に照射される。 The light source container LG is formed in an annular shape with a circular cross section, and is liquid-tight so that cooling water does not enter inside. The light source container LG is disposed at the center of the light source container LG so that the cross section is located at an equal distance from the side surface curved in a circular arc shape. By such an arrangement position, the ultraviolet rays emitted from the cold cathode fluorescent lamps LS1 are evenly applied to the side walls of the light source container LG.

このように形成された発光手段ＬＳは、光源収容体ＬＧの周囲に外装された保持部材６７Ｂを介して蓋体５３２Ｂに支持されている。保持部材６７Ｂの構成は、第１実施形態の保持部材６７と同様である。 The light emitting means LS formed in this way is supported by the lid body 532B via a holding member 67B that is externally mounted around the light source housing LG. The configuration of the holding member 67B is the same as the holding member 67 of the first embodiment.

発光手段ＬＳは、貯留空間５３１Ｂ内において、貯留されている冷却水中に挿入され、貯留空間５３１Ｂ内に位置する光源収容体ＬＧの外側壁には、光触媒層が設けられており、この光触媒層によって浄化部ＬＳ２が構成される。浄化部ＬＳ２は、貯留空間５３１Ｂ内において、少なくとも水が接触する部分に設けられる。光触媒の構成については、第１の実施形態と同様なので説明を省略する。 The light emitting means LS is inserted into the stored cooling water in the storage space 531B, and a photocatalyst layer is provided on the outer wall of the light source container LG located in the storage space 531B. A purification unit LS2 is configured. The purification unit LS2 is provided at least in a portion where water contacts in the storage space 531B. About the structure of a photocatalyst, since it is the same as that of 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.

以上のような発光手段ＬＳにおいて、冷陰極管ＬＳ１を発光させることにより、紫外線が光源収容体ＬＧの外側の浄化部ＬＳ２に到達し、水と接触する浄化部ＬＳ２において、水の浄化作用が発揮される。
発光手段ＬＳは、蓋体５３２Ｂに設けられていなくてもよく、水タンク５３Ｂの底面部や側面に支持されていてもよい。 In the light emitting means LS as described above, by causing the cold cathode tube LS1 to emit light, the ultraviolet rays reach the purification unit LS2 outside the light source container LG, and the purification unit LS2 in contact with water exhibits the water purification action. Is done.
The light emitting means LS may not be provided on the lid 532B, and may be supported on the bottom surface or the side surface of the water tank 53B.

図１２で説明した構成例の他、導水路５７０や給水路５６を構成する配管を透明な材料で構成し、水の流通する管内の内壁に光触媒層からなる浄化部を設け、外側から、冷陰極管やブラックライト灯からなる紫外線光源を設け、配管内で浄化する構成とすることもできる。また、光源としては、第１の実施形態と同様に、光ファイバーを用いて、外部の太陽光を浄化部に導く構成としてもよい。 In addition to the configuration example described with reference to FIG. 12, the pipes constituting the water conduit 570 and the water supply path 56 are made of a transparent material, and a purification unit comprising a photocatalyst layer is provided on the inner wall of the pipe through which water flows, An ultraviolet light source such as a cathode tube or a black light lamp may be provided to purify the inside of the pipe. Moreover, as a light source, it is good also as a structure which guides external sunlight to a purification | cleaning part using an optical fiber similarly to 1st Embodiment.

図１３に示されている水タンク５３Ｃは、箱状に構成された容器５３０Ｃと、容器５３０Ｃの上部開口を覆う蓋体５３２Ｃとを備えている。容器５３０Ｃ内には、冷却水が蓄えられ貯留空間５３１Ｃが設けられている。この貯留空間５３１Ｃに接続される導水路５７０と、給水路５６は、図８に示されている第１の実施形態の水タンク５３と同様であるので、説明を省略する。 A water tank 53C shown in FIG. 13 includes a container 530C configured in a box shape and a lid 532C that covers an upper opening of the container 530C. In the container 530C, cooling water is stored and a storage space 531C is provided. Since the water conduit 570 and the water supply channel 56 connected to the storage space 531C are the same as the water tank 53 of the first embodiment shown in FIG.

蓋体５３２Ｃの内側（貯留空間５３１Ｃ側）には、光照射手段である発光手段ＢＬ０が設けられている。発光手段ＢＬ０は、ブラックライト灯ＢＬ１と、ブラックライト灯ＢＬ１を内側に収容する光源収容体ＢＬ２とを備えている。ブラックライト灯ＢＬ１は、電源回路から電力の供給を受けて発光する。電源を供給するための配線は、保持部材６７Ｃを介して蓋体５３２Ｃを挿通し、これに保持されている。 Inside the lid 532C (on the storage space 531C side), a light emitting means BL0 that is a light irradiating means is provided. The light emitting means BL0 includes a black light lamp BL1 and a light source housing BL2 that houses the black light lamp BL1 inside. The black light lamp BL1 emits light upon receiving power supply from the power supply circuit. Wiring for supplying power is inserted into the lid body 532C via the holding member 67C and held therein.

光源収容体ＢＬ２は、紫外線を透過可能な材料で構成され、例えば、例えば、石英ガラスなどのガラス、或はポリカーボネート等の樹脂で構成することができる。一方、貯留空間５３１Ｃの内壁には、光触媒層が設けられており、この光触媒層によって浄化部５３４Ｃが構成される。浄化部５３４Ｃは、貯留空間５３１Ｃ内において、少なくとも水が接触する部分に設けられる。光触媒の構成については、第１の実施形態と同様なので説明を省略する。 The light source container BL2 is made of a material that can transmit ultraviolet light, and can be made of, for example, glass such as quartz glass or resin such as polycarbonate. On the other hand, a photocatalyst layer is provided on the inner wall of the storage space 531C, and the purification unit 534C is configured by this photocatalyst layer. The purifying unit 534C is provided at least in a portion where water contacts in the storage space 531C. About the structure of a photocatalyst, since it is the same as that of 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.

以上のように構成された構成において、ブラックライト灯ＢＬ１を点灯させると、ブラックライト（紫外線）が、浄化部５３４Ｃに照射され、ブラックライト（紫外線）が、照射された浄化部５３４Ｃの、水接触部分において、水の浄化が行われる。
上記図１２及び図１３で記載した発光手段に光ファイバーの光導入部を対向させ、発光手段からの紫外線を含む光を、他の浄化部を設けた位置（給水路５６や導水路５７０等）へ導光する構成としても良い。 In the configuration configured as described above, when the black light lamp BL1 is turned on, black light (ultraviolet light) is irradiated to the purifying unit 534C, and water contact of the purifying unit 534C irradiated with black light (ultraviolet light). In the part, water purification takes place.
The light introducing portion of the optical fiber is opposed to the light emitting means described in FIGS. 12 and 13, and the light containing the ultraviolet rays from the light emitting means is sent to the position where the other purifying portion is provided (water supply channel 56, water conduit 570, etc.). It is good also as a structure which guides light.

この発明の燃料電池システム１を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a fuel cell system 1 of the present invention. 燃料電池用セパレータを示す全体正面図である。It is a whole front view which shows the separator for fuel cells. 燃料電池セパレータで構成された燃料電池スタックの部分断面平面図（Ａ‐Ａ断面図）である。It is a fragmentary sectional top view (AA sectional view) of the fuel cell stack comprised with the fuel cell separator. 燃料電池セパレータの全体背面図である。It is the whole fuel cell separator rear view. 単位セルの構成を示す拡大側面断面図である。It is an expanded side sectional view which shows the structure of a unit cell. 燃料電池スタックの上面の構成を示す部分平面図である。It is a fragmentary top view which shows the structure of the upper surface of a fuel cell stack. 空気供給系の構成を示す全体側面図である。It is a whole side view which shows the structure of an air supply system. 水タンクの構成を示す断面側面図である。It is a cross-sectional side view which shows the structure of a water tank. トレーの構成を示す全体平面図である。It is a whole top view which shows the structure of a tray. トレーの構成を示す断面側面図である。It is a cross-sectional side view which shows the structure of a tray. 燃料電池スタックが搭載された車両の全体側面図である。1 is an overall side view of a vehicle on which a fuel cell stack is mounted. 水タンクの他の構成を示す全体断面側面図である。It is a whole sectional side view showing other composition of a water tank. 水タンクの他の構成を示す全体断面側面図である。It is a whole sectional side view showing other composition of a water tank.

Explanation of symbols

１燃料電池システム
１００燃料電池スタック
１２３空気導入路
５３水タンク
５３Ａトレー
５４空気マニホールド
５５ノズル
６１供給ポンプ
６６光ファイバー
６６０光ファイバー束
５３４浄化部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 100 Fuel cell stack 123 Air introduction path 53 Water tank 53A Tray 54 Air manifold 55 Nozzle 61 Supply pump 66 Optical fiber 660 Optical fiber bundle 534 Purification | purification part

Claims

A fuel cell stack that generates electricity by a reaction between the fuel gas and the oxidizing gas;
Having a water tank for collecting and storing waste water from the fuel cell stack;
Cooling means for supplying and cooling the wastewater to the fuel cell stack;
A purification unit carrying a photocatalyst on a portion in contact with the waste water;
And a light irradiating means for irradiating the photocatalyst with light containing ultraviolet light.

The fuel cell system according to claim 1, wherein the purification unit is provided on an inner surface of the water tank.

The cooling means has a supply path for supplying water in the water tank to the fuel cell stack, and a water conduit for collecting waste water from the fuel cell stack in the water tank, 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is provided on an inner wall surface of at least one of the water supply channel and the water conduit in addition to the inner wall surface of the tank.

4. The optical irradiation unit according to claim 1, wherein the light irradiation unit includes an optical fiber having one end disposed outside so that sunlight can be irradiated and the other end disposed at a position where the purification unit can be irradiated with light. The fuel cell system described.

3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the water tank is an exhaust manifold that accommodates an oxidizing gas discharged from the fuel cell stack.