JP2007095621A - 燃料電池の排出ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー損失を抑えつつ、コンパクトな構成で正確な水素濃度を検出することができる燃料電池の排出ガス処理装置を提供する。
【解決手段】希釈容器１１には、希釈ガス配管１２が設けられ、希釈ガス配管１２の下流に希釈ガス導入部１５が設けられ、上流側に希釈オフガス流入部１４が設けられている。希釈ガス導入部１５は、希釈容器１１内に導入されるときの希釈ガスの流通方向が、その上流側の希釈ガス配管１２を流れる希釈ガスの流通方向と一致するようにして希釈容器１１内の希釈ガス配管１２の下流側に設けられている。希釈オフガス流入部１４は、希釈容器１１から希釈ガス配管１２に合流するときの希釈ガスの流通方向が、その上流側を流れる希釈ガスの流通方向と一致しないようにして希釈容器１１内の希釈ガス配管１２の上流側に設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池から排出された燃料を希釈する希釈容器を備えた燃料電池の排出ガス処理装置に関する。

例えば、燃料電池自動車などに搭載される燃料電池システムでは、燃料としての水素の利用効率を高めるために、使い捨てとはせず、燃料電池から排出された水素を再び燃料電池に戻す水素循環機構が設けられている。このため、発電が継続されると、いわゆるクロスリークという現象によって、カソード極に供給された空気に含まれる窒素などがアノード極に透過し、アノード極の水素濃度が低下することによって発電性能が損なわれることがある。

そこで、この種の燃料電池システムでは、燃料電池の下流側に排出水素を希釈するための希釈容器を設けて、この希釈容器内において燃料電池のアノード極から排出された水素とカソード極から排出されたカソードオフガス（主に、空気と水）とを混合することで水素を希釈することが行われている。例えば、特許文献１では、希釈容器にカソードオフガスを導入するために、カソードオフガスの主流路に圧力損失となるマフラを設けることで希釈容器内にカソードオフガスを導入している。
特開２００２−２８９２３７号公報（段落０１３３〜０１３６、図８）

しかしながら、従来の希釈容器を備えた処理装置では、カソードオフガスの主流路に圧力損失を発生させる機器を設けているため、例えばコンプレッサなどを用いて空気を希釈容器に導入した場合に前記機器によってエネルギーの損失が生じる問題がある。

また、希釈容器の下流側で主流路と合流させて水素とさらに混合させているため、希釈容器の出口近傍では大気中に排出される水素濃度を正確に検出することができず、水素濃度を均一にするための流路を長く確保する必要があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、エネルギー損失を抑えつつ、希釈容器の出口近傍で正確な水素濃度を検出することができる燃料電池の排出ガス処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、燃料電池のアノード極から排出されるアノードオフガスを、希釈ガスと混合して排出する希釈容器を備えた燃料電池の排出ガス処理装置において、前記アノードオフガスを前記希釈容器内に導入するアノードオフガス導入路と、前記希釈容器内に配置され、前記希釈ガスが流通する希釈ガス路と、前記希釈ガス路に連通し、前記希釈ガス路を流通する前記希釈ガスを、前記希釈容器内に導入する希釈ガス導入部と、前記希釈ガス路に連通し、前記希釈容器内のガスを合流させる希釈オフガス流入部と、を備え、前記希釈ガス導入部は、前記希釈容器内に導入されるときの希釈ガスの流通方向が、その上流側の前記希釈ガス路を流れる希釈ガスの流通方向と一致するようにして前記希釈容器内の前記希釈ガス路の下流側に設けられ、前記希釈ガス路は、前記希釈ガス導入部の下流側で、前記希釈ガスの流通方向を変更するように形成され、前記希釈オフガス流入部は、前記希釈容器内から前記希釈ガス路に合流するときの希釈ガスの流通方向が、その上流側を流れる希釈ガスの流通方向と一致しないようにして前記希釈容器内の前記希釈ガス路の上流側に設けられることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、希釈ガス路の下流側の希釈ガス導入部から希釈容器内に導入された希釈ガスは、アノードオフガス導入路から導入されたアノードオフガスと混合された後に希釈オフガス流入部から再び希釈ガス路の上流側に導入される。
このとき、希釈ガス導入部における希釈ガスの流通方向が、希釈ガス導入部の上流側の希釈ガス路を流れる希釈ガスの流通方向と一致するように形成されているので、つまり希釈ガス導入部が、希釈ガスの圧力が局所的に高くなる位置に形成されているので、希釈ガスが希釈容器内に希釈ガス導入路を介して導入される際に、希釈ガスが備えている運動エネルギーのロスが抑えられる。その結果、希釈容器内での希釈ガスの拡散や、アノードオフガスと希釈ガスとの混合を促進させることができる。
また、希釈オフガス流入部における希釈ガスの流通方向が、希釈オフガス流入部における希釈ガスの流通方向と一致しないように形成されているので、つまり希釈オフガス流入部が、希釈ガスの圧力が局所的に高くならない位置に形成されているので、希釈ガスが希釈オフガス流入部から希釈容器内に逆流することがない。
したがって、希釈容器内に希釈ガスを導入させる際に希釈ガス導入部に圧力損失を発生させる部分を形成する必要がなく、また希釈容器内から希釈ガス路へ合流させる際に希釈オフガス流入部に圧力損失を発生させる部分を形成する必要がないので、希釈ガスを流通させるために必要となる負荷を軽減することができ、燃料電池を備えたシステムにおけるエネルギー効率の向上に寄与し得る。
なお、希釈容器内に導入されるときの希釈ガスの流通方向がその上流側の希釈ガス路を流れる希釈ガスの流通方向に一致するとは、向きが完全に一致する場合だけではなく、本発明の効果を損なわない範囲において多少一致しない場合も含むものとする。

請求項２に係る発明は、前記希釈ガス導入部は、前記希釈ガス路に形成された貫通孔であり、前記貫通孔の開口が、前記希釈ガスの前記希釈容器内への流通方向に対して直交するように形成されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明によれば、貫通孔を通過する希釈ガスのエネルギーのロスを最小限に抑えることができ、この希釈ガスを流通させるために必要となる負荷をさらに軽減することができる。

請求項３に係る発明は、前記希釈容器内の前記希釈ガス路は、前記希釈容器の天地方向の下側に配置され、さらに前記希釈ガス路の天地方向の下側に前記希釈容器内と連通する水抜き穴が設けられていることを特徴とする。

請求項３に係る発明によれば、前記したように、圧力損失を生じさせる部分を設ける必要がなく、希釈ガスを下流側から導入して上流側で合流させているので、希釈容器内の希釈ガス路を流れる希釈ガスの流量が低減されることがなくなり、希釈容器内の水を排出し易くなる。

請求項４に係る発明は、前記希釈ガス路の前記希釈ガス導入部の下流近傍に、前記希釈容器から排出されたガス中の水素濃度を検出する濃度検出器を配置したことを特徴とする。

請求項４に係る発明によれば、希釈容器の下流側から希釈ガスを希釈容器内に導入して、希釈容器の上流側からアノードオフガスを含んだガスを流入させるようにしているので、希釈容器内の流路内でアノードオフガスと希釈ガスとが十分に混合される。このため、希釈ガス導入部の近傍に濃度検出器を配置することが可能となり、レイアウトの自由度を増すことができる。

請求項５に係る発明は、前記希釈ガス路には、前記希釈ガスを送出するコンプレッサが備えられていることを特徴とする。

請求項５に係る発明によれば、圧力損失の部分を設ける必要がないので、希釈容器に希釈ガスを導入する際に、コンプレッサに要求される負荷を抑えることができる。その結果、コンプレッサの小型化を図ることができ、その分レイアウトの自由度を高めることができる。

本発明の燃料電池の排出ガス処理装置によれば、エネルギー損失を抑えつつ、希釈容器の出口近傍で正確なアノードオフガス濃度を検出することができる。

図１は本実施形態の排出ガス処理装置が搭載された燃料電池システムを示す全体構成図、図２は本実施形態の排出ガス処理装置を示す分解斜視図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図、図４は本実施形態の排出ガス処理装置の作用を示す概略図である。なお、この排出ガス処理装置は、例えば燃料電池自動車などに搭載して使用することができるが、これに限定されるものではない。

図１に示すように、本実施形態の排出ガス処理装置１０は、燃料電池ＦＣ、アノード系２０、カソード系３０、水素濃度検出器３４、ＥＣＵ４０などを含んで構成された燃料電池システム１に搭載される。

前記燃料電池ＦＣは、固体高分子電解質膜２の両面を、触媒を含むアノード極３と触媒を含むカソード極４で挟んで構成された膜電極接合体（ＭＥＡ；Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の両面をさらに図示しない導電性のセパレータで挟んで構成された単セルが厚み方向に複数枚積層されて構成されたものである。

前記アノード系２０は、燃料電池ＦＣのアノード極３に燃料としての水素を流通させるものであり、高圧水素タンク２１、遮断弁２２、エゼクタ２３、水素循環配管２４、水素パージ弁２５などを備えて構成されている。また、燃料電池ＦＣのアノード極３の上流側では、水素供給配管２６を介して、上流側から順番に、高圧水素タンク２１、遮断弁２２、エゼクタ２３が設けられている。また、燃料電池ＦＣのアノード極３の下流側では、水素排出配管２７を介して、水素パージ弁２５が設けられている。

前記高圧水素タンク２１は、高純度の水素を非常に高い圧力で充填されており、遮断弁２２を必要に応じて開弁することにより、水素を燃料電池ＦＣのアノード極３に供給するものである。

前記エゼクタ２３および水素循環配管２４は、燃料電池ＦＣのアノード極３の出口側から排出された水素をアノード極３の入口側に戻して再循環させて、水素の使用効率を高めるためのものである。

前記水素パージ弁２５は、前記水素循環配管２４の接続部よりも下流側に設けられ、必要に応じて開弁されることにより、従来技術で説明したように、発電性能が損なわれるのを防止するようになっている。また、水素パージ弁２５の下流側では、後記するアノードオフガス導入配管１３を介して前記水素排出配管２７と排出ガス処理装置１０とが接続されている。

前記カソード系３０は、空気供給配管３１、空気排出配管３２、エアコンプレッサ３３などを備えて構成されている。

前記空気供給配管３１は、その一端が燃料電池ＦＣのカソード極４の入口側に接続され、他端がエアコンプレッサ３３に接続されている。また、空気排出配管３２は、その一端がカソード極４の出口側に接続され、他端が後記する排出ガス処理装置１０に接続されている。エアコンプレッサ３３は、モータにより駆動されるスーパーチャージャなどであり、圧縮した空気（外気）を、空気供給配管３１を介して燃料電池ＦＣに供給するものである。なお、図示していないが、空気供給配管３１には、燃料電池ＦＣのカソード極４に供給する空気を加湿するための加湿器などが設けられ、また空気排出配管３２には、カソード極４の圧力を調整するための圧力調整弁などが設けられている。

図２に示すように、前記排出ガス処理装置１０は、希釈容器１１と、希釈ガス配管１２と、アノードオフガス導入配管１３とを備えている。

前記希釈容器１１は、下部ケース１１Ａと上部ケース１１Ｂとで構成されている。下部ケース１１Ａは、上面（Ｚ１側の面）が開放した略四角箱型の形状であり、上部ケース１１Ｂは、下面（Ｚ２側の面）が開放した略四角箱型の形状であり、互いに対向する周縁部が接合されることで内部に空間が形成されている。なお、本実施形態では、四角箱型を例に挙げて説明するが、この形状に限定されるものではない。また、下部ケース１１Ａと上部ケース１１Ｂとの分割されていなくてもよい。

前記希釈ガス配管１２は、希釈容器１１の下部ケース１１Ａ内に設けられ、希釈容器１１内のＸ１側の側面１１ａ、Ｙ１側の側面１１ｂ、およびＸ２側の側面１１ｃに沿って、Ｕ字状に形成され、下部ケース１１Ａの側面１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび底面１１ｄに固定されている（図３参照）。なお、本実施形態の希釈ガス配管１２が、請求項１に記載の希釈ガス路に相当している。

図２に示すように、前記希釈ガス配管１２の希釈容器１１における入口ａ１となる端部は、燃料電池ＦＣのカソード極４の出口から延びる空気排出配管３２と連通するように接合されている。なお、ここでの空気排出配管３２は、希釈容器１１内においてＸ１側でＹ１−Ｙ２方向に延びる希釈ガス配管１２ｘ１（１２）に対して直交する向きに接合されている。また、希釈ガス配管１２の希釈容器１１における入口ａ１となる端部には、その上面（Ｚ１側の面）に希釈容器１１の内部と連通する貫通穴からなる希釈オフガス流入部１４が設けられている。

また、前記希釈ガス配管１２の希釈容器１１における出口ａ２となる端部は、希釈容器１１から下流に延びる排気管３５と連通するように接合されている。なお、ここでの排気管３５は、希釈容器１１内においてＸ２側でＹ１−Ｙ２方向に延びる希釈ガス配管１２ｘ２（１２）に対して直交する向きに接合されている。また、希釈ガス配管１２の希釈容器１１における出口ａ２となる端部には、Ｙ２側の面に希釈容器１１の内部と連通する希釈ガス導入部１５が形成されている。この希釈ガス導入部１５は、貫通孔であり、その開口部の面積が、前記希釈オフガス流入部１４の貫通穴の開口部の面積よりも小さく形成されている。

図２に示すように、前記希釈ガス配管１２には、この希釈ガス配管１２と希釈容器１１内とを連通する水抜き穴１６，１６，１６，１６が形成されている。本実施形態の水抜き穴１６は、希釈容器１１の入口ａ１寄りに１箇所、出口ａ２寄りに１箇所、その途中に２箇所形成され、さらに希釈ガス配管１２の天地方向（Ｚ１−Ｚ２方向）の下側に位置するように形成されている（図３参照）。なお、この水抜き穴１６は、天地方向の下側に形成されるものであれば、個数や形状は特に限定されるものではない。

前記アノードオフガス導入配管１３は、その基端が水素排出配管２７と連通するように接続され、先端が上部ケース１１ＢのＸ２側の側面部１１ｅを貫通して、希釈容器１１内に突出している。なお、このアノードオフガス導入配管１３は、希釈ガス配管１２に設けられた希釈ガス導入部１５寄りに設けられている。

図２に示すように、前記希釈容器１１内には、水素と空気とが混合される領域を長くするための仕切り板１７が設けられている。この仕切り板１７は、その面部がＸ１側とＸ２側に向くように、希釈容器１１内においてＸ１−Ｘ２方向の中央部に配置されている。さらに、この仕切り板１７は、Ｙ１−Ｙ２方向に細長い形状であり、Ｙ２側の一端が希釈容器１１内の側面１１ｆに密着して接合され、Ｙ１側の他端がＹ１−Ｙ２方向の途中まで延びて形成され、Ｚ２側の下部が下部ケース１１Ａの底面１１ｄに密着して接合され、Ｚ１側の上部が上部ケース１１Ｂの天井面１１ｇ（図３参照）に密着して形成されている。なお、本実施形態では、単一の仕切り板１７を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではなく、複数枚の仕切り板で構成してもよい。また、希釈オフガス流入部１４と希釈ガス導入部１５とを結ぶＸ１−Ｘ２方向の直線距離が充分に長い場合には、仕切り板を設けない構成であってもよい。

前記水素濃度検出器３４は、希釈容器１１から排出される水素（アノードオフガス）の濃度を検出するものであり、希釈ガス導入部１５の下流近傍、すなわち希釈容器１１の出口ａ２の近傍に設けられている。

前記ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４０は、遮断弁２２、水素パージ弁２５、エアコンプレッサ３３、水素濃度検出器３４などと接続され、遮断弁２２、水素パージ弁２５の開閉動作が制御され、エアコンプレッサ３３のモータの回転出力が制御され、水素濃度検出器３４からの水素濃度情報を取得する。

次に、本実施形態の排出ガス処理装置１０の作用について図４を主に参照しながら説明する。
まず、排出ガス処理装置１０を備えた燃料電池システム１において、遮断弁２２が開弁して高圧水素タンク２１から燃料電池ＦＣのアノード極３に水素が供給されるとともに、エアコンプレッサ３３が駆動されて燃料電池ＦＣのカソード極４に空気（酸素）が供給されると、燃料電池ＦＣ内において水素と酸素との電気化学反応により発電が行われる。ところで、燃料電池システム１では、いわゆるクロスリークによってカソード極４に供給された空気に含まれる窒素などの不純物が固体高分子電解質膜２を通ってアノード極３に透過するため、発電性能が損なわれる。このため必要に応じて水素パージ弁２５を開弁して、窒素などの不純物を排出する処理（パージ処理）が行われる。このとき、窒素などの不純物とともに水素（アノードオフガス）が希釈容器１１に向けて排出されるとともに、エアコンプレッサ３３からの空気（希釈ガス）が、燃料電池ＦＣを通って希釈容器１１に向けて排出される。

図４に示すように、空気排出配管３２から希釈容器１１の入口ａ１に導入された空気は、希釈容器１１内に設けられた希釈ガス配管１２（希釈ガス路）に沿って蛇行して流通する。なお、空気が希釈ガス配管１２に導入されるときに、希釈オフガス流入部１４における流通方向（Ｚ方向）が、その上流側を流れる空気の流通方向（矢印Ｓ１）と一致しないように形成されているので、つまり、希釈オフガス流入部１４の貫通穴が、空気の圧力が局所的に高くなる位置Ｐ１に形成されていないので、希釈容器１１の入口ａ１に導入された空気は、後記する位置Ｐ２に設けられた希釈ガス導入部１５の圧力との関係で希釈オフガス流入部１４から希釈容器１１内に流入することなく、希釈ガス配管１２に沿って流通する。

そして、希釈ガス配管１２の下流側に流通した空気は、希釈ガス導入部１５が形成された位置において、その空気の一部が希釈ガス導入部１５を通って希釈容器１１内へと導入される。なお、空気が希釈ガス導入部１５に導入されるときに、希釈ガス導入部１５における流通方向（Ｙ２方向）が、その上流側を流れる希釈ガス配管１２の空気の流通方向（矢印Ｓ２）と一致するように形成されているので、つまり、希釈ガス導入部１５の貫通孔は、空気の圧力が局所的に高くなる位置Ｐ２に形成されているので、希釈ガス配管１２の上流側から流通してきた空気は、その一部が希釈ガス導入部１５から希釈容器１１内に導入される。

希釈容器１１内に導入された空気は、矢印Ｓ３で示すように、仕切り板１７に沿って希釈オフガス流入部１４に向けて流通する。このとき、前記したパージ処理によりアノードオフガス導入配管１３から希釈容器１１内に導入された水素（アノードオフガス）は、希釈ガス導入部１５から導入された空気（希釈ガス）と混合されて希釈されながら希釈オフガス流入部１４へと流通する。ちなみに、流通する空気の動的なエネルギーを利用して、高い圧力を維持した状態の空気が希釈ガス導入部１５から希釈容器１１内に導入されるので、アノードオフガス導入配管１３から導入された水素は、希釈ガス導入部１５に向けて逆流することなく、希釈オフガス流入部１４に向けて流通することになる。一方、希釈オフガス流入部１４では、希釈ガス導入部１５から導入された空気とアノードオフガス導入配管１３から導入された水素との総圧力が、希釈容器１１の入口ａ１に空気排出配管３２から導入される空気の圧力よりも高くなるので、空気排出配管３２から導入された空気が、希釈オフガス流入部１４から希釈容器１１内に逆流することがない。また、希釈オフガス流入部１４の開口部の面積を大きく設定したことで、希釈容器１１内で希釈されたアノードオフガスが、希釈ガス配管１２に合流し易くなり、また希釈ガス導入部１５の開口部の面積を小さく設定したことで、アノードオフガスの逆流を防いでいる。

希釈ガス導入部１５から導入された空気によって希釈された水素（希釈オフガス）は、希釈オフガス流入部１４から希釈ガス配管１２の上流側において合流し、再度希釈ガス配管１２内を下流側へ流通する。このようにして希釈された水素は、希釈容器１１の出口から排出され、排気管３５を介して大気中へと排出される。

このように、本実施形態では、アノードオフガス導入配管１３から希釈容器１１内に導入された水素を、希釈ガス導入部１５から導入された空気で希釈した後に、希釈ガス配管１２の上流側に再び戻して合流させているので、希釈容器１１内のみで水素（アノードオフガス）を十分に混合させることが可能になる。したがって、希釈ガス導入部１５の下流近傍に水素濃度検出器３４を配置することが可能になり、水素濃度検出器３４を希釈容器１１から遠く離れた下流側に設ける必要がなくなるので、レイアウトの自由度を高めることができる。

また、本実施形態では、図３に示すように、希釈ガス配管１２が希釈容器１１の天地方向（Ｚ１−Ｚ２方向）の下側に設けられ、さらに各水抜き穴１６が希釈ガス配管１２の天地方向（Ｚ１−Ｚ２方向）の下側に設けられているので、アノードオフガス導入配管１３から希釈容器１１内に水素とともに導入された水が、希釈容器１１内に溜まったとしても、希釈ガス配管１２を流通するガスの流れによって吸い寄せられて、希釈ガス配管１２を介して大気中へ排出される。また、本実施形態では、希釈容器１１内に空気（希釈ガス）を導入するために、希釈ガス配管１２や希釈ガス導入部１５に圧力損失を発生させる部分を設ける必要がなく、空気（希釈ガス）を下流側から導入して上流側で合流させているので、希釈ガス配管１２内を流れる空気の流量が低減されることがなく、希釈容器１１内の排水性能を一層向上させることができる。

また、前記したように、希釈ガス配管１２や希釈ガス導入部１５に圧力損失を生じさせる部分を設ける必要がないので、エアコンプレッサ３３で空気を送る燃料電池システム１では、エアコンプレッサ３３に要求される負荷を抑えることができるので、エアコンプレッサ３３の小型化を図ることができる。この点においても、レイアウトの自由度を高めることができる。

なお、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更することができる。例えば、図５の変形例に示すように、前記した環状の希釈ガス配管１２に替えて半環状の希釈ガス配管１２Ａを適用して、希釈ガス配管１２Ａの一方の辺縁部１２ａを下部ケース１１Ａの底面１１ｄに接合し、他方の辺縁部１２ｂを下部ケース１１Ａの側面１１ａ，１１ｂ，１１ｃに接合するようにしてもよい。このような形状の希釈ガス配管１２Ａとすることで、排出ガス処理装置１０の軽量化を図ることができる。なお、この場合には、希釈ガス配管１２Ａと、下部ケース１１Ａの側面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ、および底面１１ｄとで囲まれる空間が、請求項１に記載の希釈ガス路となる。

また、図６は、本実施形態の排出ガス処理装置１０の他の変形例を示す概略図である。すなわち、本実施形態では、空気排出配管３２と希釈ガス配管１２との接合部に、滑らかに曲がる湾曲部Ｗ１が設けられ、また、希釈ガス配管１２と排気管３５との接合部に、同様に滑らかに湾曲する湾曲部Ｗ２が設けられている。なお、この場合の希釈ガス導入部１５は、湾曲部Ｗ２において、この湾曲部Ｗ２の上流側の希釈ガス配管１２内を流通する空気（希釈ガス）の流通方向（Ｙ１−Ｙ２方向）と一致する位置に形成され、希釈オフガス流入部１４は、湾曲部Ｗ１において、この湾曲部Ｗ１の上流側の空気排出配管３２内を流通する空気の流通方向（Ｘ１−Ｘ２方向）と一致しない位置に形成されている。

図６に示すように、希釈容器１１へ空気を導入する導入側と、希釈容器１１から空気を排出する排出側に、湾曲部Ｗ１，Ｗ２を設けることにより、圧力損失を一層低減することが可能になる。その結果、エアコンプレッサ３３にかかる負荷をさらに低減でき、エアコンプレッサ３３をより小型のものにできる。なお、図６では、希釈容器１１の入口ａ１および出口ａ２に湾曲部Ｗ１，Ｗ２を適用した場合を例に挙げて説明したが、この位置に限定されるものではなく、希釈容器１１内の希釈ガス配管１２の側面１１ａから側面１１ｂに至る部分や側面１１ｂから側面１１ｃに至る部分についても湾曲状にしてもよい。これにより、さらに圧力損失の低減が図れる。

また、前記希釈ガス導入部１５の貫通孔の開口は、図６に示したように、希釈容器１１内への空気の流通方向に対して必ずしも直交する向きに形成されている必要はなく、本発明の効果、すなわち、空気を希釈ガス導入部１５から希釈オフガス流入部１４へ所定の圧力で流通させることができるものであればよい。また、希釈容器１１の入口ａ１において、空気排出配管３２がＸ１−Ｘ２方向に向けられて希釈ガス配管１２に対して直交するように折り曲げられているが、空気排出配管３２がＹ１−Ｙ２方向に向けられて、希釈ガス配管１２と直線状に接合されるものであってもよい。これにより、さらに圧力損失を低減できる。

また、本実施形態では、希釈ガスとして、エアコンプレッサ３３から燃料電池ＦＣのカソード極４を通って排出された空気（カソードオフガス）を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、燃料電池ＦＣを介さずにエアコンプレッサ３３からの乾燥した空気を利用してもよく、あるいは高圧水素タンク２１とは別に設けられたタンクに充填された不活性ガスを利用するようにしてもよい。

本実施形態の排出ガス処理装置が搭載された燃料電池システムを示す全体構成図である。 本実施形態の排出ガス処理装置を示す分解斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 本実施形態の排出ガス処理装置の作用を示す概略図である。 本実施形態の排出ガス処理装置の変形例を示す断面図である。 本実施形態の排出ガス処理装置の他の変形例を示す概略図である。

符号の説明

１ 燃料電池システム
１０ 排出ガス処理装置
１１ 希釈容器
１２ 希釈ガス配管（希釈ガス路）
１３ アノードオフガス導入配管（アノードオフガス導入路）
１４ 希釈オフガス流入部
１５ 希釈ガス導入部
１６ 水抜き穴
１７ 仕切り板
３２ 空気排出配管
３３ エアコンプレッサ（コンプレッサ）
３４ 水素濃度検出器（濃度検出器）
３５ 排気管

Claims (5)

1. 燃料電池のアノード極から排出されるアノードオフガスを、希釈ガスと混合して排出する希釈容器を備えた燃料電池の排出ガス処理装置において、
   前記アノードオフガスを前記希釈容器内に導入するアノードオフガス導入路と、
   前記希釈容器内に配置され、前記希釈ガスが流通する希釈ガス路と、
   前記希釈ガス路に連通し、前記希釈ガス路を流通する前記希釈ガスを、前記希釈容器内に導入する希釈ガス導入部と、
   前記希釈ガス路に連通し、前記希釈容器内のガスを合流させる希釈オフガス流入部と、を備え、
   前記希釈ガス導入部は、前記希釈容器内に導入されるときの希釈ガスの流通方向が、その上流側の前記希釈ガス路を流れる希釈ガスの流通方向と一致するようにして前記希釈容器内の前記希釈ガス路の下流側に設けられ、
   前記希釈ガス路は、前記希釈ガス導入部の下流側で、前記希釈ガスの流通方向を変更するように形成され、
   前記希釈オフガス流入部は、前記希釈容器内から前記希釈ガス路に合流するときの希釈ガスの流通方向が、その上流側を流れる希釈ガスの流通方向と一致しないようにして前記希釈容器内の前記希釈ガス路の上流側に設けられることを特徴とする燃料電池の排出ガス処理装置。
2. 前記希釈ガス導入部は、前記希釈ガス路に形成された貫通孔であり、前記貫通孔の開口が、前記希釈ガスの前記希釈容器内への流通方向に対して直交するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の排出ガス処理装置。
3. 前記希釈容器内の前記希釈ガス路は、前記希釈容器の天地方向の下側に配置され、さらに前記希釈ガス路の天地方向の下側に前記希釈容器内と連通する水抜き穴が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池の排出ガス処理装置。
4. 前記希釈ガス路の前記希釈ガス導入部の下流近傍に、前記希釈容器から排出されたガス中の水素濃度を検出する濃度検出器を配置したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池の排出ガス処理装置。
5. 前記希釈ガス路には、前記希釈ガスを送出するコンプレッサが備えられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池の排出ガス処理装置。

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