JP2007242326A - Fuel cell system - Google Patents

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Tetsuo Uozumi
哲生 魚住
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    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of removing water from a water supply system more rapidly and certainly when discharging the water in the water supply system connected to a water tank to the outside. <P>SOLUTION: A drain valve 12 is installed in a water supply system 11 connected to a water tank 8, and a tank internal pressure increasing means 100 which raises the internal pressure of the water tank 8 when discharging the water from the drain valve 12 is installed. Thereby, by removing rapidly and certainly the water in the water supply system 11 by the increased pressure in the water tank from the drain valve 12, freezing of the water supply system 11 during system stoppage in a cold district is prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、とりわけ、燃料電池に供給する水を貯水する水タンク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 including a water tank for storing water to be supplied to the fuel cell.

燃料電池の発熱を水の気化潜熱を利用して除去する燃料電池システムでは、そのための水を貯水するための水タンクを備えており、このように貯水タンクを備えた燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車では、寒冷地においては水タンク内およびその水タンクに繋がる水供給系内の水が凍結する場合があり、このように凍結した場合は燃料電池システムの起動性が悪化してしまう。   A fuel cell system that removes the heat generated by the fuel cell using the latent heat of vaporization of water is equipped with a water tank for storing water for that purpose, and thus a fuel equipped with a fuel cell system equipped with a water storage tank. In a battery car, water in a water tank and a water supply system connected to the water tank may freeze in a cold region, and in such a case, the startability of the fuel cell system deteriorates.

このため、燃料電池の排空気の熱を利用して水タンク内の水を温めるようにした燃料電池システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−31243号公報(第5頁、図2)
For this reason, a fuel cell system has been proposed in which the water in the water tank is heated using the heat of the exhaust air of the fuel cell (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laying-Open No. 2003-31243 (5th page, FIG. 2)

しかしながら、かかる従来の燃料電池システムにあっては、水タンク内の水を温めたとしても、あくまでもその水を温めるのはシステム起動後の燃料電池の発熱を利用したもので、寒冷地ではシステム停止中に水タンクやその水タンクに繋がる水供給系に存在(残存)する水が凍結してしまい、システムの円滑な稼働性が悪化してしまう。   However, in such a conventional fuel cell system, even if the water in the water tank is heated, the water is only heated using the heat generated by the fuel cell after the system is started. The water existing (remaining) in the water tank and the water supply system connected to the water tank is frozen inside, and the smooth operability of the system is deteriorated.

このため、システムの停止時に水タンクに繋がる水供給系内の水を系外に排出しておくことにより、システムの停止中にその水供給系内で水が凍結するのを防止でき、そして、システムの起動後に新たな水を水供給系に供給することにより、起動後のシステム稼働を円滑に行うことができる。   For this reason, by discharging the water in the water supply system connected to the water tank outside the system when the system is stopped, water can be prevented from freezing in the water supply system during the system stop, and By supplying new water to the water supply system after starting the system, the system can be operated smoothly after starting.

そこで、本発明は、水タンクに繋がる水供給系内の水を系外に排出する際に、その水供給系から水をより迅速にかつ確実に排除できるようにした燃料電池システムを提供するものである。   Accordingly, the present invention provides a fuel cell system in which when water in a water supply system connected to a water tank is discharged out of the system, water can be quickly and reliably removed from the water supply system. It is.

本発明は、水タンク内に貯水した水を燃料電池に供給して、該燃料電池の発電によって生じた熱を、前記水の気化潜熱で奪って除去する燃料電池システムにおいて、前記水タンクに繋がる水供給系に排水手段を設けるとともに、その排水手段から水を排水する時に前記水タンクの内圧を高めるタンク内圧上昇手段を設けたことを最も主要な特徴とする。   The present invention is connected to the water tank in a fuel cell system in which water stored in the water tank is supplied to the fuel cell, and heat generated by power generation of the fuel cell is removed by the latent heat of vaporization of the water and removed. The main feature is that a drainage means is provided in the water supply system, and a tank internal pressure raising means for increasing the internal pressure of the water tank when draining water from the drainage means.

本発明によれば、水供給系内の水の排水時にタンク内圧上昇手段によって水タンクの内圧を高めることができるので、高められたその水タンク内の圧力によって水供給系内の水を排水手段から効率良く押し出すことができる。このため、システムの停止時等にあって凍結を防止するために水を排水する必要がある場合は、前記タンク内圧上昇手段によって前記水供給系内の水をより迅速にかつ確実に排除して、寒冷地でのシステム停止中に水供給系が凍結するのを防止できる。その結果、本発明によれば、水の凍結による経路の閉塞や配管の破損を防止することが可能となる。   According to the present invention, when the water in the water supply system is drained, the internal pressure of the water tank can be increased by the tank internal pressure increasing means, so that the water in the water supply system is drained by the increased pressure in the water tank. Can be extruded efficiently. For this reason, when it is necessary to drain water to prevent freezing when the system is stopped, the water in the water supply system is more quickly and reliably removed by the tank internal pressure increasing means. The water supply system can be prevented from freezing while the system is stopped in a cold region. As a result, according to the present invention, it becomes possible to prevent the blockage of the path and the breakage of the pipe due to the water freezing.

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

[実施形態1]
図1,図2は本発明にかかる燃料電池システムの実施形態1を示し、図1は車両に搭載した燃料電池システムの全体概略構成図、図2は燃料電池システムの要部を示す概略構成図である。
[Embodiment 1]
1 and 2 show Embodiment 1 of a fuel cell system according to the present invention, FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of a fuel cell system mounted on a vehicle, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an essential part of the fuel cell system. It is.

本実施形態の燃料電池システムFCは、図1に示すように車両Mに搭載された場合を例にとって示し、燃料電池1と、燃料電池1に燃料としての水素を供給する燃料供給手段と、燃料電池1に酸化剤としての空気を供給する酸化剤供給手段と、発電によって生じた熱を気化潜熱で奪って冷却させる水供給手段とを主要な構成要素として備え、燃料電池1に水素と空気をそれぞれ供給することで、これら水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得るものである。   The fuel cell system FC of this embodiment is shown as an example when mounted on a vehicle M as shown in FIG. 1, and includes a fuel cell 1, a fuel supply means for supplying hydrogen as fuel to the fuel cell 1, a fuel An oxidant supply means for supplying air as an oxidant to the battery 1 and a water supply means for removing heat generated by power generation by latent heat of vaporization and cooling are provided as main components, and the fuel cell 1 is supplied with hydrogen and air. By supplying each, the hydrogen and oxygen in the air are reacted electrochemically to obtain generated power.

燃料電池1は、電解質膜をアノード側電極(燃料極)とカソード側電極(酸化剤極)とで挟み込んでなる膜電極接合体(MEA:membrane electrode assembly)と、この膜電極接合体の両側に水素、空気及び水を供給するための流路が形成されたセパレータを配置した単位燃料電池セル(単セル)を複数積層してなるセルスタックからなり、本実施形態の燃料電池システムFCでは、電極及びセパレータを多孔質体として形成し、水を電解質膜へと浸み出させ、その水の気化潜熱にて発電で生じた熱を除去するように構成されている。   The fuel cell 1 includes a membrane electrode assembly (MEA) formed by sandwiching an electrolyte membrane between an anode side electrode (fuel electrode) and a cathode side electrode (oxidant electrode), and both sides of the membrane electrode assembly. The fuel cell system FC according to this embodiment includes a cell stack formed by stacking a plurality of unit fuel cells (single cells) in which separators having flow paths for supplying hydrogen, air, and water are arranged. In addition, the separator is formed as a porous body, water is leached into the electrolyte membrane, and heat generated by power generation is removed by the vaporization latent heat of the water.

燃料供給手段は、例えば、水素を貯蔵する高圧水素タンク、水素供給管、バルブ、水素排気管、水素希釈装置、水素燃焼装置(何れも図示は省略する)等を有する。高圧水素タンクから取り出された水素は、可変バルブなどで流量や圧力が調整された上で、水素供給管を通じて燃料電池1の燃料極へと供給される。また、燃料電池1の燃料極から排出されたアノード排出ガスは、水素排気管を通って水素希釈装置で水素濃度が十分に希釈されるか水素燃焼装置で燃焼されて酸化された上で、システム外部に排出される。   The fuel supply means includes, for example, a high-pressure hydrogen tank that stores hydrogen, a hydrogen supply pipe, a valve, a hydrogen exhaust pipe, a hydrogen dilution device, a hydrogen combustion device (all of which are not shown), and the like. The hydrogen taken out from the high-pressure hydrogen tank is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 1 through the hydrogen supply pipe after the flow rate and pressure are adjusted by a variable valve or the like. The anode exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell 1 passes through the hydrogen exhaust pipe, and the hydrogen concentration is sufficiently diluted by the hydrogen dilution device or burned by the hydrogen combustion device and oxidized, and then the system It is discharged outside.

酸化剤供給手段は、例えば、空気を圧縮し燃料電池1の酸化剤極へ供給する圧縮機(コンプレッサ)2、圧縮した空気を燃料電池1に送る空気供給管3、その空気を所定湿度にする加湿器4、燃料電池1から排気された空気温度を下げる空気冷却装置(コンデンサ)5、コンデンサ5で凝縮された排空気中に含まれる水を分離する気液分離器(セパレータ)6等を有する。   The oxidant supply means includes, for example, a compressor (compressor) 2 that compresses air and supplies it to the oxidant electrode of the fuel cell 1, an air supply pipe 3 that sends the compressed air to the fuel cell 1, and sets the air to a predetermined humidity. A humidifier 4, an air cooling device (condenser) 5 that lowers the temperature of air exhausted from the fuel cell 1, a gas-liquid separator (separator) 6 that separates water contained in exhaust air condensed by the capacitor 5, and the like. .

圧縮機2で圧縮して供給された空気は、可変バルブなどで流量や圧力が調整されるとともに、加湿器4によって適切な温度・湿度に調整されて燃料電池1の酸化剤極へ供給され、そして、燃料電池1の酸化剤極から排出された排空気は、上流側の空気排気管7Aからそのコンデンサ5に送られて冷却された後、気液分離器6で気液分離されて下流側の空気排気管7Bを介してシステム外部へ排出される。   The air compressed and supplied by the compressor 2 is adjusted in flow rate and pressure by a variable valve or the like, adjusted to an appropriate temperature / humidity by the humidifier 4, and supplied to the oxidant electrode of the fuel cell 1, The exhausted air discharged from the oxidant electrode of the fuel cell 1 is sent to the condenser 5 from the upstream air exhaust pipe 7A and cooled, and then gas-liquid separated by the gas-liquid separator 6 to be downstream. Is discharged to the outside of the system via the air exhaust pipe 7B.

水供給手段は、例えば水を貯水する水タンク8と、この水タンク8から燃料電池1(または加湿器4を介して燃料電池1)へと水を供給する水供給管9と、気液分離器6で分離した水を再び水タンク8へ戻すポンプ10等を有する。図1では、水タンク8から燃料電池1へ直接水を水供給管9で供給するようにしてあるが、加湿器4を燃料電池1の上流に配置し、この加湿器4を介して燃料電池1に水を供給するようにしてもよい。   The water supply means includes, for example, a water tank 8 for storing water, a water supply pipe 9 for supplying water from the water tank 8 to the fuel cell 1 (or the fuel cell 1 via the humidifier 4), and gas-liquid separation. And a pump 10 for returning the water separated by the vessel 6 to the water tank 8 again. In FIG. 1, water is directly supplied from the water tank 8 to the fuel cell 1 through the water supply pipe 9, but the humidifier 4 is disposed upstream of the fuel cell 1, and the fuel cell is passed through the humidifier 4. 1 may be supplied with water.

ここで、本実施形態の燃料電池システムFCは、図2にも示すように前記水タンク8に繋がる水供給系11に排水手段としての排水バルブ12を設けるとともに、その排水バルブ12から水を排水する時に前記水タンク8の内圧を高めるタンク内圧上昇手段100を設けてある)。   Here, the fuel cell system FC of the present embodiment is provided with a drain valve 12 as a drain means in the water supply system 11 connected to the water tank 8 and drains water from the drain valve 12 as shown in FIG. The tank internal pressure raising means 100 for increasing the internal pressure of the water tank 8 is provided.

前記水供給系11は、前記コンデンサ5で凝縮した水を分離して溜める前記気液分離器6と、この気液分離器6内の水を揚水する前記ポンプ10と、このポンプ10で揚水された水を前記水タンク8に供給する水供給配管13と、によって構成される。   The water supply system 11 includes the gas-liquid separator 6 that separates and stores the water condensed by the condenser 5, the pump 10 that pumps up the water in the gas-liquid separator 6, and water pumped by the pump 10. And a water supply pipe 13 for supplying water to the water tank 8.

前記排水バルブ12は、気液分離器6の底部に連通した排水管14に設けられ、その排水バルブ12を開弁することにより気液分離器6内の水を排水管14を介してシステム外部に排水する一方、前記水供給配管13内の水およびポンプ10内の水を気液分離器6内に逆流させて、その逆流させた水も同時に排水管14から排水する。   The drain valve 12 is provided in a drain pipe 14 that communicates with the bottom of the gas-liquid separator 6. By opening the drain valve 12, the water in the gas-liquid separator 6 is discharged from the system via the drain pipe 14. On the other hand, the water in the water supply pipe 13 and the water in the pump 10 are caused to flow back into the gas-liquid separator 6, and the backflowed water is simultaneously discharged from the drain pipe 14.

前記タンク内圧上昇手段100は、図2に示すように燃料電池1から空気を排出する空気排気系15と水タンク8内とを連通し、その空気排気系15の空気を水タンク8内に導入する空気取込路101によって形成してある。   As shown in FIG. 2, the tank internal pressure raising means 100 communicates an air exhaust system 15 that exhausts air from the fuel cell 1 and the water tank 8, and introduces air from the air exhaust system 15 into the water tank 8. The air intake path 101 is formed.

前記空気排気系15は、燃料電池1に連通する前記上流側の空気排気管7A、前記コンデンサ5、前記気液分離器6、この気液分離器6の上部に連通する前記下流側の空気排気管7Bとから構成され、前記空気取込路101は前記上流側の空気排気管7Aから分岐して設けられる。また、前記下流側の空気排気管7Bには下流側調圧弁17が設けられている。   The air exhaust system 15 includes the upstream air exhaust pipe 7 A communicating with the fuel cell 1, the condenser 5, the gas-liquid separator 6, and the downstream air exhaust communicating with the upper portion of the gas-liquid separator 6. The air intake passage 101 is provided to be branched from the upstream side air exhaust pipe 7A. A downstream pressure regulating valve 17 is provided in the downstream air exhaust pipe 7B.

前記燃料電池1は、図2に示すように対向する多孔質のセパレータ21間に酸化剤極(カソード側電極)、電解質膜22、燃料極(アノード側極)を配置したセル23を複数積層したスタック20を備え、そのスタック20の側方にマニホールド24を配置して構成される。前記セパレータ21には、前記酸化剤極と対向する面には空気流路25が形成されるとともに、前記燃料極と対向する面には水素流路26が形成されている。また、セパレータ21同士の対向面には、水が流通する水流路27が形成されている。   In the fuel cell 1, as shown in FIG. 2, a plurality of cells 23 in which an oxidant electrode (cathode side electrode), an electrolyte membrane 22, and a fuel electrode (anode side electrode) are arranged are stacked between opposed porous separators 21. A stack 20 is provided, and a manifold 24 is arranged on the side of the stack 20. The separator 21 has an air passage 25 formed on the surface facing the oxidant electrode and a hydrogen passage 26 formed on the surface facing the fuel electrode. In addition, water flow paths 27 through which water flows are formed on the opposing surfaces of the separators 21.

図1及び図2では、水タンク8に連通する前記空気取込路101を空気排気系15に設けたが、燃料電池1や加湿器4に空気を供給する空気供給系16に前記空気取込路101を設けるようにしてもよい。空気供給系16は、前記圧縮機2およびこの圧縮機2の圧縮空気を燃料電池1に送給する空気供給管3によって構成される。   In FIG. 1 and FIG. 2, the air intake path 101 communicating with the water tank 8 is provided in the air exhaust system 15, but the air intake system 16 that supplies air to the fuel cell 1 and the humidifier 4 is used. A path 101 may be provided. The air supply system 16 includes the compressor 2 and an air supply pipe 3 that supplies the compressed air of the compressor 2 to the fuel cell 1.

また、前記タンク内圧上昇手段100は、空気排気系15の空気を水タンク8内に導入する前記空気取込路101に加えて、前記空気供給系16および前記空気排気系15の空気量を増加する前記圧縮機2を空気増量手段として用いてある。   Further, the tank internal pressure increasing means 100 increases the air amount of the air supply system 16 and the air exhaust system 15 in addition to the air intake passage 101 for introducing the air of the air exhaust system 15 into the water tank 8. The compressor 2 is used as an air increasing means.

つまり、圧縮機2の空気吐出量を増加することにより、空気供給系16を通過する空気量を増加し、かつ、その増加した空気量は燃料電池1内を通過した際にも余剰空気が増量して、前記空気排気系15を通過する空気量をも増加することができ、ひいては、前記空気取込路101を介して水タンク8内に導入される空気量を増加することができる。   That is, by increasing the air discharge amount of the compressor 2, the amount of air passing through the air supply system 16 is increased, and the increased amount of air increases when surplus air also passes through the fuel cell 1. Thus, the amount of air passing through the air exhaust system 15 can also be increased, and consequently, the amount of air introduced into the water tank 8 via the air intake path 101 can be increased.

以上の構成により本実施形態の燃料電池システムFCによれば、空気排気管7Aから分岐した空気取込路101を水タンク8に連通してタンク内上昇手段100を構成し、水タンク8に繋がる水供給系11内の水の排水時に、前記タンク内上昇手段100によって水タンク8の内圧を高めるようにしたので、高められたその水タンク8内の圧力によって水供給系11の水供給配管13内の水を逆流させて気液分離器6内に効率良く押し出すことができ、更に、その気液分離器6内の水は排水バルブ12を開弁することにより排水管14からシステム外部へと排出させることができる。   With the above configuration, according to the fuel cell system FC of the present embodiment, the air intake passage 101 branched from the air exhaust pipe 7A is communicated with the water tank 8 to configure the in-tank raising means 100 and connected to the water tank 8. When the water in the water supply system 11 is drained, the internal pressure of the water tank 8 is increased by the in-tank raising means 100, so that the water supply pipe 13 of the water supply system 11 is increased by the increased pressure in the water tank 8. The water in the gas can be pushed back into the gas-liquid separator 6 efficiently, and the water in the gas-liquid separator 6 is opened from the drain pipe 14 to the outside of the system by opening the drain valve 12. It can be discharged.

従って、燃料電池システムFCの停止時等にあって水の排水を必要とする場合は、水タンク8内の圧力が高められて水を前記水供給系11から迅速にかつ確実に排除でき、寒冷地でのシステム停止中に水供給系11が凍結するのを防止できる。このため、その後に燃料電池システムFCを起動した際に、前記水供給系11に新たな水が供給されることにより、システムの稼働を円滑に行うことができる。また、水の凍結による経路の閉塞や配管の破損を回避することが可能となる。   Therefore, when the fuel cell system FC is stopped or the like and water drainage is required, the pressure in the water tank 8 is increased so that the water can be quickly and reliably removed from the water supply system 11. It is possible to prevent the water supply system 11 from freezing while the system is stopped on the ground. For this reason, when the fuel cell system FC is subsequently started up, the system can be smoothly operated by supplying new water to the water supply system 11. It is also possible to avoid path blockage and piping damage due to water freezing.

また、本実施形態の燃料電池システムFCでは、水供給系11内の水を排水バルブ12を介して排水管14からシステム外へと排出できることにより、水タンク8に手動で給水できる構造である場合に、水タンク8内の水量を適正水位とするオーバーフロー機能を兼ねることができる。   Further, in the fuel cell system FC of the present embodiment, when the water in the water supply system 11 can be discharged manually from the drain pipe 14 through the drain valve 12 to the outside of the system, the water tank 8 can be manually supplied with water. In addition, it can also serve as an overflow function that sets the amount of water in the water tank 8 to an appropriate water level.

更に、前記タンク内圧上昇手段100を、空気排気系15と水タンク8内とを連通して、その空気排気管7Aの空気を水タンク8内に導入する空気取込路101で形成したので、空気排気系15と水タンク8とを空気取込路101で単に連通するという簡単な構造によってタンク内圧上昇手段100を構成することができるので、コストの大幅な上昇を来すことなく前記水供給系11の水を排出することができる。   Further, the tank internal pressure raising means 100 is formed by an air intake passage 101 that communicates the air exhaust system 15 and the water tank 8 and introduces air from the air exhaust pipe 7A into the water tank 8. Since the tank internal pressure increasing means 100 can be configured by a simple structure in which the air exhaust system 15 and the water tank 8 are simply communicated with each other through the air intake passage 101, the water supply can be performed without causing a significant increase in cost. The water of the system 11 can be discharged.

更にまた、前記タンク内圧上昇手段100は、圧縮機2を空気増量手段として空気供給系16および空気排気系15の空気量を増加するようにしたので、これに伴って水タンク8に導入する空気量も増加することにより水タンク8内の圧力を更に高めることができるようになり、その水タンク8と水の排出部分、つまり、本実施形態では気液分離器6との差圧を増大して水の排水性を高めることができる。   Furthermore, the tank internal pressure increasing means 100 uses the compressor 2 as an air increasing means so as to increase the amount of air in the air supply system 16 and the air exhaust system 15, and accordingly, the air introduced into the water tank 8 is increased. By increasing the amount, the pressure in the water tank 8 can be further increased, and the differential pressure between the water tank 8 and the water discharge portion, that is, the gas-liquid separator 6 in this embodiment, is increased. Water drainage can be improved.

[実施形態2]
図3は本発明の実施形態2を示し、前記実施形態1と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図3は燃料電池システムの要部を示す概略構成図である。
[Embodiment 2]
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention, in which the same components as in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted, and FIG. 3 is a schematic diagram showing the main part of the fuel cell system. It is a block diagram.

本実施形態の燃料電池システムFCは基本的に実施形態1と略同様の構成となり、図3に示すように空気排気管7Aから分岐した空気取込路101を水タンク8に連通して空気排気系15の空気を水タンク8内に導入し、かつ、気液分離器6の底部に連通した排水管14に排水バルブ12を設けてある。   The fuel cell system FC of the present embodiment has basically the same configuration as that of the first embodiment. As shown in FIG. 3, the air intake passage 101 branched from the air exhaust pipe 7A is communicated with the water tank 8 to exhaust air. A drain valve 12 is provided in a drain pipe 14 that introduces air of the system 15 into the water tank 8 and communicates with the bottom of the gas-liquid separator 6.

そして、本実施形態のタンク内圧上昇手段110は、前記空気取込路101に加えて、空気排気系15の前記空気取込路101よりも下流側に配置されて、空気排気量を絞り制御することにより空気取込路101に導入する空気圧を昇圧する圧力調整手段としての上流側調圧弁111を設けてある。   In addition to the air intake path 101, the tank internal pressure increasing means 110 of the present embodiment is arranged on the downstream side of the air intake path 101 of the air exhaust system 15, and throttles and controls the air exhaust amount. Thus, an upstream side pressure regulating valve 111 is provided as pressure adjusting means for increasing the air pressure introduced into the air intake passage 101.

上流側調圧弁111は、空気排気系15の空気排気管7Aに設けられ、空気取込路101の分岐部分102とコンデンサ5との間に配置される。そして、上流側調圧弁111の絞り量を調整することにより、その上流側調圧弁111よりも上流側の空気排気管7A内の排空気圧を高めることができ、ひいては、前記空気取込路101から水タンク8に供給する空気圧を高めることができる。   The upstream pressure regulating valve 111 is provided in the air exhaust pipe 7 </ b> A of the air exhaust system 15 and is disposed between the branch portion 102 of the air intake path 101 and the condenser 5. Then, by adjusting the throttle amount of the upstream pressure regulating valve 111, the exhaust air pressure in the air exhaust pipe 7A on the upstream side of the upstream pressure regulating valve 111 can be increased, and as a result, from the air intake path 101. The air pressure supplied to the water tank 8 can be increased.

以上の構成により本実施形態の燃料電池システムFCによれば、空気排気管7Aから分岐した空気取込路101を水タンク8に連通するとともに、気液分離器6の底部に排水バルブ12を設けた排水管14を連通してあるので、実施形態1と同様の作用効果を奏するのは勿論のこと、特に本実施形態ではタンク内圧上昇手段110を、前記空気取込路101に加えて、空気排気管7Aの前記空気取込路101よりも下流側に上流側調圧弁111を設けたので、その上流側調圧弁111により空気排気量を絞り制御することにより、前記空気取込路101に導入する空気圧を昇圧させて水タンク8内の圧力を上昇させることができるので、水タンク8と気液分離器6との差圧を増大して水の排水性を高めることができる。   With the above configuration, according to the fuel cell system FC of the present embodiment, the air intake path 101 branched from the air exhaust pipe 7A communicates with the water tank 8, and the drain valve 12 is provided at the bottom of the gas-liquid separator 6. Since the drain pipe 14 is connected, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In particular, in this embodiment, the tank internal pressure raising means 110 is added to the air intake passage 101 to provide air. Since the upstream side pressure regulating valve 111 is provided on the downstream side of the air intake path 101 of the exhaust pipe 7A, the upstream side pressure regulating valve 111 controls the exhaust amount of air to introduce it into the air intake path 101. Since the pressure in the water tank 8 can be increased by increasing the air pressure, the pressure difference between the water tank 8 and the gas-liquid separator 6 can be increased to improve the water drainage.

[実施形態3]
図4は本発明の実施形態3を示し、前記各実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図4は燃料電池システムの要部を示す概略構成図である。
[Embodiment 3]
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention, in which the same components as those of the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted, and FIG. 4 is a schematic diagram showing the main part of the fuel cell system. It is a block diagram.

本実施形態の燃料電池システムFCは、基本的に実施形態2と略同様の構成となり、図4に示すように空気排気管7Aから分岐した空気取込路101を水タンク8に連通するとともに、気液分離器6の底部に連通した排水管14に排水バルブ12を設けてあり、かつ、空気排気管7Aの空気取込路101の分岐部分102とコンデンサ5との間に上流側調圧弁111を設けてある。   The fuel cell system FC of the present embodiment has basically the same configuration as that of the second embodiment, and communicates the air intake path 101 branched from the air exhaust pipe 7A to the water tank 8 as shown in FIG. A drain valve 12 is provided in the drain pipe 14 communicating with the bottom of the gas-liquid separator 6, and the upstream side pressure regulating valve 111 is provided between the branch portion 102 of the air intake path 101 of the air exhaust pipe 7 A and the condenser 5. Is provided.

そして、本実施形態の燃料電池システムFCでは、前記空気排気系15の出口部分、つまり下流側の空気排気管7Bに大容量中空部120を設け、その大容量中空部120に前記排水バルブ12から排水される水Wを一時的に貯留するようになっている。大容量中空部120としては、例えばステンレス板などによって全ての空間が排水で満水にならない程度の大容量とした内部空間とした円柱体或いは矩形体などとして形成される。   In the fuel cell system FC of the present embodiment, a large-capacity hollow portion 120 is provided in the outlet portion of the air exhaust system 15, that is, the downstream air exhaust pipe 7B, and the large-capacity hollow portion 120 is connected to the drain valve 12 from the drain valve 12. The drained water W is temporarily stored. The large-capacity hollow portion 120 is formed, for example, as a cylindrical body or rectangular body having an internal space with a large capacity such that the entire space is not filled with drainage with a stainless steel plate or the like.

このとき、前記大容量中空部120は、前記空気排気管7Bの下流側調圧弁17よりも下流側に配置されるようになっており、かつ、前記排水バルブ12を設けた排水管14の下流側を前記大容量中空部120に連通させてある。   At this time, the large-capacity hollow portion 120 is arranged on the downstream side of the downstream pressure regulating valve 17 of the air exhaust pipe 7B, and downstream of the drain pipe 14 provided with the drain valve 12. The side communicates with the large-capacity hollow portion 120.

従って、排水管14から排出される水Wは前記大容量中空部120に流入することになるが、その大容量中空部120に流入した水は所定量蓄溜された後に排出管121からシステム外へと排出される。このとき、前記空気排気管7Bの排空気Aも前記排出管121から排出される。   Accordingly, the water W discharged from the drain pipe 14 flows into the large-capacity hollow portion 120, but after a predetermined amount of water flowing into the large-capacity hollow portion 120 is stored, the water W is discharged from the discharge pipe 121 to the outside of the system. Is discharged. At this time, the exhaust air A of the air exhaust pipe 7B is also exhausted from the exhaust pipe 121.

また、本実施形態では前記空気排気系15である下流側の空気排気管7Bに調圧手段としての下流側調圧弁17を設け、この下流側調圧弁17よりも下流側の空気排気管7Bに、前記排水バルブ12から排出される水を排出する排水管14を接続してある。   In the present embodiment, the downstream side air exhaust pipe 7B, which is the air exhaust system 15, is provided with a downstream side pressure regulating valve 17 as pressure regulating means, and the downstream side pressure regulating valve 17 is provided downstream of the air exhaust pipe 7B. A drain pipe 14 for discharging water discharged from the drain valve 12 is connected.

即ち、本実施形態では前記排水バルブ12を設けた排水管14の出口部分を前記大容量中空部120に接続してあり、このように排水管14を大容量中空部120に接続することにより、その排水管14を空気排気管7Bの下流側調圧弁17よりも下流側に接続した状態となっている。   That is, in this embodiment, the outlet portion of the drain pipe 14 provided with the drain valve 12 is connected to the large-capacity hollow portion 120. By connecting the drain pipe 14 to the large-capacity hollow portion 120 in this way, The drain pipe 14 is connected to the downstream side of the downstream side pressure regulating valve 17 of the air exhaust pipe 7B.

以上の構成により本実施形態の燃料電池システムFCによれば、空気取込路101を水タンク8に連通するとともに、気液分離器6の底部に排水バルブ12を設けた排水管14を連通し、かつ、空気排気管7Aの空気取込路101の分岐部分102とコンデンサ5との間に上流側調圧弁111を設けてあるので、実施形態2と同様の作用効果を奏するのは勿論のこと、特に本実施形態では下流側の空気排気管7Bに設けた大容量中空部120に前記排水バルブ12から排水される水Wを一時的に貯留するようにしたので、システムを停止する都度に水供給系11の水Wが排水バルブ12から一度に車外へ排出されるのを防止でき、例えば駐車場等にあって路面を水浸しにしてしまうことが無いので、車両としての商品価値が低下されるのを避けることができる。   With the above configuration, according to the fuel cell system FC of the present embodiment, the air intake path 101 communicates with the water tank 8 and the drain pipe 14 provided with the drain valve 12 at the bottom of the gas-liquid separator 6 communicates. In addition, since the upstream side pressure regulating valve 111 is provided between the branch portion 102 of the air intake passage 101 of the air exhaust pipe 7A and the condenser 5, it goes without saying that the same effects as those of the second embodiment can be obtained. In particular, in the present embodiment, the water W drained from the drain valve 12 is temporarily stored in the large-capacity hollow portion 120 provided in the downstream air exhaust pipe 7B. The water W of the supply system 11 can be prevented from being discharged from the drain valve 12 to the outside of the vehicle at once. For example, in a parking lot or the like, the road surface is not flooded, so the commercial value as a vehicle is reduced. Avoid Rukoto can.

また、前記大容量中空部120に水Wが蓄溜した状態で凍結した場合にも、その凍結部分は大容量中空部120の断面内の一部であって排空気Aの通過スペースは常時確保された状態にあり、システム起動時に排空気Aが詰まってしまうのを防止できる。   In addition, even when water W is frozen in the large volume hollow portion 120, the frozen portion is a part of the cross section of the large volume hollow portion 120, and the passage space for the exhaust air A is always secured. Therefore, the exhaust air A can be prevented from being clogged when the system is started.

そして、システム稼働に伴って大容量中空部120内で凍結した水Wは徐々に解凍され、解凍された水Wは排空気Aに伴って車外に放出されるが、その放出時は、通常、車両が走行状態にあるため商品価値への影響はほとんど無い。   And the water W frozen in the large capacity | capacitance hollow part 120 with a system operation | movement is thawed | decompressed gradually, and the thawed water W is discharge | released out of a vehicle with the exhaust air A, Since the vehicle is in a running state, there is almost no impact on the product value.

更に、本実施形態では下流側調圧弁17よりも下流側の空気排気管7Bに排水管14を接続したので、前記下流側調圧弁17を絞ることにより気液分離器6内の圧力を高めて、空気排気管7Bの下流側調圧弁17よりも下流側の排空気との差圧を大きくできるので、気液分離器6内の水を迅速にかつ確実に排水管14から外部(本実施形態では大容量中空部120内)に排出して水の排水性を高めることができる。   Furthermore, in this embodiment, since the drain pipe 14 is connected to the air exhaust pipe 7B on the downstream side of the downstream pressure regulating valve 17, the pressure in the gas-liquid separator 6 is increased by restricting the downstream pressure regulating valve 17. Since the differential pressure with the exhaust air on the downstream side of the downstream side pressure regulating valve 17 of the air exhaust pipe 7B can be increased, the water in the gas-liquid separator 6 can be quickly and reliably removed from the drain pipe 14 (this embodiment) Then, it can discharge | emit into the large capacity | capacitance hollow part 120), and the drainage property of water can be improved.

ところで、本発明の燃料電池システムは前記各実施形態に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。   By the way, although the fuel cell system of the present invention has been described by taking the above embodiments as examples, the present invention is not limited to these embodiments, and various other embodiments can be adopted without departing from the gist of the present invention.

本発明の実施形態1における車両に搭載した燃料電池システムの全体概略構成図である。1 is an overall schematic configuration diagram of a fuel cell system mounted on a vehicle in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態1における燃料電池システムの要部を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the principal part of the fuel cell system in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態2における燃料電池システムの要部を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the principal part of the fuel cell system in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3における燃料電池システムの要部を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the principal part of the fuel cell system in Embodiment 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池
2 圧縮機(空気増量手段)
4 加湿器
8 水タンク
11 水供給系
12 排水バルブ(排水手段)
14 排水管
15 空気排気系
16 空気供給系
100,110 タンク内圧上昇手段
101 空気取込路
111 上流側調圧弁(圧力調整手段)
120 大容量中空部
FC 燃料電池システム
1 Fuel cell 2 Compressor (Air increase means)
4 Humidifier 8 Water tank 11 Water supply system 12 Drain valve (drainage means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Drain pipe 15 Air exhaust system 16 Air supply system 100,110 Tank internal pressure raising means 101 Air intake path 111 Upstream pressure regulating valve (pressure regulating means)
120 Large-capacity hollow FC fuel cell system

Claims (6)

水タンク内に貯水した水を燃料電池に供給して、該燃料電池の発電によって生じた熱を、前記水の気化潜熱で奪って冷却する燃料電池システムにおいて、
前記水タンクに繋がる水供給系に排水手段を設けるとともに、その排水手段から水を排水する時に前記水タンクの内圧を高めるタンク内圧上昇手段を設けた
ことを特徴とする燃料電池システム。
In the fuel cell system, the water stored in the water tank is supplied to the fuel cell, and the heat generated by the power generation of the fuel cell is taken away by the latent heat of vaporization of the water for cooling.
A fuel cell system comprising: a drainage means provided in a water supply system connected to the water tank; and a tank internal pressure increasing means for increasing the internal pressure of the water tank when draining water from the drainage means.
請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記タンク内圧上昇手段は、燃料電池や加湿器に空気を供給する空気供給系、または燃料電池や加湿器から空気を排出する空気排気系と水タンク内とを連通し、それら空気供給系または空気排気系の空気を水タンク内に導入する空気取込路である
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
The tank internal pressure increasing means communicates an air supply system that supplies air to the fuel cell or humidifier, or an air exhaust system that discharges air from the fuel cell or humidifier, and the water tank, and these air supply system or air A fuel cell system, characterized by being an air intake path for introducing exhaust air into a water tank.
請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記タンク内圧上昇手段は、前記空気供給系および前記空気排気系の空気量を増加する空気増量手段を備えた
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 2, wherein
The tank internal pressure increasing means includes an air increasing means for increasing the amount of air in the air supply system and the air exhaust system.
請求項2または請求項3に記載の燃料電池システムであって、
前記タンク内圧上昇手段は、前記空気排気系の前記空気取込路よりも下流側に配置されて、空気排気量を絞り制御することにより空気取込路に導入する空気圧を昇圧する圧力調整手段を備えた
ことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell system according to claim 2 or claim 3, wherein
The tank internal pressure increasing means is disposed downstream of the air intake path of the air exhaust system, and pressure adjusting means for increasing the air pressure introduced into the air intake path by restricting the air exhaust amount. A fuel cell system comprising:
請求項1〜4の何れか1つに記載の燃料電池システムであって、
前記空気排気系の出口部分に大容量中空部を設け、その大容量中空部に前記排水手段から排水される水を一時的に貯留する
ことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell system according to any one of claims 1 to 4,
A fuel cell system characterized in that a large-capacity hollow portion is provided at an outlet portion of the air exhaust system, and water drained from the drainage means is temporarily stored in the large-capacity hollow portion.
請求項5に記載の燃料電池システムであって、
前記空気排気系に調圧手段を設け、この調圧手段よりも下流側の空気排気系に、前記排水手段から排水される水を排出する排水管を接続した
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 5, wherein
A fuel cell system, wherein a pressure adjusting means is provided in the air exhaust system, and a drain pipe for discharging water drained from the drain means is connected to the air exhaust system downstream of the pressure adjusting means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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