JP2008140783A - Hydrogen dilution device of fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料電池から排出される水素ガスを希釈するために用いられる水素希釈装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen dilution device used for diluting hydrogen gas discharged from a fuel cell.
水素を用いて電力を発生する燃料電池を車両などに搭載する場合、間欠的に排出されるアノードオフガス(水素オフガス)を十分に低い水素濃度になるように、カソードオフガスで希釈した後に大気中に放出することが行なわれている。このため、燃料電池を搭載した車両などのカソードオフガス系にはアノードオフガスをカソードオフガスに混合して車外へ排出するための水素希釈器が設けられていた。 When a fuel cell that generates power using hydrogen is installed in a vehicle or the like, the anode off-gas (hydrogen off-gas) that is discharged intermittently is diluted with the cathode off-gas so that the anode off-gas (hydrogen off-gas) is sufficiently low in the atmosphere. It is being released. For this reason, in a cathode offgas system such as a vehicle equipped with a fuel cell, a hydrogen diluter for mixing the anode offgas with the cathode offgas and discharging it to the outside of the vehicle has been provided.
例えば、特許文献1および2には、容器内に開口しアノードオフガスを容器内に導くアノード流路と、容器内と連通する連通孔を備えるとともに、容器を貫通してカソードオフガスが流通するカソード流路とを設けた燃料電池の水素希釈器が開示されている。このような水素希釈器においては、アノードオフガスまたは、一部のカソードオフガスと容器内で混合されたアノードオフガスは、連通孔により流量を制限され徐々にカソード流路に導かれることで希釈され、やがて車外へ排出されるようになっている。しかし、アノードオフガスおよびカソードオフガスには水分が含まれ容器内に導かれるために、連通孔を小径に形成し水素濃度をより低濃度に希釈しようとすると、凝縮水により小径な連通孔の閉塞を引き起こす恐れがあった。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、水素を十分に低い濃度に希釈することができ、連通孔の閉塞の恐れの少ない燃料電池の水素希釈器を提供することを主目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and it is a main object of the present invention to provide a hydrogen diluter for a fuel cell that can dilute hydrogen to a sufficiently low concentration and has a low risk of blockage of communication holes. To do.
前記の課題を解決するために、請求項1記載の発明は、アノードオフガスを滞留させる滞留室と、該滞留室にアノードオフガスを導くアノード導入路と、前記滞留室にカソードオフガスを導くカソード導入路と、アノードオフガスおよびカソードオフガスを導出するオフガス導出路とを備えた燃料電池の水素希釈器において、前記カソード導入路の開口と前記オフガス導出路の開口とを略対向させるとともに、前記両開口が間隙を備えるように近接させて配設したことを特徴とする燃料電池の水素希釈器である。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to
請求項2記載の発明は、アノードオフガスを滞留させる滞留室と、該滞留室にアノードオフガスを導くアノード導入路と、前記滞留室にカソードオフガスを導くカソード導入路と、アノードオフガスおよびカソードオフガスを導出するオフガス導出路とを備えた燃料電池の水素希釈器において、前記カソード導入路と前記オフガス導出路の一方の開口端部を他方の開口端部に間隙を備えるように挿入したことを特徴とする燃料電池の水素希釈器である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a residence chamber for retaining the anode off gas, an anode introduction passage for introducing the anode off gas to the residence chamber, a cathode introduction passage for introducing the cathode off gas to the residence chamber, and the anode off gas and the cathode off gas. A hydrogen diluter for a fuel cell having an off-gas lead-out path, wherein one open end of the cathode introduction path and the off-gas lead-out path is inserted with a gap at the other open end. It is a hydrogen diluter of a fuel cell.
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、前記カソード導入路に前記滞留室に連通する分流孔を設けたことを特徴とする燃料電池の水素希釈器である。 A third aspect of the present invention is the hydrogen diluter for a fuel cell according to the first or second aspect of the present invention, wherein the cathode introduction passage is provided with a diversion hole communicating with the staying chamber.
本発明によれば、凍結による閉塞の恐れを少なくするとともに、水素を十分に低い濃度に希釈することができるといった効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the risk of clogging due to freezing is reduced and hydrogen can be diluted to a sufficiently low concentration.
本発明を実施するための最良の形態を図1乃至図4に示す実施例に基づいて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described based on the embodiment shown in FIGS.
図1は、実施例1の水素希釈器1を示す縦断面図であり、図1の上方が実使用状態で上方になるように示されている。水素希釈器1の容器は断面が楕円形の筒状体であるシェル3の両開口端にアウタープレート4,5を略密閉するように接合して形成され、滞留室2を形成している。シェル3およびアウタープレート4,5は、例えばアルミなどの金属や樹脂など任意の材料および任意の形状を選択することができる。また、シェルやアウタープレートに限らず、任意の構成により滞留室を形成することができる。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a
滞留室2内に開口するアノード導入路6がアウタープレート4を貫通して設けられている。アノード導入路6は、図示しない燃料電池システムのアノード系に接続される。アノード導入路6は、滞留室2内にアノードオフガスを導入可能な任意の形態を採用することができる。また、滞留室2を任意の箇所に設けることができる。 An
滞留室2内に開口するカソード導入路7がアウタープレート4を貫通して滞留室2の底部近傍に設けられている。カソード導入路7の開口8との間に間隙dを備えるようにして近接して略対向するように、滞留室2内に開口する開口10を備えたオフガス導出路9がアウタープレート5を貫通して滞留室2の底部近傍に設けられている。このように、両開口8,10を間隙dを備えるようにして近接して略対向するように配設することで、滞留室2内からオフガス導出路9に導かれるオフガスの量を制限することができる。間隙dはアノードオフガスの排出間隔、圧力、水素濃度などに応じて適宜調整されるものであるが、最大でもカソード導入路7またはオフガス導出路8の流路断面積と同等の円の直径以下であることが望ましい。 A
カソード導入路7には、カソード導入路7の内部方向に凸状のルーバー孔である分流孔11が設けられている。これにより、一部のカソードオフガスは容器2内に導かれ、残りはカソード導入路7の開口8に近接対向した開口10を通り、オフガス導出路9を流通してやがて車外へ排出される。また、滞留室2内には、図示しない連通部を備えたセパレータ12〜15が設けられている。これにより、分流孔11から滞留室2内へ導かれた一部のカソードオフガスがアノードオフガスと十分に混合されて、アノードオフガスが希釈されるようになっている。 The
以上のように構成されていることにより、滞留室2内に導かれたアノードオフガスは予め一部のカソードオフガスにより希釈された後、カソード導入路7の開口8とオフガス導出路9の開口10との間隙dから徐々にオフガス導出路9に導かれ、さらにカソードオフガスにより希釈され車外などに排出される。したがって、水素濃度を十分に低くして車外などに排出することができる。さらに、小径な連通孔によりガス流量を制限するものに比較して凝縮水の凍結等による閉塞が起こり難い。また、滞留室2内に凝縮水が導かれた際に、間隙dから排水することができる。この場合、周状に間隙dが形成されているため、多量に凝縮水が導かれた際にも容易に排水することが可能である。また、滞留室2との間に発生する熱膨張差を吸収することができ、耐久性を向上することができる。 With the above configuration, the anode off-gas introduced into the
図2(a)〜(d)は、実施例1の変形例の水素希釈器1a〜1dを模式的に示した図であり、実施例1と同一の構成には同一の符号を付与しその説明を省略する。 FIGS. 2A to 2D are diagrams schematically showing hydrogen diluters 1a to 1d according to modifications of the first embodiment. The same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and FIG. Description is omitted.
図2(a)に示すように、カソード導入路7aおよびオフガス導出路9aの流通方向に対して傾斜してそれぞれの開口8aおよび10aを設けてもよい。この例に限らず、開口は任意の形状に設けることができる。また、図2(b)に示すように、カソード導入路7bとオフガス導出路9bとをオフセットするように配設してもよい。また、図2(c)に示すように、カソード導入路7cとオフガス導出路9cとが互いに傾斜するように配設してもよい。また、流路を湾曲するように設けてもよい。なお、図2(b)および図2(c)の場合、カソード導入路を流路方向に投影し、投影面積の50%以上がオフガス導出路の開口に投影するように設けることが望ましい。図2(d)は水素希釈器に消音機能を付加した例であり、容器内を区画して形成した消音室内に例えばグラスウールなどの吸音材16を充填するとともに、オフガス導出路の一部に複数の小孔17を設けたものである。この例のように任意の消音構造を付加してもよく、また例えば気液分離機能などを付加してもよい。 As shown in FIG. 2 (a), the
図3(a)〜(c)は、実施例1の変形例の水素希釈器1e〜1gを模式的に示した図であり、実施例1と同一の構成には同一の符号を付与しその説明を省略する。 3 (a) to 3 (c) are diagrams schematically showing hydrogen diluters 1e to 1g according to modifications of the first embodiment. The same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and FIG. Description is omitted.
図3(a)は、容器内をセパレータ12eで区画して、カソード導入路7eと滞留室2を形成するとともに、樋状の部材を容器の一部に沿うように配設してオフガス導出路9eを形成したものである。カソードオフガスは、容器に設けられた貫通孔18よりカソード導入路7eに導かれ、開口8eはセパレータ12eに設けられた連通部で形成されている。また、開口8eに間隙を備えるように近接させてオフガス導出路9eの開口10eが配設されている。図3(b)は、容器内をセパレータ12fで区画して滞留室2を形成するとともに、樋状の部材を容器の一部に沿うように配設してカソード導入路7fを形成したものである。また、カソード導入路7fの開口8fに間隙を備えるように近接させて、オフガス導出路9fの開口10fが容器に設けた貫通孔によりされている。図3(c)は、オフガス導出路9gを2つに分断して設けたものである。この例に示すように、オフガス導出路を複数設けてそれぞれの開口が間隙を備えるように近接させて設けてもよい。 FIG. 3 (a) shows the inside of the container partitioned by a
図3(a)〜(c)に示すように、カソード導入路およびオフガス導出路は、管状のものに限らず、例えば樋状の部材を容器の一部に沿うように配設したものや、ケース内を区画し通路状にしたものなど任意に形成することができる。また、それらの開口もパイプの開口に限らず、ケースやセパレータなどに設けた貫通孔であってもよい。なお、図2および図3に示した変形例のように分流孔は設けなくともよいが、実施例1と同様に設けてもよい。また、分流孔およびセパレータの数量や形態などは任意に設けることができる。さらに、オフガス導出路に適宜排水孔を設けてもよい。 As shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c), the cathode introduction path and the off-gas lead-out path are not limited to a tubular one, for example, a bowl-shaped member disposed along a part of the container, The inside of the case can be arbitrarily formed such as a passage shape. These openings are not limited to pipe openings, and may be through holes provided in a case, a separator, or the like. In addition, although it is not necessary to provide a diversion hole like the modification shown in FIG. 2 and FIG. 3, you may provide similarly to Example 1. FIG. Moreover, the quantity and form of the flow dividing holes and separators can be arbitrarily set. Furthermore, a drainage hole may be provided in the offgas outlet path as appropriate.
図4は、実施例2の水素希釈器21を示す縦断面図であり図4の上方が実使用状態で上方になるように示されている。また、実施例1と同一の構成には同一の符号を付与しその説明を省略する。滞留室2内に開口するカソード導入路27がアウタープレート4を貫通して滞留室2の底部近傍に設けられている。また、オフガス導出路29がアウタープレート5を貫通して滞留室2の底部近傍に設けられている。カソード導入路27の開口端部28は、オフガス導出路29の開口端部30に間隙dを備えるように挿入されている。また、開口端部28には、開口端部同士が干渉し打音を発生することを抑制する目的で、点状の突起31が複数箇所設けられている。なお、突起31は挿入長さ1に応じては設ける必要はなく、また突起31の代わりに、例えばワイヤメッシュなどの緩衝材を配設してもよい。また、挿入長さlは、間隙dと同様にアノードオフガスの排出間隔、圧力、水素濃度などに応じて適宜調整することができる。また、アノードオフガスの脈動を抑制する目的で、アノード導入路6の開口端を囲むように、小孔33を備えた筒状のカバー32が設けられている。 FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the
以上のように構成されていることにより、滞留室2内に導かれたアノードオフガスは、カソード導入路27の開口端部28とオフガス導出路29の開口端部30との間隙dから徐々にオフガス導出路29に導かれ、カソードオフガスにより希釈された後に車外などに排出される。これにより、実施例1と同様の効果を発揮することができる。また、図2および図3で示した変形例は実施例2にも適用可能である。 With the configuration described above, the anode off-gas introduced into the
以上、本発明の実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に包含される。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and design changes within a range that does not depart from the spirit of the present invention are included in the present invention.
1,1a〜1g,21 水素希釈器
2 滞留室
6 アノード導入路
7,7a〜7g,27 カソード導入路
8,8a〜8g 開口
28 開口端部
9,9a〜9g,29 オフガス導出路
10,10a〜10g 開口
30 開口端部
11 分流孔1, 1a to 1g, 21
Claims (3)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2010089630A1 (en) | 2009-02-03 | 2010-08-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Integrated apparatus of gas-liquid separator and diluter |
JP7334646B2 (en) | 2020-02-14 | 2023-08-29 | スズキ株式会社 | Dilution device for fuel cell system |
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2007
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DE112009004407T5 (en) | 2009-02-03 | 2012-08-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Integrated device of a gas / liquid separator and a thinner |
US8722260B2 (en) | 2009-02-03 | 2014-05-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Integrated apparatus of gas-liquid separator and diluter |
JP7334646B2 (en) | 2020-02-14 | 2023-08-29 | スズキ株式会社 | Dilution device for fuel cell system |
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