JP2009158102A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の排出弁から排出される燃料オフガスにより配管に発生する燃料オフガスの排出音を低減させる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】本燃料電池システム１は、燃料電池本体２から排出された燃料オフガスを燃料供給流路５に戻す循環流路６に燃料オフガスを排出する排出弁１４を備えた燃料電池システム１において、排出弁１４の下流側において、排出弁１４と一体となって接続され、燃料オフガスを流入及び流出させるサージタンク９が備えられ、サージタンク９は、燃料オフガスを流入させる流入口の向きと、燃料オフガスを流出させる流出口の向きとが相互にオフセットしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特に、燃料電池から排出された燃料オフガスを排出する排出弁を備えた燃料電池システムに関する。

車両の燃料電池システムは、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けた燃料電池本体により電力を発生するシステムである。図５に、この燃料電池システムの概略構成を示す。燃料電池システム３０は、燃料電池本体２に燃料ガスである水素を供給する燃料ガス配管系３、及び燃料電池本体２に酸化ガスである酸素を供給する酸化ガス配管系４により構成される。燃料ガス配管系３は、燃料電池本体２に水素タンク１１から水素を供給する燃料供給流路５、及び燃料電池本体２から水素を回収して燃料供給流路５に循環させる燃料循環流路６から構成される。また、酸化ガス配管系４は、燃料電池本体２に酸素を供給する空気供給流路７、及び燃料電池本体２から酸素を回収する空気排出流路８から構成される。

燃料ガス配管系３の燃料供給流路５には、水素タンク１１からの水素ガスの供給を制御する遮断弁１２、水素ガスの圧力を調節するインジェクタ１３などが設けられる。また、燃料ガス配管系３の燃料循環流路６には、燃料電池本体２から排出された燃料オフガスから生成水を回収する気液分離器１０、気液分離器１０で分離された生成水と、不純物を含む燃料オフガスとを排出させる排出弁１４と、気液分離器１０で分離された燃料オフガスを加圧して燃料供給流路５に循環させる水素ポンプ１７などが設けられる。また、排出弁１４及び排出流路１６を通過した燃料オフガスは、希釈器１５により希釈されて外部に排出される。さらに、酸化ガス配管系４には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器２０に圧送するコンプレッサ１９が設けられており、酸化オフガスは排出流路１６を通過して希釈器１５に送られ、燃料オフガスと合流する。

排出弁１４は排出管２４を介して排出流路１６に接続される。そして、気液分離器１０で分離された生成水と不純物を含む燃料オフガスとは、直接排出流路１６に排出される。また、排出流路１６は、燃料電池システム３０の搭載スペースの関係から曲管部１８を有する場合がある。

一方、特許文献１には、インジェクタを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池の運転状態に応じてインジェクタの駆動周期を設定し、不快な動作音の発生を抑制する燃料電池システムが開示されている。

特開２００７−１６５１８６号公報

従来、燃料電池システムにおいては、排出弁からは排出管を介して希釈器へと接続されていた。このため、排出弁から加圧された燃料オフガスと生成水とが配水管に直接排出され、配管の振動による排出音が発生していた。

特に、燃料電池の搭載スペースが限られていることから、排出管が排出弁の近傍に曲管部を有する場合には、曲管部に直接衝突する燃料オフガスと生成水により大きな排出音が発生していた。

本願の目的は、かかる課題を解決し、燃料電池の排出弁から排出される燃料オフガスにより配管に発生する燃料オフガスの排出音を低減させる燃料電池システムを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池本体から排出された燃料オフガスを排出する排出弁を備えた燃料電池システムにおいて、排出弁の下流側において、排出弁と一体となって接続され、燃料オフガスを流入及び流出させるサージタンクが備えられたことを特徴とする。

また、燃料電池システムは、サージタンクが、燃料オフガスを流入させる流入口の向きと、燃料オフガスを流出させる流出口の向きとが相互にオフセットしていることが好ましい。

また、燃料電池システムは、サージタンクが、燃料オフガスが流入する流入口の向きと、燃料オフガスが流出する流出口の向きとが角度を有することが好ましい。

また、燃料電池システムは、燃料オフガスが流入する流入口の向きと、燃料オフガスが流出する流出口の向きとが略直交することが好ましい。

さらに、燃料電池システムは、流入口と対向するサージタンクの内壁が、流入口の向きに対して傾斜して設けられることが好ましい。

上記構成により、燃料電池システムは、排出弁から放出される加圧された燃料オフガスと生成水が、排出弁の下流側に排出弁と一体となって接続されたサージタンクに流入する。そのため、圧力波が拡散されて発生する排出音が低減される。

以上のように、本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の排出弁から排出される燃料オフガスにより配管に発生する燃料オフガスの排出音を低減させることが可能となる。

以下に、図面を用いて本発明に係る燃料電池システムの実施の形態につき、詳細に説明する。

図１に、燃料電池システムの１つの実施形態の概略構成を示す。燃料電池システム１は、燃料ガス配管系３の燃料循環流路６において、気液分離器１０、排出弁１４、水素ポンプ１７などに加えてサージタンク９が設けられる。

気液分離器１０は、燃料電池本体２から排出された燃料オフガスから生成水を回収する。排出弁１４は、気液分離器１０で分離された生成水と、不純物を含む燃料オフガスとを排出させる。水素ポンプ１７は、気液分離器１０で分離された燃料オフガスを加圧して燃料供給流路５に循環させる。また、排出弁１４及び排出流路１６を通過した燃料オフガスは、希釈器１５により希釈されて外部に排出される。そして、サージタンク９は、この排出弁１４と一体となって接続され、燃料オフガスを流入及び流出させ、燃料電池本体２の排出弁１４から排出される燃料オフガスにより配管に発生する燃料オフガスの排出音を低減させる。

ここで、サージタンク９が排出弁１４と一体となって接続されるとは、サージタンク９と排出弁１４とは配管により接続されることなく直付けされることをいう。これにより、排出弁１４から排出される燃料オフガス及び生成水は、サージタンク９の内部スペースに拡散される。つまり、排出弁１４から排出される燃料オフガス及び生成水が配管の内面に当たり配管を振動させ反響させて生じる排出音を、サージタンク９を設置することで緩和させることが可能となる。

図２に、サージタンク９の流入口及び流出口の１つの実施例を示す。本実施例ではサージタンク９は箱型の形状である。サージタンク９の気液分離器１０側の面には、接続管２３を介して気液分離器１０に接続する排出弁１４が一体となって接続され、流入口２１が形成される。また、サージタンク９の対向する希釈器１５側の面には、排出流路１６の排出管２４が接続されて流出口２２が形成される。

サージタンク９は、燃料オフガスを流入させる流入口２１の向きと、燃料オフガスを流出させる流出口２２の向きとが相互にオフセットしている。ここで、流入口２１の向きとは、接続管２３が排出弁１４に接続する方向をいい、流出口２２の向きとは、排出管２４がサージタンク９に接続する方向をいう。

図２に示すように、流入口２１からサージタンク９の内部に流入した燃料オフガス及び生成水は、流入口２１を中心に拡散し、流入口２１の向きの延長線上にある破線（Ａ）の方向がピークとなる。流出口２２は流入口２１に対してその位置がオフセットされているため、そのピーク近傍の燃料オフガス及び生成水は直接に流出口２２には到達せずに、サージタンク９の内壁により反射しながらサージタンク９内の圧力により流出口２２に押し出される。このように、燃料オフガス及び生成水が拡散することで、流入口２１から流入した燃料オフガス及び生成水によるサージタンク９或いは排出管２４の壁面の振動による排出音が低減される。

図３に、サージタンク９の流入口２１及び流出口２２の他の実施例を示す。本実施例ではサージタンク９は箱型の形状である。そして、サージタンク９は、燃料オフガスを流入させる流入口２１の向きと、燃料オフガスを流出させる流出口２２の向きとが角度を有しており、略直交している。ここで、流入口２１の向きとは、接続管２３が排出弁１４に接続する方向をいい、流出口２２の向きとは、排出管２４がサージタンク９に接続する方向をいう。

図３に示すように、流入口２１から流入した燃料オフガス及び生成水は、流入口２１を中心に拡散し、流入口２１の向きの延長線上にある破線（Ｂ）の方向がピークとなる。流出口２２は流入口２１に対して略直交しているため、そのピーク付近の燃料オフガス及び生成水は直接に流出口２２には到達せずに、サージタンク９の内壁により反射しながらサージタンク９内の圧力により流出口２２に押し出される。このように、燃料オフガス及び生成水が拡散することで、流入口２１から流入した燃料オフガス及び生成水によるサージタンク９或いは排出管２４の壁面の振動による排出音が低減される。

上述したように、従来、排出流路１６は燃料電池システム３０の搭載スペースの関係から曲管部１８を有する場合があった。この曲管部１８においては、燃料オフガス及び生成水は直接排出流路１６の排出管２４に衝突するため大きな排出音が発生していた。本実施例によると、流出口２２を流入口２１に対して略直交させることで、排出流路１６において曲管部１８を用いることなく燃料電池システム１の搭載スペースの制限を満足させることが可能となる。

図４に、サージタンクの壁面についての１つの実施例を示す。図４（ａ）は、流入口２１と対向するサージタンク９の内壁２５が、流入口２１の向きに対して部分的に傾斜して設けられる場合を示す。また、図４（ｂ）は、流入口２１と対向するサージタンク９の内壁２５が、流入口２１の向きに対して全面的に傾斜して設けられる場合を示す。サージタンク９の流出口２２は、流入口２１に対して略直交しているが、流入口２１の向きと同じ方向であって流入口２１に対してオフセットされた位置であっても良い。

図４に示すように、流入口２１から流入した燃料オフガス及び生成水は、流入口２１を中心に拡散し、流入口２１の向きの延長線上にある破線（Ｃ）の方向がピークとなる。しかし、サージタンク９の内壁２５，２６が、流入口２１の向きに対して傾斜して設けられるために、そのピーク付近の燃料オフガス及び生成水は直接に流出口２２には到達せずに、サージタンク９の傾斜した壁面により伝播する波が乱され、サージタンク９内の圧力により流出口２２に押し出される。このことで、流入口２１から流入した燃料オフガス及び生成水によるサージタンク９或いは排出管２４の壁面が振動することによる排出音が低減される。

また、このようにサージタンク９の内壁２５，２６を流出口２２の方に傾斜させることで、サージタンク９内の生成水を溜めることなくスムースに流出口２２へと排出することが可能となる。特に、内壁２５に対して内壁２６のように全面的に傾斜させた方がその効果が大きい。

本発明に係る燃料電池システムの１つの実施形態の概略構成を示す構成図である。 サージタンクの流入口及び流出口の１つの実施例を示す説明図である。 サージタンクの流入口及び流出口の他の実施例を示す説明図である。 サージタンクの壁面についての１つの実施例を示す説明図である。 燃料電池システムの概略構成を示す構成図である。

符号の説明

１，３０ 燃料電池システム、２ 燃料電池本体、３ 燃料ガス配管系、４ 酸化ガス配管系、５ 燃料供給流路、６ 燃料循環流路、７ 空気供給流路、８ 空気排出流路、９ サージタンク、１０ 気液分離器、１１ 水素タンク、１２ 遮断弁、１３ インジェクタ、１４ 排出弁、１５ 希釈器、１６ 排出流路、１７ 水素ポンプ、１８ 曲管部、１９ コンプレッサ、２０ 加湿器、２１ 流入口、２２ 流出口、２３ 接続管、２４ 排出管、２５，２６ 内壁。

Claims (5)

1. 燃料電池本体から排出された燃料オフガスを排出する排出弁を備えた燃料電池システムにおいて、
   排出弁の下流側において、排出弁と一体となって接続され、燃料オフガスを流入及び流出させるサージタンクが備えられたことを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、サージタンクは、燃料オフガスを流入させる流入口の向きと、燃料オフガスを流出させる流出口の向きとが相互にオフセットしていることを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１又は２に記載の燃料電池システムであって、サージタンクは、燃料オフガスが流入する流入口の向きと、燃料オフガスが流出する流出口の向きとが角度を有することを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項３に記載の燃料電池システムであって、燃料オフガスが流入する流入口の向きと、燃料オフガスが流出する流出口の向きとが略直交することを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項１乃至４のいずれか１に記載の燃料電池システムであって、流入口と対向するサージタンクの内壁が、流入口の向きに対して傾斜して設けられることを特徴とする燃料電池システム。

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