JP2009158395A

JP2009158395A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2009158395A
Application number: JP2007337752A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Fukuma; 一教福間; Osamu Usaka; 修宇坂; Shujiro Nozaki; 周治郎野崎
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of preventing ions included in an anode off-gas from being discharged to the outside. <P>SOLUTION: This fuel cell system 1 includes: a fuel cell stack 10; a hydrogen tank 21 supplying hydrogen to an anode of the fuel cell stack 10; a compressor 31 supplying air to a cathode of the fuel cell stack 10; a diluter 50A diluting the anode off-gas discharged from the anode of the fuel cell stack 10 by the air from the compressor 31 and/or a cathode off-gas discharged from the cathode of the fuel cell stack 10; and an ion-exchange resin 62 arranged in the diluter 50A. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.

近年、水素（燃料ガス）がアノードに、酸素を含む空気（酸化剤ガス）がカソードに、それぞれ供給されることで発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池の開発が盛んである。 In recent years, a fuel cell such as a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) that generates electricity by supplying hydrogen (fuel gas) to the anode and oxygen-containing air (oxidant gas) to the cathode. Development is thriving.

このような燃料電池は発電すると、そのカソードで水（水蒸気）を生成し、その一部は電解質膜（固体高分子膜）をアノード側に透過する。また、電解質膜の湿潤状態を維持するため、燃料電池に向かう水素及び／又は空気は、中空糸膜を備える加湿器等によって加湿される。したがって、燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガス、カソードから排出されるカソードオフガスは、水蒸気を含み、多湿となる。 When such a fuel cell generates power, water (water vapor) is generated at the cathode, and part of the fuel cell permeates the electrolyte membrane (solid polymer membrane) to the anode side. In order to maintain the wet state of the electrolyte membrane, hydrogen and / or air toward the fuel cell is humidified by a humidifier equipped with a hollow fiber membrane or the like. Accordingly, the anode off-gas discharged from the anode of the fuel cell and the cathode off-gas discharged from the cathode contain water vapor and become humid.

さらに、燃料電池の発電が進むと、カソードに含まれるＰｔ、Ｒｕ等が極僅かながらも溶出し、カソードオフガスの水蒸気には、Ｐｔ、Ｒｕ等の陽イオン（金属イオン）が含まれる。また、電解質膜を形成するＦ（フッ素）等も極僅からながらも溶出し、カソードオフガスの水蒸気には、Ｆイオン等の陰イオンが含まれる。そして、カソードオフガスの流通する配管が金属製（例えばＳＵＳ）である場合、Ｆイオンは、配管を形成する金属と反応し、金属イオン（例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒのイオン）が溶出する。 Further, when the power generation of the fuel cell proceeds, Pt, Ru and the like contained in the cathode are eluted in a slight amount, and the cathode off-gas water vapor contains cations (metal ions) such as Pt and Ru. Further, F (fluorine) or the like that forms the electrolyte membrane is also eluted in a slight amount, and the cathode off-gas water vapor contains anions such as F ions. When the piping through which the cathode off-gas flows is made of metal (for example, SUS), F ions react with the metal forming the piping, and metal ions (for example, Fe, Ni, and Cr ions) are eluted.

そこで、このようにカソードオフガスに含まれるイオン（陽イオン、陰イオン）が、そのまま車外に排出されることを防止するため、カソードオフガスの水蒸気を分離させる気液分離器に、前記イオンを吸着させるイオン交換樹脂を備える技術が提案されている（特許文献１参照）。 Therefore, in order to prevent the ions (cations and anions) contained in the cathode offgas from being discharged out of the vehicle, the ions are adsorbed to a gas-liquid separator that separates the cathode offgas water vapor. A technique including an ion exchange resin has been proposed (see Patent Document 1).

特開２００６−２８６５４４号公報JP 2006-286544 A

ところが、燃料電池のアノードからもＰｔ、Ｒｕ等が極僅かながらも溶出し、また、電解質膜のＦ等も溶出する。したがって、アノードオフガスの水蒸気には、Ｐｔ、Ｒｕ等の陽イオン（金属イオン）や、Ｆイオン等の陰イオンが含まれる。よって、特許文献１の技術では、このようにアノードオフガスに含まれるイオン（陽イオン、陰イオン）が、外部に排出されてしまう虞がある。 However, Pt, Ru and the like are eluted from the anode of the fuel cell with a slight amount, and F and the like of the electrolyte membrane are also eluted. Accordingly, the water vapor of the anode off gas includes cations (metal ions) such as Pt and Ru and anions such as F ions. Therefore, in the technique of Patent Document 1, there is a possibility that ions (cations and anions) contained in the anode off gas are discharged to the outside.

そこで、本発明は、アノードオフガスに含まれるイオンが外部に排出されることを防止可能な燃料電池システムを提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of preventing ions contained in the anode off gas from being discharged to the outside.

前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料電池と、前記燃料電池のアノードに燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池のカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガスを、前記酸化剤ガス供給手段からの酸化剤ガス、及び／又は、前記燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガスで希釈する希釈器と、前記希釈器内に配置されたイオン交換器と、を備えることを特徴とする燃料電池システムである。 As means for solving the problems, the present invention provides a fuel cell, fuel gas supply means for supplying fuel gas to the anode of the fuel cell, and oxidant gas for supplying oxidant gas to the cathode of the fuel cell. A diluter for diluting the anode off-gas discharged from the anode of the fuel cell with the oxidant gas from the oxidant gas supply unit and / or the cathode off-gas discharged from the cathode of the fuel cell; And an ion exchanger disposed in the diluter.

このような燃料電池システムによれば、希釈器内に配置されたイオン交換器に、アノードオフガスに含まれるイオン（陽イオン、陰イオン）が吸着され、外部にそのまま排出されることを防止できる。 According to such a fuel cell system, it is possible to prevent ions (cations and anions) contained in the anode off-gas from being adsorbed on the ion exchanger disposed in the diluter and discharged as it is to the outside.

また、希釈器が、アノードオフガスをカソードオフガスで希釈する構成である場合、カソードオフガスに含まれるイオンも、イオン交換器に吸着され、外部にそのまま排出されることを防止できる。すなわち、この構成の場合、希釈器内にイオン交換器を配置することで、アノードオフガス及びカソードオフガスに含まれるイオンを吸着させることができ、アノードオフガスが流れる流路、カソードオフガスが流れる流路のそれぞれに、イオン交換器を設ける構成に比べて、システム構成を小型化できる。 Further, when the diluter is configured to dilute the anode off gas with the cathode off gas, ions contained in the cathode off gas can also be prevented from being adsorbed by the ion exchanger and discharged to the outside as they are. That is, in this configuration, by disposing an ion exchanger in the diluter, ions contained in the anode off-gas and the cathode off-gas can be adsorbed, and the flow path for the anode off-gas and the flow path for the cathode off-gas flow. The system configuration can be reduced in size as compared with the configuration in which each is provided with an ion exchanger.

また、前記希釈器は、前記アノードオフガスを前記カソードオフガスで希釈するものであって、前記カソードオフガスが導入され、当該カソードオフガス中の水分を分離する気液分離室と、当該気液分離室での気液分離後のカソードオフガス及び前記アノードオフガスが導入される希釈室と、を備え、前記イオン交換器は、前記気液分離室と、前記希釈室とにそれぞれ配置されていることを特徴とする燃料電池システムである。 The diluter dilutes the anode off-gas with the cathode off-gas, and the gas-liquid separation chamber into which the cathode off-gas is introduced and separates the moisture in the cathode off-gas, and the gas-liquid separation chamber. And a dilution chamber into which the cathode off-gas and the anode off-gas after gas-liquid separation are introduced, and the ion exchanger is disposed in each of the gas-liquid separation chamber and the dilution chamber. This is a fuel cell system.

このような燃料電池システムによれば、カソードオフガスは、気液分離室において、これに含まれる水分が分離された後、希釈室に導入され、アノードオフガスを希釈する。
そして、気液分離室に配置されたイオン交換器により、カソードオフガス、分離された水分等に含まれるイオンを吸着させることができる。また、希釈室に配置されたイオン交換器により、カソードオフガス、アノードオフガス、希釈室で生成した結露水等に含まれるイオンを吸着させることができる。 According to such a fuel cell system, the cathode offgas is introduced into the dilution chamber after the water contained therein is separated in the gas-liquid separation chamber, and dilutes the anode offgas.
Then, ions contained in the cathode offgas, separated moisture, and the like can be adsorbed by the ion exchanger disposed in the gas-liquid separation chamber. In addition, ions contained in the cathode offgas, anode offgas, dew condensation water generated in the dilution chamber, and the like can be adsorbed by the ion exchanger disposed in the dilution chamber.

また、前記気液分離室は、前記カソードオフガスが導入され、当該カソードオフガス中の水分を分離する気液分離部と、イオン交換器が配置されるイオン交換部とに、壁部によって区画されると共に、前記イオン交換部は、前記気液分離部の下方に配置されており、前記壁部には、前記気液分離部と前記イオン交換部とを連通する連通孔が形成されていることを特徴とする燃料電池システムである。 In addition, the gas-liquid separation chamber is partitioned by a wall portion into a gas-liquid separation unit that introduces the cathode offgas and separates moisture in the cathode offgas, and an ion exchange unit in which the ion exchanger is disposed. In addition, the ion exchange part is disposed below the gas-liquid separation part, and a communication hole that communicates the gas-liquid separation part and the ion exchange part is formed in the wall part. This is a featured fuel cell system.

このような燃料電池システムによれば、カソードオフガスは気液分離部に導入され、その水分が気液分離部で分離される。そして、分離された水分は、壁部に形成された連通孔を介して、下方に配置されたイオン交換部に流れ込み、水分中のイオンは、イオン交換部に配置されたイオン交換器に吸着される。
また、気液分離部とイオン交換部とが壁部によって区画されているので、カソードオフガスがイオン交換部に直接流れ込みにくくなり、イオン交換部に配置されるイオン交換器が常にカソードオフガスに曝されにくくなる。これにより、イオン交換器の寿命を延ばすことができる。 According to such a fuel cell system, the cathode off-gas is introduced into the gas-liquid separator, and the water is separated at the gas-liquid separator. Then, the separated moisture flows into the ion exchange section disposed below through the communication hole formed in the wall, and the ions in the moisture are adsorbed by the ion exchanger disposed in the ion exchange section. The
Moreover, since the gas-liquid separation part and the ion exchange part are partitioned by the wall part, it becomes difficult for the cathode off gas to flow directly into the ion exchange part, and the ion exchanger disposed in the ion exchange part is always exposed to the cathode off gas. It becomes difficult. Thereby, the lifetime of an ion exchanger can be extended.

また、カソードオフガスが、イオン交換部に直接流れ込みにくくなるため、カソードオフガスの受ける圧力損失を下げると共に、イオン交換部に流れ込み、これに貯溜されている分離後の水分に、カソードオフガスの圧力が作用しにくくなる。これにより、カソードオフガスの圧力によって、イオン交換部に貯溜されている水分が、イオン交換されずに、そのまま外部に排出されることを防止でき、イオン交換部におけるイオン交換効率を高めることができる。 In addition, the cathode offgas is less likely to flow directly into the ion exchange part, so that the pressure loss received by the cathode offgas is reduced, and the cathode offgas flows into the ion exchange part. It becomes difficult to do. Thereby, the water stored in the ion exchange part can be prevented from being discharged as it is without being ion exchanged by the pressure of the cathode off gas, and the ion exchange efficiency in the ion exchange part can be increased.

また、前記希釈器内は、前記アノードオフガスと前記酸化剤ガス及び／又は前記カソードオフガスとが導入される希釈室と、イオン交換器が配置されるイオン交換室とに、壁部によって区画されると共に、前記イオン交換室は前記希釈室の下方に配置されており、前記壁部には、前記希釈室と前記イオン交換室とを連通する連通孔が形成されていることを特徴とする燃料電池システムである。 Further, the inside of the diluter is partitioned by a wall portion into a dilution chamber into which the anode off gas and the oxidant gas and / or the cathode off gas are introduced, and an ion exchange chamber in which the ion exchanger is disposed. In addition, the ion exchange chamber is disposed below the dilution chamber, and a communication hole for communicating the dilution chamber and the ion exchange chamber is formed in the wall portion. System.

このような燃料電池システムによれば、希釈室に導入されるアノードオフガスは、希釈室に導入される酸化剤ガス及び／又はカソードオフガスによって希釈される。そして、希釈室で生成した結露水等は、壁部に形成された連通孔を介して、下方に配置されたイオン交換室に流れ込み、結露水等に含まれるイオンは、イオン交換室に配置されたイオン交換器に吸着される。
また、希釈室とイオン交換室とが壁部によって区画されているので、アノードオフガス、カソードオフガス及び／又は酸化剤ガスがイオン交換室に直接流れ込みにくくなり、イオン交換部に配置されるイオン交換器が常にカソードオフガス等に曝されにくくなる。これにより、希釈器の希釈機能を維持しつつ、イオン交換器の寿命を延ばすことができる。 According to such a fuel cell system, the anode off gas introduced into the dilution chamber is diluted by the oxidant gas and / or the cathode off gas introduced into the dilution chamber. The condensed water generated in the dilution chamber flows into the ion exchange chamber disposed below through the communication hole formed in the wall, and the ions contained in the condensed water are disposed in the ion exchange chamber. Adsorbed on the ion exchanger.
Further, since the dilution chamber and the ion exchange chamber are partitioned by the wall portion, the anode off gas, the cathode off gas and / or the oxidant gas are less likely to flow directly into the ion exchange chamber, and the ion exchanger is disposed in the ion exchange portion. Are not always exposed to cathode off-gas etc. Thereby, the lifetime of an ion exchanger can be extended, maintaining the dilution function of a diluter.

また、前記連通孔の大きさを可変する可変機構を備えることを特徴とする燃料電池システムである。 The fuel cell system may further include a variable mechanism that varies the size of the communication hole.

このような燃料電池システムによれば、可変機構により、連通孔の大きさを可変することができる。可変機構は、カソードオフガス、アノードオフガスに含まれる水分（水蒸気）量や、気液分離室（気液分離部）で分離された水分、希釈室で生成した結露水等の量に応じて、例えば、水分量が多い場合、連通孔が大きくなるように変更することが好ましい。 According to such a fuel cell system, the size of the communication hole can be varied by the variable mechanism. Depending on the amount of moisture (steam) contained in the cathode offgas and anode offgas, the amount of moisture separated in the gas-liquid separation chamber (gas-liquid separation unit), the amount of condensed water generated in the dilution chamber, etc. When the amount of moisture is large, it is preferable to change so that the communication hole becomes large.

また、前記イオン交換器の下方に排水口を備え、ことを特徴とする燃料電池システムである。 The fuel cell system is characterized in that a drain outlet is provided below the ion exchanger.

このような燃料電池システムによれば、イオン交換室内の水を、排水口を介して、外部に排水することができる。 According to such a fuel cell system, the water in the ion exchange chamber can be drained to the outside through the drain port.

また、前記排水口の下流に設けられた排水弁と、前記燃料電池の非発電時に、前記希釈器内を掃気ガスで掃気する掃気手段と、を備え、前記掃気手段による掃気時に、前記排水弁は開かれることを特徴とする燃料電池システムである。 A drain valve provided downstream of the drain port; and a scavenging means for scavenging the inside of the diluter with scavenging gas when the fuel cell is not generating power. When the scavenging means is scavenging, the drain valve Is a fuel cell system characterized by being opened.

このような燃料電池システムによれば、燃料電池が発電していない場合において（非発電時）、掃気手段が掃気ガスによって希釈器内を掃気するとき、排水弁が開かれるので、掃気ガスがイオン交換室にも流れ込み、イオン交換室を掃気することができる。 According to such a fuel cell system, when the fuel cell is not generating power (during non-power generation), when the scavenging means scavenges the inside of the diluter with scavenging gas, the drain valve is opened. It can also flow into the exchange chamber and scavenge the ion exchange chamber.

また、前記希釈器に向かうアノードオフガスが通る流路に設けられ、アノードオフガスの導入を制御する導入弁と、前記排水弁及び前記導入弁を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記導入弁を開く場合、前記排水弁を閉じることを特徴とする燃料電池システムである。 In addition, provided in a flow path through which the anode off gas toward the diluter passes, an introduction valve for controlling the introduction of the anode off gas, and a control means for controlling the drain valve and the introduction valve, the control means, In the fuel cell system, the drain valve is closed when the introduction valve is opened.

このような燃料電池システムによれば、制御手段が導入弁を開く場合、排水弁を閉じるので、アノードオフガスが、排水弁を介して希釈されずに、そのまま外部に排出されることを防止できる。 According to such a fuel cell system, when the control means opens the introduction valve, the drain valve is closed, so that it is possible to prevent the anode off gas from being discharged to the outside without being diluted through the drain valve.

本発明によれば、アノードオフガスに含まれるイオンが外部に排出されることを防止可能な燃料電池システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which can prevent that the ion contained in anode off gas is discharged | emitted outside can be provided.

以下、本発明の一実施形態について、図１から図４を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す本実施形態に係る燃料電池システム１は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０のアノードに対して水素（燃料ガス）を給排するアノード系と、燃料電池スタック１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス）を給排するカソード系と、掃気時にカソード系からアノード系に掃気ガスを導く掃気ガス系と、これらを電子制御するＥＣＵ４５（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。 ≪Configuration of fuel cell system≫
A fuel cell system 1 according to this embodiment shown in FIG. 1 is mounted on a fuel cell vehicle (moving body) (not shown). The fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 10, an anode system that supplies and discharges hydrogen (fuel gas) to and from the anode of the fuel cell stack 10, and air containing oxygen to the cathode of the fuel cell stack 10 (oxidant) A scavenging gas system for introducing scavenging gas from the cathode system to the anode system during scavenging, and an ECU 45 (Electronic Control Unit) for electronically controlling these.

＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セルが積層されることで構成されたスタックであり、複数の単セルは電気的に直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟み２枚の導電性を有するアノードセパレータ及びカソードセパレータと、を備えている。
ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜（例えばパーフルオロスルホン酸型）からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソードとを備えている。アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）を含んでいる。 <Fuel cell stack>
The fuel cell stack 10 is a stack formed by stacking a plurality of (for example, 200 to 400) solid polymer type single cells, and the plurality of single cells are electrically connected in series. The single cell includes an MEA (Membrane Electrode Assembly) and two conductive anode separators and cathode separators sandwiching the MEA.
The MEA includes an electrolyte membrane (solid polymer membrane) made of a monovalent cation exchange membrane (for example, perfluorosulfonic acid type), and an anode and a cathode sandwiching the electrolyte membrane. The anode and cathode are mainly composed of a conductive porous material such as carbon paper, and contain a catalyst (Pt, Ru, etc.) for causing an electrode reaction in the anode and cathode.

アノードセパレータには、各ＭＥＡのアノードに対して水素を給排するため単セルの積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セルの面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がアノード流路１１（燃料ガス流路）として機能している。
カソードセパレータには、各ＭＥＡのカソードに対して空気を給排するため単セルの積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セルの面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がカソード流路１２（酸化剤ガス流路）として機能している。 The anode separator is formed with a through-hole (called an internal manifold) extending in the stacking direction of the single cells and a groove extending in the surface direction of the single cells in order to supply and discharge hydrogen to the anode of each MEA. These through holes and grooves function as the anode flow path 11 (fuel gas flow path).
The cathode separator is formed with a through-hole (referred to as an internal manifold) extending in the stacking direction of the single cells and a groove extending in the surface direction of the single cells in order to supply and discharge air to and from the cathode of each MEA. These through holes and grooves function as the cathode channel 12 (oxidant gas channel).

そして、アノード流路１１を介して各アノードに水素が供給されると、式（１）の電極反応が起こり、カソード流路１２を介して各カソードに空気が供給されると、式（２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、燃料電池スタック１０と走行モータ等の外部回路とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電するようになっている。
２Ｈ_２→４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ …（１）
Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏ …（２） When hydrogen is supplied to each anode via the anode flow path 11, the electrode reaction of Formula (1) occurs, and when air is supplied to each cathode via the cathode flow path 12, Formula (2) Thus, a potential difference (OCV (Open Circuit Voltage), open circuit voltage) is generated in each single cell. Next, when the fuel cell stack 10 and an external circuit such as a travel motor are electrically connected and a current is taken out, the fuel cell stack 10 generates power.
2H ₂ → 4H ⁺ + 4e ⁻ (1)
O ₂ + 4H ⁺ + 4e ⁻ → 2H ₂ O (2)

そして、このように発電すると、カソードで生成した水（水蒸気）の一部は、電解質膜を透過し、アノードに移動する。よって、カソードから排出されるカソードオフガス、アノードから排出されるアノードオフガスは、多湿となる。
また、このように発電すると、アノード、カソードに含まれるＰｔ、Ｒｕ等が極僅かながらも溶出し、水蒸気（生成水）にはＰｔ、Ｒｕ等の陽イオン（金属イオン）が含まれる。さらに、電解質膜のＦ（フッ素）等も極僅からながらも溶出し、水蒸気にはＦ等の陰イオンが含まれる。 When power is generated in this way, part of the water (water vapor) generated at the cathode permeates the electrolyte membrane and moves to the anode. Therefore, the cathode off-gas discharged from the cathode and the anode off-gas discharged from the anode are humid.
Further, when power is generated in this manner, Pt, Ru, etc. contained in the anode and cathode are eluted in a slight amount, and the water vapor (product water) contains cations (metal ions) such as Pt, Ru. Further, F (fluorine) and the like of the electrolyte membrane are eluted in a slight amount, and the water vapor contains anions such as F.

＜アノード系＞
アノード系は、水素タンク２１（燃料ガス供給手段）と、常閉型の遮断弁２２と、エゼクタ２３と、常閉型のパージ弁２４とを備えている。
水素タンク２１は、配管２１ａ、遮断弁２２、配管２２ａ、エゼクタ２３、配管２３ａを順に介して、アノード流路１１の入口に接続されている。配管２２ａには、水素を所定圧力に減圧する減圧弁（図示しない）が設けられている。そして、ＥＣＵ４５によって、遮断弁２２が開かれると、水素タンク２１の水素が配管２１ａ等を介してアノード流路１１に供給されるようになっている。 <Anode system>
The anode system includes a hydrogen tank 21 (fuel gas supply means), a normally closed shut-off valve 22, an ejector 23, and a normally closed purge valve 24.
The hydrogen tank 21 is connected to the inlet of the anode channel 11 through a pipe 21a, a shutoff valve 22, a pipe 22a, an ejector 23, and a pipe 23a in this order. The piping 22a is provided with a pressure reducing valve (not shown) for reducing hydrogen to a predetermined pressure. When the shutoff valve 22 is opened by the ECU 45, the hydrogen in the hydrogen tank 21 is supplied to the anode flow path 11 through the pipe 21a and the like.

アノード流路１１の出口には、配管２３ｂが接続されており、配管２３ｂの下流端はエゼクタ２３の吸引口に接続されている。そして、アノード流路１１（アノード）から排出された未反応の水素を含むアノードオフガスは、配管２３ｂを介してエゼクタ２３に戻され、エゼクタ２３において、水素タンク２１からの水素と混合された後、アノード流路１１に再供給されるようになっている。その結果、水素がアノード流路１１を経由して循環し、水素の有効利用が図られている。 A pipe 23 b is connected to the outlet of the anode channel 11, and the downstream end of the pipe 23 b is connected to the suction port of the ejector 23. Then, the anode off-gas containing unreacted hydrogen discharged from the anode channel 11 (anode) is returned to the ejector 23 through the pipe 23b, and after being mixed with hydrogen from the hydrogen tank 21 in the ejector 23, The anode channel 11 is supplied again. As a result, hydrogen circulates through the anode flow path 11 to effectively use hydrogen.

また、配管２３ｂの途中は、配管２４ａ、パージ弁２４、配管２４ｂを介して、希釈器５０Ａに接続されている。そして、図示しない電圧センサ（セル電圧モニタ）で検出される単セルの電圧（セル電圧）が低下し、アノードオフガスに含まれる不純物（水蒸気、窒素等）が多いとＥＣＵ４５で判断された場合、ＥＣＵ４５によってパージ弁２４は開かれ、不純物を含むアノードオフガスが配管２４ａ、２４ｂを介して、後記する希釈器５０Ａに排出されるようになっている。すなわち、パージ弁２４は、希釈器５０Ａに向かうアノードオフガスが通る流路に設けられ、希釈器５０Ａへのアノードオフガスの導入を制御する導入弁である。 The middle of the pipe 23b is connected to the diluter 50A through the pipe 24a, the purge valve 24, and the pipe 24b. When the ECU 45 determines that the voltage (cell voltage) of the single cell detected by a voltage sensor (cell voltage monitor) (not shown) decreases and the anode off gas contains a large amount of impurities (water vapor, nitrogen, etc.), the ECU 45 As a result, the purge valve 24 is opened, and the anode off-gas containing impurities is discharged to the diluter 50A described later via the pipes 24a and 24b. That is, the purge valve 24 is an introduction valve that is provided in a flow path through which the anode off gas toward the diluter 50A passes, and controls introduction of the anode off gas into the diluter 50A.

＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ３１（酸化剤ガス供給手段）と、加湿器３２と、希釈器５０Ａとを備えている。
コンプレッサ３１は、配管３１ａ、加湿器３２、配管３２ａを介して、カソード流路１２の入口に接続されており、ＥＣＵ４５の指令に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込み、カソード流路１２に供給するようになっている。
また、コンプレッサ３１は、燃料電池スタック１０のアノード流路１１、カソード流路１２の掃気時には、燃料電池スタック１０を掃気する燃料電池掃気手段として機能し、希釈器５０Ａの掃気時には、希釈器５０Ａを掃気する希釈器掃気手段として機能する。
なお、コンプレッサ３１は、燃料電池スタック１０及び／又は燃料電池スタック１０の発電電力を充放電する高圧バッテリ（図示しない）を電源としている。 <Cathode system>
The cathode system includes a compressor 31 (oxidant gas supply means), a humidifier 32, and a diluter 50A.
The compressor 31 is connected to the inlet of the cathode flow path 12 via the pipe 31a, the humidifier 32, and the pipe 32a. When the compressor 31 operates in accordance with a command from the ECU 45, the air containing oxygen is taken in and supplied to the cathode flow path 12. It is like that.
The compressor 31 functions as a fuel cell scavenging means for scavenging the fuel cell stack 10 when scavenging the anode flow path 11 and the cathode flow path 12 of the fuel cell stack 10, and the diluter 50A is used when scavenging the diluter 50A. It functions as a diluter scavenging means for scavenging.
The compressor 31 is powered by a fuel cell stack 10 and / or a high-voltage battery (not shown) that charges and discharges the power generated by the fuel cell stack 10.

カソード流路１２の出口は、配管３２ｂ、加湿器３２、配管３２ｃを介して、希釈器５０Ａに接続されている。そして、カソード流路１２（カソード）から排出された多湿のカソードオフガスは、配管３２ｂ等を介して、希釈器５０Ａに供給されるようになっている。 The outlet of the cathode channel 12 is connected to the diluter 50A via a pipe 32b, a humidifier 32, and a pipe 32c. The humid cathode off gas discharged from the cathode channel 12 (cathode) is supplied to the diluter 50A via the pipe 32b and the like.

加湿器３２は、コンプレッサ３１からカソード流路１２に向かう空気を加湿するため、カソード流路１２に向かう空気と、多湿のカソードオフガスとを水分交換させる中空糸膜３２ｄを備えている。
また、加湿器３２をバイパスするように、配管３１ａは、配管３３ａ、常閉型のバイパス弁３３、配管３３ｂを介して、配管３２ａに接続されている。バイパス弁３３は、燃料電池スタック１０、希釈器５０Ａの掃気時に、ＥＣＵ４５により開かれる設定となっている。 The humidifier 32 includes a hollow fiber membrane 32d for exchanging moisture between the air traveling from the compressor 31 toward the cathode flow path 12 and the air flowing toward the cathode flow path 12 and the humid cathode offgas.
Further, the pipe 31a is connected to the pipe 32a via the pipe 33a, the normally closed bypass valve 33, and the pipe 33b so as to bypass the humidifier 32. The bypass valve 33 is set to be opened by the ECU 45 when scavenging the fuel cell stack 10 and the diluter 50A.

［希釈器］
希釈器５０Ａは、パージ弁２４が開かれた場合に導入されるアノードオフガス中の水素を、カソードオフガス（希釈用ガス）で希釈する容器であり、その内部に希釈空間を備えている。ここで、希釈器５０Ａの具体的構造について、図２を参照して説明する。
図２に示すように、希釈器５０Ａは、両端（図２の左側及び右側）が閉じた筒形の筐体５１を備えている。筐体５１内は、壁部５２及び壁部５３によって、気液分離室Ａ１（気液分離部）、希釈室Ａ２、イオン交換室Ａ３（イオン交換部）の３つの空間に区画されている。気液分離室Ａ１と希釈室Ａ２とは水平方向において、隣り合うように配置されており、イオン交換室Ａ３は気液分離室Ａ１及び希釈室Ａ２の鉛直下方に配置されている。 [Diluter]
The diluter 50A is a container for diluting hydrogen in the anode off-gas introduced when the purge valve 24 is opened with the cathode off-gas (dilution gas), and has a dilution space therein. Here, a specific structure of the diluter 50A will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the diluter 50A includes a cylindrical casing 51 whose both ends (the left side and the right side in FIG. 2) are closed. The inside of the housing 51 is divided into three spaces by a wall portion 52 and a wall portion 53, which are a gas-liquid separation chamber A1 (gas-liquid separation portion), a dilution chamber A2, and an ion exchange chamber A3 (ion exchange portion). The gas-liquid separation chamber A1 and the dilution chamber A2 are disposed adjacent to each other in the horizontal direction, and the ion exchange chamber A3 is disposed vertically below the gas-liquid separation chamber A1 and the dilution chamber A2.

［希釈器−気液分離室］
気液分離室Ａ１は、配管３２ｃを介して導入されるカソードオフガスから、水蒸気（水分）を分離させるための空間であり、複数の気液分離板５４（図２では３枚）が設けられている。なお、気液分離板５４は、筐体５１の側壁部に固定されている。
カソードオフガスは、各気液分離板５４に吹き付けられることで、カソードオフガス中の水蒸気が結露し、分離されるようになっている。よって、気液分離板５４は低温であることが好ましく、熱伝導率が高い金属製であることが好ましい。また、気液分離板５４の温度が下がるように、例えば、気液分離板５４の熱を外部に放熱させるフィンを設けてもよい。 [Diluter-Gas-liquid separation chamber]
The gas-liquid separation chamber A1 is a space for separating water vapor (moisture) from the cathode off-gas introduced through the pipe 32c, and is provided with a plurality of gas-liquid separation plates 54 (three in FIG. 2). Yes. The gas-liquid separation plate 54 is fixed to the side wall portion of the casing 51.
Cathode off-gas is sprayed on each gas-liquid separation plate 54 so that water vapor in the cathode off-gas is condensed and separated. Therefore, the gas-liquid separation plate 54 is preferably at a low temperature, and is preferably made of a metal having a high thermal conductivity. Further, for example, a fin for radiating the heat of the gas-liquid separation plate 54 to the outside may be provided so that the temperature of the gas-liquid separation plate 54 is lowered.

そして、水分（水蒸気）の分離後のカソードオフガスは、気液分離室Ａ１から配管５５に流れ込むようになっている。
一方、分離されることで生成した水（結露水）は、気液分離板５４の下方の壁部５３に形成された、複数の連通孔５３ａ（図２では２つ）を通って、イオン交換室Ａ３に流れ込むようになっている。このようにイオン交換室Ａ３に流れ込む水には、陽イオン（金属イオン）や陰イオン（Ｆイオン）が含まれている。また、生成した水が、連通孔５３ａに容易に流れ込むように、連通孔５３ａ周りの壁部５３を漏斗状に傾斜してもよい。 The cathode off-gas after the separation of moisture (water vapor) flows into the pipe 55 from the gas-liquid separation chamber A1.
On the other hand, the water (condensation water) generated by the separation passes through a plurality of communication holes 53a (two in FIG. 2) formed in the wall portion 53 below the gas-liquid separation plate 54, and is exchanged with ions. It flows into the room A3. Thus, the water flowing into the ion exchange chamber A3 contains cations (metal ions) and anions (F ions). Further, the wall portion 53 around the communication hole 53a may be inclined in a funnel shape so that the generated water easily flows into the communication hole 53a.

各連通孔５３ａには、その大きさを可変する可変機構、詳細には、スライド自在のシャッタ５６と、シャッタ５６をＥＣＵ４５の指令に従ってスライドさせるアクチュエータ５７と、が設けられている。すなわち、各連通孔５３ａは、気液分離室Ａ１からイオン交換室Ａ３に向かう水及びガスの流量を絞るオリフィスとして機能しており、さらに、シャッタ５６及びアクチュエータ５７により、可変オリフィスとして機能するようになっている。後記する連通孔５３ｂについても同様である。
その他、各連通孔５３ａにバタフライ弁やニードル弁等を設けて、このバタフライ弁等により、連通孔５３ａの大きさを可変する構成としてもよい。 Each communication hole 53a is provided with a variable mechanism that changes its size, specifically, a slidable shutter 56 and an actuator 57 that slides the shutter 56 in accordance with a command from the ECU 45. That is, each communication hole 53a functions as an orifice that restricts the flow rate of water and gas from the gas-liquid separation chamber A1 to the ion exchange chamber A3, and further functions as a variable orifice by the shutter 56 and the actuator 57. It has become. The same applies to the communication hole 53b described later.
In addition, it is good also as a structure which provides a butterfly valve, a needle valve, etc. in each communicating hole 53a, and can change the magnitude | size of the communicating hole 53a with this butterfly valve.

これにより、連通孔５３ａの大きさを、シャッタ５６により可変可能となっている。例えば、燃料電池スタック１０の掃気時等、カソードオフガスに含まれる水蒸気（水分）が多量であると推定される場合、シャッタ５６は全開される設定となっている。また、イオン交換樹脂６２が過乾燥しないように、シャッタ５６を適宜に閉じる構成としてもよい。 Thereby, the size of the communication hole 53 a can be changed by the shutter 56. For example, when scavenging the fuel cell stack 10 or the like, when it is estimated that the water vapor (moisture) contained in the cathode off gas is large, the shutter 56 is set to be fully opened. Moreover, it is good also as a structure which closes the shutter 56 suitably so that the ion exchange resin 62 may not overdry.

また、このように、気液分離室Ａ１とイオン交換室Ａ３とは、連通孔５３ａを介して連通しているものの、壁部５３によって区画されており、カソードオフガスがイオン交換室Ａ３に直接流れ込みにくくなっている。これにより、後記するイオン交換樹脂６２が、常にカソードオフガスに曝されにくくなり、イオン交換樹脂６２の寿命を延ばすことができる。 As described above, the gas-liquid separation chamber A1 and the ion exchange chamber A3 communicate with each other through the communication hole 53a, but are partitioned by the wall portion 53, and the cathode off-gas flows directly into the ion exchange chamber A3. It has become difficult. Thereby, the ion exchange resin 62 to be described later is not easily exposed to the cathode off gas, and the life of the ion exchange resin 62 can be extended.

さらに、このように区画されており、カソードオフガスがイオン交換室Ａ３に直接流れ込みにくいので、カソードオフガスの受ける圧力損失が下がると共に、イオン交換室Ａ３に貯溜されている水に、カソードオフガスの圧力が作用しにくくなる。これにより、カソードオフガスの圧力によって、イオン交換室Ａ３に貯溜されている水分が、イオン交換されずに、そのまま車外に排出されることを防止できるようなっている。すなわち、イオン交換室Ａ３に流れ込む水に含まれるイオン（陽イオン、陰イオン）が、イオン交換樹脂６２において、効率的にイオン交換されるようになっている。
なお、これらのことは、連通孔５３ｂを介して連通しているものの、壁部５３によって区画されている希釈室Ａ２とイオン交換室Ａ３との関係においても、同様である。 In addition, since the cathode off gas is difficult to flow directly into the ion exchange chamber A3, the pressure loss received by the cathode off gas is reduced, and the pressure of the cathode off gas is reduced in the water stored in the ion exchange chamber A3. It becomes difficult to act. As a result, it is possible to prevent moisture stored in the ion exchange chamber A3 from being discharged out of the vehicle as it is without ion exchange due to the pressure of the cathode off gas. That is, ions (cations, anions) contained in the water flowing into the ion exchange chamber A3 are efficiently ion-exchanged in the ion exchange resin 62.
Although these are communicated via the communication hole 53b, the same applies to the relationship between the dilution chamber A2 and the ion exchange chamber A3 partitioned by the wall portion 53.

［希釈器−希釈室］
希釈室Ａ２は、パージ弁２４が開かれた場合に配管２４ｂを介して導入されるアノードオフガス中の水素を、気液分離後のカソードオフガス（希釈用ガス）で希釈するための空間である。気液分離後のカソードオフガスの一部は、配管５５に形成された連通孔５５ａ（図２では２つ）を介して、希釈室Ａ２に流れ込むようになっている。そして、希釈後のガスは、配管５５を流れるカソードオフガスによって、連通孔５５ａを介して、配管５５内に吸い込まれ、その後、配管５５内でも希釈されながら、車外（外部）に排出されるようになっている（図１参照）。 [Diluter-Dilution chamber]
The dilution chamber A2 is a space for diluting hydrogen in the anode off gas introduced through the pipe 24b when the purge valve 24 is opened with the cathode off gas (dilution gas) after gas-liquid separation. A part of the cathode off-gas after the gas-liquid separation flows into the dilution chamber A2 through communication holes 55a (two in FIG. 2) formed in the pipe 55. The diluted gas is sucked into the pipe 55 by the cathode off gas flowing through the pipe 55 through the communication hole 55a, and then discharged outside the vehicle while being diluted in the pipe 55 as well. (See FIG. 1).

また、アノードオフガス中の水蒸気（水分）や、気液分離室Ａ１で完全に気液分離されず、カソードオフガスに含まれる水蒸気（水分）が、希釈室Ａ２で結露することで生成する結露水は、希釈室Ａ２の下方の壁部５３に形成された連通孔５３ｂを通って、イオン交換室Ａ３に流れ込むようになっている。なお、イオン交換室Ａ３に流れ込む水には、陽イオン（金属イオン）や陰イオン（Ｆイオン）が含まれている。また、生成した水が、連通孔５３ｂに容易に流れ込むように、連通孔５３ｂ周りの壁部５３を漏斗状に傾斜してもよい。 Further, the water vapor (moisture) in the anode off-gas and the dew condensation water produced by the dew condensation in the dilution chamber A2 that is not completely gas-liquid separated in the gas-liquid separation chamber A1 and is contained in the cathode off-gas The ion exchange chamber A3 flows through the communication hole 53b formed in the wall 53 below the dilution chamber A2. The water flowing into the ion exchange chamber A3 includes cations (metal ions) and anions (F ions). Moreover, you may incline the wall part 53 around the communicating hole 53b in the shape of a funnel so that the produced | generated water may flow into the communicating hole 53b easily.

各連通孔５３ｂには、連通孔５３ａと同様に、その大きさを可変する可変機構、詳細には、スライド自在のシャッタ５８と、シャッタ５８をＥＣＵ４５の指令に従ってスライドさせるアクチュエータ５９と、が設けられている。これにより、連通孔５３ｂの大きさを、シャッタ５８により可変可能となっている。例えば、燃料電池スタック１０の掃気時等、アノードオフガスに含まれる水蒸気（水分）が多量であると推定される場合、シャッタ５８は全開される設定となっている。また、イオン交換樹脂６２が過乾燥しないように、シャッタ５８を適宜に閉じる構成としてもよい。 Similar to the communication hole 53a, each communication hole 53b is provided with a variable mechanism for changing the size thereof, specifically, a slidable shutter 58 and an actuator 59 for sliding the shutter 58 in accordance with a command from the ECU 45. ing. Thereby, the size of the communication hole 53 b can be changed by the shutter 58. For example, when scavenging the fuel cell stack 10 or the like, when the amount of water vapor (moisture) contained in the anode off gas is estimated to be large, the shutter 58 is set to be fully opened. Further, the shutter 58 may be appropriately closed so that the ion exchange resin 62 is not excessively dried.

また、希釈室Ａ２には、圧力センサ６０と、水素センサ６１とが設けられている。圧力センサ６０は、希釈室Ａ２における現在の圧力Ｐ１を検出するセンサであり、検出した圧力Ｐ１をＥＣＵ４５に出力するようになっている（図１参照）。水素センサ６１は、希釈室Ａ２における現在の水素濃度Ｃ１を検出するセンサであり、検出した水素濃度Ｃ１をＥＣＵ４５に出力するようになっている（図１参照）。 The dilution chamber A2 is provided with a pressure sensor 60 and a hydrogen sensor 61. The pressure sensor 60 is a sensor that detects the current pressure P1 in the dilution chamber A2, and outputs the detected pressure P1 to the ECU 45 (see FIG. 1). The hydrogen sensor 61 is a sensor that detects the current hydrogen concentration C1 in the dilution chamber A2, and outputs the detected hydrogen concentration C1 to the ECU 45 (see FIG. 1).

［希釈器−イオン交換室］
イオン交換室Ａ３は、気液分離室Ａ１及び希釈室Ａ２から流れ込む水（分離された水、結露水等）に含まれるイオン（陽イオン、陰イオン）を除去するためのイオン交換樹脂６２（イオン交換器）が配置される空間である。イオン交換樹脂６２は、陽イオン交換樹脂と、陰イオン交換樹脂とを含んでいる。そして、陽イオン交換樹脂の対イオン、及び、陰イオン交換樹脂の対イオンは、イオン交換室Ａ３に流れ込むイオン交換前の水のイオン（陽イオン、陰イオン）と、交換され、イオン交換後の排出水は、車外に排出されても問題の無い程度のＰＨ値になる。 [Diluter-ion exchange chamber]
The ion exchange chamber A3 includes an ion exchange resin 62 (ion) for removing ions (cations, anions) contained in water (separated water, condensed water, etc.) flowing from the gas-liquid separation chamber A1 and the dilution chamber A2. This is the space where the exchanger is placed. The ion exchange resin 62 includes a cation exchange resin and an anion exchange resin. The counter ion of the cation exchange resin and the counter ion of the anion exchange resin are exchanged with water ions (cation, anion) before ion exchange flowing into the ion exchange chamber A3, and after the ion exchange. Even if the discharged water is discharged outside the vehicle, it has a PH value that does not cause a problem.

イオン交換樹脂６２（陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂）の量は、例えば、燃料電池自動車の予測される寿命内に、燃料電池スタック１０から排出されるイオンを吸着可能な量に設計される。その他、イオン交換樹脂６２をカートリッジ式で構成し、例えば、車検毎に交換可能な構成としてもよい。 The amount of the ion exchange resin 62 (cation exchange resin, anion exchange resin) is designed to be an amount capable of adsorbing ions discharged from the fuel cell stack 10 within the expected life of the fuel cell vehicle, for example. . In addition, the ion exchange resin 62 may be configured as a cartridge type, and may be configured to be replaceable for each vehicle inspection, for example.

そして、イオン交換室Ａ３に流れ込んだ水に含まれる陽イオン及び陰イオンは、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂の対イオンと交換することで、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂に吸着され、イオン交換室Ａ３に流れ込んだ水から除去された後、一時的に、イオン交換室Ａ３に貯溜されるようになっている。このようにイオン交換室Ａ３に貯溜される水の水位Ｌ１（現在の水量）は、水位センサ６３で検出され、ＥＣＵ４５に出力されるようになっている（図１参照）。 The cations and anions contained in the water flowing into the ion exchange chamber A3 are adsorbed by the cation exchange resin and the anion exchange resin by exchanging with the counter ion of the cation exchange resin and the anion exchange resin. After being removed from the water flowing into the ion exchange chamber A3, it is temporarily stored in the ion exchange chamber A3. Thus, the water level L1 (current water amount) stored in the ion exchange chamber A3 is detected by the water level sensor 63 and output to the ECU 45 (see FIG. 1).

イオン交換室Ａ３の鉛直下方には、排水口６４が形成されており、排水口６４の下流には、配管６５ａ、常閉型の排水弁６５、配管６５ｂが接続されている。そして、ＥＣＵ４５によって、排水弁６５が開かれると、イオン交換室Ａ３のイオン交換後の水が、配管６５ａ等を介して車外に排出されるようになっている。なお、排水弁６５に代えて、又は加えて、（可変）オリフィスを備える構成としてもよい。 A drain port 64 is formed vertically below the ion exchange chamber A3, and a pipe 65a, a normally closed drain valve 65, and a pipe 65b are connected downstream of the drain port 64. When the drain valve 65 is opened by the ECU 45, the water after the ion exchange in the ion exchange chamber A3 is discharged outside the vehicle through the pipe 65a and the like. Instead of or in addition to the drain valve 65, a (variable) orifice may be provided.

＜掃気系＞
図１に戻って説明を続ける。
掃気系は、燃料電池スタック１０の掃気時に、コンプレッサ３１からの掃気ガス（非加湿の空気）をアノード系に導く系であり、常閉型の掃気弁４１を備えている。掃気弁４１の上流は、配管４１ａを介して配管３１ａに接続されており、掃気弁４１の下流は、配管４１ｂを介して配管２３ａに接続されている。
そして、燃料電池スタック１０を掃気する場合、例えばシステム停止時において、温度センサ（図示しない）によって検出されるシステム温度が所定温度未満であり、燃料電池スタック１０内が凍結する虞のある場合、ＥＣＵ４５はコンプレッサ３１を作動すると共に、掃気弁４１を開く設定となっている。 <Scavenging system>
Returning to FIG. 1, the description will be continued.
The scavenging system is a system that guides the scavenging gas (non-humidified air) from the compressor 31 to the anode system when scavenging the fuel cell stack 10, and includes a normally closed scavenging valve 41. The upstream side of the scavenging valve 41 is connected to the pipe 31a via the pipe 41a, and the downstream side of the scavenging valve 41 is connected to the pipe 23a via the pipe 41b.
When scavenging the fuel cell stack 10, for example, when the system is stopped, the system temperature detected by a temperature sensor (not shown) is lower than a predetermined temperature, and the fuel cell stack 10 may be frozen. Is set to open the scavenging valve 41 while operating the compressor 31.

＜ＩＧ＞
ＩＧ４２は、燃料電池自動車及び燃料電池システム１の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、ＩＧ４２はＥＣＵ４５と接続されており、ＥＣＵ４５はＩＧ４２のＯＮ／ＯＦＦ信号を検知するようになっている。 <IG>
The IG 42 is a start switch for the fuel cell vehicle and the fuel cell system 1 and is provided around the driver's seat. Moreover, IG42 is connected with ECU45, and ECU45 detects the ON / OFF signal of IG42.

＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ４５（制御手段）は、燃料電池システム１を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機器を制御し、各種処理を実行するようになっている。
なお、ＥＣＵ４５による具体的制御内容は、図３、図４のフローチャート等を参照して、以下詳細に説明する。 <ECU>
The ECU 45 (control means) is a control device that electronically controls the fuel cell system 1 and includes a CPU, a ROM, a RAM, various interfaces, an electronic circuit, and the like, and according to a program stored therein, Various devices are controlled and various processes are executed.
The specific contents of control by the ECU 45 will be described in detail below with reference to the flowcharts of FIGS.

≪燃料電池システムの動作・効果≫
次に、燃料電池システム１の動作・効果を説明する。 ≪Operation and effect of fuel cell system≫
Next, the operation and effect of the fuel cell system 1 will be described.

＜通常発電−パージ弁：閉＞
まず、ＩＧ４２がＯＮされており、燃料電池スタック１０が運転者からの発電要求に応じて通常に発電している場合において、パージ弁２４が閉じているときの動作について、説明する。なお、燃料電池スタック１０の通常発電時（初期状態）において、排水弁６５は閉じられている。 <Normal power generation-purge valve: closed>
First, the operation when the purge valve 24 is closed when the IG 42 is ON and the fuel cell stack 10 normally generates power in response to a power generation request from the driver will be described. During normal power generation (initial state) of the fuel cell stack 10, the drain valve 65 is closed.

カソード流路１２から排出された水蒸気を含むカソードオフガスは、配管３２ｃから気液分離室Ａ１に導入される。気液分離室Ａ１において、カソードオフガスは、気液分離板５４に吹き付けられ、これに含まれる水蒸気は結露し、分離される。その後、カソードオフガスは、配管５５を介して車外に排出される。 The cathode off gas containing water vapor discharged from the cathode channel 12 is introduced into the gas-liquid separation chamber A1 through the pipe 32c. In the gas-liquid separation chamber A1, the cathode off-gas is blown onto the gas-liquid separation plate 54, and water vapor contained therein is condensed and separated. Thereafter, the cathode off gas is discharged out of the vehicle via the pipe 55.

一方、結露することで生成した結露水や、カソードオフガスに最初から含まれていた結露水は、連通孔５３ａを介して、イオン交換室Ａ３に流れ込む。このように流れ込む結露水等に含まれるイオン（陽イオン、陰イオン）は、イオン交換樹脂６２に吸着され、結露水等はイオン交換室Ａ３に一時的に貯溜される。これにより、カソードオフガスの水蒸気に含まれる金属イオン等のイオンが、そのまま車外に排出されることは防止される。 On the other hand, the dew condensation water generated by dew condensation and the dew condensation water originally contained in the cathode off gas flow into the ion exchange chamber A3 through the communication hole 53a. The ions (cations and anions) contained in the condensed water flowing in this way are adsorbed by the ion exchange resin 62, and the condensed water and the like are temporarily stored in the ion exchange chamber A3. This prevents ions such as metal ions contained in the water vapor of the cathode off gas from being discharged out of the vehicle as they are.

そして、ＥＣＵ４５は、水位センサ６３を介して、イオン交換室Ａ３に貯溜されている水の量を監視しながら、イオン交換室Ａ３が溢れないように、排水弁６５を適宜に開く。 Then, the ECU 45 appropriately opens the drain valve 65 so as not to overflow the ion exchange chamber A3 while monitoring the amount of water stored in the ion exchange chamber A3 via the water level sensor 63.

＜通常発電−パージ弁：開＞
次に、ＩＧ４２がＯＮされており、燃料電池スタック１０が運転者からの発電要求に応じて通常に発電している場合において、パージ弁２４が間欠的に所定時間にて開かれたときの動作について、図３を参照して説明する。 <Normal power generation-purge valve: open>
Next, when the IG 42 is turned on and the fuel cell stack 10 is normally generating power in response to a power generation request from the driver, the operation when the purge valve 24 is intermittently opened at a predetermined time. Will be described with reference to FIG.

なお、常閉型のパージ弁２４は、燃料電池スタック１０の単セルの電圧（セル電圧）が所定セル電圧に下がり、循環する水素に同伴する不純物（水蒸気、窒素等）が多くなり、発電性能が低下したと判定された場合、ＥＣＵ４５の指令により開かれる。このようにパージ弁２４が開かれると、不純物（窒素、水蒸気）、水素、結露水等を含むアノードオフガスが、希釈器５０Ａの希釈室Ａ２に導入される。 The normally closed purge valve 24 reduces the voltage (cell voltage) of a single cell of the fuel cell stack 10 to a predetermined cell voltage, and increases impurities (water vapor, nitrogen, etc.) accompanying the circulating hydrogen, thereby generating power. Is determined to be open in response to a command from the ECU 45. When the purge valve 24 is thus opened, an anode off gas containing impurities (nitrogen, water vapor), hydrogen, condensed water, and the like is introduced into the dilution chamber A2 of the diluter 50A.

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ４５は、排水弁６５を継続して閉じたままとする。仮に、イオン交換室Ａ３に貯溜された水を排出するために排水弁６５を開いている場合、排水弁６５を閉じる。これにより、パージされた水素が、そのまま排水弁６５を介して外部に排出されることを防止できる。 In step S101, the ECU 45 keeps the drain valve 65 closed. If the drain valve 65 is opened to discharge the water stored in the ion exchange chamber A3, the drain valve 65 is closed. Thereby, the purged hydrogen can be prevented from being discharged to the outside through the drain valve 65 as it is.

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ４５は、圧力センサ６０を介して検出される希釈室Ａ２の現在の圧力Ｐ１が、所定圧力Ｐ０以下であるか否か判定する。所定圧力Ｐ０は、この後、排水弁６５を開いたとしても、希釈室Ａ２に導入された水素が、希釈されずにそのまま、イオン交換室Ａ３、排水口６４、配管６５ａ、排水弁６５等を介して、車外に排出されないと判断される圧力に設定される。このような所定圧力Ｐ０は、事前試験等により求められ、ＥＣＵ４５に予め記憶されている。 In step S102, the ECU 45 determines whether or not the current pressure P1 of the dilution chamber A2 detected via the pressure sensor 60 is equal to or lower than a predetermined pressure P0. After that, even if the drain valve 65 is opened, the hydrogen pressure introduced into the dilution chamber A2 is not diluted and remains in the ion exchange chamber A3, the drain port 64, the pipe 65a, the drain valve 65, etc. To a pressure that is determined not to be discharged outside the vehicle. Such a predetermined pressure P0 is obtained by a preliminary test or the like and stored in the ECU 45 in advance.

現在の圧力Ｐ１が、所定圧力Ｐ０以下であると判定された場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４５の処理は、ステップＳ１０３に進む。
一方、現在の圧力Ｐ１が、所定圧力Ｐ０以下でないと判定された場合（Ｓ１０２・Ｎｏ）、ＥＣＵ４５はステップＳ１０２の判定を繰り返す。この場合、排水弁６５は、閉じたまま維持される。これにより、水素はイオン交換室Ａ３、排水弁６５を介して車外に排出されず、希釈室Ａ２で希釈された後、連通孔５５ａを介して、配管５５内に流れ込み、配管５５内において、さらに希釈された後、車外に排出される。 When it is determined that the current pressure P1 is equal to or lower than the predetermined pressure P0 (S102 / Yes), the processing of the ECU 45 proceeds to step S103.
On the other hand, when it is determined that the current pressure P1 is not less than or equal to the predetermined pressure P0 (S102, No), the ECU 45 repeats the determination in step S102. In this case, the drain valve 65 is kept closed. Thus, hydrogen is not discharged outside the vehicle through the ion exchange chamber A3 and the drain valve 65, and after being diluted in the dilution chamber A2, flows into the pipe 55 through the communication hole 55a. After being diluted, it is discharged outside the vehicle.

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ４５は、排水弁６５を開く。これにより、パージ弁２４が開かれることで、希釈室Ａ２を介して、イオン交換室Ａ３に貯溜されている水等が、排水弁６５を介して車外に排出される。そして、排水弁６５は、所定時間の間、開かれた後、閉じられる。
その後、ＥＣＵ４５の処理は、エンドに進む。 In step S103, the ECU 45 opens the drain valve 65. Thus, when the purge valve 24 is opened, water or the like stored in the ion exchange chamber A3 is discharged to the outside of the vehicle via the drain valve 65 via the dilution chamber A2. The drain valve 65 is opened for a predetermined time and then closed.
Thereafter, the processing of the ECU 45 proceeds to the end.

＜システム停止時の動作−希釈器の掃気＞
次に、ＩＧ４２がＯＦＦされた場合の動作について、図４を参照して説明する。なお、ＩＧ４２のＯＦＦ前（初期状態）において、燃料電池スタック１０は運転者からの発電要求に応じて発電している。 <Operation when the system is shut down-Scavenging of the diluter>
Next, the operation when the IG 42 is turned off will be described with reference to FIG. Note that before the IG 42 is turned off (initial state), the fuel cell stack 10 generates power in response to a power generation request from the driver.

ＩＧ４２がＯＦＦされると、図４に示すシステム停止時における制御処理がスタートし、ステップＳ２０１において、ＥＣＵ４５は、燃料電池スタック１０の発電を停止させる。具体的には、燃料電池スタック１０と外部負荷（走行モータ等）との接続をＯＮ／ＯＦＦするコンタクタ（図示しない）をＯＦＦし、遮断弁２２を閉じる。 When the IG 42 is turned off, the control process at the time of system stop shown in FIG. 4 is started, and the ECU 45 stops the power generation of the fuel cell stack 10 in step S201. Specifically, a contactor (not shown) for turning on / off the connection between the fuel cell stack 10 and an external load (travel motor, etc.) is turned off, and the shutoff valve 22 is closed.

ステップＳ２０２において、ＥＣＵ４５は、燃料電池スタック１０を掃気する。具体的には、ＥＣＵ４５は、コンプレッサ３１を作動させたまま、又は、その回転速度を燃料電池スタック１０の掃気用の回転速度に高めて、バイパス弁３３、掃気弁４１、及び、パージ弁２４を開く。そうすると、コンプレッサ３１からの掃気ガス（非加湿の空気）が、アノード流路１１及びカソード流路１２に導入され、アノード流路１１及びカソード流路１２に残留するガス（水素、空気等）や、水分（水蒸気、結露水等）が、希釈器５０Ａに押し出され、燃料電池スタック１０が掃気される。 In step S202, the ECU 45 scavenges the fuel cell stack 10. Specifically, the ECU 45 operates the bypass valve 33, the scavenging valve 41, and the purge valve 24 while operating the compressor 31 or increasing its rotational speed to the scavenging rotational speed of the fuel cell stack 10. open. Then, the scavenging gas (non-humidified air) from the compressor 31 is introduced into the anode flow path 11 and the cathode flow path 12, and gas (hydrogen, air, etc.) remaining in the anode flow path 11 and the cathode flow path 12, Moisture (water vapor, condensed water, etc.) is pushed out to the diluter 50A, and the fuel cell stack 10 is scavenged.

そして、所定時間の経過後、掃気弁４１及びパージ弁２４を閉じる。所定時間は、燃料電池スタック１０を掃気するために必要な時間であり、燃料電池スタック１０の大きさ、コンプレッサ３１から吐出される掃気ガスの吐出流量（Ｌ／分）等に関係し、事前試験等により求められ、ＥＣＵ４５に予め記憶されている。
なお、燃料電池スタック１０の掃気については、このようにアノード流路１１とカソード流路１２とを同時に並行して掃気する方式に限定されず、例えば、まず、アノード流路１１を掃気した後、続いて、カソード流路１２を掃気する方式でもよい。 Then, after the elapse of a predetermined time, the scavenging valve 41 and the purge valve 24 are closed. The predetermined time is a time required for scavenging the fuel cell stack 10, and is related to the size of the fuel cell stack 10, the discharge flow rate (L / min) of the scavenging gas discharged from the compressor 31, and the like. And is stored in advance in the ECU 45.
The scavenging of the fuel cell stack 10 is not limited to the method of simultaneously scavenging the anode channel 11 and the cathode channel 12 in this way. For example, after scavenging the anode channel 11, first, Subsequently, the cathode channel 12 may be scavenged.

ステップＳ２０３において、ＥＣＵ４５は、希釈器５０Ａの掃気（換気）を開始する。具体的には、ＥＣＵ４５は、バイパス弁３３を開いたまま、コンプレッサ３１を継続して作動させると共に、排水弁６５を開く（Ｓ２０４）。このとき、コンプレッサ３１の回転速度を、希釈器５０Ａの大きさ等に基づいて予め設定された回転速度に変更してもよい。 In step S203, the ECU 45 starts scavenging (ventilation) of the diluter 50A. Specifically, the ECU 45 continues to operate the compressor 31 with the bypass valve 33 open, and opens the drain valve 65 (S204). At this time, the rotation speed of the compressor 31 may be changed to a rotation speed set in advance based on the size of the diluter 50A and the like.

そうすると、コンプレッサ３１からの掃気ガスが、バイパス弁３３、カソード流路１２等を介して、希釈器５０Ａの気液分離室Ａ１に導入される（図２参照）。これにより、気液分離室Ａ１に残留するガスや水分（水蒸気、結露水等）は、配管５５や、連通孔５３ａを介してイオン交換室Ａ３に、押し出される。 Then, the scavenging gas from the compressor 31 is introduced into the gas-liquid separation chamber A1 of the diluter 50A via the bypass valve 33, the cathode channel 12 and the like (see FIG. 2). Thereby, the gas and moisture (water vapor, condensed water, etc.) remaining in the gas-liquid separation chamber A1 are pushed out to the ion exchange chamber A3 via the pipe 55 and the communication hole 53a.

また、掃気ガスは、気液分離室Ａ１を介して、配管５５にも流れ込み、さらに、掃気ガスの一部は配管５５の連通孔５５ａを介して、希釈室Ａ２に流れ込む。希釈室Ａ２に流れ込んだ掃気ガスは、希釈室Ａ２に残留するガス（水素等）や、水分（水蒸気等）を、連通孔５３ｂを介して、イオン交換室Ａ３に押し出す。なお、希釈室Ａ２に残留するガスや水分の一部は、配管５５を流れる掃気ガスによって、連通孔５５ａを介して、配管５５内に吸引され、車外に排出される。 The scavenging gas also flows into the pipe 55 via the gas-liquid separation chamber A1, and a part of the scavenging gas also flows into the dilution chamber A2 via the communication hole 55a of the pipe 55. The scavenging gas that has flowed into the dilution chamber A2 pushes out gas (such as hydrogen) and moisture (such as water vapor) remaining in the dilution chamber A2 to the ion exchange chamber A3 through the communication hole 53b. A part of the gas and moisture remaining in the dilution chamber A2 is sucked into the pipe 55 through the communication hole 55a by the scavenging gas flowing through the pipe 55, and discharged outside the vehicle.

さらに、イオン交換室Ａ３に貯溜されている水、気液分離室Ａ１及び／又は希釈室Ａ２からイオン交換室Ａ３に流れ込んだガス、水は、排水口６４、配管６５ａ、排水弁６５、配管６５ｂを介して、車外に排出される。ここで、前記貯溜されている水、及び、流れ込む水に含まれるイオン（陽イオン、陰イオン）は、イオン交換樹脂６２に吸着されるので、これらイオンがそのまま車外に排出されることは、防止される。 Furthermore, water stored in the ion exchange chamber A3, gas flowing into the ion exchange chamber A3 from the gas-liquid separation chamber A1 and / or dilution chamber A2, and water are drainage port 64, pipe 65a, drainage valve 65, and pipe 65b. Through the vehicle. Here, since the stored water and the ions (cations and anions) contained in the flowing water are adsorbed by the ion exchange resin 62, it is prevented that these ions are discharged out of the vehicle as they are. Is done.

さらにまた、掃気ガスが、気液分離室Ａ１及び希釈室Ａ２から、イオン交換室Ａ３にも流れ込む。このように流れ込む掃気ガスは、イオン交換室Ａ３内の水、ガスを押し出し、イオン交換室Ａ３を掃気する。 Furthermore, the scavenging gas also flows from the gas-liquid separation chamber A1 and the dilution chamber A2 into the ion exchange chamber A3. The scavenging gas flowing in this way pushes out water and gas in the ion exchange chamber A3 and scavenges the ion exchange chamber A3.

ステップＳ２０５において、ＥＣＵ４５は、水位センサ６３を介して検出されるイオン交換室Ａ３内の現在の水位Ｌ１が、所定水位Ｌ０以下であるか否か判定する。所定水位Ｌ０は、イオン交換室Ａ３の水が押し出され、イオン交換室Ａ３の掃気が完了したと判断される水位であり、事前試験等により求められ、ＥＣＵ４５に予め記憶されている。
その他、現在の水位Ｌ１に基づく判定に代えて、例えば、ステップＳ２０４で排水弁６５を開いた後、所定時間が経過した場合、イオン交換室Ａ３内の水は排出され、イオン交換室Ａ３の掃気が完了したと判定する構成としてもよい。 In step S205, the ECU 45 determines whether or not the current water level L1 in the ion exchange chamber A3 detected via the water level sensor 63 is equal to or lower than a predetermined water level L0. The predetermined water level L0 is a water level at which it is determined that the water in the ion exchange chamber A3 has been pushed out and the scavenging of the ion exchange chamber A3 has been completed, and is obtained by a preliminary test or the like and stored in the ECU 45 in advance.
In addition, instead of the determination based on the current water level L1, for example, when a predetermined time has elapsed after opening the drain valve 65 in step S204, the water in the ion exchange chamber A3 is discharged, and the scavenging of the ion exchange chamber A3 is performed. It is good also as a structure which determines with having completed.

現在の水位Ｌ１が所定水位Ｌ０以下であると判定された場合（Ｓ２０５・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４５の処理はステップＳ２０６に進む。一方、現在の水位Ｌ１が所定水位Ｌ０以下でないと判定された場合（Ｓ２０５・Ｎｏ）、ＥＣＵ４５はステップＳ２０５の判定を繰り返す。 When it is determined that the current water level L1 is equal to or lower than the predetermined water level L0 (S205 / Yes), the process of the ECU 45 proceeds to step S206. On the other hand, when it is determined that the current water level L1 is not equal to or lower than the predetermined water level L0 (S205, No), the ECU 45 repeats the determination in step S205.

ステップＳ２０６において、ＥＣＵ４５は、水素センサ６１を介して検出される希釈室Ａ２の現在の水素濃度Ｃ１が、所定水素濃度Ｃ０以下であるか否か判定する。所定水素濃度Ｃ０は、希釈室Ａ２の水素が掃気によって排出されたと判断される水素濃度であり、事前試験等により求められ、ＥＣＵ４５に予め記憶されている。 In step S206, the ECU 45 determines whether or not the current hydrogen concentration C1 of the dilution chamber A2 detected via the hydrogen sensor 61 is equal to or less than a predetermined hydrogen concentration C0. The predetermined hydrogen concentration C0 is a hydrogen concentration at which it is determined that the hydrogen in the dilution chamber A2 has been exhausted by scavenging, is obtained by a preliminary test or the like, and is stored in the ECU 45 in advance.

現在の水素濃度Ｃ１が所定水素濃度Ｃ０以下であると判定された場合（Ｓ２０６・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４５の処理はステップＳ２０７に進む。一方、現在の水素濃度Ｃ１が所定水素濃度Ｃ０以下でないと判定された場合（Ｓ２０６・Ｎｏ）、ＥＣＵ４５はステップＳ２０６の判定を繰り返す。
ただし、希釈器５０Ａの掃気が完了したか否かの完了判定は、このように希釈室Ａ２の水素濃度Ｃ１に基づく方法に限らず、例えば、ステップＳ２０３における希釈器５０Ａの掃気開始後、掃気が完了したと判断される所定時間が経過した場合、掃気が完了したと判定する構成としてもよい。 If it is determined that the current hydrogen concentration C1 is less than or equal to the predetermined hydrogen concentration C0 (S206, Yes), the processing of the ECU 45 proceeds to step S207. On the other hand, when it is determined that the current hydrogen concentration C1 is not equal to or less than the predetermined hydrogen concentration C0 (S206, No), the ECU 45 repeats the determination in step S206.
However, whether or not the scavenging of the diluter 50A has been completed is not limited to the method based on the hydrogen concentration C1 of the dilution chamber A2 as described above. For example, after the scavenging of the diluter 50A in step S203 starts, A configuration may be adopted in which scavenging is completed when a predetermined time determined to be complete has elapsed.

ステップＳ２０７において、ＥＣＵ４５は、排水弁６５を閉じる。
続いて、ステップＳ２０８において、ＥＣＵ４５は、希釈器５０Ａの掃気を完了させる。具体的には、ＥＣＵ４５は、コンプレッサ３１を停止し、バイパス弁３３を閉じる。
その後、ＥＣＵ４５の処理はエンドに進む。 In step S207, the ECU 45 closes the drain valve 65.
Subsequently, in step S208, the ECU 45 completes scavenging of the diluter 50A. Specifically, the ECU 45 stops the compressor 31 and closes the bypass valve 33.
Thereafter, the processing of the ECU 45 proceeds to the end.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができ、また、次の構成を適宜組み合わせることができる。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as follows, for example, without departing from the spirit of the present invention, and the following configurations are appropriately combined. be able to.

例えば、図５に示すように、コンプレッサ３１から吐出される空気（酸化剤ガス、掃気ガス）が、燃料電池スタック１０をバイパスして、希釈室Ａ２に直接導入される希釈器５０Ｂを備える燃料電池システム２でもよい。さらに説明すると、配管３１ａの途中は、配管３４ａ、常閉型のバイパス弁３４、配管３４ｂを介して、希釈室Ａ２に接続されている。そして、ＥＣＵ４５によりバイパス弁３４が開かれると、コンプレッサ３１から吐出される空気（酸化剤ガス、掃気ガス）が、配管３４ａ等を介して、希釈室Ａ２に導入され、希釈室Ａ２の水素が速やかに希釈されるようになっている（図６参照）。 For example, as shown in FIG. 5, a fuel cell including a diluter 50B in which air (oxidant gas, scavenging gas) discharged from the compressor 31 bypasses the fuel cell stack 10 and is directly introduced into the dilution chamber A2. System 2 may be used. More specifically, the middle of the pipe 31a is connected to the dilution chamber A2 through the pipe 34a, the normally closed bypass valve 34, and the pipe 34b. Then, when the bypass valve 34 is opened by the ECU 45, air (oxidant gas, scavenging gas) discharged from the compressor 31 is introduced into the dilution chamber A2 via the pipe 34a and the like, and the hydrogen in the dilution chamber A2 is quickly supplied. (See FIG. 6).

バイパス弁３４は、例えば、希釈室Ａ２における現在の水素濃度Ｃ１が、コンプレッサ３１から希釈室Ａ２に空気を直接導入すべき水素濃度以上である場合に開かれる。その他、パージ弁２４を開くことに連動して、バイパス弁３４を開く構成としてもよいし、希釈室Ａ２を掃気する場合、バイパス弁３４を開く構成としてもよい。
また、バイパス弁３４に代えて、流量０（Ｌ／分）を含めて流量を制御可能な流量制御弁を設けて、現在の水素濃度Ｃ１に対応して、コンプレッサ３１から希釈室Ａ２に直接導入される空気の流量を制御する構成としてもよい。 The bypass valve 34 is opened, for example, when the current hydrogen concentration C1 in the dilution chamber A2 is equal to or higher than the hydrogen concentration at which air should be directly introduced from the compressor 31 into the dilution chamber A2. In addition, the bypass valve 34 may be opened in conjunction with the opening of the purge valve 24, or when the dilution chamber A <b> 2 is scavenged, the bypass valve 34 may be opened.
Further, instead of the bypass valve 34, a flow rate control valve capable of controlling the flow rate including the flow rate 0 (L / min) is provided and directly introduced from the compressor 31 to the dilution chamber A2 corresponding to the current hydrogen concentration C1. It is good also as a structure which controls the flow volume of the air performed.

その他に例えば、図７に示す希釈器５０Ｃでもよい。希釈器５０Ｃは、図２の希釈器５０Ａの構成に加えて壁部６６を備えており、壁部６６によって、図２のイオン交換室Ａ３は、イオン交換室Ａ４とイオン交換室Ａ５とに区画されている。すなわち、イオン交換室Ａ４は、気液分離室Ａ１から水（分離された水、結露水等）が流れ込む空間であり、イオン交換室Ａ５は、希釈室Ａ２から水（結露水等）が流れ込む空間であり、イオン交換室Ａ４とイオン交換室Ａ５とは独立しており、イオン交換樹脂６２がそれぞれ設けられている。 In addition, for example, a diluter 50C shown in FIG. 7 may be used. The diluter 50C includes a wall portion 66 in addition to the configuration of the diluter 50A in FIG. 2, and the ion exchange chamber A3 in FIG. 2 is partitioned into an ion exchange chamber A4 and an ion exchange chamber A5 by the wall portion 66. Has been. That is, the ion exchange chamber A4 is a space into which water (separated water, condensed water, etc.) flows from the gas-liquid separation chamber A1, and the ion exchange chamber A5 is a space into which water (condensed water, etc.) flows from the dilution chamber A2. The ion exchange chamber A4 and the ion exchange chamber A5 are independent of each other, and an ion exchange resin 62 is provided.

イオン交換室Ａ４及びイオン交換室Ａ５の下方には、排水口６４がそれぞれ設けられており、排水口６４の下流には、配管６５ａ、排水弁６５、配管６５ｂがそれぞれ接続されている。また、イオン交換室Ａ４及びイオン交換室Ａ５には、水位センサ６３がそれぞれ設けられており、各水位センサ６３は、検出した現在の水位Ｌ１をＥＣＵ４５に出力するようになっている。そして、ＥＣＵ４５は、入力される現在の水位に基づいて、排水弁６５、６５を独立して適宜に制御するようになっている。 A drain port 64 is provided below the ion exchange chamber A4 and the ion exchange chamber A5. A pipe 65a, a drain valve 65, and a pipe 65b are connected to the downstream of the drain port 64, respectively. Further, each of the ion exchange chamber A4 and the ion exchange chamber A5 is provided with a water level sensor 63, and each water level sensor 63 outputs the detected current water level L1 to the ECU 45. The ECU 45 appropriately controls the drain valves 65 and 65 independently based on the current water level that is input.

このような希釈器５０Ｃによれば、気液分離室Ａ１で生成した水等はイオン交換室Ａ４に貯溜され、希釈室Ａ２で生成した結露水等はイオン交換室Ａ５で貯溜される。すなわち、カソードオフガスの水蒸気等に含まれるイオンは、主に、イオン交換室Ａ４に向かい、アノードオフガスの水蒸気等に含まれるイオンは、主に、イオン交換室Ａ５に向かう。したがって、カソードオフガス、アノードオフガスに含まれるイオンの種類（陽イオン、陰イオン）、量に応じて、イオン交換樹脂６２を構成する陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂の種類、量を設定することで、カソードオフガス、アノードオフガスに含まれるイオンを、好適に吸着することができる。 According to such a diluter 50C, water generated in the gas-liquid separation chamber A1 is stored in the ion exchange chamber A4, and dew condensation water generated in the dilution chamber A2 is stored in the ion exchange chamber A5. That is, ions contained in the water vapor or the like of the cathode off gas mainly go to the ion exchange chamber A4, and ions contained in the water vapor or the like of the anode off gas mainly go to the ion exchange chamber A5. Therefore, the types and amounts of the cation exchange resin and the anion exchange resin constituting the ion exchange resin 62 are set according to the types (cations and anions) and amounts of ions contained in the cathode offgas and anode offgas. Thus, ions contained in the cathode offgas and the anode offgas can be favorably adsorbed.

また、図８に示す希釈器５０Ｄでもよい。希釈器５０Ｄは、気液分離室Ａ１（図２参照）を備えておらず、希釈器５０Ｄ内は、壁部５３により、希釈室Ａ６とイオン交換室Ａ３とに区画されている。カソードオフガスは、配管３２ｃから配管５５に流れ込み、連通孔５５ａを介して、希釈室Ａ６に流れ込む。一方、アノードオフガスは配管２４ｂからの希釈室Ａ６に流れ込み、カソードオフガスで希釈されるようになっている。そして、希釈室Ａ６で生成した水（結露水等）は、連通孔５３ｂを介して、イオン交換室Ａ３に流れ込むようになっている。 Moreover, the diluter 50D shown in FIG. 8 may be used. The diluter 50D does not include the gas-liquid separation chamber A1 (see FIG. 2), and the diluter 50D is partitioned into a diluting chamber A6 and an ion exchange chamber A3 by a wall portion 53. The cathode off gas flows from the pipe 32c into the pipe 55, and then flows into the dilution chamber A6 through the communication hole 55a. On the other hand, the anode off gas flows into the dilution chamber A6 from the pipe 24b and is diluted with the cathode off gas. And the water (condensation water etc.) produced | generated in dilution room A6 flows into ion exchange room A3 via the communicating hole 53b.

また、図９に示す希釈器５０Ｅでもよい。希釈器５０Ｅは、図７の希釈器５０Ｃから希釈室Ａ２とイオン交換室Ａ５とを区画する壁部５３を取り除いた構成であり、希釈室Ａ２の底部に、イオン交換樹脂６２が配置された構成となっている。すなわち、希釈室Ａ２とイオン交換室Ａ３とが壁部５３によって区画されていない。
この点については、気液分離室Ａ１とイオン交換室Ａ４とを区画する壁部５３についても同様であり、この壁部５３を備えず、気液分離室Ａ１の底部にイオン交換樹脂６２が配置された希釈器でもよい。 Moreover, the diluter 50E shown in FIG. 9 may be used. The diluter 50E has a configuration in which the wall portion 53 that partitions the diluting chamber A2 and the ion exchange chamber A5 is removed from the diluter 50C in FIG. 7, and an ion exchange resin 62 is disposed at the bottom of the diluting chamber A2. It has become. That is, the dilution chamber A2 and the ion exchange chamber A3 are not partitioned by the wall portion 53.
The same applies to the wall 53 that separates the gas-liquid separation chamber A1 and the ion exchange chamber A4. The wall 53 is not provided, and the ion exchange resin 62 is disposed at the bottom of the gas-liquid separation chamber A1. A diluted diluter may be used.

前記した実施形態では、燃料電池システム１が燃料電池自動車に搭載された場合を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システムでもよい。また、家庭用や業務用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムでもよい。 In the above-described embodiment, the case where the fuel cell system 1 is mounted on a fuel cell vehicle has been illustrated. However, for example, a fuel cell system mounted on a motorcycle, a train, or a ship may be used. Further, it may be a stationary fuel cell system for home use or business use, or a fuel cell system incorporated in a hot water supply system.

本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell system which concerns on this embodiment. 本実施形態に希釈器の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the diluter in this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックが通常に発電している場合にパージ弁が開かれたときの動作を示すフローチャートである。In the fuel cell system concerning this embodiment, when a fuel cell stack is generating electric power normally, it is a flow chart which shows operation when a purge valve is opened. 本実施形態に係る燃料電池システムの停止時（希釈器の掃気時）の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement at the time of the stop of the fuel cell system which concerns on this embodiment (at the time of scavenging of a diluter). 変形例に係る燃料電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell system which concerns on a modification. 変形例に係る希釈器の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the diluter which concerns on a modification. 変形例に係る希釈器の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the diluter which concerns on a modification. 変形例に係る希釈器の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the diluter which concerns on a modification. 変形例に係る希釈器の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the diluter which concerns on a modification.

Explanation of symbols

１燃料電池システム
１０燃料電池スタック（燃料電池）
１１アノード流路（燃料ガス流路）
１２カソード流路（酸化剤ガス流路）
２１水素タンク（燃料ガス供給手段）
２４パージ弁（導入弁）
３１コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段、掃気手段）
３２加湿器
４５ＥＣＵ（制御手段）
５０Ａ〜５０Ｅ希釈器
５２、５３壁部
５３ａ、５３ｂ連通孔
５６、５８シャッタ（可変機構）
５７、５９アクチュエータ（可変機構）
６０圧力センサ
６１水素センサ
６２イオン交換樹脂（イオン交換器）
６３水位センサ
６４排水口
６５排水弁
Ａ１気液分離室
Ａ２、Ａ６希釈室
Ａ３〜Ａ５イオン交換室 1 Fuel Cell System 10 Fuel Cell Stack (Fuel Cell)
11 Anode channel (fuel gas channel)
12 Cathode channel (oxidant gas channel)
21 Hydrogen tank (fuel gas supply means)
24 Purge valve (introduction valve)
31 Compressor (oxidant gas supply means, scavenging means)
32 Humidifier 45 ECU (control means)
50A-50E Diluter 52, 53 Wall 53a, 53b Communication hole 56, 58 Shutter (variable mechanism)
57, 59 Actuator (variable mechanism)
60 Pressure sensor 61 Hydrogen sensor 62 Ion exchange resin (ion exchanger)
63 Water level sensor 64 Drain port 65 Drain valve A1 Gas-liquid separation chamber A2, A6 Dilution chamber A3-A5 Ion exchange chamber

Claims

A fuel cell;
Fuel gas supply means for supplying fuel gas to the anode of the fuel cell;
An oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the cathode of the fuel cell;
A diluter for diluting the anode off-gas discharged from the anode of the fuel cell with the oxidant gas from the oxidant gas supply means and / or the cathode off-gas discharged from the cathode of the fuel cell;
An ion exchanger disposed in the diluter;
A fuel cell system comprising:

The diluter dilutes the anode off gas with the cathode off gas,
A gas-liquid separation chamber into which the cathode off-gas is introduced and separates moisture in the cathode off-gas; and a dilution chamber into which the cathode off-gas and the anode off-gas after gas-liquid separation in the gas-liquid separation chamber are introduced. ,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the ion exchanger is disposed in each of the gas-liquid separation chamber and the dilution chamber.

The gas-liquid separation chamber is partitioned by a wall portion into a gas-liquid separation unit that introduces the cathode offgas and separates moisture in the cathode offgas, and an ion exchange unit in which an ion exchanger is disposed,
The ion exchange part is disposed below the gas-liquid separation part,
The fuel cell system according to claim 2, wherein a communication hole that connects the gas-liquid separation unit and the ion exchange unit is formed in the wall.

The diluter is partitioned by a wall into a dilution chamber into which the anode off-gas and the oxidant gas and / or the cathode off-gas are introduced, and an ion exchange chamber in which an ion exchanger is disposed,
The ion exchange chamber is disposed below the dilution chamber;
The fuel cell system according to claim 1, wherein a communication hole that communicates the dilution chamber and the ion exchange chamber is formed in the wall portion.

The fuel cell system according to claim 3, further comprising a variable mechanism that varies a size of the communication hole.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein a drain port is provided below the ion exchanger.

A drain valve provided downstream of the drain port;
Scavenging means for scavenging the inside of the diluter with scavenging gas when the fuel cell is not generating electricity;
With
The fuel cell system according to claim 6, wherein the drain valve is opened during scavenging by the scavenging means.

An introduction valve that is provided in a flow path through which the anode off-gas toward the diluter passes and controls the introduction of the anode off-gas;
Control means for controlling the drain valve and the introduction valve,
The fuel cell system according to claim 7, wherein the control unit closes the drain valve when the introduction valve is opened.