JP2009277670A - Onboard fuel cell system - Google Patents

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Kiyoshi Yoshizumi
潔 吉積
Kazunori Yanagihara
一徳 柳原
Jinsei Ishidoya
尽生 石戸谷
Minoo Mizuno
三能夫 水野
Shinpei Miura
晋平 三浦
Yasuhiro Nonobe
康宏 野々部
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Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an onboard fuel cell system capable of securing high safety. <P>SOLUTION: Hydrogen gas discharged from a shut valve 414 is sent into an oxygen off-gas discharge flow passage 503 by passing through a discharge flow passage 407, and is diluted by being mixed with oxygen off-gas flowing in the oxygen off-gas discharge flow passage 503 in a mixing part 411. The gas mixed by the mixing part 411 flows in a combustor 510 via a gas-liquid separator 508. The combustor 510 has a platinum catalyst 512, and further reduces the concentration of hydrogen included in the mixed gas by reacting the hydrogen included in the mixed gas with oxygen by combustion. The mixed gas reduced in the hydrogen concentration by the combustor 510 is discharged in the atmosphere. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載するのに好適な車載用燃料電池システム、および水素オフガスを排出するための水素オフガス排出方法に関するものである。   The present invention relates to an in-vehicle fuel cell system suitable for mounting on a vehicle such as an automobile, and a hydrogen off-gas discharge method for discharging hydrogen off-gas.

高圧水素ガスタンクや水素吸蔵合金タンクなどからの水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池は、エネルギ効率が高いので、電気自動車などの動力源として有望である。   A fuel cell that generates electric power upon receiving supply of hydrogen gas from a high-pressure hydrogen gas tank or a hydrogen storage alloy tank is highly promising as a power source for electric vehicles and the like because of its high energy efficiency.

ところで、このような燃料電池を車両の動力源として用いる場合、燃料電池は勿論のこと、上記した高圧水素ガスタンクもしくは水素吸蔵合金タンクなどの水素ガス供給源や、これら水素ガス供給源から燃料電池に水素ガスを送りこむための水素ガス流路などを含む燃料電池システムを、車両に搭載する必要がある。   By the way, when such a fuel cell is used as a power source of a vehicle, not only the fuel cell but also a hydrogen gas supply source such as the above-described high-pressure hydrogen gas tank or hydrogen storage alloy tank, and the hydrogen gas supply source to the fuel cell are used. It is necessary to mount a fuel cell system including a hydrogen gas passage for feeding hydrogen gas on a vehicle.

燃料電池システムを車両に搭載する場合、可燃性の高い水素ガスを扱うため、その取扱に際しては十分な配慮が必要である。しかしながら、燃料電池での電力生成に使用済みの水素オフガスに対しての配慮は十分とは言えなかった。つまり、この水素オフガスは、未消費の水素を含むことがあるものの、そのまま大気放出されていることが実状である。   When a fuel cell system is mounted on a vehicle, since hydrogen gas with high flammability is handled, sufficient consideration is necessary for handling. However, it has not been sufficient to consider the hydrogen off-gas used for power generation in the fuel cell. In other words, the hydrogen off-gas may contain unconsumed hydrogen but is actually released into the atmosphere as it is.

こうした実状に鑑み、次のような新たな課題を見出し、この解決を図った。
水素含有ガスは可燃性を有することから、大気放出されるガス中の水素濃度が高まるような事態と、着火源となり得るものがガス排出口近くにあるような事態とが重なると、水素オフガスの着火現象が起きる危惧がある。
In view of this situation, the following new issues were found and the solution was made.
Since hydrogen-containing gas is flammable, hydrogen off-gas is generated when the situation in which the hydrogen concentration in the gas released into the atmosphere increases and the situation in which there is a potential ignition source near the gas outlet. There is a risk of ignition.

そこで、本発明の目的は、上記した課題を解決し、水素濃度を十分低くした上で水素オフガスを大気に排出可能な車載用燃料電池システムおよび水素オフガス排出方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an in-vehicle fuel cell system and a hydrogen off-gas discharge method capable of solving the above-described problems and discharging a hydrogen off-gas to the atmosphere with a sufficiently low hydrogen concentration.

上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の第1の車載用燃料電池システムは、
水素ガスと酸化ガスの供給を受け、これら水素ガスと酸化ガスを使用して電力を発生すると共に、使用済みの水素オフガスと酸素オフガスを排出する燃料電池を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記燃料電池の水素オフガス排出口とつながり、排出された前記水素オフガスを流す第1の流路と、
前記燃料電池の酸素オフガス排出口とつながり、排出された前記酸素オフガスを流す第2の流路と、
前記第1の流路と前記第2の流路とをつなぎ、排出された前記水素オフガスを、排出された前記酸素オフガスと混合する混合部と、
該混合部とつながり、混合された前記ガスを流して大気中に排出する第3の流路と、
を備えることを要旨とする。
In order to achieve at least a part of the above object, a first in-vehicle fuel cell system of the present invention includes:
In-vehicle fuel installed in a vehicle that is supplied with hydrogen gas and oxidant gas, and that uses these hydrogen gas and oxidant gas to generate electric power and has a fuel cell that discharges used hydrogen off-gas and oxygen off-gas. A battery system,
A first flow path connected to a hydrogen off-gas discharge port of the fuel cell and flowing the discharged hydrogen off-gas;
A second flow path connected to the oxygen off-gas discharge port of the fuel cell and flowing the discharged oxygen off-gas;
A mixing section that connects the first flow path and the second flow path and mixes the discharged hydrogen off-gas with the discharged oxygen off-gas;
A third flow path connected to the mixing section, for flowing the mixed gas and discharging it to the atmosphere;
It is a summary to provide.

また、本発明の水素ガス排出方法は、水素ガスと酸化ガスの供給を受け、これら水素ガスと酸化ガスを使用して電力を発生すると共に、使用済みの水素オフガスと酸素オフガスを排出する燃料電池において、排出される前記水素オフガスを大気中に排出するための水素オフガス排出方法であって、
(a)前記燃料電池より排出された前記水素オフガスを、排出された前記酸素オフガスと混合する工程と、
(b)混合された前記ガスを大気中に排出する工程と、
を備えることを要旨とする。
Further, the hydrogen gas discharging method of the present invention is a fuel cell that receives supply of hydrogen gas and oxidizing gas, generates electric power using these hydrogen gas and oxidizing gas, and discharges used hydrogen off-gas and oxygen off-gas. In the hydrogen off-gas discharge method for discharging the hydrogen off-gas discharged into the atmosphere,
(A) mixing the hydrogen offgas discharged from the fuel cell with the discharged oxygen offgas;
(B) discharging the mixed gas into the atmosphere;
It is a summary to provide.

このように、上記した車載用燃料電池システムまたは水素ガス排出方法では、燃料電池より排出された水素オフガスを、同じく排出された酸素オフガスと混合する。酸素オフガスは、窒素リッチなガスとされているので、上記のガス混合により、水素オフガスを希釈化することができ、混合されたガスに含まれる水素の濃度を低下させることができる。従って、十分な低濃度まで水素濃度を低下させた後に、その混合ガスを大気中に排出することができる。この結果、水素オフガスを高い水素濃度のまま不用意に大気放出することがなく、好ましい。   Thus, in the on-vehicle fuel cell system or the hydrogen gas discharging method described above, the hydrogen off gas discharged from the fuel cell is mixed with the oxygen off gas discharged similarly. Since the oxygen off-gas is a nitrogen-rich gas, the hydrogen off-gas can be diluted by the above gas mixing, and the concentration of hydrogen contained in the mixed gas can be reduced. Therefore, after reducing the hydrogen concentration to a sufficiently low concentration, the mixed gas can be discharged into the atmosphere. As a result, it is preferable that the hydrogen off-gas is not inadvertently released into the atmosphere with a high hydrogen concentration.

上記構成を有する本発明の第1の車載用燃料電池システムは、種々の態様を採ることができる。まず第1に、
前記混合部を、
前記第2の流路から分岐して、前記酸素オフガスを前記第2の流路から分流して導入する酸素オフガス分岐導入流路と、
該酸素オフガス分岐導入流路と前記第1の流路とつながり、前記水素オフガスと前記酸素オフガスとを混合した上で前記第3の流路に流すよう容積が拡大した混合室とを備えるものとし、
前記第2の流路を、
前記酸素オフガス分岐導入流路の分岐箇所より下流において前記第3の流路に合流するものとすることができる。
The first vehicle-mounted fuel cell system of the present invention having the above configuration can take various aspects. First of all,
The mixing section,
An oxygen off-gas branch introduction flow channel that branches off from the second flow channel and introduces the oxygen off-gas by diverting from the second flow channel;
The oxygen off-gas branch introduction flow path and the first flow path are connected to each other, and the hydrogen off-gas and the oxygen off-gas are mixed, and then a mixing chamber whose volume is expanded to flow to the third flow path is provided. ,
The second flow path,
The oxygen off-gas branch introduction flow channel may join the third flow channel downstream from the branch point.

また、本発明の水素ガス排出方法において、
前記工程(a)は、
前記燃料電池より排出された前記水素オフガスを、該オフガスを流す第1の流路から、容積が拡大した混合室に導入する工程(a1)と、
前記燃料電池より排出された前記酸素オフガスを該オフガスを流す第2の流路から分岐した分岐流路から、前記混合室に導入する工程(a2)と、
前記混合室で混合された前記ガスを、前記混合室につながった第3の流路に排出する工程とを含み、
前記工程(b)は、
前記第2の流路における前記分岐流路の分岐箇所より下流において、前記第2の流路を前記第3の流路に合流して前記ガスを大気中に排出する工程を含むものとすることができる。
In the hydrogen gas discharge method of the present invention,
The step (a)
Introducing the hydrogen offgas discharged from the fuel cell from the first flow path through which the offgas flows into a mixing chamber having an enlarged volume (a1);
Introducing the oxygen off-gas discharged from the fuel cell into the mixing chamber from a branch channel branched from a second channel through which the off-gas flows;
Discharging the gas mixed in the mixing chamber to a third flow path connected to the mixing chamber,
The step (b)
The second flow path may include a step of joining the second flow path to the third flow path and discharging the gas to the atmosphere downstream from the branching point of the branch flow path. .

こうすれば、混合室では、その容積拡大に基づき水素オフガスと酸素オフガスが効率よく混合するので、水素オフガスの希釈化、水素濃度低下を確実に図ることができ、好ましい。この場合、第2の流路を、酸素オフガス分岐導入流路の分岐箇所と第3の流路への合流箇所の間に、マフラを有するものとすることもできる。こうすれば、このマフラで起きる圧力損失によりマフラ前後で流路に差圧が発生するので、この差圧により酸素オフガスを酸素オフガス分岐導入流路を経て混合室に確実に導入できる。このため、特別の機器を用いなくても酸素オフガスの導入ができ、機器構成・制御の簡略化の点から、また、コスト低減の観点から好ましい。加えて、容積拡大の混合室でのガス混合を図るので、ガス通過時の消音の点からも好ましい。   In this case, in the mixing chamber, the hydrogen off-gas and the oxygen off-gas are efficiently mixed based on the expansion of the volume, which makes it possible to reliably dilute the hydrogen off-gas and lower the hydrogen concentration, which is preferable. In this case, the second channel may have a muffler between the branch point of the oxygen off-gas branch introduction channel and the junction point to the third channel. In this way, a pressure difference occurs in the flow path before and after the muffler due to the pressure loss that occurs in the muffler, so that the oxygen off gas can be reliably introduced into the mixing chamber via the oxygen off gas branch introduction flow path. For this reason, oxygen off-gas can be introduced without using special equipment, which is preferable from the viewpoint of simplification of equipment configuration and control and from the viewpoint of cost reduction. In addition, since gas mixing is performed in the mixing chamber with an increased volume, it is preferable from the viewpoint of noise reduction when the gas passes.

また、前記第3の流路中に配置され、混合された前記ガスに含まれる水素と酸素を、触媒を用いて反応させ、前記ガス中の水素濃度を低減させる触媒反応部をさらに備えることが好ましい。   And a catalyst reaction unit arranged in the third flow path and reacting hydrogen and oxygen contained in the mixed gas with a catalyst to reduce a hydrogen concentration in the gas. preferable.

また、本発明の水素オフガス排出方法において、前記工程(b)は、
混合された前記ガスに含まれる水素と酸素を、触媒を用いて反応させ、前記ガス中の水素濃度を低減させる工程と、
水素濃度の低減された前記ガスを大気中に排出する工程と、
を含むことが好ましい。
In the hydrogen off-gas discharge method of the present invention, the step (b)
Reacting hydrogen and oxygen contained in the mixed gas with a catalyst to reduce the hydrogen concentration in the gas;
Discharging the gas with reduced hydrogen concentration into the atmosphere;
It is preferable to contain.

このように、混合されたガスに含まれる水素と酸素を触媒で反応させるので、水素濃度をより一層低減させた状態で、混合ガスを大気中に排出することができる。   In this way, hydrogen and oxygen contained in the mixed gas are reacted with the catalyst, so that the mixed gas can be discharged to the atmosphere with the hydrogen concentration further reduced.

本発明の車載用燃料電池システムにおいて、前記第1の流路中に配置され、開閉により前記混合部への前記水素オフガスの通過・遮断が可能なバルブをさらに備えることが好ましい。   The on-vehicle fuel cell system according to the present invention preferably further includes a valve that is disposed in the first flow path and that allows the hydrogen off gas to pass through and shut off from the mixing unit by opening and closing.

このようなバルブを備えることによって、所望のタイミングで水素オフガスを排出することができるようになる。なお、このバルブを、水素オフガスの混合部への流量調整が可能なものとすることもできる。   By providing such a valve, the hydrogen off-gas can be discharged at a desired timing. The valve may be capable of adjusting the flow rate to the mixing portion of the hydrogen off gas.

本発明の第1の車載用燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の水素ガス供給口とつながり、供給される前記水素ガスを流す第4の流路と、
前記第1の流路中における前記燃料電池の排出口と前記バルブとの間の第1の箇所と、前記第4の流路中における第2の箇所と、の間をつなぎ、前記燃料電池から排出された前記水素オフガスを流し、前記第4の流路に戻す第5の流路と、 をさらに備えることが好ましい。
In the first vehicle-mounted fuel cell system of the present invention,
A fourth flow path connected to the hydrogen gas supply port of the fuel cell and flowing the supplied hydrogen gas;
Connecting the first location between the outlet of the fuel cell and the valve in the first flow path and the second location in the fourth flow path, from the fuel cell; It is preferable to further comprise a fifth flow path for flowing the discharged hydrogen off-gas and returning it to the fourth flow path.

このように構成することによって、燃料電池から排出された水素オフガスは燃料電池の供給口に戻され、水素ガスが循環することになるので、燃料電池に供給される水素ガスの見かけの流量が多くなり、流速も早くなるため、燃料電池の出力電圧を上げることができる。また、水素ガスに含まれる不純物も水素ガス流路全体で均一化するため、不純物が燃料電池の発電動作に支障を来す虞がない。   With this configuration, the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell is returned to the fuel cell supply port, and the hydrogen gas circulates. Therefore, the apparent flow rate of the hydrogen gas supplied to the fuel cell is large. Since the flow rate is also increased, the output voltage of the fuel cell can be increased. Further, since impurities contained in the hydrogen gas are also made uniform throughout the hydrogen gas flow path, there is no possibility that the impurities interfere with the power generation operation of the fuel cell.

本発明の第1の車載用燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の酸化ガス供給口とつながり、供給される前記酸化ガスを流す第6の流路と、
前記第2の流路中または前記第6の流路中に配置され、排出される前記酸素オフガスの流量を変化させることが可能な流量可変部と、
前記バルブと前記流量可変部を制御する制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記バルブを開く際には、前記流量可変部によって、排出される前記酸素オフガスの流量を、所定流量より増加させることが好ましい。
In the first vehicle-mounted fuel cell system of the present invention,
A sixth flow path connected to the oxidizing gas supply port of the fuel cell and flowing the supplied oxidizing gas;
A flow rate variable unit arranged in the second flow path or the sixth flow path and capable of changing a flow rate of the discharged oxygen off-gas;
A control unit for controlling the valve and the flow rate variable unit;
Further comprising
When the control unit opens the valve, it is preferable that the flow rate of the oxygen off-gas discharged by the flow rate variable unit is increased from a predetermined flow rate.

また、本発明の水素オフガス排出方法において、前記工程(a)は、前記水素オフガスを前記酸素オフガスに混合する際に、前記燃料電池より排出される前記酸素オフガスの流量を、所定流量より増加させる工程を含むことが好ましい。   In the hydrogen off-gas exhaust method of the present invention, the step (a) increases the flow rate of the oxygen off-gas discharged from the fuel cell from a predetermined flow rate when the hydrogen off-gas is mixed with the oxygen off-gas. It is preferable to include a process.

このように、水素オフガスを酸素オフガスに混合する際に、酸素オフガスの流量を増加させているので、大量の水素オフガスが排出されたとしても、その水素オフガスは大量の窒素リッチなガスによって十分に希釈化される。従って、混合ガスに含まれる水素濃度をより一層低下させた状態で、混合ガスを大気中に排出することができる。   As described above, when the hydrogen off gas is mixed with the oxygen off gas, the flow rate of the oxygen off gas is increased. Therefore, even if a large amount of hydrogen off gas is discharged, the hydrogen off gas is sufficiently absorbed by the large amount of nitrogen rich gas. Diluted. Therefore, the mixed gas can be discharged into the atmosphere in a state where the hydrogen concentration contained in the mixed gas is further reduced.

本発明の第1の車載用燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の酸化ガス供給口とつながり、供給される前記酸化ガスを流す第6の流路と、
前記第2の流路中または前記第6の流路中に配置され、排出される前記酸素オフガスの流量を変化させることが可能な流量可変部と、
前記バルブと前記流量可変部を制御する制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記流量可変部によって、排出される前記酸素オフガスの流量が、所定流量を超えている場合に、前記バルブを開くことが好ましい。
In the first vehicle-mounted fuel cell system of the present invention,
A sixth flow path connected to the oxidizing gas supply port of the fuel cell and flowing the supplied oxidizing gas;
A flow rate variable unit arranged in the second flow path or the sixth flow path and capable of changing a flow rate of the discharged oxygen off-gas;
A control unit for controlling the valve and the flow rate variable unit;
Further comprising
The control unit preferably opens the valve when the flow rate of the oxygen off-gas discharged by the flow rate variable unit exceeds a predetermined flow rate.

また、本発明の水素オフガス排出方法において、前記工程(a)は、前記燃料電池より排出される前記酸素オフガスの流量が、所定流量を超えている場合に、前記水素オフガスを前記酸素オフガスに混合する工程を含むことが好ましい。   In the hydrogen off-gas discharge method of the present invention, the step (a) includes mixing the hydrogen off-gas with the oxygen off-gas when the flow rate of the oxygen off-gas discharged from the fuel cell exceeds a predetermined flow rate. It is preferable that the process to include is included.

このように、酸素オフガスの流量が増加した際に、水素オフガスを酸素オフガスに混合しているので、大量の水素オフガスが排出されたとしても、その水素オフガスは大量の窒素リッチなガスによって十分に希釈化される。従って、混合ガスに含まれる水素濃度を低下させた状態で、混合ガスを大気中に排出することができる。   Thus, since the hydrogen offgas is mixed with the oxygen offgas when the flow rate of the oxygen offgas increases, even if a large amount of hydrogen offgas is discharged, the hydrogen offgas is sufficiently absorbed by a large amount of nitrogen-rich gas. Diluted. Therefore, the mixed gas can be discharged into the atmosphere with the hydrogen concentration contained in the mixed gas lowered.

本発明の第1の車載用燃料電池システムにおいて、
前記バルブを制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、排出された前記酸素オフガスを前記混合部に送る際、前記バルブに、比較的短い周期で開閉を繰り返させることが好ましい。
In the first vehicle-mounted fuel cell system of the present invention,
A control unit for controlling the valve;
The control unit preferably causes the valve to repeatedly open and close at a relatively short period when sending the discharged oxygen off gas to the mixing unit.

また、本発明の水素オフガス排出方法において、前記工程(a)は、前記水素オフガスを、比較的短い周期の離散的なタイミングで、前記酸素オフガスに混合する工程を含むことが好ましい。   In the hydrogen off-gas exhaust method of the present invention, the step (a) preferably includes a step of mixing the hydrogen off-gas with the oxygen off-gas at discrete timings having a relatively short period.

このような構成を採ることにより、水素オフガスは何回かに分けて少量ずつ窒素リッチな酸素オフガスと混合されるので、酸素オフガスの流量が例え増加していなくても、水素オフガスを十分に希釈化することができる。よって、混合ガスに含まれる水素の濃度は低下するため、十分な低水素濃度の状態で、混合ガスを大気中に排出することができる。   By adopting such a configuration, the hydrogen off-gas is mixed with the nitrogen-rich oxygen off-gas in small portions in several portions, so that even if the oxygen off-gas flow rate does not increase, the hydrogen off-gas is sufficiently diluted. Can be Therefore, since the concentration of hydrogen contained in the mixed gas decreases, the mixed gas can be discharged into the atmosphere with a sufficiently low hydrogen concentration.

本発明の第1の車載用燃料電池システムにおいて、前記第1の流路中における前記バルブと前記混合部との間に配置され、前記バルブより流入される前記水素オフガスの流量を低減させて、前記混合部に送出する流量低減部をさらに備えることが好ましい。   In the first in-vehicle fuel cell system according to the present invention, the flow rate of the hydrogen off gas, which is disposed between the valve and the mixing unit in the first flow path, is introduced from the valve, It is preferable to further include a flow rate reduction unit that sends the mixture to the mixing unit.

また、本発明の水素オフガス排出方法において、前記工程(a)は、
前記燃料電池より排出される前記水素オフガスの流量を低減させる工程と、
流量の低減された前記水素オフガスを、前記酸素オフガスに混合する工程と、
を含むことが好ましい。
In the hydrogen off-gas discharge method of the present invention, the step (a)
Reducing the flow rate of the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell;
Mixing the hydrogen off-gas having a reduced flow rate with the oxygen off-gas;
It is preferable to contain.

このように、酸素オフガスと混合するに当たり、水素オフガスの流量は低減されているので、酸素オフガスの流量が例え増加していなくても、水素オフガスを十分に希釈化することができる。そのため、混合ガスに含まれる水素の濃度を十分低下させることができ、十分な低水素濃度の状態で、混合ガスを大気中に排出することができる。   Thus, since the flow rate of the hydrogen off gas is reduced in mixing with the oxygen off gas, the hydrogen off gas can be sufficiently diluted even if the flow rate of the oxygen off gas does not increase. Therefore, the concentration of hydrogen contained in the mixed gas can be sufficiently reduced, and the mixed gas can be discharged into the atmosphere with a sufficiently low hydrogen concentration.

また、上記の課題の少なくとも一部を解決するための本発明の第2の車載用燃料電池システムは、
水素ガスと酸化ガスの供給を受け、これら水素ガスと酸化ガスを使用して電力を発生すると共に、使用済みの水素オフガスと酸素オフガスを排出する燃料電池を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素オフガス又はこのオフガスを含むガスの大気中への排出を図る流路の末端に、該流路の末端開口から流れ出るガス流を開口径方向に拡散する拡散部材を有することを特徴とする。
The second vehicle-mounted fuel cell system of the present invention for solving at least a part of the above-described problems is
In-vehicle fuel installed in a vehicle that is supplied with hydrogen gas and oxidant gas, and that uses these hydrogen gas and oxidant gas to generate electric power and has a fuel cell that discharges used hydrogen off-gas and oxygen off-gas. A battery system,
A diffusion member for diffusing the gas flow flowing out from the end opening of the flow path in the opening radial direction is provided at the end of the flow path for discharging the hydrogen off gas or the gas containing the off gas into the atmosphere.

なお、上記した本発明の第1の車載用燃料電池システムにおいて、前記第3の流路の末端に、該流路の末端開口から流れ出るガス流を開口径方向に拡散する拡散部材を有するものとすることが好ましい。   In the first on-vehicle fuel cell system of the present invention described above, a diffusion member for diffusing the gas flow flowing out from the end opening of the flow path in the opening diameter direction is provided at the end of the third flow path. It is preferable to do.

こうすれば、大気中へのガス排出は、ガス流路の末端開口から排出されると同時に開口径方向に拡散された状態で起きる。こうして四方に拡散排出された排ガス(水素オフガス)は、流路末端周辺の空気との接触機会が増え、その分、希釈が進む。よって、水素濃度が高いままでガス排出が継続されるような事態を招くことがなく、流路末端で水素濃度を速やかに低減できる。こうした拡散部材は、流路末端と対向するものとしたり、流路末端をラッパ状に拡張した上で流路末端開口内に設けたり、種々の態様が可能である。   In this way, the gas is discharged into the atmosphere while being discharged from the end opening of the gas flow path and simultaneously being diffused in the opening diameter direction. In this way, the exhaust gas (hydrogen off-gas) diffused and discharged in all directions increases the chance of contact with the air around the end of the flow path, and dilution proceeds accordingly. Therefore, the hydrogen concentration can be rapidly reduced at the end of the flow path without causing a situation in which gas discharge is continued while the hydrogen concentration remains high. Such a diffusing member may be opposite to the channel end, or may be provided in the channel end opening after the channel end is expanded in a trumpet shape.

また、上記した本発明の第1、第2の車載用燃料電池システムにおいて、前記流路の末端に、該末端を所定の距離を隔てて覆うよう遮蔽部材を備え、該遮蔽部材は、所定径以上の一又は複数の孔を有するものとすることができる。   In the first and second in-vehicle fuel cell systems of the present invention described above, a shielding member is provided at the end of the flow path so as to cover the end with a predetermined distance, and the shielding member has a predetermined diameter. It may have one or a plurality of holes.

こうすれば、この遮蔽部材は、流路末端からのガス透過を可能とすると共に、流路の末端開口への着火源の直接接近を防止することができる。よって、既述したように低水素濃度状況下でのガス排出と相まって、混合ガス(排出ガス)の着火回避の信頼性を高めることができ好ましい。この場合、遮蔽部材としては、例えばメッシュ状或いは多孔パンチ状とされたものとすることができ、流路末端からの距離としては、末端開口からのガスの流れを阻害することがなく、末端開口への着火源の直接接近を実質的に回避できるような距離とすればよい。また、遮蔽部材における孔径やその孔数としても、
末端開口への着火源の直接接近を実質的に回避できるものであればよい。
In this way, the shielding member allows gas permeation from the end of the flow path and prevents direct ignition source from approaching the end opening of the flow path. Therefore, as described above, coupled with gas discharge under a low hydrogen concentration situation, it is preferable because reliability of avoidance of ignition of mixed gas (exhaust gas) can be improved. In this case, the shielding member may be, for example, a mesh or a porous punch, and the distance from the end of the flow path does not hinder the flow of gas from the end opening, and the end opening The distance may be such that the direct approach of the ignition source to can be substantially avoided. Also, as the hole diameter and the number of holes in the shielding member,
Any material that can substantially avoid direct access of the ignition source to the end opening may be used.

本発明の第1の実施例としての車載用燃料電池システムを示す構成図である。1 is a configuration diagram showing an in-vehicle fuel cell system as a first embodiment of the present invention. FIG. 図1の車載用燃料電池システムにおける水素オフガスの排出方法の一例を説明するためのフローチャートである。3 is a flowchart for explaining an example of a method for discharging hydrogen off-gas in the in-vehicle fuel cell system of FIG. 1. 図1の車載用燃料電池システムにおける水素オフガスの排出方法の他の例を説明するためのフローチャートである。6 is a flowchart for explaining another example of a method for discharging hydrogen off-gas in the in-vehicle fuel cell system of FIG. 1. 図1の車載用燃料電池システムにおける水素オフガスの排出方法の別の例を説明するためのフローチャートである。6 is a flowchart for explaining another example of a method for discharging hydrogen off-gas in the in-vehicle fuel cell system of FIG. 1. 図1のシャットバルブ414と混合部411との間に配置されるバッファを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the buffer arrange | positioned between the shut valve 414 and the mixing part 411 of FIG. 本発明の第2の実施例としての車載用燃料電池システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the vehicle-mounted fuel cell system as 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例としての車載用燃料電池システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the vehicle-mounted fuel cell system as the 3rd Example of this invention. 水素オフガスの排出系の要部を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the principal part of the discharge system of hydrogen off gas. オフガス排出口524の周辺を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the periphery of the offgas discharge port 524. FIG. オフガス排出口524の周辺を車体との関係を採って説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the periphery of the offgas discharge port 524 taking the relationship with a vehicle body. 変形例の酸素オフガス排出流路503と拡散板530を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the oxygen off-gas discharge flow path 503 and the diffusion plate 530 of a modification. 変形例のバッファ413を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the buffer 413 of a modification.

以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1の実施例:
A−1.第1の実施例の構成:
A−2.第1の実施例の動作:
B.第2の実施例:
B−1.第2の実施例の構成:
B−2.第2の実施例の動作:
C.第3の実施例:
C−1.第3の実施例の構成:
C−2.第3の実施例の動作:
D.変形例:
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
A-1. Configuration of the first embodiment:
A-2. Operation of the first embodiment:
B. Second embodiment:
B-1. Configuration of the second embodiment:
B-2. Operation of the second embodiment:
C. Third embodiment:
C-1. Configuration of the third embodiment:
C-2. Operation of the third embodiment:
D. Variations:

A.第1の実施例:
A−1.第1の実施例の構成:
図1は本発明の第1の実施例としての車載用燃料電池システムを示す構成図である。本実施例の燃料電池システムは、自動車などの車両に搭載されるものであって、主として、水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池100と、その燃料電池100に水素ガスを供給する水素吸蔵合金タンク200と、を備えている。
A. First embodiment:
A-1. Configuration of the first embodiment:
FIG. 1 is a block diagram showing an in-vehicle fuel cell system as a first embodiment of the present invention. The fuel cell system according to the present embodiment is mounted on a vehicle such as an automobile, and mainly includes a fuel cell 100 that generates power by receiving supply of hydrogen gas, and supplies hydrogen gas to the fuel cell 100. And a hydrogen storage alloy tank 200.

このうち、燃料電池100は、水素を含んだ水素ガスの他、酸素を含んだ酸化ガス(例えば、空気)の供給を受けて、水素極と酸素極において、下記に示すような反応式に従って、電気化学反応を起こし、電力を発生させている。   Among these, the fuel cell 100 receives supply of an oxidizing gas (for example, air) containing oxygen in addition to hydrogen gas containing hydrogen, and at the hydrogen electrode and the oxygen electrode, according to the reaction formula shown below, It causes an electrochemical reaction and generates electric power.

即ち、水素極に水素ガスが、酸素極に酸化ガスがそれぞれ供給されると、水素極側では式(1)の反応が、酸素極側では式(2)の反応がそれぞれ起こり、燃料電池全体としては、式(3)の反応が行なわれる。   That is, when hydrogen gas is supplied to the hydrogen electrode and oxidizing gas is supplied to the oxygen electrode, the reaction of formula (1) occurs on the hydrogen electrode side, and the reaction of formula (2) occurs on the oxygen electrode side. As for, reaction of Formula (3) is performed.

2 → 2H++2e- …(1)
2H++2e-+(1/2)O2 → H2O …(2)
2+(1/2)O2 → H2O …(3)
このような燃料電池100を車両の動力源として用いる場合、燃料電池100から発生された電力によって電動機(図示せず)を駆動し、その発生トルクを車軸(図示せず)に伝達して、車両の推進力を得る。
H 2 → 2H + + 2e - ... (1)
2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O (2)
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (3)
When such a fuel cell 100 is used as a power source for a vehicle, an electric motor (not shown) is driven by the electric power generated from the fuel cell 100, and the generated torque is transmitted to an axle (not shown). Get the driving force.

また、燃料電池100は、複数の単セルが積層されたスタック構造となっており、1つの単セルは、電解質膜(図示せず)と、それを両側から挟み込む拡散電極(図示せず)である水素極および酸素極と、さらにそれらを両側から挟み込む2枚のセパレータ(図示せず)と、で構成されている。セパレータの両面には、凹凸が形成されており、挟み込んだ水素極と酸素極との間で、単セル内ガス流路を形成している。このうち、水素極との間で形成される単セル内ガス流路には、前述したごとく供給された水素ガスが、酸素極との間で形成される単セル内ガス流路には、酸化ガスが、それぞれ流れている。   The fuel cell 100 has a stack structure in which a plurality of single cells are stacked, and each single cell includes an electrolyte membrane (not shown) and a diffusion electrode (not shown) that sandwiches it from both sides. A certain hydrogen electrode and oxygen electrode and two separators (not shown) sandwiching them from both sides are formed. Concavities and convexities are formed on both surfaces of the separator, and a gas flow path in a single cell is formed between the sandwiched hydrogen electrode and oxygen electrode. Among these, the hydrogen gas supplied as described above is formed in the gas flow path in the single cell formed between the hydrogen electrode and the gas flow path in the single cell formed in the single cell formed between the oxygen electrode is oxidized. Each gas is flowing.

一方、水素吸蔵合金タンク200は、内部に水素吸蔵合金(図示せず)を備えている。一般に、水素吸蔵合金は、加熱すると、吸熱反応を生じて水素を放出し、冷やすと、放熱反応を生じて水素を吸蔵する性質がある。従って、水素吸蔵合金から水素を取り出す際には、図示せざる熱交換システムによって、水素吸蔵合金タンク200内の水素吸蔵合金を加熱する。   On the other hand, the hydrogen storage alloy tank 200 includes a hydrogen storage alloy (not shown) therein. In general, a hydrogen storage alloy has an endothermic reaction when it is heated to release hydrogen, and when it is cooled, it has a property of generating a heat dissipation reaction and storing hydrogen. Therefore, when extracting hydrogen from the hydrogen storage alloy, the hydrogen storage alloy in the hydrogen storage alloy tank 200 is heated by a heat exchange system (not shown).

なお、水素吸蔵合金は、不純物が存在すると、劣化するため、水素吸蔵合金タンク200内には高純度の水素が蓄えられている。   Since the hydrogen storage alloy deteriorates when impurities are present, high-purity hydrogen is stored in the hydrogen storage alloy tank 200.

その他、本実施例の燃料電池システムは、図1に示すように、システム内で水素ガスを流通させるための水素ガス流路と、酸化ガスを流通させるための酸化ガス流路と、制御部50を備えている。   In addition, as shown in FIG. 1, the fuel cell system of the present embodiment includes a hydrogen gas channel for circulating hydrogen gas in the system, an oxidizing gas channel for circulating oxidizing gas, and a control unit 50. It has.

このうち、水素ガス流路は、水素吸蔵合金タンク200の放出口から燃料電池100の供給口に至る本流流路401と、燃料電池100の排出口から後述するポンプ410を介して本流流路401に戻る循環流路403と、本流流路401から分岐して循環流路403に至るバイパス流路405と、循環している水素ガス中の不純物を排出するための排出流路407と、圧力異常時に水素ガスを排出するためのリリーフ流路409と、を備えている。   Among these, the hydrogen gas flow path includes a main flow path 401 from the discharge port of the hydrogen storage alloy tank 200 to the supply port of the fuel cell 100 and a main flow path 401 from the discharge port of the fuel cell 100 via a pump 410 described later. , A bypass channel 405 branched from the main channel 401 to the circulation channel 403, a discharge channel 407 for discharging impurities in the circulating hydrogen gas, and a pressure abnormality A relief channel 409 for discharging hydrogen gas at times.

本流流路401には、水素吸蔵合金タンク200の放出口にシャットバルブ202が配置されており、流路途中に圧力センサ400とシャットバルブ402と減圧バルブ404が配置されており、燃料電池100の供給口にシャットバルブ102が配置されている。また、循環流路403には、燃料電池100の排出口にシャットバルブ104が配置されており、流路途中に、気液分離器406,シャットバルブ408およびポンプ410がそれぞれ配置されている。さらに、バイパス流路405にはシャットバルブ412が、排出流路407にはシャットバルブ414が、リリーフ流路409にはリリーフバルブ416が、それぞれ配置されている。   In the main flow path 401, a shut valve 202 is disposed at the discharge port of the hydrogen storage alloy tank 200, and a pressure sensor 400, a shut valve 402, and a pressure reducing valve 404 are disposed in the middle of the flow path. A shut valve 102 is disposed at the supply port. In the circulation channel 403, a shut valve 104 is disposed at the discharge port of the fuel cell 100, and a gas-liquid separator 406, a shut valve 408, and a pump 410 are disposed in the middle of the channel. Further, a shut valve 412 is disposed in the bypass flow path 405, a shut valve 414 is disposed in the discharge flow path 407, and a relief valve 416 is disposed in the relief flow path 409.

一方、酸化ガス流路は、燃料電池100に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給流路501と、燃料電池100から排出された酸素オフガスを排出するための酸素オフガス排出流路503と、を備えている。   On the other hand, the oxidizing gas channel includes an oxidizing gas supply channel 501 for supplying oxidizing gas to the fuel cell 100, and an oxygen off-gas discharging channel 503 for discharging oxygen off-gas discharged from the fuel cell 100. I have.

酸化ガス供給流路501には、エアクリーナ502と、コンプレッサ504と、加湿器506と、が配置されている。また、酸素オフガス排出流路503には、気液分離器508と、コンバスタ510と、が配置されている。   An air cleaner 502, a compressor 504, and a humidifier 506 are disposed in the oxidizing gas supply channel 501. Further, a gas-liquid separator 508 and a combustor 510 are arranged in the oxygen off-gas discharge flow path 503.

なお、前述した水素ガス流路の排出流路407は、酸化ガス流路の酸素オフガス排出流路503と接続されており、その接続部分辺りが混合部411を構成している。   Note that the above-described discharge passage 407 of the hydrogen gas passage is connected to the oxygen off-gas discharge passage 503 of the oxidation gas passage, and the vicinity of the connection portion constitutes the mixing portion 411.

また、制御部50は、圧力センサ400からの検出結果を入力すると共に、各バルブ102,104,202,402,408,412,414と、ポンプ410と、コンプレッサ504と、をそれぞれ制御する。なお、図面を見やすくするために、制御線等は省略されている。   In addition, the control unit 50 inputs the detection result from the pressure sensor 400, and controls each valve 102, 104, 202, 402, 408, 412, 414, the pump 410, and the compressor 504, respectively. Note that control lines and the like are omitted for easy viewing of the drawing.

A−2.第1の実施例の動作:
それではまず、酸化ガスの流れについて簡単に説明する。制御部50によってコンプレッサ504を駆動することにより、大気中の空気が酸化ガスとして取り込まれ、エアクリーナ502によって浄化された後、酸化ガス供給流路501を通り、加湿器506を介して燃料電池100に供給される。供給された酸化ガスは、燃料電池100内において、上述した電気化学反応に使用された後、酸素オフガスとして排出される。排出された酸素オフガスは、酸素オフガス排出流路503を通り、気液分離器508やコンバスタ510を介して、車両外部の大気中に排出される。
A-2. Operation of the first embodiment:
First, the flow of the oxidizing gas will be briefly described. By driving the compressor 504 by the control unit 50, air in the atmosphere is taken in as oxidant gas and purified by the air cleaner 502, then passes through the oxidant gas supply channel 501, and passes through the humidifier 506 to the fuel cell 100. Supplied. The supplied oxidizing gas is used as the above-described electrochemical reaction in the fuel cell 100 and then discharged as an oxygen off gas. The discharged oxygen off gas passes through the oxygen off gas discharge channel 503 and is discharged into the atmosphere outside the vehicle via the gas-liquid separator 508 and the combustor 510.

次に、水素ガスの流れについて説明する。制御部50によって、水素吸蔵合金タンク200のシャットバルブ202と、燃料電池100のシャットバルブ102,104とは、それぞれ、燃料電池システムの運転時には基本的に開いているが、停止時には閉じている。   Next, the flow of hydrogen gas will be described. The control unit 50 causes the shut valve 202 of the hydrogen storage alloy tank 200 and the shut valves 102 and 104 of the fuel cell 100 to be basically opened during operation of the fuel cell system, but closed when stopped.

また、通常運転時には、制御部50によって、これらの他、本流流路401のシャットバルブ402と、循環流路403のシャットバルブ408はそれぞれ開いているが、バイパス流路405のシャットバルブ412と、排出流路407のシャットバルブ414は閉じている。なお、リリーフバルブ416は、圧力異常時などの場合以外は閉じている。また、圧力センサ400は、水素吸蔵合金タンク200から放出される水素ガスの圧力を検出している。   In addition, during normal operation, the control unit 50 opens the shut valve 402 of the main flow path 401 and the shut valve 408 of the circulation flow path 403 in addition to these, but the shut valve 412 of the bypass flow path 405, The shut valve 414 of the discharge channel 407 is closed. The relief valve 416 is closed except when the pressure is abnormal. The pressure sensor 400 detects the pressure of the hydrogen gas released from the hydrogen storage alloy tank 200.

通常運転時、前述したとおり、熱交換システムにより水素吸蔵合金タンク200内の水素ガス吸蔵合金を加熱して、水素ガスを放出させ、放出された水素ガスは、本流流路401を通って、減圧バルブ404で減圧された後、燃料電池100に供給される。供給された水素ガスは、燃料電池100内において上述した電気化学反応に使用された後、水素オフガスとして排出される。排出された水素オフガスは、循環流路403を通って、気液分離器406で、水素オフガス中に含まれる水分の液体分が除去された後、ポンプ410を介して本流流路401に戻され、再び、燃料電池100に供給される。このとき、循環流路403中に設けられているポンプ410が駆動することによって、循環流路403を通る水素オフガスは勢いをつけて本流流路401に送り出される。こうして、通常運転時、水素ガスは、本流流路401および循環流路403を通って循環している。   During normal operation, as described above, the hydrogen gas storage alloy in the hydrogen storage alloy tank 200 is heated by the heat exchange system to release the hydrogen gas, and the released hydrogen gas is reduced in pressure through the main flow path 401. After being depressurized by the valve 404, it is supplied to the fuel cell 100. The supplied hydrogen gas is used as the above-described electrochemical reaction in the fuel cell 100 and then discharged as a hydrogen off gas. The discharged hydrogen off-gas passes through the circulation channel 403, and after the liquid component of water contained in the hydrogen off-gas is removed by the gas-liquid separator 406, it is returned to the main channel 401 through the pump 410. The fuel cell 100 is supplied again. At this time, when the pump 410 provided in the circulation flow path 403 is driven, the hydrogen off-gas passing through the circulation flow path 403 is vigorously sent out to the main flow path 401. Thus, during normal operation, hydrogen gas circulates through the main flow channel 401 and the circulation channel 403.

このように、水素オフガスを本流流路401に戻して水素ガスを循環させることにより、燃料電池100で使用される水素量は同じであっても、燃料電池100に供給される水素ガスの見かけの流量が多くなり、流速も速くなるため、燃料電池100に対する水素の供給という観点から、有利な条件を作り出している。この結果、燃料電池100の出力電圧も上がる。   In this manner, by returning the hydrogen off-gas to the main flow path 401 and circulating the hydrogen gas, even if the amount of hydrogen used in the fuel cell 100 is the same, the apparent amount of hydrogen gas supplied to the fuel cell 100 is apparent. Since the flow rate is increased and the flow velocity is increased, advantageous conditions are created from the viewpoint of supplying hydrogen to the fuel cell 100. As a result, the output voltage of the fuel cell 100 also increases.

また、酸化ガスに含まれる窒素などの不純物が酸素極側から電解質膜を透過して水素極側に漏れ出してくるものの、上記のように水素オフガスを循環させることで、これら不純物が水素極に溜まるというような事態を招くことがない。従って、窒素などの不純物の滞留により、燃料電池100が発電動作に支障を来し、出力電圧が落ちてしまうということもない。   Further, although impurities such as nitrogen contained in the oxidizing gas permeate the electrolyte membrane from the oxygen electrode side and leak to the hydrogen electrode side, by circulating the hydrogen off-gas as described above, these impurities are transferred to the hydrogen electrode. It does not cause a situation such as accumulation. Therefore, the retention of impurities such as nitrogen does not cause the fuel cell 100 to interfere with the power generation operation and the output voltage does not drop.

なお、ポンプ410は、制御部50によって、その駆動が制御されており、燃料電池100の発生した電力の消費量に応じて、循環流路403を流れる水素オフガスの流速を変化させている。   The driving of the pump 410 is controlled by the control unit 50, and the flow rate of the hydrogen off-gas flowing through the circulation flow path 403 is changed according to the power consumption generated by the fuel cell 100.

以上が、通常運転時における水素ガスの流れについての概略説明である。次に、低温始動時における水素ガスの流れについて説明する。   The above is a schematic description of the flow of hydrogen gas during normal operation. Next, the flow of hydrogen gas at the time of cold start will be described.

一般に、水素吸蔵合金は、温度が高いほど、放出する水素の圧力は高くなり、温度が低いほど、放出する水素の圧力は低くなるため、水素吸蔵合金タンクは低温になればなるほど、水素が放出されにくくなる。そこで、低温始動時には、ポンプ410によって、水素吸蔵合金タンク200から水素ガスを引き出すようにしている。   In general, the higher the temperature, the higher the pressure of hydrogen released from the hydrogen storage alloy, and the lower the temperature, the lower the pressure of released hydrogen. Therefore, the lower the temperature of the hydrogen storage alloy tank, the more hydrogen is released. It becomes difficult to be done. Therefore, when starting at a low temperature, hydrogen gas is drawn from the hydrogen storage alloy tank 200 by the pump 410.

燃料電池システムの始動時において、周囲温度が低温で、圧力センサ400によって検出される水素ガスの圧力が基準圧力を下回っている場合、制御部50は、本流流路401のシャットバルブ402と、循環流路403のシャットバルブ408と、排出流路407のシャットバルブ414をそれぞれ閉じ、バイパス流路405のシャットバルブ412を開くと共に、ポンプ410を高回転数で駆動する。それによって、例え、水素吸蔵合金タンク200の温度が低くて、放出される水素ガスの圧力が低くても、水素吸蔵合金タンク200からは、吸蔵されていた水素ガスが十分に引き出される。引き出された水素ガスは、本流流路401からバイパス流路405に入り、そのあと、循環流路403を通って本流流路401に戻り、燃料電池100に供給される。供給された水素ガスは、燃料電池100内で電気化学反応に供された後、水素オフガスとなって、循環流路403に排出される。なお、水素オフガス中に含まれる不純物の濃度は、時間が経つに連れて上がるので、その不純物を除去するために、時々、シャットバルブ414を開いて、排出流路407から水素オフガスを放出する。   When the fuel cell system is started, when the ambient temperature is low and the pressure of the hydrogen gas detected by the pressure sensor 400 is lower than the reference pressure, the control unit 50 circulates the shut valve 402 of the main flow channel 401 and the circulation valve. The shut valve 408 of the flow path 403 and the shut valve 414 of the discharge flow path 407 are closed, the shut valve 412 of the bypass flow path 405 is opened, and the pump 410 is driven at a high rotational speed. Thereby, even if the temperature of the hydrogen storage alloy tank 200 is low and the pressure of the released hydrogen gas is low, the stored hydrogen gas is sufficiently extracted from the hydrogen storage alloy tank 200. The drawn hydrogen gas enters the bypass channel 405 from the main channel 401 and then returns to the main channel 401 through the circulation channel 403 and is supplied to the fuel cell 100. The supplied hydrogen gas is subjected to an electrochemical reaction in the fuel cell 100 and then becomes hydrogen off-gas and is discharged to the circulation flow path 403. Note that the concentration of impurities contained in the hydrogen off-gas increases as time passes. Therefore, in order to remove the impurities, the shut-off valve 414 is sometimes opened to release the hydrogen off-gas from the discharge passage 407.

以上が、低温始動時における水素ガスの流れについての説明である。次に、本発明の特徴である水素オフガスの排出について詳細に説明する。   The above is the description of the flow of hydrogen gas at the time of cold start. Next, the discharge of hydrogen off gas, which is a feature of the present invention, will be described in detail.

燃料電池システムの通常運転時においては、前述したとおり、水素ガス中に含まれる不純物を均一化させるために、燃料電池100より排出された水素オフガスを、循環流路403を介して本流流路401に戻すことにより、水素ガスを循環させている。しかし、このように水素ガスを均一化させたとしても、燃料電池100内において、酸素極側から水素極側には不純物が常時漏れ出してくるため、長時間経てば、均一化された水素ガス中の不純物の濃度は次第に上がり、それに連れて水素の濃度は低下する。   During normal operation of the fuel cell system, as described above, the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 100 is supplied to the main flow channel 401 via the circulation channel 403 in order to uniformize impurities contained in the hydrogen gas. By returning to, hydrogen gas is circulated. However, even if the hydrogen gas is made uniform in this way, the impurities always leak from the oxygen electrode side to the hydrogen electrode side in the fuel cell 100. Therefore, after a long period of time, the hydrogen gas becomes uniform. The concentration of impurities therein gradually increases, and the concentration of hydrogen decreases accordingly.

このため、循環流路403から分岐した排出流路407に、シャットバルブ414を設け、循環している水素ガス中の不純物の濃度が上がってきたら、制御部50によって、このシャットバルブ414を開いて、循環している不純物を含む水素ガスの一部を排出している。これにより、不純物を含んだ水素ガスの一部は循環路から排出され、その分だけ、水素吸蔵合金タンク200からの純粋な水素ガスが導入されるので、水素ガス中の不純物の濃度は下がり、逆に水素の濃度は上がる。この結果、燃料電池100は、発電を継続して適切に行なうことができる。シャットバルブ414を開く時間間隔は、運転条件や出力により異なるが、例えば5秒に1回程度としても良い。   Therefore, a shut valve 414 is provided in the discharge channel 407 branched from the circulation channel 403. When the concentration of impurities in the circulating hydrogen gas increases, the controller 50 opens the shut valve 414. A part of hydrogen gas containing circulating impurities is discharged. Thereby, a part of the hydrogen gas containing impurities is discharged from the circulation path, and pure hydrogen gas from the hydrogen storage alloy tank 200 is introduced by that amount, so that the concentration of impurities in the hydrogen gas decreases, Conversely, the hydrogen concentration increases. As a result, the fuel cell 100 can appropriately perform power generation continuously. The time interval at which the shut valve 414 is opened varies depending on operating conditions and output, but may be about once every 5 seconds, for example.

また、前述したように、燃料電池100内の酸素極側では、式(2)に従って水(H2O)が生成され、その水は水蒸気として酸素極側から電解質膜を介して水素極側に漏れ出してくる。本実施例では、シャットバルブ414を開いて水素ガスを排出すると、その圧力差で水素ガスに急激な流れを生じさせることができ、その勢いで電池セル内の水分を吹き飛ばすことができる。このため、式(2)の進行に伴い生成した水(水蒸気)が凝縮して単セル内で水素極側に張り付いても、この水を上記の急激な水素ガス流により吹き飛ばすので、燃料電池への水素ガスの流れを止めてしまうようなことがない。 Further, as described above, on the oxygen electrode side in the fuel cell 100, water (H 2 O) is generated according to the formula (2), and the water is vaporized from the oxygen electrode side to the hydrogen electrode side through the electrolyte membrane. Leaks out. In this embodiment, when the shut valve 414 is opened and the hydrogen gas is discharged, a rapid flow can be generated in the hydrogen gas due to the pressure difference, and the moisture in the battery cell can be blown away with the force. For this reason, even if the water (water vapor) generated as the formula (2) progresses condenses and sticks to the hydrogen electrode side in the single cell, the water is blown off by the rapid hydrogen gas flow. There is no such thing as stopping the flow of hydrogen gas.

なお、本実施例では、循環している水素ガス中の不純物の濃度などは特に検出しておらず、過去のデータの蓄積から、不純物の濃度が、許容できない濃度になるまでの時間を予め導き出している。そして、制御部50が、タイマで時間経過を測定して、上記の時間が経過する毎に、定期的にシャットバルブ414を開けるようにしている。但し、水素ガス流路中に水素濃度センサなどを設けて、循環する水素ガス中の水素濃度を検出し、その濃度が基準濃度を下回ったら、シャットバルブ414を開けるようにしても良い。   In this embodiment, the concentration of impurities in the circulating hydrogen gas is not particularly detected, and the time until the concentration of impurities becomes unacceptable from the accumulation of past data is derived in advance. ing. Then, the control unit 50 measures the passage of time with a timer, and periodically opens the shut valve 414 every time the above-described time passes. However, a hydrogen concentration sensor or the like may be provided in the hydrogen gas flow path to detect the hydrogen concentration in the circulating hydrogen gas, and when the concentration falls below the reference concentration, the shut valve 414 may be opened.

次に、シャットバルブ414から排出された水素ガスは、排出流路407を通って、酸素オフガス排出流路503に送り込まれ、混合部411において、酸素オフガス排出流路503を流れる酸素オフガスと混合される。シャットバルブ414から排出される水素ガスは、水素オフガスであるため、水素の濃度はある程度低い。また、燃料電池100から排出される酸素オフガスも、燃料電池100において酸素の消費された窒素リッチなガスである。従って、このように、水素オフガスを酸素オフガスと混合して希釈化することにより、混合されたガスに含まれる水素の濃度はさらに低下する。   Next, the hydrogen gas discharged from the shut valve 414 passes through the discharge flow path 407 and is sent to the oxygen off gas discharge flow path 503, and is mixed with the oxygen off gas flowing through the oxygen off gas discharge flow path 503 in the mixing unit 411. The Since the hydrogen gas discharged from the shut valve 414 is a hydrogen off gas, the hydrogen concentration is low to some extent. The oxygen off gas discharged from the fuel cell 100 is also a nitrogen-rich gas in which oxygen is consumed in the fuel cell 100. Therefore, by mixing and diluting the hydrogen off gas with the oxygen off gas in this way, the concentration of hydrogen contained in the mixed gas is further reduced.

次に、混合部411で混合されたガスは、気液分離器508を介してコンバスタ510に流入する。コンバスタ510は、白金触媒512を備えており、燃焼によって、混合ガスに含まれる水素を酸素と反応させて、混合ガスに含まれる水素の濃度をさらに低減させる。   Next, the gas mixed in the mixing unit 411 flows into the combustor 510 via the gas-liquid separator 508. The combustor 510 includes a platinum catalyst 512, and reacts hydrogen contained in the mixed gas with oxygen by combustion to further reduce the concentration of hydrogen contained in the mixed gas.

このようにして、コンバスタ510によって水素濃度の低減された混合ガスは、その後、大気中に排出される。   In this way, the mixed gas whose hydrogen concentration has been reduced by the combustor 510 is then discharged into the atmosphere.

なお、燃料電池100から排出される酸素オフガスは、前述したとおり、多量の水分が含まれており、酸素オフガス排出流路503の配管が長い場合には、凝縮して水滴となりやすい。従って、そのような酸素オフガスが混合部411において水素オフガスと混合しても、水分は依然として含まれているため、その混合ガスがコンバスタ510内を通った際に、含まれていた水分が凝縮して水滴となって、白金触媒512に付着することがあり得る。本実施例では、上述したとおり、コンバスタ510の前段に気液分離器508を設けて、混合ガスに含まれる水分のうちの液体分を除去しているので、コンバスタ510内の白金触媒512に水滴が付着しないようにでき、白金触媒512の活性を保つことができる。   As described above, the oxygen off-gas discharged from the fuel cell 100 contains a large amount of moisture, and when the oxygen off-gas discharge channel 503 is long, it is likely to condense and form water droplets. Therefore, even if such oxygen off-gas is mixed with hydrogen off-gas in the mixing unit 411, moisture is still contained. Therefore, when the mixed gas passes through the combustor 510, the contained moisture is condensed. It may become water droplets and adhere to the platinum catalyst 512. In the present embodiment, as described above, the gas-liquid separator 508 is provided in the previous stage of the combustor 510 to remove the liquid component of the water contained in the mixed gas, so that water droplets are formed on the platinum catalyst 512 in the combustor 510. And the activity of the platinum catalyst 512 can be maintained.

また、燃料電池100の発電動作中にシャットバルブ414を開けたとしても、燃料電池100の出力電圧は一瞬下がるだけで、大きな電圧低下にはならないため、問題はない。   Further, even if the shut valve 414 is opened during the power generation operation of the fuel cell 100, there is no problem because the output voltage of the fuel cell 100 only drops for a moment and does not cause a large voltage drop.

以上説明したとおり、本実施例においては、燃料電池100から排出された水素オフガスを混合部411で酸素オフガスと混合することにより希釈化し、さらに、その混合ガスに含まれる水素の濃度をコンバスタ510で低減する。よって、着火回避に有効となる十分な低濃度までの水素濃度の低下を図った後に、大気中に排気するので、着火回避の信頼性を高めることができる。   As described above, in the present embodiment, the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 100 is diluted by mixing with the oxygen off-gas in the mixing unit 411, and the concentration of hydrogen contained in the mixed gas is further increased by the combustor 510. To reduce. Therefore, after reducing the hydrogen concentration to a sufficiently low concentration that is effective for avoiding ignition and then exhausting it to the atmosphere, the reliability of avoiding ignition can be improved.

ところで、制御部50によって、シャットバルブ414を開いて、水素オフガスを混合部411に排出する際に、大量に水素オフガスを排出した場合であっても、混合部411における酸素オフガスと混合の混合を経た希釈化を維持して着火回避の信頼性を高めるべく、次のような対処を採ることとした。   By the way, when the control unit 50 opens the shut valve 414 and discharges the hydrogen off-gas to the mixing unit 411, the mixing of the oxygen off-gas and the mixing in the mixing unit 411 is performed even when a large amount of hydrogen off-gas is discharged. The following measures were taken in order to maintain the dilution and improve the reliability of ignition avoidance.

本実施例では、上記の対処法として以下に説明する4つの方法のうち、何れかの方法を用いて、着火回避の信頼性を高めるようにしている。   In the present embodiment, as one of the countermeasures described above, any one of the four methods described below is used to improve the reliability of ignition avoidance.

まず、図2を用いて、1つ目の方法について説明する。図2は図1の車載用燃料電池システムにおける水素オフガスの排出方法の一例を説明するためのフローチャートである。   First, the first method will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart for explaining an example of a method for discharging hydrogen off-gas in the in-vehicle fuel cell system of FIG.

循環している水素ガス中の不純物の濃度が許容できない濃度になったことを、経過時間やセンサなどで検出すると、制御部50は、図2に示す処理を開始し、まず、酸化ガス供給流路501中に配置されているコンプレッサ504を特定出力以上(例えば最大出力)で駆動するよう制御する(ステップS102)。これにより、エアクリーナ502を介して取り込まれる酸化ガスの流量は増加するため、それに伴い、燃料電池100から排出され、酸素オフガス排出流路503を流れる酸素オフガスの流量も増加する。次に、制御部50は、シャットバルブ414を開き(ステップS104)、循環している水素ガス(水素オフガス)をシャットバルブ414から混合部411へ排出する。そして、所定開放時間が経過したら(ステップS106)、シャットバルブ414を閉じて(ステップS108)、図2に示す処理を終了する。なお、シャットバルブ414の開放時間としては、1sec以下が好ましく、500msec程度がより好ましい。   When the elapsed time or sensor detects that the concentration of impurities in the circulating hydrogen gas has become unacceptable, the controller 50 starts the process shown in FIG. Control is performed so that the compressor 504 disposed in the path 501 is driven at a specific output or higher (for example, maximum output) (step S102). As a result, the flow rate of the oxidizing gas taken in via the air cleaner 502 is increased, and accordingly, the flow rate of the oxygen offgas discharged from the fuel cell 100 and flowing through the oxygen offgas discharge flow path 503 is also increased. Next, the control unit 50 opens the shut valve 414 (step S104), and discharges the circulating hydrogen gas (hydrogen offgas) from the shut valve 414 to the mixing unit 411. When the predetermined opening time has elapsed (step S106), the shut valve 414 is closed (step S108), and the processing shown in FIG. The opening time of the shut valve 414 is preferably 1 sec or less, and more preferably about 500 msec.

このような方法を用いた場合、シャットバルブ414を開いて水素オフガスを混合部411に排出した際に、酸素オフガス排出流路503を流れる酸素オフガスの流量は増しているので、混合部411において、水素オフガスを酸素オフガスと混合した際に、水素オフガスは大量の窒素リッチなガスによって十分に希釈化される。従って、混合ガスに含まれる水素の濃度は低下するため、着火回避の信頼性を高めることができる。   When such a method is used, when the shutoff valve 414 is opened and the hydrogen offgas is discharged to the mixing unit 411, the flow rate of the oxygen offgas flowing through the oxygen offgas discharge channel 503 is increased. When the hydrogen off gas is mixed with the oxygen off gas, the hydrogen off gas is sufficiently diluted with a large amount of nitrogen-rich gas. Therefore, since the concentration of hydrogen contained in the mixed gas decreases, the reliability of avoiding ignition can be improved.

次に、図3を用いて、2つ目の方法について説明する。図3は図1の車載用燃料電池システムにおける水素オフガスの排出方法の他の例を説明するためのフローチャートである。   Next, the second method will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart for explaining another example of the method for discharging hydrogen off-gas in the in-vehicle fuel cell system of FIG.

図2に示した方法では、シャットバルブ414を開く際に、積極的に、コンプレッサ504を例えば最大出力で駆動して、酸素オフガスの流量が増加してから、水素オフガスを排出するようにしている。しかしながら、例えば、車両の走行中に、走行状態とは無関係にコンプレッサ504が最大出力で駆動されると、運転者に違和感を与える虞がある。具体的には、徐行運転している際に、水素オフガスを排出しようとして、コンプレッサ504が最大出力で駆動されたとすると、徐行運転しているにも関わらず、コンプレッサ504により多大な回転音や振動などが発生して、運転者に違和感を与えることになる。   In the method shown in FIG. 2, when the shut valve 414 is opened, the compressor 504 is positively driven, for example, at the maximum output, and the hydrogen off gas is discharged after the flow rate of oxygen off gas increases. . However, for example, if the compressor 504 is driven at the maximum output regardless of the traveling state while the vehicle is traveling, the driver may feel uncomfortable. Specifically, if the compressor 504 is driven at the maximum output in an attempt to discharge the hydrogen off-gas during the slow operation, the compressor 504 causes a large amount of rotational noise and vibration despite the slow operation. This will cause the driver to feel uncomfortable.

そこで、2つ目の方法では、走行状態(言い換えれば、負荷変動)に応じて変化するコンプレッサ504の駆動に合わせて、シャットバルブ414を開くようにしている。   Therefore, in the second method, the shut valve 414 is opened in accordance with the driving of the compressor 504 that changes in accordance with the running state (in other words, load fluctuation).

具体的には、制御部50は、図3に示す処理を開始すると、まず、コンプレッサ504の出力が特定出力を上回るまで待機する(ステップS202)。なお、コンプレッサ504の出力は、コンプレッサ504に取り付けられた回転数センサなどの出力結果から導き出すことができる。   Specifically, when the processing shown in FIG. 3 is started, the control unit 50 first waits until the output of the compressor 504 exceeds the specific output (step S202). The output of the compressor 504 can be derived from the output result of a rotation speed sensor or the like attached to the compressor 504.

その後、走行状態に応じてコンプレッサ504の出力が変化し、特定出力を上回ったら、制御部50は、シャットバルブ414を開く(ステップS204)。これにより、酸素オフガス排出流路503を流れる酸素オフガスの流量が増加しているタイミングで、水素オフガスをシャットバルブ414から混合部411へ排出することができる。そして、所定開放時間が経過したら(ステップS206)、シャットバルブ414を閉じて(ステップS208)、図3に示す処理を終了する。   Thereafter, when the output of the compressor 504 changes according to the traveling state and exceeds the specific output, the control unit 50 opens the shut valve 414 (step S204). Thereby, the hydrogen off-gas can be discharged from the shut valve 414 to the mixing unit 411 at the timing when the flow rate of the oxygen off-gas flowing through the oxygen off-gas discharge channel 503 is increased. When the predetermined opening time has elapsed (step S206), the shut valve 414 is closed (step S208), and the processing shown in FIG.

このような方法を用いた場合、前述したとおり、酸素オフガスの流量が増加した時に、水素オフガスが混合部411に排出されるので、図2に示した方法と同様に、混合部411において、水素オフガスを酸素オフガスと混合した際に、水素オフガスは大量の窒素リッチなガスによって十分に希釈化される。従って、混合ガスに含まれる水素の濃度は低下するため、着火回避の信頼性を高めることができる。   When such a method is used, as described above, when the flow rate of the oxygen off gas is increased, the hydrogen off gas is discharged to the mixing unit 411. Therefore, in the mixing unit 411, as in the method illustrated in FIG. When the off gas is mixed with the oxygen off gas, the hydrogen off gas is sufficiently diluted with a large amount of nitrogen rich gas. Therefore, since the concentration of hydrogen contained in the mixed gas decreases, the reliability of avoiding ignition can be improved.

また、コンプレッサ504の駆動はあくまで走行状態に従って変化しているので、その回転音や振動なども走行状態とマッチしており、運転者に違和感を与える虞はない。   In addition, since the driving of the compressor 504 changes according to the traveling state, the rotation sound and vibration match the traveling state, and there is no possibility of giving the driver a sense of incongruity.

次に、図4を用いて、3つ目の方法について説明する。図4は図1の車載用燃料電池システムにおける水素オフガスの排出方法の別の例を説明するためのフローチャートである。   Next, the third method will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart for explaining another example of a method for discharging hydrogen off-gas in the in-vehicle fuel cell system of FIG.

制御部50は、図4に示す処理を開始すると、まず、シャットバルブ414を開いて(ステップS302)、直ちに閉じる(ステップS304)。そして、制御部50は、処理を開始してから所定時間経過したか否かを判定し(ステップS306)、経過していなければ、上記した動作を繰り返す。これにより、シャットバルブ414は比較的短い周期で開閉を繰り返すことになる。その後、所定時間経過したら、図4に示す処理を終了する。   When the processing shown in FIG. 4 is started, the control unit 50 first opens the shut valve 414 (step S302) and immediately closes (step S304). Then, the control unit 50 determines whether or not a predetermined time has elapsed from the start of the process (step S306), and if not, repeats the above-described operation. As a result, the shut valve 414 is repeatedly opened and closed at a relatively short cycle. Thereafter, when a predetermined time has elapsed, the processing shown in FIG.

このような方法を用いた場合、前述したとおり、シャットバルブ414は比較的短い周期で開閉を繰り返すので、水素オフガスは、比較的短い周期の離散的なタイミングで、何回かに分けて少量ずつ、混合部411に排出されることになる。従って、混合部411において酸素オフガスと混合する際に、酸素オフガスの流量が例え増加していなくても、水素オフガスを十分に希釈化することができる。よって、混合ガスに含まれる水素の濃度は低下するため、着火回避の信頼性を高めることができる。   When such a method is used, as described above, the shut valve 414 repeats opening and closing with a relatively short cycle, so that the hydrogen off-gas is divided into several portions at a discrete timing with a relatively short cycle. Then, it is discharged to the mixing unit 411. Therefore, when mixing with the oxygen off gas in the mixing unit 411, the hydrogen off gas can be sufficiently diluted even if the flow rate of the oxygen off gas does not increase. Therefore, since the concentration of hydrogen contained in the mixed gas decreases, the reliability of avoiding ignition can be improved.

次に、図5を用いて、4つ目の方法について説明する。この方法では、予め、図1の循環流路403中におけるシャットバルブ414と混合部411との間に、図5に示すようなバッファ413を設けておく。図5は図1のシャットバルブ414と混合部411との間に配置されるバッファを説明するための説明図である。   Next, the fourth method will be described with reference to FIG. In this method, a buffer 413 as shown in FIG. 5 is provided in advance between the shut valve 414 and the mixing unit 411 in the circulation channel 403 of FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a buffer disposed between the shut valve 414 and the mixing unit 411 in FIG. 1.

図5に示すように、このバッファ413は、流出口の口径が流入口の口径より絞られており、また、流入口と流出口との間の中間部には、多大な容積を持った空間が空いている。従って、制御部50によって、シャットバルブ414が開き、その後、閉じて、シャットバルブ414から大量の水素オフガスが短時間に排出されても、その水素オフガスがバッファ413に流入すると、流出口が絞られているため、抵抗を受けて中央部の空間に滞留し、少量ずつしか、流出口から混合部411へ流出しない。従って、混合部411において酸素オフガスと混合する際に、酸素オフガスの流量が例え増加していなくても、水素オフガスを十分に希釈化することができる。そのため、混合ガスに含まれる水素の濃度を十分低下させることができ、着火回避の信頼性を高めることができる。   As shown in FIG. 5, in the buffer 413, the outlet diameter is narrower than the inlet diameter, and the space between the inlet and the outlet has a large volume. Is vacant. Therefore, even if a large amount of hydrogen off-gas is discharged from the shut valve 414 in a short time even if a large amount of hydrogen off-gas is discharged from the shut valve 414 in a short time by the control unit 50, the shut valve 414 is opened and then closed. Therefore, it receives resistance and stays in the central space, and flows out from the outlet to the mixing unit 411 only in small amounts. Therefore, when mixing with the oxygen off gas in the mixing unit 411, the hydrogen off gas can be sufficiently diluted even if the flow rate of the oxygen off gas does not increase. Therefore, the concentration of hydrogen contained in the mixed gas can be sufficiently reduced, and the reliability of avoiding ignition can be increased.

B.第2の実施例:
B−1.第2の実施例の構成:
図6は本発明の第2の実施例としての車載用燃料電池システムを示す構成図である。第1の実施例の燃料電池システムでは、水素ガスの供給源として、水素吸蔵合金タンク200を用いるようにしたが、本実施例の燃料電池システムでは、水素吸蔵合金タンク200に代えて、高圧水素ガスタンク300を用いるようにしている。
B. Second embodiment:
B-1. Configuration of the second embodiment:
FIG. 6 is a block diagram showing an in-vehicle fuel cell system as a second embodiment of the present invention. In the fuel cell system of the first embodiment, the hydrogen storage alloy tank 200 is used as a hydrogen gas supply source. However, in the fuel cell system of this embodiment, high-pressure hydrogen is used instead of the hydrogen storage alloy tank 200. A gas tank 300 is used.

この高圧水素ガスタンク300は、内部に高圧の水素ガスを充填しており、根本に取り付けられたシャットバルブ302を開くと、およそ20〜35MPaの圧力を有する水素ガスが放出される。   The high-pressure hydrogen gas tank 300 is filled with high-pressure hydrogen gas, and when a shut valve 302 attached to the root is opened, hydrogen gas having a pressure of about 20 to 35 MPa is released.

また、燃料電池100は、第1の実施例と同一の構成であるため、説明は省略する。   Further, since the fuel cell 100 has the same configuration as that of the first embodiment, description thereof is omitted.

この他、本実施例の燃料電池システムは、図6に示すように、水素ガス流路と、酸化ガス流路と、制御部50を備えているが、酸化ガス流路は、第1の実施例と同一の構成であるので、説明は省略する。   In addition, as shown in FIG. 6, the fuel cell system of the present embodiment includes a hydrogen gas flow path, an oxidizing gas flow path, and a control unit 50. However, the oxidizing gas flow path is the first embodiment. Since it is the same structure as an example, description is abbreviate | omitted.

水素ガス流路は、高圧水素ガスタンク300の放出口から燃料電池100の供給口に至る本流流路401と、燃料電池100の排出口からポンプ410を介して本流流路401に戻る循環流路403と、循環している水素ガス中の不純物を排出するための排出流路407と、圧力異常時に水素ガスを排出するためのリリーフ流路409と、を備えている。本実施例では、水素ガスの供給源として高圧水素ガスタンク300を用いているため、高圧の水素ガスを放出することができる。従って、水素吸蔵合金タンク200の場合のように、低温始動時に水素ガスを引き出す必要がないため、バイパス流路405は設けられていない。   The hydrogen gas flow path includes a main flow path 401 extending from the discharge port of the high-pressure hydrogen gas tank 300 to the supply port of the fuel cell 100, and a circulation flow path 403 returning from the discharge port of the fuel cell 100 to the main flow path 401 via the pump 410. And a discharge flow path 407 for discharging impurities in the circulating hydrogen gas, and a relief flow path 409 for discharging hydrogen gas when the pressure is abnormal. In this embodiment, since the high-pressure hydrogen gas tank 300 is used as a hydrogen gas supply source, high-pressure hydrogen gas can be released. Therefore, unlike the case of the hydrogen storage alloy tank 200, the bypass channel 405 is not provided because it is not necessary to draw out hydrogen gas at the time of low temperature start.

本流流路401には、高圧水素ガスタンク300の放出口にシャットバルブ302が配置されており、流路途中に減圧バルブ418,熱交換器420,減圧バルブ422および気液分離器425がそれぞれ配置されており、燃料電池100の供給口にシャットバルブ102が配置されている。また、循環流路403には、燃料電池100の排出口にシャットバルブ104が配置されており、流路途中に、気液分離器406,ポンプ410および逆止弁426がそれぞれ配置されている。なお、排出流路407にシャットバルブ414が、リリーフ流路409にリリーフバルブ416が配置されている点や、排出流路407が酸素オフガス排出流路503と接続されており、その接続部分辺りが混合部411を構成している点は、第1の実施例の場合と同様である。   In the main flow path 401, a shut valve 302 is disposed at the discharge port of the high-pressure hydrogen gas tank 300, and a decompression valve 418, a heat exchanger 420, a decompression valve 422, and a gas-liquid separator 425 are disposed in the middle of the flow path. A shut valve 102 is disposed at the supply port of the fuel cell 100. In the circulation channel 403, the shut valve 104 is disposed at the discharge port of the fuel cell 100, and the gas-liquid separator 406, the pump 410, and the check valve 426 are disposed in the middle of the channel. Note that a shut valve 414 is disposed in the discharge flow path 407 and a relief valve 416 is disposed in the relief flow path 409, and the discharge flow path 407 is connected to the oxygen off-gas discharge flow path 503. The point which comprises the mixing part 411 is the same as that of the case of a 1st Example.

制御部50は、圧力センサ400からの検出結果を入力すると共に、各バルブ102,104,302,414と、ポンプ410と、コンプレッサ504と、をそれぞれ制御する。なお、図面を見やすくするために、制御線等は省略されている。   The control unit 50 inputs the detection result from the pressure sensor 400 and controls each of the valves 102, 104, 302, and 414, the pump 410, and the compressor 504. Note that control lines and the like are omitted for easy viewing of the drawing.

B−2.第2の実施例の動作:
それでは、水素ガスの流れについて簡単に説明する。なお、酸化ガスの流れについては、第1の実施例の場合と同様であるので、説明は省略する。
B-2. Operation of the second embodiment:
Now, the flow of hydrogen gas will be briefly described. Since the flow of the oxidizing gas is the same as that in the first embodiment, description thereof is omitted.

制御部50によって、高圧水素ガスタンク300のシャットバルブ302と、燃料電池100のシャットバルブ102,104とは、それぞれ、燃料電池システムの運転時には基本的に開いているが、停止時には閉じている。   The control unit 50 causes the shut valve 302 of the high-pressure hydrogen gas tank 300 and the shut valves 102 and 104 of the fuel cell 100 to be basically opened during operation of the fuel cell system, but closed when stopped.

また、通常運転時は、制御部50によって、その他、排出流路407のシャットバルブ414は閉じている。なお、リリーフバルブ416は、第1の実施例の場合と同様に、圧力異常時などの場合以外は閉じている。   In addition, during normal operation, the shut valve 414 of the discharge channel 407 is closed by the control unit 50. The relief valve 416 is closed except in the case of abnormal pressure, as in the case of the first embodiment.

通常運転時、前述したとおり、制御部50がシャットバルブ302を開くと、高圧水素ガスタンク300からは水素ガスが放出され、その放出された水素ガスは、本流流路401を通って、減圧バルブ418で減圧された後、熱交換器420で暖められる。暖められた水素ガスは、減圧バルブ422でさらに減圧された後、気液分離器425で、水素ガス中に含まれる水分の液体分を除去して、燃料電池100に供給される。供給された水素ガスは、燃料電池100内において前述の電気化学反応に使用された後、水素オフガスとして排出される。排出された水素オフガスは、循環流路403を通って、気液分離器406で、水素オフガス中に含まれる水分の液体分が除去された後、ポンプ410を介して本流流路401に戻され、再び、燃料電池100に供給される。このとき、第1の実施例の場合と同様に、循環流路403の途中に設けられているポンプ410が駆動することによって、循環流路403を通る水素オフガスは勢いをつけて本流流路401に送り出される。こうして、通常運転時、水素ガスは、本流流路401および循環流路403を通って循環している。なお、循環流路403中において、本流流路401との接続点と、ポンプ410と、の間には、循環している水素オフガスが逆流しないようにするために、逆止弁426が設けられている。   During normal operation, as described above, when the control unit 50 opens the shut valve 302, hydrogen gas is released from the high-pressure hydrogen gas tank 300, and the released hydrogen gas passes through the main flow path 401 and the pressure reducing valve 418. After being depressurized, the heat exchanger 420 warms it. The heated hydrogen gas is further depressurized by the pressure reducing valve 422, and then the liquid component of water contained in the hydrogen gas is removed by the gas-liquid separator 425 and supplied to the fuel cell 100. The supplied hydrogen gas is used as the above-described electrochemical reaction in the fuel cell 100 and then discharged as a hydrogen off gas. The discharged hydrogen off-gas passes through the circulation channel 403, and after the liquid component of water contained in the hydrogen off-gas is removed by the gas-liquid separator 406, it is returned to the main channel 401 through the pump 410. The fuel cell 100 is supplied again. At this time, as in the case of the first embodiment, the pump 410 provided in the middle of the circulation flow path 403 is driven, so that the hydrogen off-gas passing through the circulation flow path 403 gains momentum and the main flow flow path 401. Sent out. Thus, during normal operation, hydrogen gas circulates through the main flow channel 401 and the circulation channel 403. A check valve 426 is provided between the connection point with the main flow path 401 and the pump 410 in the circulation flow path 403 so that the circulating hydrogen off-gas does not flow backward. ing.

以上が、本実施例における水素ガスの流れについての説明である。次に、本発明の特徴である水素オフガスの排出について詳細に説明する。   The above is the description of the flow of hydrogen gas in this embodiment. Next, the discharge of hydrogen off gas, which is a feature of the present invention, will be described in detail.

本実施例においても、第1の実施例の場合と同様に、循環流路403から分岐した排出流路407に、シャットバルブ414を設け、このシャットバルブ414によって、不純物を含んだ水素ガス(水素オフガス)を排出するようにしている。そして、シャットバルブ414から排出した水素オフガスを、混合部411において、酸素オフガス排出流路503を流れる酸素オフガスと混合して希釈化することにより、混合されたガスに含まれる水素の濃度を低下させる。さらに、その混合ガスを、気液分離器508を介してコンバスタ510に流入して、コンバスタ510において、白金触媒512を用いて、混合ガスに含まれる水素を酸素と反応させて、混合ガスに含まれる水素の濃度をさらに低減させる。こうして、コンバスタ510によって水素濃度の低減された混合ガスは、その後、大気中に排出される。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, a shut valve 414 is provided in the discharge flow path 407 branched from the circulation flow path 403, and the shut valve 414 allows hydrogen gas containing impurities (hydrogen Off gas). Then, the hydrogen off-gas discharged from the shut valve 414 is mixed with the oxygen off-gas flowing through the oxygen off-gas discharge channel 503 and diluted in the mixing unit 411, thereby reducing the concentration of hydrogen contained in the mixed gas. . Further, the mixed gas flows into the combustor 510 through the gas-liquid separator 508, and in the combustor 510, hydrogen contained in the mixed gas is reacted with oxygen using the platinum catalyst 512, and is contained in the mixed gas. Further reduce the concentration of hydrogen. Thus, the mixed gas whose hydrogen concentration is reduced by the combustor 510 is then discharged into the atmosphere.

従って、本実施例においても、第1の実施例と同様に、燃料電池100から排出された水素オフガスを混合部411で酸素オフガスと混合することにより希釈化し、その混合ガスに含まれる水素の濃度をコンバスタ510で低減する。このため、着火回避に有効となる十分な低濃度までの水素濃度の低下を図った後に、大気中に排気するので、着火回避の信頼性を高めることができる。   Therefore, also in this embodiment, as in the first embodiment, the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 100 is diluted by mixing with the oxygen off-gas in the mixing unit 411, and the concentration of hydrogen contained in the mixed gas is reduced. Is reduced by the combustor 510. Therefore, after reducing the hydrogen concentration to a sufficiently low concentration that is effective for avoiding ignition and then exhausting it into the atmosphere, the reliability of avoiding ignition can be improved.

また、本実施例においても、より高い信頼性を確保するために、第1の実施例で述べた4つの方法のうち、何れかの方法を用いて、シャットバルブ414を開いて水素オフガスを排出するようにしている。   Also in this embodiment, in order to ensure higher reliability, any one of the four methods described in the first embodiment is used to open the shut valve 414 and discharge the hydrogen off gas. Like to do.

なお、第1の実施例においては、図1に示したように、低温始動時に、循環流路403を、水素吸蔵合金タンク200からの水素ガスが流れる関係で、排出流路407は燃料電池100のシャットバルブ104とシャットバルブ408との間から分岐させているが、本実施例においては、循環流路403は、水素オフガスしか流れないので、ポンプ410の下流側から分岐させている。従って、ポンプ410の下流側では、水素オフガスはポンプ410によって圧力が加わっているので、本実施例では、シャットバルブ414を開くと、水素オフガスを勢いを付けて排出させることができる。   In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the discharge passage 407 is connected to the fuel cell 100 because the hydrogen gas from the hydrogen storage alloy tank 200 flows through the circulation passage 403 at the time of low temperature start. However, in this embodiment, since only the hydrogen off-gas flows, the circulation flow path 403 is branched from the downstream side of the pump 410. Accordingly, since the hydrogen off-gas is pressurized by the pump 410 on the downstream side of the pump 410, in this embodiment, when the shut valve 414 is opened, the hydrogen off-gas can be discharged with a momentum.

C.第3の実施例:
C−1.第3の実施例の構成:
図7は本発明の第3の実施例としての車載用燃料電池システムを示す構成図である。この第3の実施例の燃料電池システムでは、第1の実施例と同様の燃料電池100を備え、その水素ガス供給源として、第2の実施例と同様の高圧水素ガスタンク300を用いるようにしている。本実施例では、高圧水素ガスタンク300は、車両内に4本搭載されている。この場合、第1の実施例のように水素吸蔵合金タンク200を用いるようにすることもできる。なお、以下の説明に当たっては、上記の第1、第2の実施例と同一の作用をなす機器等については、そのままの符号を伏してその説明を省略することとする。
C. Third embodiment:
C-1. Configuration of the third embodiment:
FIG. 7 is a block diagram showing an in-vehicle fuel cell system as a third embodiment of the present invention. The fuel cell system of the third embodiment includes a fuel cell 100 similar to that of the first embodiment, and uses a high-pressure hydrogen gas tank 300 similar to that of the second embodiment as the hydrogen gas supply source. Yes. In this embodiment, four high-pressure hydrogen gas tanks 300 are mounted in the vehicle. In this case, the hydrogen storage alloy tank 200 can be used as in the first embodiment. In the following description, for the devices that perform the same operations as those in the first and second embodiments, the same reference numerals are omitted and the description thereof is omitted.

図示するように、この第3の実施例の燃料電池システムでは、水素ガス・酸化ガスの流路において、上記の実施例と流路構成が一部相違する。   As shown in the drawing, in the fuel cell system of the third embodiment, the flow path configuration of the hydrogen gas / oxidizing gas flow path is partially different from that of the above embodiment.

水素ガス流路は、上記実施例と同様、高圧水素ガスタンク300から燃料電池100に至る本流流路401と、燃料電池100の循環流路403と、不純物排出のための排出流路407と、圧力異常時の水素ガス排出のためのリリーフ流路409とを有する。この他、本実施例の水素ガス流路では、圧力異常時の水素ガス放出の信頼性を高めるためのもう一つのリリーフ流路430と、水素ガス漏れをチェックする際に用いるリークチェック流路427と、水素ガス供給ポート429から高圧水素ガスタンク300の充填口に至る供給流路432と、を備えている。   As in the above embodiment, the hydrogen gas flow path includes a main flow path 401 from the high-pressure hydrogen gas tank 300 to the fuel cell 100, a circulation flow path 403 of the fuel cell 100, a discharge flow path 407 for discharging impurities, a pressure And a relief channel 409 for discharging hydrogen gas at the time of abnormality. In addition, in the hydrogen gas flow channel of the present embodiment, another relief flow channel 430 for enhancing the reliability of hydrogen gas release when the pressure is abnormal, and a leak check flow channel 427 used for checking hydrogen gas leakage. And a supply flow path 432 extending from the hydrogen gas supply port 429 to the filling port of the high-pressure hydrogen gas tank 300.

本流流路401は、高圧水素ガスタンク300の放出口のシャットバルブ302に加え、放出マニュアルバルブ304と、減圧バルブ418、熱交換器420および減圧バルブ422を有する。循環流路403は、第2の実施例と同様、気液分離器406等を備え、ポンプ410により逆止弁426を経て水素オフガスを循環させる。供給流路432は、高圧水素ガスタンク300の充填口に逆止弁306および充填マニュアルバルブ308を備える。排出流路407は、シャットバルブ414と水素希釈器424を、リリーフ流路430、409は、リリーフバルブ415、416を、リークチェック流路427は、リークチェックボート428を、それぞれ有する。   The main flow path 401 includes a discharge manual valve 304, a pressure reducing valve 418, a heat exchanger 420, and a pressure reducing valve 422 in addition to the shut valve 302 at the discharge port of the high-pressure hydrogen gas tank 300. Similar to the second embodiment, the circulation channel 403 includes a gas-liquid separator 406 and the like, and circulates hydrogen off-gas through the check valve 426 by the pump 410. The supply flow path 432 includes a check valve 306 and a filling manual valve 308 at the filling port of the high-pressure hydrogen gas tank 300. The discharge channel 407 has a shut valve 414 and a hydrogen diluter 424, the relief channels 430 and 409 have relief valves 415 and 416, and the leak check channel 427 has a leak check boat 428, respectively.

酸化ガス流路は、上記実施例と同様、燃料電池100への酸化ガス供給のための酸化ガス供給流路501と、酸素オフガス排出のための酸素オフガス排出流路503とを備える。この他、本実施例の酸化ガス流路では、後述の水素希釈器424に酸素オフガスを導くための酸素オフガス分岐導入流路505と、当該導入流路内の水を除去するための水循環流路601とを備えている。   The oxidant gas channel includes an oxidant gas supply channel 501 for supplying oxidant gas to the fuel cell 100 and an oxygen offgas discharge channel 503 for discharging oxygen offgas, as in the above embodiment. In addition, in the oxidizing gas flow path of the present embodiment, an oxygen off gas branch introduction flow path 505 for introducing oxygen off gas to a hydrogen diluter 424 described later, and a water circulation flow path for removing water in the introduction flow path 601.

酸化ガス供給流路501における機器構成は、第2の実施例と同様であり、加湿器506は、酸素オフガス排出流路503においてもガス加湿可能に構成されている。酸素オフガス排出流路503は、燃料電池100の側から、調圧弁509と、前述の加湿器506と、気液分離器520と、消音器であるマフラ522とを備え、流路末端をオフガス排出口524としている。   The equipment configuration in the oxidizing gas supply flow path 501 is the same as that in the second embodiment, and the humidifier 506 is configured to be capable of gas humidification also in the oxygen off-gas discharge flow path 503. The oxygen off-gas discharge channel 503 includes, from the fuel cell 100 side, a pressure regulating valve 509, the humidifier 506, a gas-liquid separator 520, and a muffler 522 that is a silencer. The exit is 524.

また、水循環流路601は、ポンプ602,606と、加湿水タンク604と、インジェクタ608とを備える。そして、この水循環流路601は、気液分離器520で分離した水を、ポンプ602,606を介して、酸化ガス供給流路501に循環供給する。   The water circulation channel 601 includes pumps 602 and 606, a humidified water tank 604, and an injector 608. The water circulation channel 601 circulates and supplies the water separated by the gas-liquid separator 520 to the oxidizing gas supply channel 501 via the pumps 602 and 606.

さらに、制御部50は、図示しない各種センサから得られた検出結果を入力すると共に、各バルブ102,104,302,414や、ポンプ410,602,606や、コンプレッサ504をそれぞれ制御する。ポンプ410や、コンプレッサ504や、ポンプ602,606などは、それぞれ、モータによって駆動されるが、それらについては図示が省略されている。なお、放出マニュアルバルブ304および充填マニュアルバルブ308は、それぞれ、手動で開閉されるようになっている。   Furthermore, the control unit 50 inputs detection results obtained from various sensors (not shown), and controls the valves 102, 104, 302, and 414, the pumps 410, 602, and 606, and the compressor 504, respectively. The pump 410, the compressor 504, the pumps 602, 606, etc. are each driven by a motor, but these are not shown. The discharge manual valve 304 and the filling manual valve 308 are each manually opened and closed.

B−2.第2の実施例の動作:
次に、ガスの流れについて、酸化ガスの流れから説明する。制御部50によってコンプレッサ504を駆動すると、第1、第2の実施例と同様に、大気中の空気が酸化ガスとして取り込まれる。そして、この酸化ガスは、エアクリーナ502による浄化、コンプレッサ504による加圧を受けて、加湿器506を経て燃料電池100に供給される。
B-2. Operation of the second embodiment:
Next, the flow of gas will be described from the flow of oxidizing gas. When the controller 504 is driven by the control unit 50, air in the atmosphere is taken in as oxidizing gas, as in the first and second embodiments. The oxidizing gas is purified by the air cleaner 502 and pressurized by the compressor 504, and is supplied to the fuel cell 100 through the humidifier 506.

供給された酸化ガスは、燃料電池100内において、上述した電気化学反応に使用された後、酸素オフガスとして排出される。排出された酸素オフガスは、酸素オフガス排出流路503を通り、調圧弁509を介した後、再び、加湿器506に流入される。   The supplied oxidizing gas is used as the above-described electrochemical reaction in the fuel cell 100 and then discharged as an oxygen off gas. The discharged oxygen off gas passes through the oxygen off gas discharge flow path 503, passes through the pressure regulating valve 509, and then flows into the humidifier 506 again.

前述したように、燃料電池100内の酸素極側では、式(2)に従って水(HO)が生成されるため、燃料電池100から排出される酸素オフガスは、非常にウェットで、多くの水分を含んでいる。一方、大気中から取り入れて、コンプレッサ504によって加圧された酸化ガス(空気)は、湿度の低いガスである。本実施例では、酸化ガス供給流路501と酸素オフガス排出流路503を一つの加湿器506を通過させ、両者の間で水蒸気交換を行なうことにより、非常にウェットな酸素オフガスからドライな酸化ガスへ水分を与えるようにしている。この結果、加湿器506から流出され燃料電池100へ供給される酸化ガスはある程度ウェットになり、加湿器506から流出され車輌外部の大気中へ排出される酸素オフガスはある程度ドライになる。このため以下の利点がある。 As described above, on the oxygen electrode side in the fuel cell 100, water (H 2 O) is generated according to the formula (2). Therefore, the oxygen off-gas discharged from the fuel cell 100 is very wet, Contains moisture. On the other hand, the oxidizing gas (air) taken from the atmosphere and pressurized by the compressor 504 is a low humidity gas. In this embodiment, the oxidizing gas supply flow path 501 and the oxygen off gas discharge flow path 503 are passed through one humidifier 506, and water vapor is exchanged between them, so that the dry oxidizing gas is dried from the very wet oxygen off gas. Moisturize the water. As a result, the oxidizing gas flowing out from the humidifier 506 and supplied to the fuel cell 100 gets wet to some extent, and the oxygen off-gas flowing out from the humidifier 506 and discharged into the atmosphere outside the vehicle becomes dry to some extent. For this reason, there are the following advantages.

まず第1に、上記のように生成した水で非常にウェットとなったまま、酸素オフガスを、酸素オフガス排出流路503を通してそのまま車両外部の大気中に排出することがない。よって、冬場など周囲温度が非常に低い場合であっても、車両のオフガス排出口524からもうもうとした水蒸気の煙が出るようなことがない。第2に、コンプレッサ504からの酸化ガス(空気)をドライのまま燃料電池100に供給することがない。よって、燃料電池100内における電解質膜の酸素極側の表面を乾燥させることがないので、上述した電気化学反応の反応効率を下げるようなことがない。   First, the oxygen off gas is not discharged into the atmosphere outside the vehicle as it is through the oxygen off gas discharge flow path 503 while being very wet with the water generated as described above. Therefore, even when the ambient temperature is very low such as in winter, there is no possibility of any more smoke of water vapor coming from the off-gas outlet 524 of the vehicle. Second, the oxidizing gas (air) from the compressor 504 is not supplied to the fuel cell 100 in a dry state. Therefore, the surface on the oxygen electrode side of the electrolyte membrane in the fuel cell 100 is not dried, so that the reaction efficiency of the electrochemical reaction described above is not lowered.

こうして、加湿器506において或る程度ドライになった酸素オフガスは、次に、気液分離器520に流入される。気液分離器520では、加湿器506からの酸素オフガスを気体分と液体分に気液分離し、酸素オフガスに含まれている水分を液体分としてさらに除去して、よりドライにしている。また、除去された水分は回収水として回収され、ポンプ602によって汲み上げられて、加湿水タンク604に蓄えられる。そして、この回収水はポンプ606によってインジェクタ608に送り出され、コンプレッサ504の流入口で、インジェクタ608により霧吹きされて、エアクリーナ502からの酸化ガスに混合される。こうすることによって、酸化ガス供給流路501を通る酸化ガスをさらにウェットにしている。   Thus, the oxygen off-gas that has been somewhat dried in the humidifier 506 is then flowed into the gas-liquid separator 520. In the gas-liquid separator 520, the oxygen off-gas from the humidifier 506 is gas-liquid separated into a gas component and a liquid component, and moisture contained in the oxygen off-gas is further removed as a liquid component to make it more dry. The removed water is recovered as recovered water, pumped up by a pump 602, and stored in a humidified water tank 604. The recovered water is sent out to the injector 608 by the pump 606, sprayed by the injector 608 at the inlet of the compressor 504, and mixed with the oxidizing gas from the air cleaner 502. By doing so, the oxidizing gas passing through the oxidizing gas supply channel 501 is further wetted.

以上のようにして、気液分離器520においてさらにドライになった酸素オフガスは、その後、マフラ522で消音されて、オフガス排出口524から車両外部の大気中に排出される。   The oxygen off-gas further dried in the gas-liquid separator 520 as described above is then silenced by the muffler 522 and discharged from the off-gas discharge port 524 to the atmosphere outside the vehicle.

次に、水素ガスの流れについて説明する。高圧水素ガスタンク300の放出マニュアルバルブ304は、通常時は、常に開いており、充填マニュアルバルブ308は、常に閉じている。   Next, the flow of hydrogen gas will be described. The discharge manual valve 304 of the high-pressure hydrogen gas tank 300 is always open during normal times, and the filling manual valve 308 is always closed.

また、高圧水素ガスタンク300のシャットバルブ302と、燃料電池100のシャットバルブ102,104の開閉状態は、第2の実施例で説明したとおりである。   Moreover, the open / closed states of the shut valve 302 of the high-pressure hydrogen gas tank 300 and the shut valves 102 and 104 of the fuel cell 100 are as described in the second embodiment.

その他、排出流路407のシャットバルブ414は、制御部50によって、運転時には、基本的に閉じている。なお、リリーフバルブ415,416は、圧力異常時などの場合以外は閉じている。   In addition, the shut valve 414 of the discharge channel 407 is basically closed by the control unit 50 during operation. The relief valves 415 and 416 are closed except when the pressure is abnormal.

運転時において、前述したとおり、制御部50がシャットバルブ302を開くと、第2の実施例の場合と同様に、高圧水素ガスタンク300の水素ガスは、減圧バルブ418による減圧、熱交換器420による加温、減圧バルブ422によるさらなる減圧、気液分離器425での水分液体分を経て、燃料電池100に供給される。供給された水素ガスは、燃料電池100内において前述の電気化学反応に使用された後、水素オフガスとして排出される。排出された水素オフガスは、第2の実施例の場合と同様に、ポンプ410による流勢を持って、循環流路403から本流流路401に戻され、再び、燃料電池100に供給される。なお、循環流路403の逆止弁426により、循環水素オフガスの逆流回避がなされている。   During operation, as described above, when the control unit 50 opens the shut valve 302, the hydrogen gas in the high-pressure hydrogen gas tank 300 is decompressed by the decompression valve 418 and by the heat exchanger 420, as in the second embodiment. It is supplied to the fuel cell 100 through heating, further decompression by the decompression valve 422, and the moisture liquid component in the gas-liquid separator 425. The supplied hydrogen gas is used as the above-described electrochemical reaction in the fuel cell 100 and then discharged as a hydrogen off gas. The discharged hydrogen off-gas is returned to the main flow path 401 from the circulation flow path 403 with the flow by the pump 410 as in the second embodiment, and is supplied to the fuel cell 100 again. Note that the backflow of the circulating hydrogen off-gas is avoided by the check valve 426 of the circulation channel 403.

このように、水素オフガスを本流流路401に戻して水素ガスを循環させることにより、燃料電池100の出力電圧の上昇を来すことができる点は、第1実施例で既述した通りである。   As described above in the first embodiment, the output voltage of the fuel cell 100 can be increased by returning the hydrogen off gas to the main flow channel 401 and circulating the hydrogen gas. .

また、酸化ガスに含まれる窒素などの不純物の滞留についても、水素オフガスの循環により回避できる点、燃料電池100の出力電圧の低下回避ができる点についても、第1実施例で既述した通りである。   In addition, as described above in the first embodiment, the retention of impurities such as nitrogen contained in the oxidizing gas can be avoided by circulating the hydrogen off-gas and the decrease in the output voltage of the fuel cell 100 can be avoided. is there.

なお、ポンプ410は、制御部50によって、その駆動が制御されており、燃料電池100の発生した電力の消費量に応じて、循環流路403を流れる水素オフガスの流速を変化させている。   The driving of the pump 410 is controlled by the control unit 50, and the flow rate of the hydrogen off-gas flowing through the circulation flow path 403 is changed according to the power consumption generated by the fuel cell 100.

また、高圧水素ガスタンク300の出口近傍には、1次減圧用の減圧バルブ418と2次減圧用の減圧バルブ422の2つ減圧バルブが設けられている。これらの減圧バルブは、高圧水素ガスタンク300内の高圧の水素ガスを、2段階で減圧している。即ち、具体的には、1次減圧用の減圧バルブ418によって、およそ20〜35MPaからおよそ0.8〜1MPaに減圧し、さらに2次減圧用の減圧バルブ422によって、およそ0.8〜1MPaからおよそ0.2〜0.3MPaに減圧する。この結果、高圧の水素ガスを燃料電池200に供給して、燃料電池200を傷めるということがない。第2の実施例も同様である。   Two decompression valves, a decompression valve 418 for primary decompression and a decompression valve 422 for secondary decompression, are provided in the vicinity of the outlet of the high-pressure hydrogen gas tank 300. These decompression valves decompress the high-pressure hydrogen gas in the high-pressure hydrogen gas tank 300 in two stages. Specifically, the pressure is reduced from about 20 to 35 MPa to about 0.8 to 1 MPa by the pressure reducing valve 418 for primary pressure reduction, and further from about 0.8 to 1 MPa by the pressure reducing valve 422 for secondary pressure reduction. The pressure is reduced to about 0.2 to 0.3 MPa. As a result, the high-pressure hydrogen gas is not supplied to the fuel cell 200 and the fuel cell 200 is not damaged. The same applies to the second embodiment.

なお、1次減圧用の減圧バルブ418によって、高圧の水素ガスをおよそ20〜35MPaからおよそ0.8〜1MPaに減圧される。高圧水素ガスタンク300からの水素放出は、膨張を伴うために圧力、流量によって、放出温度が変化する。本実施例では、1次減圧用の減圧バルブ418と2次減圧用の減圧バルブ422との間に、熱交換器420を配置して、減圧後の水素ガスに対して熱交換する仕組みを採用している。この熱交換器420には、図示していないが、燃料電池100を循環した冷却水が供給されており、その冷却水と温度変化した水素ガスとの間で熱交換が行なわれる。水素ガスの温度は、この熱交換器420を通過することによって、ほぼ適正な温度範囲となり、燃料電池100に供給することができる。従って、燃料電池100内では、十分な反応温度が得られるため、電気化学反応が進み、適正な発電動作を行なうことができる。第2の実施例も同様である。   The high-pressure hydrogen gas is reduced from about 20 to 35 MPa to about 0.8 to 1 MPa by the pressure reducing valve 418 for primary pressure reduction. Since the hydrogen release from the high-pressure hydrogen gas tank 300 involves expansion, the release temperature varies depending on the pressure and flow rate. In this embodiment, a heat exchanger 420 is arranged between the pressure reducing valve 418 for primary pressure reduction and the pressure reducing valve 422 for secondary pressure reduction, and a mechanism for exchanging heat with the hydrogen gas after pressure reduction is adopted. is doing. Although not shown, this heat exchanger 420 is supplied with cooling water circulating through the fuel cell 100, and heat exchange is performed between the cooling water and hydrogen gas whose temperature has changed. By passing through the heat exchanger 420, the temperature of the hydrogen gas becomes a substantially appropriate temperature range and can be supplied to the fuel cell 100. Accordingly, since a sufficient reaction temperature can be obtained in the fuel cell 100, the electrochemical reaction proceeds and an appropriate power generation operation can be performed. The same applies to the second embodiment.

また、前述したように、燃料電池100内の酸素極側では、式(2)に従って水(HO)が生成され、その水は水蒸気として酸素極側から電解質膜を通して水素極側にも入ってくる。従って、燃料電池100から排出される水素オフガスは、ウェットで、かなり多くの水分を含んでいる。本実施例では、循環流路403の途中に気液分離器406を設け、この気液分離器406によって、水素オフガスに含まれる水分を気液分離し、液体分を除去して、気体(水蒸気)分のみを他の気体と共にポンプ410に送るようにしている。これにより、本流流路401に還流される水素オフガスに含まれる水分は気体分のみとなり、燃料電池100には、水分が気液混合体として供給されることがない。このため、気液混合体によって水素ガス流路を塞いでしまうようなことがなくなるので、燃料電池100では発電動作は良好に継続され、単セルの出力電圧の低下や燃料電池100全体の発電量の低下を引き起こすことがない。第2の実施例も同様である。 Further, as described above, on the oxygen electrode side in the fuel cell 100, water (H 2 O) is generated according to the equation (2), and the water enters the hydrogen electrode side through the electrolyte membrane from the oxygen electrode side as water vapor. Come. Therefore, the hydrogen off gas discharged from the fuel cell 100 is wet and contains a considerable amount of moisture. In this embodiment, a gas-liquid separator 406 is provided in the middle of the circulation channel 403, and the gas-liquid separator 406 performs gas-liquid separation of water contained in the hydrogen off gas, removes the liquid component, and gas (water vapor) ) Is sent to the pump 410 together with other gases. As a result, the water contained in the hydrogen off-gas recirculated to the main flow channel 401 is only a gas component, and no water is supplied to the fuel cell 100 as a gas-liquid mixture. For this reason, the hydrogen gas flow path is not blocked by the gas-liquid mixture, so that the power generation operation continues favorably in the fuel cell 100, and the output voltage of the single cell decreases and the power generation amount of the entire fuel cell 100 increases. Does not cause a drop in The same applies to the second embodiment.

また、前述したように、水素ガス中に含まれる不純物を均一化させるために、水素ガスを循環させている。しかし、このように水素ガスを均一化させたとしても、燃料電池100内において、酸素極側から水素極側には不純物が常時漏れ出してくるため、長時間経てば、均一化された水素ガス中の不純物の濃度は次第に上がり、それに連れて水素の濃度は低下する。   Further, as described above, the hydrogen gas is circulated in order to make the impurities contained in the hydrogen gas uniform. However, even if the hydrogen gas is made uniform in this way, the impurities always leak from the oxygen electrode side to the hydrogen electrode side in the fuel cell 100. Therefore, after a long period of time, the hydrogen gas becomes uniform. The concentration of impurities therein gradually increases, and the concentration of hydrogen decreases accordingly.

そのため、循環流路403から分岐した排出流路407に、シャットバルブ414を設け、制御部50によって、このシャットバルブ414を定期的に開いて、循環している不純物を含む水素ガスの一部を排出している。シャットバルブ412を開くことで、不純物を含んだ水素ガスの一部は循環路から排出され、その分だけ、高圧水素ガスタンク300からの純粋な水素ガスが導入される。これにより、水素ガス中の不純物の濃度は下がり、逆に水素の濃度は上がる。この結果、燃料電池100は、発電を継続して適切に行なうことができる。シャットバルブ414を開く時間間隔は、運転条件や出力により異なるが、例えば5secに1回程度としてもよい。   Therefore, a shut valve 414 is provided in the discharge flow path 407 branched from the circulation flow path 403, and the shut valve 414 is periodically opened by the control unit 50, and a part of the hydrogen gas containing the circulating impurities is removed. It is discharging. By opening the shut valve 412, part of the hydrogen gas containing impurities is discharged from the circulation path, and pure hydrogen gas from the high-pressure hydrogen gas tank 300 is introduced accordingly. Thereby, the concentration of impurities in the hydrogen gas decreases, and conversely, the concentration of hydrogen increases. As a result, the fuel cell 100 can appropriately perform power generation continuously. The time interval for opening the shut valve 414 varies depending on the operating conditions and output, but may be about once every 5 seconds, for example.

なお、燃料電池100の発電動作中にシャットバルブ414を開けたとしても、燃料電池100の出力電圧は一瞬下がるだけで、大きな電圧低下にはならないため問題はない。シャットバルブ414の開放時間としては、1sec以下が好ましく、例えば、500msec程度がより好ましい。   Even if the shut valve 414 is opened during the power generation operation of the fuel cell 100, there is no problem because the output voltage of the fuel cell 100 only drops for a moment and does not cause a large voltage drop. The opening time of the shut valve 414 is preferably 1 sec or less, and more preferably about 500 msec, for example.

次に、水素オフガスの排出系とガス排出の様子について説明する。図8は水素オフガスの排出系の要部を示す概略斜視図である。シャットバルブ414から排出された水素ガスは、排出流路407を通って、水素希釈器424に供給される。水素希釈器424には、酸素オフガス排出流路503から分岐した酸素オフガス分岐導入流路505を通って、酸素オフガスも供給されている。   Next, the hydrogen off-gas discharge system and the state of gas discharge will be described. FIG. 8 is a schematic perspective view showing the main part of the hydrogen off-gas exhaust system. The hydrogen gas discharged from the shut valve 414 is supplied to the hydrogen diluter 424 through the discharge channel 407. The hydrogen diluter 424 is also supplied with oxygen off-gas through an oxygen off-gas branch introduction passage 505 branched from the oxygen off-gas discharge passage 503.

水素希釈器424は、内部にガスの混合室424aを形成するようにされた筐体であり、この混合室容積を供給ガス流路(排出流路407と酸素オフガス分岐導入流路505)に比べて拡大して備える。混合室424aは、ガス流路をジグザク状とするよう遮蔽板424bにて区切られている。こうした構造を有する水素希釈器424は、上記のように供給された水素ガスと酸素オフガスとを混合室424aで混合することによって、シャットバルブ414から排出された水素ガスを希釈する。希釈された水素ガスは、酸素オフガス排出流路503に送り込まれ、酸素オフガス排出流路503を流れる酸素オフガスとさらに混合される。そして、混合されたガスは、排出流路407の下流流路407aを経てマフラ522の下流の酸素オフガス排出流路503に合流し、オフガス排出口524から車両外の大気中に排気される。   The hydrogen diluter 424 is a housing in which a gas mixing chamber 424a is formed, and the volume of the mixing chamber is compared with the supply gas flow path (the discharge flow path 407 and the oxygen off-gas branch introduction flow path 505). Prepare to expand. The mixing chamber 424a is partitioned by a shielding plate 424b so that the gas flow path has a zigzag shape. The hydrogen diluter 424 having such a structure dilutes the hydrogen gas discharged from the shut valve 414 by mixing the hydrogen gas and the oxygen off gas supplied as described above in the mixing chamber 424a. The diluted hydrogen gas is fed into the oxygen off-gas discharge channel 503 and further mixed with the oxygen off-gas flowing through the oxygen off-gas discharge channel 503. The mixed gas passes through the downstream flow path 407a of the discharge flow path 407, joins the oxygen off-gas discharge flow path 503 downstream of the muffler 522, and is exhausted from the off-gas discharge port 524 to the atmosphere outside the vehicle.

このように水素オフガスを排出する本実施例によれば、次の利点がある。
まず、水素希釈器424の混合室424aに水素オフガスと酸素オフガスを導き、両ガスを容積が大きい混合室424aで混合・希釈することにした。よって、混合室容積の拡大に基づき水素オフガスと酸素オフガスが効率よく混合するので、水素オフガスの希釈化、延いては水素濃度低下を確実に図ることができる。
Thus, according to the present embodiment for discharging the hydrogen off-gas, there are the following advantages.
First, hydrogen off-gas and oxygen off-gas were introduced into the mixing chamber 424a of the hydrogen diluter 424, and both gases were mixed and diluted in the mixing chamber 424a having a large volume. Accordingly, the hydrogen off-gas and the oxygen off-gas are efficiently mixed based on the expansion of the mixing chamber volume, so that it is possible to reliably dilute the hydrogen off-gas and thus reduce the hydrogen concentration.

しかも、酸素オフガス排出流路503においては、マフラ522の上流から酸素オフガスの水素希釈器424への分岐導入と、マフラ522の下流での混合ガスの合流を図ることにした。マフラ522は、その構造上、通過する流体(酸素オフガス)に対する圧力損失を起こすので、この圧力損失によりマフラ前後で流路に差圧を発生させる。本実施例では、酸素オフガス分岐導入流路505)の分岐箇所と下流流路407aの合流箇所間で、合流箇所が低くなるような差圧を発生させる。よって、この差圧により酸素オフガスを酸素オフガス分岐導入流路505を経て水素希釈器424の混合室424aに確実に導入できる。このため、特別の機器を用いなくても酸素オフガスの導入ができ、機器構成・制御の簡略化を図ることができると共に、コストも低減できる。加えて、容積拡大の混合室424aでのガス混合・通過を図るので、消音効果も発揮できる。   In addition, in the oxygen off-gas discharge flow path 503, branch introduction of oxygen off-gas from the upstream of the muffler 522 to the hydrogen diluter 424 and merging of the mixed gas downstream of the muffler 522 are intended. Since the muffler 522 causes a pressure loss with respect to the fluid (oxygen off-gas) passing through due to its structure, the pressure loss generates a differential pressure in the flow path before and after the muffler. In this embodiment, a differential pressure is generated between the branch location of the oxygen off-gas branch introduction flow path 505) and the merge location of the downstream flow path 407a so that the merge location is lowered. Therefore, the oxygen off gas can be reliably introduced into the mixing chamber 424 a of the hydrogen diluter 424 through the oxygen off gas branch introduction flow path 505 by this differential pressure. For this reason, it is possible to introduce oxygen off-gas without using special equipment, to simplify equipment configuration and control, and to reduce costs. In addition, since the mixing and passage of the gas in the mixing chamber 424a with an increased volume is achieved, a silencing effect can also be exhibited.

また、酸素オフガス排出流路503における下流流路407aの合流箇所は、上記した第1、第2の実施例における混合部411となる。よって、この第3の実施例では、水素希釈器424から排出した希釈済みの水素オフガスを、酸素オフガス排出流路503を流れる酸素オフガスと混合して更に希釈化することにより、混合されたガスに含まれる水素の濃度をより低下させることができる。   Further, the joining point of the downstream flow path 407a in the oxygen off-gas discharge flow path 503 is the mixing portion 411 in the first and second embodiments described above. Therefore, in the third embodiment, the diluted hydrogen off-gas discharged from the hydrogen diluter 424 is mixed with the oxygen off-gas flowing through the oxygen off-gas discharge flow path 503 and further diluted to obtain a mixed gas. The concentration of hydrogen contained can be further reduced.

これらの結果、本実施例によっても、着火回避に有効となる十分な低濃度までの水素濃度の低下を図った後に、水素オフガスを大気中に排気することができる。よって、着火回避の信頼性を高めることができる。   As a result, also in this embodiment, the hydrogen off-gas can be exhausted to the atmosphere after the hydrogen concentration is reduced to a sufficiently low concentration that is effective for avoiding ignition. Therefore, the reliability of avoiding ignition can be increased.

なお、この第3の実施例においても、より高い信頼性を確保するために、第1の実施例で述べた4つの方法のうち、何れかの方法を用いて、シャットバルブ414を開いて水素オフガスを排出するようにしている。   Also in this third embodiment, in order to ensure higher reliability, any one of the four methods described in the first embodiment is used to open the shut valve 414 to generate hydrogen. Off-gas is discharged.

一方、減圧バルブ418や422が故障するなどの異常が生じた場合には、燃料電池100に供給される水素ガスの圧力が異常に高くなることがあり得る。そのため、本実施例では、本流流路401における減圧バルブ418の後段で分岐したリリーフ流路430の途中に、リリーフバルブ415を設けると共に、減圧バルブ422の後段で分岐したリリーフ流路409の途中に、リリーフバルブ416を設けて、減圧バルブ418から減圧バルブ422に至る本流流路401中の水素ガスの圧力が所定値以上に上がった場合に、リリーフバルブ415が開いて、また、減圧バルブ422から燃料電池100に至る本流流路401中の水素ガスの圧力が所定値以上に上がった場合には、リリーフバルブ416が開いて、車両外の大気中に水素ガスを排気して、水素ガスの圧力がそれ以上過大となることを防止している。   On the other hand, when an abnormality such as a failure of the pressure reducing valve 418 or 422 occurs, the pressure of the hydrogen gas supplied to the fuel cell 100 may become abnormally high. Therefore, in the present embodiment, a relief valve 415 is provided in the middle of the relief flow path 430 branched in the subsequent stage of the pressure reducing valve 418 in the main flow path 401, and in the middle of the relief flow path 409 branched in the subsequent stage of the pressure reducing valve 422. When the pressure of the hydrogen gas in the main flow path 401 from the pressure reducing valve 418 to the pressure reducing valve 422 rises to a predetermined value or more by providing the relief valve 416, the relief valve 415 is opened and the pressure reducing valve 422 When the pressure of the hydrogen gas in the main flow path 401 leading to the fuel cell 100 rises above a predetermined value, the relief valve 416 is opened, and the hydrogen gas is exhausted into the atmosphere outside the vehicle, so that the pressure of the hydrogen gas Is prevented from becoming excessive.

また、高圧水素ガスタンク300に水素ガスを充填する場合には、車両の側面に設けられている水素ガス供給ポート429に、水素ガス供給パイプ(図示せず)をつなぎ、高圧水素ガスタンク300に取り付けられている充填マニュアルバルブ308を手動で開くことによって、水素ガス供給パイプから供給される高圧の水素ガスが、供給流路432を介して高圧水素ガスタンク300に流入して充填される。なお、このとき、高圧水素ガスタンク300に充填された水素ガスが逆流しないようにするために、高圧水素ガスタンク300の根本には逆止弁306が設けられている。   When the high-pressure hydrogen gas tank 300 is filled with hydrogen gas, a hydrogen gas supply pipe (not shown) is connected to the hydrogen gas supply port 429 provided on the side surface of the vehicle and attached to the high-pressure hydrogen gas tank 300. By manually opening the filling manual valve 308, the high-pressure hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply pipe flows into the high-pressure hydrogen gas tank 300 through the supply flow path 432 and is filled therewith. At this time, a check valve 306 is provided at the base of the high-pressure hydrogen gas tank 300 so that the hydrogen gas filled in the high-pressure hydrogen gas tank 300 does not flow backward.

次に、本実施例で採用したオフガス排出口524におけるガス排出機構について説明する。図9はオフガス排出口524の周辺を説明する説明図、図10はオフガス排出口524の周辺を車体との関係を採って説明する説明図である。図示するように、酸素オフガス排出流路503は、その末端のオフガス排出口524に対向させて円盤状の拡散板530を有する。この拡散板530は、支持腕532により酸素オフガス排出流路503に固定されている。   Next, the gas discharge mechanism at the off-gas discharge port 524 employed in this embodiment will be described. FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the periphery of the off-gas exhaust port 524, and FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the periphery of the off-gas exhaust port 524 in relation to the vehicle body. As shown in the figure, the oxygen off-gas discharge channel 503 has a disc-shaped diffusion plate 530 facing the off-gas discharge port 524 at the end thereof. The diffusion plate 530 is fixed to the oxygen off-gas discharge channel 503 by a support arm 532.

酸素オフガス排出流路503は、図10に示すように、車体Sの後部バンパBまで延びており、車体側面から見た場合には、拡散板530とオフガス排出口524をバンパスカート部BSで遮蔽している。そして、このオフガス排出口524を拡散板530を含んで覆い隠すようプロテクタ536が配設されている。   As shown in FIG. 10, the oxygen off-gas discharge channel 503 extends to the rear bumper B of the vehicle body S. When viewed from the side of the vehicle body, the diffusion plate 530 and the off-gas discharge port 524 are shielded by the bumper cart unit BS. is doing. A protector 536 is disposed so as to cover the off-gas discharge port 524 including the diffusion plate 530.

プロテクタ536は、ステンレス製の板材をパンチングプレス等の多孔打ち抜き加工を経て皿状に成形されたものであり、バンパスカート部BSから車体中央にかけて酸素オフガス排出流路503の本体に固定されている。本実施例では、プロテクタ536は、オフガス排出口524や拡散板530から一定距離を保つよう固定され、パンチ孔の孔径は約5mmとされている。また、パンチ孔配列は、オフガス排出口524からの排出ガスが不用意なガス滞留を招くことなく透過できるようなものとされ、オフガス排出口524や拡散板530からの離間距離は、オフガス排出口524に着火源が直接入り込むことがないと想定される距離とされている。なお、パンチ孔の孔径の下限については、ガス透過が可能でパンチングプレス加工が可能な孔径であればよく約1〜2mm程度とすればよい。孔径の上限については、オフガス排出口524への着火源の直接的な入り込みを実質的に回避できる径(約8mm程度)であればよい。   The protector 536 is formed of a stainless steel plate in the shape of a dish through a perforated punching process such as a punching press, and is fixed to the main body of the oxygen offgas discharge channel 503 from the bumper cart part BS to the center of the vehicle body. In this embodiment, the protector 536 is fixed so as to maintain a constant distance from the off-gas discharge port 524 and the diffusion plate 530, and the hole diameter of the punch hole is about 5 mm. Further, the punch hole arrangement is such that the exhaust gas from the off-gas discharge port 524 can pass through without causing inadvertent gas retention, and the separation distance from the off-gas discharge port 524 and the diffusion plate 530 is set to the off-gas discharge port. It is assumed that the ignition source does not directly enter 524. The lower limit of the hole diameter of the punch hole may be any hole diameter that allows gas permeation and can be punched and pressed, and may be about 1-2 mm. The upper limit of the hole diameter may be a diameter (about 8 mm) that can substantially avoid direct entry of the ignition source into the off-gas discharge port 524.

このように拡散板530を有することから、本実施例では、オフガス排出口524から排出されたガスは、拡散板530に衝突してオフガス排出口524の開口径方向に拡散され、周囲四方に拡散して大気と混ざる。このため、排ガス(水素オフガス)と、酸素オフガス排出流路503の流路末端周辺の空気との接触機会が増えるので、その分、排ガス(水素オフガス)の希釈が進み、ガス排出箇所においても水素濃度を速やかに低減できる。この結果、水素希釈器424による希釈、下流流路407aの合流による希釈と相まって、水素濃度をより確実に低減でき、着火回避の信頼性をより高めることができる。なお、本実施例では、酸素オフガス排出流路503を管径約40mmのステンレス製配管とし、径約100〜150mmの拡散板530を、排出流路末端から約30〜50mm離して設置した。   Since the diffusion plate 530 is provided in this way, in this embodiment, the gas discharged from the off-gas discharge port 524 collides with the diffusion plate 530 and is diffused in the opening diameter direction of the off-gas discharge port 524 and diffuses in all four directions. And mix with the atmosphere. For this reason, the contact opportunity between the exhaust gas (hydrogen off-gas) and the air around the end of the oxygen off-gas discharge channel 503 increases, and accordingly, the dilution of the exhaust gas (hydrogen off-gas) proceeds, and hydrogen is also discharged at the gas discharge location. The concentration can be quickly reduced. As a result, coupled with dilution by the hydrogen diluter 424 and dilution by the merge of the downstream flow path 407a, the hydrogen concentration can be more reliably reduced, and the reliability of ignition avoidance can be further increased. In this embodiment, the oxygen off-gas discharge channel 503 is made of stainless steel pipe having a tube diameter of about 40 mm, and the diffusion plate 530 having a diameter of about 100 to 150 mm is installed about 30 to 50 mm away from the end of the discharge channel.

また、多孔状のプロテクタ536でオフガス排出口524と拡散板530を覆い隠すようにすると共に、上記した離間距離を確保しているので、オフガス排出口524に着火源が直接入り込まないようにできる。このため、オフガス排出口524からの排ガス(水素オフガス)の着火回避の信頼性を、既述した水素希釈器424等による水素濃度低減と相まって、より一層高めることができる。加えて、タイヤ跳ねした小石等は、プロテクタ536に衝突するものの、オフガス排出口524や拡散板530には達しない。よって、飛び石等による流路損傷を回避できる。   Further, since the off-gas discharge port 524 and the diffusion plate 530 are covered with the porous protector 536 and the above-described separation distance is secured, the ignition source can be prevented from directly entering the off-gas discharge port 524. . For this reason, the reliability of avoiding the ignition of the exhaust gas (hydrogen offgas) from the offgas discharge port 524 can be further enhanced in combination with the hydrogen concentration reduction by the hydrogen diluter 424 described above. In addition, pebbles and the like that have bounced off the tire collide with the protector 536, but do not reach the off-gas exhaust port 524 or the diffusion plate 530. Therefore, the flow path damage due to stepping stones can be avoided.

なお、上記した実施例では、拡散板530とプロテクタ536とを併用した場合について説明したが、拡散板530のみ、或いはプロテクタ536のみを有するよう構成することもできる。また、プロテクタ536にあっては、メッシュ状のものを所定形状に成形しバンパ等に設置することもできる。   In the above-described embodiment, the case where the diffusion plate 530 and the protector 536 are used together has been described. However, the diffusion plate 530 alone or the protector 536 may be provided. Moreover, in the protector 536, a mesh-shaped thing can also be shape | molded into a predetermined shape, and can also be installed in a bumper etc.

C.変形例:
なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
C. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.

上記した第1および第2の実施例では、水素ガスの供給源として水素吸蔵合金タンク200や高圧水素ガスタンク300を用いた燃料電池システムに対して、本発明を適用していた。しかし、本発明はこれらに限定されるものではなく、水素ガスの供給源として、原燃料を改質して水素ガスを生成する改質器などを用いた燃料電池システムに対しても、適用することができる。   In the first and second embodiments described above, the present invention is applied to the fuel cell system using the hydrogen storage alloy tank 200 and the high-pressure hydrogen gas tank 300 as the hydrogen gas supply source. However, the present invention is not limited to these, and can also be applied to a fuel cell system using a reformer that reforms raw fuel to generate hydrogen gas as a hydrogen gas supply source. be able to.

また、上記した第1および第2の実施例では、燃料電池100から排出された水素オフガスを本流流路401に戻して、水素ガスを循環させているが、本発明はこのような水素ガスを循環させるタイプの燃料電池システムに限定されるものではなく、水素ガスを循環させることなく、燃料電池100から排出された水素オフガスを、そのまま、大気中に排出させるタイプの燃料電池システムにも適用することができる。   In the first and second embodiments described above, the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 100 is returned to the main flow path 401 to circulate the hydrogen gas. The present invention is not limited to a circulated type fuel cell system, and is also applied to a type of fuel cell system in which hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 100 is discharged into the atmosphere as it is without circulating hydrogen gas. be able to.

また、第2の実施例で説明したコンバスタ510を、第3の実施例で説明した下流流路407aと酸素オフガス排出流路503の合流点下流に設けて、水素希釈器424による水素濃度低減と、コンバスタ510による触媒反応を介した水素濃度低減とを併用することもできる。   Further, the combustor 510 described in the second embodiment is provided downstream of the junction of the downstream flow path 407a and the oxygen off-gas discharge flow path 503 described in the third embodiment, so that the hydrogen concentration can be reduced by the hydrogen diluter 424. The hydrogen concentration reduction through the catalytic reaction by the combustor 510 can be used in combination.

また、第3の実施例において、リリーフ流路430、409を、その末端において酸素オフガス排出流路503に合流させたり、上記の各リリーフ流路に水素希釈器424を設けて酸素オフガスで水素ガス(リリーフガス)を混合・希釈するようにすることもできる。   Further, in the third embodiment, the relief flow paths 430 and 409 are joined to the oxygen off-gas discharge flow path 503 at the ends thereof, or a hydrogen diluter 424 is provided in each relief flow path to provide hydrogen gas with oxygen off-gas. (Relief gas) can be mixed and diluted.

また、第3の実施例で説明した拡散板530をリリーフ流路430、409の末端に設けて、当該流路を排出される水素ガスを四方に拡散させ、希釈するようにすることもできる。なお、この拡散板530を第1、第2の実施例で説明した酸素オフガス排出流路503の末端に設けることもできる。   Further, the diffusion plate 530 described in the third embodiment may be provided at the end of the relief flow paths 430 and 409 so that the hydrogen gas discharged from the flow paths is diffused in all directions and diluted. The diffusion plate 530 can be provided at the end of the oxygen off-gas discharge channel 503 described in the first and second embodiments.

また、第3の実施例で説明した拡散板530は、酸素オフガス排出流路503の末端側への設置に限られるものではなく、拡散板530を車体側(例えば、バンパーや車体フレーム、プロテクタ536等)に設置して、酸素オフガス排出流路503のオフガス排出口524と対向するようにすることもできる。   Further, the diffusion plate 530 described in the third embodiment is not limited to the installation on the end side of the oxygen off-gas discharge channel 503, and the diffusion plate 530 is disposed on the vehicle body side (for example, bumper, vehicle body frame, protector 536). Etc.) so as to face the off-gas discharge port 524 of the oxygen off-gas discharge channel 503.

また、第3の実施例において、水素希釈器424を、白金触媒512の層が内表面に形成された混合室424aを有するものとすることもできる。こうすれば、水素希釈器424では、酸素オフガスとの混合と触媒反応による水素除去とを同時に起こすことができるので、水素濃度低減の確実化を図ることができる。   In the third embodiment, the hydrogen diluter 424 may include a mixing chamber 424a having a platinum catalyst 512 layer formed on the inner surface. In this way, in the hydrogen diluter 424, the mixing with the oxygen off-gas and the hydrogen removal by the catalytic reaction can occur simultaneously, so that the reduction of the hydrogen concentration can be ensured.

また、第3の実施例において、拡散板530を酸素オフガス排出流路503末端のオフガス排出口524に対向させたものとしたが次のように変形することもできる。図11は変形例の酸素オフガス排出流路503と拡散板530を説明する説明図である。   In the third embodiment, the diffusion plate 530 is opposed to the off-gas discharge port 524 at the end of the oxygen off-gas discharge channel 503. However, the diffusion plate 530 can be modified as follows. FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a modified example of the oxygen off-gas discharge channel 503 and the diffusion plate 530.

図11に示すように、酸素オフガス排出流路503は、オフガス排出口524をラッパ状に拡張して有する。そして、拡散板530は、凸状の円錐形状・円錐台形状のものとされ、オフガス排出口524の開口内部或いは開口外部に設置されている。こうしても、排出ガスの四方への拡散を通して排ガス(水素オフガス)の希釈化、速やかな水素濃度低減を図ることができる。この場合は、オフガス排出口524がラッパ状に拡張していることから、より一層のガス拡散を図ることができる。なお、図11に示すように、オフガス排出口524の開口縁の外側に筒状体531を配置すれば、オフガス排出口524からのガス排出に伴って、筒状体531とオフガス排出口524開口縁との間から周辺の大気が、オフガス排出口524からの排出ガス流に入り込むようにできる。よって、大気との接触が強制的に行われ、その分、水素の希釈化が進み好ましい。   As shown in FIG. 11, the oxygen off-gas discharge channel 503 has an off-gas discharge port 524 extended in a trumpet shape. The diffusion plate 530 has a convex conical shape / conical truncated cone shape, and is disposed inside or outside the opening of the off-gas discharge port 524. Even in this case, it is possible to dilute the exhaust gas (hydrogen off-gas) and quickly reduce the hydrogen concentration through the diffusion of the exhaust gas in all directions. In this case, since the off-gas discharge port 524 is expanded in a trumpet shape, further gas diffusion can be achieved. As shown in FIG. 11, if the cylindrical body 531 is disposed outside the opening edge of the off-gas discharge port 524, the cylindrical body 531 and the off-gas discharge port 524 are opened along with the gas discharge from the off-gas discharge port 524. The ambient air from between the edges can enter the exhaust gas flow from the off-gas outlet 524. Therefore, the contact with the atmosphere is forcibly performed, and hydrogen dilution progresses accordingly, which is preferable.

また、第3の実施例では、水素希釈器424への酸素オフガス導入を図7に示すように酸素オフガス排出流路503からの分流で行ったが、ポンプ等を用いて強制的に酸素オフガスを導入することもできる。こうすれば、水素希釈器424での水素オフガス希釈が強制的に進行し、好ましい。   Further, in the third embodiment, the oxygen off gas is introduced into the hydrogen diluter 424 by a diversion from the oxygen off gas discharge channel 503 as shown in FIG. 7, but the oxygen off gas is forcibly used by using a pump or the like. It can also be introduced. This is preferable because the hydrogen off-gas dilution in the hydrogen diluter 424 is forced to proceed.

更に、第1の実施例におけるバッファ413を次のように変形することもできる。図12は変形例のバッファ413を説明するための説明図である。図示するように、変形例のバッファ413は、その側壁が蛇腹状とされており、通常は蛇腹が畳まれた形状を採り、蛇腹が伸びると自身の弾性力による元の形状に復帰するようにされている。従って、このようなバッファ413にシャットバルブ414からの水素オフガスが流入すると(バルブオンオフによる間欠流入)、バッファ413は図中二点鎖線で示すようにガス流入により蛇腹形状を延ばして容積増加を起こし、水素オフガスを滞留させる。そして、このバッファ413は、弾性力による形状復帰に伴って滞留済みの水素オフガスを下流の混合部411に混入させるので、混合部411では水素オフガスを酸素オフガスで確実に希釈化させることができる。   Furthermore, the buffer 413 in the first embodiment can be modified as follows. FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining a buffer 413 according to a modification. As shown in the figure, the buffer 413 of the modified example has a bellows-like side wall, and usually takes a shape in which the bellows is folded, and when the bellows extends, it returns to its original shape due to its own elastic force. Has been. Therefore, when hydrogen off gas from the shut valve 414 flows into such a buffer 413 (intermittent inflow due to valve on / off), the buffer 413 extends its bellows shape by gas inflow as shown by a two-dot chain line in the figure, and causes an increase in volume. The hydrogen off gas is retained. And since this buffer 413 mixes the hydrogen off gas which has been retained with the shape recovery by the elastic force into the downstream mixing unit 411, the mixing unit 411 can reliably dilute the hydrogen off gas with the oxygen off gas.

この蛇腹状のバッファ413は、自身の弾性力により元の形状に復帰するようにしたが、バネやアクチュエータ等により元の形状に復帰するようにすることもできる。   Although the bellows-like buffer 413 is restored to its original shape by its own elastic force, it can be restored to its original shape by a spring, an actuator, or the like.

50…制御部
100…燃料電池
102…シャットバルブ
104…シャットバルブ
200…水素吸蔵合金タンク
202…シャットバルブ
300…高圧水素ガスタンク
302…シャットバルブ
304…放出マニュアルバルブ
306…逆止弁
308…充填マニュアルバルブ
400…圧力センサ
401…本流流路
402…シャットバルブ
403…循環流路
404…減圧バルブ
405…バイパス流路
406…気液分離器
407…排出流路
408…シャットバルブ
409…リリーフ流路
410…ポンプ
411…混合部
412…シャットバルブ
413…バッファ
414…シャットバルブ
416…リリーフバルブ
418…減圧バルブ
420…熱交換器
422…減圧バルブ
424…水素希釈器
425…気液分離器
426…逆止弁
427…リークチェック流路
428…リークチェックボート
429…水素ガス供給ポート
430…リリーフ流路
432…供給流路
501…酸化ガス供給流路
502…エアクリーナ
503…酸素オフガス排出流路
504…コンプレッサ
505…酸素オフガス分岐導入流路
506…加湿器
508…気液分離器
509…調圧弁
510…コンバスタ
512…白金触媒
520…気液分離器
522…マフラ
524…オフガス排出口
530…拡散板
532…支持腕
536…プロテクタ
601…水循環流路
602…ポンプ
604…加湿水タンク
606…ポンプ
608…インジェクタ
B…後部バンパ
BS…バンパスカート部
S…車体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 ... Control part 100 ... Fuel cell 102 ... Shut valve 104 ... Shut valve 200 ... Hydrogen storage alloy tank 202 ... Shut valve 300 ... High pressure hydrogen gas tank 302 ... Shut valve 304 ... Release manual valve 306 ... Check valve 308 ... Filling manual valve DESCRIPTION OF SYMBOLS 400 ... Pressure sensor 401 ... Main flow path 402 ... Shut valve 403 ... Circulation flow path 404 ... Pressure-reduction valve 405 ... Bypass flow path 406 ... Gas-liquid separator 407 ... Discharge flow path 408 ... Shut valve 409 ... Relief flow path 410 ... Pump 411 ... Mixing section 412 ... Shut valve 413 ... Buffer 414 ... Shut valve 416 ... Relief valve 418 ... Pressure reducing valve 420 ... Heat exchanger 422 ... Pressure reducing valve 424 ... Hydrogen diluter 425 ... Gas-liquid separator 426 ... Check valve 427 ... Check channel 428 ... Leak check boat 429 ... Hydrogen gas supply port 430 ... Relief channel 432 ... Supply channel 501 ... Oxidation gas supply channel 502 ... Air cleaner 503 ... Oxygen off gas discharge channel 504 ... Compressor 505 ... Oxygen off gas branch introduction Flow path 506 ... Humidifier 508 ... Gas-liquid separator 509 ... Pressure regulator 510 ... Combustor 512 ... Platinum catalyst 520 ... Gas-liquid separator 522 ... Muffler 524 ... Off-gas outlet 530 ... Diffusion plate 532 ... Support arm 536 ... Protector 601 ... Water circulation flow path 602 ... Pump 604 ... Humidified water tank 606 ... Pump 608 ... Injector B ... Rear bumper BS ... Bumpers cart part S ... Vehicle body

Claims (40)

水素ガスと酸化ガスの供給を受け、これら水素ガスと酸化ガスを使用して電力を発生すると共に、使用済みの水素オフガスと酸素オフガスを排出する燃料電池を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記燃料電池の水素オフガス排出口とつながり、排出された前記水素オフガスを流す第1の流路と、
前記燃料電池の酸素オフガス排出口とつながり、排出された前記酸素オフガスを流す第2の流路と、
排出された前記水素オフガスと排出された前記酸素オフガスとを、前記第1の流路と前記第2の流路からそれぞれ導き、前記水素オフガスに前記酸素オフガスを混合する混合部と、
該混合部とつながり、混合された混合ガスを流して前記水素オフガスを大気中に排出する第3の流路と、
を備える車載用燃料電池システム。
In-vehicle fuel installed in a vehicle that is supplied with hydrogen gas and oxidant gas, and that uses these hydrogen gas and oxidant gas to generate electric power and has a fuel cell that discharges used hydrogen off-gas and oxygen off-gas. A battery system,
A first flow path connected to a hydrogen off-gas discharge port of the fuel cell and flowing the discharged hydrogen off-gas;
A second flow path connected to the oxygen off-gas discharge port of the fuel cell and flowing the discharged oxygen off-gas;
A mixing unit for guiding the discharged hydrogen offgas and the discharged oxygen offgas from the first flow path and the second flow path, respectively, and mixing the oxygen off gas with the hydrogen off gas;
A third flow path connected to the mixing section, for flowing the mixed gas and discharging the hydrogen off-gas into the atmosphere;
An in-vehicle fuel cell system comprising:
請求項1に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記混合部は、
オフガスを導くための前記第1、第2の流路に比して容積が拡大するよう形成されている車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 1,
The mixing unit includes:
A vehicle-mounted fuel cell system formed to have a volume larger than that of the first and second flow paths for guiding off-gas.
請求項2に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記混合部は、
ジグザグ状とされたガス流路を有する車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 2,
The mixing unit includes:
An in-vehicle fuel cell system having a zigzag gas flow path.
請求項1ないし請求項3いずれかに記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記混合部は、
前記第2の流路から分岐して、前記酸素オフガスを前記第2の流路から分流して導入する酸素オフガス分岐導入流路と、
該酸素オフガス分岐導入流路と前記第1の流路とつながり、前記水素オフガスと前記酸素オフガスとを混合した上で前記第3の流路に流すよう容積が拡大した混合室とを備え、
前記第2の流路は、
前記酸素オフガス分岐導入流路の分岐箇所より下流において前記第3の流路に合流する車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
The mixing unit includes:
An oxygen off-gas branch introduction flow channel that branches off from the second flow channel and introduces the oxygen off-gas by diverting from the second flow channel;
The oxygen off-gas branch introduction flow path and the first flow path are connected, and the hydrogen off-gas and the oxygen off-gas are mixed, and then the mixing chamber is expanded in volume so as to flow into the third flow path.
The second flow path is
A vehicle-mounted fuel cell system that merges with the third flow path downstream from a branch point of the oxygen off-gas branch introduction flow path.
請求項4に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記第2の流路は、前記分岐箇所と前記第3の流路への合流箇所の間に、通過する流体の圧力損失を発生させる圧損部材を有する車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 4,
The in-vehicle fuel cell system, wherein the second flow path includes a pressure loss member that generates a pressure loss of the fluid passing between the branch point and the merge point with the third flow path.
請求項5に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記圧損部材はマフラとされている車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 5,
The in-vehicle fuel cell system, wherein the pressure loss member is a muffler.
請求項1ないし請求項6いずれかに記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記混合部の前記混合ガスの通過流路中に配置され、混合された前記ガスに含まれる水素と酸素を、触媒を用いて反応させ、前記ガス中の水素濃度を低減させる触媒反応部をさらに備える車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to any one of claims 1 to 6,
A catalytic reaction unit disposed in a passage of the mixed gas in the mixing unit and reacting hydrogen and oxygen contained in the mixed gas with a catalyst to reduce a hydrogen concentration in the gas; In-vehicle fuel cell system provided.
請求項7に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記触媒反応部は、前記混合部の内表面に形成された触媒層とされている車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 7,
The in-vehicle fuel cell system, wherein the catalyst reaction part is a catalyst layer formed on the inner surface of the mixing part.
請求項1ないし請求項6に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記混合部以降の前記混合ガスの通過流路中に配置され、混合された前記ガスに含まれる水素と酸素を、触媒を用いて反応させ、前記ガス中の水素濃度を低減させる触媒反応部をさらに備える車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to any one of claims 1 to 6,
A catalytic reaction unit arranged in a passage for the mixed gas after the mixing unit and reacting hydrogen and oxygen contained in the mixed gas with a catalyst to reduce a hydrogen concentration in the gas; An in-vehicle fuel cell system further provided.
請求項7ないし請求項9いずれかに記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記触媒反応部に到るガスの流路中に、前記ガスに含まれる水分のうちの液体分を除去する気液分離器をさらに備える車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to any one of claims 7 to 9,
An in-vehicle fuel cell system further comprising a gas-liquid separator that removes a liquid component of moisture contained in the gas in a gas flow path to the catalyst reaction section.
請求項1ないし請求項10いずれかに記載の車載用燃料電池システムにおいて、
更に、
水素ガス供給源から前記燃料電池に水素ガスを供給する水素ガス流路と、
該水素ガス流路から分岐し、前記水素ガス流路の圧力異常時に前記水素ガスを前記水素ガス流路から排出するリリーフ流路とを備え、
該リリーフ流路を流れる水素ガスを前記第2の流路を流れる前記酸素オフガスで混合・希釈する車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to any one of claims 1 to 10,
Furthermore,
A hydrogen gas flow path for supplying hydrogen gas from a hydrogen gas supply source to the fuel cell;
A relief passage that branches off from the hydrogen gas passage and discharges the hydrogen gas from the hydrogen gas passage when the pressure of the hydrogen gas passage is abnormal.
A vehicle-mounted fuel cell system that mixes and dilutes hydrogen gas flowing through the relief flow path with the oxygen off-gas flowing through the second flow path.
請求項11に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記リリーフ流路は前記第2の流路と合流している車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 11,
The in-vehicle fuel cell system, wherein the relief flow path merges with the second flow path.
請求項11に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記リリーフ流路に、混合ガスに含まれる水素と酸素を触媒を用いて反応させ、ガス中の水素濃度を低減させる触媒反応部を設け、該触媒反応部に前記第2の流路を流れる前記酸素オフガスを導く車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 11,
The relief flow path is provided with a catalyst reaction section that reacts hydrogen and oxygen contained in the mixed gas with a catalyst to reduce the hydrogen concentration in the gas, and the catalyst reaction section flows through the second flow path. In-vehicle fuel cell system that guides oxygen off-gas.
請求項1ないし請求項13いずれかに記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記第1の流路中に配置され、開閉により前記混合部への前記水素オフガスの通過・遮断が可能なバルブをさらに備える車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to any one of claims 1 to 13,
An in-vehicle fuel cell system further comprising a valve disposed in the first flow path and capable of passing and blocking the hydrogen off-gas to and from the mixing unit by opening and closing.
請求項14に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の水素ガス供給口とつながり、供給される前記水素ガスを流す第4の流路と、
前記第1の流路中における前記燃料電池の排出口と前記バルブとの間の第1の箇所と、前記第4の流路中における第2の箇所と、の間をつなぎ、前記燃料電池から排出された前記水素オフガスを流し、前記第4の流路に戻す第5の流路と、
をさらに備える車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 14,
A fourth flow path connected to the hydrogen gas supply port of the fuel cell and flowing the supplied hydrogen gas;
Connecting the first location between the outlet of the fuel cell and the valve in the first flow path and the second location in the fourth flow path, from the fuel cell; A fifth flow path for flowing the discharged hydrogen off-gas and returning it to the fourth flow path;
An in-vehicle fuel cell system further comprising:
請求項14または請求項15に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の酸化ガス供給口とつながり、供給される前記酸化ガスを流す第6の流路と、
前記第2の流路中または前記第6の流路中に配置され、排出される前記酸素オフガスの流量を変化させることが可能な流量可変部と、
前記バルブと前記流量可変部を制御する制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記バルブを開く際には、前記流量可変部によって、排出される前記酸素オフガスの流量を、所定流量より増加させることを特徴とする車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 14 or 15,
A sixth flow path connected to the oxidizing gas supply port of the fuel cell and flowing the supplied oxidizing gas;
A flow rate variable unit arranged in the second flow path or the sixth flow path and capable of changing a flow rate of the discharged oxygen off-gas;
A control unit for controlling the valve and the flow rate variable unit;
Further comprising
The controller is configured to increase the flow rate of the oxygen off-gas discharged by the flow rate variable unit from a predetermined flow rate when the valve is opened.
請求項14または請求項15に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の酸化ガス供給口とつながり、供給される前記酸化ガスを流す第6の流路と、
前記第2の流路中または前記第6の流路中に配置され、排出される前記酸素オフガスの流量を変化させることが可能な流量可変部と、
前記バルブと前記流量可変部を制御する制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記流量可変部によって、排出される前記酸素オフガスの流量が、所定流量を超えている場合に、前記バルブを開くことを特徴とする車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 14 or 15,
A sixth flow path connected to the oxidizing gas supply port of the fuel cell and flowing the supplied oxidizing gas;
A flow rate variable unit arranged in the second flow path or the sixth flow path and capable of changing a flow rate of the discharged oxygen off-gas;
A control unit for controlling the valve and the flow rate variable unit;
Further comprising
The in-vehicle fuel cell system, wherein the control unit opens the valve when the flow rate of the oxygen off gas discharged by the flow rate variable unit exceeds a predetermined flow rate.
請求項14または請求項15に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記バルブを制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、排出された前記酸素オフガスを前記混合部に送る際、前記バルブに、比較的短い周期で開閉を繰り返させることを特徴とする車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 14 or 15,
A control unit for controlling the valve;
The control unit causes the valve to repeatedly open and close at a relatively short period when sending the discharged oxygen off gas to the mixing unit.
請求項14または請求項15に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記第1の流路中における前記バルブと前記混合部との間に配置され、前記バルブより流入される前記水素オフガスを、その流量を低減させて前記混合部に送出する流量低減部をさらに備える車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 14 or 15,
The apparatus further includes a flow rate reduction unit that is disposed between the valve and the mixing unit in the first flow path, and sends the hydrogen off-gas flowing from the valve to the mixing unit while reducing the flow rate thereof. In-vehicle fuel cell system.
請求項19に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記流量低減部は、前記水素オフガスの流入口と流出口との中間部に容積が大きくなった中空部を備え、前記バルブより流入した前記水素オフガスを前記中空部に滞留させてから排出することで、前記バルブより流入される前記水素オフガスを、その流量を低減させて前記混合部に送出する車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 19,
The flow rate reducing portion includes a hollow portion having a large volume at an intermediate portion between the inlet and outlet of the hydrogen off gas, and the hydrogen off gas flowing in from the valve is retained in the hollow portion and then discharged. An on-vehicle fuel cell system that sends the hydrogen off-gas flowing in from the valve to the mixing unit while reducing the flow rate thereof.
請求項20に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記流量低減部は、前記流出口の口径より絞られた口径の前記流出口を有する車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 20,
The flow rate reducing unit is an in-vehicle fuel cell system having the outlet having a diameter narrowed from the diameter of the outlet.
請求項19または請求項20に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記流量低減部の前記中空部は、容積可変とされている車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 19 or 20,
The hollow part of the flow rate reducing part is an in-vehicle fuel cell system having a variable volume.
請求項22に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記流量低減部の前記中空部は、前記バルブからの前記水素オフガスの流入時に、容積増加を起こす車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 22,
The hollow part of the flow rate reduction part is a vehicle-mounted fuel cell system that causes an increase in volume when the hydrogen off-gas flows from the valve.
請求項1ないし請求項23いずれかに記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記第3の流路の末端に、該流路の末端開口から流れ出るガス流を開口径方向に拡散する拡散部材を有する車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to any one of claims 1 to 23,
A vehicle-mounted fuel cell system having a diffusion member that diffuses a gas flow flowing out from an end opening of the flow path in an opening radial direction at an end of the third flow path.
水素ガスと酸化ガスの供給を受け、これら水素ガスと酸化ガスを使用して電力を発生すると共に、使用済みの水素オフガスと酸素オフガスを排出する燃料電池を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素オフガスまたはこのオフガスを含むガスの大気中への排出を図る流路の末端に、該流路の末端開口から流れ出るガス流を開口径方向に拡散する拡散部材を有する車載用燃料電池システム。
In-vehicle fuel installed in a vehicle that is supplied with hydrogen gas and oxidant gas, and that uses these hydrogen gas and oxidant gas to generate electric power and has a fuel cell that discharges used hydrogen off-gas and oxygen off-gas. A battery system,
A vehicle-mounted fuel cell system having a diffusion member for diffusing a gas flow flowing out from an end opening of the flow path in an opening radial direction at the end of a flow path for discharging the hydrogen off gas or a gas containing the off gas into the atmosphere.
請求項24または請求項25に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記拡散部材は、前記流路末端と所定の距離を隔てて対向するよう設置されている車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 24 or claim 25,
The in-vehicle fuel cell system, wherein the diffusing member is disposed to face the flow path end with a predetermined distance.
請求項26に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記拡散部材は、斜面状の側面を有する錐形状を有する車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 26,
The diffusion member is an in-vehicle fuel cell system having a conical shape having a sloped side surface.
請求項24ないし請求項27いずれかに記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記拡散部材は、前記流路末端と車両の車体側のいずれかに設置されている車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to any one of claims 24 to 27,
The in-vehicle fuel cell system, wherein the diffusion member is installed either on the end of the flow path or on the vehicle body side of the vehicle.
請求項24または請求項25に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記流路の末端を前記拡散部材を含んで所定の距離を隔てて覆うよう遮蔽部材を備え、該遮蔽部材は、前記流路の末端からの排出ガスを排出させる孔を有する車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to claim 24 or claim 25,
A vehicle-mounted fuel cell system comprising a shielding member that covers the end of the flow path including the diffusion member at a predetermined distance, and the shielding member has a hole for discharging exhaust gas from the end of the flow path .
請求項1ないし請求項23いずれかに記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記第3の流路の末端に、該末端を所定の距離を隔てて覆うよう遮蔽部材を備え、該遮蔽部材は、前記第3の流路の末端からの排出ガスを排出させる孔を有する車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to any one of claims 1 to 23,
A vehicle-mounted vehicle having a shielding member at the end of the third flow path so as to cover the end with a predetermined distance, and the shielding member has a hole for discharging exhaust gas from the end of the third flow path. Fuel cell system.
水素ガスと酸化ガスの供給を受け、これら水素ガスと酸化ガスを使用して電力を発生すると共に、使用済みの水素オフガスと酸素オフガスを排出する燃料電池を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素オフガスまたはこのオフガスを含むガスの大気中への排出を図る流路の末端に、該末端を所定の距離を隔てて覆うよう遮蔽部材を備え、該遮蔽部材は、前記第3の流路の末端からの排出ガスを排出させる孔を有する車載用燃料電池システム。
In-vehicle fuel installed in a vehicle that is supplied with hydrogen gas and oxidant gas, and that uses these hydrogen gas and oxidant gas to generate electric power and has a fuel cell that discharges used hydrogen off-gas and oxygen off-gas. A battery system,
A shielding member is provided at the end of the flow path for discharging the hydrogen off gas or the gas containing this off gas to the atmosphere, and covers the end with a predetermined distance, and the shielding member includes the third flow path. Vehicle-mounted fuel cell system having a hole for discharging exhaust gas from the end of the vehicle.
請求項29ないし請求項31いずれかに記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記遮蔽部材は、バンパに設置されている車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to any one of claims 29 to 31,
The shielding member is an in-vehicle fuel cell system installed in a bumper.
請求項29ないし請求項32いずれかに記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記遮蔽部材は、メッシュ状或いは多孔パンチ状とされている車載用燃料電池システム。
The in-vehicle fuel cell system according to any one of claims 29 to 32,
The in-vehicle fuel cell system, wherein the shielding member has a mesh shape or a porous punch shape.
水素ガスと酸化ガスの供給を受け、これら水素ガスと酸化ガスを使用して電力を発生すると共に、使用済みの水素オフガスと酸素オフガスを排出する燃料電池において、排出される前記水素オフガスを大気中に排出する水素オフガス排出方法であって、
(a)前記燃料電池より排出された前記水素オフガスを、排出された前記酸素オフガスと混合する工程と、
(b)混合された前記ガスを大気中に排出する工程と、
を備える水素オフガス排出方法。
In a fuel cell that receives supply of hydrogen gas and oxidizing gas, generates power using these hydrogen gas and oxidizing gas, and exhausts used hydrogen off-gas and oxygen off-gas, the discharged hydrogen off-gas is discharged into the atmosphere. A hydrogen off-gas discharge method
(A) mixing the hydrogen offgas discharged from the fuel cell with the discharged oxygen offgas;
(B) discharging the mixed gas into the atmosphere;
A method for discharging hydrogen off-gas.
請求項34に記載の水素オフガス排出方法において、
前記工程(a)は、
前記燃料電池より排出された前記水素オフガスを、該オフガスを流す第1の流路から、容積が拡大した混合室に導入する工程(a1)と、
前記燃料電池より排出された前記酸素オフガスを該オフガスを流す第2の流路から分岐した分岐流路から、前記混合室に導入する工程(a2)と、
前記混合室で混合された前記ガスを、前記混合室につながった第3の流路に排出する工程とを含み、
前記工程(b)は、
前記第2の流路における前記分岐流路の分岐箇所より下流において、前記第2の流路を前記第3の流路に合流して前記ガスを大気中に排出する工程を含む水素オフガス排出方法。
The hydrogen off-gas discharge method according to claim 34,
The step (a)
Introducing the hydrogen offgas discharged from the fuel cell from the first flow path through which the offgas flows into a mixing chamber having an enlarged volume (a1);
Introducing the oxygen off-gas discharged from the fuel cell into the mixing chamber from a branch channel branched from a second channel through which the off-gas flows;
Discharging the gas mixed in the mixing chamber to a third flow path connected to the mixing chamber,
The step (b)
A hydrogen off-gas discharge method comprising a step of joining the second flow path to the third flow path and discharging the gas to the atmosphere downstream from a branching point of the branch flow path in the second flow path .
請求項34に記載の水素オフガス排出方法において、
前記工程(b)は、
混合された前記ガスに含まれる水素と酸素を、触媒を用いて反応させ、前記ガス中の水素濃度を低減させる工程と、
水素濃度の低減された前記ガスを大気中に排出する工程と、
を含む水素オフガス排出方法。
The hydrogen off-gas discharge method according to claim 34,
The step (b)
Reacting hydrogen and oxygen contained in the mixed gas with a catalyst to reduce the hydrogen concentration in the gas;
Discharging the gas with reduced hydrogen concentration into the atmosphere;
A hydrogen off-gas discharge method including:
請求項34または請求項36に記載の水素オフガス排出方法において、
前記工程(a)は、
前記水素オフガスを前記酸素オフガスに混合する際に、前記燃料電池より排出される前記酸素オフガスの流量を、所定流量より増加させる工程を含む水素オフガス排出方法。
The hydrogen off-gas discharge method according to claim 34 or claim 36,
The step (a)
A hydrogen off-gas exhausting method including a step of increasing a flow rate of the oxygen off-gas discharged from the fuel cell from a predetermined flow rate when the hydrogen off-gas is mixed with the oxygen off-gas.
請求項34または請求項36に記載の水素オフガス排出方法において、
前記工程(a)は、
前記燃料電池より排出される前記酸素オフガスの流量が、所定流量を超えている場合に、前記水素オフガスを前記酸素オフガスに混合する工程を含む水素オフガス排出方法。
The hydrogen off-gas discharge method according to claim 34 or claim 36,
The step (a)
A hydrogen off-gas discharge method comprising a step of mixing the hydrogen off-gas with the oxygen off-gas when the flow rate of the oxygen off-gas discharged from the fuel cell exceeds a predetermined flow rate.
請求項34または請求項36に記載の水素オフガス排出方法において、
前記工程(a)は、
前記水素オフガスを、比較的短い周期の離散的なタイミングで、前記酸素オフガスに混合する工程を含む水素オフガス排出方法。
The hydrogen off-gas discharge method according to claim 34 or claim 36,
The step (a)
A method for discharging hydrogen offgas, comprising the step of mixing the hydrogen offgas with the oxygen offgas at discrete timings having a relatively short period.
請求項34または請求項36に記載の水素オフガス排出方法において、
前記工程(a)は、
前記燃料電池より排出される前記水素オフガスの流量を低減させる工程と、
流量の低減された前記水素オフガスを、前記酸素オフガスに混合する工程と、
を含む水素オフガス排出方法。
The hydrogen off-gas discharge method according to claim 34 or claim 36,
The step (a)
Reducing the flow rate of the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell;
Mixing the hydrogen off-gas having a reduced flow rate with the oxygen off-gas;
A hydrogen off-gas discharge method including:
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