JP2011249030A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池から排出された水を溜めるためのタンクを無くして小型化することができる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】排出管４１は、排出管４１の内径よりも小径をなし、混合ガスと共に水を通過させることで霧化水とするオリフィス孔４５を備えている。オリフィス孔４５の上流端には、オリフィス孔４５の上流端から下流端までの内径が徐々に拡径するように傾斜して形成されることにより上流端尖端縁４５ａが形成される。また、排出管４１は、オリフィス部４４よりも下流側に、排出管４１内での混合ガスの流通方向を屈曲させ、且つ排出管４１の出口４３ｅを上方に開口させるように屈曲形成された屈曲部４７ｂを有するマフラー４６が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

近年、排気ガスによる地球温暖化の抑制のために動力源として電気を用いた電気自動車や、低燃費や排気ガス削減のため、始動時や低速域ではモータで駆動輪を駆動し、中高速域ではエンジン（内燃機関）で駆動輪を駆動する所謂ハイブリッド車が実用化されている。また、電源として、バッテリではなく、燃料電池を使用する電気自動車（燃料電池車）も一部実用化されている。

燃料電池車に搭載されている燃料電池システムでは、燃料電池に水素と空気（酸素）とを供給して電気化学反応によって起電力を発生させており、水素と酸素との反応によって水が生成されるため、排気には多量の水が含まれる。排気に含まれる水は例えば気液分離器で分離されるとともに、水を除いた排気（空気オフガス）は排気路から排出され、水は例えば外部排気弁を介して外部に排出されるようになっている。

屋外を走行する車両の場合は、水は少しずつであれば走行中に排出しても差し支えないが、多量に排出されると路面等が水浸しになる等して好ましくない。また、屋内作業用車両や構内において屋内と屋外とを往復して作業を行うフォークリフトのような車両の場合は、水が屋内で排出されると床（フロア）が水で濡れてしまい好ましくない。そこで、燃料電池で生成された水を霧化させるとともに、霧化された水を大気に排出することが考えられる（例えば特許文献１参照）。

特許文献１の生成水排出装置は、燃料電池から排出される空気と生成水との混合体を空気と生成水とに分離する気水分離器（気液分離器）と、この気水分離器により分離された生成水を一時的に貯留する貯留タンク（タンク）と、貯留タンクに貯留された生成水を吸入して生成水を加圧する電動式の排水ポンプとを備えている。さらに、生成水排出装置は、排水ポンプから吐出された生成水を微小ノズルを通過させて噴霧する噴霧器を備えている。そして、排水ポンプにより貯留タンクに貯留された生成水を噴霧器に吐出させ、生成水を微小ノズルを通過させることで霧化させる。その結果、車体の外部に放出された霧化水は大気で拡散されて路面や床が濡れることが抑制される。

特開２００７−１４１４７５号公報

ところで、特許文献１の生成水排出装置では、気水分離器により分離された生成水を霧化させるために、微小ノズルに生成水と空気とが共に通過しないようにしている。このため、特許文献１の生成水排出装置を備えた燃料電池システムでは、気水分離器と噴霧器との間に生成水のみを一時的に貯留可能な貯留タンクを設ける必要があり、燃料電池システムが大型化してしまっていた。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、燃料電池から排出された水を溜めるためのタンクを無くして小型化することができる燃料電池システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、燃料電池と、前記燃料電池から排出されるガス及び水を外部へ排出する排出管と、前記排出管内に設けられるとともに前記排出管の内径よりも小径をなし、少なくとも上流端から下流側に向かうにつれて内径が徐々に拡径する拡径部を有するとともに前記ガスと共に前記水を通過させることで霧化水とするオリフィス孔と、前記拡径部の上流端に形成される上流端尖端縁と、前記霧化水の粒径の大小を選別し、前記ガスに乗せた小粒径の霧化水の排出を許容する粒径選別手段と、前記排出管内における前記オリフィス孔よりも下流側に貯留された水を前記オリフィス孔内に戻すための戻し配管と、を備えたことを要旨とする。

この発明によれば、燃料電池から排出管に排出されたガスに含まれる水は、オリフィス孔よりも上流側において、排出管の内面に付着する等して水滴となって落下する。そして、この水は、ガスの流れによりオリフィス孔に向かって巻き上げられて、上流端尖端縁からオリフィス孔内に向けて膨出するとともに、この膨出した部位が、オリフィス孔を通過しようとする際に急激に流速が上がったガスにより上流端尖端縁で切り飛ばされて霧化され霧化水となる。よって、本発明によれば、オリフィス孔を排出管内に設けることにより、ガスと水とが混合された状態であっても、燃料電池から排出された水を霧化させることができる。したがって、例えば、従来技術のように、燃料電池から排出された水を霧化させるために、気水分離器で分離された生成水をガスと分離して貯留タンクに貯留させる必要がないため、タンクを無くして燃料電池システムを小型化することができる。

また、粒径選別手段により小粒径の霧化水はガスと共に排出される一方で、ガスに乗らない大粒径の霧化水は、排出管から外部へ放出されることが抑制される。そして、大粒径の霧化水は、排出管におけるオリフィス孔よりも下流側で水滴となって落下して貯留されるとともに、貯留された水は、戻し配管を介してオリフィス孔内に戻されることで、オリフィス孔を通過するガスにより再び霧化される。その結果、粒径選別手段及び戻し配管を設けることで、大粒径の霧化水が外部へ放出されることによる不都合の発生を抑制しつつ、排出されなかった霧化水を排出管内に溜め続けることなく、霧化して放出することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記戻し配管の前記オリフィス孔側開口が、前記拡径部の内面と同一面上に位置することで、前記オリフィス孔における前記戻し配管の前記オリフィス孔側開口縁に開口尖端縁が形成され、前記拡径部の拡がり角度は、前記ガスが前記拡径部の内面に沿って流れる角度に設定されていることを要旨とする。

この発明によれば、拡径部の拡がり角度を設定することで、ガスがオリフィス孔の内面から剥離して流れてしまうことを抑制することができる。このため、戻し配管を介してオリフィス孔内に戻された水は、戻し配管の開口尖端縁からオリフィス孔内に向けて膨出すると、オリフィス孔の内面に沿って流れるガスにより開口尖端縁で切り飛ばされて霧化されて霧化水となる。よって、戻し配管から戻される水を霧化させるために、例えば、オリフィス孔内におけるガスの流速が速い流芯にまで戻し用ノズルをオリフィス孔内に延ばす必要がない。よって、戻し用ノズルをオリフィス孔内に延ばす場合と異なり、戻し用ノズルによるガスの流速のばらつきが生じ難くなり、騒音を低減することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記排出管は、前記オリフィス孔よりも下流側に、前記排出管内でのガスの流通方向を屈曲させ、且つ前記排出管の出口を上方に開口させるように屈曲形成された屈曲部を備え、前記粒径選別手段は前記屈曲部であることを要旨とする。

この発明によれば、屈曲部により排出管の出口を上方に向けたため、大粒径の霧化水をより一層排出させ難くすることができる。そして、出口に向かって上昇できない霧化水は、ガスと共に屈曲部の内面に衝突し、この衝突により水滴に戻すことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記燃料電池システムは、屋内用産業車両に搭載されたものであることを要旨とする。
この発明によれば、燃料電池を駆動源として走行あるいは作業を行う屋内用産業車両が、水を霧化させて大気へ排出することができ、屋内で水を垂れ流して床を濡らしてしまうことを抑制することができる。

この発明によれば、燃料電池から排出された水を溜めるためのタンクを無くして小型化することができる。

第１の実施形態におけるフォークリフトの概略側面図。 燃料電池システムの概略構成図。 排出管の一部を拡大して示す拡大断面図。 オリフィス部を拡大して示す拡大断面図。 第２の実施形態における排出管の一部を拡大して示す拡大断面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を屋内用産業車両として使用されるフォークリフトの燃料電池システムに具体化した第１の実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。なお、図１において、「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」は、フォークリフト１０の運転者が車両前方（前進方向）を向いた状態を基準とした場合の「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」を示す。

図１に示すように、屋内用産業車両としてのフォークリフト１０には、車体１１の前部にマスト１２が設けられている。マスト１２にはフォーク１３がリフトブラケット１４を介して昇降可能に装備されるとともに、リフトシリンダ１５の伸縮運動によりフォーク１３がリフトブラケット１４とともに昇降される。車体１１の前下部には駆動輪（前輪）１６が設けられるとともに、駆動輪１６は車軸に装備された差動装置及びギヤ（いずれも図示せず）を介して走行用モータ１７により駆動される。

車体１１の後方には、燃料電池システム１８が搭載されるとともに、燃料電池システム１８はフード１９で覆われている。燃料電池システム１８は、リフトシリンダ１５及びティルトシリンダの油圧源となる油圧モータ（図示せず）及び走行用モータ１７の電源として使用される。

次に、燃料電池システム１８を図２にしたがって説明する。
図２に示すように、燃料電池システム１８は、例えば固体高分子型の燃料電池２０を備えるとともに、燃料電池２０の水素供給ポート（図示せず）には流路２１を介して水素タンク２２が接続されている。また、燃料電池システム１８は、コンプレッサ２３を備えるとともに、コンプレッサ２３は、流路２４を介して加湿器２５に接続されている。加湿器２５は、供給流路２６を介して燃料電池２０の酸素供給ポート（図示せず）に接続されるとともに、流路２７を介してオフガス排出ポート（図示せず）に接続されている。そして、コンプレッサ２３で加圧された空気が加湿器２５で加湿された後、燃料電池２０の酸素供給ポート（図示せず）に供給されるとともに、燃料電池２０のカソード極（図示せず）からのオフガス（カソードオフガス）は流路２７を介して加湿器２５に排出される。

燃料電池２０は、水素タンク２２から供給される水素と、コンプレッサ２３から供給される空気中の酸素とを反応させて直流の電気エネルギー（直流電力）を発生する。流路２１には燃料電池２０へ供給される水素の圧力を調整する調圧弁（図示せず）が設けられている。調圧弁は、水素タンク２２に高圧で貯蔵された水素を所定の圧力まで減圧させて一定圧力で供給する圧力制御弁である。

加湿器２５は排出流路２８を介して希釈器２９に接続されるとともに、排出流路２８には調圧バルブ３０が設けられている。また、燃料電池２０の水素排出ポート（図示せず）はパージガス用配管３１を介して希釈器２９に接続されるとともに、燃料電池２０のアノード極（図示せず）からのオフガス（アノードオフガス）はパージガス用配管３１を介して希釈器２９に排出される。パージガス用配管３１には開閉弁（アノードパージバルブ）３２が設けられている。さらに、希釈器２９には排出管４１が接続されている。

次に、排出管４１について説明する。
図３に示すように、排出管４１は、希釈器２９側となる上流側が金属管４２によって形成されるとともに、金属管４２よりも下流側が樹脂材料からなる筒状の流路形成ブロック４３によって形成されている。流路形成ブロック４３の一端には導入口４３ａが形成されるとともに、金属管４２が接続されている。また、流路形成ブロック４３の他端には出口４３ｅが形成されている。

また、流路形成ブロック４３内において、希釈器２９側にはオリフィス部４４が形成されている。オリフィス部４４は、排出管４１の内周面から排出管４１内に突設されたオリフィス形成部４４ａと、オリフィス形成部４４ａに形成されたオリフィス孔４５とを有する。オリフィス孔４５は、排出管４１の中心軸と同軸上に位置するとともに、排出管４１の内径よりも小径に形成されている。

図４に示すように、オリフィス孔４５は、オリフィス孔４５の上流端から下流端までの内径が徐々に拡径するように傾斜して形成されている。すなわち、本実施形態では、オリフィス孔４５全体が拡径部を形成している。オリフィス孔４５の拡がり角度θは、オリフィス孔４５を流れる混合ガスをオリフィス孔４５の内面に沿って流れることが維持できる角度に設定されている。ここで、オリフィス孔４５の拡がり角度θは、１０°を越えると混合ガスがオリフィス孔４５の内面から剥離してしまい好ましくないため、オリフィス孔４５の拡がり角度θの範囲は、０°〜１０°の範囲に設定されるのが好ましく、６°〜８°の範囲に設定されるのがより好ましい。なお、本実施形態では、オリフィス孔４５の拡がり角度θは８°になっている。また、オリフィス孔４５の上流端には、オリフィス孔４５の上流端から下流端に向かうにつれて内径が徐々に拡径するようにオリフィス孔４５の内面が形成されることにより上流端尖端縁４５ａが形成される。

図３に示すように、排出管４１は、オリフィス部４４よりも下流側に、流路形成ブロック４３によってＬ字状のマフラー４６を備えている。マフラー４６内は、オリフィス孔４５と連通するとともに金属管４２及びオリフィス孔４５内を流れる混合ガスの流通方向（図３に示す矢印Ｘ１の方向）に沿って延びる第１経路部４７ａと、第１経路部４７ａ内を流れる混合ガスの流通方向を屈曲させるべく第１経路部４７ａに対して直交する方向へ屈曲し、上方へ延びる第２経路部４７ｃとを有する。そして、第２経路部４７ｃの先端に設けられた出口４３ｅは上方に向けて開口している。

さらに、マフラー４６において、第１経路部４７ａの下部には、水抜き穴４８が形成されるとともに、この水抜き穴４８には戻し配管４９の基端が接続されている。戻し配管４９の先端（オリフィス孔４５側開口）は、オリフィス形成部４４ａを貫通してオリフィス孔４５の内面と同一面上に位置するように開口している。よって、オリフィス孔４５内とマフラー４６における第１経路部４７ａとは、戻し配管４９を介して連通している。また、オリフィス孔４５における戻し配管４９の先端縁には、戻し配管４９の先端がオリフィス孔４５の内面と同一面上に位置することにより開口尖端縁４９ａが形成される。

次に、上記構成の燃料電池システム１８の作用を説明する。
燃料電池システム１８は、燃料電池２０の稼動時には、水素タンク２２から所定の加圧状態で水素が燃料電池２０のアノード（水素極）に供給される。また、コンプレッサ２３が稼動されて、空気が所定の圧力に加圧されるとともに加湿器２５で加湿されて燃料電池２０のカソード（空気極）に供給される。

アノードに供給された水素は、触媒によって水素イオンと電子とに解離し、水素イオンが電解質膜を通って水と共にカソードへ移動する。カソードでは、カソードに供給された空気中の酸素と、電解質膜中を移動してカソードに達した水素イオンと、外部回路を通ってきた電子とが結合して電力を発生させるとともに水が生成される。そして、調圧バルブ３０が開放されると、カソードで発生した水は水蒸気の状態で未反応の空気とともにカソードオフガスとして加湿器２５に排出され、加湿器２５から排出流路２８を介して希釈器２９に導入される。

カソードの水や窒素の一部が電解質膜をカソード側からアノード側へ逆拡散するため、燃料電池２０が稼動を続けると、アノードの水や窒素の濃度が高くなり、それらの濃度がある程度以上になると、発電効率が低下する。これを防止あるいは抑制するため、例えば、燃料電池２０が所定時間稼動を継続した時点で開閉弁３２が開放されて、アノードに溜まった水分及び窒素が水素ガスと共にパージガス用配管３１へ排出されるアノードパージが行われる。

アノードパージにより燃料電池２０からパージガス用配管３１へ排出されたアノードオフガス（パージガス）は、パージガス用配管３１を介して希釈器２９に導入される。また、アノードオフガスに含まれる水分の一部は、希釈器２９内でアノードオフガスから分離されて排出管４１に流入する。

希釈器２９内では、アノードオフガスはカソードオフガスにより水素濃度が希釈される。そして、カソードオフガスとアノードオフガスとの混合ガスは、排出管４１から希釈器２９外へ排出される。なお、パージガス用配管３１から希釈器２９に排出されなかったアノードオフガスは、アノードパージされない間に膨張、拡散しながら希釈器２９全体に拡散する（拡がる）状態になる。その後、希釈器２９内のアノードオフガスは、カソードオフガスと混合されて混合ガスとして排出管４１に向かう流れとともに排出管４１から希釈器２９外へ排出される。

排出管４１にはオリフィス孔４５が形成されていることで、排出管４１において、オリフィス孔４５内の圧力は、排出管４１内におけるオリフィス部４４の上流側及び下流側の圧力と比べて低くなる。よって、希釈器２９から排出管４１に流入した混合ガスの流速は、オリフィス孔４５を通過しようとする際に急激に上がる。

希釈器２９内でアノードオフガスから分離されて排出管４１に流入した水は、排出管４１のオリフィス部４４よりも上流側で、混合ガスに乗ってオリフィス形成部４４ａにおける上流側端面に衝突して水滴となって落下する。そして、オリフィス部４４よりも上流側に存在する水は、混合ガスの流れによりオリフィス孔４５の上流端尖端縁４５ａに向かって巻き上げられて膨出するとともに、この膨出した部位が、オリフィス孔４５を通過しようとする際に急激に流速が上がった状態の混合ガスにより上流端尖端縁４５ａで切り飛ばされて霧化され霧化水となる。この霧化水は混合ガスとともにオリフィス孔４５を介してマフラー４６内へ流入される。また、混合ガスは、マフラー４６内に流入することで、マフラー４６内で整流されて流れが均一になり、流速のばらつきが抑制されるようになっている。

マフラー４６内に流入された霧化水には、混合ガスの流れに乗って出口４３ｅから大気へ放出される小粒径の霧化水と、混合ガスの流れに乗ることができずに混合ガスの流通方向の先に存在する屈曲部４７ｂの内面に衝突する霧化水とが存在する。ここで、大気へ放出されても問題の無い小粒径の霧化水は混合ガスの流れに乗ることができる一方で、放出されると問題のある大粒径の霧化水は混合ガスの流れに乗ることができないように、混合ガスの流速がマフラー４６の内径により調整されている。なお、「大気へ放出されると問題のある粒径を有する霧化水」とは、排出管４１から大気へ一定の時間継続して放出されると、路面等が水浸しになってしまう霧化水のことをいう。

屈曲部４７ｂの内面に衝突した霧化水は水滴に戻り、屈曲部４７ｂの内面を伝って落下して第１経路部４７ａに溜まる。このため、水が混合ガスと共に出口４３ｅから外部へ放出されることがない。よって、屈曲部４７ｂは、小粒径の霧化水における出口４３ｅからの排出を許容する一方で、大粒径の霧化水は水滴となって落下して出口４３ｅからの排出を阻止するため、屈曲部４７ｂは霧化水の粒径の大小を選別する粒径選別手段として機能する。

さらに、マフラー４６内の圧力はオリフィス孔４５内の圧力に比べて高くなっているため、第１経路部４７ａに貯留された水は、戻し配管４９を介してオリフィス孔４５内に戻される。そして、開口尖端縁４９ａに向かって水が膨出する。ここで、オリフィス孔４５内を流れる混合ガスがオリフィス孔４５の内面に沿うように流れるため、開口尖端縁４９ａに向かって膨出した部位が、オリフィス孔４５内を通過する混合ガスにより開口尖端縁４９ａで切り飛ばされて再び霧化されて霧化水となる。よって、マフラー４６内で水滴となった水が出口４３ｅから外部へ放出されることなく、水を霧化させて排出管４１の出口４３ｅから大気へ排出することができる。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）排出管４１は、排出管４１の内径よりも小径のオリフィス孔４５を有するオリフィス部４４を備えている。よって、燃料電池２０から排出管４１に排出された混合ガスに含まれる水は、オリフィス部４４よりも上流側において、オリフィス形成部４４ａの上流側端面に衝突して落下する他、排出管４１の内周面に付着する等して水滴となって落下する。そして、この水は、混合ガスの流れによりオリフィス孔４５の上流端尖端縁４５ａに向かって巻き上げられて膨出するとともに、この膨出した部位が、オリフィス孔４５を通過しようとする際に急激に流速が上がった状態の混合ガスにより上流端尖端縁４５ａで切り飛ばされて霧化され霧化水となる。したがって、オリフィス部４４を排出管４１内に設けることにより、混合ガスと水とが混合された状態であっても、燃料電池２０から排出された水を霧化させることができる。よって、例えば、従来技術のように、燃料電池から排出された水を霧化させるために、気水分離器で分離された生成水をガスと分離して貯留タンクに貯留させる必要がないため、タンクを無くして燃料電池システム１８を小型化することができる。また、排出管４１は、オリフィス部４４よりも下流側に屈曲部４７ｂを備え、屈曲部４７ｂにより小粒径の霧化水は混合ガスと共に排出される一方で、混合ガスに乗らない大粒径の霧化水は、排出管４１から外部へ放出されることが抑制される。そして、大粒径の霧化水は、排出管４１におけるオリフィス部４４よりも下流側で水滴となって落下して貯留されるとともに、貯留された水は、戻し配管４９を介してオリフィス孔４５内に戻されることで、オリフィス孔４５を通過する混合ガスにより再び霧化される。よって、燃料電池２０を駆動源として走行あるいは作業を行うフォークリフト１０が屋内で水を垂れ流して床を濡らしてしまうことを抑制することができる。

（２）戻し配管４９のオリフィス孔４５側開口が、オリフィス孔４５の内面と同一面上に位置することで、オリフィス孔４５における戻し配管４９のオリフィス孔４５側開口縁に開口尖端縁４９ａが形成される。さらに、オリフィス孔４５の拡がり角度θは、混合ガスがオリフィス孔４５の内面に沿って流れる角度に設定されている。よって、戻し配管４９を介してオリフィス孔４５内に戻された水は、戻し配管４９の開口尖端縁４９ａからオリフィス孔４５内に向けて膨出すると、オリフィス孔４５の内面に沿って流れる混合ガスにより開口尖端縁４９ａで切り飛ばされて霧化されて霧化水となる。よって、戻し配管４９から戻される水を霧化させるために、例えば、オリフィス孔４５内における混合ガスの流速が速い流芯にまで戻し用ノズルをオリフィス孔４５内に延ばす必要がない。その結果、戻し用ノズルをオリフィス孔４５内に延ばす場合と異なり、戻し用ノズルによる混合ガスの流速のばらつきが生じ難くなり、騒音を低減することができる。

（３）排出管４１は、オリフィス部４４よりも下流側に、排出管４１内での混合ガスの流通方向を屈曲させ、且つ排出管４１の出口４３ｅを上方に開口させるように屈曲形成された屈曲部４７ｂを備えている。よって、屈曲部４７ｂにより排出管４１の出口４３ｅを上方に向けたため、大粒径の霧化水をより一層排出させ難くすることができる。そして、出口４３ｅに向かって上昇できない霧化水は、混合ガスと共に屈曲部４７ｂの内面に衝突し、この衝突により水滴に戻すことができる。

（４）本実施形態によれば、分離された水を一時的に貯留するためのタンクを無くすことができる。よって、タンクに貯留された水を霧化させるために水をオリフィス孔４５内に導入するための導入用ノズルをオリフィス孔４５内に突出するように設ける必要がなく、導入用ノズルをオリフィス孔４５内に突出するように設ける場合に比べて、混合ガスの流速のばらつきが生じ難くなり、騒音を低減することができる。

（５）オリフィス孔４５は、上流端から下流端までの内径が徐々に拡径するように傾斜している。よって、例えば、オリフィス孔４５が、上流側から下流側に向かうにつれて内径が徐々に縮径する場合に比べて、霧化水がオリフィス孔４５の内面に付着し難くなり、霧化水が水滴に戻ってしまうことを抑制することができる。

（６）オリフィス孔４５内とマフラー４６内とは、戻し配管４９を介して連通している。よって、マフラー４６内の圧力とオリフィス孔４５内の圧力との差を利用することで、マフラー４６に貯留された水をオリフィス孔４５内に戻すことができる。したがって、マフラー４６に貯留された水をオリフィス孔４５に戻すためのポンプを別途設ける場合に比べて、燃料電池システム１８の構造を簡素化することができる。

（７）マフラー４６は、騒音を低減させる機能とマフラー４６内で水滴に戻った水を溜める機能との二つの機能を兼ねている。よって、マフラー４６内で水滴に戻った水を溜めるための水溜り部をマフラー４６とは別に設ける場合に比べて、燃料電池システム１８の構成をコンパクトにすることができる。

（８）本実施形態によれば、排水ポンプを用いずに水を霧化させて大気へ排出することができる。よって、水を霧化するために、例えば、排水ポンプで水を加圧する必要がなく、排水ポンプにおける駆動のためのエネルギーが必要なくなり、フォークリフト１０における消費エネルギーを低減することができる。また、排水ポンプを設置するスペースも必要なくなり、フォークリフト１０内部において省スペース化が図れる。さらに、本実施形態では、排水ポンプのような可動部品を必要としないため、可動部品であるがために起こり得る耐久性の問題が発生してしまうことがなく、また、排水ポンプを設置するためのコストを低減することができる。

（９）流路形成ブロック４３は樹脂材料から形成されている。よって、例えば、流路形成ブロック４３が金属材料から形成されている場合に比べて、流路形成ブロック４３自体を水によって腐食し難くすることができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明を具体化した第２の実施形態を図５にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態では、既に説明した第１の実施形態と同一構成について同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。

図５に示すように、流路形成ブロック４３内において、オリフィス部４４よりも下流側には排出管４１の内径を拡径させる膨張室５１が形成されている。膨張室５１には、水抜き穴４８が形成されるとともに、この水抜き穴４８には戻し配管４９の基端が接続されている。戻し配管４９の先端（オリフィス孔４５側開口）は、オリフィス形成部４４ａを貫通してオリフィス孔４５の内面と同一面上に位置するように開口している。よって、オリフィス孔４５内と膨張室５１とは、戻し配管４９を介して連通している。

出口４３ｅには円筒状をなす筒状部材としてのカラー６１が設けられている。カラー６１は金属材料からなる。カラー６１の一端側は、出口４３ｅから膨張室５１内に突出するとともに、カラー６１における一端側の外周面と膨張室５１の内周面との間に隙間が形成されている。一方、カラー６１の他端側は、その外周面全体が出口４３ｅの内周面全体と接するとともに、カラー６１における他端側の外周面と出口４３ｅとの間がシールされている。

そして、オリフィス孔４５により生成された小粒径の霧化水は、混合ガスに乗ってカラー６１内から外部へ排出される。一方、大粒径の霧化水は、膨張室５１におけるカラー６１周りに衝突して水滴に戻ったり、膨張室５１の内周面に付着して水滴に戻ったりする。そして、膨張室５１の内周面に付着した水滴は、落下する際、混合ガスの流れにより、カラー６１の外周面と膨張室５１の内周面との間の隙間に向かって吹き飛ばされるとともに、その隙間に溜まる。よって、霧化水よりも大粒の水滴が混合ガスと共に出口４３ｅから外部へ放出されることがない。よって、膨張室５１及びカラー６１は、霧化水の粒径の大小を選別する粒径選別手段として機能する。

さらに、膨張室５１内の圧力はオリフィス孔４５内の圧力に比べて低くなっているため、膨張室５１に貯留された水は、戻し配管４９を介してオリフィス孔４５内に戻されて、混合ガスにより再び霧化されて霧化水となる。よって、膨張室５１内で水滴となった水が出口４３ｅから外部へ放出されることなく、水を霧化させて出口４３ｅから大気へ排出することができる。

したがって、第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）〜（９）と同様の効果に加えて、以下に示す効果を得ることができる。
（１０）カラー６１における他端側の外周面全体は、出口４３ｅの内周面全体と接している。これにより、カラー６１における他端側の外周面と出口４３ｅとの間がシールされるため、膨張室５１の内周面に付着して水滴に戻った水が、カラー６１の外周面と出口４３ｅとの間から外部に漏れ出てしまうことを抑制することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 上記各実施形態において、戻し配管４９の先端に戻し用ノズルを設けるとともに、戻し用ノズルをオリフィス形成部４４ａを貫通させてオリフィス孔４５内に突出させてもよい。この場合、戻し用ノズルからオリフィス孔４５内に戻される水がオリフィス孔４５を通過する混合ガスにより再び霧化可能であれば、オリフィス孔４５の拡がり角度θは特に限定されなくてもよい。オリフィス孔４５を通過する混合ガスの一部は、戻し用ノズルに衝突するため、排出管４１におけるオリフィス部４４よりも下流側では、混合ガスの流れが不均一になり流速のばらつきが生じる。しかし、この混合ガスがマフラー４６又は膨張室５１内に流入することで、マフラー４６又は膨張室５１内で整流されて流れが均一になり、流速のばらつきが抑制されるため、流速のばらつきに起因した騒音を低減させることができる。

○ 上記各実施形態において、粒径選別手段として、屈曲部４７ｂ、又は膨張室５１及びカラー６１を用いたが、これに限らない。例えば、粒径選別手段として、排出管４１におけるオリフィス部４４よりも下流側に金網を設けたり、排出管４１におけるオリフィス部４４よりも下流側の長さ寸法を長くした長パイプを設けたりして、霧化水の粒径の選別を可能とする構成にしてもよい。

○ 上記各実施形態において、オリフィス孔４５は、オリフィス孔４５の上流端から下流端までの内径が徐々に拡径するように傾斜して形成されていたが、これに限らない。例えば、オリフィス孔４５は、オリフィス孔４５の上流端から戻し配管４９のオリフィス孔４５側開口よりも手前までの内径が徐々に拡径する拡径部と、戻し配管４９のオリフィス孔４５側開口よりも手前からオリフィス孔４５の下流端までの内径が同径の同径部とから形成されていてもよい。この場合、戻し配管４９の先端に戻し用ノズルを設けるとともに、戻し用ノズルを、オリフィス孔４５内における混合ガスの流速が速い流芯にまで突出させるようにする。

○ 上記各実施形態において、オリフィス孔４５は、オリフィス孔４５の上流端から下流端までの内径が徐々に拡径するように傾斜して形成されていたが、これに限らない。オリフィス孔４５は、オリフィス孔４５の上流端から、戻し配管４９のオリフィス孔４５側開口よりも下流側であり、且つ下流端の手前までの内径が徐々に拡径する拡径部と、オリフィス孔４５における戻し配管４９のオリフィス孔４５側開口よりも下流側であり、且つ下流端の手前から下流端までの内径が同径の同径部とから形成されていてもよい。

○ 上記各実施形態において、オリフィス孔４５の内面は傾斜するように形成されていたが、これに限らず、例えば、オリフィス孔４５の内面において、戻し配管４９の開口尖端縁４９ａよりも下流側に段差が形成されていてもよいし、上流端尖端縁４５ａと戻し配管４９のオリフィス孔４５側開口との間に段差が形成されていてもよい。つまり、オリフィス孔４５の内面は傾斜するように形成されていなくてもよく、霧化性能に差し支えがない程度であれば、オリフィス孔４５の内面の形状は適宜変更してもよい。

○ 第２の実施形態において、出口４３ｅと連通するようにマフラー４６を連結させてもよい。これによれば、第１及び第２の実施形態に比べて騒音をさらに低減することができる。

○ 第２の実施形態において、カラー６１は円筒状であったが、これに限らず、例えば、四角筒状であってもよく、カラー６１の外形が出口４３ｅの形状と同一形状であれば、カラー６１の形状は特に限定されない。

○ 第２の実施形態において、カラー６１における他端側の外周面全体は、出口４３ｅの内周面全体と接していたが、これに限らず、カラー６１における他端側の外周面一部が、出口４３ｅの内周面に接していなくてもよい。すなわち、カラー６１の外形が出口４３ｅの形状と同一形状でなくてもよい。

○ 第２の実施形態において、カラー６１は金属材料から形成されていたが、これに限らず、例えば、樹脂材料から形成されていてもよく、カラー６１の材質は特に限定されるものではない。

○ 上記各実施形態において、流路形成ブロック４３は樹脂材料から形成されていたが、これに限らず、水によって腐食し難い材質であれば、流路形成ブロック４３を形成する材質は特に限定されない。

○ 上記各実施形態において、希釈器２９の代わりに、希釈機能を有した気液分離器を設けてもよい。
○ 本発明を屋内用産業車両としてのフォークリフト１０に適用したが、これに限らず、例えば、屋内用産業車両としての牽引車やハンドリフタ（移動は作業者が押すことで行い、荷の昇降はリフタで行う装置）等に適用してもよい。

○ フォークリフト１０は、屋内用に限らず、屋外で作業を行うフォークリフトであってもよい。また、本発明をフォークリフト以外の他の屋外作業用の産業車両に適用してもよい。

○ 本発明を産業車両に限らず、他の車両に適用してもよい。
○ 本発明は、必ずしも車両等の移動体に限らず、電源を必要とする電気製品に装備したり、定置式の燃料電池システムに適用したりしてもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記粒径選別手段は、前記排出管における前記オリフィス孔よりも下流側に設けられるとともに前記排出管の内径を拡径させる膨張室と、前記排出管の出口に前記膨張室内に突出するように設けられる筒状部材とからなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。

（ロ）前記筒状部材の外面全体が前記出口の内面全体と接していることを特徴とする前記技術的思想（イ）に記載の燃料電池システム。
（ハ）前記排出管は、該排出管の一部を形成するとともに前記オリフィス孔及び前記粒径選別手段を備えた流路形成ブロックを備え、前記流路形成ブロックは樹脂材料から形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４、及び前記技術的思想（イ），（ロ）のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

１０…屋内用産業車両としてのフォークリフト、１８…燃料電池システム、２０…燃料電池、４１…排出管、４３…流路形成ブロック、４３ｅ…出口、４５…オリフィス孔、４５ａ…上流端尖端縁、４７ｂ…屈曲部、４９…戻し配管、４９ａ…開口尖端縁、５１…粒径選別手段を構成する膨張室、６１…粒径選別手段を構成する筒状部材としてのカラー。

Claims (4)

1. 燃料電池と、
   前記燃料電池から排出されるガス及び水を外部へ排出する排出管と、
   前記排出管内に設けられるとともに前記排出管の内径よりも小径をなし、少なくとも上流端から下流側に向かうにつれて内径が徐々に拡径する拡径部を有するとともに前記ガスと共に前記水を通過させることで霧化水とするオリフィス孔と、
   前記拡径部の上流端に形成される上流端尖端縁と、
   前記霧化水の粒径の大小を選別し、前記ガスに乗せた小粒径の霧化水の排出を許容する粒径選別手段と、
   前記排出管内における前記オリフィス孔よりも下流側に貯留された水を前記オリフィス孔内に戻すための戻し配管と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記戻し配管の前記オリフィス孔側開口が、前記拡径部の内面と同一面上に位置することで、前記オリフィス孔における前記戻し配管の前記オリフィス孔側開口縁に開口尖端縁が形成され、
   前記拡径部の拡がり角度は、前記ガスが前記拡径部の内面に沿って流れる角度に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記排出管は、前記オリフィス孔よりも下流側に、前記排出管内でのガスの流通方向を屈曲させ、且つ前記排出管の出口を上方に開口させるように屈曲形成された屈曲部を備え、
   前記粒径選別手段は前記屈曲部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記燃料電池システムは、屋内用産業車両に搭載されたものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

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