JP2013051096A - Fuel cell system and processing method for off-gas - Google Patents

Fuel cell system and processing method for off-gas Download PDF

Info

Publication number
JP2013051096A
JP2013051096A JP2011188041A JP2011188041A JP2013051096A JP 2013051096 A JP2013051096 A JP 2013051096A JP 2011188041 A JP2011188041 A JP 2011188041A JP 2011188041 A JP2011188041 A JP 2011188041A JP 2013051096 A JP2013051096 A JP 2013051096A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
fuel cell
slaked lime
pipe
neutralization
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2011188041A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mikihiro Suzuki
幹浩 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2011188041A priority Critical patent/JP2013051096A/en
Publication of JP2013051096A publication Critical patent/JP2013051096A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system and processing method for off-gas, capable of facilitating neutralization of acid contained in off-gas discharged from a fuel cell with a simple configuration.SOLUTION: The present invention comprises: reaction gas passages 11, 12; a fuel cell 10 that generates electric power by supplying reaction gas to the reaction gas passages 11, 12; an off-gas discharge passage that passes off-gas discharged from the fuel cell 10; and an off-gas neutralization section 33 that is provided at an off-gas discharge passage and neutralizes acid contained in the off-gas with hydrated lime.

Description

本発明は、燃料電池から排出されるオフガス中に含まれる酸を中和する、燃料電池システム及びオフガスの処理方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and an offgas treatment method for neutralizing an acid contained in offgas discharged from a fuel cell.

燃料電池は、水素（燃料ガス）と酸素（酸化剤ガス）を含む空気とをそれぞれアノード及びカソードに供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得る構造体である。   A fuel cell is a structure that obtains direct-current electric energy by supplying hydrogen (fuel gas) and air containing oxygen (oxidant gas) to an anode and a cathode, respectively, and allowing them to react electrochemically.

ところで燃料電池は、発電の際の化学反応に伴って、カソードで水(水蒸気)を生成し、カソードから多湿の酸化剤オフガス（カソードオフガス）を排出する。また、カソードで生じた水がアノードに逆拡散することによって、アノードから多湿の燃料オフガス（アノードオフガス）を排出する。その際、燃料電池の構成部品である電解質膜や触媒から水素イオンが溶出される場合がある。この場合、燃料電池から排出される燃料オフガス又は酸化剤オフガスに含まれる水に前記水素イオンが溶けることによって、各々のオフガスが酸性となる。   By the way, the fuel cell generates water (water vapor) at the cathode with a chemical reaction during power generation, and discharges a humid oxidant off-gas (cathode off-gas) from the cathode. Further, the water generated at the cathode is back-diffused to the anode, whereby a humid fuel off-gas (anode off-gas) is discharged from the anode. At that time, hydrogen ions may be eluted from the electrolyte membrane or catalyst which is a component of the fuel cell. In this case, the hydrogen ions are dissolved in water contained in the fuel off-gas or oxidant off-gas discharged from the fuel cell, so that each off-gas becomes acidic.

このように、酸性となった燃料オフガス又は酸化剤オフガスを中和するために、さまざまな処理が提案されている。
例えば、特許文献１には、電気化学反応によって生成する生成水のうち、系内で再利用されずに系外へ排出される排水のｐＨ調整をするｐＨ調整機構を備えた燃料電池発電システムについて記載されている。 Thus, various treatments have been proposed in order to neutralize the fuel off-gas or oxidant off-gas that has become acidic.
For example, Patent Document 1 discloses a fuel cell power generation system provided with a pH adjustment mechanism that adjusts the pH of waste water that is discharged outside the system without being reused in the system, among the generated water generated by the electrochemical reaction. Have been described.

特開２００４−１７２０１６号公報JP 2004-172016 A

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、定置用の燃料電池システムを想定しているため、大掛かりな装置が必要となるという問題がある。すなわち、特許文献１に記載の燃料電池システムは、純水タンクと、当該純純水タンクの下流に位置する第１のｐＨ調整装置と、第１のｐＨ調整装置の下流に位置する第２のｐＨ調整装置とを備えた構成となっている。したがって、特許文献１に記載の燃料電池システムを、例えば燃料電池四輪車で用いる場合には、搭載性などの点で問題がある。   However, since the technique described in Patent Document 1 assumes a stationary fuel cell system, there is a problem that a large-scale device is required. That is, the fuel cell system described in Patent Document 1 includes a pure water tank, a first pH adjusting device located downstream of the pure pure water tank, and a second pH located downstream of the first pH adjusting device. The configuration includes a pH adjusting device. Therefore, when the fuel cell system described in Patent Document 1 is used in, for example, a fuel cell four-wheel vehicle, there is a problem in terms of mountability.

そこで、本発明は、燃料電池から排出されるオフガスに含まれる酸を、簡単な構成で容易に中和することができる燃料電池システム及びオフガスの処理方法を提供することを課題とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell system and an offgas treatment method that can easily neutralize an acid contained in an offgas discharged from a fuel cell with a simple configuration.

前記課題を解決するための手段として、本発明は、反応ガス流路を有し、前記反応ガス流路に反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出されるオフガスが通流するオフガス排出流路と、前記オフガス排出流路に設けられ、前記オフガスに含まれる酸を消石灰により中和するオフガス中和部と、を備えることを特徴とする燃料電池システムである。   As means for solving the above-described problems, the present invention provides a fuel cell having a reaction gas flow path, which generates power by supplying a reaction gas to the reaction gas flow path, and an off-gas discharged from the fuel cell. Is a fuel cell system comprising: an off-gas discharge channel through which the gas flows; and an off-gas neutralization unit that is provided in the off-gas discharge channel and neutralizes an acid contained in the off-gas with slaked lime.

このような構成によれば、反応ガス流路に反応ガスが供給されることで燃料電池が発電し、燃料電池からオフガス排出流路を通流して排出されるオフガスに含まれる酸が、オフガス排出流路に設けられたオフガス中和部により中和される。なお、当該中和反応は、オフガス中和部が、オフガスに含まれる酸を消石灰により中和することによってなされる。
したがって、本発明によれば、燃料電池から排出されるオフガスに含まれる酸を、消石灰を用いるオフガス中和部に通すだけの簡単な構成で容易に中和することができる。また、消石灰は安価に入手することが可能であり、低コストでオフガス中和部を構成することができる。 According to such a configuration, the fuel cell generates power by supplying the reaction gas to the reaction gas channel, and the acid contained in the offgas discharged from the fuel cell through the offgas discharge channel is discharged from the offgas. Neutralization is performed by an off-gas neutralization section provided in the flow path. In addition, the said neutralization reaction is made | formed when an offgas neutralization part neutralizes the acid contained in offgas with slaked lime.
Therefore, according to the present invention, the acid contained in the off-gas discharged from the fuel cell can be easily neutralized with a simple configuration that only passes through the off-gas neutralization unit using slaked lime. Moreover, slaked lime can be obtained at low cost, and an off-gas neutralization part can be comprised at low cost.

また、前記燃料電池システムにおいて、前記オフガス中和部は生石灰を備え、前記生石灰と、オフガスに含まれる水分とを反応させて前記消石灰を生成し、さらに、オフガスに含まれる酸を当該消石灰により中和することが好ましい。   Further, in the fuel cell system, the off-gas neutralization unit includes quick lime, reacts the quick lime with moisture contained in the off-gas to generate the slaked lime, and further adds an acid contained in the off-gas to the slaked lime. It is preferable to add.

このような構成によれば、オフガス中和部は、燃料電池から排出されるオフガスに含まれる水分と、オフガス中和部が備える生石灰とを反応させて消石灰を生成する。さらに、オフガス中和部は、生成された前記消石灰によりオフガスに含まれる酸を中和する。
また、消石灰と同様に、生石灰も安価に入手することが可能であり、低コストでオフガス中和部を構成することができる。 According to such a configuration, the off-gas neutralization unit reacts moisture contained in the off-gas discharged from the fuel cell with quick lime included in the off-gas neutralization unit to generate slaked lime. Further, the off-gas neutralization unit neutralizes the acid contained in the off-gas with the generated slaked lime.
Further, like slaked lime, quick lime can also be obtained at low cost, and an off-gas neutralization section can be configured at low cost.

また、前記燃料電池システムにおいて、前記反応ガス流路に向かう反応ガスが通流する反応ガス供給流路と、前記反応ガス供給流路に設けられ、前記反応ガス流路に向けて反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記オフガス中和部より下流の前記オフガス排出流路に設けられ、オフガスの流体エネルギを回転エネルギに変換し、羽根車を備えるエネルギ変換手段と、を備え、前記エネルギ変換手段と前記反応ガス供給手段とは、前記羽根車の回転エネルギが前記反応ガス供給手段に伝達可能に連結され、前記オフガス中和部は、前記生石灰と、オフガスに含まれる水分とを反応させて消石灰を生成する過程で発生する熱によりオフガスを加熱し、加熱された前記オフガスが前記オフガス排出流路を通流して前記エネルギ変換手段に供給されることが好ましい。   Further, in the fuel cell system, a reaction gas supply channel through which a reaction gas flowing toward the reaction gas channel flows, and a reaction gas supplied to the reaction gas channel are provided in the reaction gas supply channel. An energy conversion means provided in the offgas discharge flow path downstream from the offgas neutralization section, converting fluid energy of the offgas into rotational energy, and provided with an impeller. The means and the reactive gas supply means are connected so that rotational energy of the impeller can be transmitted to the reactive gas supply means, and the off-gas neutralization unit reacts the quicklime with moisture contained in the off-gas. The offgas is heated by heat generated in the process of generating slaked lime, and the heated offgas flows through the offgas discharge passage and is supplied to the energy conversion means. Rukoto is preferable.

このような構成によれば、上記作用に加えて、オフガス中和部は、当該オフガス中和部が備える生石灰と、燃料電池から排出されるオフガスに含まれる水分とを反応させて消石灰を生成する過程で発生する熱によりオフガスを加熱し、加熱された前記オフガスがオフガス排出流路を通流する。ここで、オフガス中和部より下流のオフガス排出流路には羽根車を備えるエネルギ変換手段が設けられており、オフガス中和部での反応により加熱された前記オフガスの流体エネルギが、エネルギ変換手段に供給される。
したがって、本発明によれば、エネルギ変換手段に供給されるオフガスの流体エネルギ（圧力）が高まるため、オフガスの流体エネルギをエネルギ変換手段の羽根車の回転エネルギに効率よく変換することができる。そして、羽根車の回転エネルギは、反応ガス供給手段に伝達可能に連結されているため、燃料電池システム全体のエネルギ損失を低減させ、発電効率を向上させることができる。 According to such a configuration, in addition to the above-described operation, the off-gas neutralization unit generates slaked lime by reacting quick lime included in the off-gas neutralization unit with moisture contained in the off-gas discharged from the fuel cell. The off gas is heated by the heat generated in the process, and the heated off gas flows through the off gas discharge passage. Here, the off-gas discharge flow path downstream from the off-gas neutralization section is provided with energy conversion means including an impeller, and the fluid energy of the off-gas heated by the reaction in the off-gas neutralization section is converted into energy conversion means. To be supplied.
Therefore, according to the present invention, since the fluid energy (pressure) of the off gas supplied to the energy conversion unit is increased, the fluid energy of the off gas can be efficiently converted into the rotational energy of the impeller of the energy conversion unit. And since the rotational energy of the impeller is connected to the reactive gas supply means so as to be able to be transmitted, the energy loss of the entire fuel cell system can be reduced and the power generation efficiency can be improved.

また、前記燃料電池システムにおいて、前記オフガス中和部より下流の前記オフガス排出流路に設けられ、当該オフガス排出流路を通流する水分と消石灰とを回収し、前記消石灰を含む水溶液として貯留する貯留手段と、外部の空気を取り込んで、前記貯留手段に貯留された前記水溶液中に前記空気を供給する外気供給手段と、を備え、前記貯留手段に貯留された前記水溶液に含まれる消石灰により、前記外気供給手段によって前記水中に供給された空気に含まれる二酸化炭素を除去することが好ましい。   Further, in the fuel cell system, moisture and slaked lime that are provided in the offgas discharge channel downstream from the offgas neutralization unit and flow through the offgas discharge channel are collected and stored as an aqueous solution containing the slaked lime. An external air supply unit that takes in external air and supplies the air into the aqueous solution stored in the storage unit, and includes slaked lime contained in the aqueous solution stored in the storage unit, It is preferable to remove carbon dioxide contained in the air supplied into the water by the outside air supply means.

このような構成によれば、貯留手段によって、オフガス排出流路を通流する水分と消石灰とを回収し、消石灰を含む水溶液として貯留する。そして、外気供給手段によって外部の空気を取り込んで、貯留手段に貯留された、消石灰を含む水溶液中に前記空気を供給する。そして、水溶液中に供給された空気に含まれる二酸化炭素が、貯留手段に貯留された水溶液に含まれる消石灰により除去される。
したがって、本発明によれば、大気中に含まれる二酸化炭素を除去することができるため、環境により良い燃料電池システムを提供することができる。 According to such a configuration, the water and slaked lime flowing through the off-gas discharge channel are collected by the storage unit and stored as an aqueous solution containing slaked lime. And external air is taken in by an external air supply means, and the said air is supplied in the aqueous solution containing slaked lime stored by the storage means. And the carbon dioxide contained in the air supplied in the aqueous solution is removed by the slaked lime contained in the aqueous solution stored in the storage means.
Therefore, according to the present invention, since carbon dioxide contained in the atmosphere can be removed, a fuel cell system that is better for the environment can be provided.

また、本発明は、燃料電池から排出されるオフガスに含まれる酸を消石灰により中和するオフガス中和工程を有することを特徴とするオフガスの処理方法である。   In addition, the present invention is an offgas treatment method characterized by having an offgas neutralization step of neutralizing acid contained in offgas discharged from the fuel cell with slaked lime.

このような処理方法によれば、オフガス中和工程において、燃料電池から排出されるオフガスに含まれる酸を消石灰により中和する。
したがって、本発明によれば、燃料電池から排出されるオフガスに含まれる酸を簡単な処理方法で容易に中和することができる。また、消石灰は安価に入手することが可能であり、低コストでオフガスの中和処理を行うことができる。 According to such a processing method, in the off-gas neutralization step, the acid contained in the off-gas discharged from the fuel cell is neutralized with slaked lime.
Therefore, according to the present invention, the acid contained in the off-gas discharged from the fuel cell can be easily neutralized by a simple treatment method. In addition, slaked lime can be obtained at low cost, and off-gas neutralization can be performed at low cost.

また、本発明は、生石灰と、燃料電池から排出されるオフガスに含まれる水分とを反応させて消石灰を生成する消石灰生成工程と、オフガスに含まれる酸を前記消石灰と反応させて中和するオフガス中和工程と、を有することを特徴とするオフガスの処理方法である。   In addition, the present invention provides a slaked lime production step for producing slaked lime by reacting quick lime with moisture contained in the offgas discharged from the fuel cell, and an offgas for neutralizing the acid contained in the offgas by reacting with the slaked lime. And a neutralization step.

このような処理方法によれば、消石灰生成工程において、燃料電池から排出されるオフガスに含まれる水分とを反応させて消石灰を生成する。そして、オフガス中和工程において、オフガスに含まれる酸を前記消石灰と反応させて中和する。
本発明によれば、消石灰と同様に、生石灰も安価に入手することが可能であり、低コストでオフガスの中和処理を行うことができる。 According to such a processing method, in the slaked lime production step, slaked lime is produced by reacting with moisture contained in the offgas discharged from the fuel cell. In the off-gas neutralization step, the acid contained in the off-gas is reacted with the slaked lime to neutralize it.
According to the present invention, similarly to slaked lime, quick lime can be obtained at a low cost, and off-gas neutralization can be performed at low cost.

また、前記オフガスの処理方法において、前記消石灰生成工程で発生する熱によりオフガスを加熱し、前記オフガスの流体エネルギを回転エネルギに変換するエネルギ変換手段に、加熱された前記オフガスを供給するオフガス加熱工程を有することが好ましい。   In the off-gas treatment method, the off-gas heating step of heating the off-gas with heat generated in the slaked lime generation step and supplying the heated off-gas to energy conversion means for converting the fluid energy of the off-gas into rotational energy. It is preferable to have.

このような処理方法によれば、オフガス加熱工程において、前記消石灰生成工程で発生する熱によりオフガスを加熱し、オフガスの流体エネルギを回転エネルギに変換するエネルギ変換手段に、加熱されたオフガスを供給する。
したがって、本発明によれば、エネルギ変換手段に供給されるオフガスの流体エネルギ（圧力）が高まるため、当該流体エネルギをエネルギ変換手段の回転エネルギに効率よく変換することができる。 According to such a processing method, in the off-gas heating step, the off-gas is heated by the heat generated in the slaked lime generation step, and the heated off-gas is supplied to the energy conversion means that converts the fluid energy of the off-gas into rotational energy. .
Therefore, according to the present invention, the fluid energy (pressure) of the off-gas supplied to the energy conversion means increases, so that the fluid energy can be efficiently converted into rotational energy of the energy conversion means.

また、前記オフガスの処理方法において、前記オフガスに含まれる水分と、前記消石灰とを回収し、当該消石灰を含む水溶液として貯留する貯留工程と、前記貯留工程で貯留された前記水溶液中に、外部から取り込まれた空気を供給し、前記水溶液に含まれる消石灰により、前記空気に含まれる二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去工程と、を有することが好ましい。   Further, in the offgas treatment method, the moisture contained in the offgas and the slaked lime are collected and stored as an aqueous solution containing the slaked lime, and the aqueous solution stored in the storage step is externally used. It is preferable to have a carbon dioxide removal step of supplying the taken-in air and removing carbon dioxide contained in the air with slaked lime contained in the aqueous solution.

このような処理方法によれば、貯留工程において、オフガスに含まれる水分と、消石灰とを回収し、当該消石灰を含む水溶液として貯留する。そして、二酸化炭素除去工程において、前記貯留工程で貯留された水溶液中に、外部から取り込まれた空気を供給し、前記水溶液に含まれる消石灰により、前記空気に含まれる二酸化炭素を除去する。
したがって、本発明によれば、大気中に含まれる二酸化炭素を除去することができるため、環境により良いオフガスの処理方法を提供することができる。 According to such a processing method, in the storage step, the moisture and slaked lime contained in the off-gas are recovered and stored as an aqueous solution containing the slaked lime. In the carbon dioxide removal step, air taken in from the outside is supplied into the aqueous solution stored in the storage step, and carbon dioxide contained in the air is removed by slaked lime contained in the aqueous solution.
Therefore, according to the present invention, since carbon dioxide contained in the atmosphere can be removed, a better off-gas treatment method for the environment can be provided.

本発明により、燃料電池から排出されるオフガスに含まれる酸を、簡単な構成で容易に中和することができる燃料電池システム及びオフガスの処理方法を提供することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell system and an offgas treatment method that can easily neutralize an acid contained in offgas discharged from a fuel cell with a simple configuration.

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 消石灰と、当該消石灰に反応できる水素イオン量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between slaked lime and the amount of hydrogen ions which can react with the slaked lime. オフガス中和部の例を示す図であり、（ａ）は、生石灰を担持したハニカム配管を用いる場合であり、（ｂ）は、生石灰を担持したチャンバーを用いる場合である。It is a figure which shows the example of an off-gas neutralization part, (a) is the case where the honeycomb piping which carry | supported quick lime is used, (b) is the case where the chamber which carry | supported quick lime is used. オフガス中和部の例を示す図であり、（ａ）は、高圧の気体及び生石灰が充填されたタンクから生石灰を供給する場合であり、（ｂ）は、生石灰が充填されたタンクの充填口に接続された配管を介してコンプレッサから圧力を加えて生石灰を供給する場合である。It is a figure which shows the example of an off-gas neutralization part, (a) is a case where quick lime is supplied from the tank filled with high-pressure gas and quick lime, (b) is the filling port of the tank filled with quick lime. This is a case where quick lime is supplied by applying pressure from the compressor via a pipe connected to the pipe. （ａ）は、燃料電池の出力と、コンプレッサからのエア圧との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、コンプレッサからのエア圧と、生石灰噴射量との関係を示すグラフである。(A) is a graph which shows the relationship between the output of a fuel cell, and the air pressure from a compressor, (b) is a graph which shows the relationship between the air pressure from a compressor, and a quicklime injection amount. （ａ）は生石灰が水と反応する際の生石灰の量と、その発熱量との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、オフガスの水分量と、生石灰が水と反応する際の発熱量との関係を示すグラフである。(A) is a graph which shows the relationship between the quantity of quick lime when quick lime reacts with water, and the calorific value, (b) is the amount of heat of off gas, and the calorific value when quick lime reacts with water. It is a graph which shows the relationship. （ａ）は、外部の空気を水回収器に取り込むための配管及びポンプを設置した場合の概略構成図であり、（ｂ）は、水溶液中の消石灰と、当該消石灰が吸収できる二酸化炭素量との関係を示すグラフである。(A) is a schematic block diagram at the time of installing the piping and pump for taking in external air to a water recovery device, (b) is the amount of carbon dioxide which the slaked lime in the aqueous solution and the slaked lime can absorb It is a graph which shows the relationship. 本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。It is a block diagram of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。It is a block diagram of the fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

≪第１実施形態≫
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図７を用いて説明する。なお、以下の記載において、燃料電池１０に供給される燃料ガス（水素）、及び／又は、酸化剤ガス（酸素）を含む空気を総称して、「反応ガス」と記すことがあるものとする。また、燃料電池１０から排出される燃料オフガス及び／又は酸化剤オフガスを総称して、「オフガス」と記すことがあるものとする。 << First Embodiment >>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, air containing fuel gas (hydrogen) and / or oxidant gas (oxygen) supplied to the fuel cell 10 may be collectively referred to as “reactive gas”. . In addition, fuel off-gas and / or oxidant off-gas discharged from the fuel cell 10 may be collectively referred to as “off gas”.

≪燃料電池システム１の構成≫
図１に示すように、燃料電池システム１は、例えば、図示しない燃料電池四輪車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池１０と、燃料電池１０のアノードに対して燃料ガス（水素）を供給するアノード系と、燃料電池１０のカソードに対して酸化剤ガス（酸素）を含む空気を供給するカソード系と、燃料電池１０を経由するように冷媒を循環させて燃料電池１０を適温に保つ冷媒系と、燃料電池１０の発電電力を消費する電力消費系と、これらを制御する手段である制御系と、を備えている。
なお、燃料電池システム１が搭載される移動体は、燃料電池四輪車に限定されるものではなく、例えば、二輪車、鉄道車両、船舶などでもよい。また、燃料電池システム１が搭載される対象は、前記に示した移動体に限定されるものではない。すなわち、燃料電池システム１は、工場や家庭などにおいて発電の際に利用される定置式のものであってもよい。 ≪Configuration of fuel cell system 1≫
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 is mounted on, for example, a fuel cell four-wheeled vehicle (moving body) (not shown). The fuel cell system 1 supplies a fuel cell 10, an anode system for supplying fuel gas (hydrogen) to the anode of the fuel cell 10, and air containing an oxidant gas (oxygen) to the cathode of the fuel cell 10. And a means for controlling these, a refrigerant system that circulates the refrigerant so as to pass through the fuel cell 10 to maintain the fuel cell 10 at an appropriate temperature, a power consumption system that consumes the power generated by the fuel cell 10, and the like. And a control system.
The mobile body on which the fuel cell system 1 is mounted is not limited to a fuel cell four-wheeled vehicle, and may be a two-wheeled vehicle, a railway vehicle, a ship, or the like, for example. Further, the target on which the fuel cell system 1 is mounted is not limited to the moving body described above. That is, the fuel cell system 1 may be a stationary type used in power generation in a factory or home.

＜燃料電池＞
燃料電池１０は、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）であり、図示しない膜/電極接合体(Membrane Electrode Assembly：ＭＥＡ)を一対の導電性のセパレータ（図示せず）で挟持してなる単セル（図示せず）が複数積層されて構成されている。膜/電極接合体は、図示しない電解質膜（Proton Exchange Membrane：ＰＥＭ）、これを挟持するアノード及びカソード（電極）を備えている。アノード及びカソードは、カーボンペーパなどの導電性を有する多孔質体と、これに担持され、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（例えば、Ｐｔ）と、を含んでいる。 <Fuel cell>
The fuel cell 10 is a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), and a membrane / electrode assembly (MEA) (not shown) is sandwiched between a pair of conductive separators (not shown). A plurality of unit cells (not shown) are stacked. The membrane / electrode assembly includes an electrolyte membrane (Proton Exchange Membrane: PEM) (not shown), and an anode and a cathode (electrode) that sandwich the membrane. The anode and the cathode include a porous body having conductivity such as carbon paper, and a catalyst (for example, Pt) that is supported on the porous body and causes an electrode reaction in the anode and the cathode.

また、燃料電池１０は、アノード側のカーボンペーパ（図示せず）に対向するセパレータ（図示せず）の表面に、燃料ガスが通流するアノード流路１１が形成され、カソード側のカーボンペーパ（図示せず）に対向するセパレータ(図示せず)の表面に、酸化剤ガスが通流するカソード流路１２が形成されている。したがって、燃料電池１０に対して反応ガスが供給される「反応ガス流路」は、燃料電池１０に対して燃料ガスを供給するアノード流路１１、及び／又は、燃料電池１０に対して酸化剤ガスを供給するカソード流路１２を備えて構成される。
また、セパレータには、燃料電池１０を冷却する冷媒（例えば、エチレングリコールを含む水）が通流する流路（図示せず）が形成されているが、これらは周知なものなので、その説明を省略する。 In addition, the fuel cell 10 has an anode channel 11 through which fuel gas flows on the surface of a separator (not shown) that faces an anode-side carbon paper (not shown). A cathode channel 12 through which an oxidant gas flows is formed on the surface of a separator (not shown) opposite to the separator (not shown). Accordingly, the “reactive gas flow path” through which the reactive gas is supplied to the fuel cell 10 is the anode flow path 11 that supplies the fuel gas to the fuel cell 10 and / or the oxidant to the fuel cell 10. A cathode channel 12 for supplying gas is provided.
The separator is formed with a flow path (not shown) through which a coolant for cooling the fuel cell 10 (for example, water containing ethylene glycol) flows. Omitted.

燃料電池１０は、アノード流路１１を介して燃料ガス(水素)が供給されると、式（１）の電極反応が起こり、カソード流路１２を介して酸化剤ガス(酸素)を含む空気が供給されると、式（２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）：開回路電圧）が発生するようになっている。
２Ｈ2→４Ｈ+＋４ｅ-・・・式（１）
Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏ・・・式（２） When the fuel gas (hydrogen) is supplied to the fuel cell 10 via the anode flow path 11, the electrode reaction of Formula (1) occurs, and the air containing the oxidant gas (oxygen) is passed via the cathode flow path 12. When supplied, an electrode reaction of Formula (2) occurs, and a potential difference (OCV (Open Circuit Voltage)) is generated in each single cell.
2H 2 → 4H + + 4e − (1)
O 2 + 4H + + 4e − → 2H 2 O Formula (2)

＜アノード系＞
アノード系は、水素タンク２１と、遮断弁２２と、エゼクタ２３と、気液分離器２４と、ドレン弁２５と、パージ弁２６と、を備えている。
水素タンク２１は、配管２１ａを介して遮断弁２２と接続され、高純度の水素が高圧で圧縮充填されている。遮断弁２２は配管２２ａを介してエゼクタ２３と接続され、その開閉により、水素タンク２１から配管２１ａを介した水素の供給を調整する。
エゼクタ２３は、配管２３ａを介して燃料電池１０のアノード側の流路１１の入口と接続されている。エゼクタ２３は、水素タンク２１から供給された水素をノズルから噴射することによりノズルの周囲に負圧を発生させて、アノード流路１１の出口から排出された未反応の水素を吸引するように構成されている。 <Anode system>
The anode system includes a hydrogen tank 21, a shutoff valve 22, an ejector 23, a gas-liquid separator 24, a drain valve 25, and a purge valve 26.
The hydrogen tank 21 is connected to the shut-off valve 22 via a pipe 21a, and high-purity hydrogen is compressed and filled at a high pressure. The shut-off valve 22 is connected to the ejector 23 via a pipe 22a, and adjusts the supply of hydrogen from the hydrogen tank 21 via the pipe 21a by opening and closing thereof.
The ejector 23 is connected to the inlet of the flow path 11 on the anode side of the fuel cell 10 through a pipe 23a. The ejector 23 is configured to generate a negative pressure around the nozzle by injecting the hydrogen supplied from the hydrogen tank 21 from the nozzle, and suck the unreacted hydrogen discharged from the outlet of the anode channel 11. Has been.

気液分離器２４は、配管２４ａを介して燃料電池１０のアノードから排出されるオフガスに含まれる水分を分離して一時的に貯留する。
ドレン弁２５は、配管２５ａを介して気液分離器２４の下部と接続され、配管２６ａを介して希釈器３５と接続されている。ドレン弁２５は、開弁することにより気液分離器２４に貯留された水を希釈器３５に排出する機能を有する。
パージ弁２６は、配管２７ａから分岐した配管２８ａに接続され、配管２９ａを介して希釈器３５と接続されている。パージ弁２６はその開閉により、循環経路（配管２３ａ、アノード流路１１、配管２７ａ）に蓄積した不純物を、希釈器３５に排出する機能を有する。なお、不純物とは、カソードから電解質膜を介してアノード側に透過した窒素や水分などである。 The gas-liquid separator 24 separates and temporarily stores moisture contained in the off-gas discharged from the anode of the fuel cell 10 via the pipe 24a.
The drain valve 25 is connected to the lower part of the gas-liquid separator 24 via a pipe 25a, and is connected to the diluter 35 via a pipe 26a. The drain valve 25 has a function of discharging the water stored in the gas-liquid separator 24 to the diluter 35 by opening the valve.
The purge valve 26 is connected to a pipe 28a branched from the pipe 27a, and is connected to the diluter 35 via the pipe 29a. The purge valve 26 has a function of discharging impurities accumulated in the circulation path (the pipe 23a, the anode flow path 11, and the pipe 27a) to the diluter 35 by opening and closing. Note that the impurities are nitrogen, moisture, and the like permeated from the cathode to the anode side through the electrolyte membrane.

＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ３１（反応ガス供給手段）と、加湿器３２と、オフガス中和部３３と、エキスパンダ３４（エネルギ変換手段）と、希釈器３５と、水回収器３６（水貯留手段）と、ドレン弁３７と、ポンプ３８と、を備えている。
コンプレッサ３１の吸気口（図示せず）は配管３１ａと接続されており、車外（外部）と連通している。そして、コンプレッサ３１の羽根車（タービンブレード：図示せず）が回転すると、コンプレッサ３１は車外の空気を吸引し、圧縮して燃料電池１０に供給する。
また、コンプレッサ３１の前記羽根車は、エキスパンダ３４の羽根車（タービンブレード：図示せず）と、クラッチ３１ｂを有する伝達軸３１ｃを介して連結されている。ちなみに、クラッチ３１ｂは、ＥＣＵ５０によってＯＮ（連結）／ＯＦＦ（非連結）制御される。また、コンプレッサ３１の前記羽根車は、ＥＣＵ５０によって回転速度が制御されるモータ３１ｄにも連結されている。
したがって、「反応ガス供給手段」は、エキスパンダ３４（エネルギ変換手段）が備える羽根車の回転エネルギが伝達可能に連結され、カソード流路１２（反応ガス流路）に向けて酸化剤ガス（反応ガス）を供給し、コンプレッサ３１と、モータ３１ｄとを備えて構成される。 <Cathode system>
The cathode system includes a compressor 31 (reactive gas supply means), a humidifier 32, an off-gas neutralizer 33, an expander 34 (energy conversion means), a diluter 35, and a water recovery device 36 (water storage means). And a drain valve 37 and a pump 38.
An intake port (not shown) of the compressor 31 is connected to the pipe 31a and communicates with the outside (external) of the vehicle. When the impeller (turbine blade: not shown) of the compressor 31 rotates, the compressor 31 sucks air outside the vehicle, compresses it, and supplies it to the fuel cell 10.
The impeller of the compressor 31 is connected to the impeller (turbine blade: not shown) of the expander 34 via a transmission shaft 31c having a clutch 31b. Incidentally, the clutch 31b is ON (connected) / OFF (not connected) controlled by the ECU 50. The impeller of the compressor 31 is also connected to a motor 31d whose rotational speed is controlled by the ECU 50.
Therefore, the “reaction gas supply means” is connected so that the rotational energy of the impeller included in the expander 34 (energy conversion means) can be transmitted, and the oxidizing gas (reaction) is directed toward the cathode flow path 12 (reaction gas flow path). Gas), and includes a compressor 31 and a motor 31d.

加湿器３２は、配管３２ａを介してコンプレッサ３１と接続されている。加湿器３２は、水分透過性を有する複数の中空糸膜３２ｂを備えている。加湿器３２は、配管３２ａを通流してきた低湿潤の空気と、燃料電池１０において前記式（２）の電極反応の結果生じた水分を含み、配管３４ａを通流してきた高湿潤のオフガス（酸化剤オフガス）との間で、中空糸膜３２ｂを介して水分交換を行う。そして、加湿器３２により加湿された空気が配管３３ａ及びカソード流路１２を通流する。
オフガス中和部３３は生石灰（ＣａＯ）を備え、配管３５ａを介して加湿器３２と接続されている。そして、前記生石灰（ＣａＯ）は、加湿器３２から排出されたオフガスに含まれる水分と、以下の式（３）に示す化学反応をする。
ＣａＯ＋Ｈ2Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）2＋熱（６３ｋＪ／ｍｏｌ）・・・式（３） The humidifier 32 is connected to the compressor 31 via a pipe 32a. The humidifier 32 includes a plurality of hollow fiber membranes 32b having moisture permeability. The humidifier 32 includes low-humidity air flowing through the pipe 32a and moisture generated as a result of the electrode reaction of the above formula (2) in the fuel cell 10, and the high-humidity off-gas flowing through the pipe 34a ( Moisture exchange is performed with the oxidant off-gas) via the hollow fiber membrane 32b. Then, the air humidified by the humidifier 32 flows through the pipe 33 a and the cathode channel 12.
The off-gas neutralization unit 33 includes quick lime (CaO) and is connected to the humidifier 32 through a pipe 35a. And the said quicklime (CaO) carries out the chemical reaction shown in the following formula | equation (3) with the water | moisture content contained in the off gas discharged | emitted from the humidifier 32. FIG.
CaO + H 2 O → Ca (OH) 2 + heat (63 kJ / mol) Formula (3)

さらに、式（３）の化学反応の結果生じた消石灰（Ｃａ（ＯＨ）2）は、配管３５ａを通流してきたオフガスに含まれる酸（水素イオン：Ｈ+）と、以下の式（４）に示す化学反応をする。
Ｃａ（ＯＨ）2＋２（Ｈ+）→Ｃａ2+＋２Ｈ2Ｏ・・・式（４)
すなわち、オフガス中和部３３において、「消石灰生成工程」である前記式（３）の化学反応が起こり、さらに、「オフガス中和工程」である前記式（４)の化学反応が連続的に起こる。 Furthermore, slaked lime (Ca (OH) 2 ) generated as a result of the chemical reaction of the formula (3) is composed of an acid (hydrogen ion: H + ) contained in the off-gas flowing through the pipe 35a and the following formula (4). The chemical reaction shown in
Ca (OH) 2 +2 (H + ) → Ca 2+ + 2H 2 O Formula (4)
That is, in the off-gas neutralization section 33, the chemical reaction of the formula (3) that is the “slaked lime generation step” occurs, and further, the chemical reaction of the formula (4) that is the “off-gas neutralization step” occurs continuously. .

また、詳細については後記するが、前記式（３）の化学反応の際に発生する熱によりオフガスを加熱し、オフガスの流体エネルギを回転エネルギに変換するエキスパンダ３４(エネルギ変換手段)に、加熱された前記オフガスを供給する（オフガス加熱工程）。
ちなみに、図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム１では、オフガス中和部３３が酸化剤オフガス(オフガス)に含まれる酸を中和する。
なお、オフガス中和部３３の具体的な構成については、後記する。 Although details will be described later, the offgas is heated by the heat generated during the chemical reaction of the formula (3), and the expander 34 (energy conversion means) that converts the fluid energy of the offgas into rotational energy is heated. The off gas is supplied (off gas heating step).
Incidentally, as shown in FIG. 1, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the off-gas neutralization unit 33 neutralizes the acid contained in the oxidant off-gas (off-gas).
A specific configuration of the off-gas neutralization unit 33 will be described later.

エキスパンダ３４（エネルギ変換手段）は、その内部に羽根車（タービンブレード）を備え、この羽根車は配管３６ａを通流するオフガスの流体エネルギで回転するようになっている。これにより、通流するオフガスの流体エネルギが、エキスパンダ３４の前記羽根車の回転エネルギに変換されつつ、オフガスが体積膨張（断熱機械膨張）し、その圧力が低下するようになっている。
なお、前記で説明したように、エキスパンダ３４が備える羽根車の回転エネルギは、伝達軸３１ｃを介してコンプレッサ３１に伝達されるようになっている。 The expander 34 (energy conversion means) includes an impeller (turbine blade) therein, and the impeller rotates with off-gas fluid energy flowing through the pipe 36a. Thereby, the fluid energy of the off gas flowing therethrough is converted into the rotational energy of the impeller of the expander 34, and the off gas expands in volume (adiabatic mechanical expansion), and the pressure decreases.
As described above, the rotational energy of the impeller included in the expander 34 is transmitted to the compressor 31 via the transmission shaft 31c.

希釈器３５は、配管３７ａを介してエキスパンダ３４と接続されている。希釈器３５は、その内部に希釈空間を備え、配管２９ａからの燃料オフガスと、配管３７ａからの酸化剤オフガスとを混合し、燃料オフガスに含まれる水素（Ｈ2）を酸化剤オフガスで希釈する容器である。
水回収器（貯留手段）３６は、配管３８ａを介して希釈器３５と接続されている。水回収器３６は、燃料オフガス及び酸化剤オフガス（オフガス）に同伴する水（凝縮水）を分離回収し、一時的に貯留するものである。
水位センサＥは、水回収器３６の所定の位置に設置されており、水回収器３６に貯留されている水の水位を検出し、ＥＣＵ５０に出力するようになっている。
ドレン弁３７は、水回収器３６の下部と配管３９ａを介して接続されている。そして、ＥＣＵ５０によってドレン弁３７が開かれると、水回収器３６に貯留されていた水が、配管３９ａ、配管４０ａを介して車外に排出されるようになっている。また、配管３８ａから水回収器３６に流入し、水回収器３６で水分が凝縮した後のオフガスは、配管４１ａを通流して車外に排出されるようになっている。 The diluter 35 is connected to the expander 34 via a pipe 37a. The diluter 35 has a dilution space inside thereof, mixes the fuel off-gas from the pipe 29a and the oxidant off-gas from the pipe 37a, and dilutes hydrogen (H 2 ) contained in the fuel off-gas with the oxidant off-gas. It is a container.
The water recovery unit (storage unit) 36 is connected to the diluter 35 via a pipe 38a. The water recovery unit 36 separates and collects water (condensed water) accompanying the fuel off-gas and the oxidant off-gas (off-gas) and temporarily stores it.
The water level sensor E is installed at a predetermined position of the water recovery unit 36, detects the water level of the water stored in the water recovery unit 36, and outputs it to the ECU 50.
The drain valve 37 is connected to the lower part of the water recovery unit 36 through a pipe 39a. When the drain valve 37 is opened by the ECU 50, the water stored in the water recovery unit 36 is discharged outside the vehicle through the pipe 39a and the pipe 40a. Further, the off-gas that flows into the water recovery unit 36 from the pipe 38a and has condensed water in the water recovery unit 36 flows through the pipe 41a and is discharged outside the vehicle.

なお、前記で説明した反応ガス流路に向かう反応ガスが通流する「反応ガス供給流路」は、配管２１ａ、配管２２ａ、配管２３ａ、配管２４ａ、配管２７ａを備えて構成される燃料ガス供給流路、及び／又は、配管３１ａ、配管３２ａ、配管３３ａを備えて構成される酸化剤ガス供給流路を有して構成される。
また、燃料電池１０から排出されるオフガスが通流する「オフガス排出流路」は、配管２４ａ、配管２７ａ、配管２８ａ、配管２９ａ、配管３８ａ、配管４１ａを備えて構成される燃料オフガス流路、及び／又は、配管３４ａ、配管３５ａ、配管３６ａ、配管３７ａ、配管３８ａ、配管４１ａを備えて構成される酸化剤オフガス流路を有して構成される。 The “reaction gas supply channel” through which the reaction gas directed to the reaction gas channel described above flows is a fuel gas supply configured to include a pipe 21a, a pipe 22a, a pipe 23a, a pipe 24a, and a pipe 27a. A flow path and / or an oxidant gas supply flow path including a pipe 31a, a pipe 32a, and a pipe 33a are provided.
Further, the “off gas discharge flow path” through which the off gas discharged from the fuel cell 10 flows is a fuel off gas flow path configured to include a pipe 24a, a pipe 27a, a pipe 28a, a pipe 29a, a pipe 38a, and a pipe 41a. And / or an oxidant off-gas flow path including a pipe 34a, a pipe 35a, a pipe 36a, a pipe 37a, a pipe 38a, and a pipe 41a.

ポンプ３８（外気供給手段）はＥＣＵ５０によって制御され、車外と連通している配管４２ａを介して外部の空気を吸引し、配管４３ａを介して水回収器３６に圧送する。また、配管４３ａは水回収器３６の下部に接続され、ポンプ３８により圧送されてきた空気が、水回収器３６に回収された水の中に排出されるように、配管４３ａの先端が配置されている。また、配管４３ａを通流して水回収器３６の水中に排出された空気に含まれる二酸化炭素は、水回収器３６に回収された水に含まれる消石灰と化学反応することで除去される。
なお、二酸化炭素の除去処理の詳細については、後記する。 The pump 38 (outside air supply means) is controlled by the ECU 50, sucks external air through a pipe 42a communicating with the outside of the vehicle, and pumps it to the water recovery unit 36 through the pipe 43a. The pipe 43a is connected to the lower part of the water collector 36, and the tip of the pipe 43a is arranged so that the air pumped by the pump 38 is discharged into the water collected by the water collector 36. ing. Further, carbon dioxide contained in the air flowing through the pipe 43a and discharged into the water of the water collector 36 is removed by a chemical reaction with slaked lime contained in the water collected in the water collector 36.
The details of the carbon dioxide removal process will be described later.

＜制御系＞
ＥＣＵ（Electric Control Unit）５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、各種インタフェース、電子回路などを備えて構成されている。ＥＣＵ５０は、その内部に記憶したプログラムに従って各種機能を発揮し、遮断弁２２、ドレン弁２５、パージ弁２６、ドレン弁３７などを開閉制御し、クラッチ３１ｂのＯＮ／ＯＦＦ、モータ３１ｄの回転速度、ポンプ３８を駆動させる図示しないモータの回転速度などを制御する。また、ＥＣＵ５０は、水位センサＥによって検出される水回収器３６内の水の水位を監視する。 <Control system>
The ECU (Electric Control Unit) 50 includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), various interfaces, an electronic circuit, and the like. The ECU 50 performs various functions according to a program stored therein, and controls opening / closing of the shut-off valve 22, the drain valve 25, the purge valve 26, the drain valve 37, etc., ON / OFF of the clutch 31b, the rotational speed of the motor 31d, The rotational speed of a motor (not shown) that drives the pump 38 is controlled. Further, the ECU 50 monitors the water level in the water recovery unit 36 detected by the water level sensor E.

＜その他の構成＞
燃料電池システム１は、その他、ラジエータ（図示せず）、冷却水ポンプ（図示せず）などを備え、燃料電池１０を経由するように冷媒を循環させることによって、燃料電池１０を適正な温度（８０℃〜１００℃）に保つ冷媒系を備える。また、燃料電池システム１は、ＥＣＵ５０からの指令に従って、燃料電池１０の発電電力を制御する電力制御器（図示せず）、燃料電池四輪車の動力源となるモータ(図示せず)などを備えた電力消費系を備える。なお、前記の各構成については、詳細な説明を省略する。 <Other configurations>
In addition, the fuel cell system 1 includes a radiator (not shown), a cooling water pump (not shown), and the like, and circulates the refrigerant so as to pass through the fuel cell 10, thereby causing the fuel cell 10 to have an appropriate temperature ( 80 to 100 ° C). Further, the fuel cell system 1 includes a power controller (not shown) that controls the generated power of the fuel cell 10 in accordance with a command from the ECU 50, a motor (not shown) that is a power source of the fuel cell four-wheeled vehicle, and the like. Equipped with a power consumption system. Detailed description of each of the above-described configurations is omitted.

＜オフガス中和部の構成及び機能＞
（１．オフガスの中和について）
前記式（４）に示す化学反応により、消石灰の量と、当該消石灰に反応できる水素イオンの量は、図２に示すグラフの関係になる。
図２に示すように、オフガス中和部３３で生成される消石灰の単位時間当たりの量（ｇ／ｍｉｎ）と、当該消石灰によって中和可能な水素イオンの単位時間当たりの量（ｍｏｌ／ｍｉｎ）とは対応しており、比例関係にある。例えば、オフガス中和部３３において７４ｇ／ｍｉｎの消石灰を供給した場合、２ｍｏｌ／ｍｉｎの水素イオンを中和することができる。
なお、燃料電池１０で発電がなされた場合に、燃料電池１０の出力に対してどれだけの量の水素イオン（Ｈ+）が溶出されるかについては、事前の実験やシミュレーションによって知ることができる。 <Configuration and function of off-gas neutralization section>
(1. About neutralization of off-gas)
The amount of slaked lime and the amount of hydrogen ions that can react with the slaked lime by the chemical reaction shown in the formula (4) have the relationship shown in the graph shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the amount (g / min) of slaked lime produced in the off-gas neutralization unit 33 and the amount of hydrogen ion that can be neutralized by the slaked lime (mol / min) Is in a proportional relationship. For example, when 74 g / min of slaked lime is supplied in the off-gas neutralization unit 33, 2 mol / min of hydrogen ions can be neutralized.
Note that it is possible to know how much hydrogen ions (H + ) are eluted with respect to the output of the fuel cell 10 by power generation in the fuel cell 10 through prior experiments and simulations. .

オフガス中和部３３は、例えば、図３（ａ）,（ｂ）に示す構成を備えている。
図３（ａ）は、生石灰を担持したハニカム配管によって構成されたオフガス中和部３３Ａを示している。すなわち、オフガス中和部３３Ａは、蜂の巣構造のハニカム配管の内壁に生石灰を担持した構成となっている。オフガス中和部３３Ａを、図３（ａ）に示すＸ−Ｘ方向に切断した場合に、その断面は六角形の複数の流路に分かれている。つまり、配管３５ａを通流してきたオフガスは、オフガス中和部３３Ａが備える前記複数の流路に分かれてオフガス中和部３３Ａ内を通流する。 The off-gas neutralization part 33 is provided with the structure shown to Fig.3 (a), (b), for example.
FIG. 3A shows an off-gas neutralizing portion 33A configured by a honeycomb pipe carrying quick lime. That is, the off-gas neutralizing portion 33A has a configuration in which quick lime is supported on the inner wall of a honeycomb pipe having a honeycomb structure. When the off-gas neutralizing portion 33A is cut in the XX direction shown in FIG. 3A, the cross section is divided into a plurality of hexagonal channels. That is, the off gas flowing through the pipe 35a is divided into the plurality of flow paths provided in the off gas neutralization unit 33A and flows through the off gas neutralization unit 33A.

前記したように、蜂の巣構造のオフガス中和部３３Ａが備える複数の流路の内壁には、生石灰が担持されている。したがって、配管３５ａを通流してオフガス中和部３３Ａに流入したオフガスに含まれる水分と、オフガス中和部３３Ａが備える生石灰（ＣａＯ）とが前記式（３）に示す化学反応をして、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）2）が生成される。さらに、生成された前記消石灰と、配管３５ａを通流してきたオフガスに含まれる酸（水素イオン：Ｈ+）とが、前記式（４）に示す化学反応をして、カルシウムイオン（Ｃａ2+）と水が生成される。つまり、オフガスがオフガス中和部３３Ａを通流する間に前記式（３）、式（４）の化学反応が連続して生じ、オフガスに含まれる酸が中和される。
そして、それぞれの前記複数の流路を通流する間に中和されたオフガスは、配管３６ａで合流してエキスパンダ３４（図１参照）に流入する。 As described above, quick lime is carried on the inner walls of the plurality of flow paths provided in the off-gas neutralizing portion 33A having a honeycomb structure. Therefore, the moisture contained in the off-gas flowing through the pipe 35a and flowing into the off-gas neutralizing unit 33A and the quick lime (CaO) included in the off-gas neutralizing unit 33A undergo a chemical reaction represented by the above formula (3), and slaked lime (Ca (OH) 2 ) is produced. Further, the generated slaked lime and the acid (hydrogen ion: H + ) contained in the off-gas flowing through the pipe 35a undergo a chemical reaction represented by the above formula (4), and calcium ions (Ca 2+ ) And water. That is, while the off gas flows through the off gas neutralization part 33A, the chemical reactions of the above formulas (3) and (4) occur continuously, and the acid contained in the off gas is neutralized.
Then, the off-gas neutralized while flowing through each of the plurality of flow paths merges in the pipe 36a and flows into the expander 34 (see FIG. 1).

また、図３（ａ）のようにオフガス中和部３３Ａを構成し、オフガスの流速が一定とした場合に、単位時間当たりにオフガス中和部３３Ａに流入するオフガスに含まれる水素イオンと反応可能な消石灰の量の上限値は、ハニカム配管の各流路に担持されている生石灰が占める総表面積によって決まる。したがって、燃料電池１０の出力に対してどれだけの量の水素イオン（Ｈ+）が溶出されるかを事前の実験やシミュレーションによって把握し、燃料電池１０の出力が上がった場合でも、オフガスに含まれる酸を十分に中和できるようにハニカム配管を設計し、生石灰が占める総表面積を確保する。 In addition, when the off-gas neutralization unit 33A is configured as shown in FIG. 3A and the flow rate of the off-gas is constant, it can react with hydrogen ions contained in the off-gas flowing into the off-gas neutralization unit 33A per unit time. The upper limit of the amount of slaked lime is determined by the total surface area occupied by quick lime carried in each flow path of the honeycomb pipe. Therefore, the amount of hydrogen ions (H + ) eluted from the output of the fuel cell 10 is grasped by prior experiments and simulations, and even if the output of the fuel cell 10 is increased, it is included in the off-gas. The honeycomb piping is designed to sufficiently neutralize the acid, and the total surface area occupied by quicklime is ensured.

また、図３（ｂ）は、生石灰を担持したチャンバーによって構成されたオフガス中和部３３Ｂを示している。すなわち、オフガス中和部３３Ｂは、配管３５ａと配管３６ａとの間に設けた膨張室であるチャンバーの内壁に生石灰を担持した構成となっている。したがって、配管３５ａを通流してオフガス中和部３３Ｂに流入したオフガスは、オフガス中和部３３Ｂのチャンバーに担持された生石灰と前記式（３）の化学反応をし、その結果生成された消石灰と式（４）に示す化学反応をして中和される。そして、中和された前記オフガスは、配管３６ａを通流してエキスパンダ３４（図１参照）に流入する。
なお、単位時間当たりにオフガス中和部３３Ｂに流入するオフガスに含まれる水素イオンと反応可能な消石灰の量の上限値が、チャンバーに担持されている生石灰が占める総表面積によって決まることは、オフガス中和部３３Ａ（図３（ａ）参照）の場合と同様であるから、詳細な説明は省略する。 Moreover, FIG.3 (b) has shown the off-gas neutralization part 33B comprised by the chamber which carry | supported quicklime. That is, the off-gas neutralization part 33B has a configuration in which quick lime is supported on the inner wall of the chamber, which is an expansion chamber provided between the pipe 35a and the pipe 36a. Therefore, the offgas flowing through the pipe 35a and flowing into the offgas neutralization section 33B undergoes a chemical reaction of the formula (3) with quick lime carried in the chamber of the offgas neutralization section 33B, and the slaked lime generated as a result The chemical reaction shown in Formula (4) is neutralized. The neutralized off-gas flows through the pipe 36a and flows into the expander 34 (see FIG. 1).
Note that the upper limit value of the amount of slaked lime that can react with hydrogen ions contained in the off-gas flowing into the off-gas neutralization unit 33B per unit time is determined by the total surface area occupied by quick lime carried in the chamber. Since it is the same as that of the sum part 33A (see FIG. 3A), a detailed description is omitted.

また、オフガス中和部３３を、図４（ａ）,（ｂ）に示す構成とし、燃料電池１０の発電量に応じてオフガス中和部３３から供給する生石灰の量を調整することとしてもよい。
図４（ａ）は、高圧の気体及び生石灰が充填されたタンク３３ｃから生石灰を供給するオフガス中和部３３Ｃの構成を示している。オフガス中和部３３Ｃは、タンク３３ｃと、バルブ３３ｄと、インジェクタ３３ｇと、を備えている。 Moreover, it is good also as adjusting the quantity of the quick lime supplied from the off-gas neutralization part 33 according to the electric power generation amount of the fuel cell 10 by making the off-gas neutralization part 33 into the structure shown to Fig.4 (a), (b). .
FIG. 4A shows a configuration of an off-gas neutralization unit 33C that supplies quick lime from a tank 33c filled with high-pressure gas and quick lime. The off-gas neutralizing unit 33C includes a tank 33c, a valve 33d, and an injector 33g.

図４（ａ）に示すように、タンク３３ｃには、粉末状の生石灰（以下、単に「生石灰」と記す。）と、高圧の気体（例えば、窒素（Ｎ2）など）が充填されている。また、バルブ３３ｄは、タンク３３ｃの開口部（図示せず）と配管３３ｅを介して接続されており、ＥＣＵ５０により開閉制御される。また、インジェクタ３３ｇは、配管３３ｆを介してバルブ３３ｄと接続されており、ＥＣＵ５０からの指令に従って、生石灰を噴射する際の圧力を調整する。前記したように、タンク３３ｃ内には、生石灰及び高圧の気体が充填されているため、バルブ３３ｄが開状態となった場合、配管３３ｅ，３３ｆ内の圧力は高圧になる。インジェクタ３３ｇは、ＥＣＵ５０からの電気信号（ＰＷＭ信号）の入力に従って内部のプランジャ（図示せず）を作動させ、ノズル３３ｈから適度に圧力が調整された生石灰を噴射する。 As shown in FIG. 4A, the tank 33c is filled with powdered quicklime (hereinafter simply referred to as “quicklime”) and a high-pressure gas (for example, nitrogen (N 2 )). . The valve 33d is connected to an opening (not shown) of the tank 33c via a pipe 33e and is controlled to be opened and closed by the ECU 50. The injector 33g is connected to the valve 33d via a pipe 33f, and adjusts the pressure at which quick lime is injected in accordance with a command from the ECU 50. As described above, since the tank 33c is filled with quicklime and high-pressure gas, when the valve 33d is opened, the pressure in the pipes 33e and 33f becomes high. The injector 33g operates an internal plunger (not shown) in accordance with the input of an electric signal (PWM signal) from the ECU 50, and injects quick lime whose pressure is appropriately adjusted from the nozzle 33h.

ところで、燃料電池１０の出力に対してどれだけの量の水素イオン（Ｈ+）が溶出されるかは、事前の実験やシミュレーションによって知ることができ、燃料電池１０の出力に対する水素イオンの溶出量（ｍｏｌ／ｍｉｎ）は、ＥＣＵ５０の記憶部（図示せず）に予め記憶されている。また、オフガス中和部３３Ｃが供給する生石灰の単位時間当たりの量（ｇ／ｍｉｎ）と、当該生石灰をオフガスに供給することによって化学反応する水素イオンの単位時間当たりの量（ｍｏｌ／ｍｉｎ）との関係(式（３）、式（４）、図２参照)も、ＥＣＵ５０の記憶部に記憶されている。 By the way, it is possible to know how much hydrogen ions (H + ) are eluted with respect to the output of the fuel cell 10 by prior experiments and simulations. (Mol / min) is stored in advance in a storage unit (not shown) of the ECU 50. Moreover, the amount (g / min) of quick lime supplied by the offgas neutralization unit 33C per unit time and the amount (mol / min) of hydrogen ion that chemically reacts by supplying the quick lime to the off gas. (See formulas (3), (4), and FIG. 2) are also stored in the storage unit of the ECU 50.

ＥＣＵ５０は、燃料電池１０の出力を出力検出器（図示せず）で検出し、前記記憶部に記憶されているデータに基づき、燃料電池１０の出力に基づいて水素イオンの溶出量を推定し、当該水素イオンの溶出量に対応して生石灰の噴射量（ｇ／ｍｉｎ）を決定する。さらに、ＥＣＵ５０は、前記噴射量（ｇ／ｍｉｎ）の生石灰が噴射されるように、圧力センサＰ１によって検出されるタンク３３ｃ内の圧力に基づいて、バルブ３３ｄを開閉制御するとともに、インジェクタ３３ｇからの吐出量を制御する。これによって、燃料電池１０の発電量に応じて、オフガス中和部３３Ｃから供給する生石灰の量を調整することができ、オフガスの中和に必要な量の生石灰を無駄なく噴射して、オフガス中の酸を中和することができる。   The ECU 50 detects the output of the fuel cell 10 with an output detector (not shown), estimates the elution amount of hydrogen ions based on the output of the fuel cell 10 based on the data stored in the storage unit, The injection quantity (g / min) of quick lime is determined corresponding to the elution amount of the hydrogen ions. Further, the ECU 50 controls the opening and closing of the valve 33d based on the pressure in the tank 33c detected by the pressure sensor P1 so that the injection amount (g / min) of quicklime is injected, and also from the injector 33g. Control the discharge rate. Accordingly, the amount of quicklime supplied from the offgas neutralization unit 33C can be adjusted according to the amount of power generated by the fuel cell 10, and an amount of quicklime necessary for the offgas neutralization is injected without waste. The acid can be neutralized.

また、図４（ｂ）は、生石灰が充填されたタンク３３ｉの充填口に接続された配管３３ｊを介してコンプレッサ３１から圧力を加えて生石灰を供給するオフガス中和部３３Ｄの構成を示している。オフガス中和部３３Ｄは、タンク３３ｉと、バルブ３３ｄと、インジェクタ３３ｇと、を備えている。
図４（ｂ）に示すように、タンク３３ｉには粉末状の生石灰（以下、単に「生石灰」と記す。）が充填されている。また、配管３３ｊはコンプレッサ３１（図１参照）の下流に接続された配管３２ａ（図１参照）から分岐し、タンク３３ｉの開口部（図示せず）に接続されている。また、配管３３ｊには圧力センサＰ２が設けられており、配管３３ｊを通流する酸化剤ガスの圧力が、圧力センサＰ２からＥＣＵ５０に出力される。
なお、バルブ３３ｄ、インジェクタ３３ｇについては、前記で説明したものと同様であるから、説明を省略する。 Moreover, FIG.4 (b) has shown the structure of offgas neutralization part 33D which applies a pressure from the compressor 31 and supplies quicklime via the piping 33j connected to the filling port of the tank 33i filled with quicklime. . The off-gas neutralization unit 33D includes a tank 33i, a valve 33d, and an injector 33g.
As shown in FIG. 4B, the tank 33i is filled with powdered quicklime (hereinafter simply referred to as “quicklime”). The pipe 33j branches from a pipe 32a (see FIG. 1) connected downstream of the compressor 31 (see FIG. 1), and is connected to an opening (not shown) of the tank 33i. The pipe 33j is provided with a pressure sensor P2, and the pressure of the oxidant gas flowing through the pipe 33j is output from the pressure sensor P2 to the ECU 50.
Since the valve 33d and the injector 33g are the same as those described above, description thereof is omitted.

燃料電池１０の出力と、コンプレッサ３１から配管３２ａに排出される酸化剤ガスの圧力（エア圧）とは、図５（ａ）に示すように比例関係となる。なぜなら、燃料電池１０の出力（出力電流、出力電圧）を高める際には、前記式（１）、式（２）の電極反応を促進させるためにコンプレッサ３１からのエア圧を高めて、より多くの酸化剤ガスを燃料電池１０に供給する必要があるためである。この場合、配管３２ａ（図１参照）から分岐している配管３３ｊ（図４（ｂ）参照）内の圧力も高くなる。   The output of the fuel cell 10 and the pressure (air pressure) of the oxidant gas discharged from the compressor 31 to the pipe 32a have a proportional relationship as shown in FIG. This is because when the output (output current, output voltage) of the fuel cell 10 is increased, the air pressure from the compressor 31 is increased in order to promote the electrode reaction of the formulas (1) and (2). This is because it is necessary to supply the oxidant gas to the fuel cell 10. In this case, the pressure in the pipe 33j (see FIG. 4B) branched from the pipe 32a (see FIG. 1) also increases.

また、図５（ｂ）に示すように、インジェクタ３３ｇから生石灰が吐出される頻度を一定とした場合、コンプレッサ３１から排出される酸化剤ガス（エア圧）とインジェクタ３３ｇのノズル３３ｈから単位時間当たりに噴射される生石灰の噴射量とは比例関係となる。
ＥＣＵ５０は、前記した場合と同様に、燃料電池１０の出力に基づいて水素イオンの溶出量を推定し、当該水素イオンの溶出量に対応して生石灰の噴射量（ｇ／ｍｉｎ）を決定する。さらに、ＥＣＵ５０は、前記噴射量（ｇ／ｍｉｎ）の生石灰が噴射されるように、圧力センサＰ２により検出されたに応じてバルブ３３ｄを開閉制御するとともに、インジェクタ３３ｇからの吐出量を制御する。
これによって、燃料電池１０の発電量に応じて、オフガス中和部３３Ｄから供給する生石灰の量を調整することができ、オフガスの中和に必要な量の生石灰を無駄なく噴射して、オフガス中の酸を中和することができる。 Further, as shown in FIG. 5B, when the frequency at which quick lime is discharged from the injector 33g is constant, the oxidant gas (air pressure) discharged from the compressor 31 and the nozzle 33h of the injector 33g per unit time. There is a proportional relationship with the amount of quicklime sprayed on the surface.
Similar to the case described above, the ECU 50 estimates the elution amount of hydrogen ions based on the output of the fuel cell 10, and determines the quick lime injection amount (g / min) corresponding to the elution amount of the hydrogen ions. Further, the ECU 50 controls the opening and closing of the valve 33d according to the detection by the pressure sensor P2 so that the injection amount (g / min) of quicklime is injected, and also controls the discharge amount from the injector 33g.
Accordingly, the amount of quicklime supplied from the offgas neutralization unit 33D can be adjusted according to the amount of power generated by the fuel cell 10, and the amount of quicklime required for the offgas neutralization can be injected without waste. The acid can be neutralized.

（２．オフガスの加熱について）
前記式（３）で示したように、オフガス中和部３３が備える生石灰（ＣａＯ）と、オフガスに含まれる水分とが化学反応した場合、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）2）が生成されるとともに、６３ｋＪ／ｍｏｌの熱が発生する。つまり、オフガス中和部３３が供給する生石灰の量（ｇ／ｍｉｎ）と、前記式（３）の化学反応の際に発生する熱量とは対応しており、図６（ａ）に示すように比例関係となっている。同様に、オフガスに含まれる水分の量（ｇ／ｍｉｎ）と、前記式（３）の化学反応の際に発生する熱量とは対応しており、図６（ｂ）に示すように比例関係となっている。例えば、生石灰１７８ｇ／ｍｉｎと、オフガスに含まれる水分５７ｇ／ｍｉｎとを反応させることにより、約２００ｋＪ／ｍｉｎの発熱量が得られる。
図１に示すように、オフガス中和部３３の下流には、配管３６ａを介してエキスパンダ３４が設けられている。前記したように、エキスパンダ３４は、通流するオフガスの流体エネルギが、エキスパンダ３４の羽根車（図示せず）の回転エネルギに変換されつつ、オフガスが体積膨張し、その圧力が低下する。つまり、エキスパンダ３４は、当該エキスパンダ３４を通流するオフガスの前後差圧によって回転するといえる。 (2. About heating of off-gas)
As shown in the formula (3), when quick lime (CaO) included in the off-gas neutralization unit 33 and water contained in the off-gas chemically react with each other, slaked lime (Ca (OH) 2 ) is generated, A heat of 63 kJ / mol is generated. That is, the amount (g / min) of quick lime supplied by the off-gas neutralization unit 33 corresponds to the amount of heat generated in the chemical reaction of the formula (3), as shown in FIG. Proportional relationship. Similarly, the amount of water (g / min) contained in the off-gas corresponds to the amount of heat generated in the chemical reaction of the above formula (3), and as shown in FIG. It has become. For example, a calorific value of about 200 kJ / min can be obtained by reacting quick lime 178 g / min with moisture 57 g / min contained in the off-gas.
As shown in FIG. 1, an expander 34 is provided downstream of the off-gas neutralization unit 33 via a pipe 36a. As described above, in the expander 34, the off-gas fluid volume is expanded while the fluid energy of the flowing off-gas is converted into the rotational energy of the impeller (not shown) of the expander 34, and the pressure is reduced. That is, it can be said that the expander 34 rotates due to the differential pressure across the off-gas flowing through the expander 34.

ところで、前記式（３）の化学反応により、配管３６ａ（図１参照）内のオフガスが加熱されると、当該酸化剤オフガスを構成する分子の運動エネルギが大きくなるため、配管３６ａ内のオフガスの圧力が高くなる。そうすると、エキスパンダ３４の前後差圧が高くなるため、エキスパンダ３４の羽根車（図示せず）の回転速度（回転エネルギ）も増加する。
そして、前記したように、エキスパンダ３４が備える羽根車の回転エネルギは、伝達軸３１ｃを介してコンプレッサ３１に伝達されるようになっている。つまり、前記式（３）に示す化学反応の際に生ずる熱エネルギにより増加されたエキスパンダ３４の羽根車の回転エネルギがコンプレッサ３１の羽根車（図示せず）の回転エネルギに伝達される。その結果、燃料電池１０に、より多くの酸化剤ガスが供給されて前記式（１）、式（２）の電極反応が促進されるため、燃料電池システム１全体でのエネルギ損失を低減することができる。 By the way, when the off-gas in the pipe 36a (see FIG. 1) is heated by the chemical reaction of the formula (3), the kinetic energy of the molecules constituting the oxidant off-gas increases, so the off-gas in the pipe 36a Pressure increases. Then, since the differential pressure across the expander 34 increases, the rotational speed (rotational energy) of the impeller (not shown) of the expander 34 also increases.
As described above, the rotational energy of the impeller included in the expander 34 is transmitted to the compressor 31 via the transmission shaft 31c. In other words, the rotational energy of the impeller of the expander 34 increased by the thermal energy generated during the chemical reaction shown in the formula (3) is transmitted to the rotational energy of the impeller (not shown) of the compressor 31. As a result, more oxidant gas is supplied to the fuel cell 10 and the electrode reactions of the above formulas (1) and (2) are promoted, thereby reducing energy loss in the entire fuel cell system 1. Can do.

＜二酸化炭素の除去処理＞
図７（ａ）に示すように、ＥＣＵ５０によって制御されるポンプ３８により圧送されて流入してきた空気が、水回収器３６に回収された水の中に排出されるように、配管４３ａの先端が配置されている。ちなみに、配管４２ａは車外と連通している。つまり、ポンプ３８が駆動することによって燃料電池四輪車の外部の空気を取り込んで、水回収器３６内に貯留されている水中に排出する構成となっている。 <Removal of carbon dioxide>
As shown in FIG. 7 (a), the tip of the pipe 43a is placed so that the air that has been pumped in by the pump 38 controlled by the ECU 50 and discharged into the water recovered by the water recovery device 36. Has been placed. Incidentally, the pipe 42a communicates with the outside of the vehicle. That is, when the pump 38 is driven, air outside the fuel cell four-wheel vehicle is taken in and discharged into the water stored in the water collector 36.

また、水回収器３６内に貯留されている水は、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）2）を含んでいる。当該消石灰は、図４（ａ），（ｂ）で説明したオフガス中和部３３Ｃ，３３Ｄの構成において、インジェクタ３３ｇから噴射され、前記式（３）、式（４）の化学反応が起こった残りの消石灰である。ちなみに、消石灰は、例えば酸性化した河川の中和剤や凝縮剤などに用いられるものであり、無害である。
ここで、前記式（４）の化学反応で消費される消石灰の量（ｇ／ｍｉｎ）は、水素イオン（ｍｏｌ／ｍｉｎ）の量で決まる（図２参照）。したがって、図４（ａ）,（ｂ）の構成において、ＥＣＵ５０が、燃料電池１０の出力から推定される水素イオンを中和するのに必要な量を上回る所定量の消石灰をオフガスに供給するように、インジェクタ３３ｇなどを制御することによって、水回収器３６には消石灰水溶液が貯留されることとなる。
また、前記消石灰水溶液（Ｃａ（ＯＨ）2 ａｑ）と、配管４３ａを介して水回収器３６に排出される空気に含まれる二酸化炭素（ＣＯ2）とは、以下の式（５）に示す化学反応をする。
Ｃａ（ＯＨ）2 ａｑ＋ＣＯ2→ＣａＣＯ3＋Ｈ2Ｏ・・・式（５） Moreover, the water stored in the water recovery unit 36 contains slaked lime (Ca (OH) 2 ). The slaked lime is injected from the injector 33g in the structure of the off-gas neutralizing portions 33C and 33D described with reference to FIGS. 4A and 4B, and the remaining chemical reaction of the formulas (3) and (4) occurs. Of slaked lime. Incidentally, slaked lime is used, for example, as an acidified river neutralizer or condensing agent, and is harmless.
Here, the amount (g / min) of slaked lime consumed by the chemical reaction of the formula (4) is determined by the amount of hydrogen ions (mol / min) (see FIG. 2). Therefore, in the configuration of FIGS. 4A and 4B, the ECU 50 supplies a predetermined amount of slaked lime exceeding the amount necessary for neutralizing hydrogen ions estimated from the output of the fuel cell 10 to the off-gas. In addition, by controlling the injector 33g and the like, the water recovery unit 36 stores the slaked lime aqueous solution.
The slaked lime aqueous solution (Ca (OH) 2 aq) and carbon dioxide (CO 2 ) contained in the air discharged to the water recovery unit 36 through the pipe 43a are represented by the following chemical formula (5). React.
Ca (OH) 2 aq + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O Formula (5)

前記の式（５）の化学反応の結果、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）と水が生ずる。このように、オフガスに含まれる水分と、消石灰とを回収し、当該消石灰を含む水溶液として水回収器３６に貯留する「貯留工程」と、外部から取り込まれた空気を供給し、前記水溶液に含まれる消石灰により、前記空気に含まれる二酸化炭素を除去する「二酸化炭素除去工程」と、を有するオフガスの処理方法を実行することにより、大気中の二酸化炭素を除去することができる。 As a result of the chemical reaction of the above formula (5), calcium carbonate (CaCO 3 ) and water are produced. In this way, the moisture and slaked lime contained in the off-gas are collected and stored in the water recovery unit 36 as an aqueous solution containing the slaked lime, and the air taken in from the outside is supplied and contained in the aqueous solution. The carbon dioxide in the atmosphere can be removed by executing an off-gas treatment method having a “carbon dioxide removal step” for removing carbon dioxide contained in the air with the slaked lime.

また、図７（ｂ）に示すように、水溶液中の消石灰の量（ｇ／ｍｉｎ）と、吸収できる大気中の二酸化炭素量とは対応しており、比例関係となっている。ちなみに、生成される炭酸カルシウムは、貝殻、石灰石、大理石などの主成分であり、無害である。
ＥＣＵ５０は、水回収器３６に貯留されている水溶液中の消石灰の量を、予め定められた所定周期（例えば、１ｍｉｎ）ごとに計算する。水回収器３６内の消石灰の増加量ΔＷ（ｇ／ｍｉｎ）は、水回収器３６に供給される消石灰の量Ｗｓ（ｇ／ｍｉｎ）と、水回収器３６で消費される消石灰の量Ｗｄ（ｇ／ｍｉｎ）から、以下の式（６）により求めることができる。
ΔＷ＝Ｗｓ−Ｗｄ・・・式（６） Moreover, as shown in FIG.7 (b), the quantity (g / min) of slaked lime in aqueous solution respond | corresponds, and the amount of carbon dioxide in the atmosphere which can be absorbed has a proportional relationship. Incidentally, the generated calcium carbonate is a main component of shells, limestone, marble, etc. and is harmless.
The ECU 50 calculates the amount of slaked lime in the aqueous solution stored in the water recovery unit 36 at predetermined intervals (for example, 1 min). The increased amount ΔW (g / min) of slaked lime in the water recovery unit 36 is the amount of slaked lime Ws (g / min) supplied to the water recovery unit 36 and the amount of slaked lime Wd ( g / min) and can be obtained by the following equation (6).
ΔW = Ws−Wd (6)

そして、ＥＣＵ５０は、水回収器３６内の消石灰の量の初期値（ｇ）に前記式（６）を用いて算出した消石灰の増加量ΔＷ（ｇ／ｍｉｎ）を、所定時間（例えば、１ｍｉｎ）ごとに累積的に足し、水回収器３６内に存在する現在の消石灰の量を算出する。ちなみに、水回収器３６に供給される消石灰の量Ｗｓ（ｇ／ｍｉｎ）は、ＥＣＵ５０により制御される燃料電池１０の出力と、インジェクタ３３ｇから噴射される生石灰の量（ｇ／ｍｉｎ）とによって決まる。また、水回収器３６で消費される消石灰の量Ｗｄ（ｇ／ｍｉｎ）は、車外大気中の二酸化炭素の濃度（ｍｏｌ／Ｌ）と、ＥＣＵ５０によって制御されるポンプ３８から供給される空気の量（Ｌ／ｍｉｎ）とによって決まる。
したがって、燃料電池システム１は、前記の構成を備えることにより、水中に排出された空気に含まれる二酸化炭素を、配管３８ａ（図１参照）を介して水回収手段３６に回収された水に含まれる消石灰により、除去することができる。
なお、ＥＣＵ５０は、水位センサＥによって検出された水回収器３６内の水位が、予め定めされた所定値以下となった場合には、ポンプ３８の駆動を停止させ、車外の空気を吸引しないよう制御することとしてもよい。 Then, the ECU 50 sets the increase amount ΔW (g / min) of slaked lime calculated using the equation (6) as the initial value (g) of the amount of slaked lime in the water recovery unit 36 for a predetermined time (for example, 1 min). The amount of slaked lime present in the water collector 36 is calculated cumulatively. Incidentally, the amount Ws (g / min) of slaked lime supplied to the water recovery unit 36 is determined by the output of the fuel cell 10 controlled by the ECU 50 and the amount (g / min) of quick lime injected from the injector 33g. . The amount of slaked lime Wd (g / min) consumed by the water recovery unit 36 is the concentration of carbon dioxide in the atmosphere outside the vehicle (mol / L) and the amount of air supplied from the pump 38 controlled by the ECU 50. (L / min).
Therefore, the fuel cell system 1 includes the above-described configuration, so that carbon dioxide contained in the air discharged into the water is included in the water collected by the water collection means 36 via the pipe 38a (see FIG. 1). It can be removed by slaked lime.
When the water level in the water collector 36 detected by the water level sensor E falls below a predetermined value, the ECU 50 stops driving the pump 38 and does not suck air outside the vehicle. It is good also as controlling.

＜燃料電池システム１の効果＞
本実施形態に係る燃料電池システム１によれば、燃料電池１０からオフガス排出流路を通流して排出されるオフガス(酸化剤オフガス)に含まれる酸を、オフガス中和部３３により中和することができる。したがって、燃料電池システム１によれば、オフガスに含まれる酸を簡単な構成で容易に中和することができる。
また、オフガス中和部３３は簡単な構成であるため、燃料電池システム１全体のサイズがコンパクトにすることができる。また、オフガス中和部３３が備える生石灰は、安価に入手することが可能であり、低コストでオフガス中和部３３を構成することができる。 <Effect of fuel cell system 1>
According to the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the off-gas neutralizing unit 33 neutralizes the acid contained in the off-gas (oxidant off-gas) discharged from the fuel cell 10 through the off-gas discharge channel. Can do. Therefore, according to the fuel cell system 1, the acid contained in the offgas can be easily neutralized with a simple configuration.
Moreover, since the off-gas neutralization part 33 is a simple structure, the size of the fuel cell system 1 whole can be made compact. Moreover, the quick lime with which the off-gas neutralization part 33 is provided can be obtained cheaply, and the off-gas neutralization part 33 can be comprised at low cost.

また、燃料電池システム１によれば、オフガス中和部３３が備える生石灰と、オフガス(酸化剤オフガス)に含まれる水分とを反応させて消石灰を生成する過程で発生する熱によりオフガスを加熱し、加熱された前記オフガスがエキスパンダ３４に供給される。したがって、燃料電池システム１によれば、エキスパンダ３４の前後差圧を大きくし、エキスパンダ３４の羽根車（図示せず）の回転速度（回転エネルギ）を増加させることができる。
そして、エキスパンダ３４の羽根車（図示せず）の回転エネルギがコンプレッサ３１の羽根車（図示せず）の回転エネルギに伝達される。したがって燃料電池システム１によれば、燃料電池１０に、より多くの酸化剤ガスが供給されて前記式（１）、式（２）の電極反応が促進されるため、燃料電池システム１全体でのエネルギ損失を低減させ、発電効率を向上させることができる。 Further, according to the fuel cell system 1, the offgas is heated by the heat generated in the process of generating slaked lime by reacting quick lime provided in the offgas neutralization unit 33 with moisture contained in the offgas (oxidant offgas), The heated off gas is supplied to the expander 34. Therefore, according to the fuel cell system 1, the differential pressure across the expander 34 can be increased, and the rotational speed (rotational energy) of the impeller (not shown) of the expander 34 can be increased.
Then, the rotational energy of the impeller (not shown) of the expander 34 is transmitted to the rotational energy of the impeller (not shown) of the compressor 31. Therefore, according to the fuel cell system 1, since more oxidant gas is supplied to the fuel cell 10 and the electrode reactions of the above formulas (1) and (2) are promoted, Energy loss can be reduced and power generation efficiency can be improved.

また、燃料電池システム１によれば、ポンプ３８（外気供給手段）によって外部の空気を取り込んで、水回収器３６に回収された水中に供給する。そして、水中に供給された前記空気に含まれる二酸化炭素が、オフガス排出流路を介して水回収手段に回収された水に含まれる消石灰により除去される。したがって、燃料電池システム１によれば、大気中に含まれる二酸化炭素を除去することができるため、環境により良い燃料電池システムを提供することができる。   Further, according to the fuel cell system 1, external air is taken in by the pump 38 (outside air supply means) and supplied to the water recovered by the water recovery unit 36. And the carbon dioxide contained in the said air supplied in water is removed by the slaked lime contained in the water collect | recovered by the water collection | recovery means via the offgas discharge flow path. Therefore, according to the fuel cell system 1, since carbon dioxide contained in the atmosphere can be removed, a fuel cell system better for the environment can be provided.

≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システム１Ａについて、図８を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を説明する。
第１実施形態に係る燃料電池システム１では、オフガス中和部３３が酸化剤オフガス（オフガス）に含まれる酸を中和する構成であったのに対して、本実施形態に燃料電池システム１Ａでは、オフガス中和部３３が、燃料オフガス及び酸化剤オフガス（オフガス）に含まれる酸を中和する構成となっている点が異なる。また、第１実施形態に係る燃料電池システム１はエキスパンダ３４を備えていたのに対して、本実施形態に燃料電池システム１Ａはエキスパンダを備えていない点が異なる。 << Second Embodiment >>
Next, a fuel cell system 1A according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, a different part from 1st Embodiment is demonstrated.
In the fuel cell system 1 according to the first embodiment, the off-gas neutralizing unit 33 is configured to neutralize the acid contained in the oxidant off-gas (off-gas). The difference is that the off-gas neutralizing section 33 is configured to neutralize the acid contained in the fuel off-gas and the oxidant off-gas (off-gas). Further, the fuel cell system 1 according to the first embodiment is provided with the expander 34, whereas the fuel cell system 1A is different from the present embodiment in that the expander 34 is not provided.

＜燃料電池システム１Ａの構成＞
以下、燃料電池システム１Ａのうち、酸化剤オフガス排出流路（オフガス排出流路：配管３４ｂ、配管３５ｂ、配管３６ｂ、配管３７ｂ、配管４０ｂ）と、当該酸化剤オフガス排出流路上での各機器の接続関係について説明する。
加湿器３２は、配管３４ｂを介して燃料電池１０と接続されている。また、希釈器３５は、配管３５ｂを介して加湿器３２と接続されている。なお、加湿器３２及び希釈器３５の機能については前記したものと同様であるから、説明を省略する。
オフガス中和部３３は、配管３６ｂを介して希釈器３５と接続されている。すなわち、オフガス中和部３３は、希釈器３５より下流側に位置する。したがって、オフガス中和部３３には、配管３５ｂ、希釈器３５、配管３６ｂを介して酸化剤オフガスが流入するとともに、配管２９ａ、希釈器３５、配管３６ｂを介して燃料オフガスも流入することとなる。
水回収器３６は、配管３７ｂを介してオフガス中和部３３と接続されており、水回収器３６で分離された液体は配管３８ｂ、ドレン弁３７、配管３９ｂを介して車外に排出され、分離された気体は配管４０ｂを介して車外に排出される。 <Configuration of fuel cell system 1A>
Hereinafter, in the fuel cell system 1A, the oxidant off-gas discharge flow path (off-gas discharge flow path: pipe 34b, pipe 35b, pipe 36b, pipe 37b, pipe 40b) and each device on the oxidant off-gas discharge flow path The connection relationship will be described.
The humidifier 32 is connected to the fuel cell 10 via a pipe 34b. The diluter 35 is connected to the humidifier 32 via a pipe 35b. The functions of the humidifier 32 and the diluter 35 are the same as those described above, and thus the description thereof is omitted.
The off-gas neutralization unit 33 is connected to the diluter 35 via a pipe 36b. That is, the off-gas neutralization part 33 is located downstream from the diluter 35. Therefore, the oxidant off-gas flows into the off-gas neutralization unit 33 via the pipe 35b, the diluter 35, and the pipe 36b, and the fuel off-gas also flows through the pipe 29a, the diluter 35, and the pipe 36b. .
The water recovery unit 36 is connected to the off-gas neutralization unit 33 via a pipe 37b, and the liquid separated by the water recovery unit 36 is discharged outside the vehicle via a pipe 38b, a drain valve 37, and a pipe 39b to be separated. The exhausted gas is discharged out of the vehicle through the pipe 40b.

＜オフガス中和処理及び二酸化炭素除去処理＞
オフガス中和部３３の構成は、図３(ａ),（ｂ）、図４（ａ）,（ｂ）に示した構成と同様であるから説明を省略する。オフガス中和部３３では、前記式（３）、式（４）の処理が連続的に起こって、配管３６ｂから流入してくるオフガス（燃料オフガス及び酸化剤オフガス）が中和される。
また、車外と連通する配管４２ａを介してポンプ３８により車外の空気が吸引され、配管４３ａを介して水回収器３６に回収された水の中に排出される。そして、前記で説明した式（５）の化学反応が生じることにより、水回収器３６に取り入れられた空気に含まれる二酸化炭素が除去される。 <Off-gas neutralization treatment and carbon dioxide removal treatment>
The configuration of the off-gas neutralization unit 33 is the same as the configuration shown in FIGS. 3A and 3B and FIGS. 4A and 4B, and thus the description thereof is omitted. In the off-gas neutralization unit 33, the processing of the above formulas (3) and (4) occurs continuously, and the off-gas (fuel off-gas and oxidant off-gas) flowing in from the pipe 36b is neutralized.
In addition, air outside the vehicle is sucked by the pump 38 through the pipe 42a communicating with the outside of the vehicle, and is discharged into the water collected by the water collector 36 through the pipe 43a. And when the chemical reaction of Formula (5) demonstrated above arises, the carbon dioxide contained in the air taken in into the water recovery device 36 is removed.

＜燃料電池システム１Ａの効果＞
本実施形態に係る燃料電池システム１Ａによれば、燃料電池１０からオフガス排出流路を通流して排出されるオフガス（燃料オフガス及び酸化剤オフガス）に含まれる酸を、オフガス排出流路に設けられたオフガス中和部３３により中和することができる。したがって、燃料電池システム１Ａによれば、オフガスに含まれる酸を、簡単な構成で容易に中和することができる。
また、燃料電池システム１Ａによれば、大気中に含まれる二酸化炭素を除去することができるため、環境により良い燃料電池システムを提供することができる。 <Effect of fuel cell system 1A>
According to the fuel cell system 1A of the present embodiment, the acid contained in the offgas (fuel offgas and oxidant offgas) discharged from the fuel cell 10 through the offgas discharge channel is provided in the offgas discharge channel. Further, it can be neutralized by the off-gas neutralizing section 33. Therefore, according to the fuel cell system 1A, the acid contained in the offgas can be easily neutralized with a simple configuration.
Further, according to the fuel cell system 1A, since carbon dioxide contained in the atmosphere can be removed, a fuel cell system that is better for the environment can be provided.

≪第３実施形態≫
次に、本発明の第３実施形態に係る燃料電池システム１Ｂについて、図９を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を説明する。
第１実施形態に係る燃料電池システム１では、オフガス中和部３３が酸化剤オフガス（オフガス）に含まれる酸を中和する構成であったのに対して、本実施形態に燃料電池システム１Ｂでは、オフガス中和部２７が燃料オフガス（オフガス）に含まれる酸を中和する構成となっている点が異なる。また、第１実施形態に係る燃料電池システム１ではエキスパンダ３４がカソード側のオフガス排出流路に設けられていたのに対し、本実施形態に燃料電池システム１Ｂではエキスパンダ２８がアノード側のオフガス排出流路に設けられている点が異なる。 «Third embodiment»
Next, a fuel cell system 1B according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, a different part from 1st Embodiment is demonstrated.
In the fuel cell system 1 according to the first embodiment, the off-gas neutralization unit 33 is configured to neutralize the acid contained in the oxidant off-gas (off-gas), whereas in the fuel cell system 1B according to the present embodiment, The difference is that the off-gas neutralizing section 27 is configured to neutralize the acid contained in the fuel off-gas (off-gas). Further, in the fuel cell system 1 according to the first embodiment, the expander 34 is provided in the cathode-side off-gas discharge channel, whereas in the fuel cell system 1B according to the present embodiment, the expander 28 is provided in the anode-side off-gas. The difference is that it is provided in the discharge channel.

＜燃料電池システム１Ｂの構成＞
以下、燃料電池システム１Ｂのうち、燃料オフガス排出流路（オフガス排出流路：配管２１ｃ、配管２２ｃ、配管２３ｃ、配管２７ａ、配管２８ａ、配管２９ａ、配管３６ｃ、配管３９ｃ）と、当該燃料オフガス排出流路上での各機器の接続関係について説明する。
オフガス中和部２７は、燃料電池１０のアノード流路１１と連通している配管２１ｃと接続されている。また、エキスパンダ２８は配管２２ｃを介してオフガス中和部２７と接続されている。そして、エキスパンダ２８が備える羽根車(図示せず)の回転エネルギは、クラッチ３１ｂを有する伝達軸３１ｃを介してコンプレッサ３１に伝達されるようになっている。ちなみに、クラッチ３１ｂは、ＥＣＵ５０によってＯＮ（連結）／ＯＦＦ（非連結）制御される。また、気液分離器２４は、配管２３ｃを介してエキスパンダ２８と接続されている。 <Configuration of fuel cell system 1B>
Hereinafter, in the fuel cell system 1B, the fuel off-gas discharge channel (off-gas discharge channel: pipe 21c, pipe 22c, pipe 23c, pipe 27a, pipe 28a, pipe 29a, pipe 36c, pipe 39c) and the fuel off-gas discharge The connection relationship of each device on the flow path will be described.
The offgas neutralization unit 27 is connected to a pipe 21 c that communicates with the anode flow path 11 of the fuel cell 10. The expander 28 is connected to the off-gas neutralization unit 27 via the pipe 22c. And the rotational energy of the impeller (not shown) with which the expander 28 is provided is transmitted to the compressor 31 via the transmission shaft 31c which has the clutch 31b. Incidentally, the clutch 31b is ON (connected) / OFF (not connected) controlled by the ECU 50. Further, the gas-liquid separator 24 is connected to the expander 28 via a pipe 23c.

＜オフガス中和処理＞
オフガス中和部２７の構成は、オフガス中和部３３の構成（図３(ａ),（ｂ）、図４（ａ）,（ｂ）参照）と同様であるから説明を省略する。燃料電池１０は前記式（１）、式（２）の電極反応により発電するが、前記式（２）に示したように、燃料電池１０で生じる水分は主にカソード側で生成されカソード流路１２を通流する。ただし、膜/電極接合体（ＭＥＡ）内において水分の逆拡散が発生するため、アノード流路１１から配管２１ｃを介してオフガス中和部２７に供給される燃料オフガス（オフガス）も水分を多く含むこととなる。
そして、オフガス中和部２７が備える生石灰と、オフガス中和部２７に供給される前記水分とが前記式（３）で示した化学反応を生じて消石灰を生成し、さらに式（４）の化学反応が連続的に生じて、配管２１ｃから流入してくるオフガス（燃料オフガス）が中和される。 <Off-gas neutralization treatment>
Since the configuration of the off-gas neutralization unit 27 is the same as the configuration of the off-gas neutralization unit 33 (see FIGS. 3A and 3B, FIGS. 4A and 4B), the description thereof is omitted. The fuel cell 10 generates power by the electrode reaction of the above formulas (1) and (2). As shown in the formula (2), the water generated in the fuel cell 10 is mainly generated on the cathode side and is generated in the cathode flow path. 12 flows. However, since back diffusion of moisture occurs in the membrane / electrode assembly (MEA), the fuel off-gas (off-gas) supplied from the anode channel 11 to the off-gas neutralization unit 27 via the pipe 21c also contains a lot of moisture. It will be.
And the quick lime with which the off-gas neutralization part 27 is provided, and the said water | moisture content supplied to the off-gas neutralization part 27 produce the chemical reaction shown by the said Formula (3), produce | generate slaked lime, and also the chemistry of Formula (4) Reaction occurs continuously and the off gas (fuel off gas) flowing in from the pipe 21c is neutralized.

＜オフガス加熱処理＞
エキスパンダ２８は、当該エキスパンダ２８を通流する燃料オフガスの前後差圧によって回転する。また、前記式（３）の化学反応により、配管２２ｃ内の燃料オフガスが加熱されると、当該燃料オフガスを構成する分子の運動エネルギが大きくなるため、配管２２ｃ内の燃料オフガスの圧力が高くなる。そうすると、エキスパンダ２８の前後差圧が大きくため、エキスパンダ２８の羽根車（図示せず）の回転速度（回転エネルギ）も増加することとなる。
前記したように、エキスパンダ２８が備える羽根車の回転エネルギは、伝達軸３１ｃを介してコンプレッサ３１に伝達されるようになっている。したがって、燃料電池１０に、より多くの酸化剤ガスが供給されて前記式（１）、式（２）の電極反応が促進されるため、燃料電池システム１Ｂ全体でのエネルギ損失を低減することができる。 <Off-gas heat treatment>
The expander 28 is rotated by the differential pressure across the fuel off-gas flowing through the expander 28. Further, when the fuel off-gas in the pipe 22c is heated by the chemical reaction of the formula (3), the kinetic energy of molecules constituting the fuel off-gas increases, so the pressure of the fuel off-gas in the pipe 22c increases. . Then, since the differential pressure across the expander 28 is large, the rotational speed (rotational energy) of the impeller (not shown) of the expander 28 also increases.
As described above, the rotational energy of the impeller included in the expander 28 is transmitted to the compressor 31 via the transmission shaft 31c. Therefore, since more oxidant gas is supplied to the fuel cell 10 and the electrode reactions of the above formulas (1) and (2) are promoted, energy loss in the entire fuel cell system 1B can be reduced. it can.

＜燃料電池システム１Ｂの効果＞
本実施形態に係る燃料電池システム１Ｂによれば、燃料電池１０からオフガス排出流路を通流して排出されるオフガス（燃料オフガス）に含まれる酸を、オフガス排出流路に設けられたオフガス中和部２７により中和することができる。したがって、燃料電池システム１Ｂによれば、オフガスに含まれる酸を、簡単な構成で容易に中和することができる。
また、燃料電池システム１Ｂによれば、オフガス中和部２７が備える生石灰と、オフガス(燃料オフガス)に含まれる水分とを反応させて消石灰を生成する過程で発生する熱によりオフガスを加熱し、加熱された前記オフガスがエキスパンダ２８に供給される。したがって、燃料電池システム１Ｂによれば、エキスパンダ２８の前後差圧を大きくし、エキスパンダ２８の回転エネルギをコンプレッサ３１の羽根車（図示せず）の回転エネルギに伝達する。したがって燃料電池１０に、より多くの酸化剤ガスが供給されて前記式（１）、式（２）の電極反応が促進されるため、燃料電池システム１Ｂ全体でのエネルギ損失を低減させ、発電効率を向上させることができる。
また、前記の説明では省略したが、燃料電池システム１Ｂはポンプ３８（外気供給手段）を備えており（図９参照）、大気中に含まれる二酸化炭素を水分回収器３６に取り込んで除去することができるため、環境により良い燃料電池システムを提供することができる。 <Effect of fuel cell system 1B>
According to the fuel cell system 1B according to this embodiment, the acid contained in the off gas (fuel off gas) discharged from the fuel cell 10 through the off gas discharge channel is neutralized by the off gas provided in the off gas discharge channel. It can neutralize by the part 27. Therefore, according to the fuel cell system 1B, the acid contained in the offgas can be easily neutralized with a simple configuration.
Further, according to the fuel cell system 1B, the offgas is heated by the heat generated in the process of generating slaked lime by reacting quick lime included in the offgas neutralization unit 27 with moisture contained in the offgas (fuel offgas). The off gas thus supplied is supplied to the expander 28. Therefore, according to the fuel cell system 1B, the differential pressure across the expander 28 is increased, and the rotational energy of the expander 28 is transmitted to the rotational energy of the impeller (not shown) of the compressor 31. Therefore, since more oxidant gas is supplied to the fuel cell 10 and the electrode reactions of the above formulas (1) and (2) are promoted, energy loss in the entire fuel cell system 1B is reduced, and power generation efficiency is increased. Can be improved.
Although omitted in the above description, the fuel cell system 1B is provided with a pump 38 (outside air supply means) (see FIG. 9), and carbon dioxide contained in the atmosphere is taken into the moisture recovery unit 36 and removed. Therefore, a better fuel cell system can be provided for the environment.

≪変形例≫
以上、本発明に係る燃料電池システムについて、各実施形態により説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、前記した第１実施形態〜第３実施形態では、オフガス中和部３３,２７（図１、図８、図９参照）が生石灰を備える構成となっていたが、これに限らない。すなわち、オフガス中和部３３,２７が、消石灰を備える構成としてもよい。この場合でも、前記式（４）で示した化学反応がオフガス中和部３３,２７で生じるため、オフガスに含まれる酸を中和することができる。 ≪Modification≫
The fuel cell system according to the present invention has been described above with reference to each embodiment. However, the gist of the present invention is not limited to these descriptions, and various modifications can be made.
For example, in the first to third embodiments described above, the off-gas neutralization units 33 and 27 (see FIGS. 1, 8, and 9) are configured to include quicklime, but the present invention is not limited thereto. That is, the off-gas neutralization parts 33 and 27 may include slaked lime. Even in this case, the chemical reaction represented by the formula (4) occurs in the off-gas neutralization sections 33 and 27, so that the acid contained in the off-gas can be neutralized.

この場合のオフガス中和部の具体的構成は、図３（ａ）,（ｂ）、図４（ａ）,（ｂ）で示した生石灰を消石灰に置き換えればよい。ちなみに、第１実施形態〜第３実施形態では、オフガス中和部３３が図４（ａ），（ｂ）に示す構成である場合において、タンク３３ｃ（図４（ａ）参照）、タンク３３ｉ(図４（ｂ）参照)に粉末状の生石灰を充填することとして説明した。
これに対し、オフガス中和部３３，２７が消石灰を備える構成である場合には、前記タンク３３ｃ又は３３ｉに消石灰水溶液を貯留しておくこととしてもよい。 The specific configuration of the off-gas neutralization unit in this case may be replaced with quick lime as shown in FIGS. 3 (a), 3 (b), 4 (a), 4 (b). Incidentally, in the first to third embodiments, when the off-gas neutralizing section 33 has the configuration shown in FIGS. 4A and 4B, the tank 33c (see FIG. 4A), the tank 33i ( It demonstrated as filling powdery quicklime in FIG.4 (b).
On the other hand, when the off-gas neutralization parts 33 and 27 are the structures provided with slaked lime, it is good also as storing the slaked lime aqueous solution in the said tank 33c or 33i.

また、前記のようにオフガス中和部が消石灰を備えて構成される場合には、前記式（３）の化学反応が生じないため、化学反応に際して熱が発生しない。したがって、この場合、オフガス中和部３３（例えば、図１参照）をエキスパンダ３４より下流（すなわち、エキスパンダ３４と希釈器３５との間、又は、希釈器３５と水回収器３６との間）に設けてもよい。   In addition, when the off-gas neutralization part is configured with slaked lime as described above, the chemical reaction of the formula (3) does not occur, so that no heat is generated during the chemical reaction. Therefore, in this case, the off-gas neutralization unit 33 (see, for example, FIG. 1) is downstream of the expander 34 (that is, between the expander 34 and the diluter 35 or between the diluter 35 and the water recovery unit 36. ).

また、第１実施形態〜第３実施形態では、車外と連通している配管４２ａを介してポンプ３８が外気を取り込む構成となっていたが、これに限らない。例えば、ポンプ３８を設けず、燃料電池四輪車（移動体）の前側に配管４２ａの端部である開口部を設け、燃料電池四輪車が走行した場合に走行風が自然と配管４２ａ、配管４３ａを介して水回収器３６に回収されている水の中に供給される構成としてもよい。この場合には、ポンプ３８が不要になるため、燃料電池四輪車を製造するコストを低減させることができる。
また、第１実施形態（図１参照）及び第３実施形態（図３参照）では、水回収器３６が配管３８ａ（３６ｃ）を介して希釈器３５の下流に配置される構成となっていたが、これに限らない。例えば、希釈器３５内に水回収器３６を配設して一体化してもよい。この場合、燃料電池システムをさらに小型化することができる。また、水回収器３６を希釈器３５よりも上流側に配置してもよい。 In the first to third embodiments, the pump 38 takes in outside air through the pipe 42a communicating with the outside of the vehicle, but the present invention is not limited to this. For example, without providing the pump 38, an opening which is an end of the pipe 42a is provided on the front side of the fuel cell four-wheeled vehicle (moving body), so that when the fuel cell four-wheeled vehicle travels, the traveling wind is naturally It is good also as a structure supplied in the water collect | recovered by the water collection | recovery device 36 via the piping 43a. In this case, the pump 38 is not necessary, and the cost for manufacturing the fuel cell four-wheel vehicle can be reduced.
Moreover, in 1st Embodiment (refer FIG. 1) and 3rd Embodiment (refer FIG. 3), it became the structure by which the water recovery device 36 is arrange | positioned downstream of the diluter 35 via piping 38a (36c). However, it is not limited to this. For example, a water recovery unit 36 may be disposed in the diluter 35 and integrated. In this case, the fuel cell system can be further downsized. Further, the water recovery unit 36 may be arranged upstream of the diluter 35.

また、第１実施形態〜第３実施形態において、さらに、コンプレッサ３１の上流側に、水回収器３６により回収された水を配管３１ａに噴射する水噴射機構（図示せず）を設けてもよい。当該水噴射機構として、例えば、コンプレッサ３１の上流側にオリフィス部（図示せず）を設けることができる。この場合、配管３１ａに取り込まれた空気が前記オリフィス部を通過する際にオリフィス部の出口側の圧力が低下し、負圧が発生する。そして、この負圧による吸引作用によって水回収器３６に回収された水が図示しない配管を通流して配管３１ａに噴射されることとなる。なお、水回収器３６に貯留されている液体には、前記式（４）で生じたカルシウムイオン（Ｃａ2+）や、前記式（５）で生じた炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）が含まれるため、これらの物質をフィルタリングするためのフィルタを前記配管（図示せず）内に設置することが好ましい。
これによって、燃料電池１０に供給する酸化剤ガスをより加湿できるとともに、コンプレッサ３１の羽根車（図示せず）と当該羽根車を収容するハウジング（図示せず）との間における隙間がシールされ、コンプレッサ３１における空気漏れを防ぐことができる。また、水噴射機構として、前記オリフィス部を用いる代わりにポンプ（図示せず）を用いてもよい。 In the first to third embodiments, a water injection mechanism (not shown) for injecting water recovered by the water recovery device 36 into the pipe 31 a may be further provided on the upstream side of the compressor 31. . As the water injection mechanism, for example, an orifice portion (not shown) can be provided on the upstream side of the compressor 31. In this case, when the air taken into the pipe 31a passes through the orifice portion, the pressure on the outlet side of the orifice portion is reduced, and a negative pressure is generated. And the water collect | recovered by the water collection | recovery device 36 by the suction effect by this negative pressure flows through piping which is not shown in figure, and is injected to the piping 31a. Note that the liquid stored in the water recovery unit 36 includes calcium ions (Ca 2+ ) generated in the formula (4) and calcium carbonate (CaCO 3 ) generated in the formula (5). It is preferable to install a filter for filtering these substances in the pipe (not shown).
As a result, the oxidant gas supplied to the fuel cell 10 can be further humidified, and the gap between the impeller (not shown) of the compressor 31 and the housing (not shown) that houses the impeller is sealed, Air leakage in the compressor 31 can be prevented. Moreover, you may use a pump (not shown) as a water injection mechanism instead of using the said orifice part.

また、第１実施形態〜第３実施形態では、コンプレッサ３１が配管３１ａから空気を吸引・圧縮する構成となっていたが、これに限らない。すなわち、配管３１ａから空気を取り込み、燃料電池１０のカソード流路１２に向けて空気を供給する構成（反応ガス供給手段）を備えていればよい。例えば、反応ガス供給手段として、配管３１ａから取り込んだ空気を圧縮せずに、単に羽根車を回転させることによってカソード流路１２に空気を供給する構成としてもよい。
また、第１実施形態（図１参照）及び第３実施形態（図９参照）では、流入してくるオフガスをエキスパンダ３４が断熱機械膨張させることによって内部の羽根車を回転させる構成となっていたが、これに限らない。すなわち、流入してくるオフガスの流体エネルギを回転エネルギに変換する構成（エネルギ変換手段）を備えていればよい。例えば、エネルギ変換手段は、オフガスを膨張させずに、単にオフガスの流体エネルギによって回転する羽根車でもよい。 In the first embodiment to the third embodiment, the compressor 31 sucks and compresses air from the pipe 31a. However, the present invention is not limited to this. That is, it is only necessary to have a configuration (reactive gas supply means) that takes in air from the pipe 31 a and supplies air toward the cathode flow path 12 of the fuel cell 10. For example, the reactive gas supply means may be configured to supply air to the cathode flow path 12 by simply rotating the impeller without compressing the air taken in from the pipe 31a.
Moreover, in 1st Embodiment (refer FIG. 1) and 3rd Embodiment (refer FIG. 9), it has the structure which rotates an internal impeller by the expander 34 carrying out adiabatic mechanical expansion of the inflowing off gas. However, it is not limited to this. That is, it is only necessary to have a configuration (energy conversion means) that converts the fluid energy of the off-gas flowing into the rotational energy. For example, the energy conversion means may be an impeller that is simply rotated by the fluid energy of the offgas without expanding the offgas.

また、第２実施形態（図８参照）では、オフガス中和部３３を希釈器３５より下流側に設けることによって、燃料オフガス及び酸化剤オフガスを中和する構成となっていたが、これに限らない。すなわち、図８に示す構成において、オフガス中和部３３と希釈器３５の配置を入れ替えて、オフガス中和部３３を希釈器３５より上流側に設ける構成としてもよい。この場合には、オフガス中和部３３は、配管３５ｂから流入してくる酸化剤オフガスを中和することとなる。
また、第３実施形態（図９参照）では、燃料オフガスを排出する流路に設けられたエキスパンダ２８（エネルギ変換手段）の回転エネルギを、伝達軸３１ｃを介してコンプレッサ３１（反応ガス供給手段）に伝達し、コンプレッサ３１が酸化剤ガスを含む空気を吸引・圧縮する構成となっていたが、これに限らない。すなわち、図９に示す配管２３ａにコンプレッサ（図示せず）を設け、伝達軸(図示せず)を介してエキスパンダ２８の回転エネルギを、当該コンプレッサに伝達可能な構成としてもよい。この場合には、燃料電池１０から排出された燃料オフガスを取り込むためのエゼクタ２３が不要となる。 Moreover, in 2nd Embodiment (refer FIG. 8), it became the structure which neutralizes fuel offgas and oxidizing agent offgas by providing the offgas neutralization part 33 in the downstream from the diluter 35, However, it is not restricted to this. Absent. That is, in the configuration shown in FIG. 8, the arrangement of the off-gas neutralization unit 33 and the diluter 35 may be switched to provide the off-gas neutralization unit 33 on the upstream side of the diluter 35. In this case, the off-gas neutralizing unit 33 neutralizes the oxidant off-gas flowing from the pipe 35b.
In the third embodiment (see FIG. 9), the rotational energy of the expander 28 (energy conversion means) provided in the flow path for discharging the fuel off-gas is supplied to the compressor 31 (reactive gas supply means) via the transmission shaft 31c. ), And the compressor 31 is configured to suck and compress the air containing the oxidant gas, but is not limited thereto. In other words, a compressor (not shown) may be provided in the pipe 23a shown in FIG. 9 so that the rotational energy of the expander 28 can be transmitted to the compressor via a transmission shaft (not shown). In this case, the ejector 23 for taking in the fuel off gas discharged from the fuel cell 10 becomes unnecessary.

また、前記の構成（アノード側において、エキスパンダの回転エネルギを伝達可能なコンプレッサを備える構成）に加えて、カソード側でもエキスパンダの回転エネルギを伝達可能なコンプレッサを備える構成としてもよい（例えば、図１参照）。この場合において、それぞれのエキスパンダの上流側の配管に生石灰（又は消石灰）を備えたオフガス中和部を備える構成としてもよい。なお、消石灰を備えたオフガス中和部を用いる場合には、前記式（３）に示す化学反応が起こらずオフガスが加熱されないため、オフガス中和部をエキスパンダの下流側の配管に設けてもよい。   Further, in addition to the above configuration (a configuration including a compressor capable of transmitting the rotational energy of the expander on the anode side), a configuration including a compressor capable of transmitting the rotational energy of the expander also on the cathode side (for example, (See FIG. 1). In this case, it is good also as a structure provided with the off-gas neutralization part provided with quick lime (or slaked lime) in the piping of the upstream of each expander. In addition, when using the off-gas neutralization part provided with slaked lime, since the chemical reaction shown in said Formula (3) does not occur and off-gas is not heated, even if an off-gas neutralization part is provided in piping downstream of an expander. Good.

１,１Ａ，１Ｂ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
１１ アノード流路（反応ガス流路）
１２ カソード流路（反応ガス流路）
３１ コンプレッサ（反応ガス供給手段）
３１ｂ クラッチ
３１ｃ 伝達軸
３１ｄ モータ（反応ガス供給手段）
３３,３３Ａ,３３Ｂ,３３Ｃ,３３Ｄ,２７ オフガス中和部
３４,２８ エキスパンダ（エネルギ変換手段）
３６ 水回収器（貯留手段）
３８ ポンプ（外気供給手段）
５０ ＥＣＵ
２４ａ,２７ａ,２８ａ,２９ａ,３４ａ,３５ａ,３６ａ,３７ａ,３８ａ,４１ａ 配管（オフガス排出流路）
２１ａ,２２ａ,２３ａ,２４ａ,２７ａ,３１ａ,３２ａ,３３ａ 配管（反応ガス供給流路） 1, 1A, 1B Fuel cell system 10 Fuel cell 11 Anode channel (reactive gas channel)
12 Cathode channel (reactive gas channel)
31 Compressor (reaction gas supply means)
31b Clutch 31c Transmission shaft 31d Motor (reactive gas supply means)
33,33A, 33B, 33C, 33D, 27 Off-gas neutralization section 34,28 Expander (energy conversion means)
36 Water recovery device (storage means)
38 pump (outside air supply means)
50 ECU
24a, 27a, 28a, 29a, 34a, 35a, 36a, 37a, 38a, 41a Piping (off-gas discharge flow path)
21a, 22a, 23a, 24a, 27a, 31a, 32a, 33a Piping (reactive gas supply channel)

Claims (8)

反応ガス流路を有し、前記反応ガス流路に反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、
前記燃料電池から排出されるオフガスが通流するオフガス排出流路と、
前記オフガス排出流路に設けられ、前記オフガスに含まれる酸を消石灰により中和するオフガス中和部と、を備える
ことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that has a reaction gas flow path and generates power when a reaction gas is supplied to the reaction gas flow path;
An off-gas discharge passage through which off-gas discharged from the fuel cell flows;
An off-gas neutralization section provided in the off-gas discharge flow path and neutralizing an acid contained in the off-gas with slaked lime. A fuel cell system comprising: 前記オフガス中和部は生石灰を備え、
前記生石灰と、オフガスに含まれる水分とを反応させて前記消石灰を生成し、さらに、オフガスに含まれる酸を当該消石灰により中和する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 The off-gas neutralization part comprises quick lime,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the quicklime and water contained in off-gas are reacted to generate the slaked lime, and further, the acid contained in the off-gas is neutralized by the slaked lime. 前記反応ガス流路に向かう反応ガスが通流する反応ガス供給流路と、
前記反応ガス供給流路に設けられ、前記反応ガス流路に向けて反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
前記オフガス中和部より下流の前記オフガス排出流路に設けられ、オフガスの流体エネルギを回転エネルギに変換し、羽根車を備えるエネルギ変換手段と、を備え、
前記エネルギ変換手段と前記反応ガス供給手段とは、前記羽根車の回転エネルギが前記反応ガス供給手段に伝達可能に連結され、
前記オフガス中和部は、前記生石灰と、オフガスに含まれる水分とを反応させて消石灰を生成する過程で発生する熱によりオフガスを加熱し、
加熱された前記オフガスが前記オフガス排出流路を通流して前記エネルギ変換手段に供給される
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。 A reaction gas supply channel through which a reaction gas directed to the reaction gas channel flows;
A reaction gas supply means provided in the reaction gas supply flow path for supplying a reaction gas toward the reaction gas flow path;
Provided in the off-gas discharge flow path downstream from the off-gas neutralization unit, converting fluid energy of off-gas into rotational energy, and energy conversion means including an impeller,
The energy conversion means and the reactive gas supply means are connected so that rotational energy of the impeller can be transmitted to the reactive gas supply means,
The off-gas neutralization unit heats off-gas with heat generated in the process of generating slaked lime by reacting the quicklime and moisture contained in the off-gas,
The fuel cell system according to claim 2, wherein the heated off gas flows through the off gas discharge flow path and is supplied to the energy conversion unit. 前記オフガス中和部より下流の前記オフガス排出流路に設けられ、当該オフガス排出流路を通流する水分と消石灰とを回収し、前記消石灰を含む水溶液として貯留する貯留手段と、
外部の空気を取り込んで、前記貯留手段に貯留された前記水溶液中に前記空気を供給する外気供給手段と、を備え、
前記貯留手段に貯留された前記水溶液に含まれる消石灰により、前記外気供給手段によって前記水中に供給された空気に含まれる二酸化炭素を除去する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 A storage unit that is provided in the off-gas discharge channel downstream from the off-gas neutralization unit, collects moisture and slaked lime flowing through the off-gas discharge channel, and stores them as an aqueous solution containing the slaked lime;
Outside air supply means for taking in external air and supplying the air into the aqueous solution stored in the storage means,
4. The carbon dioxide contained in the air supplied into the water by the outside air supply means is removed by slaked lime contained in the aqueous solution stored in the storage means. 5. The fuel cell system according to one item. 燃料電池から排出されるオフガスに含まれる酸を消石灰により中和するオフガス中和工程を有する
ことを特徴とするオフガスの処理方法。 An off-gas treatment method comprising: an off-gas neutralization step of neutralizing acid contained in off-gas discharged from the fuel cell with slaked lime. 生石灰と、燃料電池から排出されるオフガスに含まれる水分とを反応させて消石灰を生成する消石灰生成工程と、
オフガスに含まれる酸を前記消石灰と反応させて中和するオフガス中和工程と、を有する
ことを特徴とするオフガスの処理方法。 A slaked lime production step for producing slaked lime by reacting quick lime with moisture contained in the off-gas discharged from the fuel cell;
An offgas neutralization step of neutralizing the acid contained in the offgas by reacting with the slaked lime. 前記消石灰生成工程で発生する熱によりオフガスを加熱し、前記オフガスの流体エネルギを回転エネルギに変換するエネルギ変換手段に、加熱された前記オフガスを供給するオフガス加熱工程を有する
ことを特徴とする請求項６に記載のオフガスの処理方法。 An off-gas heating step of supplying the heated off-gas to an energy conversion unit that heats off-gas by heat generated in the slaked lime generation step and converts fluid energy of the off-gas into rotational energy. The offgas treatment method according to 6. 前記オフガスに含まれる水分と、前記消石灰とを回収し、当該消石灰を含む水溶液として貯留する貯留工程と、
前記貯留工程で貯留された前記水溶液中に、外部から取り込まれた空気を供給し、前記水溶液に含まれる消石灰により、前記空気に含まれる二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去工程と、を有する
ことを特徴とする請求項５から請求項７までのいずれか一項に記載のオフガスの処理方法。 Retaining the moisture contained in the off-gas and the slaked lime, and storing as an aqueous solution containing the slaked lime,
A step of removing carbon dioxide contained in the air with slaked lime contained in the aqueous solution by supplying air taken from outside into the aqueous solution stored in the storage step. The offgas treatment method according to any one of claims 5 to 7, wherein the offgas treatment method is characterized.
JP2011188041A 2011-08-30 2011-08-30 Fuel cell system and processing method for off-gas Withdrawn JP2013051096A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011188041A JP2013051096A (en) 2011-08-30 2011-08-30 Fuel cell system and processing method for off-gas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011188041A JP2013051096A (en) 2011-08-30 2011-08-30 Fuel cell system and processing method for off-gas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013051096A true JP2013051096A (en) 2013-03-14

Family

ID=48012992

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011188041A Withdrawn JP2013051096A (en) 2011-08-30 2011-08-30 Fuel cell system and processing method for off-gas

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013051096A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016179316A (en) * 2016-07-15 2016-10-13 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020145035A (en) * 2019-03-05 2020-09-10 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016179316A (en) * 2016-07-15 2016-10-13 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020145035A (en) * 2019-03-05 2020-09-10 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101461874B1 (en) Full cell system and its humidifying and cooling method
JP2001338666A (en) Gas supply equipment for fuel cell
JP2008097832A (en) Interior drying preventing device of fuel cell
JP2005141924A (en) Fuel cell system for vehicle
JP5057295B2 (en) Fuel cell device
JP2005337539A (en) Humidifying device
CN103534856A (en) Fuel cell dehumidification system and method
JP2013051096A (en) Fuel cell system and processing method for off-gas
JP2006216241A (en) Fuel cell system
JP2006338984A (en) Fuel cell system
JP2009064619A (en) Fuel cell system
JP5082790B2 (en) Fuel cell system
KR20070090607A (en) Fuel cell with recycle apparatus
JP2002313376A (en) Gas supplying device of fuel cell
JP2006331822A (en) Fuel cell system
JP2005108698A (en) Fuel cell system
JP2010272253A (en) Fuel cell system
JP2008311005A (en) Fuel cell system
JP2007299644A (en) Fuel cell system
JP2005353305A (en) Fuel cell system
JP4000971B2 (en) Fuel cell system
JP2005259458A (en) Fuel cell system
KR20140142586A (en) Fuel cell system
KR101988054B1 (en) Fuel cell exhaust system including multi-functional exhaust valve
JP2013206657A (en) Fuel cell power generation system

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20141104