JP2019036468A - Fuel cell system - Google Patents

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高基 中川
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Abstract

To provide a fuel cell system which allows improvement in cooling performance.SOLUTION: An exhaust path 53 is provided with two adsorbers 40 which adsorb moisture in exhaust air and then desorb the adsorbed moisture when heated. A vortex tube 42 for separating the exhaust air into cool air and warm air is provided downstream the adsorbers 40. A fuel cell stack 12 can be cooled by using the cool air. Also, there are provided: a second branch valve 44 which can change a flow path so that the warm air from the vortex tube 42 may be flown to one of the two adsorbers 40; and a control device 48 which controls the warm air from the vortex tube 42 to be flown to the other of the adsorbers 40 that is different from the one fed with the exhaust air. By repeatedly performing the process by switching between the two adsorbers 40, the exhaust air with a low amount of moisture may be constantly supplied to the vortex tube 42. As a result, it is possible to stably obtain the cool air at a lower temperature.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

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

特許文献1には、燃料電池システムが開示されている。この燃料電池システムは、燃料電池スタックから排出される排気の排出経路上にボルテックスチューブを設けて、このボルテックスチューブの熱分離作用を利用して、冷気噴出し口から流出する排気を燃料電池スタック等の冷却に用いている。また、ボルテックスチューブの暖気噴出し口から流出する排気を燃料電池スタック等の加熱に用いている。つまり、排気を機器の冷却や加熱に再利用している。   Patent Document 1 discloses a fuel cell system. In this fuel cell system, a vortex tube is provided on a discharge path of exhaust discharged from the fuel cell stack, and the exhaust gas flowing out from the cold air outlet is used for the fuel cell stack, etc. by utilizing the thermal separation action of the vortex tube. Used for cooling. Further, the exhaust gas flowing out from the warm air outlet of the vortex tube is used for heating the fuel cell stack or the like. In other words, the exhaust is reused for cooling and heating the equipment.

特開2008−226676号公報JP 2008-226676 A

ところで、ボルテックスチューブは一般的に、導入される気体に水分が多く含まれていると、熱分離性能が低下する特性を有する。一方、水素燃料の燃料電池スタックの排気には、水成分が多く含まれている。このため、特許文献1に開示された燃料電池システムでは、ボルテックスチューブの熱分離性能が低くなり、機器の十分な冷却を行うことができない可能性がある。したがって、上記先行技術はこの点で改良の余地がある。   By the way, the vortex tube generally has a characteristic that the heat separation performance is lowered when the introduced gas contains a large amount of moisture. On the other hand, the hydrogen fuel fuel cell stack contains a large amount of water components. For this reason, in the fuel cell system disclosed in Patent Document 1, the heat separation performance of the vortex tube is lowered, and there is a possibility that sufficient cooling of the device cannot be performed. Therefore, the above prior art has room for improvement in this respect.

本発明は、上記事実を考慮し、冷却性能を向上させることができる燃料電池システムを得ることを目的とする。   An object of the present invention is to obtain a fuel cell system capable of improving the cooling performance in consideration of the above facts.

請求項1に記載の発明に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックから反応後の排気を排出するための排気経路上に設けられると共に、前記排気中の水分を吸着しかつ加熱すると吸着した前記水分を脱離する少なくとも2つ以上の吸着器と、前記吸着器の上流に設けられかつ前記排気を少なくとも2つ以上の前記吸着器のいずれかに流すように流路を変更可能とする第1分岐弁と、前記吸着器の下流に設けられかつ前記排気を冷気と暖気とに分離するボルテックスチューブと、前記ボルテックスチューブからの前記暖気を少なくとも2つ以上の前記吸着器のいずれかに流すように流路を変更可能とする第2分岐弁と、前記第1分岐弁にて前記排気が流された前記吸着器とは別の前記吸着器に前記ボルテックスチューブからの前記暖気が流れるように前記第2分岐弁を制御する制御装置と、を有する。   The fuel cell system according to claim 1 is provided on an exhaust path for exhausting exhaust gas after reaction from the fuel cell stack, and adsorbs moisture in the exhaust gas and adsorbs the moisture when heated. At least two adsorbers that desorb the gas, and a first branch that is provided upstream of the adsorber and that allows the flow path to be changed so that the exhaust flows to one of the at least two adsorbers. A valve, a vortex tube provided downstream of the adsorber and separating the exhaust into cold air and warm air, and a flow of flowing the warm air from the vortex tube to at least two of the adsorbers. The warm air from the vortex tube flows to a second branch valve that can change the path, and the adsorber that is different from the adsorber in which the exhaust gas is flowed by the first branch valve. Having a control device, the controlling of the second branch valve so.

請求項1に記載の発明によれば、燃料電池スタックから反応後の排気を排出するための排気経路上には、少なくとも2つ以上の吸着器が設けられている。この吸着器は、排気中の水分を吸着しかつ加熱すると吸着した水分を脱離する。また、吸着器の上流には、排気を少なくとも2つ以上の吸着器のいずれかに流すように流路を変更可能とする第1分岐弁が設けられており、吸着器の下流には、排気を冷気と暖気とに分けるボルテックスチューブが設けられている。したがって、ボルテックスチューブからの冷気を利用して機器の冷却を行うことができる。ところで、一般的に、ボルテックスチューブは、導入される気体に水分が多く含まれていると、冷気と暖気とに分離する熱分離性能が低下する。しかしながら、本発明では、ボルテックスチューブの上流側に吸着器が設けられており、この吸着器は排気中の水分を吸着することで排気の水分量を低減させることから、ボルテックスチューブの熱分離性能が向上してより温度の低い冷気を得ることができる。   According to the first aspect of the present invention, at least two or more adsorbers are provided on the exhaust path for exhausting the exhaust gas after reaction from the fuel cell stack. This adsorber adsorbs moisture in the exhaust and desorbs the adsorbed moisture when heated. In addition, a first branch valve is provided upstream of the adsorber so that the flow path can be changed so that the exhaust flows to one of at least two adsorbers. A vortex tube is provided to divide the air into cold and warm air. Therefore, it is possible to cool the equipment using the cold air from the vortex tube. By the way, generally, when the gas introduced into the vortex tube contains a large amount of moisture, the heat separation performance of separating into cold air and warm air decreases. However, in the present invention, an adsorber is provided on the upstream side of the vortex tube, and this adsorber reduces the moisture content of the exhaust gas by adsorbing the moisture in the exhaust gas. As a result, cold air having a lower temperature can be obtained.

また、本発明では、ボルテックスチューブからの暖気を少なくとも2つ以上の吸着器のいずれかに流すように流路を変更可能とする第2分岐弁と、第1分岐弁にて排気が流された吸着器とは別の吸着器にボルテックスチューブからの暖気が流れるように第2分岐弁を制御する制御装置とが設けられている。すなわち、吸着器には、暖気が導入可能とされていることから、吸着した水分量が多くなることで一方の吸着器の水分の吸着性能が低下した場合、排気を他方の吸着器に導入して排気中の水分量を低減させながら水分の吸着性能が低下した一方の吸着器にボルテックスチューブからの暖気を導入して水分を脱離させることで水分の吸着性能を回復させることができる。これを一方の吸着器と他方の吸着器とで交互に繰り返すことで、常に水分量が少ない排気をボルテックスチューブに供給することができるので、より温度の低い冷気を安定して得ることができる。   In the present invention, the second branch valve that allows the flow path to be changed so that the warm air from the vortex tube flows to one of at least two adsorbers, and the exhaust gas is flowed by the first branch valve. A controller that controls the second branch valve is provided so that warm air from the vortex tube flows in an adsorber different from the adsorber. In other words, since warm air can be introduced into the adsorber, if the amount of adsorbed water increases and the water adsorption performance of one adsorber decreases, exhaust gas is introduced into the other adsorber. Thus, the moisture adsorption performance can be recovered by introducing warm air from the vortex tube into one of the adsorbers whose moisture adsorption performance has decreased while reducing the amount of moisture in the exhaust gas. By repeating this alternately in one adsorber and the other adsorber, exhaust gas with a small amount of water can always be supplied to the vortex tube, so that cool air having a lower temperature can be stably obtained.

請求項1記載の本発明に係る燃料電池システムは、冷却性能を向上させることができるという優れた効果を有する。   The fuel cell system according to the first aspect of the present invention has an excellent effect that the cooling performance can be improved.

第1実施形態に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of schematic structure of the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of schematic structure of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of schematic structure of the fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of schematic structure of the fuel cell system which concerns on 4th Embodiment.

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態例を詳細に説明する。なお、以下の各実施形態では、燃料電池システムが車両に搭載された場合の形態例を説明する。   DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each of the following embodiments, an example in which the fuel cell system is mounted on a vehicle will be described.

(第1実施形態)
図1を参照して、本実施形態に係る燃料電池システム10の構成について説明する。図1に示すように、燃料電池システム10は、燃料電池スタック12、調圧弁14、気液分離部16、第1ポンプ18、排水弁20、ラジエータ22、第2ポンプ24、流量計26、コンプレッサ28及びインタークーラ30を備える。また、燃料電池システム10は、エア調整弁32、凝縮器34、貯水タンク36、第1分岐弁38、吸着器40、ボルテックスチューブ42、第2分岐弁44、第3ポンプ46及び制御装置48を更に備える。
(First embodiment)
With reference to FIG. 1, the structure of the fuel cell system 10 which concerns on this embodiment is demonstrated. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 10 includes a fuel cell stack 12, a pressure regulating valve 14, a gas-liquid separator 16, a first pump 18, a drain valve 20, a radiator 22, a second pump 24, a flow meter 26, a compressor. 28 and an intercooler 30. Further, the fuel cell system 10 includes an air adjustment valve 32, a condenser 34, a water storage tank 36, a first branch valve 38, an adsorber 40, a vortex tube 42, a second branch valve 44, a third pump 46 and a control device 48. In addition.

燃料電池スタック12は、図示しない水素タンクから送られる水素と、コンプレッサ28から送られる空気中の酸素との電気化学反応によって発電するユニットであり、複数の単セルが積層されて形成されている。調圧弁14は、開示の技術の減圧部の一例であり、水素タンクから燃料電池スタック12へ水素を供給する水素供給経路50内の水素を減圧させる。   The fuel cell stack 12 is a unit that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen sent from a hydrogen tank (not shown) and oxygen in the air sent from the compressor 28, and is formed by stacking a plurality of single cells. The pressure regulating valve 14 is an example of a decompression unit of the disclosed technology, and decompresses hydrogen in the hydrogen supply path 50 that supplies hydrogen from the hydrogen tank to the fuel cell stack 12.

気液分離部16は、燃料電池スタック12から排出された水素及び反応ガスを気体成分と液体成分とに分離する。第1ポンプ18は、気液分離部16により分離された気体成分に含まれる水素を、水素供給経路50上に送り出す循環ポンプとして機能する。また、気液分離部16により分離された液体成分は、排水弁20を介して凝縮器34へ排出される。   The gas-liquid separator 16 separates hydrogen and reaction gas discharged from the fuel cell stack 12 into a gas component and a liquid component. The first pump 18 functions as a circulation pump that sends out hydrogen contained in the gas component separated by the gas-liquid separator 16 onto the hydrogen supply path 50. Further, the liquid component separated by the gas-liquid separation unit 16 is discharged to the condenser 34 through the drain valve 20.

ラジエータ22は、例えば外気を取り込む図示しないファンを有し、ファンを回転させることによって、冷却水循環経路52を流れる冷却水を冷却する。冷却水循環経路52を流れる冷却水は、ラジエータ22から第2ポンプ24によって燃料電池スタック12へ送られて燃料電池スタック12を冷却し、その後ラジエータ22へ戻される。冷却水循環経路52上には、三方弁54が設けられており、三方弁54によって、燃料電池スタック12からラジエータ22へと向かう冷却水はラジエータ22をバイパス可能とされている。   The radiator 22 has a fan (not shown) that takes in outside air, for example, and cools the cooling water flowing through the cooling water circulation path 52 by rotating the fan. The cooling water flowing through the cooling water circulation path 52 is sent from the radiator 22 to the fuel cell stack 12 by the second pump 24 to cool the fuel cell stack 12, and then returned to the radiator 22. A three-way valve 54 is provided on the cooling water circulation path 52, and the three-way valve 54 enables the cooling water from the fuel cell stack 12 to the radiator 22 to bypass the radiator 22.

流量計26は、燃料電池スタック12に空気を供給する空気供給経路56上に設けられており、空気供給経路56内を流れる空気量を測定する。コンプレッサ28は、空気供給経路56内を流れる空気を圧縮する。インタークーラ30は、コンプレッサ28により圧縮されたことで温度が上昇した空気供給経路56内の空気を冷却する。冷却された圧縮空気は、燃料電池スタック12へと送られる。   The flow meter 26 is provided on an air supply path 56 that supplies air to the fuel cell stack 12, and measures the amount of air flowing through the air supply path 56. The compressor 28 compresses the air flowing in the air supply path 56. The intercooler 30 cools the air in the air supply path 56 whose temperature has been increased by being compressed by the compressor 28. The cooled compressed air is sent to the fuel cell stack 12.

エア調整弁32は、燃料電池スタック12から排出される排気(使用済み空気)が排出される排気経路53上に設けられており、この空気の排気量を調整する。凝縮器34は、排気経路53上に設けられており、供給された排気経路53内を流れる排気を、ボルテックスチューブ42から送られる冷気により低温とされた凝縮コア58(熱交換器)にて冷却することで液体と気体とに分離する。凝縮器34により分離された液体と、排水弁20から排出された液体成分とは、貯水タンク36内に貯蔵される。   The air adjustment valve 32 is provided on an exhaust path 53 through which exhaust (used air) exhausted from the fuel cell stack 12 is exhausted, and adjusts the exhaust amount of this air. The condenser 34 is provided on the exhaust path 53, and the exhaust gas flowing through the supplied exhaust path 53 is cooled by a condensing core 58 (heat exchanger) that is cooled to low temperature by the cool air sent from the vortex tube 42. By doing so, it is separated into a liquid and a gas. The liquid separated by the condenser 34 and the liquid component discharged from the drain valve 20 are stored in the water storage tank 36.

第1分岐弁38は、三方弁とされており、制御装置48による制御によって、閉状態、第1開状態、及び第2開状態の何れかの状態となる弁体である。閉状態は、並行に2つ設けられた吸着器40のいずれへの排気の供給を遮断する状態である。また、第1開状態は、2つ設けられた吸着器40のうち一方の吸着器40への排気の供給を行い、2つ設けられた吸着器40のうち他方の吸着器40への排気の供給を遮断する状態である。また、第2開状態は、2つ設けられた吸着器40のうち他方の吸着器40への排気の供給を行い、2つ設けられた吸着器40のうち一方の吸着器40への排気の供給を遮断する状態である。   The first branch valve 38 is a three-way valve, and is a valve body that is in one of a closed state, a first open state, and a second open state under the control of the control device 48. The closed state is a state in which the supply of exhaust gas to any of the two adsorbers 40 provided in parallel is shut off. Further, in the first open state, the exhaust gas is supplied to one of the two adsorbers 40 and the other adsorber 40 of the two adsorbers 40 is exhausted. This is the state where the supply is cut off. In the second open state, exhaust is supplied to the other adsorber 40 out of the two adsorbers 40 provided, and the exhaust to one adsorber 40 out of the two adsorbers 40 is provided. This is the state where the supply is cut off.

吸着器40は、内部に図示しない吸着材が収容されており、この吸着材は一例としてシリカゲル、ゼオライト、活性炭、活性アルミナ等とされている。また、吸着器40は、凝縮器34からの排気が送られる。したがって、吸着器40を通過する排気中の水分が吸着材に吸着される。なお、吸着器40は、ボルテックスチューブ42からの暖気が供給され加熱されると、吸着材に吸着された水分が脱離される。   The adsorber 40 contains an adsorbent (not shown) inside, and this adsorbent is, for example, silica gel, zeolite, activated carbon, activated alumina, or the like. Further, the exhaust from the condenser 34 is sent to the adsorber 40. Therefore, moisture in the exhaust gas passing through the adsorber 40 is adsorbed by the adsorbent. When the adsorber 40 is heated by supplying warm air from the vortex tube 42, the moisture adsorbed on the adsorbent is desorbed.

ボルテックスチューブ42は、凝縮器34から供給された空気を冷気と暖気とに分離する。第2分岐弁44は、三方弁とされており、制御装置48による制御によって、閉状態、第1開状態、及び第2開状態の何れかの状態となる弁体である。閉状態は、2つ設けられた吸着器40のいずれへのボルテックスチューブ42からの暖気の供給を遮断する状態である。また、第1開状態は、2つ設けられた吸着器40のうち一方の吸着器40へのボルテックスチューブ42からの暖気の供給を行い、2つ設けられた吸着器40のうち他方の吸着器40へのボルテックスチューブ42からの暖気の供給を遮断する状態である。また、第2開状態は、2つ設けられた吸着器40のうち他方の吸着器40へのボルテックスチューブ42からの暖気の供給を行い、2つ設けられた吸着器40のうち一方の吸着器40へのボルテックスチューブ42からの暖気の供給を遮断する状態である。   The vortex tube 42 separates the air supplied from the condenser 34 into cold air and warm air. The second branch valve 44 is a three-way valve, and is a valve body that is in one of a closed state, a first open state, and a second open state under the control of the control device 48. The closed state is a state in which the supply of warm air from the vortex tube 42 to any of the two adsorbers 40 provided is shut off. In the first open state, warm air is supplied from the vortex tube 42 to one of the two adsorbers 40 provided, and the other adsorber of the two adsorbers 40 provided. In this state, the supply of warm air from the vortex tube 42 to 40 is shut off. In the second open state, warm air is supplied from the vortex tube 42 to the other adsorber 40 out of the two adsorbers 40 provided, and one adsorber out of the two adsorbers 40 provided. In this state, the supply of warm air from the vortex tube 42 to 40 is shut off.

第3ポンプ46は、貯水タンク36内の液体をインタークーラ30の内部に設けられた熱交換部64を経て車外へ放出する。この熱交換部64では、コンプレッサ28により供給された空気と貯水タンク36からの液体との間で熱交換を行う。   The third pump 46 discharges the liquid in the water storage tank 36 to the outside of the vehicle through the heat exchanging unit 64 provided inside the intercooler 30. In the heat exchange unit 64, heat exchange is performed between the air supplied from the compressor 28 and the liquid from the water storage tank 36.

制御装置48は、一例として図示しないECU(Electronic Control Unit)を備える。ECUは、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、及びRAM(Random Access Memory)等を含むマイクロコンピュータで構成されている。また、ECUには、前述した第1分岐弁38及び第2分岐弁44が接続されており、第1分岐弁38及び第2分岐弁44をそれぞれ制御する。具体的には、第1分岐弁38にて排気が流されたいずれかの吸着器40とは別の吸着器40に、ボルテックスチューブ42からの暖気が流れるように第2分岐弁44を制御する。   The control device 48 includes an ECU (Electronic Control Unit) not shown as an example. The ECU is constituted by a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The ECU is connected to the first branch valve 38 and the second branch valve 44 described above, and controls the first branch valve 38 and the second branch valve 44, respectively. Specifically, the second branch valve 44 is controlled so that the warm air from the vortex tube 42 flows to the adsorber 40 different from any of the adsorbers 40 in which the exhaust gas is flowed by the first branch valve 38. .

(第1実施形態の作用・効果)
次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。
(Operation and effect of the first embodiment)
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.

ここで、本実施形態に係る燃料電池システム10の作用について説明する。水素タンクから調圧弁14を通って燃料電池スタック12に減圧された水素が送られると共に、コンプレッサ28により圧縮された空気が燃料電池スタック12へ送られると、電気化学反応による発電に伴って気液分離部16へ水素及び反応ガスが排出され、エア調整弁32を経て凝縮器34へ使用済み空気が排気される。気液分離部16では、水素及び反応ガスを気体成分と液体成分とに分離し、液体成分は排水弁20を介して凝縮器34へ排出される。   Here, the operation of the fuel cell system 10 according to the present embodiment will be described. When hydrogen decompressed to the fuel cell stack 12 is sent from the hydrogen tank to the fuel cell stack 12 through the pressure regulating valve 14, and air compressed by the compressor 28 is sent to the fuel cell stack 12, gas-liquid is generated along with power generation by an electrochemical reaction. Hydrogen and reaction gas are discharged to the separation unit 16, and used air is discharged to the condenser 34 through the air adjustment valve 32. In the gas-liquid separation unit 16, hydrogen and reaction gas are separated into a gas component and a liquid component, and the liquid component is discharged to the condenser 34 via the drain valve 20.

凝縮器34では、排気が冷却されるため、排気中の水分が凝縮する。これにより、排気は液体と気体とに分離され、分離された液体及び上述の気液分離部16からの液体成分が貯水タンク36内に貯蔵される。一方、液体と分離された排気は、制御装置48により第1開状態とされた第1分岐弁38により一方の吸着器40へ送られる。排気は、一方の吸着器40を通過する際に排気中の水分が吸着剤に吸着されることでより乾いた状態となってボルテックスチューブ42へ送られる。ボルテックスチューブ42により、排気は冷気と暖気とに熱分離される。暖気は、制御装置48により第2開状態とされた第2分岐弁44を経て他方の吸着器40へ送られる。   In the condenser 34, since the exhaust gas is cooled, moisture in the exhaust gas is condensed. Accordingly, the exhaust gas is separated into liquid and gas, and the separated liquid and the liquid component from the gas-liquid separation unit 16 are stored in the water storage tank 36. On the other hand, the exhaust gas separated from the liquid is sent to one of the adsorbers 40 by the first branch valve 38 that is first opened by the control device 48. When the exhaust gas passes through one of the adsorbers 40, moisture in the exhaust gas is adsorbed by the adsorbent, and is then dried to be sent to the vortex tube 42. The exhaust gas is thermally separated into cold air and warm air by the vortex tube 42. The warm air is sent to the other adsorber 40 through the second branch valve 44 that has been opened by the control device 48.

ボルテックスチューブ42から噴出される冷気は、凝縮器34内の凝縮コア58へと送られる。したがって、凝縮器34内にて冷やされた凝縮コア58によって燃料電池スタック12から排出される水分量の多い排気からの凝縮水の生成が一層促される。つまり、排気の気体と液体とへの分離がより促進される。これにより、凝縮器34を通過した気体内の水分量が低下すると共に、貯水タンク36内に貯蔵される液体量が増加する。   The cold air ejected from the vortex tube 42 is sent to the condensation core 58 in the condenser 34. Accordingly, the condensed core 58 cooled in the condenser 34 further promotes the generation of condensed water from the exhaust gas having a large amount of moisture discharged from the fuel cell stack 12. That is, the separation of exhaust gas into liquid and liquid is further promoted. As a result, the amount of water in the gas that has passed through the condenser 34 decreases, and the amount of liquid stored in the water storage tank 36 increases.

水分量が低下した気体が凝縮器34からボルテックスチューブ42へと送られることで、ボルテックスチューブ42の熱分離性能が向上してボルテックスチューブ42から噴出される冷気の温度が一層低下する。これによって、凝縮器34内にてより一層凝縮水の生成が促される。   By sending the gas whose moisture content is reduced from the condenser 34 to the vortex tube 42, the thermal separation performance of the vortex tube 42 is improved, and the temperature of the cold air ejected from the vortex tube 42 is further lowered. As a result, the generation of condensed water is further promoted in the condenser 34.

貯水タンク36内に貯蔵される液体は、第3ポンプ46によりインタークーラ30へ送られ、圧縮されることで高温になった吸入空気と熱交換部64にて熱交換を行い、その後放出される。つまり、インタークーラ30の冷却性能が向上する。これにより、燃料電池スタック12へ送られる圧縮空気が冷却されて燃料電池スタック12の冷却を行うことができる。   The liquid stored in the water storage tank 36 is sent to the intercooler 30 by the third pump 46, exchanges heat with the intake air that has become high temperature by being compressed, and then is discharged. . That is, the cooling performance of the intercooler 30 is improved. Thereby, the compressed air sent to the fuel cell stack 12 is cooled, and the fuel cell stack 12 can be cooled.

以上のように、本実施形態では、図1に示されるように、燃料電池スタック12から反応後の排気を排出するための排気経路53上には、2つの吸着器40が設けられている。この吸着器40は、排気中の水分を吸着しかつ加熱すると吸着した水分を脱離する。また、吸着器40の上流には、排気を少なくとも2つの吸着器のうちいずれか1つに流すように流路を変更可能とする第1分岐弁38が設けられており、吸着器40の下流には、排気を冷気と暖気とに分けるボルテックスチューブ42が設けられている。したがって、ボルテックスチューブ42からの冷気を利用してインタークーラ30ひいては燃料電池スタック12の冷却を行うことができる。ところで、一般的に、ボルテックスチューブ42は、導入される気体に水分が多く含まれていると、冷気と暖気とに分離する熱分離性能が低下する。しかしながら、本実施形態では、ボルテックスチューブ42の上流側に吸着器40が設けられており、この吸着器40は排気中の水分を吸着することで排気の水分量を低減させることから、ボルテックスチューブ42の熱分離性能が向上してより温度の低い冷気を得ることができる。   As described above, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the two adsorbers 40 are provided on the exhaust path 53 for exhausting the exhaust gas after reaction from the fuel cell stack 12. The adsorber 40 adsorbs moisture in the exhaust and desorbs the adsorbed moisture when heated. Further, upstream of the adsorber 40, a first branch valve 38 is provided that can change the flow path so that the exhaust gas flows into one of at least two adsorbers. Is provided with a vortex tube 42 that divides the exhaust air into cold air and warm air. Therefore, the cooler from the vortex tube 42 can be used to cool the intercooler 30 and thus the fuel cell stack 12. By the way, in general, when the vortex tube 42 contains a large amount of moisture in the introduced gas, the heat separation performance for separating the vortex tube 42 into cold air and warm air is lowered. However, in the present embodiment, the adsorber 40 is provided on the upstream side of the vortex tube 42, and the adsorber 40 reduces the moisture content of the exhaust gas by adsorbing the moisture in the exhaust gas. Thus, the heat separation performance can be improved, and cold air having a lower temperature can be obtained.

また、本実施形態では、ボルテックスチューブ42からの暖気を2つの吸着器40のいずれか他方に流すように流路を変更可能とする第2分岐弁44と、第1分岐弁38にて排気が流された吸着器40とは別の吸着器40にボルテックスチューブ42からの暖気が流れるように第2分岐弁44を制御する制御装置48とが設けられている。すなわち、吸着器40には、暖気が導入可能とされていることから、吸着した水分量が多くなることで一方の吸着器40の水分の吸着性能が低下した場合、排気を他方の吸着器40に導入して排気中の水分量を低減させながら水分の吸着性能が低下した一方の吸着器40にボルテックスチューブ42からの暖気を導入して水分を脱離させることで水分の吸着性能を回復させることができる。これを一方の吸着器40と他方の吸着器40とで交互に繰り返すことで、常に水分量が少ない排気をボルテックスチューブ42に供給することができるので、より温度の低い冷気を安定して得ることができる。これにより、冷却性能を向上させることができる。   In the present embodiment, the second branch valve 44 that allows the flow path to be changed so that the warm air from the vortex tube 42 flows to one of the two adsorbers 40, and the first branch valve 38 exhausts the exhaust gas. A controller 48 that controls the second branch valve 44 is provided so that the warm air from the vortex tube 42 flows to the adsorber 40 that is different from the adsorber 40 that has flowed. That is, since warm air can be introduced into the adsorber 40, when the adsorbing capacity of one adsorber 40 decreases due to an increase in the amount of adsorbed water, exhaust gas is exhausted from the other adsorber 40. The moisture adsorption performance is reduced by introducing the warm air from the vortex tube 42 to one of the adsorbers 40 that has been introduced into the exhaust gas and reducing the moisture content while reducing the moisture content in the exhaust gas and desorbing the moisture. be able to. By repeating this alternately in one adsorber 40 and the other adsorber 40, exhaust gas with a small amount of water can always be supplied to the vortex tube 42, so that cool air with lower temperature can be stably obtained. Can do. Thereby, cooling performance can be improved.

さらに、吸着器40では、吸着剤の吸着作用により排気中の水分を吸着させることができるため、燃料電池スタック12の作動状況に関わらず水分量の少ない排気をボルテックスチューブ42へ供給することができる。したがって、燃料電池スタック12の作動初期における冷却性能を向上させることができる。   Further, in the adsorber 40, moisture in the exhaust can be adsorbed by the adsorbing action of the adsorbent, so that the exhaust having a small amount of water can be supplied to the vortex tube 42 regardless of the operating state of the fuel cell stack 12. . Therefore, the cooling performance in the initial operation of the fuel cell stack 12 can be improved.

さらにまた、ボルテックスチューブ42の熱分離作用により電力をほとんど使用することなく凝縮器34内を通る排気を冷却することができるので、安定して排気から凝縮水を得ることができる。したがって、この凝縮水を冷媒として使用することでインタークーラ30等を安定的に冷却することができる。つまり、燃料電池システム10の冷却性能を向上させることができる。これにより、ラジエータ22を小型化できるので、軽量化及びコストの抑制を図ることができる。   Furthermore, since the exhaust gas passing through the condenser 34 can be cooled by using the heat separation action of the vortex tube 42 with almost no electric power, the condensed water can be stably obtained from the exhaust gas. Therefore, the intercooler 30 and the like can be stably cooled by using this condensed water as a refrigerant. That is, the cooling performance of the fuel cell system 10 can be improved. Thereby, since the radiator 22 can be reduced in size, weight reduction and cost reduction can be achieved.

さらに、排気が吸着器40を通過することで生じる圧力損失により、消音効果が得られるため、消音機(マフラー)が不要となる。   Furthermore, since a silencing effect is obtained due to pressure loss caused by exhaust passing through the adsorber 40, a silencer (muffler) is not required.

(第2実施形態)
次に、図2を用いて、本発明の第2実施形態に係る燃料電池システム60について説明する。なお、前述した第1実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a fuel cell system 60 according to a second embodiment of the present invention will be described using FIG. In addition, about the same component as 1st Embodiment mentioned above, the same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図2に示されるように、この第2実施形態に係る燃料電池システム60は、基本的な構成は第1実施形態と同様とされ、ボルテックスチューブ42が複数設けられている点に特徴がある。   As shown in FIG. 2, the fuel cell system 60 according to the second embodiment is characterized in that the basic configuration is the same as that of the first embodiment, and a plurality of vortex tubes 42 are provided.

すなわち、ボルテックスチューブ42は、2つの吸着器40に対応して2つ設けられており、具体的には、一方の吸着器40から排気が送られる一方のボルテックスチューブ42と、他方の吸着器40から排気が送られる他方のボルテックスチューブ42とが設けられている。一方のボルテックスチューブ42から噴出される暖気は、他方の吸着器40へ送られる。また、一方のボルテックスチューブ42から噴出される冷気は、凝縮器34へ送られる。他方のボルテックスチューブ42から噴出される暖気は、一方の吸着器40へ送られる。また、他方のボルテックスチューブ42から噴出される冷気は、凝縮器34へ送られる。   That is, two vortex tubes 42 are provided corresponding to the two adsorbers 40. Specifically, one vortex tube 42 to which exhaust gas is sent from one adsorber 40 and the other adsorber 40 are provided. The other vortex tube 42 to which the exhaust gas is sent is provided. Warm air ejected from one vortex tube 42 is sent to the other adsorber 40. Further, the cold air ejected from one vortex tube 42 is sent to the condenser 34. Warm air ejected from the other vortex tube 42 is sent to one adsorber 40. Further, the cold air ejected from the other vortex tube 42 is sent to the condenser 34.

(第2実施形態の作用・効果)
次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。
(Operation and effect of the second embodiment)
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.

ここで、本実施形態に係る燃料電池システム60の作用について説明する。水素タンクから調圧弁14を通って燃料電池スタック12に減圧された水素が送られると共に、コンプレッサ28により圧縮された空気が燃料電池スタック12へ送られると、電気化学反応による発電に伴って気液分離部16へ水素及び反応ガスが排出され、エア調整弁32を経て凝縮器34へ使用済み空気が排気される。気液分離部16では、水素及び反応ガスを気体成分と液体成分とに分離し、液体成分は排水弁20を介して凝縮器34へ排出される。   Here, the operation of the fuel cell system 60 according to the present embodiment will be described. When hydrogen decompressed to the fuel cell stack 12 is sent from the hydrogen tank to the fuel cell stack 12 through the pressure regulating valve 14, and air compressed by the compressor 28 is sent to the fuel cell stack 12, gas-liquid is generated along with power generation by an electrochemical reaction. Hydrogen and reaction gas are discharged to the separation unit 16, and used air is discharged to the condenser 34 through the air adjustment valve 32. In the gas-liquid separation unit 16, hydrogen and reaction gas are separated into a gas component and a liquid component, and the liquid component is discharged to the condenser 34 via the drain valve 20.

凝縮器34では、排気が冷却されるため、排気中の水分が凝縮する。これにより、排気は液体と気体とに分離され、分離された液体及び上述の気液分離部16からの液体成分が貯水タンク36内に貯蔵される。一方、液体と分離された排気は、制御装置48により第1開状態とされた第1分岐弁38により一方の吸着器40へ送られる。排気は、一方の吸着器40を通過する際に排気中の水分が吸着剤に吸着されることでより乾いた状態となって一方のボルテックスチューブ42へ送られる。一方のボルテックスチューブ42により、排気は冷気と暖気とに熱分離される。暖気は、他方の吸着器40へ送られ、これによって他方の吸着器40での水分の脱離が行われる。なお、一方の吸着器40における吸着した水分量が多くなることで水分の吸着性能が低下した場合、第1分岐弁38を第2開状態にすることで、排気は他方の吸着器40へ送られて、水分が吸着されて乾いた状態となって他方のボルテックスチューブ42へ送られる。そして、他方のボルテックスチューブ42により、排気は冷気と暖気とに熱分離される。暖気は、一方の吸着器40へ送られ、これによって一方の吸着器40での水分の脱離が行われて再度水分の吸着が可能となる。   In the condenser 34, since the exhaust gas is cooled, moisture in the exhaust gas is condensed. Accordingly, the exhaust gas is separated into liquid and gas, and the separated liquid and the liquid component from the gas-liquid separation unit 16 are stored in the water storage tank 36. On the other hand, the exhaust gas separated from the liquid is sent to one of the adsorbers 40 by the first branch valve 38 that is first opened by the control device 48. When the exhaust gas passes through one of the adsorbers 40, the moisture in the exhaust gas is adsorbed by the adsorbent and is then dried to be sent to one vortex tube. The exhaust gas is thermally separated into cold air and warm air by one vortex tube 42. The warm air is sent to the other adsorber 40, whereby moisture is desorbed in the other adsorber 40. When the moisture adsorption performance is reduced due to an increase in the amount of moisture adsorbed in one adsorber 40, the exhaust gas is sent to the other adsorber 40 by opening the first branch valve 38 to the second open state. As a result, moisture is adsorbed and dried to be sent to the other vortex tube 42. The exhaust gas is thermally separated into cold air and warm air by the other vortex tube 42. The warm air is sent to one of the adsorbers 40, whereby moisture is desorbed in one of the adsorbers 40, and moisture can be adsorbed again.

ボルテックスチューブ42から噴出される冷気は、凝縮器34内の凝縮コア58へと送られる。したがって、凝縮器34内にて冷やされた凝縮コア58によって燃料電池スタック12から排出される水分量の多い排気からの凝縮水の生成が一層促される。つまり、排気の気体と液体とへの分離がより促進される。これにより、凝縮器34を通過した気体内の水分量が低下すると共に、貯水タンク36内に貯蔵される液体量が増加する。   The cold air ejected from the vortex tube 42 is sent to the condensation core 58 in the condenser 34. Accordingly, the condensed core 58 cooled in the condenser 34 further promotes the generation of condensed water from the exhaust gas having a large amount of moisture discharged from the fuel cell stack 12. That is, the separation of exhaust gas into liquid and liquid is further promoted. As a result, the amount of water in the gas that has passed through the condenser 34 decreases, and the amount of liquid stored in the water storage tank 36 increases.

水分量が低下した気体が凝縮器34からボルテックスチューブ42へと送られることで、ボルテックスチューブ42の熱分離性能が向上してボルテックスチューブ42から噴出される冷気の温度が一層低下する。これによって、凝縮器34内にてより一層凝縮水の生成が促される。   By sending the gas whose moisture content is reduced from the condenser 34 to the vortex tube 42, the thermal separation performance of the vortex tube 42 is improved, and the temperature of the cold air ejected from the vortex tube 42 is further lowered. As a result, the generation of condensed water is further promoted in the condenser 34.

貯水タンク36内に貯蔵される液体は、第3ポンプ46によりインタークーラ30へ送られ、圧縮されることで高温になった吸入空気と熱交換部64にて熱交換を行い、その後放出される。つまり、インタークーラ30の冷却性能が向上する。これにより、燃料電池スタック12へ送られる圧縮空気が冷却されて燃料電池スタック12の冷却を行うことができる。   The liquid stored in the water storage tank 36 is sent to the intercooler 30 by the third pump 46, exchanges heat with the intake air that has become high temperature by being compressed, and then is discharged. . That is, the cooling performance of the intercooler 30 is improved. Thereby, the compressed air sent to the fuel cell stack 12 is cooled, and the fuel cell stack 12 can be cooled.

以上のように、上記構成によっても、ボルテックスチューブ42が複数設けられている点以外は第1実施形態の燃料電池システム10と同様に構成されているので、第1実施形態と同様の効果が得られる。   As described above, the above configuration is the same as that of the fuel cell system 10 of the first embodiment except that a plurality of vortex tubes 42 are provided. Thus, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. It is done.

(第3実施形態)
次に、図3を用いて、本発明の第3実施形態に係る燃料電池システム62について説明する。なお、前述した第1実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a fuel cell system 62 according to a third embodiment of the present invention will be described using FIG. In addition, about the same component as 1st Embodiment mentioned above, the same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図3に示されるように、この第3実施形態に係る燃料電池システム62は、基本的な構成は第1実施形態と同様とされ、ボルテックスチューブ42から噴出される冷気が直接インタークーラ30へと送られる点に特徴がある。   As shown in FIG. 3, the basic configuration of the fuel cell system 62 according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment, and the cold air ejected from the vortex tube 42 directly enters the intercooler 30. There is a feature in the point sent.

すなわち、エア調整弁32は、燃料電池スタック12から排出される排気を第1分岐弁38へ送る。また、排水弁20から排出された液体成分は、第1分岐弁38へ送られる。第1分岐弁38では、一方の吸着器40へ排気及び液体成分の供給を行う。吸着器40では、吸着剤により液体成分及び排気中の水分が吸着されることで、乾いた排気がボルテックスチューブ42へ送られる。   That is, the air adjustment valve 32 sends the exhaust discharged from the fuel cell stack 12 to the first branch valve 38. Further, the liquid component discharged from the drain valve 20 is sent to the first branch valve 38. In the first branch valve 38, exhaust and liquid components are supplied to one adsorber 40. In the adsorber 40, the dry exhaust is sent to the vortex tube 42 by adsorbing the liquid component and moisture in the exhaust by the adsorbent.

ボルテックスチューブ42は、供給された空気を冷気と暖気とに分離し、冷気をインタークーラ30の熱交換部64を経て車外へ放出する。この熱交換部64では、コンプレッサ28により供給された空気とボルテックスチューブ42からの冷気との間で熱交換を行う。   The vortex tube 42 separates the supplied air into cold air and warm air, and discharges the cold air to the outside of the vehicle through the heat exchanging portion 64 of the intercooler 30. In the heat exchange unit 64, heat exchange is performed between the air supplied from the compressor 28 and the cold air from the vortex tube 42.

(第3実施形態の作用・効果)
次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。
(Operations and effects of the third embodiment)
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.

ここで、本実施形態に係る燃料電池システム62の作用について説明する。水素タンクから調圧弁14を通って燃料電池スタック12に減圧された水素が送られると共に、コンプレッサ28により圧縮された空気が燃料電池スタック12へ送られると、電気化学反応による発電に伴って気液分離部16へ水素及び反応ガスが排出され、エア調整弁32を経て第1分岐弁38へ使用済み空気が排気される。気液分離部16では、水素及び反応ガスを気体成分と液体成分とに分離し、液体成分は排水弁20を介して第1分岐弁38へ排出される。   Here, the operation of the fuel cell system 62 according to the present embodiment will be described. When hydrogen decompressed to the fuel cell stack 12 is sent from the hydrogen tank to the fuel cell stack 12 through the pressure regulating valve 14, and air compressed by the compressor 28 is sent to the fuel cell stack 12, gas-liquid is generated along with power generation by an electrochemical reaction. Hydrogen and reaction gas are discharged to the separation unit 16, and used air is discharged to the first branch valve 38 through the air adjustment valve 32. In the gas-liquid separator 16, the hydrogen and the reaction gas are separated into a gas component and a liquid component, and the liquid component is discharged to the first branch valve 38 via the drain valve 20.

排気及び液体成分は、制御装置48により第1開状態とされた第1分岐弁38により一方の吸着器40へ送られる。一方の吸着器40を通過する際に、排気中の水分及び液体成分が吸着剤に吸着されることで、排気がより乾いた状態となってボルテックスチューブ42へ送られる。ボルテックスチューブ42により、排気は冷気と暖気とに熱分離される。暖気は、制御装置48により第2開状態とされた第2分岐弁44を経て他方の吸着器40へ送られる。   The exhaust gas and the liquid component are sent to one of the adsorbers 40 by the first branch valve 38 that is first opened by the control device 48. When passing through one of the adsorbers 40, the moisture and liquid components in the exhaust are adsorbed by the adsorbent, so that the exhaust is dried and sent to the vortex tube. The exhaust gas is thermally separated into cold air and warm air by the vortex tube 42. The warm air is sent to the other adsorber 40 through the second branch valve 44 that has been opened by the control device 48.

ボルテックスチューブ42から噴出される冷気は、インタークーラ30の熱交換部64へと送られる。このため、インタークーラ30の冷却性能が向上する。これにより、燃料電池スタック12へ送られる圧縮空気が冷却されて燃料電池スタック12の冷却を行うことができる。   The cold air ejected from the vortex tube 42 is sent to the heat exchange unit 64 of the intercooler 30. For this reason, the cooling performance of the intercooler 30 is improved. Thereby, the compressed air sent to the fuel cell stack 12 is cooled, and the fuel cell stack 12 can be cooled.

以上のように、上記構成によっても、ボルテックスチューブ42から噴出される冷気が直接インタークーラ30へと送られる点以外は第1実施形態の燃料電池システム10と同様に構成されているので、第1実施形態と同様の効果が得られる。また、燃料電池スタック12からの排気を、第1分岐弁38を経て吸着器40へ直接的に送ると共に、ボルテックスチューブ42の冷気を利用してインタークーラ30にて圧縮空気を冷却する構成とされている。つまり、凝縮器34や貯水タンク36等が不要となるため、装置の軽量化及びコストの抑制を図ることができる。   As described above, the above configuration is the same as the fuel cell system 10 of the first embodiment except that the cold air ejected from the vortex tube 42 is directly sent to the intercooler 30. The same effect as the embodiment can be obtained. Further, the exhaust from the fuel cell stack 12 is directly sent to the adsorber 40 through the first branch valve 38, and the compressed air is cooled by the intercooler 30 using the cold air of the vortex tube 42. ing. That is, since the condenser 34, the water storage tank 36, etc. are unnecessary, the weight of the apparatus can be reduced and the cost can be reduced.

(第4実施形態)
次に、図4を用いて、本発明の第4実施形態に係る燃料電池システム70について説明する。なお、前述した第1実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Next, a fuel cell system 70 according to a fourth embodiment of the present invention will be described using FIG. In addition, about the same component as 1st Embodiment mentioned above, the same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図4に示されるように、この第4実施形態に係る燃料電池システム70は、基本的な構成は第1実施形態と同様とされ、吸着器40が並行に3つ設けられている点に特徴がある。   As shown in FIG. 4, the fuel cell system 70 according to the fourth embodiment is characterized in that the basic configuration is the same as that of the first embodiment, and three adsorbers 40 are provided in parallel. There is.

すなわち、凝縮器34の下流に設けられた第1分岐弁72は、四方弁とされており、制御装置48による制御によって、閉状態、第1開状態、第2開状態及び第3開状態の何れかの状態となる弁体である。閉状態は、並行に3つ設けられた吸着器40のいずれへの凝縮器34からの排気の供給を遮断する状態である。また、第1開状態は、3つ設けられた吸着器40のうち第1の吸着器40及び第2の吸着器40への排気の供給を行い、第3の吸着器40への排気の供給を遮断する状態である。また、第2開状態は、3つ設けられた吸着器40のうち第2の吸着器40及び第3の吸着器40への排気の供給を行い、第1の吸着器40への排気の供給を遮断する状態である。さらに、第3開状態は、3つ設けられた吸着器40のうち第1の吸着器40及び第3の吸着器40への排気の供給を行い、第2の吸着器40への排気の供給を遮断する状態である。   That is, the first branch valve 72 provided downstream of the condenser 34 is a four-way valve, and is controlled by the control device 48 in the closed state, the first open state, the second open state, and the third open state. The valve body is in any state. The closed state is a state in which the supply of exhaust gas from the condenser 34 to any of the three adsorbers 40 provided in parallel is shut off. Further, in the first open state, the exhaust gas is supplied to the first adsorber 40 and the second adsorber 40 among the three adsorbers 40 provided, and the exhaust gas is supplied to the third adsorber 40. Is in a state of shutting off. Further, in the second open state, the exhaust gas is supplied to the second adsorber 40 and the third adsorber 40 among the three adsorbers 40 provided, and the exhaust gas is supplied to the first adsorber 40. Is in a state of shutting off. Further, in the third open state, the exhaust is supplied to the first adsorber 40 and the third adsorber 40 among the three adsorbers 40 provided, and the exhaust is supplied to the second adsorber 40. Is in a state of shutting off.

ボルテックスチューブ42の暖気は、第2分岐弁74へと送られる、第2分岐弁74は、四方弁とされており、制御装置48による制御によって、閉状態、第1開状態、第2開状態及び第3開状態の何れかの状態となる弁体である。閉状態は、並行に3つ設けられた吸着器40のいずれへのボルテックスチューブ42からの暖気の供給を遮断する状態である。また、第1開状態は、3つ設けられた吸着器40のうち第1の吸着器40への暖気の供給を行い、第2の吸着器40及び第3の吸着器40への暖気の供給を遮断する状態である。また、第2開状態は、3つ設けられた吸着器40のうち第2の吸着器40への暖気の供給を行い、第1の吸着器40及び第3の吸着器40への暖気の供給を遮断する状態である。さらに、第3開状態は、3つ設けられた吸着器40のうち第3の吸着器40への暖気の供給を行い、第1の吸着器40及び第2の吸着器40への暖気の供給を遮断する状態である。   The warm air of the vortex tube 42 is sent to the second branch valve 74. The second branch valve 74 is a four-way valve, and is controlled to be closed, first opened, and second opened by the control device 48. And the valve body in any one of the third open states. The closed state is a state in which the supply of warm air from the vortex tube 42 to any of the three adsorbers 40 provided in parallel is shut off. Further, in the first open state, warm air is supplied to the first adsorber 40 among the three adsorbers 40 provided, and warm air is supplied to the second adsorber 40 and the third adsorber 40. Is in a state of shutting off. In the second open state, the warm air is supplied to the second adsorber 40 among the three adsorbers 40 provided, and the warm air is supplied to the first adsorber 40 and the third adsorber 40. Is in a state of shutting off. Further, in the third open state, warm air is supplied to the third adsorber 40 among the three adsorbers 40 provided, and warm air is supplied to the first adsorber 40 and the second adsorber 40. Is in a state of shutting off.

(第4実施形態の作用・効果)
次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。
(Operations and effects of the fourth embodiment)
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.

ここで、本実施形態に係る燃料電池システム70の作用について説明する。水素タンクから調圧弁14を通って燃料電池スタック12に減圧された水素が送られると共に、コンプレッサ28により圧縮された空気が燃料電池スタック12へ送られると、電気化学反応による発電に伴って気液分離部16へ水素及び反応ガスが排出され、エア調整弁32を経て凝縮器34へ使用済み空気が排気される。気液分離部16では、水素及び反応ガスを気体成分と液体成分とに分離し、液体成分は排水弁20を介して凝縮器34へ排出される。   Here, the operation of the fuel cell system 70 according to the present embodiment will be described. When hydrogen decompressed to the fuel cell stack 12 is sent from the hydrogen tank to the fuel cell stack 12 through the pressure regulating valve 14, and air compressed by the compressor 28 is sent to the fuel cell stack 12, gas-liquid is generated along with power generation by an electrochemical reaction. Hydrogen and reaction gas are discharged to the separation unit 16, and used air is discharged to the condenser 34 through the air adjustment valve 32. In the gas-liquid separation unit 16, hydrogen and reaction gas are separated into a gas component and a liquid component, and the liquid component is discharged to the condenser 34 via the drain valve 20.

凝縮器34では、排気が冷却されるため、排気中の水分が凝縮する。これにより、排気は液体と気体とに分離され、分離された液体及び上述の気液分離部16からの液体成分が貯水タンク36内に貯蔵される。一方、液体と分離された排気は、制御装置48により第1開状態とされた第1分岐弁72によって、第1の吸着器40及び第2の吸着器40へ送られる。排気は、第1及び第2の吸着器40を通過する際に排気中の水分が吸着剤に吸着されることでより乾いた状態となってボルテックスチューブ42へ送られる。ボルテックスチューブ42により、排気は冷気と暖気とに熱分離される。暖気は、制御装置48により第3開状態とされた第2分岐弁74を経て第3の吸着器40へ送られる。つまり、第1の吸着器40及び第2の吸着器40が排気中の水分の吸着を行うと共に第3の吸着器40ではボルテックスチューブ42からの暖気により加熱されることで吸着した水分の脱離が行われる。   In the condenser 34, since the exhaust gas is cooled, moisture in the exhaust gas is condensed. Accordingly, the exhaust gas is separated into liquid and gas, and the separated liquid and the liquid component from the gas-liquid separation unit 16 are stored in the water storage tank 36. On the other hand, the exhaust gas separated from the liquid is sent to the first adsorber 40 and the second adsorber 40 by the first branch valve 72 opened in the first state by the control device 48. When the exhaust gas passes through the first and second adsorbers 40, the moisture in the exhaust gas is adsorbed by the adsorbent and is then dried to be sent to the vortex tube 42. The exhaust gas is thermally separated into cold air and warm air by the vortex tube 42. The warm air is sent to the third adsorber 40 through the second branch valve 74 that has been brought into the third open state by the control device 48. That is, the first adsorber 40 and the second adsorber 40 adsorb moisture in the exhaust gas, and the third adsorber 40 is desorbed by being heated by warm air from the vortex tube 42. Is done.

なお、第1分岐弁72及び第2分岐弁74が上述した状態で一定時間経過後若しくは所定量の排気が排出された後は、制御装置48により第1分岐弁72を第2開状態とすると共に第2分岐弁74を第1開状態にする。これにより、第2及び第3の吸着器40が排気中の水分の吸着を行うと共に第1の吸着器40ではボルテックスチューブ42からの暖気により加熱されることで吸着した水分の脱離が行われる。この状態で一定時間経過した後若しくは所定量の排気が排出された後は、制御装置48により第1分岐弁72を第3開状態とすると共に第2分岐弁74を第2開状態にする。これにより、第1及び第3の吸着器40が排気中の水分の吸着を行うと共に第2の吸着器40ではボルテックスチューブ42からの暖気により加熱されることで吸着した水分の脱離が行われる。さらにこの状態で一定時間経過後若しくは所定量の排気が排出された後は、制御装置48により第1分岐弁72を第1開状態とすると共に第2分岐弁74を第3開状態にする当初の状態へ戻される。以降、一定時間経過後若しくは所定量の排気が排出された後に同様の作動が繰り返される。   It should be noted that, after the first branch valve 72 and the second branch valve 74 are in the above-described state and after a predetermined time has elapsed or after a predetermined amount of exhaust gas has been discharged, the control device 48 causes the first branch valve 72 to be in the second open state. At the same time, the second branch valve 74 is set to the first open state. As a result, the second and third adsorbers 40 adsorb moisture in the exhaust gas, and the first adsorber 40 is desorbed by being heated by warm air from the vortex tube 42. . After a predetermined time has elapsed in this state or after a predetermined amount of exhaust gas has been discharged, the control device 48 causes the first branch valve 72 to be in the third open state and the second branch valve 74 to be in the second open state. As a result, the first and third adsorbers 40 adsorb moisture in the exhaust gas, and the second adsorber 40 is desorbed by being heated by the warm air from the vortex tube 42. . Further, after a predetermined time has elapsed or a predetermined amount of exhaust gas has been discharged in this state, the control device 48 initially sets the first branch valve 72 to the first open state and the second branch valve 74 to the third open state. It is returned to the state. Thereafter, the same operation is repeated after a predetermined time has elapsed or after a predetermined amount of exhaust gas has been discharged.

ボルテックスチューブ42から噴出される冷気は、凝縮器34内の凝縮コア58へと送られる。したがって、凝縮器34内にて冷やされた凝縮コア58によって燃料電池スタック12から排出される水分量の多い排気からの凝縮水の生成が一層促される。つまり、排気の気体と液体とへの分離がより促進される。これにより、凝縮器34を通過した気体内の水分量が低下すると共に、貯水タンク36内に貯蔵される液体量が増加する。   The cold air ejected from the vortex tube 42 is sent to the condensation core 58 in the condenser 34. Accordingly, the condensed core 58 cooled in the condenser 34 further promotes the generation of condensed water from the exhaust gas having a large amount of moisture discharged from the fuel cell stack 12. That is, the separation of exhaust gas into liquid and liquid is further promoted. As a result, the amount of water in the gas that has passed through the condenser 34 decreases, and the amount of liquid stored in the water storage tank 36 increases.

水分量が低下した気体が凝縮器34からボルテックスチューブ42へと送られることで、ボルテックスチューブ42の熱分離性能が向上してボルテックスチューブ42から噴出される冷気の温度が一層低下する。これによって、凝縮器34内にてより一層凝縮水の生成が促される。   By sending the gas whose moisture content is reduced from the condenser 34 to the vortex tube 42, the thermal separation performance of the vortex tube 42 is improved, and the temperature of the cold air ejected from the vortex tube 42 is further lowered. As a result, the generation of condensed water is further promoted in the condenser 34.

貯水タンク36内に貯蔵される液体は、第3ポンプ46によりインタークーラ30へ送られ、圧縮されることで高温になった吸入空気と熱交換部64にて熱交換を行い、その後放出される。つまり、インタークーラ30の冷却性能が向上する。これにより、燃料電池スタック12へ送られる圧縮空気が冷却されて燃料電池スタック12の冷却を行うことができる。   The liquid stored in the water storage tank 36 is sent to the intercooler 30 by the third pump 46, exchanges heat with the intake air that has become high temperature by being compressed, and then is discharged. . That is, the cooling performance of the intercooler 30 is improved. Thereby, the compressed air sent to the fuel cell stack 12 is cooled, and the fuel cell stack 12 can be cooled.

以上のように、上記構成によっても、吸着器40が並行に3つ設けられている点以外は第1実施形態の燃料電池システム10と同様に構成されているので、第1実施形態と同様の効果が得られる。また、一般的に吸着剤は、脱離よりも吸着が遅い。このため、吸着器40を並行に3つ設けて、吸着剤の吸着限界になる前に上述したような吸着脱離サイクルで作動させることで、吸着器40の平均吸着性能を向上させることができる。   As described above, the above configuration is the same as that of the fuel cell system 10 of the first embodiment except that three adsorbers 40 are provided in parallel. An effect is obtained. In general, the adsorbent is slower in adsorption than desorption. For this reason, it is possible to improve the average adsorption performance of the adsorber 40 by providing three adsorbers 40 in parallel and operating them in the adsorption / desorption cycle as described above before reaching the adsorption limit of the adsorbent. .

なお、上述した構成の場合、並行に3つ設けられた吸着器40のうち、2つの吸着器40が吸着を行い、残る1つの吸着器40が脱離を行うサイクルとされているが、これに限らず、1つの吸着器40にて吸着を行い、これ以外の1つの吸着器40にて脱離を行い、残る一つの吸着器40を予冷却(休ませる又は空冷)する構成としてもよい。   In the case of the configuration described above, among the three adsorbers 40 provided in parallel, two adsorbers 40 perform adsorption, and the remaining one adsorber 40 performs desorption. Not only this, it is good also as a structure which adsorbs with one adsorption machine 40, desorbs with one other adsorption machine 40, and precools (rests or air-cools) one remaining adsorption machine 40. .

また、上述した実施形態では、吸着器40は、2つ又は3つ設けられた構成とされているが、これに限らず、4つ以上設けた構成としてもよい。   In the above-described embodiment, two or three adsorbers 40 are provided. However, the configuration is not limited to this, and four or more adsorbers may be provided.

以上、本発明は、上記の形態例に限定されるものではなく、上記の形態例以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。   As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that the present invention can be variously modified and implemented without departing from the gist of the embodiments.

10 燃料電池システム
12 燃料電池スタック
38 第1分岐弁
40 吸着器
42 ボルテックスチューブ
44 第2分岐弁
48 制御装置
53 排気経路
60 燃料電池システム
62 燃料電池システム
70 燃料電池システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell system 12 Fuel cell stack 38 1st branch valve 40 Adsorber 42 Vortex tube 44 2nd branch valve 48 Control apparatus 53 Exhaust path 60 Fuel cell system 62 Fuel cell system 70 Fuel cell system

Claims (1)

燃料電池スタックから反応後の排気を排出するための排気経路上に設けられると共に、前記排気中の水分を吸着しかつ加熱すると吸着した前記水分を脱離する少なくとも2つ以上の吸着器と、
前記吸着器の上流に設けられかつ前記排気を少なくとも2つ以上の前記吸着器のいずれかに流すように流路を変更可能とする第1分岐弁と、
前記吸着器の下流に設けられかつ前記排気を冷気と暖気とに分離するボルテックスチューブと、
前記ボルテックスチューブからの前記暖気を少なくとも2つ以上の前記吸着器のいずれかに流すように流路を変更可能とする第2分岐弁と、
前記第1分岐弁にて前記排気が流された前記吸着器とは別の前記吸着器に前記ボルテックスチューブからの前記暖気が流れるように前記第2分岐弁を制御する制御装置と、
を有する燃料電池システム。
At least two adsorbers that are provided on an exhaust path for discharging exhaust gas after reaction from the fuel cell stack, and that adsorb moisture in the exhaust gas and desorb the adsorbed moisture when heated;
A first branch valve provided upstream of the adsorber and capable of changing a flow path so that the exhaust flows to any one of the at least two adsorbers;
A vortex tube provided downstream of the adsorber and separating the exhaust into cold and warm air;
A second branch valve capable of changing the flow path so that the warm air from the vortex tube flows to any one of the at least two adsorbers;
A control device for controlling the second branch valve so that the warm air from the vortex tube flows to the adsorber different from the adsorber in which the exhaust gas is flowed by the first branch valve;
A fuel cell system.
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