JP2019140015A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

To provide a technique capable of suppressing an excessively large difference in flow rate of anode gas distributed to each cell.SOLUTION: A fuel cell system includes a fuel cell stack having a plurality of cells, an anode gas pipe that supplies anode gas to the fuel cell stack, a circulation pipe that circulates the anode off gas of the fuel cell stack to the fuel cell stack, and a filter unit provided at a junction where the anode gas pipe and the circulation pipe merge. The filter unit includes beams arranged at positions that divide the sections of the anode gas pipe and the circulation pipe when viewed from the circulation direction of the anode gas in the anode gas pipe and the circulation direction of the anode off gas in the circulation pipe.SELECTED DRAWING: Figure 2

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.

燃料電池システムとして、燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスを燃料電池スタックに再供給するように循環させるものが知られている。特許文献１に記載の燃料電池システムでは、アノードガスを供給する経路にアノードオフガスが流入し、燃料電池スタックに供給される。   A known fuel cell system is one in which the anode off-gas discharged from the fuel cell stack is circulated so as to be re-supplied to the fuel cell stack. In the fuel cell system described in Patent Document 1, anode off-gas flows into a path for supplying anode gas and is supplied to the fuel cell stack.

特開２０１７−１９９５６４号公報JP 2017-199564 A

しかし、タンクから供給されるアノードガスと燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスとが十分に混合されないで燃料電池スタックに供給される場合、各セルに分配されるアノードガス流量の差が過度に大きくなり、セル電圧の低下やセルの劣化を引き起こすおそれがある。そのため、各セルに分配されるアノードガス流量の差が過度に大きくなることを抑制可能な技術が望まれていた。   However, when the anode gas supplied from the tank and the anode off-gas discharged from the fuel cell stack are supplied to the fuel cell stack without being sufficiently mixed, the difference in the anode gas flow rate distributed to each cell is excessively large. Therefore, there is a possibility that the cell voltage is lowered or the cell is deteriorated. Therefore, there has been a demand for a technique that can suppress an excessively large difference in the flow rate of the anode gas distributed to each cell.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be realized as the following forms.

本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、複数のセルを有する燃料電池スタックと；前記燃料電池スタックにアノードガスを供給するアノードガス配管と；前記燃料電池スタックのアノードオフガスを前記燃料電池スタックに循環させる循環配管と；前記アノードガス配管と前記循環配管とが合流する合流部に設けられたフィルタ部と、を備え；前記フィルタ部は、前記アノードガス配管における前記アノードガスの流通方向および前記循環配管における前記アノードオフガスの流通方向から見た場合に、前記アノードガス配管および前記循環配管の断面を分割する位置にそれぞれ配置された梁を有する。この形態の燃料電池システムによれば、フィルタ部の梁によりアノードガスおよびアノードオフガスがより均一に混合するため、燃料電池スタックの供給されるアノードガスの濃度を均一にすることができる。このため、各セルに分配されるアノードガス流量の差が過度に大きくなることを抑制できる。   According to one aspect of the present invention, a fuel cell system is provided. The fuel cell system includes: a fuel cell stack having a plurality of cells; an anode gas pipe that supplies an anode gas to the fuel cell stack; a circulation pipe that circulates an anode off-gas of the fuel cell stack to the fuel cell stack; A filter part provided at a junction where the anode gas pipe and the circulation pipe merge; the filter part includes a flow direction of the anode gas in the anode gas pipe and the anode off-gas in the circulation pipe. When viewed from the flow direction, each of the anode gas pipe and the circulation pipe has beams arranged at positions that divide the cross section. According to this form of the fuel cell system, the anode gas and the anode off-gas are more uniformly mixed by the beams of the filter section, so that the concentration of the anode gas supplied to the fuel cell stack can be made uniform. For this reason, it can suppress that the difference of the anode gas flow volume distributed to each cell becomes large too much.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムアノードガス配管と循環配管とが合流する合流部や合流部に設けられるフィルタ、これらの製造方法等の態様で実現することが可能である。   The present invention can be realized in various forms. For example, the fuel cell system anode gas pipe and the circulation pipe join together, a filter provided in the joining part, a method for manufacturing these, and the like. Can be realized.

燃料電池システムの概略構成を示す概略図である。It is the schematic which shows schematic structure of a fuel cell system. 燃料電池スタックに流れるアノードガスの流路の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of flow path of the anode gas which flows into a fuel cell stack. フィルタ部の概略構造の説明図である。It is explanatory drawing of schematic structure of a filter part. 図２のＩＶ−ＩＶ矢視図である。It is the IV-IV arrow line view of FIG. 図２のＶ−Ｖ矢視図である。It is a VV arrow line view of FIG. 水素流量の分配率とセル位置との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the distribution rate of a hydrogen flow rate, and a cell position.

図１は、本発明の一実施形態における燃料電池システム１００の概略構成を示す概略図である。燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０と、制御部２０と、カソードガス供給排出系３０と、アノードガス供給排出系５０と、を備える。また、燃料電池システム１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０と、パワーコントロールユニット（以下、「ＰＣＵ」という）９１と、２次電池９２と、負荷９３と、を備える。本実施形態の燃料電池システム１００は、例えば、燃料電池車両に搭載される。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 100 includes a fuel cell stack 10, a control unit 20, a cathode gas supply / discharge system 30, and an anode gas supply / discharge system 50. The fuel cell system 100 includes a DC / DC converter 90, a power control unit (hereinafter referred to as “PCU”) 91, a secondary battery 92, and a load 93. The fuel cell system 100 of this embodiment is mounted on, for example, a fuel cell vehicle.

燃料電池スタック１０は、反応ガスとしてアノードガス（例えば、水素）とカソードガス（例えば、空気）との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池スタック１０は、複数の単セル１１が積層されて構成されている。各単セル１１は、電解質膜（図示せず）の両面に電極を配置した膜電極接合体（図示せず）と、膜電極接合体を挟持する１組のセパレータとを有する。   The fuel cell stack 10 is a polymer electrolyte fuel cell that generates electric power by receiving supply of an anode gas (for example, hydrogen) and a cathode gas (for example, air) as reaction gases. The fuel cell stack 10 is configured by stacking a plurality of single cells 11. Each single cell 11 has a membrane electrode assembly (not shown) in which electrodes are arranged on both surfaces of an electrolyte membrane (not shown), and a set of separators that sandwich the membrane electrode assembly.

制御部２０は、ＣＰＵとメモリと、後述する各部品が接続されるインタフェース回路とを備えたコンピュータとして構成されている。ＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムを実行することにより、燃料電池システム１００による発電の制御を行う。   The control unit 20 is configured as a computer including a CPU, a memory, and an interface circuit to which each component described later is connected. The CPU controls power generation by the fuel cell system 100 by executing a control program stored in the memory.

カソードガス供給排出系３０は、カソードガス配管３１と、カソードガスコンプレッサ３２と、第１開閉弁３３と、カソードオフガス配管４１と、第１レギュレータ４２と、を備える。   The cathode gas supply / discharge system 30 includes a cathode gas pipe 31, a cathode gas compressor 32, a first on-off valve 33, a cathode offgas pipe 41, and a first regulator 42.

カソードガスコンプレッサ３２は、カソードガス配管３１を介して燃料電池スタック１０と接続されている。カソードガスコンプレッサ３２は、制御部２０からの制御信号に応じて、外部から取り入れた空気を圧縮し、カソードガスとして燃料電池スタック１０に供給する。第１開閉弁３３は、カソードガスコンプレッサ３２と燃料電池スタック１０との間に設けられている。   The cathode gas compressor 32 is connected to the fuel cell stack 10 via the cathode gas pipe 31. The cathode gas compressor 32 compresses the air taken from outside in accordance with a control signal from the control unit 20 and supplies the compressed air to the fuel cell stack 10 as a cathode gas. The first on-off valve 33 is provided between the cathode gas compressor 32 and the fuel cell stack 10.

カソードオフガス配管４１は、燃料電池スタック１０から排出されたカソードオフガスを燃料電池システム１００の外部へと排出する。第１レギュレータ４２は、制御部２０からの制御信号に応じて、燃料電池スタック１０のカソードガス出口圧力を調整する。   The cathode offgas pipe 41 discharges the cathode offgas discharged from the fuel cell stack 10 to the outside of the fuel cell system 100. The first regulator 42 adjusts the cathode gas outlet pressure of the fuel cell stack 10 according to the control signal from the control unit 20.

アノードガス供給排出系５０は、アノードガス配管５１と、アノードガスタンク５２と、第２開閉弁５３と、第２レギュレータ５４と、インジェクタ５５と、排気排水弁６０と、アノードオフガス配管６１と、循環配管６３と、アノードガスポンプ６４と、気液分離器７０と、を備える。以下では、アノードガス配管５１のインジェクタ５５よりも下流側と、燃料電池スタック１０内のアノードガスの流路と、アノードオフガス配管６１と、循環配管６３と、気液分離器７０と、で構成される流路のことを、循環流路６５ともいう。循環流路６５は、燃料電池スタック１０のアノードオフガスを燃料電池スタック１０に循環させるための流路である。   The anode gas supply / discharge system 50 includes an anode gas pipe 51, an anode gas tank 52, a second on-off valve 53, a second regulator 54, an injector 55, an exhaust / drain valve 60, an anode offgas pipe 61, and a circulation pipe. 63, an anode gas pump 64, and a gas-liquid separator 70. Hereinafter, the anode gas pipe 51 includes a downstream side of the injector 55, an anode gas flow path in the fuel cell stack 10, an anode offgas pipe 61, a circulation pipe 63, and a gas-liquid separator 70. This flow path is also referred to as a circulation flow path 65. The circulation channel 65 is a channel for circulating the anode off gas of the fuel cell stack 10 to the fuel cell stack 10.

アノードガスタンク５２は、アノードガス配管５１を介して燃料電池スタック１０のアノードガス入口と接続されており、内部に充填されているアノードガスを燃料電池スタック１０に供給する。第２開閉弁５３、第２レギュレータ５４、インジェクタ５５、アノードガス配管５１に、この順序で上流側、つまりアノードガスタンク５２に近い側、から設けられている。   The anode gas tank 52 is connected to the anode gas inlet of the fuel cell stack 10 via the anode gas pipe 51, and supplies the anode gas filled therein to the fuel cell stack 10. The second on-off valve 53, the second regulator 54, the injector 55, and the anode gas pipe 51 are provided in this order from the upstream side, that is, the side close to the anode gas tank 52.

第２開閉弁５３は、制御部２０からの制御信号に応じて開閉する。燃料電池システム１００の停止時には第２開閉弁５３は閉じられる。第２レギュレータ５４は、制御部２０からの制御信号に応じて、インジェクタ５５の上流側におけるアノードガスの圧力を調整する。インジェクタ５５は、制御部２０によって設定された駆動周期や開弁時間に応じて、弁体が電磁的に駆動する電磁駆動式の開閉弁である。制御部２０は、インジェクタ５５の駆動周期や開弁時間を制御することによって、燃料電池スタック１０に供給されるアノードガスの量を制御する。   The second on-off valve 53 opens and closes according to a control signal from the control unit 20. When the fuel cell system 100 is stopped, the second on-off valve 53 is closed. The second regulator 54 adjusts the pressure of the anode gas on the upstream side of the injector 55 in accordance with a control signal from the control unit 20. The injector 55 is an electromagnetically driven on / off valve in which the valve element is electromagnetically driven in accordance with the driving cycle and valve opening time set by the control unit 20. The control unit 20 controls the amount of anode gas supplied to the fuel cell stack 10 by controlling the drive cycle and valve opening time of the injector 55.

アノードオフガス配管６１は、燃料電池スタック１０のアノードガス出口と気液分離器７０とを接続する配管である。アノードオフガス配管６１は、発電反応に用いられることのなかったアノードガスや窒素ガスなどを含むアノードオフガスを気液分離器７０へと誘導する。   The anode off-gas pipe 61 is a pipe that connects the anode gas outlet of the fuel cell stack 10 and the gas-liquid separator 70. The anode off-gas pipe 61 guides the anode off-gas including the anode gas and nitrogen gas that have not been used for the power generation reaction to the gas-liquid separator 70.

気液分離器７０は、循環流路６５のアノードオフガス配管６１と循環配管６３との間に接続されている。気液分離器７０は、循環流路６５内のアノードオフガスから不純物としての水を分離して貯水する。   The gas-liquid separator 70 is connected between the anode off-gas pipe 61 and the circulation pipe 63 of the circulation flow path 65. The gas-liquid separator 70 separates and stores water as impurities from the anode off gas in the circulation flow path 65.

排気排水弁６０は、気液分離器７０の下部に設けられている。排気排水弁６０は、気液分離器７０に貯水された水の排水と、気液分離器７０内の不要なガス（主に窒素ガス）の排気と、を行う。燃料電池システム１００の運転中は、通常、排気排水弁６０は閉じられており、制御部２０からの制御信号に応じて開閉する。本実施形態では、排気排水弁６０は、カソードオフガス配管４１に接続されており、排気排水弁６０によって排出された水および不要なガスは、カソードオフガス配管４１を通じて外部へ排出される。   The exhaust drain valve 60 is provided in the lower part of the gas-liquid separator 70. The exhaust / drain valve 60 drains water stored in the gas-liquid separator 70 and exhausts unnecessary gas (mainly nitrogen gas) in the gas-liquid separator 70. During operation of the fuel cell system 100, the exhaust drain valve 60 is normally closed and opens and closes according to a control signal from the control unit 20. In the present embodiment, the exhaust drain valve 60 is connected to the cathode offgas pipe 41, and water and unnecessary gas discharged by the exhaust drain valve 60 are discharged to the outside through the cathode offgas pipe 41.

循環配管６３は、アノードガス配管５１のインジェクタ５５より下流に接続されており、アノードオフガスを燃料電池スタック１０に循環させる。循環配管６３には、制御部２０からの制御信号に応じて駆動されるアノードガスポンプ６４が設けられている。気液分離器７０によって水が分離されたアノードオフガスが、アノードガスポンプ６４によって、アノードガス配管５１へと送り出される。この燃料電池システム１００では、アノードガスを含むアノードオフガスを循環させて、再び燃料電池スタック１０に供給することにより、アノードガスの利用効率を向上させている。   The circulation pipe 63 is connected downstream of the injector 55 of the anode gas pipe 51 and circulates the anode off gas to the fuel cell stack 10. The circulation pipe 63 is provided with an anode gas pump 64 that is driven in accordance with a control signal from the control unit 20. The anode off gas from which water has been separated by the gas-liquid separator 70 is sent out to the anode gas pipe 51 by the anode gas pump 64. In the fuel cell system 100, the anode off gas containing the anode gas is circulated and supplied to the fuel cell stack 10 again, thereby improving the utilization efficiency of the anode gas.

アノードガス配管５１と循環配管６３とが合流する合流部５６にはフィルタ部５７が設けられている。フィルタ部５７は、例えば、アノードガス配管５１や循環配管６３を組み付ける際に混入した異物や、アノードガスポンプ６４や気液分離器７０に付着していた異物等が燃料電池スタック１０に侵入してしまうことを防ぐ。詳細については後述する。   A filter portion 57 is provided at the junction 56 where the anode gas pipe 51 and the circulation pipe 63 meet. In the filter unit 57, for example, foreign matters mixed when the anode gas pipe 51 and the circulation pipe 63 are assembled, foreign matters attached to the anode gas pump 64 and the gas-liquid separator 70, etc. enter the fuel cell stack 10. To prevent that. Details will be described later.

ＤＣ／ＤＣコンバータ９０は、制御部２０の制御に応じて燃料電池スタック１０から出力された電圧を昇圧してＰＣＵ９１に供給する。ＰＣＵ９１は、インバータを内蔵し、制御部２０の制御に応じてインバータを介して負荷９３に電力を供給する。また、ＰＣＵ９１は、制御部２０の制御により燃料電池スタック１０の電流を制限する。燃料電池スタック１０によって発電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０とＰＣＵ９１とを介して２次電池９２に蓄電される。   The DC / DC converter 90 boosts the voltage output from the fuel cell stack 10 under the control of the control unit 20 and supplies the boosted voltage to the PCU 91. The PCU 91 incorporates an inverter and supplies power to the load 93 via the inverter according to the control of the control unit 20. Further, the PCU 91 limits the current of the fuel cell stack 10 under the control of the control unit 20. The electric power generated by the fuel cell stack 10 is stored in the secondary battery 92 via the DC / DC converter 90 and the PCU 91.

図２は、合流部５６を介して燃料電池スタック１０に流れるアノードガスの流路の一部を示す図である。各単セル１１には、ガス入口マニホールド１２ａと、ガス出口マニホールド１２ｂが設けられている。各ガス入口マニホールド１２ａは互いに連通しており、アノードガス配管５１と連通している。各ガス出口マニホールド１２ｂは互いに連通しており、アノードオフガス配管６１と連通している。   FIG. 2 is a view showing a part of the flow path of the anode gas that flows to the fuel cell stack 10 via the merging portion 56. Each single cell 11 is provided with a gas inlet manifold 12a and a gas outlet manifold 12b. Each gas inlet manifold 12 a communicates with each other and communicates with the anode gas pipe 51. The gas outlet manifolds 12 b communicate with each other and communicate with the anode off-gas pipe 61.

合流部５６には、アノードガス配管５１と接続した接続部５６ａと、循環配管６３と接続した接続部５６ｂと、燃料電池スタック１０のガス入口マニホールド１２ａと接続した接続部５６ｃと、フィルタ部５７を収容した収容部５６ｄと、を有している。アノードガスとアノードオフガスは、フィルタ部５７で混合された後に燃料電池スタック１０に供給される。本実施形態において、アノードガスとアノードオフガスとが混合したものを「混合ガス」と呼ぶ。混合ガスは、単セル１１の積層方向における一端１０ａ側から他端１０ｂ側へ向けて供給される。混合ガスは、ガス入口マニホールド１２ａから各単セル１１に分配され、未使用のアノードガス及び発電により生成した液水がガス出口マニホールド１２ｂによって集められて、アノードオフガス配管６１に排出される。   The junction 56 includes a connecting portion 56 a connected to the anode gas pipe 51, a connecting portion 56 b connected to the circulation pipe 63, a connecting portion 56 c connected to the gas inlet manifold 12 a of the fuel cell stack 10, and a filter portion 57. And an accommodating portion 56d accommodated therein. The anode gas and anode off gas are mixed in the filter unit 57 and then supplied to the fuel cell stack 10. In the present embodiment, a mixture of anode gas and anode off gas is referred to as “mixed gas”. The mixed gas is supplied from the one end 10 a side to the other end 10 b side in the stacking direction of the single cells 11. The mixed gas is distributed from the gas inlet manifold 12 a to each single cell 11, and unused anode gas and liquid water generated by power generation are collected by the gas outlet manifold 12 b and discharged to the anode off-gas pipe 61.

図３は、フィルタ部５７の概略構造の説明図である。本実施形態において、フィルタ部５７は、円錐台形状であるが、これに限らず、例えば円錐形状や円柱形状等でもよい。フィルタ部５７は、フィルタ５７ａと梁５７ｂとを有する。フィルタ５７ａは、例えば、金属製あるいは樹脂製のメッシュや多孔体によって形成される。本実施形態において、フィルタ５７ａは、格子形状のメッシュである。フィルタ５７ａは、アノードガスおよびアノードオフガスが通過する際に乱流を発生させて混合する。本実施形態において、フィルタ部５７は、直線形状（直棒状）の梁５７ｂを２本有する。なお、梁５７ｂの形状や本数、角度は任意に定めることができる。   FIG. 3 is an explanatory diagram of a schematic structure of the filter unit 57. In the present embodiment, the filter unit 57 has a truncated cone shape, but is not limited thereto, and may be, for example, a cone shape or a cylindrical shape. The filter unit 57 includes a filter 57a and a beam 57b. The filter 57a is formed of, for example, a metal or resin mesh or a porous body. In the present embodiment, the filter 57a is a lattice-shaped mesh. The filter 57a generates and mixes turbulent flow when the anode gas and the anode off-gas pass. In the present embodiment, the filter unit 57 has two linear (straight bar) beams 57b. The shape, number, and angle of the beam 57b can be arbitrarily determined.

図４は、図２のＩＶ−ＩＶ矢視図であり、図５は、図２のＶ−Ｖ矢視図である。図４に示すように、本実施形態において、アノードガスが流入する接続部５６ａとアノードオフガスが流入する接続部５６ｂとは対向せず、収容部５６ｄの中心軸から互いに反対側にオフセットした位置となっている。より具体的には、図２および図４に示すように、アノードガス配管５１と接続する接続部５６ａと循環配管６３と接続する接続部５６ｂとはｘ軸およびｚ軸における位置が異なっている。これにより、アノードガスとアノードオフガスがより混合しやすくなる。梁５７ｂは、それぞれ、アノードガス配管５１におけるアノードガスの流通方向および循環配管６３におけるアノードオフガスの流通方向から見た場合に、アノードガス配管５１および循環配管６３の断面を分割する位置に配置されている。より具体的には、図５に示すように、梁５７ｂは、循環配管６３におけるアノードオフガスの流通方向（ｙ軸方向）から見た場合に、循環配管６３の断面を分割する位置に配置されている。   4 is a view taken along arrows IV-IV in FIG. 2, and FIG. 5 is a view taken along arrows VV in FIG. As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the connecting portion 56a into which the anode gas flows and the connecting portion 56b into which the anode off gas flows are not opposed to each other, and are offset from the central axis of the housing portion 56d to the opposite sides. It has become. More specifically, as shown in FIGS. 2 and 4, the connecting portion 56 a connected to the anode gas pipe 51 and the connecting portion 56 b connected to the circulation pipe 63 have different positions on the x axis and the z axis. This makes it easier to mix the anode gas and the anode off gas. The beams 57b are arranged at positions that divide the cross sections of the anode gas pipe 51 and the circulation pipe 63 when viewed from the anode gas circulation direction in the anode gas pipe 51 and the anode off-gas circulation direction in the circulation pipe 63, respectively. Yes. More specifically, as shown in FIG. 5, the beam 57 b is arranged at a position that divides the cross section of the circulation pipe 63 when viewed from the circulation direction (y-axis direction) of the anode off gas in the circulation pipe 63. Yes.

図６は、水素流量の分配率とセル位置との関係を示したグラフである。このグラフの縦軸は水素流量の分配率を示し、横軸はセル番号を示している。「水素流量の分配率」とは、均一の水素濃度のアノードガスが燃料電池スタック１０に入る場合の各単セル１１の水素流量を分母とし、実際に各単セル１１に入る水素流量を分子とした比率である。セル番号は燃料電池スタック１０の一端１０ａ側の単セル１１から他端１０ｂ側へ順に１枚ずつ付与されている。グラフＧ１は比較例を示し、グラフＧ２は本実施形態の例を示す。比較例は、本実施形態の燃料電池システム１００（図２）からフィルタ部５７を省略したものである。これらの水素流量の分配率は、流体解析ソフトウェアを用いて算出した。グラフＧ１に示すように、比較例では、一端１０ａ側（図２）の単セル１１（例えば、セル番号１）は水素流量の分配率が高く、他端１０ｂ側の単セル（例えば、セル番号Ｎ）は水素流量の分配率が低い。一方、グラフＧ２が示すように、フィルタ部５７が設けられた本実施形態の例では、各単セル１１の水素流量の分配率が理想的な状態に近い。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between the hydrogen flow rate distribution ratio and the cell position. The vertical axis of this graph indicates the hydrogen flow rate distribution rate, and the horizontal axis indicates the cell number. “Hydrogen flow rate distribution ratio” refers to the hydrogen flow rate of each single cell 11 when the anode gas having a uniform hydrogen concentration enters the fuel cell stack 10 as the denominator, and the hydrogen flow rate actually entering each single cell 11 is defined as the numerator. Ratio. The cell numbers are assigned one by one in order from the single cell 11 on the one end 10a side of the fuel cell stack 10 to the other end 10b side. A graph G1 shows a comparative example, and a graph G2 shows an example of this embodiment. In the comparative example, the filter unit 57 is omitted from the fuel cell system 100 (FIG. 2) of the present embodiment. The distribution rate of these hydrogen flow rates was calculated using fluid analysis software. As shown in the graph G1, in the comparative example, the single cell 11 (for example, cell number 1) on the one end 10a side (FIG. 2) has a high hydrogen flow rate distribution ratio, and the single cell on the other end 10b side (for example, cell number). N) has a low hydrogen flow rate distribution rate. On the other hand, as shown in the graph G2, in the example of the present embodiment in which the filter unit 57 is provided, the hydrogen flow rate distribution ratio of each single cell 11 is close to an ideal state.

以上で説明した本実施形態の燃料電池システム１００によれば、フィルタ部５７の梁５７ｂによりアノードガスおよびアノードオフガスがより均一に混合するため、燃料電池スタック１０の供給されるアノードガスの濃度を均一にすることができる。このため、各単セル１１に分配されるアノードガス流量の差が過度に大きくなることを抑制できる。また、フィルタ５７ａにより、異物を捕集できるため、単セル１１内で短絡が発生することを抑制できる。   According to the fuel cell system 100 of the present embodiment described above, since the anode gas and the anode off gas are more uniformly mixed by the beam 57b of the filter unit 57, the concentration of the anode gas supplied to the fuel cell stack 10 is uniform. Can be. For this reason, it can suppress that the difference of the anode gas flow volume distributed to each single cell 11 becomes large too much. Moreover, since the foreign matter can be collected by the filter 57a, it is possible to suppress occurrence of a short circuit in the single cell 11.

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are for solving the above-described problems or achieving some or all of the above-described effects. In addition, replacement and combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

１０…燃料電池スタック
１０ａ…一端
１０ｂ…他端
１１…単セル
１２ａ…ガス入口マニホールド
１２ｂ…ガス出口マニホールド
２０…制御部
３０…カソードガス供給排出系
３１…カソードガス配管
３２…カソードガスコンプレッサ
３３…第１開閉弁
４１…カソードオフガス配管
４２…第１レギュレータ
５０…アノードガス供給排出系
５１…アノードガス配管
５２…アノードガスタンク
５３…第２開閉弁
５４…第２レギュレータ
５５…インジェクタ
５６…合流部
５６ａ、５６ｂ、５６ｃ…接続部
５６ｄ…収容部
５７…フィルタ部
５７ａ…フィルタ
５７ｂ…梁
６０…排気排水弁
６１…アノードオフガス配管
６３…循環配管
６４…アノードガスポンプ
６５…循環流路
７０…気液分離器
９０…ＤＣ／ＤＣコンバータ
９１…ＰＣＵ
９２…２次電池
９３…負荷
１００…燃料電池システム DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 10a ... One end 10b ... The other end 11 ... Single cell 12a ... Gas inlet manifold 12b ... Gas outlet manifold 20 ... Control part 30 ... Cathode gas supply / discharge system 31 ... Cathode gas piping 32 ... Cathode gas compressor 33 ... First DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 On-off valve 41 ... Cathode off gas piping 42 ... 1st regulator 50 ... Anode gas supply / discharge system 51 ... Anode gas piping 52 ... Anode gas tank 53 ... 2nd on-off valve 54 ... 2nd regulator 55 ... Injector 56 ... Junction part 56a, 56b , 56c ... Connection part 56d ... Accommodating part 57 ... Filter part 57a ... Filter 57b ... Beam 60 ... Exhaust drain valve 61 ... Anode off-gas pipe 63 ... Circulation pipe 64 ... Anode gas pump 65 ... Circulation channel 70 ... Gas-liquid separator 90 ... DC / DC converter 91 ... PC
92 ... Secondary battery 93 ... Load 100 ... Fuel cell system

Claims (1)

燃料電池システムであって、
複数のセルを有する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックにアノードガスを供給するアノードガス配管と、
前記燃料電池スタックのアノードオフガスを前記燃料電池スタックに循環させる循環配管と、
前記アノードガス配管と前記循環配管とが合流する合流部に設けられたフィルタ部と、を備え、
前記フィルタ部は、前記アノードガス配管における前記アノードガスの流通方向および前記循環配管における前記アノードオフガスの流通方向から見た場合に、前記アノードガス配管および前記循環配管の断面を分割する位置にそれぞれ配置された梁を有する、燃料電池システム。 A fuel cell system,
A fuel cell stack having a plurality of cells;
An anode gas pipe for supplying an anode gas to the fuel cell stack;
A circulation pipe for circulating the anode off gas of the fuel cell stack to the fuel cell stack;
A filter unit provided at a junction where the anode gas pipe and the circulation pipe meet,
The filter portion is disposed at a position that divides the cross section of the anode gas pipe and the circulation pipe when viewed from the circulation direction of the anode gas in the anode gas pipe and the circulation direction of the anode off gas in the circulation pipe. Cell system having a shaped beam.
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