JP2020009710A

JP2020009710A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2020009710A
Application number: JP2018132239A
Authority: JP
Inventors: 遼水草; Ryo Mizukusa; 博一岸田; Hirokazu Kishida
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2020-01-16

Abstract

To provide a fuel cell system that can thaw generated water in a water tank without the need for an electric heater or the like dedicated to thawing, and reduce the cooling load when the air supplied to a fuel cell is cooled.SOLUTION: A fuel cell system 11 includes a fuel cell 14 that generates power by a chemical reaction between an oxidant gas contained in air compressed by a compressor 12 and cooled by an intercooler 13 and a fuel gas for power generation, and a water tank 16 that stores generated water generated in the fuel cell 14, and the water tank 16 is arranged in the middle of air supply paths R1 to R5 from the compressor 12 to the intercooler 13, and introduces the air compressed by the compressor 12 into the intercooler 13 via the water tank 16.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.

燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスの化学反応によって発電する燃料電池を備えている。一般に、燃料ガスには水素が用いられ、酸化剤ガスには空気中の酸素が用いられている。このため、燃料電池に水素と空気を供給して化学反応させると水が生成される。 The fuel cell system includes a fuel cell that generates power by a chemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas. Generally, hydrogen is used as a fuel gas, and oxygen in the air is used as an oxidizing gas. Therefore, when hydrogen and air are supplied to the fuel cell to cause a chemical reaction, water is generated.

燃料電池システムは、燃料電池自動車の他に、たとえば、フォークリフトなどの産業車両に搭載されている。燃料電池自動車では、燃料電池の発電時に生成される水をそのまま路上などに排出している。これに対して、燃料電池システムを搭載する産業車両では、燃料電池の発電時に生成される水（以下、「生成水」ともいう。）を一旦、水タンクに貯留しておき、燃料ガスとなる水素を燃料タンクに充填するときに、水タンク内の水をまとめて所定の場所に排出している。その理由は、次のとおりである。 The fuel cell system is mounted on an industrial vehicle such as a forklift, for example, in addition to the fuel cell vehicle. In a fuel cell vehicle, water generated during power generation by the fuel cell is directly discharged onto a road or the like. On the other hand, in an industrial vehicle equipped with a fuel cell system, water generated at the time of power generation by the fuel cell (hereinafter, also referred to as “generated water”) is temporarily stored in a water tank and becomes fuel gas. When filling the fuel tank with hydrogen, the water in the water tank is discharged together to a predetermined location. The reason is as follows.

フォークリフトなどの産業車両は、作業者が行き交う物流の作業場などの屋内で使用されることが多い。このため、産業車両の走行中や荷役中などに燃料電池内で生成される生成水をタンクに貯めずにそのまま排出すると、作業場の床が水で濡れて滑りやすくなってしまう。よって、燃料電池式産業車両の場合は、燃料電池内で生成される生成水を即時排出できないという事情がある。したがって、燃料電池式産業車両では、生成水を貯留するための水タンクを燃料電池システムに設けている。そして、燃料電池内で生成される生成水を水タンクに貯めておき、水素充填時に燃料タンク内の生成水をまとめて排出している。 Industrial vehicles such as forklifts are often used indoors, such as in logistics workplaces where workers travel. For this reason, if the generated water generated in the fuel cell is discharged without being stored in the tank during traveling of the industrial vehicle or during cargo handling, the floor of the workplace becomes wet and slippery. Therefore, in the case of a fuel cell type industrial vehicle, there is a situation that generated water generated in the fuel cell cannot be immediately discharged. Therefore, in a fuel cell type industrial vehicle, a water tank for storing generated water is provided in the fuel cell system. The generated water generated in the fuel cell is stored in a water tank, and the generated water in the fuel tank is collectively discharged at the time of filling with hydrogen.

しかし、寒冷地などで燃料電池式産業車両を使用する場合は、水タンクに生成水が残ったまま、産業車両の起動を長時間にわたって停止しておくことがある。そうした場合、氷点下の環境に燃料電池式車両が晒されると、水タンクに残留する生成水や、水タンクにつながる配管などに付着する生成水が凍結するおそれがある。実際に生成水が凍結すると、たとえば、水タンクから生成水を排出できないおそれがある。また、水タンクにつながる配管の流路が生成水の凍結によって狭められ、新たに燃料電池から送り込まれる生成水の流れを阻害するおそれもある。 However, when a fuel cell type industrial vehicle is used in a cold region or the like, the starting of the industrial vehicle may be stopped for a long time while the generated water remains in the water tank. In such a case, when the fuel cell type vehicle is exposed to an environment below the freezing point, generated water remaining in the water tank and generated water adhering to a pipe connected to the water tank may be frozen. If the generated water actually freezes, for example, the generated water may not be discharged from the water tank. Further, the flow path of the pipe connected to the water tank may be narrowed by freezing of the generated water, and the flow of the generated water newly sent from the fuel cell may be obstructed.

このような不都合を解消するには、水タンクやその近傍で凍結している生成水を解凍する必要がある。生成水の解凍には、たとえば、電気ヒータを用いる方法、あるいは解凍用熱媒体を用いる方法などがある。また、特許文献１には、燃料電池の冷却に用いる水をタンクに貯めておき、燃料電池に発電させるときにタンクの水を燃料電池の水流路に循環させて燃料電池を冷却する燃料電池システムにおいて、空気供給装置から燃料電池に供給される空気の一部をタンクに導入する技術が記載されている。 In order to solve such inconvenience, it is necessary to defrost the generated water frozen in the water tank and its vicinity. The method of thawing the generated water includes, for example, a method using an electric heater, a method using a heat medium for thawing, and the like. Patent Document 1 discloses a fuel cell system in which water used for cooling a fuel cell is stored in a tank, and when the fuel cell generates electric power, the water in the tank is circulated through a water flow path of the fuel cell to cool the fuel cell. Describes a technique for introducing a part of air supplied from an air supply device to a fuel cell into a tank.

図４は、従来の燃料電池システムの一例として、生成水を解凍するための電気ヒータを備える燃料電池システムの構成を示す概略図である。
図４に示すように、燃料電池システム７１は、コンプレッサ７２と、インタークーラ７３と、燃料電池７４と、気液分離器７５と、水タンク７６と、電気ヒータ７７と、を備えている。コンプレッサ７２は、空気を圧縮するものである。インタークーラ７３は、コンプレッサ７２によって圧縮された空気を冷却するものである。燃料電池７４は、燃料タンク（不図示）から供給される水素と、インタークーラ７３によって冷却された空気に含まれる酸素との化学反応によって発電するものである。気液分離器７５は、燃料電池７４から排出されるオフガスを気体と液体に分離するものである。水タンク７６は、気液分離器７５によって分離された生成水を貯留するものである。電気ヒータ７７は、水タンク７６に熱を加えるものである。 FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell system provided with an electric heater for thawing generated water as an example of a conventional fuel cell system.
As shown in FIG. 4, the fuel cell system 71 includes a compressor 72, an intercooler 73, a fuel cell 74, a gas-liquid separator 75, a water tank 76, and an electric heater 77. The compressor 72 compresses air. The intercooler 73 cools the air compressed by the compressor 72. The fuel cell 74 generates power by a chemical reaction between hydrogen supplied from a fuel tank (not shown) and oxygen contained in air cooled by the intercooler 73. The gas-liquid separator 75 separates off-gas discharged from the fuel cell 74 into gas and liquid. The water tank 76 stores the generated water separated by the gas-liquid separator 75. The electric heater 77 applies heat to the water tank 76.

上記構成からなる燃料電池システム７１においては、水タンク７６に貯留された生成水が凍結した場合に、電気ヒータ７７の熱を水タンク７６に加えることにより、生成水を解凍することができる。 In the fuel cell system 71 having the above configuration, when the generated water stored in the water tank 76 is frozen, the generated water can be thawed by applying the heat of the electric heater 77 to the water tank 76.

特開２００５−１０８７５８号公報JP 2005-108758 A

しかしながら上記従来の燃料電池システム７１では、生成水を解凍するための専用の電気ヒータ７７をシステム内に新たに組み込む必要がある。また、上述した解凍用熱媒体を用いる方法でも、専用の解凍用熱媒体による暖房システムを新たに組み込む必要がある。また、従来の燃料電池システム７１においては、コンプレッサ７２によって圧縮した空気をインタークーラ７３で冷却してから燃料電池７４に供給しているが、その際にインタークーラ７３の冷却負荷を低減したいという要望がある。冷却負荷は、空気の冷却に必要とされる熱量を意味する。 However, in the above-described conventional fuel cell system 71, it is necessary to newly incorporate a dedicated electric heater 77 for thawing the generated water into the system. Also, in the above-described method using the thawing heat medium, it is necessary to newly incorporate a heating system using a dedicated thawing heat medium. In the conventional fuel cell system 71, the air compressed by the compressor 72 is cooled by the intercooler 73 before being supplied to the fuel cell 74. At this time, there is a demand for reducing the cooling load of the intercooler 73. There is. The cooling load means the amount of heat required for cooling the air.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、解凍専用の電気ヒータや熱媒体を必要とすることなく水タンク内の生成水を解凍することができるとともに、燃料電池に供給される空気を冷却器によって冷却するときの冷却負荷を低減することができる燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to be able to thaw generated water in a water tank without requiring an electric heater or a heating medium dedicated to thawing, and to provide a fuel cell. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system capable of reducing a cooling load when cooling air supplied to a fuel cell with a cooler.

本発明は、燃料電池へ空気を供給するコンプレッサと、前記コンプレッサによって圧縮された空気を冷却する冷却器と、前記コンプレッサによって冷却された空気に含まれる酸化剤ガスと発電のための燃料ガスとの化学反応によって発電する燃料電池と、前記化学反応によって生成される生成水を貯留するための水タンクと、を備える燃料電池システムであって、前記水タンクは、前記コンプレッサから前記冷却器へと至る空気供給路の途中に配置され、前記コンプレッサによって圧縮された空気を前記水タンクを経由して前記冷却器に導入するように構成されている。 The present invention provides a compressor for supplying air to a fuel cell, a cooler for cooling air compressed by the compressor, and an oxidizing gas contained in the air cooled by the compressor and a fuel gas for power generation. A fuel cell system comprising: a fuel cell that generates power by a chemical reaction; and a water tank for storing generated water generated by the chemical reaction, wherein the water tank extends from the compressor to the cooler. It is arranged in the middle of the air supply path, and is configured to introduce the air compressed by the compressor into the cooler via the water tank.

本発明の燃料電池システムにおいて、前記空気供給路は給気配管によって形成され、前記給気配管の所定部分が前記水タンクを貫通して配置されていてもよい。 In the fuel cell system of the present invention, the air supply path may be formed by an air supply pipe, and a predetermined portion of the air supply pipe may be arranged to penetrate the water tank.

また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記水タンクを貫通する前記給気配管に伝熱フィンが取り付けられていてもよい。 In the fuel cell system of the present invention, a heat transfer fin may be attached to the air supply pipe penetrating the water tank.

また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記水タンクの内部は、前記生成水を貯留するための第１の空間と、前記空気供給路を形成する給気配管を通すための第２の空間とに区分され、前記第１の空間と前記第２の空間が互いに隣接して配置されていてもよい。 Further, in the fuel cell system of the present invention, the inside of the water tank includes a first space for storing the generated water and a second space for passing an air supply pipe forming the air supply passage. And the first space and the second space may be arranged adjacent to each other.

本発明によれば、解凍専用の電気ヒータや熱媒体を必要とすることなく水タンク内の生成水を解凍することができるとともに、燃料電池に供給される空気を冷却器によって冷却するときの冷却負荷を低減することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while the generated water in a water tank can be thawed, without requiring the electric heater and heat medium only for thawing, the cooling at the time of cooling the air supplied to a fuel cell by a cooler is possible. The load can be reduced.

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１実施形態に係る水タンクの構成を説明する概略斜視図である。It is a schematic perspective view explaining the composition of the water tank concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第２実施形態に係る水タンクの構成を説明する概略斜視図である。It is a schematic perspective view explaining the composition of the water tank concerning a 2nd embodiment of the present invention. 従来の燃料電池システムの構成を示す概略図である。It is a schematic diagram showing a configuration of a conventional fuel cell system.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

＜第１実施形態＞
（燃料電池システムの構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
図１に示すように、燃料電池システム１１は、コンプレッサ１２と、インタークーラ１３と、燃料電池１４と、気液分離器１５と、水タンク１６と、を備えている。燃料電池システム１１は、たとえば、フォークリフトや牽引車などの産業車両に搭載されるものである。 <First embodiment>
(Configuration of fuel cell system)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 11 includes a compressor 12, an intercooler 13, a fuel cell 14, a gas-liquid separator 15, and a water tank 16. The fuel cell system 11 is mounted on, for example, an industrial vehicle such as a forklift or a towing vehicle.

コンプレッサ１２は燃料電池１４へ空気を供給するものである。コンプレッサ１２で空気を圧縮すると、圧縮前よりも空気の温度が上昇する。圧縮後の空気の温度は、その温度のまま燃料電池１４に供給するには高すぎる。このため、圧縮によって上昇した空気の温度を下げる必要がある。そこで、燃料電池１４の上流側にはインタークーラ１３が配置されている。インタークーラ１３は、コンプレッサ１２によって圧縮された空気を冷却する冷却器に相当するものである。インタークーラ１３は、たとえば、クーラント液を循環させて空気を冷却する構成になっている。インタークーラ１３によって冷却された空気は燃料電池１４に供給される。 The compressor 12 supplies air to the fuel cell 14. When the air is compressed by the compressor 12, the temperature of the air becomes higher than before the compression. The temperature of the compressed air is too high to be supplied to the fuel cell 14 at that temperature. For this reason, it is necessary to reduce the temperature of the air that has increased due to the compression. Therefore, the intercooler 13 is arranged on the upstream side of the fuel cell 14. The intercooler 13 corresponds to a cooler that cools the air compressed by the compressor 12. The intercooler 13 is configured to circulate a coolant liquid to cool air, for example. The air cooled by the intercooler 13 is supplied to the fuel cell 14.

燃料電池１４は、燃料タンク（不図示）から供給される水素と、インタークーラ１３によって冷却された空気に含まれる酸素との化学反応によって発電するものである。燃料電池１４は、図示しない複数の発電セルを積層したＦＣスタック(fuel cell stack)によって構成されている。各々の発電セルは、たとえば、固体高分子電解質をアノード極とカソード極とによって挟み込んで形成される。アノード極には、発電のための燃料ガスとなる水素が供給され、カソード極には、酸化剤ガスとなる酸素を含む空気が供給される。これにより、燃料電池１４は、水素と酸素の化学反応によって発電する。その際、燃料電池１４の内部では、水素と酸素の化学反応によって生成水が生成される。 The fuel cell 14 generates power by a chemical reaction between hydrogen supplied from a fuel tank (not shown) and oxygen contained in the air cooled by the intercooler 13. The fuel cell 14 is configured by an FC stack (fuel cell stack) in which a plurality of power generation cells (not shown) are stacked. Each power generation cell is formed, for example, by sandwiching a solid polymer electrolyte between an anode and a cathode. Hydrogen as a fuel gas for power generation is supplied to the anode, and air containing oxygen as an oxidant gas is supplied to the cathode. Thereby, the fuel cell 14 generates power by a chemical reaction between hydrogen and oxygen. At this time, generated water is generated inside the fuel cell 14 by a chemical reaction between hydrogen and oxygen.

気液分離器１５は、燃料電池１４から排出されるオフガスを気体と液体に分離するものである。オフガスには、燃料電池１４内で生成される生成水や、燃料電池１４内で消費されなかった水素を含む空気が含まれる。このため、気液分離器１５は、燃料電池１４から排出されるオフガスを主に生成水と空気に分離する。 The gas-liquid separator 15 separates off-gas discharged from the fuel cell 14 into gas and liquid. The off-gas includes water produced in the fuel cell 14 and air containing hydrogen not consumed in the fuel cell 14. For this reason, the gas-liquid separator 15 mainly separates off-gas discharged from the fuel cell 14 into generated water and air.

水タンク１６は、燃料電池１４内での化学反応によって生成され、かつ気液分離器１５によって分離された生成水を貯留するためのものである。水タンク１６の容量は、図示しない燃料タンクに満充填された燃料ガスをすべて消費したときに燃料電池１４内で生成される最大量の生成水を貯留可能な容量に設定されている。 The water tank 16 is for storing water generated by a chemical reaction in the fuel cell 14 and separated by the gas-liquid separator 15. The capacity of the water tank 16 is set to a capacity capable of storing the maximum amount of generated water generated in the fuel cell 14 when the fuel tank (not shown) is completely filled with fuel gas.

ここで、本実施形態の燃料電池システム１１においては、コンプレッサ１２からインタークーラ１３へと至る空気供給路Ｒ１〜Ｒ５の途中に水タンク１６が配置されている。また、水タンク１６から空気供給路Ｒ４，Ｒ５を通してインタークーラ１３に導入される空気が、空気供給路Ｒ６を通して燃料電池１４に供給される構成になっている。各空気供給路Ｒ１〜Ｒ６は、それぞれ矢印の向きで空気の流れる方向を示すものに過ぎず、それぞれ個別の配管によって構成されることを示すものではない。すなわち、空気供給路Ｒ１〜Ｒ６を形成する配管の本数は必要に応じて変更可能である。空気供給路Ｒ１〜Ｒ６は、コンプレッサ１２から水タンク１６およびインタークーラ１３を順に経由して燃料電池１４へと至るまで、途中で分岐することなく、連続した１系統の空気供給路を構成している。 Here, in the fuel cell system 11 of the present embodiment, the water tank 16 is disposed in the middle of the air supply paths R1 to R5 from the compressor 12 to the intercooler 13. Further, air introduced from the water tank 16 to the intercooler 13 through the air supply paths R4 and R5 is supplied to the fuel cell 14 through the air supply path R6. Each of the air supply passages R1 to R6 merely indicates the direction in which air flows in the direction of an arrow, and does not indicate that each of the air supply passages is formed by an individual pipe. That is, the number of pipes forming the air supply paths R1 to R6 can be changed as needed. The air supply paths R1 to R6 constitute a continuous one-system air supply path from the compressor 12 to the fuel cell 14 via the water tank 16 and the intercooler 13 in that order without branching on the way. I have.

このため、コンプレッサ１２によって圧縮された空気は、該空気の全部が空気供給路Ｒ１〜Ｒ３を通して水タンク１６に導入される。また、水タンク１６を通過した空気は、該空気の全部が空気供給路Ｒ４，Ｒ５を通してインタークーラ１３に導入される。つまり、本実施形態の燃料電池システム１１では、コンプレッサ１２によって圧縮された空気の全部が水タンク１６を経由してインタークーラ１３に導入される構成になっている。 Therefore, all of the air compressed by the compressor 12 is introduced into the water tank 16 through the air supply paths R1 to R3. All of the air that has passed through the water tank 16 is introduced into the intercooler 13 through the air supply paths R4 and R5. That is, in the fuel cell system 11 of the present embodiment, all of the air compressed by the compressor 12 is introduced into the intercooler 13 via the water tank 16.

（水タンクの構成）
図２は、本発明の第１実施形態に係る水タンクの構成を説明する概略斜視図である。なお、図２においては、水タンク１６の構成を理解しやすいように、水タンク１６の一部を破断し、かつ該タンク内を透かして示している。 (Configuration of water tank)
FIG. 2 is a schematic perspective view illustrating the configuration of the water tank according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, a part of the water tank 16 is broken and the inside of the tank is shown in a transparent manner so that the configuration of the water tank 16 can be easily understood.

図２に示すように、水タンク１６は、直方体の筐体構造を有している。水タンク１６は、たとえば、金属製である。水タンク１６の内部は、生成水を貯留するための空間２１になっている。水タンク１６の上面２０ａには配管２２が接続されている。配管２２は、気液分離器１５と水タンク１６とを接続するものである。配管２２の下端部は、水タンク１６の空間２１に向かって開口している。このため、気液分離器１５によって分離された生成水は、配管２２を通して水タンク１６内に流れ込む。 As shown in FIG. 2, the water tank 16 has a rectangular parallelepiped housing structure. The water tank 16 is made of, for example, metal. The inside of the water tank 16 is a space 21 for storing generated water. A pipe 22 is connected to the upper surface 20 a of the water tank 16. The pipe 22 connects the gas-liquid separator 15 and the water tank 16. The lower end of the pipe 22 opens toward the space 21 of the water tank 16. For this reason, the produced water separated by the gas-liquid separator 15 flows into the water tank 16 through the pipe 22.

また、水タンク１６は、タンク長手方向Ｘで互いに対向する一対の端面２０ｂ，２０ｃを有している。一方の端面２０ｃには配管２４が接続されている。配管２４は、水タンク１６に貯まった生成水を所定の場所に排出するためのものである。所定の場所は、たとえば、生成水の排水を水素充填時にまとめて行う場合は、水素ステーションなどに用意される。水素ステーションは、燃料電池システム１１の燃料タンクに水素を補給するための設備である。水タンク１６に貯まった生成水の排出タイミングは、たとえば、配管２４の途中に設けられた開閉弁（不図示）を用いて制御される。具体的には、開閉弁を閉じた状態では水タンク１６内の生成水が排出されず、開閉弁を開けたときに水タンク１６内の生成水が配管２４を通して排出される。 The water tank 16 has a pair of end faces 20b and 20c facing each other in the tank longitudinal direction X. A pipe 24 is connected to one end face 20c. The pipe 24 is for discharging the generated water stored in the water tank 16 to a predetermined place. The predetermined place is prepared at a hydrogen station or the like, for example, when collectively discharging generated water during hydrogen filling. The hydrogen station is a facility for replenishing the fuel tank of the fuel cell system 11 with hydrogen. The timing of discharging the generated water stored in the water tank 16 is controlled using, for example, an on-off valve (not shown) provided in the middle of the pipe 24. Specifically, the generated water in the water tank 16 is not discharged when the on-off valve is closed, and the generated water in the water tank 16 is discharged through the pipe 24 when the on-off valve is opened.

なお、図２においては、水タンク１６の端面２０ｃに配管２４を接続しているが、これに限らず、たとえば、水タンク１６の下面２０ｄに配管２４を接続してもよい。 In FIG. 2, the pipe 24 is connected to the end surface 20 c of the water tank 16. However, the present invention is not limited to this. For example, the pipe 24 may be connected to the lower surface 20 d of the water tank 16.

給気配管３１は、上述した空気供給路Ｒ１〜Ｒ６を形成するものである。給気配管３１は、たとえば、金属製の配管によって構成される。給気配管３１は、コンプレッサ１２によって圧縮された空気の流路を形成している。ただし、図２においては、給気配管３１の全部ではなく、給気配管３１の所定部分のみを表示している。 The air supply pipe 31 forms the above-described air supply paths R1 to R6. The air supply pipe 31 is configured by, for example, a metal pipe. The air supply pipe 31 forms a flow path of the air compressed by the compressor 12. However, in FIG. 2, only a predetermined portion of the air supply pipe 31 is displayed instead of the entire air supply pipe 31.

給気配管３１の所定部分は、タンク長手方向Ｘにおいて、水タンク１６を貫通して配置されている。具体的には、給気配管３１の所定部分は、水タンク１６の空間２１を通り、かつ、一対の端面２０ｂ，２０ｃを貫通するように配置されている。水タンク１６の端面２０ｂには、図示しないシール材が設けられ、このシール材に給気配管３１が嵌合されることにより、水タンク１６内の生成水が該嵌合部分から漏れないようになっている。同様に、水タンク１６の端面２０ｃにも、図示しないシール材が設けられ、このシール材に給気配管３１が嵌合されることにより、水タンク１６内の生成水が該嵌合部分から漏れないようになっている。 A predetermined portion of the air supply pipe 31 is arranged so as to penetrate the water tank 16 in the tank longitudinal direction X. Specifically, a predetermined portion of the air supply pipe 31 is arranged so as to pass through the space 21 of the water tank 16 and pass through the pair of end surfaces 20b and 20c. A sealing material (not shown) is provided on the end surface 20b of the water tank 16, and the air supply pipe 31 is fitted to the sealing material so that water generated in the water tank 16 does not leak from the fitting portion. Has become. Similarly, a sealing material (not shown) is also provided on the end surface 20c of the water tank 16, and when the air supply pipe 31 is fitted to the sealing material, water generated in the water tank 16 leaks from the fitted portion. Not to be.

給気配管３１の所定部分は、１本の配管によって構成することが好ましいが、これ以外にも、たとえば、複数本の配管を継手によって直列に接続した構成でもよい。本実施形態においては、給気配管３１の所定部分を１本の配管によって構成するものとする。ただし、ここでは説明の便宜上、給気配管３１の所定部分を３つの配管部分３１ａ，３１ｂ，３１ｃに分けて説明する。配管部分３１ａは、上述した空気供給路Ｒ３を形成するものである。配管部分３１ａは、水タンク１６の端面２０ｂの外側に配置されている。配管部分３１ｂは、上述した空気供給路Ｒ３と空気供給路Ｒ４とをつなぐ空気供給路（不図示）を形成するものである。配管部分３１ｂは、水タンク１６内に配置されている。また、配管部分３１ｂは、タンク長手方向Ｘと平行に配置されている。配管部分３１ｃは、上述した空気供給路Ｒ４を形成するものである。配管部分３１ｃは、水タンク１６の端面２０ｃの外側に配置されている。 The predetermined portion of the air supply pipe 31 is preferably configured by one pipe, but may be configured by connecting a plurality of pipes in series by a joint, for example. In the present embodiment, a predetermined portion of the air supply pipe 31 is configured by one pipe. However, here, for convenience of explanation, a predetermined portion of the air supply pipe 31 will be described by being divided into three pipe portions 31a, 31b, and 31c. The pipe portion 31a forms the above-described air supply path R3. The pipe portion 31a is arranged outside the end surface 20b of the water tank 16. The pipe portion 31b forms an air supply path (not shown) connecting the air supply path R3 and the air supply path R4 described above. The pipe portion 31b is arranged in the water tank 16. Further, the pipe portion 31b is arranged parallel to the tank longitudinal direction X. The pipe portion 31c forms the above-described air supply path R4. The pipe portion 31c is arranged outside the end surface 20c of the water tank 16.

水タンク１６内において、給気配管３１の配管部分３１ｂには複数の伝熱フィン３３が取り付けられている。伝熱フィン３３は、給気配管３１を流れる空気の熱を水タンク１６内の生成水に効率良く伝えるためのものである。このため、伝熱フィン３３は、熱伝導性の高い材料、たとえば、ステンレス鋼などの金属によって構成されている。また、伝熱フィン３３は、タンク長手方向Ｘに所定の間隔をあけて配置されている。伝熱フィン３３の数は必要に応じて増減可能である。 In the water tank 16, a plurality of heat transfer fins 33 are attached to a pipe portion 31b of the air supply pipe 31. The heat transfer fins 33 are for efficiently transferring the heat of the air flowing through the air supply pipe 31 to the generated water in the water tank 16. Therefore, the heat transfer fins 33 are made of a material having high thermal conductivity, for example, a metal such as stainless steel. The heat transfer fins 33 are arranged at predetermined intervals in the tank longitudinal direction X. The number of the heat transfer fins 33 can be increased or decreased as needed.

（燃料電池システムの動作）
続いて、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの動作について説明する。
まず、酸素を含む空気はコンプレッサ１２に取り込まれる。コンプレッサ１２に取り込まれた空気は、コンプレッサ１２によって圧縮された後、空気供給路Ｒ１〜Ｒ３を通して水タンク１６に導入される。 (Operation of fuel cell system)
Subsequently, an operation of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention will be described.
First, air containing oxygen is taken into the compressor 12. The air taken into the compressor 12 is compressed by the compressor 12 and then introduced into the water tank 16 through the air supply paths R1 to R3.

次に、水タンク１６に導入された空気は、水タンク１６を貫通する給気配管３１の配管部分３１ａ〜３１ｃを流れた後、空気供給路Ｒ４，Ｒ５を通してインタークーラ１３に導入される。インタークーラ１３に導入された空気は、インタークーラ１３によって冷却された後、空気供給路Ｒ６を通して燃料電池１４に供給される。 Next, the air introduced into the water tank 16 flows through the pipe portions 31a to 31c of the air supply pipe 31 penetrating the water tank 16, and then is introduced into the intercooler 13 through the air supply paths R4 and R5. The air introduced into the intercooler 13 is cooled by the intercooler 13 and then supplied to the fuel cell 14 through the air supply path R6.

一方、燃料ガスとなる水素は、図示しない燃料タンクから燃料電池１４へと供給される。その際、燃料電池１４に対する水素の供給量は、図示しない流量制御弁によって調整される。こうして燃料電池１４に水素と空気が供給されると、燃料電池１４は、水素と空気中の酸素との化学反応によって発電する。このとき、燃料電池１４の内部では、水素と酸素の化学反応によって生成水が生成される。 On the other hand, hydrogen serving as fuel gas is supplied from a fuel tank (not shown) to the fuel cell 14. At this time, the supply amount of hydrogen to the fuel cell 14 is adjusted by a flow control valve (not shown). When hydrogen and air are supplied to the fuel cell 14 in this manner, the fuel cell 14 generates power by a chemical reaction between hydrogen and oxygen in the air. At this time, generated water is generated inside the fuel cell 14 by a chemical reaction between hydrogen and oxygen.

また、燃料電池１４は発電時にオフガスを排出する。オフガスは、燃料電池１４から気液分離器１５へと供給される。オフガスには、燃料電池１４内で生成される生成水や、燃料電池１４内で消費されなかった水素を含む空気が含まれる。このため、気液分離器１５は、燃料電池１４から排出されるオフガスを主に生成水と空気に分離する。気液分離器１５によって分離された空気は、たとえば、気液分離器１５から排気ホース（不図示）を通して大気中に排出される。 The fuel cell 14 discharges off-gas at the time of power generation. The off-gas is supplied from the fuel cell 14 to the gas-liquid separator 15. The off-gas includes water produced in the fuel cell 14 and air containing hydrogen not consumed in the fuel cell 14. For this reason, the gas-liquid separator 15 mainly separates off-gas discharged from the fuel cell 14 into generated water and air. The air separated by the gas-liquid separator 15 is discharged into the atmosphere from the gas-liquid separator 15 through an exhaust hose (not shown), for example.

一方、気液分離器１５によって分離された生成水は、気液分離器１５から水タンク１６へと供給される。その際、生成水は、配管２２を通して水タンク１６の空間２１に流れ込む。これにより、燃料電池１４内で生成された生成水は、図示しない開閉弁を開けるまでの間、水タンク１６に貯留される。 On the other hand, the generated water separated by the gas-liquid separator 15 is supplied from the gas-liquid separator 15 to the water tank 16. At that time, the generated water flows into the space 21 of the water tank 16 through the pipe 22. Thereby, the generated water generated in the fuel cell 14 is stored in the water tank 16 until the opening valve (not shown) is opened.

ここで、本第１実施形態においては、コンプレッサ１２によって圧縮された空気の全部が空気供給路Ｒ１〜Ｒ３を通して水タンク１６に導入される。このため、コンプレッサ１２による圧縮によって温度上昇した空気の全部が、給気配管３１の配管部分３１ａ〜３１ｃを流れる。その際、給気配管３１の配管部分３１ａ〜３１ｃを流れる空気の熱は、給気配管３１および伝熱フィン３３を通して、水タンク１６や該タンク内の生成水に伝えられる。つまり、給気配管３１を流れる空気と、水タンク１６に残留する生成水との間で熱交換が行われる。このため、水タンク１６に貯留された生成水が凍結している場合に、給気配管３１を流れる空気の熱を利用して生成水を解凍することができる。 Here, in the first embodiment, all of the air compressed by the compressor 12 is introduced into the water tank 16 through the air supply paths R1 to R3. Therefore, all of the air whose temperature has increased due to compression by the compressor 12 flows through the pipe portions 31 a to 31 c of the air supply pipe 31. At this time, the heat of the air flowing through the pipe portions 31a to 31c of the air supply pipe 31 is transmitted to the water tank 16 and the generated water in the tank through the air supply pipe 31 and the heat transfer fins 33. That is, heat exchange is performed between the air flowing through the air supply pipe 31 and the generated water remaining in the water tank 16. Therefore, when the generated water stored in the water tank 16 is frozen, the generated water can be thawed by utilizing the heat of the air flowing through the air supply pipe 31.

さらに、本第１実施形態においては、上述のように水タンク１６に導入された空気の全部が空気供給路Ｒ４，Ｒ５を通してインタークーラ１３に導入される。その際、水タンク１６を貫通する給気配管３１の配管部分３１ａ〜３１ｃを流れる空気の温度は、該空気がインタークーラ１３に導入される前に、水タンク１６や該タンク内の生成水との熱交換によって下がる。このため、コンプレッサ１２による圧縮によって温度上昇した空気の温度をある程度下げた状態で、インタークーラ１３に空気を送り込むことができる。したがって、インタークーラ１３によって空気を冷却するときの冷却負荷を低減することができる。特に、水タンク１６内の生成水が凍結している場合には、給気配管３１を流れる空気の熱が生成水を解凍するためにより多く消費されるため、冷却負荷の低減効果が大きくなる。 Furthermore, in the first embodiment, as described above, all of the air introduced into the water tank 16 is introduced into the intercooler 13 through the air supply paths R4 and R5. At that time, the temperature of the air flowing through the pipe portions 31a to 31c of the air supply pipe 31 penetrating the water tank 16 is changed before the air is introduced into the intercooler 13 with the water tank 16 and the generated water in the tank. By heat exchange. For this reason, the air can be sent to the intercooler 13 in a state where the temperature of the air whose temperature has increased due to the compression by the compressor 12 is lowered to some extent. Therefore, the cooling load when cooling the air with the intercooler 13 can be reduced. In particular, when the generated water in the water tank 16 is frozen, the heat of the air flowing through the air supply pipe 31 is consumed more to defrost the generated water, so that the effect of reducing the cooling load is increased.

（第１実施形態の効果）
本発明の第１実施形態においては、コンプレッサ１２からインタークーラ１３へと至る空気供給路Ｒ１〜Ｒ５の途中に水タンク１６を配置し、コンプレッサ１２によって圧縮された空気の全部を水タンク１６を経由してインタークーラ１３に導入する構成を採用している。このため、コンプレッサ１２によって圧縮された空気の熱量を無駄なく利用して、水タンク１６内にある生成水を温めることができる。したがって、水タンク１６内の生成水が凍結している場合でも、コンプレッサ１２によって圧縮された空気を水タンク１６に導入することにより、解凍専用の電気ヒータや熱媒体を必要とすることなく水タンク１６内の生成水を解凍することができる。また、コンプレッサ１２によって圧縮された空気の温度は、インタークーラ１３に導入される前に、水タンク１６や該タンク内の生成水との熱交換によって下げられる。つまり、コンプレッサ１２による圧縮によって温度上昇した空気を、インタークーラ１３の上流側で補助的に冷却することができる。このため、燃料電池１４に供給される空気をインタークーラ１３によって冷却するときの冷却負荷を低減することができる。 (Effect of First Embodiment)
In the first embodiment of the present invention, the water tank 16 is disposed in the middle of the air supply paths R1 to R5 from the compressor 12 to the intercooler 13, and all of the air compressed by the compressor 12 passes through the water tank 16. Then, a configuration is adopted in which it is introduced into the intercooler 13. Therefore, the generated water in the water tank 16 can be heated by using the calorific value of the air compressed by the compressor 12 without waste. Therefore, even when the generated water in the water tank 16 is frozen, the air compressed by the compressor 12 is introduced into the water tank 16 to eliminate the need for an electric heater or heat medium dedicated to thawing. The product water in 16 can be thawed. Before the air compressed by the compressor 12 is introduced into the intercooler 13, the temperature of the air is reduced by heat exchange with the water tank 16 and the generated water in the tank. That is, the air whose temperature has increased due to the compression by the compressor 12 can be supplementarily cooled upstream of the intercooler 13. For this reason, the cooling load when the air supplied to the fuel cell 14 is cooled by the intercooler 13 can be reduced.

また、本発明の第１実施形態においては、給気配管３１の配管部分３１ａ，３１ｂ，３１ｃが水タンク１６を貫通して配置されている。このため、給気配管３１を流れる空気の熱を利用して、水タンク１６や該タンク内の生成水を効率良く温めることができる。特に、生成水の貯留空間となる水タンク１６の空間２１を貫通するように給気配管３１の配管部分３１ａ，３１ｂ，３１ｃを配置した構成とすれば、給気配管３１を流れる空気の熱を、水タンク１６内の生成水に直接的に伝えることができる。したがって、水タンク１６内の生成水が凍結している場合に、より短い時間で生成水を解凍することができる。 In the first embodiment of the present invention, the pipe portions 31a, 31b, 31c of the air supply pipe 31 are arranged so as to pass through the water tank 16. For this reason, the water tank 16 and the generated water in the tank can be efficiently heated by utilizing the heat of the air flowing through the air supply pipe 31. In particular, if the piping portions 31a, 31b, and 31c of the air supply pipe 31 are arranged so as to penetrate the space 21 of the water tank 16 serving as a storage space for generated water, the heat of the air flowing through the air supply pipe 31 is reduced. , Water generated in the water tank 16. Therefore, when the generated water in the water tank 16 is frozen, the generated water can be thawed in a shorter time.

また、本発明の第１実施形態においては、水タンク１６内に配置された給気配管３１の配管部分３１ｂに伝熱フィン３３が取り付けられている。このため、給気配管３１を通過する空気の熱を、伝熱フィン３３を通して水タンク１６内の生成水に効率良く伝えることができる。このため、伝熱フィン３３を設けない場合に比べて、生成水の解凍に要する時間を短縮することができる。 Further, in the first embodiment of the present invention, the heat transfer fins 33 are attached to the pipe portion 31 b of the air supply pipe 31 disposed in the water tank 16. Therefore, the heat of the air passing through the air supply pipe 31 can be efficiently transmitted to the generated water in the water tank 16 through the heat transfer fins 33. For this reason, compared with the case where the heat transfer fins 33 are not provided, the time required for thawing the generated water can be reduced.

＜第２実施形態＞
続いて、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、本発明の第２実施形態においては、上記第１実施形態と比較して、主に水タンクの構成が異なる。 <Second embodiment>
Next, a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment of the present invention differs from the first embodiment mainly in the configuration of the water tank.

図３は、本発明の第２実施形態に係る水タンクの構成を説明する概略斜視図である。なお、図３においては、水タンク１６０の構成を理解しやすいように、水タンク１６０の一部を破断し、かつ該タンク内を透かして示している。 FIG. 3 is a schematic perspective view illustrating the configuration of the water tank according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, a part of the water tank 160 is broken and the inside of the water tank 160 is shown in a transparent manner so that the configuration of the water tank 160 can be easily understood.

図３に示すように、水タンク１６０は、直方体の筐体構造を有している。水タンク１６０は、たとえば、金属製である。水タンク１６０の内部は、仕切り部４０によって第１の空間４１と第２の空間４２とに区分されている。 As shown in FIG. 3, the water tank 160 has a rectangular parallelepiped housing structure. The water tank 160 is made of, for example, metal. The inside of the water tank 160 is divided into a first space 41 and a second space 42 by the partition part 40.

仕切り部４０は、平らな板状に形成されている。第１の空間４１と第２の空間４２は、それぞれ密閉された空間になっている。第１の空間４１は相対的に上側に配置され、第２の空間４２は相対的に下側に配置されている。そして、第１の空間４１と第２の空間４２は、仕切り部４０をあいだに挟んで、上下方向で互いに隣接している。 The partition part 40 is formed in a flat plate shape. The first space 41 and the second space 42 are closed spaces. The first space 41 is disposed relatively above, and the second space 42 is disposed relatively below. The first space 41 and the second space 42 are vertically adjacent to each other with the partition 40 interposed therebetween.

なお、水タンク１６０は、２つの直方体の筐体を上下二段に重ねた構成としてもよいし、１つの直方体の筐体内を上下二段に仕切った構成としてもよい。本実施形態においては、一例として、水タンク１６０は、２つの直方体の筐体１６１，１６２を上下二段に重ねた構成になっているものとする。この場合、仕切り部４０は、筐体１６１の下面と筐体１６２の上面とが互いに密着した部分となる。以降の説明では、２つの筐体１６１，１６２のうち、一方を第１の筐体１６１、他方を第２の筐体１６２という。 In addition, the water tank 160 may have a configuration in which two rectangular parallelepiped housings are vertically stacked in two stages, or a configuration in which one rectangular parallelepiped housing is partitioned into two upper and lower stages. In the present embodiment, as an example, it is assumed that the water tank 160 has a configuration in which two rectangular parallelepiped housings 161 and 162 are vertically stacked in two stages. In this case, the partition part 40 is a part where the lower surface of the housing 161 and the upper surface of the housing 162 are in close contact with each other. In the following description, one of the two housings 161 and 162 is referred to as a first housing 161 and the other is referred to as a second housing 162.

第１の空間４１は、生成水を貯留するための空間である。第１の空間４１は、第１の筐体１６１によって形成される空間である。第１の筐体１６１の上面１６１ａには配管６２が接続されている。配管６２は、気液分離器１５と水タンク１６０とを接続するものである。配管６２の下端部は、水タンク１６０の第１の空間４１に向かって開口している。このため、気液分離器１５によって分離された生成水は、配管６２を通して水タンク１６０の第１の空間４１に流れ込む。 The first space 41 is a space for storing generated water. The first space 41 is a space formed by the first housing 161. The pipe 62 is connected to the upper surface 161a of the first housing 161. The pipe 62 connects the gas-liquid separator 15 and the water tank 160. The lower end of the pipe 62 opens toward the first space 41 of the water tank 160. For this reason, the generated water separated by the gas-liquid separator 15 flows into the first space 41 of the water tank 160 through the pipe 62.

また、第１の筐体１６１は、タンク長手方向Ｘで互いに対向する一対の端面１６１ｂ，１６１ｃを有している。一方の端面１６１ｃには配管６４が接続されている。配管６４は、水タンク１６０の第１の空間４１に貯まった生成水を所定の場所に排出するためのもので、その排出タイミングは、たとえば、配管６４の途中に設けられた開閉弁（不図示）を用いて制御される。 The first housing 161 has a pair of end surfaces 161b and 161c facing each other in the tank longitudinal direction X. The pipe 64 is connected to one end face 161c. The pipe 64 is for discharging generated water stored in the first space 41 of the water tank 160 to a predetermined place. The discharge timing is, for example, an open / close valve (not shown) provided in the middle of the pipe 64. ).

第２の空間４２は、上述した空気供給路Ｒ１〜Ｒ５を形成する給気配管５１を通すための空間である。第２の空間４２は、第２の筐体１６２によって形成される空間である。給気配管５１は、たとえば、金属製の配管によって構成される。給気配管５１は、コンプレッサ１２によって圧縮された空気の流路を形成している。ただし、図３においては、給気配管５１の全部ではなく、給気配管５１の所定部分のみを表示している。 The second space 42 is a space for passing the air supply pipe 51 that forms the above-described air supply paths R1 to R5. The second space 42 is a space formed by the second housing 162. The air supply pipe 51 is configured by, for example, a metal pipe. The air supply pipe 51 forms a flow path of the air compressed by the compressor 12. However, in FIG. 3, not all of the air supply pipe 51 but only a predetermined portion of the air supply pipe 51 is shown.

給気配管５１の所定部分は、タンク長手方向Ｘにおいて、水タンク１６０の第２の空間４２を貫通して配置されている。第２の筐体１６２は、タンク長手方向Ｘで互いに対向する一対の端面１６２ｂ，１６２ｃを有している。給気配管５１の所定部分は、水タンク１６０の第２の空間４２を通り、かつ、一対の端面１６２ｂ，１６２ｃを貫通するように配置されている。 A predetermined portion of the air supply pipe 51 is disposed to penetrate the second space 42 of the water tank 160 in the tank longitudinal direction X. The second housing 162 has a pair of end surfaces 162b and 162c facing each other in the tank longitudinal direction X. A predetermined portion of the air supply pipe 51 is arranged so as to pass through the second space 42 of the water tank 160 and penetrate the pair of end surfaces 162b and 162c.

給気配管５１の所定部分は、１本の配管によって構成することが好ましいが、これ以外にも、たとえば、複数本の配管を継手によって直列に接続した構成でもよい。本実施形態においては、給気配管５１の所定部分を１本の配管によって構成するものとする。ただし、ここでは説明の便宜上、給気配管５１の所定部分を３つの配管部分５１ａ，５１ｂ，５１ｃに分けて説明する。配管部分５１ａは、上述した空気供給路Ｒ３を形成するものである。配管部分５１ａは、第２の筐体１６２の端面１６２ｂの外側に配置されている。配管部分５１ｂは、上述した空気供給路Ｒ３と空気供給路Ｒ４とをつなぐ空気供給路（不図示）を形成するものである。配管部分５１ｂは、水タンク１６０の第２の空間４２内に挿入して配置されている。また、配管部分５１ｂは、タンク長手方向Ｘと平行に配置されている。配管部分５１ｃは、上述した空気供給路Ｒ４を形成するものである。配管部分５１ｃは、第２の筐体１６２の端面１６２ｃの外側に配置されている。 The predetermined portion of the air supply pipe 51 is preferably configured by one pipe, but other than this, for example, a configuration in which a plurality of pipes are connected in series by a joint may be used. In the present embodiment, a predetermined portion of the air supply pipe 51 is configured by one pipe. However, here, for convenience of explanation, a predetermined portion of the air supply pipe 51 will be described by being divided into three pipe portions 51a, 51b, and 51c. The pipe portion 51a forms the above-described air supply path R3. The pipe portion 51a is arranged outside the end surface 162b of the second housing 162. The pipe portion 51b forms an air supply path (not shown) connecting the air supply path R3 and the air supply path R4 described above. The pipe portion 51b is inserted and arranged in the second space 42 of the water tank 160. Further, the pipe portion 51b is arranged parallel to the tank longitudinal direction X. The pipe portion 51c forms the above-described air supply path R4. The piping portion 51c is arranged outside the end surface 162c of the second housing 162.

配管部分５１ｂには複数の伝熱フィン５３が取り付けられている。伝熱フィン５３は、給気配管５１を流れる空気の熱を水タンク１６０内の生成水に効率良く伝えるためのものである。このため、伝熱フィン５３は、熱伝導性の高い材料、たとえば、ステンレス鋼などの金属によって構成されている。また、伝熱フィン５３は、タンク長手方向Ｘに所定の間隔をあけて配置されている。伝熱フィン５３の数は必要に応じて増減可能である。 A plurality of heat transfer fins 53 are attached to the pipe portion 51b. The heat transfer fins 53 are for efficiently transferring the heat of the air flowing through the air supply pipe 51 to the generated water in the water tank 160. Therefore, the heat transfer fins 53 are made of a material having high thermal conductivity, for example, a metal such as stainless steel. Further, the heat transfer fins 53 are arranged at predetermined intervals in the tank longitudinal direction X. The number of the heat transfer fins 53 can be increased or decreased as needed.

本発明の第２実施形態に係る燃料電池システム１１では、気液分離器１５によって分離された生成水が、配管６２を通して水タンク１６０の第１の空間４１に流れ込む。このため、燃料電池１４内で生成された生成水は、図示しない開閉弁を開けるまでの間、水タンク１６０の第１の空間４１に貯留される。 In the fuel cell system 11 according to the second embodiment of the present invention, the generated water separated by the gas-liquid separator 15 flows into the first space 41 of the water tank 160 through the pipe 62. For this reason, the generated water generated in the fuel cell 14 is stored in the first space 41 of the water tank 160 until an opening valve (not shown) is opened.

一方、コンプレッサ１２によって圧縮された空気は、その全部が空気供給路Ｒ１〜Ｒ３を通して水タンク１６０に導入される。このため、コンプレッサ１２による圧縮によって温度上昇した空気の全部が、給気配管５１の配管部分５１ａ〜５１ｃを流れる。その際、給気配管５１の配管部分５１ａ〜５１ｃを流れる空気の熱は、給気配管５１および伝熱フィン５３を通して、第２の空間４２に放出される。さらに、第２の空間４２に放出された空気の熱は、仕切り部４０を通して第１の空間４１や該空間内に存在する生成水に伝えられる。つまり、給気配管５１を流れる空気と、水タンク１６０の第１の空間４１に残留する生成水との間で熱交換が行われる。このため、水タンク１６０に貯留された生成水が凍結している場合に、給気配管５１を流れる空気の熱を利用して生成水を解凍することができる。 On the other hand, all of the air compressed by the compressor 12 is introduced into the water tank 160 through the air supply paths R1 to R3. Therefore, all of the air whose temperature has increased due to the compression by the compressor 12 flows through the pipe portions 51 a to 51 c of the air supply pipe 51. At this time, the heat of the air flowing through the pipe portions 51 a to 51 c of the air supply pipe 51 is released to the second space 42 through the air supply pipe 51 and the heat transfer fins 53. Further, the heat of the air released into the second space 42 is transmitted to the first space 41 and the generated water existing in the space through the partition 40. That is, heat exchange is performed between the air flowing through the air supply pipe 51 and the generated water remaining in the first space 41 of the water tank 160. Therefore, when the generated water stored in the water tank 160 is frozen, the generated water can be thawed using the heat of the air flowing through the air supply pipe 51.

さらに、本第２実施形態においては、上述のように水タンク１６０に導入された空気の全部が空気供給路Ｒ４，Ｒ５を通してインタークーラ１３に導入される。その際、水タンク１６０の第２の筐体１６２を貫通する給気配管５１の配管部分５１ａ〜５１ｃを流れる空気の温度は、該空気がインタークーラ１３に導入される前に、給気配管５１から第２の空間４２への熱の放出によって下がる。このため、コンプレッサ１２による圧縮によって温度上昇した空気の温度をある程度下げた状態で、インタークーラ１３に空気を送り込むことができる。したがって、インタークーラ１３によって空気を冷却するときの冷却負荷を低減することができる。特に、水タンク１６０の第１の空間４１内に存在する生成水が凍結している場合には、給気配管５１を流れる空気の熱が急速に奪われるため、冷却負荷の低減効果が大きくなる。 Further, in the second embodiment, all of the air introduced into the water tank 160 is introduced into the intercooler 13 through the air supply paths R4 and R5 as described above. At this time, the temperature of the air flowing through the pipe portions 51 a to 51 c of the air supply pipe 51 penetrating through the second housing 162 of the water tank 160 is changed before the air is introduced into the intercooler 13. To the second space 42 due to the release of heat. For this reason, the air can be sent to the intercooler 13 in a state where the temperature of the air whose temperature has increased due to the compression by the compressor 12 is lowered to some extent. Therefore, the cooling load when cooling the air with the intercooler 13 can be reduced. In particular, when the generated water existing in the first space 41 of the water tank 160 is frozen, the heat of the air flowing through the air supply pipe 51 is rapidly taken away, and the effect of reducing the cooling load is increased. .

（第２実施形態の効果）
本発明の第２実施形態においては、上記第１実施形態と同様に、コンプレッサ１２からインタークーラ１３へと至る空気供給路Ｒ１〜Ｒ５の途中に水タンク１６０を配置し、コンプレッサ１２によって圧縮された空気の全部を水タンク１６０を経由してインタークーラ１３に導入する構成を採用している。このため、コンプレッサ１２によって圧縮された空気の熱量を無駄なく利用して、水タンク１６０の第１の空間４１内にある生成水を温めることができる。したがって、水タンク１６０の第１の空間４１内の生成水が凍結している場合でも、コンプレッサ１２によって圧縮された空気を水タンク１６０の第２の空間４２に導入することにより、解凍専用の電気ヒータや熱媒体を必要とすることなく水タンク１６０の第１の空間４１内の生成水を解凍することができる。また、水タンク１６０の第２の空間４２に導入される圧縮空気の温度は、水タンク１６０の筐体１６１，１６２や第１の空間４１内にある生成水との熱交換によって下げられる。つまり、コンプレッサ１２による圧縮によって温度上昇した空気を、インタークーラ１３の上流側で補助的に冷却することができる。このため、燃料電池１４に供給される空気をインタークーラ１３によって冷却するときの冷却負荷を低減することができる。 (Effect of Second Embodiment)
In the second embodiment of the present invention, similarly to the first embodiment, the water tank 160 is arranged in the middle of the air supply paths R1 to R5 from the compressor 12 to the intercooler 13 and compressed by the compressor 12. A configuration is adopted in which all of the air is introduced into the intercooler 13 via the water tank 160. For this reason, the generated water in the first space 41 of the water tank 160 can be warmed using the calorific value of the air compressed by the compressor 12 without waste. Therefore, even when the generated water in the first space 41 of the water tank 160 is frozen, by introducing the air compressed by the compressor 12 into the second space 42 of the water tank 160, the electric power dedicated to thawing is provided. The generated water in the first space 41 of the water tank 160 can be thawed without requiring a heater or a heat medium. Further, the temperature of the compressed air introduced into the second space 42 of the water tank 160 is reduced by heat exchange with generated water in the housings 161 and 162 of the water tank 160 and the first space 41. That is, the air whose temperature has increased due to the compression by the compressor 12 can be supplementarily cooled on the upstream side of the intercooler 13. Therefore, the cooling load when cooling the air supplied to the fuel cell 14 with the intercooler 13 can be reduced.

また、本発明の第２実施形態においては、給気配管５１の配管部分５１ａ，５１ｂ，５１ｃが水タンク１６０を貫通して配置されている。このため、給気配管５１を流れる空気の熱を利用して、水タンク１６０や該タンク内の生成水を効率良く温めることができる。 Further, in the second embodiment of the present invention, the pipe portions 51a, 51b, 51c of the air supply pipe 51 are disposed so as to penetrate the water tank 160. For this reason, the water tank 160 and the generated water in the tank can be efficiently heated by utilizing the heat of the air flowing through the air supply pipe 51.

また、本発明の第２実施形態においては、水タンク１６０の第２の空間４２内に配置された給気配管５１の配管部分５１ｂに伝熱フィン５３が取り付けられている。このため、給気配管５１を通過する空気の熱を、伝熱フィン５３を通して第２の空間４２に効率良く放出することができる。このため、伝熱フィン５３を設けない場合に比べて、生成水の解凍に要する時間を短縮することができる。 Further, in the second embodiment of the present invention, the heat transfer fins 53 are attached to the pipe portion 51b of the air supply pipe 51 disposed in the second space 42 of the water tank 160. Therefore, the heat of the air passing through the air supply pipe 51 can be efficiently released to the second space 42 through the heat transfer fins 53. For this reason, compared with the case where the heat transfer fins 53 are not provided, the time required for thawing the generated water can be reduced.

また、本発明の第２実施形態においては、水タンク１６０の内部を、互いに隣接する第１の空間４１と第２の空間４２とに区分した構成を採用している。この構成では、既存の燃料電池システムが備える水タンクを第１の筐体１６１として利用し、第１の筐体１６１に第２の筐体１６２を付設して給気配管５１等を取り付けることにより、既存の燃料電池システムにも本発明を容易に適用することができる。 Further, in the second embodiment of the present invention, a configuration in which the inside of the water tank 160 is divided into a first space 41 and a second space 42 adjacent to each other is adopted. In this configuration, the water tank provided in the existing fuel cell system is used as the first housing 161, and the second housing 162 is attached to the first housing 161 to attach the air supply pipe 51 and the like. The present invention can be easily applied to existing fuel cell systems.

また、本発明の第２実施形態においては、生成水を貯留するための第１の空間４１を上側に配置し、空気供給路を通すための第２の空間４２を下側に配置している。このため、空気供給路を形成する給気配管５１を流れる空気の熱が、第２の空間４２の上層に移動して第１の空間４１に効率良く伝わる。このため、給気配管５１を流れる空気の熱を利用して第１の空間４１内の生成水を効率良く温めることができる。 Further, in the second embodiment of the present invention, the first space 41 for storing the generated water is disposed on the upper side, and the second space 42 for passing the air supply path is disposed on the lower side. . Therefore, the heat of the air flowing through the air supply pipe 51 forming the air supply passage moves to the upper layer of the second space 42 and is efficiently transmitted to the first space 41. Therefore, the generated water in the first space 41 can be efficiently heated by utilizing the heat of the air flowing through the air supply pipe 51.

＜変形例等＞
本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。 <Modifications>
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes various modifications and improvements as long as specific effects obtained by the constituent features of the invention and combinations thereof can be derived.

たとえば、上記実施形態においては、気液分離器と水タンクを別体で構成したが、本発明はこれに限らず、気液分離器と水タンクを一体で構成することも可能である。 For example, in the above embodiment, the gas-liquid separator and the water tank are configured separately, but the present invention is not limited to this, and the gas-liquid separator and the water tank may be configured integrally.

１１燃料電池システム、１２コンプレッサ、１３インタークーラ（冷却器）、１４燃料電池、１６，１６０水タンク、３１，５１給気配管、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ配管部分（所定部分）、３３，５３伝熱フィン、４１第１の空間、４２第２の空間、Ｒ１〜Ｒ６空気供給路。 Reference Signs List 11 fuel cell system, 12 compressor, 13 intercooler (cooler), 14 fuel cell, 16,160 water tank, 31, 51 air supply pipe, 31a, 31b, 31c, 51a, 51b, 51c pipe part (predetermined part) , 33, 53 heat transfer fins, 41 first space, 42 second space, R1 to R6 air supply path.

Claims

A compressor for supplying air to the fuel cell,
A cooler for cooling air compressed by the compressor,
A fuel cell that generates power by a chemical reaction between an oxidant gas contained in the air cooled by the compressor and a fuel gas for power generation,
A water tank for storing generated water generated by the chemical reaction,
A fuel cell system comprising:
The water tank is disposed in the middle of an air supply path from the compressor to the cooler,
A fuel cell system configured to introduce the air compressed by the compressor into the cooler via the water tank.

The fuel cell system according to claim 1, wherein the air supply path is formed by an air supply pipe, and a predetermined portion of the air supply pipe is arranged to penetrate the water tank.

The fuel cell system according to claim 2, wherein a heat transfer fin is attached to the air supply pipe passing through the water tank.

The inside of the water tank is divided into a first space for storing the generated water and a second space for passing an air supply pipe forming the air supply passage, and the first space and the second space are separated from each other. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the second spaces are arranged adjacent to each other.