JP4810869B2

JP4810869B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP4810869B2
Application number: JP2005122586A
Authority: JP
Inventors: 憲二加藤; 慎之高田
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2025-04-20
Also published as: JP2006302655A

Description

本発明は、燃料電池システムにかかり、より詳細には、燃料電池スタックに供給する水を貯留する貯留室を有する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system having a storage chamber for storing water to be supplied to a fuel cell stack.

従来、高分子電解質膜を使用した燃料電池では、電解質膜を挟んで両側に燃料室及び酸素室が存在し、燃料室における燃料ガスが燃料極を介し、或いは、酸素室における酸化ガス（主として外気）が酸素極を介し、イオン化し、そのイオンを、電解質膜を介して取り出して電力を得ている。 Conventionally, in a fuel cell using a polymer electrolyte membrane, a fuel chamber and an oxygen chamber exist on both sides of the electrolyte membrane, and the fuel gas in the fuel chamber passes through the fuel electrode or the oxidizing gas (mainly outside air) in the oxygen chamber. ) Is ionized through the oxygen electrode, and the ions are taken out through the electrolyte membrane to obtain electric power.

上記酸素室からは、電力取得後、酸化ガスが排気室（排気マニホールド）に排出される。 Oxygen gas is discharged from the oxygen chamber into the exhaust chamber (exhaust manifold) after obtaining power.

また、上記酸素室への酸化ガスの流入の際、酸素室に、水タンクからの冷却水を噴射流入する。このように、酸素室に冷却水が噴射されるので、噴射された水は、酸素室を介して排気室に到達する。 In addition, when the oxidizing gas flows into the oxygen chamber, the cooling water from the water tank is injected into the oxygen chamber. Thus, since the cooling water is injected into the oxygen chamber, the injected water reaches the exhaust chamber via the oxygen chamber.

ところで、排気室は水を貯留するところではなく、また、排気室に到達する水を冷却水として利用するため、従来、排気室に存在する水をポンプにより吸い出し上記水タンクに戻すようにしている（特許文献１）。
しかし、上記燃料電池システムでは、排気室に存在する水を水タンクに戻すためのポンプが必要となり、構成が複雑となる。
特開２００１−２６８７２０号公報 By the way, the exhaust chamber is not a place for storing water, and since water reaching the exhaust chamber is used as cooling water, conventionally, water existing in the exhaust chamber is sucked out by a pump and returned to the water tank. (Patent Document 1).
However, the fuel cell system requires a pump for returning the water present in the exhaust chamber to the water tank, and the configuration becomes complicated.
JP 2001-268720 A

本発明は、上記事実に鑑み成されたもので、より構成を簡略化した燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described facts, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system with a simplified configuration.

以上のような問題を解決する本発明は、以下のような構成を有する。
（１）燃料ガスが流入される燃料室と、酸化ガスが流入される導入口及び反応後の酸化ガスが排出される導出口を有する酸化ガス室とを電解質層を介して隣接させ、燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電する燃料電池を複数積層した燃料電池スタックと、
燃料電池スタックの上面に多数設けられた導入口に空気と水を分割して流入させるマニホールドと、
前記酸化ガス室に酸化ガスと共に水を噴射流入させる噴射流入手段と、
前記燃料電池スタックの下方に設けられ、前記各燃料電池の導出口全てを収容するように設けられた開口を介して、前記反応後の酸化ガス及び前記酸化ガス室に噴射された水が流入される流入室と、
前記流入室の下側に接続され、燃料電池スタックから開口を介して落下した水を回収し貯留する貯留室と、
前記貯留室に貯留された水を前記噴射流入手段に供給する供給手段とを備え、
前記流入室内に設けられ、前記貯留室を覆うように配置され、燃料電池スタックから排出されたガスが貯留されている水に直接あたることを防止する規制板が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。 The present invention for solving the above problems has the following configuration.
(1) A fuel chamber into which fuel gas is introduced and an oxidizing gas chamber having an inlet through which oxidizing gas flows in and an outlet through which oxidized gas after reaction is discharged are disposed adjacent to each other via an electrolyte layer. A fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that generate electricity by the reaction between the gas and the oxidizing gas are stacked,
A manifold that splits air and water into multiple inlets provided on the upper surface of the fuel cell stack;
Injection inflow means for injecting and flowing water together with the oxidizing gas into the oxidizing gas chamber;
Wherein provided below the fuel cell stack, said through openings provided to accommodate the outlet port all of the fuel cell, before Symbol oxidizing gas and water the injected into the oxidizing gas chamber after the reaction is flowing An inflow chamber to be
A storage chamber that is connected to the lower side of the inflow chamber and collects and stores water dropped from the fuel cell stack through the opening ;
A supply means for supplying water stored in the storage chamber to the injection inflow means,
A restriction plate is provided in the inflow chamber, is disposed so as to cover the storage chamber, and is provided with a restriction plate for preventing the gas discharged from the fuel cell stack from directly hitting the stored water. Fuel cell system.

（２）導入口から道出口までの流路は上下方向に設けられている上記（１）記載の燃料電池システム。 (2) The fuel cell system according to (1), wherein a flow path from the introduction port to the road exit is provided in a vertical direction .

請求項１及び２記載の発明によれば、燃料電池スタックの複数の導入口全てを収容するように開口が設けられ、該開口に収容された複数の導出口を介して酸化ガス及び噴射された水が流入されると共に、該流入された水を貯留する流入貯留室と、該流入貯留室に貯留された水を噴射流入手段に供給するので、ガスの流入室内の水を貯留室に吸い出すポンプ等を不要とすることができ、構成をより簡素化することができる。規制板を設けたので、酸化ガスの排気流が直接貯留室内の水面に当たることがないので、排気流による貯留室内の水の偏在が抑制される。 According to the first and second aspects of the present invention, the openings are provided so as to accommodate all of the plurality of inlets of the fuel cell stack, and the oxidizing gas and the jet are injected through the plurality of outlets accommodated in the openings. An inflow storage chamber for storing the inflowed water and water stored in the inflow storage chamber to the injection inflow unit as water flows in, and a pump for sucking out the water in the gas inflow chamber to the storage chamber Etc. can be made unnecessary, and the configuration can be further simplified . Since the restriction plate is provided, the exhaust flow of the oxidizing gas does not directly hit the water surface in the storage chamber, so that the uneven distribution of water in the storage chamber due to the exhaust flow is suppressed.

次にこの発明の好適実施形態について説明する。この実施形態は、電気自動車に搭載される燃料電池システムである。図１は、この発明の燃料電池システム１の構成を示すブロック図である。図１に示されているように、この燃料電池システム１は燃料電池スタック１００、水素貯蔵タンク１１を含む燃料供給系１０、空気供給系１２、水供給系５０、負荷系７とに大略構成される。 Next, a preferred embodiment of the present invention will be described. This embodiment is a fuel cell system mounted on an electric vehicle. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 is roughly configured by a fuel cell stack 100, a fuel supply system 10 including a hydrogen storage tank 11, an air supply system 12, a water supply system 50, and a load system 7. The

この燃料電池スタック１００の構成について説明する。燃料電池スタック１００は、燃料電池単位セル１５と燃料電池セパレータ１３とを交互に積層して構成されている。図２は、燃料電池用セパレータ１３を示す全体正面図、図３は、燃料電池セパレータ１３で構成された燃料電池スタック１００の部分断面平面図（図２におけるＡ‐Ａ断面図）、図４は、燃料電池用セパレータ１３の全体背面図である。 The configuration of the fuel cell stack 100 will be described. The fuel cell stack 100 is configured by alternately stacking fuel cell unit cells 15 and fuel cell separators 13. 2 is an overall front view showing the fuel cell separator 13, FIG. 3 is a partial cross-sectional plan view of the fuel cell stack 100 composed of the fuel cell separator 13 (AA cross-sectional view in FIG. 2), and FIG. FIG. 3 is an overall rear view of the fuel cell separator 13.

セパレータ１３は、単位セル１５の電極に接触して電流を外部に取り出すための集電部材３、４と、各集電部材３、４の周端部に外装される枠体８、９とを備えている。集電板である集電部材３、４は金属で構成されている。構成金属は、導電性と耐食性を備えた金属で、例えば、ステンレス、ニッケル合金、チタン合金等に耐蝕導電処理を施したもの等が挙げられる。 The separator 13 includes current collecting members 3 and 4 for contacting the electrodes of the unit cell 15 and taking out current to the outside, and frame bodies 8 and 9 that are externally mounted on the peripheral ends of the current collecting members 3 and 4. I have. The current collecting members 3 and 4 that are current collecting plates are made of metal. The constituent metal is a metal having conductivity and corrosion resistance, and examples thereof include stainless steel, nickel alloy, titanium alloy and the like subjected to corrosion-resistant conductive treatment.

集電部材３は、単位セル１５の燃料極に接触し、集電部材４は酸素極に接触する。集電部材３には、プレス加工によって、突出形成された複数の凸状部３２が形成されている。
凸状部３２は、板材の長辺とに沿って短辺方向へ向けて、等間隔で配列されている。長辺に沿って（図２における横方向）配置された凸状部３２の間に形成された溝によって、凸状部３２の間には水素流路３０１が形成され、凸状部３２の裏側に形成された溝３３によって、水素流路３０２が形成されている。この凸状部３２の頂点部分の面は、燃料極が接触する当接部３２１となっている。集電部材３が網体であるため、当接部３２１が接触する部分においても、孔３２０を介して、燃料極は燃料ガスを供給することができる。また、水素流路３０１と水素流路３０２の間も、孔３２０を介して、水素ガスが相互に流通可能となる。 The current collecting member 3 is in contact with the fuel electrode of the unit cell 15, and the current collecting member 4 is in contact with the oxygen electrode. The current collecting member 3 is formed with a plurality of projecting convex portions 32 by pressing.
The convex portions 32 are arranged at equal intervals along the long side of the plate material in the short side direction. A hydrogen channel 301 is formed between the convex portions 32 by grooves formed between the convex portions 32 arranged along the long side (lateral direction in FIG. 2). A hydrogen flow path 302 is formed by the groove 33 formed in. The surface of the apex portion of the convex portion 32 is a contact portion 321 with which the fuel electrode contacts. Since the current collecting member 3 is a net, the fuel electrode can supply the fuel gas through the hole 320 even in the portion where the contact portion 321 contacts. In addition, hydrogen gas can flow between the hydrogen channel 301 and the hydrogen channel 302 via the holes 320.

集電部材３の両端部には、流通孔３５が形成され、セパレータ１３を積層した場合に、この流通孔３５によって水素供給路が構成される。
集電部材４は、矩形の板材から成り、プレス加工によって、複数の凸状部４２が形成されている。凸状部４２は、板材の短辺に平行に直線状に連続して形成されており、等間隔で配置されている。凸状部４２の間には、溝が形成されて、空気が流通する空気流路４０が形成されている。この凸状部４２の頂点部分の面は、酸素極が接触する当接部４２１となっている。また、凸状部４２の裏側は溝状の中空部４１となっており、中空部４１の両端は、閉鎖されている。 Through holes 35 are formed at both ends of the current collecting member 3. When the separators 13 are stacked, the through holes 35 form a hydrogen supply path.
The current collecting member 4 is made of a rectangular plate material, and a plurality of convex portions 42 are formed by pressing. The convex portions 42 are continuously formed in a straight line parallel to the short sides of the plate material, and are arranged at equal intervals. A groove is formed between the convex portions 42 to form an air flow path 40 through which air flows. The surface of the apex portion of the convex portion 42 is an abutting portion 421 with which the oxygen electrode contacts. Further, the back side of the convex portion 42 is a groove-like hollow portion 41, and both ends of the hollow portion 41 are closed.

以上のような集電部材３、４は、各凸状部３２と凸状部４２が外側となるように重ね合わされて固定される。このとき、集電部材３の裏側面３４と空気流路４０の裏側面４０３が当接した状態となり、相互に通電可能な状態となる。また、空気流路４０は、図３に示されているように、単位セル１５に重ね合わされ、溝の開口部４００を閉鎖することにより、管状の流路が構成され、空気流路４０の内壁の一部が酸素極で構成される。この空気流路４０から、単位セル１５の酸素極に酸素と水が供給される。酸素極に供給される酸素は、空気流路４０を通過する空気中に含有される酸素である。 The current collecting members 3 and 4 as described above are overlapped and fixed so that the convex portions 32 and the convex portions 42 are on the outside. At this time, the back side surface 34 of the current collecting member 3 and the back side surface 403 of the air flow path 40 are in contact with each other, so that they can be energized with each other. As shown in FIG. 3, the air flow path 40 is overlapped with the unit cell 15, and a tubular flow path is formed by closing the groove opening 400, and the inner wall of the air flow path 40 is formed. A part of is composed of an oxygen electrode. Oxygen and water are supplied from the air flow path 40 to the oxygen electrode of the unit cell 15. The oxygen supplied to the oxygen electrode is oxygen contained in the air passing through the air flow path 40.

空気流路４０の一端側開口部は、空気と水が流入する導入口４３となり、他端の開口部は、空気と水が流出する導出口４４となっている。この導入口４３から導出口４４までの空気流路４０及びその集合体が、固体電解質膜に酸素を供給する酸素室（空気室）として機能する。 The opening on one end side of the air flow path 40 is an introduction port 43 through which air and water flow, and the opening at the other end is a discharge port 44 through which air and water flow out. The air flow path 40 and its aggregate from the inlet 43 to the outlet 44 function as an oxygen chamber (air chamber) for supplying oxygen to the solid electrolyte membrane.

また、中空部４１の一端側開口部は、空気と水が流入する流入開放口４５となり、他端の開口部は、空気と水が流出する流出開放口４６となっている。以上のような構成において、空気流路４０と中空部４１は、交互に平行に配置され、相互に側壁４７を挟んで隣接した構成となっている。 Moreover, the opening part of the one end side of the hollow part 41 becomes the inflow opening port 45 into which air and water flow in, and the opening part of the other end becomes the outflow opening port 46 through which air and water flow out. In the above configuration, the air flow paths 40 and the hollow portions 41 are alternately arranged in parallel and are adjacent to each other with the side wall 47 interposed therebetween.

集電部材３、４には、枠体８、９がそれぞれ重ねられる。図２に示されているように、集電部材３に重ねられる枠体８は、集電部材３と同じ大きさに構成され、中央には、凸状部３２を収納する窓８１が形成されている。また、両端部近傍には、集電部材３の流通孔３５に合致する位置に孔８３が形成されており、この孔８３と窓８１との間には、集電部材３に接触する側の平面に凹部が形成され、水素流通経路８４が設けられている。また、集電部材３に接触する面に対して、反対側の平面には、輪郭が窓８１に沿って形成された凹部が形成され、単位セル１５が収納される収納部８２が設けられている。この収納部８２に収納された単位セル１５の燃料極表面と、水素流路３０１、３０２と、窓８１とによって、燃料室３０が画成される。このように、燃料室は、燃料極に隣接して設けられ、酸素室は酸素極に隣接して設けられている。 Frame members 8 and 9 are overlaid on the current collecting members 3 and 4, respectively. As shown in FIG. 2, the frame 8 overlaid on the current collecting member 3 is configured to have the same size as the current collecting member 3, and a window 81 for accommodating the convex portion 32 is formed at the center. ing. Further, in the vicinity of both ends, a hole 83 is formed at a position matching the flow hole 35 of the current collecting member 3, and between the hole 83 and the window 81, the side in contact with the current collecting member 3 is formed. A recess is formed in the plane, and a hydrogen flow path 84 is provided. In addition, a concave portion whose contour is formed along the window 81 is formed on the plane opposite to the surface that contacts the current collecting member 3, and a storage portion 82 for storing the unit cell 15 is provided. Yes. The fuel chamber 30 is defined by the fuel electrode surface of the unit cell 15 housed in the housing portion 82, the hydrogen flow paths 301 and 302, and the window 81. Thus, the fuel chamber is provided adjacent to the fuel electrode, and the oxygen chamber is provided adjacent to the oxygen electrode.

集電部材４に重ねられる枠体９は、枠体８と同じ大きさに構成され、中央には、凸状部４２を収納する窓９１が形成されている。また、両端部近傍には、枠体８の孔８３に合致する位置に孔９３が形成されている。枠体８の集電部材４が重ねられる側の面には、枠体８の対向する一対の長辺に沿って溝が形成され、集電部材３、４に重ねることによって、空気流通路９４、９５が構成される構造となっている。空気流通路９４の一端は、枠体８の長辺側の端面に形成された開口９４１に接続され、他端は空気流路４０の導入口４３に接続されている。 The frame body 9 overlaid on the current collecting member 4 is configured to have the same size as the frame body 8, and a window 91 for accommodating the convex portion 42 is formed at the center. Further, in the vicinity of both end portions, holes 93 are formed at positions corresponding to the holes 83 of the frame body 8. Grooves are formed along the pair of opposing long sides of the frame 8 on the surface of the frame 8 on which the current collecting member 4 is overlapped. By overlapping the current collecting members 3 and 4, the air flow passage 94 is formed. , 95 is configured. One end of the air flow passage 94 is connected to an opening 941 formed on the end surface on the long side of the frame body 8, and the other end is connected to the introduction port 43 of the air flow path 40.

上流側の空気流通路９４は、開口９４１側から空気流路４０側へ向けて横断面積が漸減するように、端部内壁がテーパー面９４２となっており、後述する空気マニホールド５４から噴射される霧状水の取り入れを容易としている。一方、下流側の空気流通路９５の一端は、空気流路４０の導出口４４に接続され、他端は、枠体８の長辺側端面に形成された開口９５１に接続されている。空気流通路９５は、開口９５１側から空気流路４０側へ向けて横断面積が漸減するように、端部内壁がテーパー面９５２となっている。燃料電池スタック１００が傾いた際にも、このテーパー面９５２によって、水の排出が維持される。また、枠体９の、集電部材４に接触する面に対して、反対側の平面には、輪郭が窓９１に沿って形成された凹部が形成され、単位セル１５が収納される収納部９２が設けられている。 The upstream air flow passage 94 has an end inner wall that is a tapered surface 942 so that the cross-sectional area gradually decreases from the opening 941 side to the air flow path 40 side, and is injected from an air manifold 54 described later. It is easy to take in mist water. On the other hand, one end of the downstream air flow passage 95 is connected to the outlet 44 of the air flow path 40, and the other end is connected to an opening 951 formed on the long side end surface of the frame 8. The air flow passage 95 has an end inner wall as a tapered surface 952 so that the cross-sectional area gradually decreases from the opening 951 side toward the air flow path 40 side. Even when the fuel cell stack 100 is tilted, the tapered surface 952 maintains the discharge of water. In addition, a concave portion having a contour formed along the window 91 is formed on the plane opposite to the surface of the frame body 9 that contacts the current collecting member 4, and the storage unit in which the unit cell 15 is stored. 92 is provided.

図５は単位セル１５の拡大断面図である。単位セル１５は、固体高分子電解質膜１５ａと、該固体高分子電解質膜1５ａの両側面にそれぞれ重ねられた酸化剤極である酸素極１５ｂと燃料極１５ｃとを備えていて、固体高分子電解質膜１５ａは、酸素極１５ｂと燃料極１５ｃとで挟持されている。固体高分子電解質膜1５ａは、収納部８２、９２に合致した大きさに形成され、酸素極１５ｂと燃料極１５ｃは、窓９１、８１に合致した大きさに形成されている。単位セル１５の厚さは、枠体８、９や集電部材３、４の厚さに比べると極めて薄いので、図面では、一体の部材として表示している。 FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the unit cell 15. The unit cell 15 includes a solid polymer electrolyte membrane 15a, and an oxygen electrode 15b and a fuel electrode 15c that are oxidant electrodes stacked on both side surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 15a, respectively. The membrane 15a is sandwiched between the oxygen electrode 15b and the fuel electrode 15c. The solid polymer electrolyte membrane 15 a is formed in a size that matches the storage portions 82 and 92, and the oxygen electrode 15 b and the fuel electrode 15 c are formed in a size that matches the windows 91 and 81. Since the thickness of the unit cell 15 is extremely thin compared to the thicknesses of the frame bodies 8 and 9 and the current collecting members 3 and 4, the unit cell 15 is shown as an integral member in the drawing.

空気流路４０の内壁には、親水性処理が施されている。内壁表面と水の接触角が４０°以下、好ましくは３０°以下となるように表面処理が施されているとよい。処理方法としては、親水処理剤を、表面に塗布する方法が取られる。塗布される処理剤としては、ポリアクリルアミド、ポリウレタン系樹脂、酸化チタン（ＴｉＯ₂）等が挙げられる。 The inner wall of the air flow path 40 is subjected to hydrophilic treatment. The surface treatment may be performed so that the contact angle between the inner wall surface and water is 40 ° or less, preferably 30 ° or less. As the treatment method, a method of applying a hydrophilic treatment agent to the surface is taken. Examples of the treating agent to be applied include polyacrylamide, polyurethane resin, titanium oxide (TiO ₂ ), and the like.

以上のように構成された枠体８、９によって集電部材３、４を保持してセパレータ１３が構成され、セパレータ１３と単位セル１５を交互に積層して、燃料電池スタック１００が構成される。図６は燃料電池スタック１００の部分平面図である。燃料電池スタック１００の上面には、多数の導入口４３が開口し、この導入口４３に、後述するように、空気マニホールド５４から空気が流入するとともに、空気マニホールド５４内で、噴射流入手段であるノズル５５から噴射された水が同時に流入する。このノズルは、水を液滴の状態で、燃料電池スタック１００に供給する。導入口４３から流入した空気と液滴状の水は、潜熱冷却により集電部材３、４を冷却する。また、燃料電池スタック１００の底面には、図６に示されている導入口４３に対向する位置に、多数の導出口４４が開口し、この導出口４４から空気と、噴射供給された水が流出する。即ち、導入口４３は、燃料電池スタック１００の上面に、縦横に多数開口し、同様に、導出口４４は、燃料電池スタック１００の底面に、縦横に多数開口することとなる。 The separators 13 are configured by holding the current collecting members 3 and 4 by the frames 8 and 9 configured as described above, and the fuel cell stack 100 is configured by alternately stacking the separators 13 and the unit cells 15. . FIG. 6 is a partial plan view of the fuel cell stack 100. A large number of inlets 43 are opened on the upper surface of the fuel cell stack 100. As will be described later, air flows into the inlet 43 from the air manifold 54, and is an injection inlet means within the air manifold 54. Water sprayed from the nozzle 55 flows in simultaneously. This nozzle supplies water to the fuel cell stack 100 in the form of droplets. The air and liquid water flowing from the inlet 43 cool the current collecting members 3 and 4 by latent heat cooling. Further, on the bottom surface of the fuel cell stack 100, a large number of outlets 44 are opened at positions opposed to the inlets 43 shown in FIG. 6, from which air and water supplied by injection are supplied. leak. That is, many inlets 43 are opened vertically and horizontally on the upper surface of the fuel cell stack 100, and similarly, many outlets 44 are opened vertically and horizontally on the bottom surface of the fuel cell stack 100.

次に、図１に示されている燃料電池システムの構成について説明する。
燃料供給系１０の構成について説明する。燃料ガスボンベである水素貯蔵タンク１１には、燃料ガス供給流路２０１Ａ、２０１Ｂを介して燃料電池スタック１００のガス取入口に接続されている。燃料ガス供給流路２０１Ａには、水素元バルブ１８、一次圧センサＳ０、レギュレータ１９、二次圧センサＳ１、第１ガス供給弁２０及び水素調圧弁２１、第２ガス供給弁２２、三次圧センサＳ２が順に設けられ、この燃料ガス供給流路２０１Ａは、燃料ガス供給流路２０１Ｂの一端に接続している。燃料ガス供給流路２０１Ｂの他端は、燃料電池スタック１００の上記ガス取入口２０１ＢのＩＮに接続されている。燃料電池スタック１００のガス排出口には、ガス排出流路２０２の一端が接続され、その他端は、燃料ガス供給流路２０１Ｂに接続され、燃料ガスの循環路が構成される。ガス排出流路２０２には、燃料電池スタック１００のガス排出口側から順に、トラップ２４、循環ポンプ２５、循環電磁弁２６が配置されている。トラップ２４には、水レベルセンサＳ１０が取り付けられ、さらに、ガス導出路２０３の一端が接続されている。ガス導出路２０３の他端は、空気ダクト１２４に接続されている。ガス導出路２０３には、排気電磁弁２７が設けられている。 Next, the configuration of the fuel cell system shown in FIG. 1 will be described.
The configuration of the fuel supply system 10 will be described. A hydrogen storage tank 11 that is a fuel gas cylinder is connected to a gas intake port of the fuel cell stack 100 via fuel gas supply channels 201A and 201B. The fuel gas supply passage 201A includes a hydrogen source valve 18, a primary pressure sensor S0, a regulator 19, a secondary pressure sensor S1, a first gas supply valve 20, a hydrogen pressure regulating valve 21, a second gas supply valve 22, and a tertiary pressure sensor. S2 is sequentially provided, and the fuel gas supply channel 201A is connected to one end of the fuel gas supply channel 201B. The other end of the fuel gas supply channel 201B is connected to the IN of the gas inlet 201B of the fuel cell stack 100. One end of a gas discharge channel 202 is connected to the gas discharge port of the fuel cell stack 100, and the other end is connected to the fuel gas supply channel 201B to constitute a fuel gas circulation channel. In the gas discharge channel 202, a trap 24, a circulation pump 25, and a circulation electromagnetic valve 26 are arranged in this order from the gas discharge port side of the fuel cell stack 100. A water level sensor S10 is attached to the trap 24, and one end of the gas outlet path 203 is connected to the trap 24. The other end of the gas outlet path 203 is connected to the air duct 124. An exhaust solenoid valve 27 is provided in the gas outlet passage 203.

次に空気供給系１２について説明する。空気供給系１２は、空気導入路１２３と、空気マニホールド５４と、空気排出路である空気ダクト１２４とを備えている。空気導入路１２３には、フィルタ１２１、空気ファン１２２、空気マニホールド５４の順で流入方向に沿って設けられている。
空気導入路１２３内には、空気マニホールド５４内の直前位置に、冷却水を空気導入路１２３内へ向けて噴射するノズル５５が設けられている。このノズル５５は、空気マニホールド５４内に設けられていてもよい。空気マニホールド５４は、燃料電池スタック１００の導入口４３に空気を分割して流入させる。 Next, the air supply system 12 will be described. The air supply system 12 includes an air introduction path 123, an air manifold 54, and an air duct 124 that is an air discharge path. In the air introduction path 123, a filter 121, an air fan 122, and an air manifold 54 are provided in this order along the inflow direction.
In the air introduction path 123, a nozzle 55 that injects cooling water into the air introduction path 123 is provided at a position immediately before the air manifold 54. The nozzle 55 may be provided in the air manifold 54. The air manifold 54 divides and flows the air into the inlet 43 of the fuel cell stack 100.

空気ダクト１２４は、燃料電池スタック１００の導出口４４に接続され、導出口４４から流出した空気を合流させ、凝縮器５１を介して外部へ導流する。空気ダクト１２４の終端部には、ファンが取り付けられた凝縮器５１が設けられ、続いてフィルタ１２５が接続されている。凝縮器５１は、空気から水分取り出す。また、ノズル５５から供給された水の内、燃料電池スタック１００内で蒸発した水分も、ここで回収される。空気ダクト１２４には、排気温度センサＳ９が設けられ、燃料電池スタック１００内の温度が間接的に検出される。 The air duct 124 is connected to the outlet 44 of the fuel cell stack 100, joins the air that has flowed out from the outlet 44, and guides it outside via the condenser 51. A condenser 51 to which a fan is attached is provided at the end of the air duct 124, and a filter 125 is subsequently connected. The condenser 51 extracts moisture from the air. Further, the water evaporated in the fuel cell stack 100 in the water supplied from the nozzle 55 is also collected here. The air duct 124 is provided with an exhaust temperature sensor S9, and the temperature in the fuel cell stack 100 is indirectly detected.

次に、水供給系について説明する。水供給系５０は、貯水手段としての水タンク５３１と、凝縮器５１で回収した水を水タンク５３１へ導く導水路５７と、水タンク５３１の水をノズル５５へ導く給水路５６とを有する。導水路５７には、回収ポンプ６２が設けられている。回収ポンプ６２は、凝縮器５１で排気ガスから取り出された水を、水タンク５３１へ送り込む。水タンク５３の構成については、後述する。
給水路５６には、フィルタ６４、水供給手段である供給ポンプ６１が順に設けられている。水タンク５３１には、水温センサＳ５と、貯水量検出手段であるタンク水位センサＳ７が設けられている。 Next, the water supply system will be described. The water supply system 50 includes a water tank 531 as water storage means, a water conduit 57 that guides the water collected by the condenser 51 to the water tank 531, and a water supply passage 56 that guides the water in the water tank 531 to the nozzle 55. A collection pump 62 is provided in the water conduit 57. The recovery pump 62 sends the water extracted from the exhaust gas by the condenser 51 to the water tank 531. The configuration of the water tank 53 will be described later.
The water supply path 56 is provided with a filter 64 and a supply pump 61 as water supply means in order. The water tank 531 is provided with a water temperature sensor S5 and a tank water level sensor S7 which is a storage amount detection means.

燃料電池スタック１００には、負荷系７が接続されており、燃料電池スタック１００で出力される電力は、この負荷系７に供給される。燃料電池スタック１００の電極は、配線７１を介してインバータ７３に接続され、インバータ７３からモータなどの負荷に電力が供給される。インバータ７３には、スイッチ手段であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor／絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）７５を介して補助電源７６が接続されている。補助電源７６は、例えば、バッテリ、キャパシタなどで構成することができる。
この負荷系７には、燃料電池スタック１００の出力電圧を検出する電圧センサＳ４と、同じく出力電流を検出する電流センサＳ３が設けられている。 A load system 7 is connected to the fuel cell stack 100, and electric power output from the fuel cell stack 100 is supplied to the load system 7. The electrode of the fuel cell stack 100 is connected to an inverter 73 via a wiring 71, and electric power is supplied from the inverter 73 to a load such as a motor. An auxiliary power supply 76 is connected to the inverter 73 via an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 75 which is a switch means. The auxiliary power source 76 can be constituted by, for example, a battery or a capacitor.
The load system 7 is provided with a voltage sensor S4 for detecting the output voltage of the fuel cell stack 100 and a current sensor S3 for detecting the output current.

燃料電池システム１の制御系は、各センサＳ０〜Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９、Ｓ１０の検出値が入力され、レギュレータ１９、各電磁弁１８〜１９２０、２２、２７、各ポンプ２５、６１、６２、ファン１２２、インバータ７３、ＩＧＢＴ７５を制御する制御装置（ＥＣＵ）を備えている。この制御装置には、図示しないイグニッションスイッチが接続され、車両を駆動させる駆動モータの駆動や停止の指示信号が入力される。 The control system of the fuel cell system 1 receives the detection values of the sensors S0 to S5, S7, S9 and S10, the regulator 19, the solenoid valves 18 to 1920, 22, 27, the pumps 25, 61 and 62, the fan. 122, an inverter 73, and a control device (ECU) for controlling the IGBT 75. An ignition switch (not shown) is connected to the control device, and an instruction signal for driving or stopping a drive motor for driving the vehicle is input.

図７に示すように、上記のように構成された燃料電池システム１は、車両１６１底部に搭載される。
車両１６１は、駆動部１６２、車室１６３、前車輪Ｗ１、後車輪Ｗ２を備えている。駆動部６２には、上記モータ７４が配設され、モータ７４を駆動することによって、車輪Ｗ１を駆動輪として回転させることができる。そして、燃料電池システム１は、車室１６３の図示されない床の直下の前車輪Ｗ１と後車輪Ｗ２との間に、水平に配設される。そのために、燃料電池システム１は比較的偏平な形状にされ、燃料電池システム１を構成する各要素は、トレイ１６６の上に配設される。 As shown in FIG. 7, the fuel cell system 1 configured as described above is mounted on the bottom of a vehicle 161.
The vehicle 161 includes a drive unit 162, a passenger compartment 163, a front wheel W1, and a rear wheel W2. The driving unit 62 is provided with the motor 74, and by driving the motor 74, the wheel W1 can be rotated as a driving wheel. The fuel cell system 1 is horizontally disposed between a front wheel W1 and a rear wheel W2 directly below a floor (not shown) of the passenger compartment 163. Therefore, the fuel cell system 1 has a relatively flat shape, and each element constituting the fuel cell system 1 is disposed on the tray 166.

すなわち、図８にも示すように、トレイ１６６上に、車両１６１を前進走行させる方向、すなわち、走行方向における上流側から下流側にかけて、ファンＡｓｙ１３８、燃料電池スタック１００、及び凝縮器５１が配設される。なお、１３６はダクト構造を有する排気管を示す。 That is, as shown in FIG. 8, the fan Asy 138, the fuel cell stack 100, and the condenser 51 are arranged on the tray 166 in the direction in which the vehicle 161 travels forward, that is, from the upstream side to the downstream side in the traveling direction. Is done. Reference numeral 136 denotes an exhaust pipe having a duct structure.

燃料電池スタック１００と凝縮器５１との間には、水補機箱６８が配設され、水補機箱６８内には、前述した供給ポンプ６１、水供給電磁弁６３等が収容される。また、水補機箱６８に隣接させて水素補機箱６９が配設され、水素補機箱６９内に排気電磁弁２７等が収容される。 A water auxiliary machine box 68 is disposed between the fuel cell stack 100 and the condenser 51, and the above-described supply pump 61, water supply electromagnetic valve 63, and the like are accommodated in the water auxiliary machine box 68. A hydrogen auxiliary machine box 69 is disposed adjacent to the water auxiliary machine box 68, and the exhaust electromagnetic valve 27 and the like are accommodated in the hydrogen auxiliary machine box 69.

また、燃料電池スタック１００と凝縮器５１との間には、バッテリＢ１〜Ｂ３から成るバッテリユニット７１、バッテリＢ４〜Ｂ９から成るバッテリユニット７２が配設される。各バッテリユニット７１、７２は燃料電池スタック１００に対して補助電源７６として使用され、モータ７４の負荷が大きい場合に、バッテリユニット７１、７２からモータ７４に電流を供給することができる。 Between the fuel cell stack 100 and the condenser 51, a battery unit 71 composed of batteries B1 to B3 and a battery unit 72 composed of batteries B4 to B9 are disposed. Each battery unit 71, 72 is used as an auxiliary power source 76 for the fuel cell stack 100, and current can be supplied from the battery unit 71, 72 to the motor 74 when the load on the motor 74 is large.

また、トレイ１６６の下には、燃料電池スタック１００の全ての導出口４４をカバー（収容）するように、水タンク５３１が配設される。そのために、該水タンク５３１は偏平な形状を有し、燃料電池スタック１００下方に置かれる。
車外から取り込まれた空気は、図７の破線の矢印で示されるように、ファンＡｓｓｙ１３８内を流れた後、燃料電池スタック１００に送られ、該燃料電池スタック１００内を垂直方向に上から下に向けて流れ、続いて、燃料電池スタック１００から排出されたガスは、水タンク５３１を介して、凝縮器３３に送られ、該凝縮器３３内を流れた後、排気管３６を介して排出される。 A water tank 531 is disposed under the tray 166 so as to cover (accommodate) all the outlets 44 of the fuel cell stack 100. Therefore, the water tank 531 has a flat shape and is placed below the fuel cell stack 100.
The air taken from the outside of the vehicle flows through the fan Assy 138 and then is sent to the fuel cell stack 100 as indicated by the broken arrow in FIG. Then, the gas discharged from the fuel cell stack 100 is sent to the condenser 33 through the water tank 531, and after flowing through the condenser 33, is discharged through the exhaust pipe 36. The

次に、燃料電池スタック１００の下方に、燃料電池スタック１００の全ての導出口４４をカバーするように配置され、空気マニホールド５４から燃料電池スタック１００に噴射され、燃料電池スタック１００を介して落下した水を回収し貯留する水タンク５３１の構成を説明する。 Next, the fuel cell stack 100 is arranged so as to cover all the outlets 44 of the fuel cell stack 100, injected from the air manifold 54 to the fuel cell stack 100, and dropped through the fuel cell stack 100. A configuration of the water tank 531 for collecting and storing water will be described.

図９（Ａ）に示すように、水タンク５３１の第１の例は、燃料電池スタック１００の下方に、燃料電池スタック１００の全ての導出口４４をカバーするように配置され、燃料電池スタック１０から排出されたガスを凝縮器５１に案内する排気マニホールド５３Ａ１と、排気マニホールド５３Ａ１と開口を介して接続されると共に、水を貯留する貯留部５３Ｂ１とを備えている。貯留部５３Ｂ１には、その車両１６１走行方向下流側位置に、貯留している水が供給ポンプ６１により吸い出されるように、接続部（排水口）５３Ｌが設けられている。 As shown in FIG. 9A, the first example of the water tank 531 is arranged below the fuel cell stack 100 so as to cover all the outlets 44 of the fuel cell stack 100, and the fuel cell stack 10 The exhaust manifold 53A1 guides the gas discharged from the condenser 51 to the condenser 51, and is connected to the exhaust manifold 53A1 through an opening and has a storage portion 53B1 for storing water. The storage portion 53B1 is provided with a connection portion (drain port) 53L so that the stored water is sucked out by the supply pump 61 at a downstream position in the traveling direction of the vehicle 161.

このように、排気マニホールド５３Ａ１と開口を介して貯留部５３Ｂ１を接続させているので、燃料電池スタック１００を介して落下した水を回収し貯留することができる。
そして、本実施の形態では、上記排気マニホールド５３Ａ１内には、車両１６１の走行方向における上流側から下流側にかけて徐々に下方に下がる規制板５３Ｋが、貯留部５３Ｂ１を覆うように、配置されている。 As described above, since the storage portion 53B1 is connected to the exhaust manifold 53A1 through the opening, the water dropped through the fuel cell stack 100 can be collected and stored.
In the present embodiment, a restriction plate 53K that gradually falls downward from the upstream side to the downstream side in the traveling direction of the vehicle 161 is disposed in the exhaust manifold 53A1 so as to cover the storage portion 53B1. .

上記のように規制板５３Ｋが走行方向における上流側から下流側にかけて徐々に下方に下がるように配置されているので、燃料電池スタック１０から排出されたガスを凝縮器５１に案内することができる。また、規制板５３Ｋが貯留部５３Ｂ１を覆うように配置して、燃料電池スタック１０から排出されたガスが直接、貯留部５３Ｂ１に貯留された水にあたることを防止している。なぜなら、燃料電池スタック１０から排出されたガスが下方にある水に直接あたると、これにより水が貯留部５３Ｂ１の周囲に移動してしまい、接続部（排水口）５３Ｌから供給ポンプ６１が吸い出すことができなくなるからである。
なお、空気マニホールド５４から噴射される霧状水は、燃料電池スタック１００を介して規制板５３Ｋまで落下し、規制板５３Ｋをつたわり、上記開口を介して貯留部５３Ｂ１に落下して貯留される。 Since the restriction plate 53K is arranged so as to gradually fall downward from the upstream side to the downstream side in the traveling direction as described above, the gas discharged from the fuel cell stack 10 can be guided to the condenser 51. Further, the restricting plate 53K is disposed so as to cover the storage portion 53B1, thereby preventing the gas discharged from the fuel cell stack 10 from directly hitting the water stored in the storage portion 53B1. This is because when the gas discharged from the fuel cell stack 10 directly hits the water below, the water moves around the storage portion 53B1, and the supply pump 61 sucks out from the connection portion (drain port) 53L. It is because it becomes impossible.
The mist water injected from the air manifold 54 falls to the restriction plate 53K through the fuel cell stack 100, is connected to the restriction plate 53K, and is dropped and stored in the storage portion 53B1 through the opening. .

図９（Ｂ）は、規制板５３Ｋの他の構成を示す内部構成図である。規制板５３Ｋは、排出ガスの水面への勢いを緩和する作用を有すればよく、例えば、網状の板、又は複数のスリットを形成した板など、水の透過できる隙間を多数有する板材であってもよい。この場合には、排ガス流は、規制板５３Ｋに当たって、一部は貯留部５３Ｂ１内の水面に当たるが、風流の勢いは減殺されており、水が風下に偏る程の勢いはなくなっている。また、燃料電池スタック１００から落下する水は、規制板５３Ｋの有する隙間から貯留部５３Ｂ１に落下するので、規制板５３Ｋを傾斜させる必要がなく、貯留部５３Ｂ１に溜められた水の水面に平行に、かつ、貯留部５３Ｂ１の直上（排気マニホールド５３Ａ１と貯留部５３Ｂ１の間）に設けることができる。これにより、排出ガス流の圧損を抑制でき、かつ排気マニホールド５３Ａ１の高さｈを小さくする（空気が流通する流路の断面積を減らすことなく、流路断面積を十分に採る）ことが可能となる。特に、燃料電池スタック１００の下側は、配置スペースが制限されるので、特に有用である。 FIG. 9B is an internal configuration diagram showing another configuration of the restriction plate 53K. The restriction plate 53K only needs to have a function of reducing the momentum of the exhaust gas to the water surface. Also good. In this case, the exhaust gas flow hits the regulation plate 53K, and a part of it hits the water surface in the storage portion 53B1, but the momentum of the wind flow has been reduced, and the momentum that the water is biased to the lee is lost. Further, since the water falling from the fuel cell stack 100 falls into the storage portion 53B1 through the gap of the restriction plate 53K, it is not necessary to incline the restriction plate 53K, and is parallel to the water surface stored in the storage portion 53B1. And it can be provided immediately above the reservoir 53B1 (between the exhaust manifold 53A1 and the reservoir 53B1). As a result, the pressure loss of the exhaust gas flow can be suppressed, and the height h of the exhaust manifold 53A1 can be reduced (the flow passage cross-sectional area can be sufficiently taken without reducing the cross-sectional area of the flow passage through which air flows). It becomes. In particular, the lower side of the fuel cell stack 100 is particularly useful because the arrangement space is limited.

また、上記のように、貯留している水が供給ポンプ６１により吸い出されるように、接続部（排水口）５３Ｌが、貯留部５３Ｂ１における、車両１６１走行方向下流側位置に設けているのは次の理由からである。 In addition, as described above, the connection part (drain port) 53L is provided at the downstream side in the traveling direction of the vehicle 161 in the storage part 53B1 so that the stored water is sucked out by the supply pump 61. This is because of the following reason.

車両１６１が加速すると、貯留された水は、加速度によって車両１６１走行方向下流側位置に移動する。このように、車両１６１の加速に伴って車両１６１走行方向下流側位置に水が移動するので、移動する位置、即ち、貯留部５３Ｂ１における車両１６１走行方向下流側位置に接続部５３Ｌを設けると、車両１６１が加速しても貯留された水を供給ポンプ６１が吸い出すことができるようにすることができるからである。 When the vehicle 161 accelerates, the stored water moves to a downstream position in the traveling direction of the vehicle 161 by acceleration. As described above, water moves to the downstream position in the traveling direction of the vehicle 161 as the vehicle 161 accelerates. Therefore, if the connecting portion 53L is provided at the moving position, that is, the downstream position in the traveling direction of the vehicle 161 in the storage portion 53B1. This is because the supply pump 61 can suck out the stored water even if the vehicle 161 is accelerated.

図１０には、水タンク５３１の第２の例が示されている。水タンク５３１の第２の例は、上記第１の例における排気マニホールド５３Ａ１と同一の構成の排気マニホールド５３Ａ２と、上記第１の例における貯留部５３Ｂ１と同様に、その車両１６１走行方向下流側位置に、貯留している水が供給ポンプ６１により吸い出されるように、接続部５３Ｌが設けられた貯留部５３Ｂ２とが設けられている。 FIG. 10 shows a second example of the water tank 531. A second example of the water tank 531 is the downstream position in the vehicle 161 traveling direction, similar to the exhaust manifold 53A2 having the same configuration as the exhaust manifold 53A1 in the first example and the storage portion 53B1 in the first example. In addition, a storage portion 53B2 provided with a connection portion 53L is provided so that the stored water is sucked out by the supply pump 61.

水タンク５３１の第２の例における貯留部５３Ｂ２は、図１０（Ａ）に示すように、車両１６１の走行方向における上流側から下流側にかけて徐々に下方に下がるように傾斜する底面を備えている。 As shown in FIG. 10A, the storage unit 53B2 in the second example of the water tank 531 includes a bottom surface that is inclined so as to gradually fall downward from the upstream side to the downstream side in the traveling direction of the vehicle 161. .

車両１６１が減速すると、貯留された水は、車両１６１走行方向上流側位置に移動する。このように、車両１６１の減速に伴って車両１６１走行方向上流側位置に水が移動するので、上記第１の例のように車両１６１走行方向下流側位置に接続部５３Ｌを設けると、貯留された水を供給ポンプ６１が吸い出すことができなくなる恐れがある。そこで、車両１６１が減速しても、車両１６１走行方向上流側位置に水が移動しない又はしにくくするため、貯留された水が車両１６１走行方向下流側位置に移動するように、底面を、車両１６１の走行方向における上流側から下流側にかけて徐々に下方に下がるように傾斜させている。 When the vehicle 161 decelerates, the stored water moves to the upstream position in the vehicle 161 traveling direction. As described above, since water moves to the upstream position in the traveling direction of the vehicle 161 as the vehicle 161 decelerates, if the connecting portion 53L is provided at the downstream position in the traveling direction of the vehicle 161 as in the first example, the water is stored. The supply pump 61 may not be able to suck out the water. Therefore, even if the vehicle 161 decelerates, in order to prevent the water from moving to the upstream position in the vehicle 161 traveling direction or to make it difficult, the bottom surface of the vehicle 161 is moved so that the stored water moves to the downstream position in the vehicle 161 traveling direction. 161 is inclined so as to gradually fall downward from the upstream side to the downstream side in the traveling direction.

また、第２の例では、貯留部５３Ｂ２に、両端側に穴が形成され、貯留された水が移動するのを抑制する抑制板５３Ｃが、車両１６１の走行方向に所定間隔で複数、本例では、２つ備えている。 Further, in the second example, a plurality of suppression plates 53C are formed at predetermined intervals in the traveling direction of the vehicle 161 in which holes are formed in both ends of the storage portion 53B2 and the stored water is prevented from moving. Then we have two.

このように抑制板５３Ｃを貯留部５３Ｂ２に設けているので、車両１６１の減速に伴って、貯留された水が車両１６１走行方向上流側位置に移動することを抑制することができる。
ここで、抑制板５３Ｃにより、貯留された水の移動を完全に規制することができてしまうと、即ち、貯留部５３Ｂ２における水を貯留する部分が、複数の領域に完全に仕切られてしまうと、接続部５３Ｌ側の領域に貯留する水のみを利用し、他の領域に貯留した水を利用することができなくなる。そこで、第２の例では、抑制板５３Ｃに、その両端側に穴を形成し、水が最終的には接続部５３Ｌ側の領域に貯留するようにしている。 Since the suppression plate 53C is provided in the storage portion 53B2 as described above, it is possible to suppress the stored water from moving to the upstream position in the traveling direction of the vehicle 161 as the vehicle 161 is decelerated.
Here, if the movement of the stored water can be completely restricted by the suppression plate 53C, that is, the portion of the storage portion 53B2 that stores the water is completely partitioned into a plurality of regions. Only the water stored in the region on the connection portion 53L side can be used, and the water stored in other regions cannot be used. Therefore, in the second example, holes are formed in both ends of the suppression plate 53C so that water is finally stored in the region on the connection portion 53L side.

以上説明したように本実施の形態では、水タンクを、燃料電池スタックの下方に、燃料電池スタックの全ての導出口をカバーするように配置され、燃料電池スタックから排出されたガスを凝縮器に案内する排気マニホールドと、排気マニホールドと接続されると共に、水を貯留する貯留部とで構成し、この貯留部に貯留された水を吸い出し、冷却水として再利用するので、従来、排気マニホールドの底面に貯留する水を吸出し水タンクに供給するポンプを不要とすることができる。
本明細書は以下の事項を開示する。
（１）燃料ガスが流入される燃料室と、酸化ガスが流入される導入口及び反応後の酸化ガスが排出される導出口を有する酸化ガス室とを電解質層を介して隣接させ、燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電する燃料電池を複数積層した燃料電池スタックと、
前記酸化ガス室に酸化ガスと共に水を噴射流入させる噴射流入手段と、
前記各燃料電池の導出口全てを収容するように開口が設けられ、該開口を通して前記反応後の酸化ガス及び前記酸化ガス室に噴射された水が流入されると共に、該流入された水を貯留する流入貯留室と、
前記流入貯留室に貯留された水を前記噴射流入手段に供給する供給手段と、
を備えた燃料電池システム。
（２）前記流入貯留室は、予め定められた位置に排水口が設けられ、かつ貯留された水が該排水口に集まり易いように、底面が前記排水口に向かって下方に傾斜しており、前記供給手段は前記排水口に接続されていることを特徴とする上記（１）記載の燃料電池システム。
（３）前記流入貯留室は、
反応後の酸化ガスを流入させる前記開口が設けられ、流入された酸化ガスを一旦収容した後排出する流入室と、
前記排水口が設けられ、前記流入された水を貯留する貯留室と、
前記酸化ガスが前記貯留室に直接到達しないように規制すると共に前記流入室に流入された水を接続開口を通して前記貯留室に流入させる規制板と、
を備えたことを特徴とする上記（１）又は（２）記載の燃料電池システム。（４）前記貯留室は、貯留された水の移動を抑制する抑制板が設けられたことを特徴とする上記（３）記載の燃料電池システム。
上記(１)記載の構成によれば、燃料電池スタックの複数の導入口全てを収容するように開口が設けられ、該開口に収容された複数の導出口を介して酸化ガス及び噴射された水が流入されると共に、該流入された水を貯留する流入貯留室と、該流入貯留室に貯留された水を噴射流入手段に供給するので、ガスの流入室内の水を貯留室に吸い出すポンプ等を不要とすることができ、構成をより簡素化することができる。
上記（２）記載の構成によれば、供給手段を、前記流入貯留室における貯留された水が集まり易い予め定められた位置に接続しているので、より安定して水を噴射流入手段に供給することができる。
上記(３)記載の構成によれば、流入貯留室を、前記複数の開口全てを収容するように開口が設けられた流入室と、貯留室の間に規制板を設けたので、酸化ガスの排気流が直接貯留室内の水面に当たることがないので、排気流による貯留室内の水の偏在が抑制される。
上記(４)記載の構成によれば、貯留室に、貯留された水の移動を抑制する抑制板を設けているので、加速度や傾斜などによって、貯留室に貯留する水が偏在することを抑制することができ、より安定して水を噴射流入手段に供給することができる。
As described above, in this embodiment, the water tank is disposed below the fuel cell stack so as to cover all the outlets of the fuel cell stack, and the gas discharged from the fuel cell stack is used as a condenser. The exhaust manifold is connected to the exhaust manifold and is connected to the exhaust manifold, and the reservoir stores water. The water stored in the reservoir is sucked out and reused as cooling water. A pump for sucking out the water stored in the tank and supplying it to the water tank can be dispensed with.
This specification discloses the following matters.
(1) A fuel chamber into which fuel gas is introduced and an oxidizing gas chamber having an inlet through which oxidizing gas is introduced and an outlet through which oxidized gas after reaction is discharged are disposed adjacent to each other via an electrolyte layer. A fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that generate electricity by the reaction between the gas and the oxidizing gas are stacked,
Injection inflow means for injecting and flowing water together with the oxidizing gas into the oxidizing gas chamber;
An opening is provided so as to accommodate all the outlets of each of the fuel cells, and the oxidized gas after the reaction and the water injected into the oxidizing gas chamber are introduced through the opening and the introduced water is stored. An inflow storage chamber,
Supply means for supplying water stored in the inflow storage chamber to the injection inflow means;
A fuel cell system comprising:
(2) The inflow storage chamber is provided with a drain outlet at a predetermined position, and the bottom surface is inclined downward toward the drain outlet so that the stored water can easily gather at the drain outlet. The fuel cell system according to (1), wherein the supply means is connected to the drain port.
(3) The inflow storage chamber is
The opening through which the oxidized gas after the reaction flows is provided, and an inflow chamber that discharges the oxidized gas once accommodated;
A storage chamber provided with the drainage port and storing the inflowed water;
A restriction plate for restricting the oxidizing gas from directly reaching the storage chamber and allowing water flowing into the inflow chamber to flow into the storage chamber through a connection opening;
The fuel cell system according to (1) or (2) above, comprising: (4) The fuel cell system according to (3), wherein the storage chamber is provided with a suppression plate that suppresses movement of the stored water.
According to the configuration described in (1) above, the openings are provided so as to accommodate all of the plurality of inlets of the fuel cell stack, and the oxidizing gas and the injected water are supplied through the plurality of outlets accommodated in the openings. Is supplied, and the inflow storage chamber for storing the inflowed water and the water stored in the inflow storage chamber are supplied to the injection inflow means, so that the pump for sucking out the water in the gas inflow chamber to the storage chamber Can be eliminated, and the configuration can be further simplified.
According to the configuration described in (2) above, the supply means is connected to a predetermined position where water stored in the inflow storage chamber easily collects, so that water can be supplied more stably to the injection inflow means. can do.
According to the configuration described in (3) above, since the inflow storage chamber is provided with the restriction plate between the inflow chamber provided with the openings so as to accommodate all of the plurality of openings, and the storage chamber, Since the exhaust flow does not directly hit the water surface in the storage chamber, uneven distribution of water in the storage chamber due to the exhaust flow is suppressed.
According to the configuration described in (4) above, since the suppression plate that suppresses the movement of the stored water is provided in the storage chamber, it is possible to suppress the uneven distribution of water stored in the storage chamber due to acceleration, inclination, or the like. It is possible to supply water to the jet inflow means more stably.

この発明の燃料電池システム１を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a fuel cell system 1 of the present invention. 燃料電池用セパレータを示す全体正面図である。It is a whole front view which shows the separator for fuel cells. 燃料電池セパレータで構成された燃料電池スタックの部分断面平面図（Ａ‐Ａ断面図）である。It is a fragmentary sectional top view (AA sectional view) of the fuel cell stack comprised with the fuel cell separator. 燃料電池セパレータの全体背面図である。It is the whole fuel cell separator rear view. 単位セルの構成を示す拡大側面断面図である。It is an expanded side sectional view which shows the structure of a unit cell. 燃料電池スタックの上面の構成を示す部分平面図である。It is a fragmentary top view which shows the structure of the upper surface of a fuel cell stack. 燃料電池システムの燃料電池搭載車両への搭載状態を示す側面透視図である。FIG. 3 is a side perspective view showing a state where the fuel cell system is mounted on a fuel cell vehicle. 燃料電池システムの斜視図である。It is a perspective view of a fuel cell system. 水タンクの第１の例の内部構成図である。It is an internal block diagram of the 1st example of a water tank. （Ａ）は、水タンクの第２の例の内部構成図、（Ｂ）は抑制板の平面図である。(A) is an internal block diagram of the 2nd example of a water tank, (B) is a top view of a suppression board.

Explanation of symbols

１燃料電池システム
１００燃料電池スタック（燃料電池）
５３水タンク（流入貯留室）
５３Ａ１、５３Ａ２排気マニホールド（流入室）
５３Ｂ１、５３Ｂ２貯留部（貯留室）
５３Ｋ規制板
５３Ｃ抑制板
５５ノズル（噴射流入手段）
６１供給ポンプ（供給手段）
1 Fuel cell system 100 Fuel cell stack (fuel cell)
53 Water tank (inflow storage chamber)
53A1, 53A2 Exhaust manifold (inflow chamber)
53B1, 53B2 Reservoir (Reservoir)
53K Restriction plate 53C Suppression plate 55 Nozzle (injection inflow means)
61 Supply pump (supply means)

Claims

A fuel chamber into which the fuel gas is introduced and an oxidizing gas chamber having an inlet through which the oxidizing gas is introduced and an outlet through which the oxidized gas after the reaction is discharged are adjacent to each other via the electrolyte layer, and the fuel gas and the oxidizing gas A fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that generate electricity by reaction with
A manifold that splits air and water into multiple inlets provided on the upper surface of the fuel cell stack;
Injection inflow means for injecting and flowing water together with the oxidizing gas into the oxidizing gas chamber;
Wherein provided below the fuel cell stack, said through openings provided to accommodate the outlet port all of the fuel cell, before Symbol oxidizing gas and water the injected into the oxidizing gas chamber after the reaction is flowing An inflow chamber to be
A storage chamber that is connected to the lower side of the inflow chamber and collects and stores water dropped from the fuel cell stack through the opening ;
A supply means for supplying water stored in the storage chamber to the injection inflow means,
A restriction plate is provided in the inflow chamber, is disposed so as to cover the storage chamber, and is provided with a restriction plate for preventing the gas discharged from the fuel cell stack from directly hitting the stored water. Fuel cell system.

The fuel cell system according to claim 1, wherein the flow path from the introduction port to the road exit is provided in a vertical direction .