JP5023668B2 - Exhaust gas diluter - Google Patents
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Description
本発明は、排ガス用希釈器に係り、特に排ガスを希釈用ガスと混合して外部に排出する排ガス用希釈器に関する。 The present invention relates to an exhaust gas diluter, and more particularly to an exhaust gas diluter that mixes exhaust gas with a dilution gas and discharges it to the outside.
環境に与える影響が少ないことから、車両に燃料電池の搭載が行われている。燃料電池は、例えば燃料電池スタックのアノード側に水素等の燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含む酸化ガス、例えば圧縮空気を供給し、電解質膜を通しての電池化学反応によって必要な電力を取り出す。このときに、反応生成水が生じる。電池化学反応で使用済みの燃料ガスは、他のガスで薄めてから外部に排出され、そのために希釈器が用いられる。希釈用のガスとしては、同じ燃料電池で使用済みの酸化ガスを用いることができる。この場合には、使用済みの燃料ガスが、やはり使用済みの酸化ガスと希釈器で混合されて薄められ、外部に排出される。そのときに反応生成水も一緒に排出される。 Since there is little impact on the environment, fuel cells are installed in vehicles. The fuel cell supplies, for example, a fuel gas such as hydrogen to the anode side of the fuel cell stack, supplies an oxidizing gas containing oxygen, such as compressed air, to the cathode side, and takes out necessary power by a cell chemical reaction through the electrolyte membrane. . At this time, reaction product water is generated. The fuel gas used in the cell chemical reaction is diluted with another gas and then discharged to the outside, and a diluter is used for this purpose. As the gas for dilution, an oxidizing gas used in the same fuel cell can be used. In this case, the used fuel gas is mixed with the used oxidizing gas by a diluter, diluted, and discharged to the outside. At that time, the reaction product water is also discharged.
例えば、特許文献1には、燃料電池の排出ガス処理装置としての希釈容器として、その軸心を略水平とし、軸心方向の全長に渡って、軸心方向に直交する断面形状が同一の楕円形として、繰り返し応力に対し機械的強度(耐圧強度)を高くすることが開示されている。この希釈容器は、上流側と下流側を仕切る仕切板が略鉛直方向に、楕円の上部を切り欠いた形状の仕切板が略鉛直に設けられ、これによって、上部が連通ガス路として連通している上流室と下流室が形成されている。そして、上流室では、希釈容器の軸心より若干下方にアノードオフガス導入管の先端を上方に向けて開口させ、また、希釈容器の内底部で希釈ガス管の希釈ガス放出口を上方に向けて開口させており、これにより、アノードオフガスは仕切板に衝突し、希釈ガスと混合しながら、上方の連通ガス路を通り下流室に流れ、希釈容器内のガスの滞留時間を稼ぐことができることが述べられている。また、下流室では、混合ガスが希釈ガス管の混合ガス排気孔から外部に排出され、アノードオフガスに含まれる液体は、仕切板及び希釈容器の内壁を伝って、希釈容器の底部に集められ外部に排出されることが述べられている。 For example, in Patent Document 1, as a dilution container as an exhaust gas treatment device for a fuel cell, an elliptical shape whose axial center is substantially horizontal and whose cross-sectional shape orthogonal to the axial direction is the same over the entire length in the axial direction. As a form, it is disclosed to increase the mechanical strength (pressure strength) against repeated stress. In this dilution container, a partition plate that partitions the upstream side and the downstream side is provided in a substantially vertical direction, and a partition plate having a shape in which the upper part of the ellipse is cut out is provided substantially vertically, whereby the upper part communicates as a communication gas path. An upstream chamber and a downstream chamber are formed. In the upstream chamber, the tip of the anode off gas introduction pipe is opened upward slightly below the axis of the dilution container, and the dilution gas discharge port of the dilution gas pipe is directed upward at the inner bottom of the dilution container. As a result, the anode off-gas collides with the partition plate and flows into the downstream chamber through the upper communication gas path while mixing with the dilution gas, thereby increasing the residence time of the gas in the dilution container. It is stated. In the downstream chamber, the mixed gas is discharged to the outside through the mixed gas exhaust hole of the dilution gas pipe, and the liquid contained in the anode off gas is collected on the bottom of the dilution container through the partition plate and the inner wall of the dilution container. Is said to be discharged.
上記のように、従来技術では、排出ガス処理装置として、排出ガスの希釈とともに、排出ガスに含まれる液体も排出される希釈器が述べられている。ところで、車両が氷点下の外気中に置かれたままのときには、排出ガスに含まれ、希釈器の底部に集められる液体が凍結することが生じる。この場合、液体の凍結によって排出ガスの経路が閉塞され、圧損増加や性能不良等の不具合が生じることがある。 As described above, in the prior art, as an exhaust gas treatment device, a diluter that discharges liquid contained in exhaust gas as well as dilution of exhaust gas is described. By the way, when the vehicle is left in the outside air below the freezing point, the liquid contained in the exhaust gas and collected at the bottom of the diluter may freeze. In this case, the path of the exhaust gas is blocked by the freezing of the liquid, which may cause problems such as increased pressure loss and poor performance.
本発明の目的は、低温下においてもその性能を十分に発揮することが可能な排ガス用希釈器を提供することである。 An object of the present invention is to provide an exhaust gas diluter that can sufficiently exhibit its performance even at low temperatures.
本発明に係る排ガス用希釈器は、軸心を水平方向に配置され筒状形状を有し密閉された希釈容器と、希釈容器の筒状の一方側端面から内部に挿入され、燃料電池の使用済み燃料ガスを含む排ガスを導入する管であって、希釈容器の一方側端面に外周が気密に固定される排ガス導入管と、排ガスを希釈する希釈用ガスを導入する管であって、希釈容器の筒状の一方側端面から他方側端面に貫通して挿入され、希釈容器の内部において、希釈用ガスを放出する放出穴と、排ガスと希釈用ガスとの混合ガスを外部に向けて吸出する吸出穴とが設けられ、希釈容器の一方側端面と他方側端面において外周が気密に固定される希釈用ガス導入管と、希釈容器の内部において、希釈用ガス導入管と排ガス導入管との間を接続して設けられる伝熱管であって、一方端が希釈用ガス導入管の放出穴に接続して放出穴から希釈用ガスを管の中に導入し、他方端が排ガス導入管の外周部に接続し、かつ排ガス導入管の外周部に希釈用ガスを吹き出す伝熱管と、希釈容器の外周を覆う外周断熱材と、希釈容器の一方側端面を覆う一方側端面断熱材と、希釈容器の他方側端面を覆う他方側端面断熱材と、を備えることを特徴とする。 The exhaust gas diluter according to the present invention includes a dilution vessel that is arranged in a horizontal direction with an axial center and sealed in a cylindrical shape, and a fuel cell that is inserted into the dilution vessel from one end face of the cylindrical shape. A pipe for introducing exhaust gas containing spent fuel gas, an exhaust gas introduction pipe whose outer periphery is airtightly fixed to one end face of the dilution container, and a pipe for introducing a dilution gas for diluting the exhaust gas. Is inserted through the other end surface from the one end surface of the tube, and discharges the dilution gas in the dilution container and the mixed gas of the exhaust gas and the dilution gas to the outside. A dilution gas introduction pipe provided with a suction hole and whose outer periphery is fixed in an airtight manner at one end face and the other end face of the dilution container, and between the dilution gas introduction pipe and the exhaust gas introduction pipe inside the dilution container A heat transfer tube provided by connecting One end is connected to the discharge hole of the dilution gas introduction pipe, the dilution gas is introduced into the pipe from the discharge hole, the other end is connected to the outer periphery of the exhaust gas introduction pipe, and A heat transfer tube that blows out the dilution gas, an outer peripheral heat insulating material that covers the outer periphery of the dilution container, a one side end surface heat insulating material that covers one side end surface of the dilution container, and the other side end surface heat insulating material that covers the other side end surface of the dilution container, It is characterized by providing.
また、本発明に係る排ガス用希釈器において、排ガス導入管は、希釈容器の一方側端面の外側で、燃料電池側の配管と接続するためのフランジ付き接続ポートを有し、一方側端面断熱材は、弾性を有する材料で構成され、フランジ付き接続ポートのフランジ部分を通すために一時的に開き、フランジ部分を通した後は排ガス導入管の外周に密着するように復元する通しスリットを有することが好ましい。 Further, in the exhaust gas diluter according to the present invention, the exhaust gas introduction pipe has a connection port with a flange for connecting to a pipe on the fuel cell side outside the one end face of the dilution container, and one end face heat insulating material Is made of an elastic material, and has a through slit that opens temporarily to pass through the flange part of the flanged connection port and restores it to adhere to the outer periphery of the exhaust gas introduction pipe after passing through the flange part. Is preferred.
また、本発明に係る排ガス用希釈器において、一方側端面断熱材は、フランジ付き接続ポートのフランジ部分を埋め込む埋め込み穴部を有することが好ましい。 Further, in the exhaust gas diluter according to the present invention, it is preferable that the one-side end surface heat insulating material has an embedded hole portion for embedding the flange portion of the flanged connection port.
また、本発明に係る排ガス用希釈器において、さらに、希釈用ガス導入管と排ガス導入管との間を接続して設けられる第2伝熱部材を備えることが好ましい。 Further, in the exhaust gas dilution device according to the present invention, furthermore, it is preferable to provide the second heat transfer member provided to connect between the dilution gas introduction pipe and gas inlet tube.
また、本発明に係る排ガス用希釈器において、希釈容器は、内部空間を軸方向に沿って複数の区分室に仕切る複数の仕切部材であって、隣接する区分室を連通するための連通窓が、一方側端面から他方側端面に行くにつれて、軸心側から次第に外周側に配置される複数の仕切り部材を有することが好ましい。 Further, in the exhaust gas dilution device according to the present invention, dilution vessel, a plurality of partition members for partitioning the plurality of compartments along an inner space in the axial direction, communication windows for communicating the compartment adjacent However, it is preferable to have a plurality of partition members arranged gradually from the axial center side to the outer peripheral side as going from the one side end surface to the other side end surface.
上記構成により、希釈容器の内部において、希釈用ガス導入管と排ガス導入管との間を接続し、一方端が希釈用ガス導入管の放出穴に接続して放出穴から希釈用ガスを管の中に導入し、他方端が排ガス導入管の外周部に接続し、かつ排ガス導入管の外周部に希釈用ガスを吹き出す伝熱管が設けられる。これにより、希釈用ガスの熱と希釈用ガス導入管の熱を排ガス導入管に与えることができ、排気ガス導入管の凍結閉塞を効果的に防止できる。また、排ガス用希釈器は、排ガス導入管と希釈用ガス導入管とが設けられる希釈容器の外周と、一方側端面と、他方側端面とが断熱材でそれぞれ覆われる。これにより、外気温が下がっても希釈容器の内部は保護されて液体の凍結等を防止でき、低温下においても希釈器としての性能を十分に発揮することが可能となる。 More above configuration, in the interior of the dilution vessel, and connects the diluent gas introducing pipe and the exhaust gas inlet pipe, whereas the end of the diluent gas from the discharge hole connected to the discharge hole of the dilution gas introduction pipe A heat transfer tube is provided which is introduced into the tube, has the other end connected to the outer periphery of the exhaust gas introduction tube, and blows dilution gas to the outer periphery of the exhaust gas introduction tube. Thereby, the heat of the dilution gas and the heat of the dilution gas introduction pipe can be applied to the exhaust gas introduction pipe, and the freezing and clogging of the exhaust gas introduction pipe can be effectively prevented. In the exhaust gas diluter, the outer periphery, one end surface, and the other end surface of the dilution container provided with the exhaust gas introduction tube and the dilution gas introduction tube are respectively covered with a heat insulating material. Thus, the interior of the dilution container even outside temperature I is lower protected prevents freezing or the like of the liquid, it is possible also to sufficiently exhibit the performance of the dilution device at a low temperature.
また、排ガス導入管がフランジ付き接続ポートを有する場合でも、一方側端面断熱材は、弾性を有する材料で構成され、フランジ付き接続ポートのフランジ部分を通すために一時的に開き、フランジ部分を通した後は排ガス導入管の外周に密着するように復元する通しスリットを有するので、フランジ付き接続ポートの回りもしっかり断熱材で覆うことができる。 Further, even when the exhaust gas introduction pipe has a flanged connection port, the one-side end surface heat insulating material is made of an elastic material, and temporarily opens to pass the flange portion of the flanged connection port, and passes through the flange portion. After that, since the through slit is restored so as to be in close contact with the outer periphery of the exhaust gas introduction pipe, the periphery of the connection port with the flange can be firmly covered with the heat insulating material.
また、一方側端面断熱材は、フランジ付き接続ポートのフランジ部分を埋め込む埋め込み穴部を有するので、フランジ付き接続ポートの部分も外気温から保護される。 Moreover, since the one-side end surface heat insulating material has the embedded hole part which embeds the flange part of the connection port with a flange, the part of the connection port with a flange is also protected from external temperature.
また、排ガス用希釈器は、さらに、希釈用ガス導入管と排ガス導入管との間を接続する第2伝熱部材が設けられる。これにより、さらに、希釈用ガス導入管の熱を排ガス導入管に与えることができ、排気ガス導入管の凍結閉塞をより効果的に防止できる。 Further, diluter material discharge gas further second heat transfer member which connects between the dilution gas introduction pipe and the exhaust gas inlet pipe is provided. Thus, further heat the diluent gas introducing pipe can be given to the exhaust gas inlet pipe can be more effectively prevent freezing clogging of the exhaust gas introduction pipe.
また、排ガス用希釈器は、排ガス導入管と希釈用ガス導入管とが設けられる希釈容器内において、複数の仕切部材によって、内部空間が軸方向に沿って複数の区分室に仕切られ、隣接する区分室を連通するための連通窓が、一方側端面から他方側端面に行くにつれて、軸心側から次第に外周側に配置される。これにより、排ガスと希釈用ガスとが、希釈容器の一方側端面の方から他方側端面の方に流れる際に、最初は希釈容器の軸心側を流れ、次第に外周側に移るので、排ガス導入管等を効果的に暖めあるいは保温しながら、ガス拡散の時間を長くでき、効果的に希釈を行うことができる。
Further, diluter material discharge gas, at a dilution vessel with the exhaust gas inlet pipe and a dilution gas introduction pipe is provided by a plurality of partition members, the internal space is partitioned into a plurality of compartments along the axial direction, adjacent A communication window for communicating the compartments to be arranged is gradually arranged from the axial side toward the outer peripheral side as going from the one side end surface to the other side end surface. As a result, when the exhaust gas and the dilution gas flow from the one end surface of the dilution container toward the other end surface, the exhaust gas first flows on the axial center side of the dilution container and gradually moves to the outer peripheral side. While effectively warming or keeping the tube or the like, the gas diffusion time can be lengthened and the dilution can be performed effectively.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、排ガス用希釈器として、燃料電池の使用済みガスを排気するためのものを説明するが、これ以外でも、他の排気ガスを希釈するものであって、低温時に凍結閉塞する可能性のある希釈器であってもよい。また、以下で説明する形状、材質等は説明のための一例であって、用途目的、仕様等にあわせ、適宜変更することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, an exhaust gas diluter for exhausting spent gas of a fuel cell will be described. However, other exhaust gases may be used to dilute other exhaust gases and may freeze and block at low temperatures. It may be a diluter. The shape, material, and the like described below are examples for explanation, and can be appropriately changed according to the purpose of use, specifications, and the like.
図1は、燃料電池の使用済みガスを希釈して排気するための排ガス用希釈器20の斜視図である。排ガス用希釈器20は、希釈容器40等の周囲が断熱材で覆われている構造を有し、図1においては、希釈容器40等は、断熱材の中に配置されているので、目視で見えるようには全体が現れていない。図2は、断熱材の部分のみを抜き出して示す図である。図3、図4は、排ガス用希釈器20の断面図である。図3は、正面から見た断面図、図4は、上面から見た断面図である。これらの図を用いて、排ガス用希釈器20の構成を説明する。
FIG. 1 is a perspective view of an exhaust gas diluter 20 for diluting and exhausting spent gas of a fuel cell. The
なお、これらの図において、排ガス用希釈器20の構成要素ではないが、燃料電池の使用済みガスである燃料ガス4、酸化ガス6、希釈後の混合ガス7、ガスに含まれる水分が凝縮した凝縮水8、水燃料電池側からの燃料ガス排気管10、燃料ガス排気管10のフランジ12、フランジ12と排ガス用希釈器20の排ガス導入管50のフランジ52とを締結するための締結具13、酸化ガス排気管14、酸化ガス排気管14と排ガス用希釈器20の希釈用ガス導入管60とを接続する接続チューブ18、混合ガス7を外部に排出する排出管16と希釈用ガス導入管60とを接続する接続チューブ19が示されている。ここで、燃料ガスは、例えば水素ガスであり、使用済み燃料ガスが排気されるべき排ガスに相当し、酸化ガスは、例えば圧縮空気であり、使用済み酸化ガスは、使用済み燃料ガスを希釈する希釈用ガスに相当する。
In these drawings, although not a constituent element of the exhaust gas diluter 20, the fuel gas 4, the oxidizing gas 6, the mixed
排ガス用希釈器20の本体部は、図3、図4で示されるように、希釈容器40と、希釈容器40の内部に挿入される排ガス導入管50と、希釈容器40を貫通して設けられる希釈用ガス導入管60とを含んで構成される。そして、排ガス用希釈器20は、図1に示されるように、希釈容器40を含む本体部が複数の断熱材で覆われたものとして構成される。
As shown in FIGS. 3 and 4, the main body of the
希釈容器40は、軸心を水平方向に配置され筒状形状を有し密閉された容器である。図3、図4に示されるように、希釈容器40の正面図における高さは、上面図における幅よりも小さい。すなわち、希釈容器40は、軸方向に垂直な面における断面が楕円形状である筒状の密閉容器である。筒状容器の強度からいえば、断面が円形形状のものがよいが、断面を楕円形状とする理由は、高さ方向にあまり余裕がない場合の搭載性が優れているからである。例えば、車両に搭載される燃料電池のための排ガス用希釈器は、高さ方向にあまり余裕のない車両床下等に設けられる場合があり、このようなときには、高さ方向に扁平な楕円形状断面の筒状容器が搭載性がよい。
The
かかる希釈容器40は、適当な強度のある材料を所定の形状に成形したものを用いることができる。例えば、ステンレス鋼板またはアルミニウム板等の金属板を楕円形状に曲げて筒部を形成し、その両側の開口部を平面形状が楕円である板材で封止したものを用いることができる。各部材の接続部は、例えばアーク溶接等で、しっかり気密に封止される。希釈容器40の寸法の一例を上げると、板厚が約1mmから数mm程度、楕円形状の長軸が約400mm程度、短軸が約300mm程度、軸方向に沿った長さが約500mm程度である。
As the
排ガス導入管50は、排ガスである燃料電池の使用済み燃料ガス4を希釈容器40の内部に導入する機能を有する管である。排ガス導入管50は、希釈容器40の筒状の一方側端面42の軸心の位置から希釈容器40の軸心に沿って内部に挿入される細い管で、希釈容器40の一方側端面42に対し、外周がアーク溶接等で気密に固定される。
The exhaust
排ガス導入管50の一方端は、希釈容器40の外側に突き出し、フランジ52(図3参照)を有する。このフランジ52は、燃料電池側の燃料ガス排気管10のフランジ12と締結具13(図4参照)によって気密に接続される。このように、フランジ52は、燃料ガス排気管10と接続される部分であるので、接続ポートと呼ぶことができる。また、排ガス導入管50の他方端は、希釈容器40の内側に突き出し、その先端は、斜めに切り落とされた形状をしており、導入された使用済み燃料ガスを、希釈容器40の中央部から底部の方に向かって噴出させる噴出口54となっている。かかる排ガス導入管50は、例えば、希釈容器40の材質と同じ材質の金属パイプにフランジ52を溶接等で接続させたものを用いることができる。金属パイプの径の一例は、外径が約10mmから15mm程度、肉厚が約1mmから2mm程度である。フランジ52の大きさは、複数個の締結具13を配置できるものとされる。
One end of the exhaust
希釈用ガス導入管60は、排ガス導入管50によって希釈容器40に導入された使用済み燃料ガス4を希釈する希釈用ガスである酸化ガス6を希釈容器40内に導入する機能と、使用済み燃料ガス4と酸化ガス6とが混合されて燃料ガス4が希釈された混合ガス7を希釈容器40内から吸出して外部に排出する機能とを有する管である。希釈用ガス導入管60は、希釈容器40の筒状の一方側端面42の底部側の位置から希釈容器40の軸心に平行な方向に沿って、他方側端面44に向かって貫通して挿入される。
The dilution
希釈用ガス導入管60は、希釈容器40の内部において、酸化ガス6を放出する放出穴62と、使用済み燃料ガス4と酸化ガス6との混合ガス7を外部に向けて吸出する吸出穴64とが設けられる。放出穴62と吸出穴64は、その開口が上方、すなわち、排ガス導入管50の方を向くように希釈用ガス導入管60の管壁に設けられる。また、使用済み燃料ガス4、酸化ガス6、混合ガス7に含まれる水分が凝縮して凝縮水8となったものを排出するための排水穴66が設けられる。排水穴66は、その開口が希釈容器40の底部を向くように希釈用ガス導入管60の管壁に設けられる。なお、希釈容器40の底に向けて排出された凝縮水8は、図示されていないドレイン穴から希釈容器40の外部に排出される。放出穴62、吸出穴64、排水穴66は、酸化ガス6が流れる方向に沿って、この順番に配置される。すなわち、酸化ガス6の導入側から放出穴62、吸出穴64、排水穴66の順に配置され、混合ガス7の排出側に向かう。なお、吸出穴64の配置位置によっては、排水穴66と吸出穴64の配置順序を逆にすることもできる。
The dilution
希釈用ガス導入管60の一方端は、希釈容器40の一方側端面42の外側に突き出し、他方端は、希釈容器40の他方側端面44の外側に突き出す。そして、その外周が、希釈容器40の一方側端面42、他方側端面44において、アーク溶接等で気密に固定される。そして、一方端は、接続チューブ18を介して、燃料電池側の酸化ガス排気管14に気密に接続され、他方端も接続チューブ19を介して排出管16に接続される。接続チューブ18,19は、例えば、適当な弾性と可撓性を有するゴムチューブ、ゴムホース等を用いることができる。かかる希釈用ガス導入管60は、例えば、希釈容器40の材質と同じ材質の金属パイプを用いることができる。金属パイプの径の一例は、外径が約30mmから約50mm程度、肉厚が約1mmから数mm程度である。
One end of the dilution
上記で説明した構成の希釈容器40の作用は次のようである。すなわち、燃料電池側から燃料ガス排気管10によって排出される使用済み燃料ガス4を排ガス導入管50によって希釈容器40の内部に導入すると共に、燃料電池側から酸化ガス排気管14によって送り込まれる酸化ガス6を希釈用ガス導入管60によって希釈容器40の内部に導き、放出穴62から希釈容器40の内部に放出することができる。そして、排ガス導入管50によって導入された使用済み燃料ガス4を、放出穴62から放出された酸化ガス6によって混合して希釈して混合ガス7とし、再び希釈用ガス導入管60の吸出穴64に吸い込んで、希釈用ガス導入管60の内部でも酸化ガス6と混合して希釈容器40の外側に搬出する。そして、排出管16を経て、希釈された混合ガス7を外部に排出することができる。
The operation of the
このように、排ガス導入管50と希釈用ガス導入管60とを備える希釈容器40を用いることで、排ガスである使用済み燃料ガス4を希釈用ガスである酸化ガス6で希釈して外部に排出することができる。しかし、この構成のみでは、例えば、−20℃等の氷点下の環境に希釈容器40が置かれたとき、水分、凝縮水等が凍結し、ガス流路等を閉塞することが生じる。例えば、使用済み燃料ガス4に含まれる水分が凝縮し凍結し、細い排ガス導入管50を閉塞することが生じる。また、希釈用ガス導入管60から排水された凝縮水8が凍結し、排水穴66を閉塞し、さらに、希釈用ガス導入管60内で水分が凝縮し凍結し、希釈用ガス導入管60自身を閉塞することが生じる。ガス流路の閉塞が生じると、排ガス用希釈器20の希釈性能が低下する。以下に、このような低温下における希釈性能の低下を防止するための構成を説明する。なお、以下では図1から図4における符号を用いて説明する。
In this way, by using the
低温下における希釈性能の低下を防止するための構成の1つは、効果的な断熱材の使用である。そのために、排ガス用希釈器20は、希釈容器40の周囲がすべて断熱材で覆われる。図1、図2に示されるように、断熱材は、希釈容器40の筒部の外周を覆う外周断熱材22と、希釈容器40の一方側端面を覆う一方側端面断熱材24と、希釈容器40の他方側端面を覆う他方側端面断熱材26を含んで構成される。
One configuration for preventing a decrease in dilution performance at low temperatures is the use of effective insulation. Therefore, the
外周断熱材22は、希釈容器40の楕円状外周を覆い、その部分において希釈容器40からの熱の外部放散を抑制し、また、その部分において外気の温度が希釈容器40に伝わることを抑制する機能を有する部材である。外周断熱材22は、内周が希釈容器40の筒部の楕円外周形状に対応する形状を有し、両端が開口する筒状の断熱部材である。
The peripheral
外周断熱材22は、適当な断熱材料を筒状に一体成形したものを用いてもよく、あるいは、平板状で可撓性あるいは変形性のある断熱材を希釈容器40の筒状外周に隙間なく巻き付けるものとしてもよい。例えば、エチレンプロピレンゴム(EPM)あるいはEPMに第3成分であるジエン成分を少量加えたエチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)等の発泡プラスチックゴムを筒状に成形したものを用いることができる。あるいは、ガラス繊維、不織布等の断熱材、たとえばシンサレート(住友3M社の商品名)を希釈容器40の外周に隙間なく巻き付け、例えば金属バンド等の適当な締結具で固定したものを用いることができる。
The outer peripheral
一方側端面断熱材24と、他方側端面断熱材26は、希釈容器40の両側面を覆い、その部分において希釈容器40からの熱の外部放散を抑制し、また、その部分において外気の温度が希釈容器40に伝わることを抑制する機能を有する部材である。一方側端面断熱材24と、他方側端面断熱材26は、外周断熱材22の両端の開口を塞ぎ、希釈容器40の両端面を覆うように、希釈容器の楕円断面形状よりも外周断熱材22の肉厚分に相当するだけ外側に拡張した楕円形状を有する平板状断熱部材である。
The one-side end surface
一方側端面断熱材24と、他方側端面断熱材26は、希釈用ガス導入管60に対応する貫通穴30,32を有する。また、一方側端面断熱材24には、排ガス導入管50に対応する貫通穴34と、排ガス導入管50のフランジ52を埋め込むような凹部36とが設けられる。つまり、凹部36は、フランジ52を断熱材の中に埋め込む埋め込み穴として機能する。図2には、凹部36は、一方側端面断熱材24の外部側端面に開口を有するくぼみとして示されているが、排ガス導入管50におけるフランジ52の配置によっては、一方側端面断熱材24の外部側端面に開口を有するくぼみとして凹部を設けるものとしてもよい。
The one-side end surface
また、一方側端面断熱材24には、希釈容器40に溶接等で一体化されていて排ガス導入管50より外形の大きなフランジ52を通すために一時的に開き、フランジ52を通した後は排ガス導入管50の外周に密着するように復元する通しスリット38が設けられる。通しスリット38は、貫通穴34、凹部36の中心を通る切れ目であるが、その長さは、一方側端面断熱材24の外周には達しない。つまり、一方側端面断熱材24は、フランジ52を通すために二体に分割されることなく、一体のままである。
Further, the one-side end surface
このように、貫通穴30,32,34、凹部36、通しスリット38を設けることで、希釈用ガス導入管60、フランジ52を有する排ガス導入管を有する複雑な外形の希釈容器40の両端面に、一方側端面断熱材24と、他方側端面断熱材26とを、隙間なく配置することができる。
Thus, by providing the through
低温下における希釈性能の低下を防止するための次の構成は、凍結閉塞しやすい排ガス導入管50に熱を与える構造の採用である。電解質膜を介し、燃料ガスと酸化ガスとの電池化学反応を用いて発電する燃料電池においては、使用済み燃料ガスは再び未使用の燃料ガスと混合されて再使用されることが多い。そして、再使用が繰り返されることで不純物の割合が一定限度を越すと、排ガスとして排ガス用希釈器20に送られてくる。したがって、排ガスとしての使用済み燃料ガス4は、常に流れているわけではなく、断続的に流れる。これに対し、使用済みの酸化ガス6は、燃料電池の運転中、常に排出される。したがって、一般的に排ガス導入管50は、希釈用ガス導入管60に比べ細く設定される。また、断続的にしか使用済み燃料ガス4が流されないため、低温下では、常に酸化ガスが流されている太い管である希釈用ガス導入管60に比べ、排ガス導入管50は冷えやすく、管の中の残留水分による凍結閉塞が生じやすい。
The next configuration for preventing a decrease in dilution performance at a low temperature is the use of a structure that applies heat to the exhaust
このように凍結閉塞しやすい排ガス導入管50に熱を与える構造として、希釈用ガス導入管60と排ガス導入管50との間を熱的に接続する伝熱部材が設けられる。すなわち、希釈用ガス導入管60の放出穴62にパイプ80が接続され、そのパイプ80は上方に延びて、排ガス導入管50の外周壁に接続される。これにより、排ガス導入管50に対し冷えにくく、高い温度にある希釈用ガス導入管60から、パイプ80を経由して熱を排ガス導入管50に与えることができる。パイプ80は、希釈用ガス導入管60と同じ材質の金属材料等で構成することができる。もちろん、他の熱伝導性のよい材料でパイプ80を構成するものとしてもよい。パイプ80は、希釈用ガス導入管60及び排ガス導入管50に、アーク溶接等で、熱的に接続されるように固定される。
As a structure for applying heat to the exhaust
また、パイプ80とは別に、希釈用ガス導入管60と排ガス導入管50との間に、金属材料等の熱伝導性のよい材質で構成される柱部材82が設けられる。柱部材82も、希釈用ガス導入管60及び排ガス導入管50に、アーク溶接等で、熱的に接続されるように固定される。このように、パイプ80及び柱部材82は、希釈用ガス導入管60と排ガス導入管50との間を熱的に接続する伝熱部材である。なお、パイプ80、柱部材82の一方のみを設けるものとしてもよく、また、さらに他の伝熱部材を設けるものとしてもよい。
In addition to the
また、放出穴62及びパイプ80の内径を十分大きくすることで、パイプ80の開口径を排ガス導入管50の外径より大きくでき、これにより、放出穴62からの酸化ガス6をパイプ80に案内させながら直接排ガス導入管50の外壁に吹き付けることができる。そして、放出穴62を希釈用ガス導入管60から上方に、ちょうど排ガス導入管50の真下に開口が来るように設けることで、酸化ガス6を、放出穴62の真上の排ガス導入管50に向けて吹き付けることができる。さらにパイプ80によって、この噴出酸化ガス6を案内することで、希釈用ガス導入管60から酸化ガス6を排ガス導入管50に対し最短距離で吹き付けることができる。
Further, by sufficiently increasing the inner diameters of the
また、希釈用ガス導入管60における放出穴62は、希釈容器40の内部において、できるだけ一方側端面42に近い位置、つまり、希釈用ガス導入管60が希釈容器40の内部に入ったところに近づけて設けることが好ましい。このように放出穴62を配置することで、酸化ガスを最も高い温度の状態で、排ガス導入管50に吹き付けることができる。
Further, the
低温下における希釈性能の低下を防止するための次の構成は、希釈容器40内のガスの流し方によって、凍結閉塞しやすい排ガス導入管50を含め希釈容器40を効果的に暖めあるいは保温できる構造の採用である。このために、図4に示されるように、希釈容器40には、内部空間を軸方向に沿って複数の区分室に仕切る複数の仕切部材90が設けられる。そして、隣接する区分室を連通するための連通窓92が、一方側端面42から他方側端面44に行くにつれて、軸心側から次第に外周側に配置される。
The following configuration for preventing a decrease in dilution performance at a low temperature is a structure that can effectively warm or keep the
複数の仕切部材90と複数の連通窓92をこのように配置することで、放出穴62に接続されるパイプ80から流れ出る希釈用ガスである酸化ガス6を、図4に示される蛇行経路94のように流すことができる。すなわち、パイプ80から流れ出た酸化ガス6は、最初は、希釈容器40の軸心の近くを蛇行する。これにより、温かい酸化ガス6によって、排ガス導入管50の周囲を暖め、あるいは温度が下らないように保温することができる。そして、希釈容器40の他方側端面44に向かって流れるに従い、次第に希釈容器40の外周側に近づいて蛇行する。これにより、希釈用ガスである酸化ガス6と排ガスである燃料ガス4とが混合される流路長さを長くして、混合のためのガス拡散の時間を長くでき、効果的に希釈を行うことができる。
By arranging the plurality of
4 燃料ガス、6 酸化ガス、7 混合ガス、8 凝縮水、10 燃料ガス排気管、12,52 フランジ、13 締結具、14 酸化ガス排気管、16 排出管、18,19 接続チューブ、20 排ガス用希釈器、22 外周断熱材、24 一方側端面断熱材、26 他方側端面断熱材、30,32,34 貫通穴、36 凹部、38 通しスリット、40 希釈容器、42 一方側端面、44 他方側端面、50 排ガス導入管、54 噴出口、60 希釈用ガス導入管、62 放出穴、64 吸出穴、66 排水穴、80 パイプ、82 柱部材、90 仕切部材、92 連通窓、94 蛇行経路。
4 Fuel gas, 6 Oxidizing gas, 7 Mixed gas, 8 Condensed water, 10 Fuel gas exhaust pipe, 12, 52 Flange, 13 Fastener, 14 Oxidizing gas exhaust pipe, 16 Exhaust pipe, 18, 19 Connection tube, 20 For exhaust gas Diluter, 22 Outer peripheral heat insulating material, 24 One side end surface heat insulating material, 26 Other side end surface heat insulating material, 30, 32, 34 Through hole, 36 Recessed portion, 38 Through slit, 40 Dilution container, 42 One side end surface, 44 Other
Claims (5)
希釈容器の筒状の一方側端面から内部に挿入され、燃料電池の使用済み燃料ガスを含む排ガスを導入する管であって、希釈容器の一方側端面に外周が気密に固定される排ガス導入管と、
排ガスを希釈する希釈用ガスを導入する管であって、希釈容器の筒状の一方側端面から他方側端面に貫通して挿入され、希釈容器の内部において、希釈用ガスを放出する放出穴と、排ガスと希釈用ガスとの混合ガスを外部に向けて吸出する吸出穴とが設けられ、希釈容器の一方側端面と他方側端面において外周が気密に固定される希釈用ガス導入管と、
希釈容器の内部において、希釈用ガス導入管と排ガス導入管との間を接続して設けられる伝熱管であって、一方端が希釈用ガス導入管の放出穴に接続して放出穴から希釈用ガスを管の中に導入し、他方端が排ガス導入管の外周部に接続し、かつ排ガス導入管の外周部に希釈用ガスを吹き出す伝熱管と、
希釈容器の外周を覆う外周断熱材と、
希釈容器の一方側端面を覆う一方側端面断熱材と、
希釈容器の他方側端面を覆う他方側端面断熱材と、
を備えることを特徴とする排ガス用希釈器。 A diluting container which has a cylindrical shape and is sealed in a horizontal direction with an axial center;
A pipe for introducing exhaust gas containing spent fuel gas of a fuel cell, which is inserted from the cylindrical one end face of the dilution container, and whose outer periphery is fixed to the one end face of the dilution container in an airtight manner When,
A pipe for introducing a dilution gas for diluting the exhaust gas, which is inserted through the cylindrical end face of the dilution container from the one end face to the other end face, and discharge holes for releasing the dilution gas inside the dilution container; A dilution gas introduction pipe provided with a suction hole for sucking the mixed gas of the exhaust gas and the dilution gas toward the outside, the outer periphery of which is fixed airtightly at one end face and the other end face of the dilution container;
Inside the dilution container, it is a heat transfer pipe that is connected between the dilution gas introduction pipe and the exhaust gas introduction pipe, one end of which is connected to the discharge hole of the dilution gas introduction pipe and is used for dilution from the discharge hole A heat transfer pipe that introduces gas into the pipe, the other end is connected to the outer periphery of the exhaust gas introduction pipe, and blows dilution gas to the outer periphery of the exhaust gas introduction pipe;
An outer peripheral heat insulating material covering the outer periphery of the dilution container;
One side end surface heat insulating material covering one side end surface of the dilution container;
The other end surface heat insulating material covering the other end surface of the dilution container;
An exhaust gas diluter characterized by comprising:
排ガス導入管は、希釈容器の一方側端面の外側で、燃料電池側の配管と接続するためのフランジ付き接続ポートを有し、
一方側端面断熱材は、弾性を有する材料で構成され、フランジ付き接続ポートのフランジ部分を通すために一時的に開き、フランジ部分を通した後は排ガス導入管の外周に密着するように復元する通しスリットを有することを特徴とする排ガス用希釈器。 The exhaust gas diluter according to claim 1,
The exhaust gas introduction pipe has a connection port with a flange for connecting to the pipe on the fuel cell side outside the one end face of the dilution container,
The one-side end surface heat insulating material is made of an elastic material, and temporarily opens to pass the flange portion of the flanged connection port, and after passing through the flange portion, is restored to be in close contact with the outer periphery of the exhaust gas introduction pipe An exhaust gas diluter having a through slit.
一方側端面断熱材は、フランジ付き接続ポートのフランジ部分を埋め込む埋め込み穴部を有することを特徴とする排ガス用希釈器。 The exhaust gas diluter according to claim 2,
One side end surface heat insulating material has the embedding hole part which embeds the flange part of the connection port with a flange, The diluter for exhaust gas characterized by the above-mentioned.
さらに、希釈用ガス導入管と排ガス導入管との間を接続して設けられる第2伝熱部材を備えることを特徴とする排ガス用希釈器。 The exhaust gas diluter according to claim 1,
Furthermore, the exhaust gas dilution device, wherein Rukoto comprising a second heat transfer member provided to connect between the dilution gas introduction pipe and gas inlet tube.
希釈容器は、
内部空間を軸方向に沿って複数の区分室に仕切る複数の仕切部材であって、隣接する区分室を連通するための連通窓が、一方側端面から他方側端面に行くにつれて、軸心側から次第に外周側に配置される複数の仕切り部材を有することを特徴とする排ガス用希釈器。 The exhaust gas diluter according to claim 1,
The dilution container
A plurality of partition members for partitioning the internal space into a plurality of partition chambers along the axial direction, the communication window for communicating adjacent partition chambers from the one side end surface to the other side end surface from the axial center side gradually the exhaust gas dilution device according to claim Rukoto which having a plurality of partition members disposed on the outer peripheral side.
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