JP5444844B2 - FUEL CELL SYSTEM AND FUEL CELL SYSTEM EXHAUST CONTROL DEVICE - Google Patents

FUEL CELL SYSTEM AND FUEL CELL SYSTEM EXHAUST CONTROL DEVICE Download PDF

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Description

本発明は燃料電池システム及び燃料電池システムの排気制御装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and an exhaust control device for the fuel cell system.

従来の燃料電池システムとして、アノードオフガス又はカソードオフガスの少なくとも一方に乱流を発生させて混合するガス処理装置を備え、このガス処理装置に液体排出口を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。   A conventional fuel cell system includes a gas processing device that generates and mixes turbulent flow in at least one of an anode off-gas and a cathode off-gas, and is provided with a liquid discharge port (for example, Patent Document 1). reference).

特開２００５−１４２０９２号公報JP 2005-142092 A

しかしながら、前述した従来の燃料電池システムでは、カス処理装置にアノードオフガスを流入させる流入口の位置が液体排出口に近く、また流入口の位置がアノードオフガスの流れに沿って下流に位置すると、液体排出口から水度濃度の高い混合ガスが外気へ排出されてしまうという問題点があった。   However, in the above-described conventional fuel cell system, when the position of the inlet for allowing the anode off gas to flow into the waste treatment apparatus is close to the liquid outlet and the position of the inlet is located downstream along the flow of the anode off gas, There was a problem that a mixed gas having a high water concentration was discharged from the discharge port to the outside air.

本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、アノードオフガスをカソードオフガスに混合させて外気へ排出する場合に、水度濃度の高い混合ガスが外気へ排出されるのを抑制することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to such conventional problems. When the anode off gas is mixed with the cathode off gas and discharged to the outside air, the mixed gas having a high water concentration is discharged to the outside air. It aims at suppressing.

本発明は、以下のような解決手段によって前記課題を解決する。   The present invention solves the above problems by the following means.

本発明のある態様による燃料電池システムは、カソード電極に供給されたカソードガスとアノード電極に供給されたアノードガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池と、カソード電極から排出されたカソードオフガスが流れるカソードガス排出通路と、カソードガス排出通路に設けられた液水排出用の第１液水排出部と、第１液水排出部よりも下流のカソードガス排出通路に設けられた液水排出用の第２液水排出部と、カソードガス排出通路内にアノード電極から排出されたアノードオフガスを排出するアノードガス排出通路と、アノードガス排出通路の終端部に設けられて、カソードガス排出通路の下流側に向かって開口するアノードオフガス排出口と、を備える。そして、アノードオフガス排出通路は、第１液水排出部との間に隙間が生じるように第１液水排出部からカソードガス排出通路に挿入される。第１液水排出部との間の隙間は、その隙間がアノードオフガス排出口よりもカソードガス排出通路の下流側に生じないように、アノードオフガス排出口の反対側に形成される。 In a fuel cell system according to an aspect of the present invention , a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between a cathode gas supplied to a cathode electrode and an anode gas supplied to an anode electrode, and a cathode off gas discharged from the cathode electrode flow. A cathode gas discharge passage; a liquid water discharge portion provided in the cathode gas discharge passage; and a liquid water discharge portion provided in the cathode gas discharge passage downstream of the first liquid water discharge portion. and the second liquid water discharge portion, and an anode gas discharge passage for discharging the anode off gas discharged from the anode electrode to the mosquito Sodogasu discharge passage, provided at the end of the a Nodogasu discharge passage, downstream of the cathode gas discharge passage And an anode off-gas discharge port that opens toward . The anode off gas discharge passage is inserted into the cathode gas discharge passage from the first liquid water discharge portion so that a gap is formed between the anode off gas discharge passage and the first liquid water discharge portion. The gap between the first liquid water discharge portion is formed on the opposite side of the anode offgas discharge port so that the gap does not occur downstream of the anode offgas discharge port in the cathode gas discharge passage .

本発明によれば、カソードガス排出通路内にアノード電極から排出されたアノードオフガスを排出するアノードガス排出通路の終端部にアノードオフガス排出口を設け、そのアノードオフガス排出口をカソードガス排出通路の下流側に向かって開口させる。これにより、カソードガス排出通路に排出されたアノードオフガスは、第１液水排出部から遠ざかる方向に流れる。したがって、アノードガス排出口から最も近い位置にある第１液水排出部から水素濃度の高い混合ガスが排出されるのを抑制できる。 According to the present invention, the anode off gas exhaust port provided at the end portion of anode gas discharge passage for discharging the anode off gas discharged from the anode electrode to the mosquito Sodogasu discharge passage, downstream of the cathode gas discharge passage the anode off gas exhaust port Open toward the side. Thereby, the anode off gas discharged to the cathode gas discharge passage flows in a direction away from the first liquid water discharge portion. Therefore, it is possible to prevent the mixed gas having a high hydrogen concentration from being discharged from the first liquid water discharge portion located closest to the anode gas discharge port.

第１実施形態による燃料電池システムの概略図である。1 is a schematic view of a fuel cell system according to a first embodiment. 第１実施形態によるアノードガス排出通路の挿入部近傍のカソードガス排出通路の拡大図である。It is an enlarged view of the cathode gas discharge passage in the vicinity of the insertion portion of the anode gas discharge passage according to the first embodiment. 第２実施形態によるアノードガス排出通路の挿入部近傍のカソードガス排出通路の拡大図である。It is an enlarged view of the cathode gas discharge passage in the vicinity of the insertion portion of the anode gas discharge passage according to the second embodiment. 第３実施形態によるアノードガス排出通路の挿入部近傍のカソードガス排出通路の拡大図である。It is an enlarged view of the cathode gas discharge passage in the vicinity of the insertion portion of the anode gas discharge passage according to the third embodiment. 第４実施形態によるアノードガス排出通路の挿入部近傍のカソードガス排出通路の拡大図である。It is an enlarged view of the cathode gas discharge passage in the vicinity of the insertion portion of the anode gas discharge passage according to the fourth embodiment. 第５実施形態によるカソードオフガス流量制御について説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the cathode offgas flow control by 5th Embodiment. 第６実施形態による燃料電池システムの概略図である。It is the schematic of the fuel cell system by 6th Embodiment. 第６実施形態によるアノードオフガス流量制御について説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the anode offgas flow control by 6th Embodiment. 他の実施形態によるアノードガス排出通路の挿入部近傍のカソードガス排出通路の拡大図である。It is an enlarged view of the cathode gas discharge passage in the vicinity of the insertion portion of the anode gas discharge passage according to another embodiment.

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１実施形態）
燃料電池は電解質膜をアノード電極（燃料極）とカソード電極（酸化剤極）とによって挟み、アノード電極に水素を含有するアノードガス（燃料ガス）、カソード電極に酸素を含有するカソードガス（酸化剤ガス）を供給することによって発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は以下の通りである。 (First embodiment)
In a fuel cell, an electrolyte membrane is sandwiched between an anode electrode (fuel electrode) and a cathode electrode (oxidant electrode), an anode gas containing hydrogen in the anode electrode (fuel gas), and a cathode gas containing oxygen in the cathode electrode (oxidant) Electricity is generated by supplying gas. The electrode reaction that proceeds in both the anode electrode and the cathode electrode is as follows.

アノード電極 ： ２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ- …(１)
カソード電極 ： ４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋Ｏ2 →２Ｈ2Ｏ …(２)
この（１）（２）の電極反応によって燃料電池は１ボルト程度の起電力を生じる。 Anode electrode: 2H 2 → 4H + + 4e − (1)
Cathode electrode: 4H + + 4e − + O 2 → 2H 2 O (2)
The fuel cell generates an electromotive force of about 1 volt by the electrode reactions (1) and (2).

このような燃料電池を自動車用動力源として使用する場合には、要求される電力が大きいため、数百枚の燃料電池を積層した燃料電池スタックとして使用する。そして、燃料電池スタックにアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システムを構成して、車両駆動用の電力を取り出す。   When such a fuel cell is used as a power source for automobiles, a large amount of electric power is required, so that it is used as a fuel cell stack in which several hundred fuel cells are stacked. Then, a fuel cell system that supplies anode gas and cathode gas to the fuel cell stack is configured, and electric power for driving the vehicle is taken out.

図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池システム１の概略図である。   FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell system 1 according to a first embodiment of the present invention.

燃料電池システム１は、燃料電池スタック２と、アノードガス吸排機構３と、カソードガス吸排機構４と、電気負荷５と、電圧計６と、電流計７と、コントローラ８と、を備える。   The fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 2, an anode gas intake / exhaust mechanism 3, a cathode gas intake / exhaust mechanism 4, an electric load 5, a voltmeter 6, an ammeter 7, and a controller 8.

燃料電池スタック２は、積層された複数枚の燃料電池を含み、車両の駆動に必要な電力を発電する。燃料電池スタック２は、電力を取り出す端子としてアノード電極側出力端子２１と、カソード電極側出力端子２２と、を備える。   The fuel cell stack 2 includes a plurality of stacked fuel cells and generates electric power necessary for driving the vehicle. The fuel cell stack 2 includes an anode electrode side output terminal 21 and a cathode electrode side output terminal 22 as terminals for taking out electric power.

アノードガス吸排機構３は、燃料タンク３０と、アノードガス供給通路３１と、燃料調圧弁３２と、アノードガス排出通路３３と、アノードオフガス流量計３４と、を備える。   The anode gas intake / exhaust mechanism 3 includes a fuel tank 30, an anode gas supply passage 31, a fuel pressure regulating valve 32, an anode gas discharge passage 33, and an anode off gas flow meter 34.

燃料タンク３０は、燃料電池スタック２に供給するアノードガス（水素）を高圧状態で貯蔵する。   The fuel tank 30 stores the anode gas (hydrogen) supplied to the fuel cell stack 2 in a high pressure state.

アノードガス供給通路３１は、一端部が燃料タンク３０に接続され、他端部が燃料電池スタック２のアノードガス入口孔２３ａに接続される。   The anode gas supply passage 31 has one end connected to the fuel tank 30 and the other end connected to the anode gas inlet hole 23 a of the fuel cell stack 2.

燃料調圧弁３２は、燃料タンク３０の圧力を燃料電池スタック２に供給するのに適当な圧力に減圧する。   The fuel pressure regulating valve 32 reduces the pressure of the fuel tank 30 to a pressure suitable for supplying the fuel cell stack 2 to the fuel cell stack 2.

アノードガス排出通路３３は、一端部が燃料電池スタック２のアノードガス出口孔２３ｂに接続され、他端部がカソードガス排出通路４５に挿入される。本実施形態では、このようにアノードガス排出通路３３をカソードガス排出通路４５に挿入させて、アノードオフガスをカソードオフガスと混合させた上で外気に排出している。   One end of the anode gas discharge passage 33 is connected to the anode gas outlet hole 23 b of the fuel cell stack 2, and the other end is inserted into the cathode gas discharge passage 45. In the present embodiment, the anode gas discharge passage 33 is inserted into the cathode gas discharge passage 45 as described above, and the anode off gas is mixed with the cathode off gas and then discharged to the outside air.

アノードオフガス流量計３４は、アノードガス排出通路３３に設けられる。アノードオフガス流量計３４は、アノードガス排出通路３３のアノードオフガス流量を検出する。   The anode off gas flow meter 34 is provided in the anode gas discharge passage 33. The anode off gas flow meter 34 detects the anode off gas flow rate in the anode gas discharge passage 33.

カソードガス吸排機構４は、カソードガス供給通路４０と、カソードガス流量計４１と、コンプレッサ４２と、熱交換器４３と、加湿器４４と、カソードガス排出通路４５と、空気調圧弁４６と、マフラ４７と、を備える。   The cathode gas intake / exhaust mechanism 4 includes a cathode gas supply passage 40, a cathode gas flow meter 41, a compressor 42, a heat exchanger 43, a humidifier 44, a cathode gas discharge passage 45, an air pressure adjustment valve 46, a muffler 47.

カソードガス供給通路４０は、一端部が外気取り入れ口を形成し、他端部が燃料電池スタック２のカソードガス入口孔２４ａに接続される。   One end of the cathode gas supply passage 40 forms an outside air intake, and the other end is connected to the cathode gas inlet hole 24 a of the fuel cell stack 2.

カソードガス流量計４１は、カソードガス供給通路４０に設けられる。カソードガス流量計４１は、カソードガス供給通路４０のカソードガス流量を検出する。   The cathode gas flow meter 41 is provided in the cathode gas supply passage 40. The cathode gas flow meter 41 detects the cathode gas flow rate in the cathode gas supply passage 40.

コンプレッサ４２は、カソードガス流量計４１よりも下流側のカソードガス供給通路４０に設けられる。コンプレッサ４２は、外気から取り込んだ空気（カソードガス）を加圧して燃料電池スタック２に供給する。   The compressor 42 is provided in the cathode gas supply passage 40 on the downstream side of the cathode gas flow meter 41. The compressor 42 pressurizes air (cathode gas) taken from outside air and supplies the pressurized air to the fuel cell stack 2.

熱交換器４３は、コンプレッサ４２よりも下流側のカソードガス供給通路４０に設けられる。熱交換器４３は、コンプレッサ４２によって加圧された空気を冷却し、空気の温度を燃料電池の発電反応に適した温度に調節する。   The heat exchanger 43 is provided in the cathode gas supply passage 40 on the downstream side of the compressor 42. The heat exchanger 43 cools the air pressurized by the compressor 42 and adjusts the temperature of the air to a temperature suitable for the power generation reaction of the fuel cell.

加湿器４４は、加湿部４４１と除湿部４４２とを備える。   The humidifier 44 includes a humidifying unit 441 and a dehumidifying unit 442.

加湿部４４１は、熱交換器４３よりも下流側のカソードガス供給通路４０に設けられる。加湿部４４１は、コンプレッサ４２によって加圧された空気を加湿し、電解質膜の湿潤状態を発電に適した湿潤状態に維持する。   The humidifying unit 441 is provided in the cathode gas supply passage 40 on the downstream side of the heat exchanger 43. The humidifying unit 441 humidifies the air pressurized by the compressor 42 and maintains the wet state of the electrolyte membrane in a wet state suitable for power generation.

除湿部４４２は、カソードガス排出通路４５に設けられる。除湿部４４２は、燃料電池スタック２から排出されたカソードオフガスを除湿し、回収した水蒸気を加湿部４４１に供給する。   The dehumidifying part 442 is provided in the cathode gas discharge passage 45. The dehumidifying unit 442 dehumidifies the cathode offgas discharged from the fuel cell stack 2 and supplies the recovered water vapor to the humidifying unit 441.

カソードガス排出通路４５は、一端部が燃料電池スタック２のカソードガス出口孔２４ｂに接続され、他端部が排気口を形成する。   One end of the cathode gas discharge passage 45 is connected to the cathode gas outlet hole 24b of the fuel cell stack 2, and the other end forms an exhaust port.

空気調圧弁４６は、加湿器４４よりも下流側のカソードガス排出通路４５に設けられる。空気調圧弁４６は、カソードガス排出通路４５のカソードオフガス流量を調整する。   The air pressure adjustment valve 46 is provided in the cathode gas discharge passage 45 on the downstream side of the humidifier 44. The air pressure regulating valve 46 adjusts the cathode off-gas flow rate in the cathode gas discharge passage 45.

マフラ４７は、アノードガス排出通路３３の挿入部よりも下流側のカソードガス排出通路４５に設けられる。マフラ４７は、アノードガス排出通路挿入部の下流を流れるカソードオフガスとアノードオフガスとの混合ガス（以下「排ガス」という）の気流音を小さくする。   The muffler 47 is provided in the cathode gas discharge passage 45 on the downstream side of the insertion portion of the anode gas discharge passage 33. The muffler 47 reduces airflow noise of a mixed gas of cathode offgas and anode offgas (hereinafter referred to as “exhaust gas”) that flows downstream of the anode gas discharge passage insertion portion.

電気負荷５は、アノード電極側出力端子２１と、カソード電極側出力端子２２と、を電気的に導通する通電路５１に直列に設けられる。電気負荷５は、燃料電池スタック２で発電した電力を消費する。この電気負荷５には、リレースイッチ５２が直列に接続される。リレースイッチ５２は、コントローラ８によってオン・オフが制御され、リレースイッチ５２のオン時に燃料電池で発電した電力が電気負荷５で消費される。   The electrical load 5 is provided in series with an energization path 51 that electrically connects the anode electrode side output terminal 21 and the cathode electrode side output terminal 22. The electric load 5 consumes the electric power generated by the fuel cell stack 2. A relay switch 52 is connected to the electric load 5 in series. The relay switch 52 is turned on / off by the controller 8, and the electric power generated by the fuel cell is consumed by the electric load 5 when the relay switch 52 is turned on.

電圧計６は、電気負荷５に対して並列に接続される。電圧計６は、アノード電極側出力端子２１と、カソード電極側出力端子２２と、の間の電圧を検出する。   The voltmeter 6 is connected in parallel to the electric load 5. The voltmeter 6 detects a voltage between the anode electrode side output terminal 21 and the cathode electrode side output terminal 22.

電流計７は、電気負荷５に対して直列に接続される。電流計７は、通電路を５１流れる電流を検出する。   The ammeter 7 is connected in series with the electric load 5. The ammeter 7 detects a current flowing through the energization path 51.

コントローラ８は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ８には、前述したアノードオフガス流量計３４、カソードガス流量計４１、電圧計６及び電流計７などの他に、燃料電池スタック２の運転状態を検出する種々のセンサ類からの信号が入力される。コントローラ８は、これらの入力信号に基づいてコンプレッサ４２や空気調圧弁４６、燃料調圧弁３２などを制御する。   The controller 8 includes a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface). In addition to the aforementioned anode off-gas flow meter 34, cathode gas flow meter 41, voltmeter 6 and ammeter 7, the controller 8 receives signals from various sensors that detect the operating state of the fuel cell stack 2. Is done. The controller 8 controls the compressor 42, the air pressure regulating valve 46, the fuel pressure regulating valve 32, and the like based on these input signals.

図２は、アノードガス排出通路３３の挿入部近傍のカソードガス排出通路４５の拡大図である。図中のカソードガス排出通路４５の内部に記載された矢印は、カソードオフガスの主流の流れを示す。また、アノードガス排出通路３３の内部に記載された矢印は、カソードガス排出通路４５に排出されるアノードオフガスの流れを示す。   FIG. 2 is an enlarged view of the cathode gas discharge passage 45 in the vicinity of the insertion portion of the anode gas discharge passage 33. The arrow written inside the cathode gas discharge passage 45 in the figure indicates the main flow of the cathode off gas. An arrow written inside the anode gas discharge passage 33 indicates the flow of the anode off gas discharged to the cathode gas discharge passage 45.

図２に示すように、カソードガス排出通路４５は、鉛直方向に延びる第１通路４５１と、第１通路４５１から９０度湾曲した後に水平方向に延びる第２通路４５２と、を備える。   As shown in FIG. 2, the cathode gas discharge passage 45 includes a first passage 451 extending in the vertical direction and a second passage 452 extending in the horizontal direction after being bent 90 degrees from the first passage 451.

第２通路４５２の下面には、カソードオフガス中の水分が凝縮することによって生じた液水を通路内から排出する２つの水抜き孔４５３が設けられる。この水抜き孔４５３によって、液水に起因する通気抵抗（圧力損失）の増大を抑制している。   On the lower surface of the second passage 452, two drain holes 453 for discharging liquid water generated by condensation of moisture in the cathode off gas from the passage are provided. By this drain hole 453, an increase in ventilation resistance (pressure loss) due to liquid water is suppressed.

上流側の水抜き孔４５３ａは、凝縮水が溜まりやすい第２通路４５２の湾曲部４５２ａの中央部近傍に設けられる。この領域に水抜き孔４５３ａを設けることによって、重力によって第１通路４５１の壁面を落下してきた液水を効果的に通路内から排出することができる。下流側の水抜き孔４５３ｂは、上流側の水抜き孔４５３ａから所定の間隔を空けて、第２通路４５２の水平部４２ｂに設けられる。   The upstream drain hole 453a is provided in the vicinity of the central portion of the curved portion 452a of the second passage 452 where condensed water tends to accumulate. By providing the drain hole 453a in this region, the liquid water that has fallen on the wall surface of the first passage 451 due to gravity can be effectively discharged from the passage. The downstream drain hole 453b is provided in the horizontal portion 42b of the second passage 452 at a predetermined interval from the upstream drain hole 453a.

しかしながら、本実施形態のように、アノードオフガスをカソードオフガスに混合させて外気に排出する排気システムを採用する場合に、このような水抜き孔４５３を設けると以下のような問題点が生じる。   However, when an exhaust system that mixes the anode off-gas with the cathode off-gas and discharges it to the outside air as in the present embodiment is provided, the following problems arise when such a drain hole 453 is provided.

すなわち、アノードガス排出通路３３の挿入部から水抜き孔４５３までの間隔が短く、また挿入部が水抜き孔４５３の上流に位置すると、アノードガスとカソードガスとが十分に混合する前の、可燃限界以下まで水素濃度を下げられていない引火性の高い排ガス（以下「水素濃度の高い排ガス」という）が水抜き孔４５３から外気に流出するおそれがあるという問題点がある。     That is, if the interval from the insertion portion of the anode gas discharge passage 33 to the drain hole 453 is short and the insertion portion is located upstream of the drain hole 453, the combustible gas before the anode gas and the cathode gas are sufficiently mixed is obtained. There is a problem that exhaust gas with high flammability (hereinafter referred to as “exhaust gas with high hydrogen concentration”) whose hydrogen concentration has not been lowered below the limit may flow out from the drain hole 453 to the outside air.

そこで本実施形態では、以下のようにアノードガス排出通路３３をカソードガス排出通路４５に接続する。   Therefore, in the present embodiment, the anode gas discharge passage 33 is connected to the cathode gas discharge passage 45 as follows.

アノードガス排出通路３３は、２つの水抜き孔４５３の間であって、第２通路４５２の上面から垂直にカソードガス排出通路４５に挿入される。さらにアノードガス排出通路３３の先端には、アノードオフガスをカソードガス排出通路４５に排出する開口部３３ａが、カソードガス排出通路４５の下流側（図中右側）に設けられる。   The anode gas discharge passage 33 is inserted between the two drain holes 453 and vertically into the cathode gas discharge passage 45 from the upper surface of the second passage 452. Further, an opening 33 a for discharging the anode off gas to the cathode gas discharge passage 45 is provided at the tip of the anode gas discharge passage 33 on the downstream side (right side in the drawing) of the cathode gas discharge passage 45.

これにより、アノードオフガスは、カソードオフガスの主流に沿うようにカソードガス排出通路４５に排出される。つまり、カソードガス排出通路４５に排出されたアノードオフガスは、上流側の水抜き孔４５３ａから遠ざかる方向へ流れる。そのため、アノードガス排出通路３３の挿入部から上流側の水抜き孔４５３ａまでの間隔を短くしても、上流側の水抜き孔４５３ａから水素濃度の高い排ガスが流出するのを抑制できる。   As a result, the anode off gas is discharged to the cathode gas discharge passage 45 along the main flow of the cathode off gas. That is, the anode off gas discharged to the cathode gas discharge passage 45 flows in a direction away from the upstream drain hole 453a. Therefore, even if the interval from the insertion portion of the anode gas discharge passage 33 to the upstream drain hole 453a is shortened, it is possible to suppress the exhaust gas having a high hydrogen concentration from flowing out from the upstream drain hole 453a.

また、アノードガス排出通路３３は、下流側の水抜き孔４５３ｂよりも上流側の水抜き孔４５３ａに近い位置に配置される。アノードガス排出通路３３の挿入部から上流側の水抜き孔４５３ａまでの間隔を短くすることで、上流側の水抜き孔４５３ａから下流側の水抜き孔４５３ｂまでの間隔も短くすることができる。そのため、カソードガス排出通路４５の長さが長くなるのを抑制できるとともに、アノードガス排出通路３３の挿入部の配置場所の自由度が増す。これにより、排気システム全体の占有体積の増加を防ぐことができる。   Further, the anode gas discharge passage 33 is disposed at a position closer to the upstream drain hole 453a than the downstream drain hole 453b. By shortening the distance from the insertion portion of the anode gas discharge passage 33 to the upstream drain hole 453a, the distance from the upstream drain hole 453a to the downstream drain hole 453b can also be shortened. Therefore, it is possible to suppress the length of the cathode gas discharge passage 45 from being increased, and the degree of freedom in the arrangement position of the insertion portion of the anode gas discharge passage 33 is increased. Thereby, the increase in the occupation volume of the whole exhaust system can be prevented.

なお、ここで「間隔」とは水抜き穴４５３ａの中心位置からアノードオフガス開口部３３ａまでの距離、もしくは水抜き穴４５３ａの中心位置から水抜き孔４５３ｂまでの距離を指すものである。   Here, “interval” refers to the distance from the center position of the drain hole 453a to the anode off-gas opening 33a, or the distance from the center position of the drain hole 453a to the drain hole 453b.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本発明の第２実施形態は、カソードガス排出通路４５の壁面近傍にアノードガス排出通路３３の開口部３３ａを設けた点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that an opening 33 a of the anode gas discharge passage 33 is provided in the vicinity of the wall surface of the cathode gas discharge passage 45. Hereinafter, the difference will be described. In each of the following embodiments, the same reference numerals are used for portions that perform the same functions as those of the first embodiment described above, and repeated descriptions are omitted as appropriate.

図３は、本発明の第２実施形態によるアノードガス排出通路３３の挿入部近傍のカソードガス排出通路４５の拡大図である。図中のカソードガス排出通路４５の内部に記載された矢印は、カソードオフガスの主流の流れを示す。また、アノードガス排出通路３３の内部に記載された矢印は、カソードガス排出通路４５に排出されるアノードオフガスの流れを示す。   FIG. 3 is an enlarged view of the cathode gas discharge passage 45 in the vicinity of the insertion portion of the anode gas discharge passage 33 according to the second embodiment of the present invention. The arrow written inside the cathode gas discharge passage 45 in the figure indicates the main flow of the cathode off gas. An arrow written inside the anode gas discharge passage 33 indicates the flow of the anode off gas discharged to the cathode gas discharge passage 45.

図３に示すように、本実施形態では、アノードガス排出通路３３の開口部３３ａを、カソードガス排出通路４５の通路中心４５ａに対して上流側の水抜き孔４５３ａの反対側、かつ、カソードガス排出通路４５の壁面近傍に設ける。   As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the opening 33 a of the anode gas discharge passage 33 is formed on the opposite side of the drain hole 453 a upstream from the passage center 45 a of the cathode gas discharge passage 45 and the cathode gas. Provided in the vicinity of the wall surface of the discharge passage 45.

カソードガス排出通路４５を流れるカソードオフガスの流速は、カソードガス排出通路４５の壁面の摩擦の影響で、壁面から通路中心４５ａに向かうにつれて増大する。   The flow rate of the cathode off-gas flowing through the cathode gas discharge passage 45 increases due to the friction of the wall surface of the cathode gas discharge passage 45 as it goes from the wall surface toward the passage center 45a.

したがって、アノードオフガスが開口部３３ａから排出されて通路中心４５ａに拡散していく過程で、開口部３３ａから排出されたアノードオフガスを確実に上流側の水抜き孔４５３ａから遠ざかる方向へ流すことができる。そのため、第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、より一層上流側の水抜き孔４５３ａから水素濃度の高い排ガスが流出するのを抑制できる。   Therefore, in the process in which the anode off gas is discharged from the opening 33a and diffused into the passage center 45a, the anode off gas discharged from the opening 33a can be reliably flowed away from the upstream drain hole 453a. . Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the outflow of exhaust gas having a high hydrogen concentration from the drain hole 453a on the further upstream side can be suppressed.

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本発明の第３実施形態は、水抜き孔４５３からアノードガス排出通路３３をカソードガス排出通路４５に挿入する点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The third embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that the anode gas discharge passage 33 is inserted into the cathode gas discharge passage 45 from the drain hole 453. Hereinafter, the difference will be described.

図４は、本発明の第３実施形態によるアノードガス排出通路３３の挿入部近傍のカソードガス排出通路４５の拡大図である。図中のカソードガス排出通路４５の内部に記載された矢印は、カソードオフガスの主流の流れを示す。また、アノードガス排出通路３３の内部に記載された矢印は、カソードガス排出通路４５に排出されるアノードオフガスの流れを示す。   FIG. 4 is an enlarged view of the cathode gas discharge passage 45 in the vicinity of the insertion portion of the anode gas discharge passage 33 according to the third embodiment of the present invention. The arrow written inside the cathode gas discharge passage 45 in the figure indicates the main flow of the cathode off gas. An arrow written inside the anode gas discharge passage 33 indicates the flow of the anode off gas discharged to the cathode gas discharge passage 45.

図４に示すように、本実施形態では、上流側の水抜き孔４５３ａの径をアノードガス排出通路３３の径よりも大きくして、アノードガス排出通路３３を上流側の水抜き孔４５３ａから垂直にカソードガス排出通路４５に挿入する。その際、アノードガス排出通路３３は上流側の水抜き孔４５３ａに対して、カソードオフガスの主流に対して下流側の隙間を埋めるように接する状態で挿入される。これによってカソードオフガスの主流に対して水抜き孔４５３ａとアノードガス排出通路３３の上流側の隙間が実質的に上流側の水抜き孔として作用する。   As shown in FIG. 4, in this embodiment, the diameter of the upstream drain hole 453a is larger than the diameter of the anode gas discharge passage 33, and the anode gas discharge path 33 is perpendicular to the upstream drain hole 453a. Into the cathode gas discharge passage 45. At this time, the anode gas discharge passage 33 is inserted into the upstream drain hole 453a so as to be in contact with the main flow of the cathode off gas so as to fill the downstream gap. As a result, the gap between the drain hole 453a and the anode gas discharge passage 33 upstream of the main flow of the cathode off gas substantially acts as a drain hole on the upstream side.

以上説明した本実施形態によれば、アノードガス排出通路３３の挿入部から上流側の水抜き孔４５３ａまでの間隔を略ゼロにしつつ、上流側の水抜き孔４５３ａから水素濃度の高い排ガスが流出するのを抑制できる。   According to the present embodiment described above, exhaust gas having a high hydrogen concentration flows out from the upstream drain hole 453a while the interval from the insertion portion of the anode gas discharge passage 33 to the upstream drain hole 453a is substantially zero. Can be suppressed.

したがって、第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、アノードガス排出通路３３の挿入部から下流側の水抜き孔４５３ｂまでの間隔が第１実施形態と比べて拡がるので、下流側の水抜き孔４５３ｂに至るまでに排ガスの水素濃度を可燃限界以下まで低下させることができる。   Therefore, the same effect as that of the first embodiment is obtained, and the distance from the insertion portion of the anode gas discharge passage 33 to the downstream drain hole 453b is wider than that of the first embodiment, so that the downstream drain By reaching the hole 453b, the hydrogen concentration of the exhaust gas can be lowered to the flammable limit or less.

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本発明の第４実施形態は、第２通路４５２の湾曲部４５２ａに整流板４５４を設けた点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。 (Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The fourth embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that a rectifying plate 454 is provided in the curved portion 452a of the second passage 452. Hereinafter, the difference will be described.

図５は、本発明の第４実施形態によるアノードガス排出通路３３の挿入部近傍のカソードガス排出通路４５の拡大図である。図中のカソードガス排出通路４５の内部に記載された矢印は、カソードオフガスの主流の流れを示す。また、アノードガス排出通路３３の内部に記載された矢印は、カソードガス排出通路４５に排出されるアノードオフガスの流れを示す。   FIG. 5 is an enlarged view of the cathode gas discharge passage 45 in the vicinity of the insertion portion of the anode gas discharge passage 33 according to the fourth embodiment of the present invention. The arrow written inside the cathode gas discharge passage 45 in the figure indicates the main flow of the cathode off gas. An arrow written inside the anode gas discharge passage 33 indicates the flow of the anode off gas discharged to the cathode gas discharge passage 45.

図５に示すように、本実施形態では、第２通路４５２の湾曲部４５２ａに、湾曲部４５２ａと平行に延びる２つの整流板４５４を設ける。   As shown in FIG. 5, in this embodiment, two rectifying plates 454 extending in parallel with the curved portion 452 a are provided in the curved portion 452 a of the second passage 452.

これにより、カソードオフガスの流れが乱れやすい湾曲部４５２ａにおいて、カソードオアフガスの主流が通路中心４５ａを流れやすくすることができるので、第１実施形態と同様の効果が得られるととともに、確実にカソードオフガスの主流に沿うようにアノードオフガスをカソードガス排出通路４５に排出することができる。   Thereby, in the curved portion 452a where the flow of the cathode off gas is likely to be disturbed, the main flow of the cathode oahu gas can easily flow through the passage center 45a, so that the same effect as the first embodiment can be obtained and the cathode The anode off gas can be discharged to the cathode gas discharge passage 45 along the main flow of the off gas.

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本発明の第５実施形態は、排ガス中の水素濃度を確実に低くできるようにカソードガスの供給流量を制御する点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。 (Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. The fifth embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that the supply flow rate of the cathode gas is controlled so that the hydrogen concentration in the exhaust gas can be reliably lowered. Hereinafter, the difference will be described.

カソードガス排出通路４５に合流するアノードオフガス流量に対して、カソードオフガス流量が相対的に少ないと、排ガス中の水素濃度を可燃限界まで低くできず、下流側の水抜き孔４５３ｂから水素濃度の高い排ガスが排出される可能性がある。また、上流側の水抜き孔４５３ａの方向へとアノードオフガスが拡散してしまって、上流側の水抜き孔４５３ａから水素濃度の高い排ガスが排出される可能性がある。   If the cathode offgas flow rate is relatively small with respect to the anode offgas flow rate that joins the cathode gas discharge passage 45, the hydrogen concentration in the exhaust gas cannot be lowered to the flammable limit, and the hydrogen concentration is high from the downstream drain hole 453b. There is a possibility that exhaust gas is discharged. Further, the anode off-gas may diffuse in the direction of the upstream drain hole 453a, and exhaust gas having a high hydrogen concentration may be discharged from the upstream drain hole 453a.

そこで本実施形態では、確実に排ガス中の水素濃度を可燃限界以下まで下げられるように、カソードオフガス流量を制御する。以下、このカソードオフガス流量制御について説明する。   Therefore, in the present embodiment, the cathode offgas flow rate is controlled so that the hydrogen concentration in the exhaust gas can be surely lowered to the flammability limit or less. Hereinafter, the cathode offgas flow rate control will be described.

図６は、本実施形態によるカソードオフガス流量制御について説明するフローチャートである。コントローラ８は、本ルーチンを燃料電池システム１の運転中に所定の演算周期（例えば１０ｍｓ）で実行する。   FIG. 6 is a flowchart illustrating the cathode offgas flow rate control according to this embodiment. The controller 8 executes this routine at a predetermined calculation cycle (for example, 10 ms) during operation of the fuel cell system 1.

ステップＳ１において、コントローラ８は、カソードガス流量計４１によってカソードガス供給通路４０のカソードガス流量を検出する。   In step S <b> 1, the controller 8 detects the cathode gas flow rate in the cathode gas supply passage 40 by the cathode gas flow meter 41.

ステップＳ２において、コントローラ８は、電流計７によって検出した燃料電池スタック２の出力電流に基づいて、燃料電池スタック２の内部で消費されるカソードガス流量（以下「カソードガス消費流量」という）を算出する。   In step S <b> 2, the controller 8 calculates the cathode gas flow rate consumed in the fuel cell stack 2 (hereinafter referred to as “cathode gas consumption flow rate”) based on the output current of the fuel cell stack 2 detected by the ammeter 7. To do.

ステップＳ３において、コントローラ８は、カソードガス流量とカソードガス消費流量とに基づいて、カソードガス排出通路４５のカソードオフガス流量を算出する。   In step S3, the controller 8 calculates the cathode off-gas flow rate of the cathode gas discharge passage 45 based on the cathode gas flow rate and the cathode gas consumption flow rate.

ステップＳ４において、コントローラ８は、アノードオフガス流量計３４によってアノードガス排出通路３３のアノードオフガス流量を検出する。   In step S <b> 4, the controller 8 detects the anode off gas flow rate in the anode gas discharge passage 33 by the anode off gas flow meter 34.

ステップＳ５において、コントローラ８は、アノードオフガス流量に基づいて、下流側の水抜き孔４５３ｂの近傍の排ガス中の水素濃度を可燃限界以下まで下げることのできるカソードオフガス流量（以下「目標カソードオフガス流量」という）を算出する。目標カソードオフガス流量は、アノードオフガス流量が多いときほど多くなる。   In step S5, the controller 8 can reduce the hydrogen concentration in the exhaust gas in the vicinity of the drain hole 453b on the downstream side to the flammability limit or less based on the anode offgas flow rate (hereinafter referred to as “target cathode offgas flow rate”). Calculated). The target cathode offgas flow rate increases as the anode offgas flow rate increases.

ステップＳ６において、コントローラ８は、カソードオフガス流量が目標カソードオフガス流量よりも多いか否かを判断する。コントローラ８は、カソードオフガス流量が目標カソードオフガス流量よりも多ければ今回の処理を終了する。一方で、カソードオフガス流量が目標カソードオフガス流量よりも少なければステップＳ７に処理を移行する。   In step S6, the controller 8 determines whether or not the cathode offgas flow rate is higher than the target cathode offgas flow rate. If the cathode offgas flow rate is higher than the target cathode offgas flow rate, the controller 8 ends the current process. On the other hand, if the cathode offgas flow rate is smaller than the target cathode offgas flow rate, the process proceeds to step S7.

ステップＳ７において、コントローラ８は、カソードオフガス流量が目標カソードオフガス流量となるように、コンプレッサ４２及び空気調圧弁４６の一方または双方を制御する。具体的には、コンプレッサ４２の吐出圧を上げて燃料電池スタック２へ供給するカソードガスの供給圧を上げる。また、空気調圧弁４６の開度を大きくしてカソードガス排出通路を流れるカソードオフガス流量を増やす。   In step S7, the controller 8 controls one or both of the compressor 42 and the air pressure regulating valve 46 so that the cathode offgas flow rate becomes the target cathode offgas flow rate. Specifically, the supply pressure of the cathode gas supplied to the fuel cell stack 2 by increasing the discharge pressure of the compressor 42 is increased. Further, the flow rate of the cathode off gas flowing through the cathode gas discharge passage is increased by increasing the opening of the air pressure regulating valve 46.

以上説明した本実施形態によれば、アノードオフガス流量に基づいて下流側の水抜き孔４５３ｂの近傍において、排ガス中の水素濃度を可燃限界以下まで下げることのできる目標カソードオフガス流量を算出する。そして、カソードオフガス流量が目標カソードオフガス流量よりも少ないときは、カソードオフガス流量が目標カソードオフガス流量となるように、コンプレッサ４２及び空気調圧弁４６を制御する。つまり、カソードオフガス流量に対してアノードオフガス流量を相対的に少なくする。   According to the present embodiment described above, the target cathode offgas flow rate that can reduce the hydrogen concentration in the exhaust gas to the flammability limit or less is calculated in the vicinity of the drain hole 453b on the downstream side based on the anode offgas flow rate. When the cathode offgas flow rate is smaller than the target cathode offgas flow rate, the compressor 42 and the air pressure regulating valve 46 are controlled so that the cathode offgas flow rate becomes the target cathode offgas flow rate. That is, the anode off gas flow rate is relatively decreased with respect to the cathode off gas flow rate.

これにより、カソードガス排出通路４５に排出されたアノードオフガスは、下流側の水抜き孔４５３ｂに至るまでの間にカソードオフガスと十分に混合する。そのため、水素濃度の高い排ガスが下流側の水抜き孔４５３ｂから流出するのを抑制することができる。   As a result, the anode off-gas discharged to the cathode gas discharge passage 45 is sufficiently mixed with the cathode off-gas before reaching the downstream drain hole 453b. Therefore, it is possible to suppress the exhaust gas having a high hydrogen concentration from flowing out from the downstream drain hole 453b.

また、カソードオフガス流量を相対的に多くすることで、カソードオフガスの主流に沿ってアノードオフガスを拡散させることができ、上流側の水抜き孔４５３ａの方向へとアノードオフガスが拡散するのを抑制できる。よって、上流側の水抜き孔４５３ａから水素濃度の高い排ガスが流出するのを抑制することができる。   Further, by relatively increasing the cathode offgas flow rate, the anode offgas can be diffused along the main flow of the cathode offgas, and the anode offgas can be prevented from diffusing in the direction of the drain hole 453a on the upstream side. . Therefore, it is possible to suppress the exhaust gas having a high hydrogen concentration from flowing out from the drain hole 453a on the upstream side.

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。本発明の第６実施形態は、排ガス中の水素濃度を確実に低くできるように、カソードガス排出通路４５に排出するアノードオフガス流量を制御する点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。 (Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. The sixth embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that the anode off-gas flow rate discharged to the cathode gas discharge passage 45 is controlled so that the hydrogen concentration in the exhaust gas can be reliably lowered. Hereinafter, the difference will be described.

図７は、本発明の第６実施形態による燃料電池システム１の概略図である。   FIG. 7 is a schematic diagram of a fuel cell system 1 according to a sixth embodiment of the present invention.

本実施形態による燃料電池システム１は、アノードオフガス流量計３４よりも上流側のアノードガス排出通路３３に流量調整弁３５を備える。   The fuel cell system 1 according to the present embodiment includes a flow rate adjustment valve 35 in the anode gas discharge passage 33 upstream of the anode off gas flow meter 34.

流量調整弁３５は、コントローラ８によって開度が制御され、カソードガス排出通路４５に排出するアノードオフガス流量を調整する。以下、このアノードオフガス流量制御について説明する。   The flow rate adjustment valve 35 is controlled in opening by the controller 8 and adjusts the anode off-gas flow rate discharged to the cathode gas discharge passage 45. Hereinafter, this anode off-gas flow rate control will be described.

図８は、本実施形態によるアノードオフガス流量制御について説明するフローチャートである。コントローラ８は、本ルーチンを燃料電池システム１の運転中に所定の演算周期（例えば１０ｍｓ）で実行する。   FIG. 8 is a flowchart illustrating the anode off-gas flow rate control according to the present embodiment. The controller 8 executes this routine at a predetermined calculation cycle (for example, 10 ms) during operation of the fuel cell system 1.

ステップＳ１からステップＳ４までは第５実施形態と同様なので説明を省略する。   Steps S1 to S4 are the same as in the fifth embodiment, and a description thereof will be omitted.

ステップＳ１１において、コントローラ８は、カソードオフガス流量に基づいて、カソードガス排出通路４５に排出しても上流側の水抜き孔４５３ａ及び下流側の水抜き孔４５３ｂから水素濃度の高い排ガスが排出されるおそれのないアノードオアフガス流量（以下「アノードオフガス上限流量」という）を算出する。具体的には、予め実験等で定められたカソードオフガス流量とアノードオフガス上限流量と関係を示すテーブルから算出する。   In step S11, the controller 8 discharges exhaust gas having a high hydrogen concentration from the upstream drain hole 453a and the downstream drain hole 453b even if the controller 8 discharges to the cathode gas discharge passage 45 based on the cathode off gas flow rate. Calculate the anode oafu gas flow rate (hereinafter referred to as “the anode off-gas upper limit flow rate”) without fear. Specifically, it is calculated from a table showing the relationship between the cathode offgas flow rate and the anode offgas upper limit flow rate determined in advance by experiments or the like.

ステップＳ１２において、コントローラ８は、アノードオフガス流量がアノードオフガス上限流量よりも多いか否かを判断する。コントローラ８は、アノードオフガス流量がアノードオフガス上限流量よりも多ければ、ステップＳ１３に処理を移行する。一方で、アノードオフガス流量がアノードオフガス上限流量よりも少なければ、ステップＳ１４に処理を移行する。   In step S12, the controller 8 determines whether or not the anode off gas flow rate is larger than the anode off gas upper limit flow rate. If the anode off gas flow rate is greater than the anode off gas upper limit flow rate, the controller 8 proceeds to step S13. On the other hand, if the anode off gas flow rate is less than the anode off gas upper limit flow rate, the process proceeds to step S14.

ステップＳ１３において、コントローラ８は、流量調整弁３５を絞ってアノードオフガス流量をアノードオフガス上限流量まで低下させる。   In step S <b> 13, the controller 8 throttles the flow rate adjustment valve 35 to reduce the anode off gas flow rate to the anode off gas upper limit flow rate.

ステップＳ１４において、コントローラ８は、流量調整弁の開度を所定開度だけ大きくする。   In step S14, the controller 8 increases the opening degree of the flow rate adjustment valve by a predetermined opening degree.

以上説明した本実施形態によれば、カソードオフガス流量に基づいて、カソードガス排出通路４５に排出しても上流側の水抜き孔４５３ａ及び下流側の水抜き孔４５３ｂから水素濃度の高い排ガスが流出するおそれのないアノードオフガス上限流量を算出する。そして、アノードオフガス流量がアノードオフガス上限流量よりも多いときは、流量調整弁３５を絞ってアノードオフガス流量をアノードオフガス上限流量まで低下させる。つまり、カソードオフガス流量に対してアノードオフガス流量を相対的に少なくする。   According to the present embodiment described above, exhaust gas having a high hydrogen concentration flows out from the upstream drain hole 453a and the downstream drain hole 453b even if discharged to the cathode gas discharge passage 45 based on the cathode offgas flow rate. Calculate the anode off-gas upper limit flow rate without fear When the anode off gas flow rate is larger than the anode off gas upper limit flow rate, the flow rate adjusting valve 35 is throttled to reduce the anode off gas flow rate to the anode off gas upper limit flow rate. That is, the anode off gas flow rate is relatively decreased with respect to the cathode off gas flow rate.

これにより、カソードガス排出通路４５に排出されたアノードオフガスは、下流側の水抜き孔４５３ｂに至るまでの間にカソードオフガスと十分に混合する。そのため、水素濃度の高い排ガスが下流側の水抜き孔４５３ｂから流出するのを抑制することができる。   As a result, the anode off-gas discharged to the cathode gas discharge passage 45 is sufficiently mixed with the cathode off-gas before reaching the downstream drain hole 453b. Therefore, it is possible to suppress the exhaust gas having a high hydrogen concentration from flowing out from the downstream drain hole 453b.

また、カソードオフガス流量を相対的に多くすることで、カソードオフガスの主流に沿ってアノードオフガスを拡散させることができ、上流側の水抜き孔４５３ａの方向へとアノードオフガスが拡散するのを抑制できる。よって、上流側の水抜き孔４５３ａから水素濃度の高い排ガスが流出するのを抑制することができる。   Further, by relatively increasing the cathode offgas flow rate, the anode offgas can be diffused along the main flow of the cathode offgas, and the anode offgas can be prevented from diffusing in the direction of the drain hole 453a on the upstream side. . Therefore, it is possible to suppress the exhaust gas having a high hydrogen concentration from flowing out from the drain hole 453a on the upstream side.

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.

例えば、第４実施形態では湾曲部４５２ａに整流板４５４を設けたが、アノードガス排出通路３３の挿入部の近傍かつ上流側の水平部４５２ｂに設けても良い。   For example, in the fourth embodiment, the rectifying plate 454 is provided in the curved portion 452a, but it may be provided in the horizontal portion 452b in the vicinity of the insertion portion of the anode gas discharge passage 33 and on the upstream side.

また、上記各実施形態では、下流側の水抜き孔４５３ｂをカソードガス通路４５の水平部４５２ｂに設けたが、これより下流に湾曲した箇所があるときは、その湾曲箇所にも植設けるのが望ましい。   Further, in each of the above embodiments, the downstream drain hole 453b is provided in the horizontal portion 452b of the cathode gas passage 45. However, when there is a curved portion downstream from this, it is also necessary to plant the curved portion. desirable.

さらに、上記各実施形態では、カソードガス排出通路４５に２つの水抜き孔４５３を設けたが、図９に示すように、上流側にだけ水抜き孔４５３ａを設け、カソードガス排出通路４５の終端部の排出口４５ｂを下流側の水抜き孔４５３ｂの代わりにしても良い。   Further, in each of the above embodiments, the two drain holes 453 are provided in the cathode gas discharge passage 45, but as shown in FIG. 9, the drain hole 453a is provided only on the upstream side, and the end of the cathode gas discharge passage 45 is provided. The outlet 45b may be replaced with the downstream drain hole 453b.

１ 燃料電池システム
２ 燃料電池スタック（燃料電池）
３３ アノードガス排出通路
３３ａ 開口部（アノードオフガス排出口）
３５ 流量制御弁
４２ コンプレッサ
４５ カソードガス排出通路
４５ａ 通路中心
４５ｂ 排出口（第２液水排出部）
４６ 空気調圧弁（流量制御弁）
４５３ａ 水抜き孔（第１液水排出部）
４５３ｂ 水抜き孔（第２液水排出部）
４５４ 整流板
Ｓ１ カソードガス流量検出手段
Ｓ２ カソードガス消費流量算出手段
Ｓ３ カソードオフガス流量算出手段
Ｓ４ アノードオフガス流量検出手段
Ｓ５ 目標アノードオフガス流量算出手段
Ｓ７ カソードオフガス流量増加手段
Ｓ１１ アノードオフガス上限流量算出手段
Ｓ１３ アノードオフガス流量減少手段 1 Fuel cell system 2 Fuel cell stack (fuel cell)
33 Anode gas discharge passage 33a Opening (anode off gas discharge port)
35 Flow control valve 42 Compressor 45 Cathode gas discharge passage 45a Passage center 45b Discharge port (second liquid water discharge portion)
46 Air pressure regulating valve (Flow control valve)
453a Drainage hole (first liquid water discharge part)
453b Drain hole (second liquid water discharge part)
454 Rectifying plate S1 Cathode gas flow rate detecting means S2 Cathode gas consumption flow rate calculating means S3 Cathode off gas flow rate calculating means S4 Anode off gas flow rate detecting means S5 Target anode off gas flow rate calculating means S7 Cathode off gas flow rate increasing means S11 Anode off gas upper limit flow rate calculating means S13 Anode Off gas flow reduction means

Claims (9)

カソード電極に供給されたカソードガスとアノード電極に供給されたアノードガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池と、
前記カソード電極から排出されたカソードオフガスが流れるカソードガス排出通路と、
前記カソードガス排出通路に設けられた第１液水排出部と、
所定の間隔をあけて、前記第１液水排出部よりも下流の前記カソードガス排出通路に設けられた第２液水排出部と、
前記カソードガス排出通路内に前記アノード電極から排出されたアノードオフガスを排出するアノードガス排出通路と、
前記アノードガス排出通路の終端部に設けられて、前記カソードガス排出通路の下流側に向かって開口するアノードオフガス排出口と、
を備え、
前記アノードオフガス排出通路は、前記第１液水排出部との間に隙間が生じるように前記第１液水排出部から前記カソードガス排出通路に挿入され、
前記隙間は、前記アノードオフガス排出口よりも前記カソードガス排出通路の下流側に生じないように、前記アノードオフガス排出口の反対側に形成される、
ことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a cathode gas supplied to the cathode electrode and an anode gas supplied to the anode electrode;
A cathode gas discharge passage through which the cathode off-gas discharged from the cathode electrode flows;
A first liquid water discharge portion provided in the cathode gas discharge passage;
A second liquid water discharge section provided in the cathode gas discharge passage downstream of the first liquid water discharge section at a predetermined interval ;
An anode gas discharge passage for discharging the anode off gas discharged from the anode electrode to the cathode gas discharge passage,
An anode offgas discharge port provided at a terminal portion of the anode gas discharge passage and opening toward the downstream side of the cathode gas discharge passage;
Equipped with a,
The anode off gas discharge passage is inserted from the first liquid water discharge portion into the cathode gas discharge passage so that a gap is formed between the anode off gas discharge passage and the first liquid water discharge portion,
The gap is formed on the opposite side of the anode offgas discharge port so as not to occur downstream of the anode gas discharge passage from the anode offgas discharge port.
A fuel cell system. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第１液水排出部及び第２液水排出部は、前記カソードガス排出通路に設けられた貫通孔である
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The fuel cell system according to claim 1, wherein the first liquid water discharge portion and the second liquid water discharge portion are through holes provided in the cathode gas discharge passage. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第１液水排出部は、前記カソードガス排出通路に設けられた貫通孔であり、
前記第２液水排出部は、前記カソードガス排出通路終端部のカソードガス排出口である
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The first liquid water discharge part is a through hole provided in the cathode gas discharge passage,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the second liquid water discharge part is a cathode gas discharge port at a terminal part of the cathode gas discharge passage. 請求項１から３までのいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記アノードオフガス排出口の近傍かつ上流の前記カソードガス排出通路に、そのカソードガス排出通路と平行な方向に延びる整流板を設ける
ことを特徴とする燃料電池システム。 In the fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
A fuel cell system, wherein a rectifying plate extending in a direction parallel to the cathode gas discharge passage is provided in the cathode gas discharge passage near and upstream of the anode off gas discharge port . 請求項１から４までのいずれか１つに記載の燃料電池システムの排気を制御する排気制御装置において、
前記カソード電極に供給するカソードガス流量を検出するカソードガス流量検出手段と、
前記燃料電池のカソードガス消費流量を算出するカソードガス消費流量算出手段と、
前記カソードガス流量と前記カソードガス消費流量とに基づいてカソードガス排出通路に排出されるカソードオフガス流量を算出するカソードオフガス流量算出手段と、
前記アノードガス排出通路に排出されるアノードオフガス流量を検出するアノードオフガス流量検出手段と、
前記アノードオフガス流量に基づいて、目標カソードオフガス流量を算出する目標カソードオフガス流量算出手段と、
前記カソードオフガス流量が前記目標カソードオフガス流量よりも少ないときは、前記カソードオフガス流量が前記目標カソードオフガス流量となるように、前記カソードオフガス流量を増加させるカソードオフガス流量増加手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システムの排気制御装置。 The exhaust control device for controlling exhaust of the fuel cell system according to any one of claims 1 to 4,
A cathode gas flow rate detecting means for detecting a cathode gas flow rate supplied to the cathode electrode;
A cathode gas consumption flow rate calculating means for calculating a cathode gas consumption flow rate of the fuel cell;
A cathode offgas flow rate calculating means for calculating a cathode offgas flow rate discharged to the cathode gas discharge passage based on the cathode gas flow rate and the cathode gas consumption flow rate;
Anode offgas flow rate detection means for detecting the anode offgas flow rate discharged into the anode gas discharge passage;
A target cathode offgas flow rate calculating means for calculating a target cathode offgas flow rate based on the anode offgas flow rate;
When the cathode offgas flow rate is smaller than the target cathode offgas flow rate, cathode offgas flow rate increasing means for increasing the cathode offgas flow rate so that the cathode offgas flow rate becomes the target cathode offgas flow rate;
Exhaust control device of a fuel cell system comprising: a. 請求項５に記載の燃料電池システムの排気制御装置において、
前記カソード電極に供給するカソードガス流量を調節するコンプレッサを備え、
前記カソードオフガス流量増加手段は、前記コンプレッサを制御して前記カソード電極に供給するカソードガス流量を増加させて前記カソードオフガス流量を増加させる
ことを特徴とする燃料電池システムの排気制御装置。 The exhaust control device for a fuel cell system according to claim 5 ,
A compressor for adjusting a cathode gas flow rate supplied to the cathode electrode;
The exhaust control device for a fuel cell system , wherein the cathode offgas flow rate increasing means increases the cathode offgas flow rate by controlling the compressor to increase the cathode gas flow rate supplied to the cathode electrode. . 請求項５又は６に記載の燃料電池システムの排気制御装置において、
前記カソードガス排出通路に設けられ、そのカソードガス排出通路を流れるカソードオフガス流量を調節する流量制御弁を備え、
前記カソードオフガス流量増加手段は、前記流量制御弁の開度を大きくして前記カソードオフガス流量を増加させる
ことを特徴とする燃料電池システムの排気制御装置。 The exhaust control device for a fuel cell system according to claim 5 or 6 ,
A flow rate control valve that is provided in the cathode gas discharge passage and adjusts the flow rate of the cathode offgas flowing through the cathode gas discharge passage;
The exhaust control device of a fuel cell system, wherein the cathode offgas flow rate increasing means increases the cathode offgas flow rate by increasing an opening of the flow rate control valve . 請求項１から４までのいずれか１つに記載の燃料電池システムの排気を制御する排気制御装置において、
前記カソード電極に供給するカソードガス流量を検出するカソードガス流量検出手段と、
前記燃料電池のカソードガス消費流量を算出するカソードガス消費流量算出手段と、
前記カソードガス流量と前記カソードガス消費流量とに基づいてカソードガス排出通路に排出されるカソードオフガス流量を算出するカソードオフガス流量手段と、
前記カソードオフガス流量に基づいて、前記カソードガス排出通路に排出するアノードオフガス流量の上限値であるアノードオフガス上限流量を算出するアノードオフガス上限流量算出手段と、
前記アノードガス排出通路に排出されるアノードオフガス流量を検出するアノードオフガス流量検出手段と、
前記アノードオフガス流量が前記アノードオフガス上限流量よりも多くなったときは、前記カソードガス排出通路に排出するアノードオフガス流量を前記アノードオフガス上限流量まで減少させるアノードオフガス流量減少手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システムの排気制御装置。 The exhaust control device for controlling exhaust of the fuel cell system according to any one of claims 1 to 4 ,
A cathode gas flow rate detecting means for detecting a cathode gas flow rate supplied to the cathode electrode;
A cathode gas consumption flow rate calculating means for calculating a cathode gas consumption flow rate of the fuel cell;
A cathode offgas flow means for calculating a cathode offgas flow rate discharged to the cathode gas discharge passage based on the cathode gas flow rate and the cathode gas consumption flow rate;
An anode offgas upper limit flow rate calculation means for calculating an anode offgas upper limit flow rate, which is an upper limit value of the anode offgas flow rate discharged to the cathode gas discharge passage, based on the cathode offgas flow rate;
Anode offgas flow rate detection means for detecting the anode offgas flow rate discharged into the anode gas discharge passage;
When the anode off gas flow rate is greater than the anode off gas upper limit flow rate, anode off gas flow rate reducing means for reducing the anode off gas flow rate discharged to the cathode gas discharge passage to the anode off gas upper limit flow rate;
An exhaust control device for a fuel cell system, comprising: 請求項８に記載の燃料電池システムの排気制御装置において、
前記アノードガス排出通路に設けられ、前記カソードガス排出通路に排出するアノードオフガス流量を調節する流量制御弁を備え、
前記アノードオフガス流量減少手段は、前記流量制御弁の開度を小さくして前記カソードガス排出通路に排出するアノードオフガス流量を減少させる
ことを特徴とする燃料電池システムの排気制御装置。 The exhaust control device for a fuel cell system according to claim 8,
A flow rate control valve that is provided in the anode gas discharge passage and adjusts the flow rate of the anode offgas discharged to the cathode gas discharge passage;
The exhaust control device for a fuel cell system, wherein the anode off gas flow rate reducing means reduces the flow rate of the anode off gas discharged to the cathode gas discharge passage by reducing the opening of the flow control valve .
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