JP5464047B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
請求項2に記載の発明は、燃料電池と、前記燃料電池から排出されるガス及び水を外部へ排出する排出管と、前記排出管内に設けられるとともに前記排出管の内径よりも小径をなし、少なくとも上流端から下流側に向かうにつれて内径が徐々に拡径する拡径部を有するとともに前記ガスと共に前記水を通過させることで霧化水とするオリフィス孔と、前記拡径部の上流端に形成される上流端尖端縁と、前記オリフィス孔よりも下流側の前記排出管について該排出管の内径を拡径させる膨張室を形成するとともに前記排出管の出口から該膨張室内に突出するカラーを設けて前記霧化水の粒径の大小を選別し、前記ガスに乗せた小粒径の霧化水の排出を許容する粒径選別手段と、前記排出管内における前記オリフィス孔よりも下流側において前記粒径選別手段によって選別されて貯留された水を前記オリフィス孔内に戻すための戻し配管と、を備えたことを要旨とする。
この発明によれば、燃料電池を駆動源として走行あるいは作業を行う屋内用産業車両が、水を霧化させて大気へ排出することができ、屋内で水を垂れ流して床を濡らしてしまうことを抑制することができる。
以下、本発明を屋内用産業車両として使用されるフォークリフトの燃料電池システムに具体化した第1の実施形態を図1〜図4にしたがって説明する。なお、図1において、「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」は、フォークリフト10の運転者が車両前方(前進方向)を向いた状態を基準とした場合の「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」を示す。
図2に示すように、燃料電池システム18は、例えば固体高分子型の燃料電池20を備えるとともに、燃料電池20の水素供給ポート(図示せず)には流路21を介して水素タンク22が接続されている。また、燃料電池システム18は、コンプレッサ23を備えるとともに、コンプレッサ23は、流路24を介して加湿器25に接続されている。加湿器25は、供給流路26を介して燃料電池20の酸素供給ポート(図示せず)に接続されるとともに、流路27を介してオフガス排出ポート(図示せず)に接続されている。そして、コンプレッサ23で加圧された空気が加湿器25で加湿された後、燃料電池20の酸素供給ポート(図示せず)に供給されるとともに、燃料電池20のカソード極(図示せず)からのオフガス(カソードオフガス)は流路27を介して加湿器25に排出される。
図3に示すように、排出管41は、希釈器29側となる上流側が金属管42によって形成されるとともに、金属管42よりも下流側が樹脂材料からなる筒状の流路形成ブロック43によって形成されている。流路形成ブロック43の一端には導入口43aが形成されるとともに、金属管42が接続されている。また、流路形成ブロック43の他端には出口43eが形成されている。
燃料電池システム18は、燃料電池20の稼動時には、水素タンク22から所定の加圧状態で水素が燃料電池20のアノード(水素極)に供給される。また、コンプレッサ23が稼動されて、空気が所定の圧力に加圧されるとともに加湿器25で加湿されて燃料電池20のカソード(空気極)に供給される。
(1)排出管41は、排出管41の内径よりも小径のオリフィス孔45を有するオリフィス部44を備えている。よって、燃料電池20から排出管41に排出された混合ガスに含まれる水は、オリフィス部44よりも上流側において、オリフィス形成部44aの上流側端面に衝突して落下する他、排出管41の内周面に付着する等して水滴となって落下する。そして、この水は、混合ガスの流れによりオリフィス孔45の上流端尖端縁45aに向かって巻き上げられて膨出するとともに、この膨出した部位が、オリフィス孔45を通過しようとする際に急激に流速が上がった状態の混合ガスにより上流端尖端縁45aで切り飛ばされて霧化され霧化水となる。したがって、オリフィス部44を排出管41内に設けることにより、混合ガスと水とが混合された状態であっても、燃料電池20から排出された水を霧化させることができる。よって、例えば、従来技術のように、燃料電池から排出された水を霧化させるために、気水分離器で分離された生成水をガスと分離して貯留タンクに貯留させる必要がないため、タンクを無くして燃料電池システム18を小型化することができる。また、排出管41は、オリフィス部44よりも下流側に屈曲部47bを備え、屈曲部47bにより小粒径の霧化水は混合ガスと共に排出される一方で、混合ガスに乗らない大粒径の霧化水は、排出管41から外部へ放出されることが抑制される。そして、大粒径の霧化水は、排出管41におけるオリフィス部44よりも下流側で水滴となって落下して貯留されるとともに、貯留された水は、戻し配管49を介してオリフィス孔45内に戻されることで、オリフィス孔45を通過する混合ガスにより再び霧化される。よって、燃料電池20を駆動源として走行あるいは作業を行うフォークリフト10が屋内で水を垂れ流して床を濡らしてしまうことを抑制することができる。
以下、本発明を具体化した第2の実施形態を図5にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態では、既に説明した第1の実施形態と同一構成について同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。
(10)カラー61における他端側の外周面全体は、出口43eの内周面全体と接している。これにより、カラー61における他端側の外周面と出口43eとの間がシールされるため、膨張室51の内周面に付着して水滴に戻った水が、カラー61の外周面と出口43eとの間から外部に漏れ出てしまうことを抑制することができる。
○ 上記各実施形態において、戻し配管49の先端に戻し用ノズルを設けるとともに、戻し用ノズルをオリフィス形成部44aを貫通させてオリフィス孔45内に突出させてもよい。この場合、戻し用ノズルからオリフィス孔45内に戻される水がオリフィス孔45を通過する混合ガスにより再び霧化可能であれば、オリフィス孔45の拡がり角度θは特に限定されなくてもよい。オリフィス孔45を通過する混合ガスの一部は、戻し用ノズルに衝突するため、排出管41におけるオリフィス部44よりも下流側では、混合ガスの流れが不均一になり流速のばらつきが生じる。しかし、この混合ガスがマフラー46又は膨張室51内に流入することで、マフラー46又は膨張室51内で整流されて流れが均一になり、流速のばらつきが抑制されるため、流速のばらつきに起因した騒音を低減させることができる。
○ 本発明を屋内用産業車両としてのフォークリフト10に適用したが、これに限らず、例えば、屋内用産業車両としての牽引車やハンドリフタ(移動は作業者が押すことで行い、荷の昇降はリフタで行う装置)等に適用してもよい。
○ 本発明は、必ずしも車両等の移動体に限らず、電源を必要とする電気製品に装備したり、定置式の燃料電池システムに適用したりしてもよい。
(イ)前記粒径選別手段は、前記排出管における前記オリフィス孔よりも下流側に設けられるとともに前記排出管の内径を拡径させる膨張室と、前記排出管の出口に前記膨張室内に突出するように設けられる筒状部材とからなることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。
(ハ)前記排出管は、該排出管の一部を形成するとともに前記オリフィス孔及び前記粒径選別手段を備えた流路形成ブロックを備え、前記流路形成ブロックは樹脂材料から形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項4、及び前記技術的思想(イ),(ロ)のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
Claims (4)
- 燃料電池と、
前記燃料電池から排出されるガス及び水を外部へ排出する排出管と、
前記排出管内に設けられるとともに前記排出管の内径よりも小径をなし、少なくとも上流端から下流側に向かうにつれて内径が徐々に拡径する拡径部を有するとともに前記ガスと共に前記水を通過させることで霧化水とするオリフィス孔と、
前記拡径部の上流端に形成される上流端尖端縁と、
前記オリフィス孔よりも下流側の前記排出管について該排出管内のガスの流通方向を屈曲させるように形成して前記霧化水の粒径の大小を選別し、前記ガスに乗せた小粒径の霧化水の排出を許容する粒径選別手段と、
前記排出管内における前記オリフィス孔よりも下流側において前記粒径選別手段によって選別されて貯留された水を前記オリフィス孔内に戻すための戻し配管と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 - 燃料電池と、
前記燃料電池から排出されるガス及び水を外部へ排出する排出管と、
前記排出管内に設けられるとともに前記排出管の内径よりも小径をなし、少なくとも上流端から下流側に向かうにつれて内径が徐々に拡径する拡径部を有するとともに前記ガスと共に前記水を通過させることで霧化水とするオリフィス孔と、
前記拡径部の上流端に形成される上流端尖端縁と、
前記オリフィス孔よりも下流側の前記排出管について該排出管の内径を拡径させる膨張室を形成するとともに前記排出管の出口から該膨張室内に突出するカラーを設けて前記霧化水の粒径の大小を選別し、前記ガスに乗せた小粒径の霧化水の排出を許容する粒径選別手段と、
前記排出管内における前記オリフィス孔よりも下流側において前記粒径選別手段によって選別されて貯留された水を前記オリフィス孔内に戻すための戻し配管と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記戻し配管の前記オリフィス孔側開口が、前記拡径部の内面と同一面上に位置することで、前記オリフィス孔における前記戻し配管の前記オリフィス孔側開口縁に開口尖端縁が形成され、
前記拡径部の拡がり角度は、前記ガスが前記拡径部の内面に沿って流れる角度に設定されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。 - 前記燃料電池システムは、屋内用産業車両に搭載されたものであることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
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