JP5500512B2

JP5500512B2 - 希釈器及びその製造方法

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Publication number: JP5500512B2
Application number: JP2012212712A
Authority: JP
Inventors: 剛司片野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2028-06-06
Also published as: JP2013048098A

Description

本発明は、燃料電池システムに設けられる希釈器及びその製造方法に関する。

反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の供給を受けて発電を行う燃料電池システムには、燃料電池から排出された燃料オフガスを当該燃料電池から排出された酸化オフガスに希釈させて排出させる希釈器を備えている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１３２９１５号公報

希釈器としては、比較的自由な形状に容易に成形可能であり、しかも絶縁性を有する樹脂からなる分割体を成形し、これら分割体同士を溶着や所定の接合媒体を用いて接合することが行われている。

これらの分割体は、型割り上の制約から、縦割り構造にならざるを得ないという事情がある。また、例えば二つの箱状をなす分割体を互いに接合する場合には、各分割体の開口端側に十分な接合代を確保するためのフランジを設け、両分割体のフランジ同士を突き合わせるようにして、接合媒体を介して両者を互いに接合することになる。

このとき、接合強度不足を防ぐ観点から接合面積を大きめに確保するべく、余剰分を見込んで接合媒体を使用するが、燃料オフガスの器内への導入口と当該燃料オフガスとともに器内へ流入する水の器外への排水路とを繋ぐ排水経路上に当該接合媒体の余剰分が突出することがあり、かかる場合には、燃料オフガスに含まれる水の排水性が悪化してしまう。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、排水性に優れた希釈器及びその希釈器を容易に製造し得る製造方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するため、本発明に係る希釈器は、燃料電池から排出された燃料オフガスと該燃料オフガスを希釈する希釈ガスとが導入されて、前記燃料オフガスを導入前よりも希釈させた状態で外部に排出する希釈器であって、複数の分割体が接合媒体を介して互いに接合されて前記燃料オフガス及び希釈ガスの導入空間が形成されていると共に、それら分割体同士の接合箇所が燃料オフガスの器内への導入口と当該燃料オフガスとともに器内へ流入する水の器外への排水路とを繋ぐ排水経路上からは外れて配置されている。

かかる構成によれば、燃料オフガスの導入口と水の排水路とを繋ぐ排水経路上に、排水を阻害し得る接合媒体の導入空間側への突出部が位置しなくなるので、接合箇所における良好な排水性を確保することができ、導入口からの水を排水路へ円滑に流して器外へと排水させることができる。

また、本発明に係る希釈器は、燃料電池から排出された燃料オフガスと該燃料オフガスを希釈する希釈ガスとが導入されて、前記燃料オフガスを導入前よりも希釈させた状態で外部に排出する希釈器であって、複数の分割体が接合媒体を介して互いに接合されて前記燃料オフガス及び希釈ガスの導入空間が形成されていると共に、それら分割体同士の接合箇所のうち、燃料オフガスの器内への導入口と当該燃料オフガスとともに器内へ流入する水の器外への排水路とを繋ぐ排水経路上に配置された接合箇所にあっては、接合時に前記導入空間側に突出した前記接合媒体の突出部が非突出化処理されている。

かかる構成によれば、燃料オフガスの導入口と水の排水路とを繋ぐ排水経路上に接合箇所が位置するものの、当該接合箇所における接合媒体の導入空間側への突出が抑制されるので、排水経路上における接合箇所の存在による排水性の悪化を抑え、導入口からの水を排水路へ円滑に流して器外へと排水させることができる。非突出化処理としては、例えば物理的に切断等して除去する他、変形させることにより突出を抑制する等がある。

また、上記構成において、少なくとも三つの分割体が接合されて希釈器が構成される場合には、前記導入口を有する第一の分割体と前記排水路を有する第二の分割体とが互いに接合されていると共にその接合箇所が前記排水経路上に配置されてなり、前記接合箇所における前記接合媒体が前記第一及び第二の分割体の内底面と面一又は該内底面よりも低位にある構成としてもよい。

また、本発明に係る希釈器は、燃料電池から排出された燃料オフガスと該燃料オフガスを希釈する希釈ガスとが導入されて、前記燃料オフガスを導入前よりも希釈させた状態で外部に排出する希釈器であって、複数の分割体が互いに接合されて前記燃料オフガス及び希釈ガスの導入空間が形成されていると共に、それら分割体同士の接合箇所のうち、燃料オフガスの器内への導入口と当該燃料オフガスとともに器内へ流入する水の器外への排水路とを繋ぐ排水経路上に配置された接合箇所における分割体同士の第一接合代が、他の接合箇所における分割体同士の第二接合代よりも長く設定されている。

かかる構成によれば、第一接合代の部分では、接合媒体を導入空間側へ食み出させなくても十分な接合面接を確保することができる。よって、接合媒体を導入空間側へ突出させて排水性の悪化を招くような事態を生ずることなく、十分な接合強度を確保しつつ、導入口からの水を排水路へと円滑に流して排水させることができる。

ところで、分割体間の接合強度は接合面積が大きいほど強固となるので、例えば分割体の開口端側に接合のためのフランジを設けた場合の接合代を確保するには、このフランジ長さを長くすることになる。ところが、単にフランジ長さを当該フランジの延在方向外方に延長したのでは、その延長した分だけ希釈器の外寸が大きくなる。したがって、設置スペースの制約等の理由により、外寸を変えずにフランジ長さを延長することが不可欠な場合（例えば、車載燃料電池システム）には、全体的にフランジの基端側を希釈器の内側に配置せざるを得なくなり、希釈器の内容積低下を招いてしまう。

そこで、そのような内容積の低下を抑制するために、前記第一接合代は、前記分割体のうち当該第一接合代を構成する部分に連なる底面部分を前記導入空間側に凹ませることにより、前記第二接合代よりも長くされていても良い。

かかる構成によれば、希釈器の外寸の拡大と内容積の低下とを同時に抑制しつつ、接合箇所における接合媒体を導入空間側へ突出させてしまって排水性の悪化を招くというような事態を生ずることなく、十分な接合強度を確保しつつ、導入口からの水を排水路へと円滑に流して排水させることができる。

また、本発明の希釈器の製造方法は、少なくとも三つの分割体を互いに接合してなり、燃料電池から排出された燃料オフガスと該燃料オフガスを希釈する希釈ガスとが導入されて、前記燃料オフガスを導入前よりも希釈させた状態で外部に排出する希釈器の製造方法であって、燃料オフガスの器内への導入口を有する第一分割体と、燃料オフガスとともに器内へ流入する水の器外への排水路を有する第二分割体とを、それらの接合箇所が前記導入口と前記排水路とを繋ぐ排水経路上に配置されるように接合媒体を介して互いに接合した後、前記排水経路上に配置された接合箇所における前記接合媒体を前記第一及び第二の分割体の内底面と面一又は該内底面よりも低位となるように処理し、その後、他の分割体を接合する。

かかる方法によれば、導入口と排水路とを繋ぐ排水経路上に配置される第一分割体と第二分割体との接合箇所にて、十分な接合強度を確保するために接合面積を大きくとろうとした結果、接合媒体が導入空間側に突出するように食み出したとしても、第二分割体の他方の接合側、つまり他の分割体を接合する開口側から、当該接合媒体の導入空間側への突出部が第一及び第二の分割体の内底面と面一又は該内底面よりも低位となるような処理、例えば当該接合媒体の導入空間側への突出部を除去する処理が行なえる。

よって、排水経路上に配置される分割体の接合箇所での接合媒体による排水性の悪化が抑えられた希釈器を容易に製造することができる。

本発明によれば、排水性に優れた希釈器及びその希釈器を容易に製造し得る製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。希釈器の構造を説明する希釈器の概略断面図である。他の実施形態にかかる希釈器の構造を説明する希釈器の概略断面図である。他の実施形態にかかる希釈器の構造を説明する希釈器の概略断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る希釈器及びその製造方法について説明する。

まず、図１を用いて、燃料電池１０を用いた発電システムである車載燃料電池システム１の構成について説明する。

燃料電池システム１は、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池１０を備えるとともに、燃料電池１０に酸化ガスとしての空気を供給する酸化ガス配管系２、燃料電池１０に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系３、燃料電池１０を冷却する冷却系４等を備えている。

酸化ガス配管系２は、図示略の加湿器により加湿された空気を燃料電池１０に供給する空気供給流路２０と、燃料電池１０から排出された空気のオフガスを希釈器２１に導く空気排出流路２２と、希釈器２１から車外に空気のオフガスを導くための排気流路２３とを備えている。空気供給流路２０には、空気を燃料電池１０に圧送するエアコンプレッサ２４と、空気供給流路２０を開閉する入口弁２５とが設けられている。空気排出流路２２には空気圧を調整するエア調圧弁２６と、空気排出流路２２を開閉する出口弁２７とが設けられている。

水素ガス配管系３は、高圧の水素ガスを貯留した燃料供給源である水素タンク（燃料ガス供給源）３０から水素ガスを燃料電池１０に供給するための水素供給流路３１と、燃料電池１０から排出された水素ガスのオフガスを水素供給流路３１に戻すための循環流路３２とを備えている。

水素供給流路３１には、循環流路３２の合流位置よりも上流側に水素タンク３０からの水素ガスの供給を制御するインジェクタ３５が設けられている。インジェクタ３５は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。

循環流路３２には、気液分離器３６および排気排水弁（排出弁）３７を介して、排出流路３８が接続されている。気液分離器３６は、水素ガスのオフガスから水分を回収するものである。排気排水弁３７は、気液分離器３６で回収した水分と、循環流路３２内の不純物を含む水素ガスのオフガスとを外部に排出（パージ）するものである。また、循環流路３２には、燃料電池１０から排出された循環流路３２内の水素ガスのオフガスを加圧して水素供給流路３１側へ送り出して燃料電池１０に戻す水素ポンプ（循環ポンプ）３９が設けられている。なお、排気排水弁３７および排出流路３８を介して排出される水素ガスのオフガスは、希釈器２１によって空気排出流路２２の空気のオフガスと合流して希釈されるようになっている。

上記した燃料電池システム１の通常運転時においては、水素タンク３０からインジェクタ３５で制御されて水素ガスが水素供給流路３１を介して燃料電池１０の燃料極に供給されるとともに、エアコンプレッサ２４の駆動により空気が空気供給流路２０を介して燃料電池１０の酸化極に供給されることにより、発電が行われる。そして、水素ガスの燃料電池１０から排出されたオフガスが、水素ポンプ３９の駆動により、気液分離器３６で水分が除去されてから水素供給流路３１に導入され、水素タンク３０側の水素ガスと適宜混合されて再び燃料電池１０に供給される。

また、適宜のタイミングで排気排水弁３７が開弁させられると、気液分離器３６で回収した水分と、循環流路３２内の不純物を含む水素ガスのオフガスとが希釈器２１に導入される。すると、希釈器２１では、水分と水素ガスのオフガスを、燃料電池１０から空気排出流路２２を介して排出された空気のオフガス（希釈ガス）を混合することで希釈した後、排気流路２３を介して車外に排気する。

冷却系４は、燃料電池１０に冷却水を循環させる冷却流路４０を有している。冷却流路４０には、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ４１、および冷却水を加圧して循環させる冷却水ポンプ４２が設けられている。

図２に示すように、希釈器２１は、排気流路２３に接続される排気路５１が形成されている。

また、この希釈器２１における排気路５１の近傍には、取付口５２が形成されており、この取付口５２には、排気排水弁３７の取付部３７ａが差し込まれて取り付けられている。

この排気排水弁３７には、その流入口３７ｂに気液分離器３６からの配管が接続される。そして、適宜のタイミングで排気排水弁３７が開弁させられると、気液分離器３６で回収した水分と循環流路３２内の不純物を含む水素ガスのオフガスとが排気排水弁３７を介し、この排気排水弁３７の取付部３７ａの下端の導入口３７ｃから希釈器２１に導入される。

そして、この希釈器２１では、排気路５１を介して排気流路２３へ水素ガスのオフガスを希釈した空気のオフガス及び回収した水が送り出される。

なお、排気路５１には、排気排水弁３７側に、この排気排水弁３７からの水を排気路５１内に導く排水路５１ａが形成されており、排気排水弁３７の導入口３７ｃと排気路５１の排水路５１ａとの間の最短距離の経路が排水経路Ｐとされている。

この希釈器２１は、樹脂を射出成形した縦割りの分割体５３，５４からなるもので、これら分割体５３，５４を接合することにより、その内部に水素オフガスと空気オフガスの導入空間Ｓが形成されるように構成されている。

それぞれの分割体５３，５４には、互いの接合箇所に、外方へ突出する接合フランジ部５３ａ，５４ａが形成されている。そして、これら分割体５３，５４は、その接合フランジ部５３ａ，５４ａ同士を接合媒体Ｂを介して溶着することにより接合されて一体化されている。

一般に、このような縦割り構造の希釈器においては、上記のとおり、各分割体の開口端側に十分な接合代を確保するためのフランジ部を設け、両分割体のフランジ同士を突き合わせるようにして、接合媒体を介して両者を互いに接合することになるが、このときの接合強度不足を防ぐ観点から接合面積を大きめに確保するべく、余剰分を見込んで接合媒体を使用せざるをえない。その結果、燃料オフガスの器内への導入口と当該燃料オフガスとともに器内へ流入する水の器外への排水路とを繋ぐ排水経路上に当該接合媒体の余剰分が突出してしまう場合があり、かかる場合には、燃料オフガスに含まれる水の排水性が阻害される。

そこで、かかる不具合を解消するべく、本実施形態では、これら分割体５３，５４の接合箇所Ａは、排水経路Ｐから外れた位置に配置されている。

また、この分割体５３，５４の接合箇所Ａでは、接合フランジ部５３ａ，５４ａでの十分な接合強度を確保すべく、接合フランジ部５３ａ，５４ａの全面にて接合している。このため、これら接合フランジ部５３ａ，５４ａでは、接合媒体Ｂが希釈器２１の内底面２１Ａよりも内側（導入空間Ｓ側）へはみ出して突出した状態となる。

ここで、接合フランジ部５３ａ，５４ａを大きくして接合代を広くすれば、希釈器２１内へ接合媒体Ｂを突出させることなく十分な接合面積を確保することができる。しかしながら、この場合、外部への接合フランジ部５３ａ，５４ａの突出寸法が大きくなり、限られた設置スペースに設置される希釈器２１は、その容積を小さくしなければならなくなり、パージ量の減少により起動時間の増加を招いてしまう。

これに対して、本実施形態では、接合媒体Ｂが内側にはみ出るように接合フランジ部５３ａ，５４ａの全面にて接合しているため、接合フランジ部５３ａ，５４ａの外部への突出寸法を極力抑えつつ十分な強度にて分割体５３，５４を接合している。また、この場合、接合箇所Ａでは、その接合媒体Ｂが希釈器２１内に突出するが、接合箇所Ａは、排気排水弁３７の導入口３７ｃと排気路５１の排水路５１ａとの間の排水経路Ｐから外れた位置に配置されているので、希釈器２１内に突出した接合媒体Ｂが、排水経路Ｐにおける排水の邪魔となることがない。

以上、説明したように、本実施形態によれば、分割体５３，５４の接合箇所Ａが、排気排水弁３７の導入口３７ｃと排気路５１の排水路５１ａとの間の排水経路Ｐから外れた位置に配置されているので、排水経路Ｐにおける良好な排水性を確保することができ、排気排水弁３７の導入口３７ｃからの水を排水路５１ａへ円滑に流して排水させることができる。

次に、他の実施形態について説明する。

図３は他の実施形態に係る希釈器を示す概略断面図である。

図３に示すように、この希釈器６１は、３つの分割体６２，６３，６４から構成されている。分割体６２，６３は、分割体（第一分割体）６２の接合フランジ部６２ａと分割体（第二分割体）６３の接合フランジ部６３ａとを接合することにより互いに接合されており、分割体６３，６４は、分割体６３の接合フランジ部６３ｂと分割体（他の分割体）６４の接合フランジ部６４ａとを接合することにより互いに接合されている。

そして、この希釈器６１では、分割体６２，６３の接合箇所Ａが、排水経路Ｐに配置されている。

ここで、この希釈器６１では、排水経路Ｐに配置された分割体６２，６３の接合箇所Ａでは、内部に突出した接合媒体Ｂが除去されている。

このように、この希釈器６１の場合は、排水経路Ｐにおける分割体６２，６３の接合箇所Ａにおける内部に突出した接合媒体Ｂが除去されているので、接合箇所Ａの存在による排水性の悪化を抑え、排気排水弁３７の導入口３７ｃからの水を排水路５１ａへ円滑に流して排水させることができる。

この希釈器６１を製造する場合は、まず、接合箇所Ａが、排水経路Ｐに配置される分割体６２，６３同士を接合させる。

次に、両端が開口した筒状の分割体６３における当該分割体６３と分割体６２との接合箇所Ａとは反対側の開口端から工具を挿入する等して、排水経路Ｐに配置された分割体６２，６３の接合箇所Ａにおける接合媒体Ｂの内部への突出部分を除去する。

その後、分割体６３に排気路５１を取り付け、残りの分割体６４を分割体６３に接合させる。

このように製造することにより、排水経路Ｐに配置される分割体６２，６３の接合箇所Ａでの接合媒体Ｂによる排水性の悪化が抑えられた希釈器６１を容易に製造することができる。

また、３つの分割体６２，６３，６４から構成された希釈器６１としては、図４に示すように、排水経路Ｐに配置された分割体６２，６３のうち、接合代Ｘを構成する接合フランジ部６２ａ，６３ａの一方の接合フランジ部６３ａに連なる一方の分割体６３の底面部分を内側（導入空間Ｓ側）に凹ませても良い。つまり、接合フランジ部６２ａ，６３ａの接合代Ｘを、分割体６３，６４同士の接合箇所Ａにおける接合フランジ部６４ａ，６３ｂの接合代Ｙよりも長くしても良い。

このようにすると、分割体６２，６３同士の接合箇所Ａにおける接合媒体Ｂを内側に突出させることなく、十分な接合面積を確保して十分な接合強度が得られる。なお、分割体６３，６４同士の接合箇所Ａにおける接合媒体Ｂは、排水経路Ｐ上に配置されていないので内側に突出していても構わなく、図４でも内側に突出している。

つまり、この希釈器６１では、排水経路Ｐに配置される接合箇所Ａにおける接合媒体Ｂの内側への突出を抑えることができ、接合箇所Ａによる排水性の悪化を招くようなことなく、十分な接合強度を確保しつつ、排気排水弁３７の導入口３７ｃからの水を排水路５１ａへ円滑に流して排水させることができる。

しかも、接合箇所Ａから排気路５１の排水路５１ａまでの底面部分が、内側（導入空間Ｓ側）に凹まされることにより、排水路５１ａへ向かって下方へ傾斜した傾斜面６１Ａとなるので、排気排水弁３７の導入口３７ｃからの水をより円滑に排水路５１ａへ導くことができる。

１０…燃料電池、２１，６１…希釈器、３７ｃ…導入口、５１ａ…排水路、５３，５４，６２，６３，６４…分割体、Ａ…接合箇所、Ｂ…接合媒体、Ｐ…排水経路、Ｓ…導入空間。

Claims

燃料電池から排出された燃料オフガスと該燃料オフガスを希釈する希釈ガスとが導入されて、前記燃料オフガスを導入前よりも希釈させた状態で外部に排出する希釈器であって、
複数の分割体が接合媒体を介して互いに接合されて前記燃料オフガス及び希釈ガスの導入空間が形成されていると共に、それら分割体同士の接合箇所のうち、燃料オフガスの器内への導入口と当該燃料オフガスとともに器内へ流入する水の器外への排水路とを繋ぐ排水経路上に配置された接合箇所にあっては、接合時に前記導入空間側に突出した前記接合媒体の突出部が非突出化処理されている希釈器。
少なくとも三つの分割体が接合されてなる請求項１に記載の希釈器であって、
前記導入口を有する第一の分割体と前記排水路を有する第二の分割体とが互いに接合されていると共にその接合箇所が前記排水経路上に配置されてなり、
前記接合箇所における前記接合媒体が前記第一及び第二の分割体の内底面と面一又は該内底面よりも低位にある希釈器。
前記排水経路上に配置された接合箇所における分割体同士の第一接合代が、他の接合箇所における分割体同士の第二接合代よりも長く設定されている請求項１又は２に記載の希釈器。
請求項３に記載の希釈器において、
前記第一接合代は、前記分割体のうち当該第一接合代を構成する部分に連なる底面部分を前記導入空間側に凹ませることにより、前記第二接合代よりも長くされている希釈器。
少なくとも三つの分割体を互いに接合してなり、燃料電池から排出された燃料オフガスと該燃料オフガスを希釈する希釈ガスとが導入されて、前記燃料オフガスを導入前よりも希釈させた状態で外部に排出する希釈器の製造方法であって、
燃料オフガスの器内への導入口を有する第一分割体と、燃料オフガスとともに器内へ流入する水の器外への排水路を有する第二分割体とを、それらの接合箇所が前記導入口と前記排水路とを繋ぐ排水経路上に配置されるように接合媒体を介して互いに接合した後、前記排水経路上に配置された接合箇所における前記接合媒体を前記第一及び第二の分割体の内底面と面一又は該内底面よりも低位となるように処理し、その後、他の分割体を接合する希釈器の製造方法。