JP6493162B2 - Hydrogen supply device for fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池用水素供給装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen supply device for a fuel cell.
燃料電池は、燃料ガスである水素と酸化剤ガスである酸素とを電気化学反応させて発電を行う。燃料電池自動車は、車両に搭載した燃料電池から供給される電力で走行用モータを駆動させて走行する。 The fuel cell performs power generation by causing an electrochemical reaction between hydrogen as a fuel gas and oxygen as an oxidant gas. A fuel cell vehicle travels by driving a traveling motor with electric power supplied from a fuel cell mounted on the vehicle.
上記燃料電池は、発電単位となる燃料電池セルを複数積層したスタック構造とされ、この燃料電池セルへの燃料ガス供給を、スタック一端のエンドプレートに装着されたインジェクターから行う手法が知られている。 The fuel cell has a stack structure in which a plurality of fuel cells serving as power generation units are stacked, and a method of supplying fuel gas to the fuel cells from an injector attached to an end plate at one end of the stack is known. .
ところで、燃料電池を車両に搭載する際には、その搭載位置に特段の制限はないものの、車室の静寂性確保の観点から、発電運転中の騒音低減を図ることが望ましい。ところが、上記インジェクターを備えた燃料電池にあっては、インジェクターがガス噴出を繰り返し継続する都合上、振動源となり得、騒音が発生する虞があった。例えば下記特許文献1に記載されているように、インジェクターから噴射される水素ガスが、エンドプレートカバーに当たって振動を引き起こし、騒音を発生する虞があった。
By the way, when the fuel cell is mounted on the vehicle, although there is no particular restriction on the mounting position, it is desirable to reduce noise during the power generation operation from the viewpoint of ensuring the quietness of the passenger compartment. However, in the fuel cell provided with the injector, there is a possibility that noise may be generated because the injector can be a vibration source for the convenience of repeated gas ejection. For example, as described in
上記インジェクターからの噴射による騒音対策を図ることを目的として、下記特許文献1では、インジェクターの下流(インジェクターの噴射先)に、網を設けた構成を開示している。この網により、インジェクターからの噴射された水素の圧力が低減され、その結果、エンドプレートカバーの振動に伴う騒音の発生が抑制される、とされている。
For the purpose of taking measures against noise caused by injection from the injector,
上述した従来技術では、騒音の発生は抑制されるものの、騒音対策のための網を設ける必要があり、部品点数が増加するという課題があった。そのため、部品点数を削減しながらインジェクターからの噴射による騒音を低減することが望まれていた。 In the above-described prior art, although the generation of noise is suppressed, it is necessary to provide a network for noise countermeasures, and there is a problem that the number of parts increases. Therefore, it has been desired to reduce the noise caused by the injection from the injector while reducing the number of parts.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品点数を削減しながらインジェクターからの噴射による騒音を低減することができる燃料電池用水素供給装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell hydrogen supply device capable of reducing noise caused by injection from an injector while reducing the number of components. .
上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池用水素供給装置は、燃料電池に水素ガスを供給する燃料電池用水素供給装置であって、前記燃料電池に接続され、断面視略円形の流路を有するデリバリ配管と、前記デリバリ配管に設けられ、該デリバリ配管内を流れる水素ガスを調圧して下流側に噴射するインジェクターと、を備え、前記インジェクターは、縦断面でみたときに、前記インジェクターの噴射流路の中心軸が前記デリバリ配管における前記流路の長手方向中心軸から外れた位置に設けられている。 In order to solve the above problems, a hydrogen supply device for a fuel cell according to the present invention is a hydrogen supply device for a fuel cell that supplies hydrogen gas to the fuel cell, and is connected to the fuel cell and has a substantially circular flow in cross section. A delivery pipe having a passage, and an injector provided in the delivery pipe and regulating the hydrogen gas flowing in the delivery pipe and injecting the gas downstream, the injector when viewed in a longitudinal section The central axis of the injection flow path is provided at a position deviating from the central axis in the longitudinal direction of the flow path in the delivery pipe.
かかる構成によれば、インジェクターから噴射される水素ガスが、デリバリ配管の長手方向中心軸を通りデリバリ配管の底面に直接当たることを抑えることができる。これにより、インジェクターから噴射される水素ガスがデリバリ配管の底面に直撃することに起因する振動及び当該振動による騒音の発生を抑制することができる。従来の構成では、騒音の発生を抑制するために、インジェクターの噴射方向下流側に網を設けた構成が知られているが、本発明では、このような網の部材を必要としないので、部品点数を削減しながら、騒音の発生を抑制することができる。 According to such a configuration, it is possible to suppress the hydrogen gas injected from the injector from directly hitting the bottom surface of the delivery pipe through the longitudinal central axis of the delivery pipe. Thereby, it is possible to suppress the vibration caused by the hydrogen gas injected from the injector directly hitting the bottom surface of the delivery pipe and the generation of noise due to the vibration. In the conventional configuration, in order to suppress the generation of noise, a configuration in which a net is provided on the downstream side in the injection direction of the injector is known, but in the present invention, such a net member is not required, Noise generation can be suppressed while reducing the number of points.
本発明によれば、部品点数を削減しながらインジェクターからの噴射による騒音を低減することができる燃料電池用水素供給装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the hydrogen supply apparatus for fuel cells which can reduce the noise by the injection from an injector can be provided, reducing a number of parts.
以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態はあくまでも好適な適用例であって、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, the following embodiment is a suitable application example to the last, Comprising: The application range of this invention is not limited to this.
まず、本実施形態における燃料電池用水素供給装置が搭載される燃料電池の構成について説明する。図1は、燃料電池の構成の一例を説明するための図である。燃料電池は、燃料ガスである水素と酸化剤ガスである酸素とを電気化学反応させて発電を行うものである。 First, the configuration of a fuel cell in which the fuel cell hydrogen supply device according to this embodiment is mounted will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining an example of the configuration of a fuel cell. The fuel cell performs power generation by causing an electrochemical reaction between hydrogen as a fuel gas and oxygen as an oxidant gas.
図1に示す燃料電池100は、複数の発電セル110と、ターミナルプレート120、130と、絶縁プレート140と、エンドプレート150、150と、を備える。複数の発電セル110は、積層されて燃料電池スタック102を形成している。燃料電池スタック102の積層方向の両端には、それぞれターミナルプレート120、130が配置されている。ターミナルプレート120、130は、燃料電池スタック102から電力を取り出すために用いられる。ターミナルプレート120の積層方向の外側には、絶縁プレート140が配置されている。ターミナルプレート130側には、絶縁プレートは無くても良い。絶縁プレート140の積層方向の外側と、ターミナルプレート130の積層方向の外側には、それぞれエンドプレート150、150が配置されている。なお、燃料電池100の構成としては、図1に示した例に限定されず、以下で説明する燃料電池用水素供給装置を具備していれば、他の部材等を適宜選択することが可能である。
A
続いて、上述した燃料電池に水素を供給するための燃料電池用水素供給装置の構成について説明する。図2は、燃料電池用水素供給装置の概略構成を示す斜視図である。 Next, the configuration of the fuel cell hydrogen supply device for supplying hydrogen to the above-described fuel cell will be described. FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of the fuel cell hydrogen supply device.
図2に示すように、燃料電池用水素供給装置1は、インジェクター10と、デリバリ配管20とを少なくとも備える。水素タンク(不図示)からの高圧水素ガスは、インジェクター10を具備するデリバリ配管20を介して燃料電池100に供給される。
As shown in FIG. 2, the fuel cell
デリバリ配管20は、燃料電池100に接続される配管であって、中圧側デリバリ配管20aと、低圧側デリバリ配管20bと、を有する。
The
中圧側デリバリ配管20aは、水素タンク(図示略)から供給される高圧水素ガスをインジェクター10に供給するための配管である。低圧側デリバリ配管20bは、中圧側デリバリ配管20aと燃料電池100との間に設けられる配管であって、インジェクター10の下流側に配設される配管である。低圧側デリバリ配管20bは、その内部にインジェクター10から噴射された水素ガスを流通させるための断面視円形のデリバリ内通路201(図3参照)を有している。インジェクター10から下流側に噴射された水素ガスは、この断面視円形のデリバリ内通路201(図3参照)を介して燃料電池100に供給される。なお、以下で詳述するインジェクター10a、10b、10cの上流側は相対的に高圧(中圧)、インジェクター10a、10b、10cの下流側は相対的に低圧であるため、本実施形態では、インジェクター10a、10b、10cの上流側に配置された配管を中圧側デリバリ配管20aと称し、インジェクター10a、10b、10cの下流側に配置された配管を低圧側デリバリ配管20bと称している。
The medium
デリバリ配管20にはインジェクター10a、10b、10cが設けられている。このインジェクター10a、10b、10cは、中圧側デリバリ配管20aから供給される高圧水素ガスを調圧して下流側に接続された低圧側デリバリ配管20bに噴射する機能を有する。本実施形態では、例えば3個のインジェクター10a、10b、10cを燃料電池100に搭載するが、その個数や形状は図に示す例に限定されず、適宜選択されるものである。以下では、この3個のインジェクター10a、10b、10cを総称してインジェクター10とも称する。
The
なお、インジェクター10を制御するため、制御装置または制御ユニットとしての図示しない電子制御ユニット(ECU)が設けられる。ECUはCPU、ROMおよびRAMのような記憶装置、A/D変換器、入出力インタフェース等を含む。記憶装置には種々のプログラム、データ、マップ等が記憶されており、ECUはこれらプログラム等を実行することにより種々の制御を実行する。インジェクター10の構成及び機能について簡単に説明すると、インジェクター10のそれぞれには弁体(図示省略)が設けられ、ソレノイド(図示省略)への通電により弁体が駆動され、内部流路の開口状態が変更される。ソレノイドが非通電状態では、弁体はスプリングによる付勢力により弁体に対向する弁座に当接して内部流路を閉塞する。ソレノイドが通電状態となると、弁体はスプリングによる付勢力に抗して移動して弁座から離間し、内部流路が開状態となる。ソレノイドは上述したECUからの制御信号により通電され、インジェクター10のガス噴射時間及びガス噴射時期が制御されることにより、水素ガスの流量及び圧力が高精度に制御される。
In order to control the
ところで、従来の構成(図7参照)にあっては、インジェクター300の噴射流路310から低圧側デリバリ配管320のデリバリ内通路321に水素ガスが噴射されると、噴射流路310から噴射された水素ガスがデリバリ内通路321の底面321aに直撃してしまう(図7に示す矢印A2)。このように水素ガスがデリバリ内通路321に噴射されると、低圧側デリバリ配管320が振動し、ひいては当該振動に伴う騒音が発生するおそれがある。
By the way, in the conventional configuration (see FIG. 7), when hydrogen gas is injected from the
この騒音の発生を抑制するために、例えば、インジェクターの噴射先(噴射下流部)に網(図示略)を設け、この網にインジェクターから噴射された水素ガスを当てる技術が提案されている。このように網を設ければ、インジェクターから噴射された水素の圧力がこの網によって低減され、低圧側デリバリ配管の振動及び当該振動に伴う騒音の発生を抑えることができる。しかし、このように網を設ける構成にあっては、別途部材が必要となってしまい、部品点数が増大してしまうという問題があった。 In order to suppress the generation of this noise, for example, a technique has been proposed in which a net (not shown) is provided at the injection destination (injection downstream portion) of the injector, and the hydrogen gas injected from the injector is applied to this net. If the net is provided in this way, the pressure of hydrogen injected from the injector is reduced by the net, and the vibration of the low-pressure delivery pipe and the generation of noise associated with the vibration can be suppressed. However, in the configuration in which the net is provided in this way, there is a problem that a separate member is required and the number of parts increases.
そこで本発明者らは、別途の部材を不要としながら、低圧側デリバリ配管の振動及び当該振動に伴う騒音の発生を抑制することを検討した。検討した結果、次のようにインジェクター10をデリバリ配管20に設けることが好適であることを見出した。
Therefore, the present inventors have studied to suppress the vibration of the low-pressure delivery pipe and the generation of noise accompanying the vibration while eliminating the need for a separate member. As a result of the examination, it was found that it is preferable to provide the
具体的には、本実施形態では、インジェクター10が低圧側デリバリ配管20bに対してオフセットした状態で配設されている。詳細には、図3に示すように、縦断面視において、インジェクター10の噴射方向(図3では下側)に沿った噴射流路11の中心軸F(以下、「インジェクター10の噴射軸F」とも称する)が、低圧側デリバリ配管20bのデリバリ内通路201の長手方向中心軸Cから外れた位置にインジェクター10が配置されている。言い換えれば、インジェクター10は、噴射方向に沿った噴射流路11の中心軸Fと、低圧側デリバリ配管20bのデリバリ内通路201の中心軸Cとを一致させないように配設されている。更に言い換えれば、縦断面でみたときに、インジェクター10の噴射軸Fが、デリバリ内通路201の側面、言い換えれば、デリバリ内通路201の円弧面状の壁面201bに位置するようにインジェクター10が配設されている。
Specifically, in this embodiment, the
なお、上述したデリバリ内通路201の円弧面状の壁面201bは、図3に示した位置に限定されるわけではなく、少なくともデリバリ内通路201の底面201aから外れた位置であれば良い。つまり、インジェクター10から噴射される水素ガスが、デリバリ内通路201の底面201aに直撃するのが抑制される位置にインジェクター10が配置されていることが好ましく、言い換えれば、インジェクター10から噴射される水素ガスのエネルギーが、図3の矢印A1に示すように流れの旋回に使われる(流れの勢いがいなされる)ようにインジェクター10が配置されることが好ましい。このようにインジェクターを配置することによって、別途の部材を不要としながら騒音を低減することができる。
Note that the arc-shaped
なお、図4に示すように、本実施形態では、低圧側デリバリ配管20bのデリバリ内通路201の中心軸Cと、インジェクター10の噴射軸Fとに、角度をもたせることが好適である。言い換えれば、インジェクター10の噴射軸Fを、低圧側デリバリ配管20bのデリバリ内通路201の中心軸Cに対して傾斜させるように、インジェクター10が配設されることが好適である。これにより、インジェクター10から噴射される水素ガスの流れが、その進行方向(図4では右側)に形成され易くなる。
As shown in FIG. 4, in the present embodiment, it is preferable to provide an angle between the central axis C of the delivery
以上説明したように、本実施形態に係る燃料電池用水素供給装置1は、燃料電池100に接続され、断面視略円形のデリバリ内通路201を有するデリバリ配管20と、デリバリ配管20に設けられ、該デリバリ配管20内を流れる水素ガスを調圧して下流側に噴射するインジェクター10と、を備え、インジェクター10は、縦断面でみたときに、インジェクター10の噴射流路11の中心軸Fがデリバリ配管20におけるデリバリ内通路201の長手方向中心軸Cから外れた位置に設けられている。
As described above, the fuel cell
以上説明した実施形態では、デリバリ配管20が中圧側デリバリ配管20a及び低圧側デリバリ配管20bを有し、インジェクター10が低圧側デリバリ配管20bに対してオフセットした状態で配設された例を説明したがこの例に限定されない。すなわち、図5及び図6に示すように、低圧側デリバリ配管20bを設けない構成とし、インジェクター10の下流側にエンドプレート150を接続してもよい。この構成では、図6に示すように、インジェクター10は、エンドプレート150内に設けられた流路160に対してオフセットさせた状態で設けられている。詳細には、縦断面でみたときに、インジェクター10は、その噴射流路の中心軸Fが、エンドプレート150内に設けられた流路160の中心軸Cから外れた位置に設けられている。言い換えれば、縦断面でみたときに、インジェクター10の噴射流路11の中心軸Fが、エンドプレート150内に設けられた流路160の円弧面状の壁面160bに位置するようにインジェクター10が設けられている。更に言い換えれば、インジェクター10から噴射される水素ガスのエネルギーが、図6の矢印A1に示すように流れの旋回に使われる(流れの勢いがいなされる)ようにインジェクター10が設けられている。
In the embodiment described above, the
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではなく、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples, and those appropriately modified by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they have the features of the present invention.
1:燃料電池用水素供給装置
10:インジェクター
11:噴射流路
20a:中圧側デリバリ配管
20b:低圧側デリバリ配管(デリバリ配管)
100:燃料電池
102:燃料電池スタック
110:発電セル
150:エンドプレート
201:デリバリ内通路(流路)
C:デリバリ内通路の中心軸
F:噴射流路の中心軸
1: Hydrogen supply device for fuel cell 10: Injector 11:
100: Fuel cell 102: Fuel cell stack 110: Power generation cell 150: End plate 201: Passage in delivery (flow path)
C: Central axis of passage in delivery F: Central axis of injection flow path
Claims (1)
前記燃料電池に接続され、断面視略円形の流路を有するデリバリ配管と、
前記デリバリ配管に設けられ、該デリバリ配管内を流れる水素ガスを調圧して下流側に噴射するインジェクターと、を備え、
前記インジェクターは、縦断面でみたときに、前記インジェクターの噴射流路の中心軸が前記デリバリ配管における前記流路の円弧面状の壁面に位置するように、配設されていることを特徴とする燃料電池用水素供給装置。 A hydrogen supply device for a fuel cell that supplies hydrogen gas to a fuel cell,
A delivery pipe connected to the fuel cell and having a substantially circular channel in cross-sectional view;
An injector that is provided in the delivery pipe and adjusts the hydrogen gas flowing in the delivery pipe and injects it downstream.
The injector is arranged so that a central axis of an injection flow path of the injector is located on an arcuate wall surface of the flow path in the delivery pipe when viewed in a longitudinal section. Hydrogen supply device for fuel cells.
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