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JP2005011641A - Exhaust gas treatment device of fuel cell - Google Patents

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JP2005011641A
JP2005011641A JP2003173657A JP2003173657A JP2005011641A JP 2005011641 A JP2005011641 A JP 2005011641A JP 2003173657 A JP2003173657 A JP 2003173657A JP 2003173657 A JP2003173657 A JP 2003173657A JP 2005011641 A JP2005011641 A JP 2005011641A
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Japan
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hydrogen
chamber
gas
cathode
fuel cell
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JP2003173657A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazunori Fukuma
一教 福間
Goji Katano
剛司 片野
Akio Yamamoto
晃生 山本
Hideo Numata
英雄 沼田
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • HELECTRICITY
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Abstract

【課題】希釈容器を高いシール性を有する構造にしなくても、高濃度水素が外部に放出される虞のない燃料電池の排気ガス処理装置を提供する。
【解決手段】希釈容器6を二重構造とし、この希釈容器6の内部に導入された水素ガスを蓄える水素室15を設け、この水素室15の外側にカソードオフガスが流れる通路室16a〜cを設ける。そして、水素室15の入口側と出口側に、それぞれカソードオフガスの通路室とつながる導通口22a,22bを設ける。
【選択図】 図4
The present invention provides an exhaust gas treatment device for a fuel cell, in which high-concentration hydrogen is not likely to be released to the outside without having a dilution container having a high sealing property.
A diluting vessel 6 has a double structure, a hydrogen chamber 15 for storing hydrogen gas introduced into the diluting vessel 6 is provided, and passage chambers 16a to 16c through which a cathode off gas flows are provided outside the hydrogen chamber 15. Provide. Then, on the inlet side and the outlet side of the hydrogen chamber 15, conduction ports 22 a and 22 b respectively connected to the cathode off gas passage chamber are provided.
[Selection] Figure 4

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の排出ガス処理装置に関し、詳しくは燃料電池発電システムの排出ラインにおいて、パージ時の水素ガスの処理を行う燃料電池の排出ガス処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電気自動車等の燃料電池発電システムにおいて、例えば純水素(以下、「水素」という。)を燃料とする場合、燃料電池への水素の供給は、その燃費をよくして利用効率を上げるために、アノード配管系に循環系を採用している。この循環方式としては、負圧を発生させて水素を吸引するエゼクタや、真空ポンプなどを利用する。このような循環系で水素の循環を長時間続けていると、水素中の不純物、例えば、窒素の濃度が高まり、それに連れて水素の濃度が低下し、発電の効率を悪くすることがある。そこで、窒素等の不純物や水を排出するパージ操作が必要になる。ところが、アノード配管系には、水素が満たされているため、このパージ操作中に高濃度の水素も一緒に外部へ排出されてしまうと、水素には不純物が含まれていても濃度が高く、濃度の高い水素をそのまま大気に排出したのでは不都合が多い。また、循環系に水分が溜まって燃料電池システムのアノード配管系内の水素の流れを悪くすることがある。そこで、燃料電池の循環系内に気液分離器を設けて水分を除去し、この循環系から排出される水素オフガスを希釈装置である希釈器内で滞留させ、酸素オフガス(空気)と混合させて水素濃度を希釈してから、更にマフラの下流で合流させて大気に排出するようにしている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−289237号公報(12−13頁、図7−8)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献1に記載のように、水素ガスの排出ラインに使用する希釈装置は、アノード系のドレーンまたはパージの際に放出される水素を安全に車外に放出する上で不可欠なデバイスである。
本出願人は、前記特許文献1に記載の希釈装置を更に改良した構造として、希釈装置とマフラとを一体化した構造の排出燃料希釈器を先の出願で提案している(例えば、特願2002−288890号)。この先の出願は、図5に示すように、排出燃料希釈器(6)は、燃料電池からパージされる水素ガスを導入する入口部(8)と、この入口部(8)から導入された水素ガスを滞留する滞留室(18)と、この滞留室(18)を貫通して設けられたカソード配管(14)とからなり、このカソード配管(14)は、配管の途中に穴部(21)を設けるとともに、燃料電池のカソード排出ガス(空気)が供給され、前記穴部(21)から滞留室(18)の水素ガスをカソード配管(14)内に吸い込み、この水素ガスを燃料電池から排出されるカソード排出ガス(空気)と混合して希釈した後、大気に排出するようにしたものである。
【0005】
しかしながら、この先願に係る排出燃料希釈器においては、希釈器のボックスに水素ガス導入の入口部(8)を接続したシール部分には高濃度の水素が常に存在している状態となる。そのため、水素が外部に洩れることを防止するために全周溶接構造やOリングを配設したシール構造とするなど、高いシール性を有する構造を必要とし、構造上コスト高または複雑化する問題があった。
【0006】
そこで、本発明は、希釈容器としての機能を満足した上で、全周溶接構造やOリングを配設したシール構造のような高いシール性を有する構造としなくても、高濃度水素が外部に放出される虞のない燃料電池の排出ガス処理装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明のうちの請求項1に記載の発明は、燃料電池からパージされる水素ガスを、燃料電池から排出されるカソードオフガスと混合、希釈して大気に排出する希釈容器を設けた燃料電池の排出ガス処理装置において、該希釈容器を二重構造とし、希釈容器の内側に、導入された水素ガスを蓄える水素室を設け、該水素室の外側にカソードオフガスが流れる通路室を設け、水素室の入口側と出口側に、それぞれカソードオフガスの通路室とつながる導通口を設けたことを特徴とする。
【0008】
請求項1に記載の発明によれば、水素室を希釈容器の内部に配置した二重構造の水素もれ防止構造として、水素室の外側を希釈に使用されるカソードオフガスが流れる構造とした。これにより水素室の外側は完全にカソードオフガスで包まれた構造となっているので、万一、この希釈容器の内側に配置した水素室へ水素ガスを導入する導入部が損傷しても、カソードオフガスで包まれているため、高濃度の水素ガスが直接外部へ漏れる虞のない漏れ止め防止構造とすることができる。また、この2重構造により、水素漏れ対策の改善をしつつ、水素パージ時の消音効果を高めることができる。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池の排出ガス処理装置であって、前記通路室の入口側と出口側とを仕切る圧損仕切板を設けたことを特徴とする。
ここで、圧損仕切板とは、希釈容器内におけるカソードオフガスの流れに抵抗を付与すると同時にカソードオフガスの圧力を低下させるように所定の開口部を設けた仕切板をいう。
【0010】
請求項2に記載の発明によれば、希釈性を満足させるために、希釈に使用されるカソードオフガスが流れる通路室に、カソードオフガスに圧力損失を生じさせる圧損仕切板を通路室の入口側と出口側との間に置き、その上流部分に希釈流体が水素室に行くための導通口を、また下流部分に水素室からの水素が希釈流体と混合するための導通口を持つ水素もれ防止構造とした。前記水素室の外側の通路室を流通するカソードオフガスの流れが圧損仕切板により抵抗を与えられるので、水素室内ヘのカソードオフガスの誘導が促進されやすくなる。これにより、水素もれの防止を行うことができると共に、水素室内でのパージ水素とカソードオフガスとの混合が促進されて、効果的な希釈を行うことができる。また、この希釈容器の圧損仕切板で仕切られた2重構造は、水素漏れ対策の改善をしつつ、水素パージ時の消音効果を高めることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態の燃料電池の排出ガス処理装置の詳細について説明する。参照する図面において、図1は本発明に係る実施形態の燃料電池の排出ガス処理装置を備えた燃料電池電気自動車を示す平面図であり、図2は燃料電池の排出ガス処理装置を有する燃料電池システムを示す説明図である。また、図3は希釈容器内でのカソードオフガスとパージ水素の流れを示す概略説明図である。図4は図3に示した希釈容器の各部の構造を斜視図で表した説明図である。なお、図3および図4は、特にカソードオフガスとパージ水素の流れを表現するために各部品を模式的に表しているにすぎず、各部品の位置関係はこれに限定されない。特に、図3において、水素室15に対するパージ水素配管8とドレーン配管10、11との接続構造は、図2のようにパージ水素配管8に合流させてカソードオフガスの通路室16aを貫通させるようにしてもよいし、図示しない態様で、パージ水素配管8に合流させずに、別々の配管のままで通路室16aを貫通させて接続させてもよい。また、図中の矢印は、ガスの流れを示している。
【0012】
図1に示すように、燃料電池電気自動車(以下、「車両」という。)1の略中央部の床下に、燃料電池システムボックス2が配設されている。燃料電池システムボックス2の内部には、燃料電池システム、即ち、温調器3、燃料電池スタック4、加湿器5、及び希釈容器6が車両1の前方から後方に向かって順に配設されている。燃料電池システムは、前記機器3〜6のほかに、燃料電池スタック4を冷却する不図示のラジエータや図2に示す高圧水素容器27、排出する空気の量を調整可能にするコンプレッサ25などから構成されている。
【0013】
燃料電池スタック4は、高圧水素容器27に貯留された燃料となる水素と、コンプレッサ25により車外から取り入れた空気を供給されて発電を行い、車両1を駆動するための電気を供給する。この燃料電池スタック4を好適に作動させるために、温調器3で燃料電池スタック4に供給される水素及び空気の温度調整を行い、加湿器5で燃料電池スタック4に供給される水素及び空気を加湿する。希釈容器6は、アノード配管系からのパージ水素をこの希釈容器6内に放出させて滞留させ、カソードオフガス(排気空気)と混合して希釈してから車両外に排出する。
【0014】
図2に示すように、燃料電池スタック4は、高圧水素容器27に貯留された燃料となる水素と、コンプレッサ25から供給される空気(以下、「供給空気」という。)との電気化学反応により発電を行なうものである。また、この燃料電池スタック4の下部には、発電に伴って生成される水などのドレーンを希釈容器6へ排出するためのアノードドレーン配管10が接続されている。なお、この燃料電池スタック4内で生成された水は、アノードドレーン配管10の適所に設けられた開閉弁12を手動または自動で開閉することにより、排出燃料の希釈容器6へ流れるようになっている。
【0015】
燃料電池スタック4のアノード側には、その入口に高圧水素容器27からの水素を導く水素供給配管28が加湿器5を介して接続され、その出口に水素を再度燃料電池スタック4へ戻すための循環用配管(循環系)7が接続されている。この循環用配管7は、燃料電池スタック4で一度使用された水素を、その燃費を良くして利用効率を上げるため、循環用配管7により加湿器5の上流側に戻すようにするものである。そして、この循環用配管7には、その内部に溜まっている水素中の不純物や燃料電池スタック4内で生成される水を含んだ水素を希釈容器6へ排出するためのパージ水素配管8が分岐して接続されている。なお、この循環用配管7内の水素は、パージ水素配管8の適所に設けられたパージ弁9が不図示の制御装置からの信号により所定の間隔をおいて開閉されることで、希釈容器6内の水素室15へ間欠的にパージ(排出)されるようになっている。
【0016】
燃料電池スタック4のカソード側には、その入口にコンプレッサ25からの供給空気を導く空気供給配管26が接続され、その出口に燃料電池スタック4から排出される空気(以下、「カソードオフガス」という。)を外部へ導くカソードオフガス配管14が接続されている。このカソードオフガス配管14の下流は、希釈容器6へ接続されている。このカソードオフガスは、カソードオフガス配管14の適所に設けられる希釈容器6内で後記するようにパージ水素を適正な水素濃度に希釈した後、外部へ排出されるようになっている。
【0017】
加湿器5は、水素供給配管28の適所に設けられ、その下部に水などのドレーンをパージ水素配管8を介して希釈容器6へ排出するための加湿器ドレーン配管11が接続されている。なお、この加湿器5内のドレーンは、加湿器ドレーン配管11の適所に設けられた開閉弁13を手動または自動で開閉することにより、希釈容器6へ流れるようになっている。また、空気供給配管26にも、図示は省略するが、同様に加湿器、加湿器ドレーン配管、および開閉弁が設けられ、その加湿器のドレーンが希釈容器6へ排出するようになっている。図2では、アノードドレーン配管10および加湿器ドレーン配管11は、前記のようにパージ水素配管8の下流に接続し、このパージ水素配管8を介して希釈容器6内の水素室15へと接続した態様を示しているが、このアノードドレーン配管10および加湿器ドレーン配管11は、希釈容器6の水素室15に対して個別にそれぞれ接続するようにしてもよい。
【0018】
希釈容器6は、その内側に配設した水素室15と、この水素室15の周囲に配置する通路室16a〜16cとを有する容器である。水素室15は主に循環用配管7から間欠的にパージされる水素を一旦貯蔵して滞留しておく室であり、通路室16a〜16cはカソードオフガス配管14から水素ガスの希釈に使用される燃料電池スタック4からのカソードオフガスを流入させる室であって、カソードオフガス配管14よりも容積が拡大した通路を形成する室である。
【0019】
この通路室16a〜16cは、カソードオフガスの上流側から通路室16a,16b,16cの順に配置されている。この希釈容器6には、各通路室を区画する圧損仕切板17a,17bが設けられている。この希釈容器6内で適正水素濃度に希釈されたパージ水素は、大気へと排出される。なお、この希釈容器6は、圧損仕切板を1枚として、少なくとも1つの水素室と圧損仕切板の前後に配置する2つの通路室とを有する2重構造の容器として形成してもよい。
【0020】
次に、図3および図4を参照して、本実施の形態の希釈容器6の構造について説明する。図示の実施形態において、希釈容器6は、その希釈容器6の内部に水素室15を配設した2重構造の希釈容器である。図において、黒細線矢印は、パージ水素ガスの流れを示し、白矢印は、カソードオフガスの流れを示している。また、ハッチング矢印は、希釈後のパージ水素の流れを示している。
水素室15は、圧損仕切板17a,17bの中央部に内嵌して支持されており、この圧損仕切板17a,17bの外縁を希釈容器6の内周壁に固定することにより、希釈容器6の内側の空間に保持されるように構成したものである。つまり、水素室15の周囲の両端部に圧損仕切板17aと圧損仕切板17bとをそれぞれ配設し、この圧損仕切板17a,17bによって水素室15を希釈容器6の内側空間内に保持している。したがって、圧損仕切板17a,17bは、水素室15を希釈容器6の内側に空間的に保持するスペーサ的な機能を有している。
【0021】
希釈容器6と水素室15との間に形成される空間は、この圧損仕切板17a,17bによって3つの空間に仕切られ、これにより通路室16a,16b,16cが形成される。また、水素室15の上流側の端部には、カソードオフガスの一部を導入する複数の入口側導通口22aが設けられており、水素室15の下流側の端部には希釈された水素ガスを排出する複数の出口側導通口22bが設けられている。この入口側導通口22aと出口側導通口22bとの間に前記圧損仕切板17a,17bが互いに離間して配設されている。入口側導通口22aおよび出口側導通口22bは、希釈容器6内の空間をカソードオフガスが入口側から排出側へ流れる方向に対して平行な水素室15の周面または側面に設けられている。
【0022】
圧損仕切板17a,17bは、穴明き板またはパンチングプレートから形成される。圧損仕切板17aは、複数の穴群またはメッシュ穴22cを有しており、圧損仕切板17bは、複数の穴群またはメッシュ穴22dと水抜き用の通し穴22fとを有している。この穴群またはメッシュ穴22c,22dは、カソードオフガスに通過抵抗を与えるようにするために設けるものである。圧損仕切板17a,17bに設けた複数の穴群またはメッシュ穴22c,22dは、水素室15の外周に沿って断続的または連続的に形成されている。なお、圧損仕切板17aにも、水抜き用の通し穴22fを形成したものを使用してもよい。
【0023】
希釈容器6の前壁18には、カソードオフガス配管14が接続されており、入口部20からカソードオフガスが上流側に配置された通路室16a内に導入される。通路室16a内に導入されたカソードオフガスは、通路室16a内で拡散され、さらに圧損仕切板17a,17bの複数の穴群またはメッシュ穴22c,22dによって絞り抵抗を受けて圧損しながら、通路室16b,16cへと順次に下流側へ移動して通路室内を流れるようになっている。
【0024】
一方、水素室15の前部壁15aには、上流側に配設された通路室16a内を貫通してパージ水素配管8が接続されており、導入部21aから水素室15内にパージ水素が導入されるようになっており、水素室15内に導入されたパージ水素はこの水素室15内で拡散されて一旦滞留する。このとき、水素室15内での滞留で凝縮した水や加湿器などから排出されたドレーンは、水素室15の底面に設けられたドレーン穴22eから通路室16bの底部に排出されるようになっている。
【0025】
また、希釈容器6の前壁18と水素室15の前部壁15aとは、互いに離間して配置されており、同じく希釈容器6の後壁19と水素室15の後部壁15bも、互いに離間して配置されている。その結果、この圧損仕切板17a,17bを配設した構造により、水素室15を希釈容器6の空間に保持し、希釈容器6と水素室15とで形成される空間中にカソードオフガスの流れに沿って通路室16a,16b,16cが順次形成される。
【0026】
この圧損仕切板17aの複数の穴群またはパンチングプレートのメッシュ穴22cにより流通路が絞られたカソードオフガスが、一部は通路室16aから入口側導通口22aを通って水素室15内ヘ侵入し、水素室15内で希釈されたパージ水素ガスとして出口側導通口22bから通路室16cへ排出され、残りのカソードオフガスは、圧損仕切板17aの複数の穴群またはメッシュ穴22cから通路室16bを通って、さらに圧損仕切板17bの複数の穴群またはメッシュ穴22dを通って通路室16cへと流れる。
【0027】
この下流の3段目の通路室16cで、水素室15を出たパージ水素ガスはカソードオフガスと合流して、さらにこの通路室16c内で混合希釈されて排出部23を経て排出管24から大気へ放出される。この複数の穴群またはメッシュ穴22c,22dの穴やパンチングプレートのメッシュなどの開口率は、カソードオフガスの通過流量と通路室容積等を考慮して作成される混合比率モデルマップに基づいて最適モデルが設計的に選定される。
また、水素室15内に溜まった水は、水溜まりを防ぐために、水素室15の下面に設けられたドレーン穴22e(希釈性能に影響を与えない程度の直径4ミリ以上の水抜き穴が望ましい。)から水滴状態で排出され、圧損仕切板17bの下端部に設けられた通し穴22fを通り、さらに希釈容器6の排出部23(図4参照)を介して、希釈流体中の水と共に排出管24から外部へ排出される。
【0028】
なお、この希釈容器6の排出部23に、不図示の逆火防止フィルタを配設してもよい。この逆火防止フィルタを配設することにより、外部側からの逆火による不都合や支障を防止することができる。
【0029】
次に、この希釈容器6によるパージ水素の希釈処理の仕方について説明する。パージ水素の希釈は、パージ水素配管8などから不純物などを含む高濃度のパージ水素を水素室15内に導入し、コンプレッサ25により通路室16aに導入するカソードオフガスの一部を、圧損仕切板17aの配設により入口側導通口22aへ流入させて水素室15内ヘ導入し、パージ水素と混合希釈するようになっている。
【0030】
希釈容器6の前壁18に設けられた入口部には、排気空気のカソードオフガスが導入されるカソードオフガス配管14が接続されている。カソードオフガスは、この入口部から通路室16aへ導入される。通路室16aは、カソードオフガス配管14に比べて容積が大きいので、導入されたカソードオフガスはこの通路室16a内で容積が拡大され、膨張させられるため、圧力エネルギーが低減され、大気へ排気される際の排気音を抑制することができる。
【0031】
一方、希釈容器6内に導入されるパージ水素は、パージ水素配管8を介して希釈容器6の上流の入口側に配設されたカソードオフガスが流れる通路室16aを通過して、水素室15へ導入される。パージ水素配管8を通って水素室15内に放出されたパージ水素は、容積が拡大することでしばらく滞留して水素室15内に拡散される。
【0032】
その後、圧損仕切板17aによる圧損効果によって、カソードオフガス配管14から導入されて通路室16aを拡散しつつ流れるカソードオフガスの一部が、水素室15の入口側導通口22aを介して水素室15内に侵入し、パージ水素を希釈する。そして、希釈されたパージ水素は、水素室15の出口側導通口22bから通路室16cを流れるカソードオフガスに吸い出され、さらに通路室16c内でカソードオフガスと混合して希釈され、低濃度となって車両外に排出される。また、加湿器5や燃料電池スタック4から出るカソードオフガス中の凝縮水も排気空気と一緒に排出される。
【0033】
前記不純物などを含む高濃度の水素を水素室15内で適正な水素濃度に希釈する方法は、不図示の制御装置を用いることにより行うものである。具体的には、希釈容器6の排出側に設置した水素濃度検出器の検出結果に基づいて、コンプレッサ25の回転数制御と共に、パージ水素配管8のパージ弁9やカソードオフガス配管14の適所に配設した流量調整弁の開度などを制御することにより行う(図2参照)。
【0034】
以上によれば、本実施の形態において、次のような効果を得ることができる。水素室15を希釈容器6の内部に配置した2重構造として、水素室15の外側を常に希釈に使用されるカソードオフガスが流れる構造とした。これにより、水素室15のパージ水素の導入部21aの接続部および水素室15の周囲は、完全にカソードオフガスで包まれた構造となっているので、万一、この水素室15の導入部21aやその周囲が損傷して導入したパージ水素ガスが水素室15から漏れるような支障が生じても、水素室15の周囲がカソードオフガスで包まれているため、高濃度の水素ガスが直接外部へ漏れる虞はなく、水素もれによる不都合を解消した漏れ止め構造とすることができる。また、この2重構造としたことにより、水素室15の周囲の通路室でパージ音が吸収されるから、水素もれ対策を改善しつつ、水素パージ時の消音効果やカソードオフガスの排気時の消音効果を高めることができる。
【0035】
また、水素室15の外側に設けたカソードオフガスの流れがこの圧損仕切板17aにより抵抗を与えられ、水素室15内ヘのカソードオフガスの誘導が促進されやすくなる。これにより、水素もれの防止と共に、水素室15内でのパージ水素とカソードオフガスとの混合が促進されて、効果的な希釈を行うことができる。また、この希釈容器6の圧損仕切板17a,17bで仕切られた2重構造は、水素漏れ対策を改善しつつ、水素室15の周囲の通路室でパージ音が吸収されるから、水素パージ時の消音効果やカソードオフガスの排気時の消音効果を高めることができる。
【0036】
(希釈容器の変形例)
本発明の前記実施の形態における圧損仕切板に替えて通常の仕切りを用いた適用例として、次の変形例が考えられる。
[変形例1]燃料電池からパージされる水素ガスを、燃料電池から排出されるカソードオフガスと混合、希釈して大気に排出する希釈容器を設けた燃料電池の排出ガス処理装置において、該希釈容器は、導入された水素ガスを蓄える水素室と、カソードオフガスが流れる通路室との間に仕切りを有する仕切室構造とし、少なくとも水素室の上流側に前記通路室を配置し、該通路室を通過して水素ガス導入管を水素室に接続し、該仕切りにカソードオフガスを導入する複数の導通口を設けると共に、該水素室の下流側に排出口を設けた希釈容器の水素もれ防止構造を特徴とする。
【0037】
変形例1の構成によれば、希釈容器内に導入されるパージ水素は、パージ水素配管を介して希釈容器の上流の入口側に配設されたカソードオフガスが流れる通路室を通過して、仕切りで区画された水素室へ導入される。この仕切りにおけるパージ水素の導入部となるパージ水素配管の接続部は、通路室内のカソードオフガスで周囲が囲まれた構造となっている。このため、このパージ水素の導入部は、高いシール性を備える構造としなくても、万一、この導入部が損傷しても高濃度の水素ガスが直接外部へ漏れる虞のない漏れ止め防止構造とすることができる。また、この仕切室構造により、水素漏れ対策を改善しつつ、水素パージ時の消音効果やカソードオフガスの排気時の消音効果を高めることができる。
【0038】
[変形例2]上記変形例1の燃料電池の排出ガス処理装置において、該希釈容器内に二つの仕切りを配設し、前記水素室の上流側と下流側とに前記通路室を配置した希釈容器の水素もれ防止構造を特徴とする。
【0039】
変形例2の構成によれば、カソードオフガスを上流側の通路室から導通口を介して水素室に入れてパージ水素と混合して希釈した後、この希釈した水素ガスを下流側の通路室に導通口を介して送出して、この通路室で一旦滞留させた後、大気へ排出する。これにより、希釈容器内に二つの仕切りを配設して室を3段に形成したので、パージ水素の導入部に対する確実な水素もれ防止構造が提供できると共に、パージ水素のパージ音やカソードオフガスの排気時の音をこの希釈容器内で充分に消音することができる。
【0040】
[変形例3]燃料電池からパージされる水素ガスを、燃料電池から排出されるカソードオフガスと混合、希釈して大気に排出する希釈容器を設けた燃料電池の排出ガス処理装置において、該希釈容器は、導入された水素ガスを蓄える水素室と、カソードオフガスを導入する通路室との間に仕切りを有する仕切室構造とし、該水素室を希釈容器の底面に配設し、この水素室の上流側前面と後面および上面を仕切りにより区画し、該水素室の上面に設けられる通路室の通路断面積を水素室の前面又は後面に設けられる上流側又は下流側の通路室の通路断面積よりも小さい通路断面積を有する通路室とし、上流側の通路室を通過して水素ガス導入管を水素室に接続すると共に該上流側の通路室にカソードオフガス配管を接続し、前記水素室の前面と後面の仕切りにカソードオフガスを導入する複数の導通口を設けると共に、希釈容器の下流側に排出口を設けた希釈容器の水素もれ防止構造を特徴とする。
【0041】
変形例3の構成によれば、水素室は希釈容器の底面と共通の底面とする構造であり、この水素室を希釈容器の通路室内に導入されるカソードオフガスが被覆する構造であるので、確実な水素もれ防止構造が提供できると共に、水素室に対する希釈容器の仕切室構造により、水素ガスのパージ音やカソードオフガスの排気音に対する消音効果を高めることができる。また、水素室を希釈容器の底面に配置したので、希釈容器の重心が安定して納まりがよい利点がある。この場合、水素室の前面に設ける導通口は、導入されるカソードオフガスの流れに対向する位置に配設すると希釈効果を高めることができて優れている。
【0042】
以上、本発明は、前記実施の形態および変形例に限定されることなく、様々な態様で実施される。
本実施の形態および変形例では、希釈容器6は、箱型又は円筒型、楕円筒型等のボックス状の容器であればよく、特に希釈容器の形状を特定するものではない。また、排出空気として、燃料電池のカソードオフガスを利用したが、本発明はこれに限定されず、コンプレッサからの供給空気を利用してもよい。
【0043】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、水素室の外側は完全にカソードオフガスで包まれた構造となっているので、万一、この希釈容器の内側に配置した水素室へ水素ガスを導入する導入部が損傷しても、カソードオフガスで包まれているため、高濃度の水素ガスが直接外部へ漏れる虞のない漏れ止め防止構造とすることができる。また、この2重構造により、水素漏れ対策を改善しつつ、水素室の周囲の通路室でパージ音が吸収されるから、水素パージ時の消音効果を高めることができる。
【0044】
請求項2に記載の発明によれば、水素室の外側の通路室を流通するカソードオフガスの流れが圧損仕切板により抵抗を与えられるので、水素室内ヘのカソードオフガスの誘導が促進されやすくなる。これにより、水素もれの防止を行うことができると共に、水素室内でのパージ水素とカソードオフガスとの混合が促進されて、効果的な希釈を行うことができる。また、この希釈容器の圧損仕切板で仕切られた2重構造は、水素漏れ対策を改善しつつ、水素室の周囲の通路室でパージ音が吸収されるから、水素パージ時の消音効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る燃料電池の排出ガス処理装置を備えた燃料電池電気自動車を示す平面図である。
【図2】燃料電池の排出ガス処理装置を有する燃料電池システムを示す説明図である。
【図3】希釈容器内でのカソードオフガスとパージ水素の流れを示す概略説明図である。
【図4】図3に示した希釈容器の各部の構造を斜視図で表した説明図である。
【図5】従来の技術の排出燃料稀釈器の説明図である。
【符号の説明】
4 燃料電池スタック
6 希釈容器
8 パージ水素配管
14 カソードオフガス配管
15 水素室
16a 通路室
16b 通路室
16c 通路室
22a 入口側導通口
22b 出口側導通口
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas processing apparatus for a fuel cell, and more particularly to an exhaust gas processing apparatus for a fuel cell that performs hydrogen gas processing at the time of purging in an exhaust line of a fuel cell power generation system.
[0002]
[Prior art]
In a fuel cell power generation system such as an electric vehicle, for example, when pure hydrogen (hereinafter referred to as “hydrogen”) is used as a fuel, the supply of hydrogen to the fuel cell is to improve the fuel efficiency and increase the utilization efficiency. A circulation system is adopted for the anode piping system. As this circulation system, an ejector that sucks hydrogen by generating a negative pressure, a vacuum pump, or the like is used. If the circulation of hydrogen in such a circulation system is continued for a long time, the concentration of impurities, for example, nitrogen in hydrogen increases, and the concentration of hydrogen decreases accordingly, which may reduce the efficiency of power generation. Therefore, a purge operation for discharging impurities such as nitrogen and water is necessary. However, since the anode piping system is filled with hydrogen, if high-concentration hydrogen is also discharged to the outside during this purge operation, the hydrogen concentration is high even if impurities are contained, There are many inconveniences when high concentration hydrogen is discharged into the atmosphere. In addition, water may accumulate in the circulation system, which may deteriorate the flow of hydrogen in the anode piping system of the fuel cell system. Therefore, a gas-liquid separator is provided in the circulation system of the fuel cell to remove moisture, and the hydrogen offgas discharged from this circulation system is retained in the diluter that is a diluting device and mixed with oxygen offgas (air). Then, after diluting the hydrogen concentration, they are further merged downstream of the muffler and discharged to the atmosphere (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-289237 A (pages 12-13, FIGS. 7-8)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described in Patent Document 1, a diluting device used in a hydrogen gas discharge line is an indispensable device for safely releasing hydrogen released during draining or purging of an anode system to the outside of the vehicle.
The present applicant has proposed an exhaust fuel diluter having a structure in which a diluter and a muffler are integrated as a structure obtained by further improving the diluter described in Patent Document 1 (for example, a patent application). 2002-288890). In the earlier application, as shown in FIG. 5, the exhaust fuel diluter (6) includes an inlet portion (8) for introducing hydrogen gas purged from the fuel cell, and hydrogen introduced from the inlet portion (8). It comprises a residence chamber (18) for retaining gas and a cathode pipe (14) provided through the residence chamber (18). The cathode pipe (14) is formed in a hole (21) in the middle of the pipe. In addition, the cathode exhaust gas (air) of the fuel cell is supplied, the hydrogen gas in the retention chamber (18) is sucked into the cathode pipe (14) from the hole (21), and the hydrogen gas is discharged from the fuel cell. The mixture is diluted with the cathode exhaust gas (air) to be diluted and then discharged to the atmosphere.
[0005]
However, in the exhaust fuel diluter according to this prior application, high concentration hydrogen always exists in the seal portion where the hydrogen gas inlet port (8) is connected to the diluter box. Therefore, in order to prevent hydrogen from leaking to the outside, a structure having a high sealing property such as an all-around welding structure or a seal structure in which an O-ring is provided is required, and there is a problem that the structure is expensive or complicated. there were.
[0006]
Therefore, the present invention satisfies the function as a dilution vessel, and high-concentration hydrogen can be discharged to the outside even if it does not have a high sealing performance such as an all-around welding structure or a sealing structure in which an O-ring is provided. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas treatment device for a fuel cell that is not likely to be released.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 of the present invention that solves the above-mentioned problems is a dilution container that mixes and dilutes the hydrogen gas purged from the fuel cell with the cathode off-gas discharged from the fuel cell and discharges it to the atmosphere. In the exhaust gas treatment apparatus for a fuel cell provided, the diluting vessel has a double structure, a hydrogen chamber for storing the introduced hydrogen gas is provided inside the diluting vessel, and a passage chamber in which the cathode off gas flows outside the hydrogen chamber And a conduction port connected to the cathode off-gas passage chamber is provided on the inlet side and the outlet side of the hydrogen chamber, respectively.
[0008]
According to the first aspect of the present invention, the double-structured hydrogen leakage prevention structure in which the hydrogen chamber is disposed inside the dilution container is configured such that the cathode off gas used for dilution flows outside the hydrogen chamber. As a result, the outside of the hydrogen chamber is completely covered with the cathode off-gas. Therefore, even if the introduction part that introduces the hydrogen gas into the hydrogen chamber arranged inside the dilution container is damaged, the cathode Since it is enclosed with off-gas, it can be set as the leak prevention structure which does not have a possibility that high concentration hydrogen gas may leak outside directly. In addition, this double structure can enhance the silencing effect during the hydrogen purge while improving the measures against hydrogen leakage.
[0009]
A second aspect of the present invention is the exhaust gas treatment apparatus for a fuel cell according to the first aspect, characterized in that a pressure loss partition plate for partitioning the inlet side and the outlet side of the passage chamber is provided.
Here, the pressure-loss partition plate refers to a partition plate provided with a predetermined opening so as to give resistance to the flow of the cathode off gas in the dilution container and simultaneously reduce the pressure of the cathode off gas.
[0010]
According to the second aspect of the present invention, in order to satisfy the dilutability, a pressure loss partition plate that causes a pressure loss in the cathode off gas is provided in the passage chamber in which the cathode off gas used for dilution flows, and the inlet side of the passage chamber. Prevent leakage of hydrogen by placing it between the outlet side and a conduction port for the diluted fluid to go to the hydrogen chamber in the upstream part, and a conduction port for the hydrogen from the hydrogen chamber to mix with the diluted fluid in the downstream part The structure. Since the flow of the cathode off gas flowing through the passage chamber outside the hydrogen chamber is given resistance by the pressure loss partition plate, the induction of the cathode off gas into the hydrogen chamber is easily promoted. As a result, hydrogen leakage can be prevented and mixing of purge hydrogen and cathode off gas in the hydrogen chamber is promoted, so that effective dilution can be performed. In addition, the double structure partitioned by the pressure loss partition plate of the dilution container can improve the silencing effect at the time of hydrogen purge while improving measures against hydrogen leakage.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, with reference to the drawings, details of an exhaust gas treatment apparatus for a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described. In the drawings to be referred to, FIG. 1 is a plan view showing a fuel cell electric vehicle equipped with an exhaust gas treatment device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a fuel cell having the exhaust gas treatment device for a fuel cell. It is explanatory drawing which shows a system. FIG. 3 is a schematic explanatory diagram showing the flow of cathode offgas and purge hydrogen in the dilution vessel. 4 is an explanatory view showing the structure of each part of the dilution container shown in FIG. 3 in a perspective view. 3 and 4 only schematically show the components in order to express the flow of the cathode off gas and purge hydrogen, and the positional relationship between the components is not limited to this. In particular, in FIG. 3, the connection structure of the purge hydrogen pipe 8 and the drain pipes 10 and 11 to the hydrogen chamber 15 is joined to the purge hydrogen pipe 8 as shown in FIG. 2 so as to penetrate the cathode off-gas passage chamber 16a. Alternatively, in a form not shown, the passage chamber 16a may be penetrated and connected without being joined to the purge hydrogen pipe 8 as a separate pipe. Moreover, the arrow in a figure has shown the flow of gas.
[0012]
As shown in FIG. 1, a fuel cell system box 2 is disposed under a floor at a substantially central portion of a fuel cell electric vehicle (hereinafter referred to as “vehicle”) 1. Inside the fuel cell system box 2, a fuel cell system, that is, a temperature controller 3, a fuel cell stack 4, a humidifier 5, and a dilution container 6 are arranged in order from the front to the rear of the vehicle 1. . The fuel cell system includes, in addition to the devices 3 to 6, a radiator (not shown) that cools the fuel cell stack 4, a high-pressure hydrogen container 27 shown in FIG. 2, a compressor 25 that can adjust the amount of discharged air, and the like. Has been.
[0013]
The fuel cell stack 4 is supplied with hydrogen as fuel stored in the high-pressure hydrogen container 27 and air taken from the outside of the vehicle by the compressor 25 to generate electricity and supply electricity for driving the vehicle 1. In order to operate the fuel cell stack 4 suitably, the temperature controller 3 adjusts the temperature of hydrogen and air supplied to the fuel cell stack 4, and the humidifier 5 supplies hydrogen and air supplied to the fuel cell stack 4. Humidify. The dilution container 6 discharges and purges purge hydrogen from the anode piping system into the dilution container 6, mixes it with the cathode off-gas (exhaust air), dilutes it, and then discharges it outside the vehicle.
[0014]
As shown in FIG. 2, the fuel cell stack 4 is formed by an electrochemical reaction between hydrogen serving as fuel stored in the high-pressure hydrogen container 27 and air supplied from the compressor 25 (hereinafter referred to as “supply air”). It generates electricity. Further, an anode drain pipe 10 for discharging a drain of water or the like generated with power generation to the dilution container 6 is connected to the lower part of the fuel cell stack 4. The water generated in the fuel cell stack 4 flows into the discharge fuel dilution container 6 by manually or automatically opening and closing the on-off valve 12 provided at an appropriate position of the anode drain pipe 10. Yes.
[0015]
On the anode side of the fuel cell stack 4, a hydrogen supply pipe 28 that leads hydrogen from the high-pressure hydrogen container 27 to the inlet is connected via the humidifier 5, and hydrogen is returned to the fuel cell stack 4 at the outlet again. A circulation pipe (circulation system) 7 is connected. The circulation pipe 7 is configured to return the hydrogen once used in the fuel cell stack 4 to the upstream side of the humidifier 5 through the circulation pipe 7 in order to improve the fuel efficiency and increase the utilization efficiency. . Further, the circulation pipe 7 is branched by a purge hydrogen pipe 8 for discharging hydrogen containing impurities contained in hydrogen and water generated in the fuel cell stack 4 to the dilution container 6. Connected. The hydrogen in the circulation pipe 7 is opened and closed at a predetermined interval by a purge valve 9 provided at an appropriate position of the purge hydrogen pipe 8 by a signal from a control device (not shown), so that the dilution container 6 The hydrogen chamber 15 is purged (discharged) intermittently.
[0016]
On the cathode side of the fuel cell stack 4, an air supply pipe 26 that guides the supply air from the compressor 25 is connected to the inlet, and the air discharged from the fuel cell stack 4 at the outlet (hereinafter referred to as “cathode off gas”). ) Is connected to the outside. The downstream side of the cathode offgas pipe 14 is connected to the dilution container 6. The cathode off gas is discharged outside after diluting purge hydrogen to an appropriate hydrogen concentration as described later in a dilution vessel 6 provided at a proper position of the cathode off gas pipe 14.
[0017]
The humidifier 5 is provided at an appropriate position of the hydrogen supply pipe 28, and a humidifier drain pipe 11 for discharging a drain of water or the like to the dilution container 6 through the purge hydrogen pipe 8 is connected to the lower portion thereof. The drain in the humidifier 5 flows into the dilution container 6 by manually opening or closing the on-off valve 13 provided at an appropriate position of the humidifier drain pipe 11. Further, although not shown, the air supply pipe 26 is similarly provided with a humidifier, a humidifier drain pipe, and an open / close valve, and the drain of the humidifier is discharged to the dilution container 6. In FIG. 2, the anode drain pipe 10 and the humidifier drain pipe 11 are connected downstream of the purge hydrogen pipe 8 as described above, and are connected to the hydrogen chamber 15 in the dilution container 6 through the purge hydrogen pipe 8. Although the embodiment is shown, the anode drain pipe 10 and the humidifier drain pipe 11 may be individually connected to the hydrogen chamber 15 of the dilution container 6.
[0018]
The dilution container 6 is a container having a hydrogen chamber 15 disposed inside thereof and passage chambers 16 a to 16 c disposed around the hydrogen chamber 15. The hydrogen chamber 15 is a chamber in which hydrogen purged intermittently mainly from the circulation pipe 7 is temporarily stored and retained, and the passage chambers 16a to 16c are used for diluting hydrogen gas from the cathode offgas pipe 14. This is a chamber into which the cathode offgas from the fuel cell stack 4 flows and forms a passage whose volume is larger than that of the cathode offgas pipe 14.
[0019]
The passage chambers 16a to 16c are arranged in the order of the passage chambers 16a, 16b, and 16c from the upstream side of the cathode off gas. The dilution container 6 is provided with pressure loss partition plates 17a and 17b that divide the passage chambers. The purge hydrogen diluted to an appropriate hydrogen concentration in the dilution container 6 is discharged to the atmosphere. The dilution container 6 may be formed as a double-structure container having at least one hydrogen chamber and two passage chambers arranged before and after the pressure loss partition plate.
[0020]
Next, with reference to FIG. 3 and FIG. 4, the structure of the dilution container 6 of this Embodiment is demonstrated. In the illustrated embodiment, the dilution container 6 is a double-structured dilution container in which a hydrogen chamber 15 is disposed inside the dilution container 6. In the figure, black thin line arrows indicate the flow of purge hydrogen gas, and white arrows indicate the flow of cathode off gas. A hatched arrow indicates the flow of purge hydrogen after dilution.
The hydrogen chamber 15 is supported by being fitted into the center part of the pressure loss partition plates 17a and 17b. By fixing the outer edges of the pressure loss partition plates 17a and 17b to the inner peripheral wall of the dilution container 6, the hydrogen chamber 15 It is configured to be held in the inner space. That is, the pressure loss partition plate 17a and the pressure loss partition plate 17b are respectively disposed at both ends around the hydrogen chamber 15, and the hydrogen chamber 15 is held in the inner space of the dilution container 6 by the pressure loss partition plates 17a and 17b. Yes. Therefore, the pressure loss partition plates 17a and 17b have a spacer function for spatially holding the hydrogen chamber 15 inside the dilution container 6.
[0021]
The space formed between the dilution container 6 and the hydrogen chamber 15 is partitioned into three spaces by the pressure loss partition plates 17a and 17b, thereby forming passage chambers 16a, 16b and 16c. The upstream end of the hydrogen chamber 15 is provided with a plurality of inlet-side conduction ports 22a for introducing a part of the cathode off gas, and diluted hydrogen is provided at the downstream end of the hydrogen chamber 15. A plurality of outlet-side conduction ports 22b for discharging gas are provided. The pressure-loss partition plates 17a and 17b are disposed apart from each other between the inlet-side conduction port 22a and the outlet-side conduction port 22b. The inlet-side conduction port 22a and the outlet-side conduction port 22b are provided on the circumferential surface or side surface of the hydrogen chamber 15 parallel to the direction in which the cathode off-gas flows from the inlet side to the discharge side in the space in the dilution container 6.
[0022]
The pressure-loss partition plates 17a and 17b are formed from a perforated plate or a punching plate. The pressure loss partition plate 17a has a plurality of hole groups or mesh holes 22c, and the pressure loss partition plate 17b has a plurality of hole groups or mesh holes 22d and a drain hole 22f. These hole groups or mesh holes 22c and 22d are provided to give passage resistance to the cathode off gas. A plurality of hole groups or mesh holes 22 c and 22 d provided in the pressure loss partition plates 17 a and 17 b are formed intermittently or continuously along the outer periphery of the hydrogen chamber 15. In addition, you may use the pressure loss partition plate 17a in which the through-hole 22f for draining was formed.
[0023]
The cathode offgas piping 14 is connected to the front wall 18 of the dilution container 6, and the cathode offgas is introduced from the inlet portion 20 into the passage chamber 16 a disposed upstream. The cathode off-gas introduced into the passage chamber 16a is diffused in the passage chamber 16a, and is further subjected to squeezing resistance by the plurality of hole groups of the pressure-loss partition plates 17a and 17b or the mesh holes 22c and 22d, causing pressure loss. It moves to the downstream side sequentially to 16b, 16c and flows through the passage chamber.
[0024]
On the other hand, a purge hydrogen pipe 8 is connected to the front wall 15a of the hydrogen chamber 15 through the passage chamber 16a disposed on the upstream side, and purge hydrogen is introduced into the hydrogen chamber 15 from the introduction portion 21a. The purge hydrogen introduced into the hydrogen chamber 15 is diffused in the hydrogen chamber 15 and temporarily stays there. At this time, the water condensed due to staying in the hydrogen chamber 15 and the drain discharged from the humidifier are discharged from the drain hole 22e provided in the bottom surface of the hydrogen chamber 15 to the bottom of the passage chamber 16b. ing.
[0025]
Further, the front wall 18 of the dilution container 6 and the front wall 15a of the hydrogen chamber 15 are spaced apart from each other, and the rear wall 19 of the dilution container 6 and the rear wall 15b of the hydrogen chamber 15 are also spaced apart from each other. Are arranged. As a result, with the structure in which the pressure loss partition plates 17a and 17b are arranged, the hydrogen chamber 15 is held in the space of the dilution container 6, and the cathode offgas flows in the space formed by the dilution container 6 and the hydrogen chamber 15. The passage chambers 16a, 16b, and 16c are sequentially formed along the same.
[0026]
A part of the cathode off-gas whose flow path is restricted by the plurality of hole groups of the pressure loss partition plate 17a or the mesh hole 22c of the punching plate enters the hydrogen chamber 15 from the passage chamber 16a through the inlet-side conduction port 22a. The purge hydrogen gas diluted in the hydrogen chamber 15 is discharged from the outlet side conduction port 22b to the passage chamber 16c, and the remaining cathode off-gas passes through the passage chamber 16b from the plurality of hole groups or the mesh holes 22c of the pressure loss partition plate 17a. Then, it further flows to the passage chamber 16c through the plurality of hole groups or the mesh holes 22d of the pressure loss partition plate 17b.
[0027]
In this downstream third stage passage chamber 16c, the purge hydrogen gas exiting the hydrogen chamber 15 merges with the cathode off gas, and is further mixed and diluted in the passage chamber 16c, and is discharged from the discharge pipe 24 through the discharge portion 23. Is released. The aperture ratios of the plurality of hole groups or mesh holes 22c and 22d and the punching plate mesh are optimum models based on a mixture ratio model map created in consideration of the cathode offgas passage flow rate and passage chamber volume. Is selected by design.
Further, the water accumulated in the hydrogen chamber 15 is preferably a drain hole 22e provided on the lower surface of the hydrogen chamber 15 (a drain hole having a diameter of 4 mm or more so as not to affect the dilution performance). ) In a water droplet state, passes through a through hole 22f provided in the lower end portion of the pressure loss partition plate 17b, and further passes through a discharge portion 23 (see FIG. 4) of the dilution container 6 together with the water in the diluted fluid. It is discharged from 24 to the outside.
[0028]
A backfire prevention filter (not shown) may be disposed in the discharge portion 23 of the dilution container 6. By disposing the backfire prevention filter, it is possible to prevent inconvenience and trouble due to backfire from the outside.
[0029]
Next, a method of diluting purge hydrogen with the dilution container 6 will be described. The purge hydrogen is diluted by introducing high-concentration purge hydrogen containing impurities from the purge hydrogen pipe 8 or the like into the hydrogen chamber 15, and a part of the cathode off-gas introduced into the passage chamber 16a by the compressor 25 is replaced with the pressure drop partition plate 17a. With this arrangement, the gas is introduced into the inlet side conduction port 22a, introduced into the hydrogen chamber 15, and mixed and diluted with purge hydrogen.
[0030]
A cathode offgas pipe 14 into which a cathode offgas of exhaust air is introduced is connected to an inlet portion provided on the front wall 18 of the dilution container 6. Cathode off-gas is introduced into the passage chamber 16a from this inlet. Since the passage chamber 16a has a larger volume than the cathode offgas pipe 14, the introduced cathode offgas is expanded and expanded in the passage chamber 16a, so that the pressure energy is reduced and exhausted to the atmosphere. The exhaust noise at the time can be suppressed.
[0031]
On the other hand, the purge hydrogen introduced into the dilution vessel 6 passes through the passage chamber 16a through which the cathode off-gas is disposed on the upstream side of the dilution vessel 6 via the purge hydrogen pipe 8 and flows to the hydrogen chamber 15. be introduced. The purge hydrogen released into the hydrogen chamber 15 through the purge hydrogen pipe 8 stays for a while as the volume increases, and is diffused into the hydrogen chamber 15.
[0032]
After that, due to the pressure loss effect by the pressure loss partition plate 17a, a part of the cathode offgas introduced from the cathode offgas pipe 14 and flowing through the passage chamber 16a is transferred into the hydrogen chamber 15 through the inlet side conduction port 22a of the hydrogen chamber 15. Enter and dilute purge hydrogen. The diluted purge hydrogen is sucked into the cathode off gas flowing through the passage chamber 16c from the outlet side conduction port 22b of the hydrogen chamber 15, and further mixed with the cathode off gas in the passage chamber 16c to be diluted to a low concentration. Discharged outside the vehicle. In addition, the condensed water in the cathode off-gas emitted from the humidifier 5 and the fuel cell stack 4 is also discharged together with the exhaust air.
[0033]
A method of diluting a high concentration of hydrogen containing impurities or the like to an appropriate hydrogen concentration in the hydrogen chamber 15 is performed by using a control device (not shown). Specifically, based on the detection result of the hydrogen concentration detector installed on the discharge side of the dilution container 6, the rotational speed of the compressor 25 is controlled and the purge valve 9 of the purge hydrogen pipe 8 and the cathode offgas pipe 14 are arranged at appropriate positions. This is performed by controlling the opening degree of the provided flow regulating valve (see FIG. 2).
[0034]
As described above, the following effects can be obtained in the present embodiment. A double structure in which the hydrogen chamber 15 is disposed inside the dilution container 6 is configured so that the cathode off gas used for dilution always flows outside the hydrogen chamber 15. As a result, the connection portion of the purge hydrogen introduction portion 21a in the hydrogen chamber 15 and the periphery of the hydrogen chamber 15 are completely covered with the cathode off gas. Even if there is a problem that the introduced purge hydrogen gas leaks from the hydrogen chamber 15 due to damage to the surroundings, the hydrogen chamber 15 is surrounded by the cathode off-gas, so that high-concentration hydrogen gas is directly discharged to the outside. There is no risk of leakage, and a leakage prevention structure that eliminates the disadvantages caused by hydrogen leakage can be obtained. In addition, since the purge structure absorbs the purge noise in the passage chamber around the hydrogen chamber 15 by adopting this double structure, the noise reduction effect at the time of hydrogen purge and the cathode off-gas exhaust are improved while improving the measures against hydrogen leakage. The silencing effect can be enhanced.
[0035]
In addition, the flow of the cathode off gas provided outside the hydrogen chamber 15 is given resistance by the pressure loss partition plate 17a, and the induction of the cathode off gas into the hydrogen chamber 15 is easily promoted. This prevents hydrogen leakage and promotes mixing of purge hydrogen and cathode offgas in the hydrogen chamber 15 to achieve effective dilution. In addition, the double structure partitioned by the pressure drop partition plates 17a and 17b of the dilution container 6 improves the countermeasure against hydrogen leakage and absorbs the purge sound in the passage chamber around the hydrogen chamber 15. It is possible to enhance the noise reduction effect when the cathode off gas is exhausted.
[0036]
(Modification of dilution container)
As an application example in which a normal partition is used instead of the pressure-loss partition plate in the embodiment of the present invention, the following modification can be considered.
[Modification 1] In an exhaust gas treatment apparatus for a fuel cell, provided with a dilution container for mixing and diluting the hydrogen gas purged from the fuel cell with the cathode off-gas discharged from the fuel cell and discharging it to the atmosphere, the dilution container Has a partition chamber structure having a partition between a hydrogen chamber for storing the introduced hydrogen gas and a passage chamber through which the cathode off-gas flows. The passage chamber is disposed at least upstream of the hydrogen chamber and passes through the passage chamber. The hydrogen gas inlet pipe is connected to the hydrogen chamber, and a plurality of conduction ports for introducing the cathode off-gas are provided in the partition, and a structure for preventing hydrogen leakage from the dilution container having a discharge port on the downstream side of the hydrogen chamber is provided. Features.
[0037]
According to the configuration of the first modification, the purge hydrogen introduced into the dilution vessel passes through the passage chamber through which the cathode off-gas disposed on the inlet side upstream of the dilution vessel flows via the purge hydrogen pipe, It is introduced into the hydrogen chamber partitioned by The connection portion of the purge hydrogen pipe serving as the purge hydrogen introduction portion in this partition is surrounded by the cathode off gas in the passage chamber. For this reason, even if this purge hydrogen introduction part does not have a structure with high sealing performance, even if this introduction part is damaged, a high-concentration hydrogen gas does not leak directly to the outside. It can be. In addition, this partition chamber structure can improve the silencing effect at the time of hydrogen purge and the silencing effect at the time of exhausting the cathode off gas while improving the countermeasure against hydrogen leakage.
[0038]
[Modification 2] In the exhaust gas treatment device for a fuel cell according to Modification 1, the dilution chamber is provided with two partitions, and the passage chambers are arranged upstream and downstream of the hydrogen chamber. It features a hydrogen leakage prevention structure for the container.
[0039]
According to the configuration of the second modification, after the cathode off gas is introduced into the hydrogen chamber from the upstream passage chamber through the conduction port and mixed with purge hydrogen to be diluted, the diluted hydrogen gas is supplied to the downstream passage chamber. It is sent out through the conduction port, once retained in this passage chamber, and then discharged to the atmosphere. As a result, since the two partitions are arranged in the dilution container and the chamber is formed in three stages, it is possible to provide a reliable structure for preventing hydrogen leakage from the purge hydrogen introduction portion, as well as purge hydrogen purge noise and cathode off gas. The sound during evacuation can be sufficiently silenced in the dilution container.
[0040]
[Modification 3] In the exhaust gas treatment apparatus for a fuel cell, provided with a dilution container for mixing and diluting the hydrogen gas purged from the fuel cell with the cathode off-gas discharged from the fuel cell and discharging it to the atmosphere, the dilution container Has a partition chamber structure having a partition between a hydrogen chamber for storing the introduced hydrogen gas and a passage chamber for introducing the cathode off-gas, and the hydrogen chamber is disposed on the bottom surface of the dilution container, and upstream of the hydrogen chamber. The side front surface, the rear surface, and the upper surface are partitioned by a partition, and the passage cross-sectional area of the passage chamber provided on the upper surface of the hydrogen chamber is larger than the passage cross-sectional area of the upstream or downstream passage chamber provided on the front or rear surface of the hydrogen chamber A passage chamber having a small passage cross-sectional area, passing through the upstream passage chamber, connecting the hydrogen gas introduction pipe to the hydrogen chamber, and connecting a cathode offgas pipe to the upstream passage chamber, Provided with a plurality of conducting port for introducing the cathode off-gas in the partition surface, and wherein the hydrogen leakage preventing structure of the dilution vessel provided with a discharge port on the downstream side of the dilution container.
[0041]
According to the configuration of the third modification, the hydrogen chamber has a structure common to the bottom surface of the dilution container, and the hydrogen chamber is covered with the cathode offgas introduced into the passage chamber of the dilution container. In addition to providing a structure for preventing leakage of hydrogen, the partitioning chamber structure of the dilution container with respect to the hydrogen chamber can enhance the silencing effect on the purge sound of hydrogen gas and the exhaust sound of cathode off gas. In addition, since the hydrogen chamber is arranged on the bottom surface of the dilution container, there is an advantage that the center of gravity of the dilution container is stable and fits. In this case, if the conduction port provided in the front surface of the hydrogen chamber is disposed at a position facing the flow of the cathode off gas to be introduced, the dilution effect can be enhanced, which is excellent.
[0042]
As mentioned above, this invention is implemented in various aspects, without being limited to the said embodiment and modification.
In the present embodiment and the modification, the dilution container 6 may be a box-shaped container such as a box shape, a cylindrical shape, or an elliptic cylinder shape, and does not particularly specify the shape of the dilution container. Further, although the cathode off gas of the fuel cell is used as the exhaust air, the present invention is not limited to this, and air supplied from the compressor may be used.
[0043]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the outer side of the hydrogen chamber is completely covered with the cathode off gas, in the unlikely event, the introduction portion for introducing the hydrogen gas into the hydrogen chamber disposed inside the dilution container Even if it is damaged, since it is enveloped by the cathode off-gas, it is possible to provide a leak-proof preventing structure in which high-concentration hydrogen gas does not leak directly to the outside. Further, this double structure improves the countermeasure against hydrogen leakage and absorbs the purge sound in the passage chamber around the hydrogen chamber, so that the silencing effect at the time of hydrogen purge can be enhanced.
[0044]
According to the second aspect of the present invention, since the flow of the cathode off gas flowing through the passage chamber outside the hydrogen chamber is given resistance by the pressure loss partition plate, the induction of the cathode off gas into the hydrogen chamber is easily promoted. As a result, hydrogen leakage can be prevented and mixing of purge hydrogen and cathode off gas in the hydrogen chamber is promoted, so that effective dilution can be performed. In addition, the double structure partitioned by the pressure loss partition plate of the dilution container improves the noise reduction effect during the hydrogen purge because the purge sound is absorbed in the passage chamber around the hydrogen chamber while improving the countermeasure against hydrogen leakage. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a fuel cell electric vehicle equipped with an exhaust gas treatment device for a fuel cell according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing a fuel cell system having an exhaust gas treatment device for a fuel cell.
FIG. 3 is a schematic explanatory diagram showing the flow of cathode offgas and purge hydrogen in the dilution vessel.
4 is an explanatory view showing the structure of each part of the dilution container shown in FIG. 3 in a perspective view. FIG.
FIG. 5 is an explanatory view of a prior art exhaust fuel diluter.
[Explanation of symbols]
4 Fuel cell stack
6 Dilution container
8 Purge hydrogen piping
14 Cathode off-gas piping
15 Hydrogen chamber
16a passage room
16b passage room
16c passage room
22a Entrance side conduction port
22b Outlet side conduction port

Claims (2)

燃料電池からパージされる水素ガスを、燃料電池から排出されるカソードオフガスと混合、希釈して大気に排出する希釈容器を設けた燃料電池の排出ガス処理装置において、
該希釈容器を二重構造とし、
希釈容器の内側に、導入された水素ガスを蓄える水素室を設け、該水素室の外側にカソードオフガスが流れる通路室を設け、
水素室の入口側と出口側に、それぞれカソードオフガスの通路室とつながる導通口を設けたことを特徴とする燃料電池の排出ガス処理装置。
In a fuel cell exhaust gas treatment apparatus provided with a dilution container that mixes, dilutes and discharges hydrogen gas purged from the fuel cell with cathode off-gas discharged from the fuel cell to the atmosphere,
The dilution container has a double structure,
A hydrogen chamber for storing the introduced hydrogen gas is provided inside the dilution container, and a passage chamber through which the cathode off gas flows is provided outside the hydrogen chamber,
An exhaust gas treatment apparatus for a fuel cell, characterized in that a conduction port connected to a cathode offgas passage chamber is provided on each of an inlet side and an outlet side of a hydrogen chamber.
請求項1に記載の燃料電池の排出ガス処理装置であって、前記通路室の入口側と出口側を仕切る圧損仕切板を設けたことを特徴とする燃料電池の排出ガス処理装置。2. The fuel cell exhaust gas processing apparatus according to claim 1, further comprising a pressure loss partition plate that partitions the inlet side and the outlet side of the passage chamber.
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