JP2008140783A - 燃料電池の水素希釈器 - Google Patents

Abstract

【課題】水素を十分に低い濃度に希釈することができるとともに、連通孔の閉塞の恐れの少ない燃料電池の水素希釈器を提供する。
【解決手段】アノードオフガスを滞留させる滞留室２と、滞留室２にアノードオフガスを導くアノード導入路６と、滞留室２にカソードオフガスを導くカソード導入路７と、アノードオフガスおよびカソードオフガスを導出するオフガス導出路９とを備えた燃料電池の水素希釈器において、カソード導入路７の開口８とオフガス導出路９の開口１０とを略対向させるとともに、両開口８，１０が間隙ｄを備えるように近接させて配設する。カソード導入路７に滞留室２に連通する分流孔１１を設けてもよい。また、カソード導入路とオフガス導出路の一方の開口端部を他方の開口端部に間隙を備えるように挿入してもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池から排出される水素ガスを希釈するために用いられる水素希釈装置に関する。

水素を用いて電力を発生する燃料電池を車両などに搭載する場合、間欠的に排出されるアノードオフガス（水素オフガス）を十分に低い水素濃度になるように、カソードオフガスで希釈した後に大気中に放出することが行なわれている。このため、燃料電池を搭載した車両などのカソードオフガス系にはアノードオフガスをカソードオフガスに混合して車外へ排出するための水素希釈器が設けられていた。

例えば、特許文献１および２には、容器内に開口しアノードオフガスを容器内に導くアノード流路と、容器内と連通する連通孔を備えるとともに、容器を貫通してカソードオフガスが流通するカソード流路とを設けた燃料電池の水素希釈器が開示されている。このような水素希釈器においては、アノードオフガスまたは、一部のカソードオフガスと容器内で混合されたアノードオフガスは、連通孔により流量を制限され徐々にカソード流路に導かれることで希釈され、やがて車外へ排出されるようになっている。しかし、アノードオフガスおよびカソードオフガスには水分が含まれ容器内に導かれるために、連通孔を小径に形成し水素濃度をより低濃度に希釈しようとすると、凝縮水により小径な連通孔の閉塞を引き起こす恐れがあった。
特開２００４−１２７６６６ 特開２００６−３１９９８

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、水素を十分に低い濃度に希釈することができ、連通孔の閉塞の恐れの少ない燃料電池の水素希釈器を提供することを主目的とするものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、アノードオフガスを滞留させる滞留室と、該滞留室にアノードオフガスを導くアノード導入路と、前記滞留室にカソードオフガスを導くカソード導入路と、アノードオフガスおよびカソードオフガスを導出するオフガス導出路とを備えた燃料電池の水素希釈器において、前記カソード導入路の開口と前記オフガス導出路の開口とを略対向させるとともに、前記両開口が間隙を備えるように近接させて配設したことを特徴とする燃料電池の水素希釈器である。

請求項２記載の発明は、アノードオフガスを滞留させる滞留室と、該滞留室にアノードオフガスを導くアノード導入路と、前記滞留室にカソードオフガスを導くカソード導入路と、アノードオフガスおよびカソードオフガスを導出するオフガス導出路とを備えた燃料電池の水素希釈器において、前記カソード導入路と前記オフガス導出路の一方の開口端部を他方の開口端部に間隙を備えるように挿入したことを特徴とする燃料電池の水素希釈器である。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記カソード導入路に前記滞留室に連通する分流孔を設けたことを特徴とする燃料電池の水素希釈器である。

本発明によれば、凍結による閉塞の恐れを少なくするとともに、水素を十分に低い濃度に希釈することができるといった効果を奏する。

本発明を実施するための最良の形態を図１乃至図４に示す実施例に基づいて説明する。

図１は、実施例１の水素希釈器１を示す縦断面図であり、図１の上方が実使用状態で上方になるように示されている。水素希釈器１の容器は断面が楕円形の筒状体であるシェル３の両開口端にアウタープレート４，５を略密閉するように接合して形成され、滞留室２を形成している。シェル３およびアウタープレート４，５は、例えばアルミなどの金属や樹脂など任意の材料および任意の形状を選択することができる。また、シェルやアウタープレートに限らず、任意の構成により滞留室を形成することができる。

滞留室２内に開口するアノード導入路６がアウタープレート４を貫通して設けられている。アノード導入路６は、図示しない燃料電池システムのアノード系に接続される。アノード導入路６は、滞留室２内にアノードオフガスを導入可能な任意の形態を採用することができる。また、滞留室２を任意の箇所に設けることができる。

滞留室２内に開口するカソード導入路７がアウタープレート４を貫通して滞留室２の底部近傍に設けられている。カソード導入路７の開口８との間に間隙ｄを備えるようにして近接して略対向するように、滞留室２内に開口する開口１０を備えたオフガス導出路９がアウタープレート５を貫通して滞留室２の底部近傍に設けられている。このように、両開口８，１０を間隙ｄを備えるようにして近接して略対向するように配設することで、滞留室２内からオフガス導出路９に導かれるオフガスの量を制限することができる。間隙ｄはアノードオフガスの排出間隔、圧力、水素濃度などに応じて適宜調整されるものであるが、最大でもカソード導入路７またはオフガス導出路８の流路断面積と同等の円の直径以下であることが望ましい。

カソード導入路７には、カソード導入路７の内部方向に凸状のルーバー孔である分流孔１１が設けられている。これにより、一部のカソードオフガスは容器２内に導かれ、残りはカソード導入路７の開口８に近接対向した開口１０を通り、オフガス導出路９を流通してやがて車外へ排出される。また、滞留室２内には、図示しない連通部を備えたセパレータ１２〜１５が設けられている。これにより、分流孔１１から滞留室２内へ導かれた一部のカソードオフガスがアノードオフガスと十分に混合されて、アノードオフガスが希釈されるようになっている。

以上のように構成されていることにより、滞留室２内に導かれたアノードオフガスは予め一部のカソードオフガスにより希釈された後、カソード導入路７の開口８とオフガス導出路９の開口１０との間隙ｄから徐々にオフガス導出路９に導かれ、さらにカソードオフガスにより希釈され車外などに排出される。したがって、水素濃度を十分に低くして車外などに排出することができる。さらに、小径な連通孔によりガス流量を制限するものに比較して凝縮水の凍結等による閉塞が起こり難い。また、滞留室２内に凝縮水が導かれた際に、間隙ｄから排水することができる。この場合、周状に間隙ｄが形成されているため、多量に凝縮水が導かれた際にも容易に排水することが可能である。また、滞留室２との間に発生する熱膨張差を吸収することができ、耐久性を向上することができる。

図２（ａ）〜（ｄ）は、実施例１の変形例の水素希釈器１ａ〜１ｄを模式的に示した図であり、実施例１と同一の構成には同一の符号を付与しその説明を省略する。

図２（ａ）に示すように、カソード導入路７ａおよびオフガス導出路９ａの流通方向に対して傾斜してそれぞれの開口８ａおよび１０ａを設けてもよい。この例に限らず、開口は任意の形状に設けることができる。また、図２（ｂ）に示すように、カソード導入路７ｂとオフガス導出路９ｂとをオフセットするように配設してもよい。また、図２（ｃ）に示すように、カソード導入路７ｃとオフガス導出路９ｃとが互いに傾斜するように配設してもよい。また、流路を湾曲するように設けてもよい。なお、図２（ｂ）および図２（ｃ）の場合、カソード導入路を流路方向に投影し、投影面積の５０％以上がオフガス導出路の開口に投影するように設けることが望ましい。図２（ｄ）は水素希釈器に消音機能を付加した例であり、容器内を区画して形成した消音室内に例えばグラスウールなどの吸音材１６を充填するとともに、オフガス導出路の一部に複数の小孔１７を設けたものである。この例のように任意の消音構造を付加してもよく、また例えば気液分離機能などを付加してもよい。

図３（ａ）〜（ｃ）は、実施例１の変形例の水素希釈器１ｅ〜１ｇを模式的に示した図であり、実施例１と同一の構成には同一の符号を付与しその説明を省略する。

図３（ａ）は、容器内をセパレータ１２ｅで区画して、カソード導入路７ｅと滞留室２を形成するとともに、樋状の部材を容器の一部に沿うように配設してオフガス導出路９ｅを形成したものである。カソードオフガスは、容器に設けられた貫通孔１８よりカソード導入路７ｅに導かれ、開口８ｅはセパレータ１２ｅに設けられた連通部で形成されている。また、開口８ｅに間隙を備えるように近接させてオフガス導出路９ｅの開口１０ｅが配設されている。図３（ｂ）は、容器内をセパレータ１２ｆで区画して滞留室２を形成するとともに、樋状の部材を容器の一部に沿うように配設してカソード導入路７ｆを形成したものである。また、カソード導入路７ｆの開口８ｆに間隙を備えるように近接させて、オフガス導出路９ｆの開口１０ｆが容器に設けた貫通孔によりされている。図３（ｃ）は、オフガス導出路９ｇを２つに分断して設けたものである。この例に示すように、オフガス導出路を複数設けてそれぞれの開口が間隙を備えるように近接させて設けてもよい。

図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、カソード導入路およびオフガス導出路は、管状のものに限らず、例えば樋状の部材を容器の一部に沿うように配設したものや、ケース内を区画し通路状にしたものなど任意に形成することができる。また、それらの開口もパイプの開口に限らず、ケースやセパレータなどに設けた貫通孔であってもよい。なお、図２および図３に示した変形例のように分流孔は設けなくともよいが、実施例１と同様に設けてもよい。また、分流孔およびセパレータの数量や形態などは任意に設けることができる。さらに、オフガス導出路に適宜排水孔を設けてもよい。

図４は、実施例２の水素希釈器２１を示す縦断面図であり図４の上方が実使用状態で上方になるように示されている。また、実施例１と同一の構成には同一の符号を付与しその説明を省略する。滞留室２内に開口するカソード導入路２７がアウタープレート４を貫通して滞留室２の底部近傍に設けられている。また、オフガス導出路２９がアウタープレート５を貫通して滞留室２の底部近傍に設けられている。カソード導入路２７の開口端部２８は、オフガス導出路２９の開口端部３０に間隙ｄを備えるように挿入されている。また、開口端部２８には、開口端部同士が干渉し打音を発生することを抑制する目的で、点状の突起３１が複数箇所設けられている。なお、突起３１は挿入長さ１に応じては設ける必要はなく、また突起３１の代わりに、例えばワイヤメッシュなどの緩衝材を配設してもよい。また、挿入長さｌは、間隙ｄと同様にアノードオフガスの排出間隔、圧力、水素濃度などに応じて適宜調整することができる。また、アノードオフガスの脈動を抑制する目的で、アノード導入路６の開口端を囲むように、小孔３３を備えた筒状のカバー３２が設けられている。

以上のように構成されていることにより、滞留室２内に導かれたアノードオフガスは、カソード導入路２７の開口端部２８とオフガス導出路２９の開口端部３０との間隙ｄから徐々にオフガス導出路２９に導かれ、カソードオフガスにより希釈された後に車外などに排出される。これにより、実施例１と同様の効果を発揮することができる。また、図２および図３で示した変形例は実施例２にも適用可能である。

以上、本発明の実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に包含される。

本発明の実施例１の水素希釈器を示す縦断面図。 実施例１の変形例を示す模式図。 実施例１の変形例を示す模式図。 本発明の実施例２の水素希釈器を示す縦断面図。

符号の説明

１，１ａ〜１ｇ，２１ 水素希釈器
２ 滞留室
６ アノード導入路
７，７ａ〜７ｇ，２７ カソード導入路
８，８ａ〜８ｇ 開口
２８ 開口端部
９，９ａ〜９ｇ，２９ オフガス導出路
１０，１０ａ〜１０ｇ 開口
３０ 開口端部
１１ 分流孔

Claims (3)

1. アノードオフガスを滞留させる滞留室と、該滞留室にアノードオフガスを導くアノード導入路と、前記滞留室にカソードオフガスを導くカソード導入路と、アノードオフガスおよびカソードオフガスを導出するオフガス導出路とを備えた燃料電池の水素希釈器において、前記カソード導入路の開口と前記オフガス導出路の開口とを略対向させるとともに、前記両開口が間隙を備えるように近接させて配設したことを特徴とする燃料電池の水素希釈器。
2. アノードオフガスを滞留させる滞留室と、該滞留室にアノードオフガスを導くアノード導入路と、前記滞留室にカソードオフガスを導くカソード導入路と、アノードオフガスおよびカソードオフガスを導出するオフガス導出路とを備えた燃料電池の水素希釈器において、前記カソード導入路と前記オフガス導出路の一方の開口端部を他方の開口端部に間隙を備えるように挿入したことを特徴とする燃料電池の水素希釈器。
3. 前記カソード導入路に前記滞留室に連通する分流孔を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池の水素希釈器。

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