(57)【要約】【課題】パージ水素と空気を混合するための小型で簡単な構造で、凝縮水を効率的に排出して希釈性能が低下することのない構造の排出燃料希釈器を提供することを目的とする。【解決手段】燃料電池からパージされる水素ガスを導入する入口部２０と、前記入口部２０から導入された水素ガスを滞留する滞留室１８と、前記滞留室１８を貫通して設けられたカソード配管１４とからなり、前記カソード配管１４は、配管の途中に穴部２１を設けられるとともに、前記燃料電池のカソード排出ガスが供給され、前記穴部２１から前記滞留室１８の水素ガスを前記カソード配管１４内に吸い込み、前記燃料電池から排出されるカソード排出ガスと混合して希釈した後大気に排出することを特徴とする。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池からパージされる水素ガスを導入する入口部と、
前記入口部から導入された水素ガスを滞留する滞留室と、
前記滞留室を貫通して設けられたカソード配管とからなり、
前記カソード配管は、配管の途中に穴部を設けられるとともに、前記燃料電池のカソード排出ガスが供給され、
前記穴部から前記滞留室の水素ガスを前記カソード配管内に吸い込み、前記燃料電池から排出されるカソード排出ガスと混合して希釈した後大気に排出する、
ことを特徴とする排出燃料希釈器。
【請求項２】
前記水素ガスを導入する入口部と、前記穴部を互いに離間した位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の排出燃料希釈器。
【請求項３】
前記カソード配管は前記滞留室内で下方に曲げられ、この下方に曲げられた部分の下部に排水用孔を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排出燃料希釈器。
【請求項４】
前記カソード配管の下方に曲げられた部分を細くしたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の排出燃料希釈器。
【請求項５】
前記カソード配管の下方に曲げられた部分の前記滞留室の底部に前記排気空気に含まれる凝縮水の溜り部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の排出燃料希釈器。
【請求項６】
前記排出燃料希釈器は、前記燃料電池のアノード配管系からの複数の水素排出手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の排出燃料希釈器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排出燃料希釈器に関し、詳しくは電気自動車の動力源となる水素を燃料とする燃料電池システムのパージ時の水素の処理を行う排出燃料希釈器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車の動力源となる燃料電池システムが、例えば純水素（以下、「水素」という。）を燃料とする場合、燃料電池への水素供給は、その利用効率を上げる（燃費を良くする）ために循環系を採用している（例えば、特許文献１参照）。
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。
【０００３】
【特許技術文献１】
特開平６−２７５３００号公報（第４頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
循環系においては、再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、発電の効率を悪くすることがある。また、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、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。しかしながら、水素（パージ水素）を車両外へそのまま排出してしまうことになっていた。
尚、特許文献１には、パージされる水素を希釈して車両外に排出するという思想は開示されていない。
【０００５】
そこで、本発明は、パージ水素を空気と混合するため小型で簡単な構造で、凝縮水を効率的に排出して希釈性能が低下することのない構造の排出燃料希釈器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するための手段として、本発明に係る請求項１の排出燃料釈器は、燃料電池からパージされる水素ガスを導入する入口部と、前記入口部ら導入された水素ガスを滞留する滞留室と、前記滞留室を貫通して設けられたソード配管とからなり、前記カソード配管は、配管の途中に穴部を設けられるともに、前記燃料電池のカソード排出ガスが供給され、前記穴部から前記滞留室の水素ガスを前記カソード配管内に吸い込み、前記燃料電池から排出されるカソード排出ガスと混合して希釈した後大気に排出することを特徴とする。
【０００７】
このような構成としたことにより、請求項１に記載の発明に係る排出燃料希釈器の構造では、アノード配管系から入口部を経て滞留室内に放出されたパージ水素は滞留室内に滞留し、パージ水素がそのまま車両外に排出されることがない。パージ水素は、カソード配管の穴部からカソード配管内に吸い込まれ、中を流れる排気空気と混合され車両外に排出されるので、水素は十分に希釈される。このため、車両外に排出されるパージ水素の濃度を低くすることができる。
また、排出燃料希釈器全体を小型で簡単な構造にすることができる。
【０００８】
本発明に係わる請求項２の排出燃料希釈器は、前記水素ガスを導入する入口部と、前記穴部を互いに離間した位置に配置したことを特徴とする。
【０００９】
このように、請求項２に記載の発明に係る排出燃料希釈器では、滞留室内のパージ水素の入口部が、パージ水素を混合するためのカソード配管の穴部から離間した位置にあるので、滞留室内に放出されたパージ水素が滞留室内に拡散し、排出されるまでの滞留時間が長くなる。又、パージ水素とカソード出口ガスの混合が良くなり、希釈が確実に行われるようになる。
【００１０】
本発明に係わる請求項３の排出燃料希釈器は、前記カソード配管が前記滞留室内で下方に曲げられ、この下方に曲げられた部分に排水用孔を設けたことを特徴とする。
【００１１】
このような構成としたことにより、請求項３に記載の発明に係る排出燃料希釈器では、パージ水素がカソード配管内で排気空気と混合され希釈されて車両外に排出される際、滞留室の下部に溜まった生成水（又は凝縮水）は排水用孔からカソード配管内に吸い込まれ、排気空気の流れに同伴されるように車両外に排出することができるので、希釈性能を低下させる原因になる凝縮水を効率的に排水することができる。
【００１２】
本発明に係わる請求項４の排出燃料希釈器は、前記カソード配管の下方に曲げられた部分を細くしたことを特徴とする。
【００１３】
このような構成にしたことにより、請求項４に記載の発明に係る排出燃料希釈器の構造では、カソード配管の細くした部分の排気空気の流れが速くなり、圧力が低下するので、生成水は下方に曲げられたカソード配管の排水用孔からカソード配管内に吸い込まれ、速い排気空気の流れに乗って効率良く車両外に押し出し、排水することができる。
【００１４】
本発明に係わる請求項５の排出燃料希釈器は、前記カソード配管の下方に曲げられた部分の前記滞留室に前記排気空気に含まれる凝縮水の溜り部を設けたことを特徴とする。
【００１５】
このような構成にしたことにより、請求項５に記載の発明に係る排出燃料希釈器の構造では、滞留室の下部に設けられた凝縮水溜り部に溜まった凝縮水は、カソード配管の排水用孔から効率良くカソード配管内に吸い込まれ、車両外に排出することができる。
【００１６】
本発明に係わる請求項６の排出燃料希釈器は、前記排出燃料希釈器に、前記燃料電池のアノード配管系からの複数の水素排出手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
このような構成にしたことにより、請求項６に記載の発明に係る排出燃料希釈器の構造では、複数の水素排出手段からの生成水及びパージ水素を共通の排出燃料希釈器６で処理することができるので、燃料電池システムボックスを小さく、軽く構成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る排出燃料希釈器について実施の形態を説明する。
【００１９】
参照する図面において、図１は燃料電池電気自動車における本発明の実施の形態に係る排出燃料希釈器を含む燃料電池システムボックスのレイアウトを示す図、図２は本発明の実施の形態に係る排出燃料希釈器の装置図である。
【００２０】
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が搭載されている。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、及び排出燃料希釈器６が車両１の前方から後方に向かって順に載置されている。燃料電池システムはこれらのほか、燃料電池スタック４を冷却する図示せぬラジエタ、高圧水素容器などから構成される。
【００２１】
燃料電池スタック４は、高圧水素容器に貯留された燃料となる水素と、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。排出燃料希釈器６は、アノード配管系からのパージ水素を放出させて滞留させ、排気空気と混合して希釈してから車両外に排出する。
【００２２】
燃料電池スタック４で一度使用された水素は、その利用効率を上げる（燃費を良くする）ため、配管７により加湿器５の上流側に戻され循環系を構成している。又、長時間再循環された水素は不純物の濃度が高くなるので、あるいは、内部に水が溜まるので、この水素及び水をパージするため、循環系の配管７から分岐したパージ水素配管８が排出燃料希釈器６に接続されている。パージ水素配管８には自動、又は手動で作動する開閉弁９が設けられ、通常時には閉じられ、パージのとき開かれる。
また、燃料電池スタック４のアノード極のドレーン、及び加湿器５のドレーンを排出するために、アノードドレーン配管１０、及び加湿器ドレーン配管１１が排出燃料希釈器６に接続されている。アノードドレーン配管１０、及び加湿器ドレーン配管１１には、それぞれ自動、又は手動で作動する開閉弁１２，１３が設けられている。
そして、燃料電池スタック４から排出されるカソードオフガスを排出するために、カソード配管１４が排出燃料希釈器６に接続されている。
燃料電池システムボックス２は、概略以上のように構成されており、排出燃料希釈器６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拡散される。その後、パージ水素は、排出燃料希釈器６内に導入されたカソードオフガス配管１４内を排気空気が流れているため、穴部１７，１７から吸い込まれて排気空気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。加湿器５や燃料電池スタック４から出る排気空気中の凝縮水も排気空気と一緒に排出される。尚、１５は逆火防止フィルタである。
【００２３】
次に図３を参照して、本発明の実施の形態に係る排出燃料希釈器の第１の実施態様を説明する。
排出燃料希釈器６は、ＢＯＸ状の容器であり、壁１９の上部に、循環系のパージ水素配管８（図２参照）から放出されるパージ水素の入口部２０が設けられている。排出燃料希釈器６内は、入口部２０から放出された水素の滞留室１８をなす。
排出燃料希釈器６の下部に、一方の壁１９から他方の壁２２を突き抜けて、カソード配管系からの排気空気のカソード配管１４が水平に設けられ、排出口２３が車両外に開口している。カソード配管１４は、排出燃料希釈器６内の入口部２０が設けられた壁１９側に、パージ水素を混合するための穴部２１，２１を備えている。尚、本実施の形態では吸い込み効率を良くするために穴部２１，２１を２個設けたが、穴部２１，２１は適宜個数設けて良い。
【００２４】
この排出燃料希釈器６の第１の実施の形態によれば、アノード配管系からパージ水素配管８を経て滞留室１８内に放出された高濃度のパージ水素は、水素滞留部１８に滞留して容積が拡大することで滞留する。これにより、パージ水素が一気に排出されることがない。滞留室１８に滞留したパージ水素は、入口部２０から次々に放出される新しいパージ水素に撹拌されるものの、パージ水素中の水素は軽いため滞留室１８の上部に集まり易くなる。そのため、カソードオフガス配管１４が配設された滞留室１８の下部は、上部と比べてパージ水素中の水素濃度が低くなる。つまり、滞留室１８の上部に滞留するパージ水素中の水素濃度と比べて下部に滞留するパージ水素中の水素濃度は、低濃度になる。この水素濃度が比較的低濃度になったパージ水素が、流れが速く圧力が小さい排気空気が流れているカソード配管１４に設けられた穴部２１，２１から、このカソード配管１４内に吸い込まれ、中を流れる速度の速い排気空気と混合されながら排気空気の流れに引っ張られるようにして排出口２３から車両外に排出されるので、パージ水素は十分に希釈されて車両外に排出される。
このように、本実施の形態では、パージ水素は、パージ水素中の水素濃度が比較的低濃度となる滞留室１８の下部（その近傍）から、車両外に排出されることとなるから、排出される水素の濃度を一層低くすることができる。
また、パージ水素と排気空気とを混合する混合室を特別に設けることなく、排気空気の配管内で希釈しているので、排出燃料希釈器全体を小型で簡単な構造にすることができる。
【００２５】
図４を参照して、本発明の実施の形態に係る排出燃料希釈器の第２の実施の形態を説明する。尚、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略する。
第２の実施の形態の排出燃料希釈器６は、穴部２１，２１から離間した位置までパージ水素配管８が滞留室１８内を水平に延びており、その先端部に入口部２０が開いている。
【００２６】
この第２の実施の形態の排出燃料希釈器６によれば、パージ水素の入口部２０が穴部２１，２１から互いに離間した位置にあるので、滞留室１８内に放出されたパージ水素が穴部２１，２１に吸い込まれる前に滞留室１８内に拡散し、容積が拡大し希釈されて圧力も大きくなって滞留室１８内に滞留する。一方、細いカソード配管１４内の排気空気は流れが速く圧力が小さい（ベルヌーイの定理）ので、パージ水素がカソード配管１４の穴部２１からカソード配管１４内に吸い込まれ、ソードオフガス配管１４内の排気空気と混合しながら排気空気の流れに押し出されるように車両外に排出される。これによりパージ水素は十分に希釈され、低濃度となって排出口２３から車両外に排出される。
【００２７】
図５は本発明の排出燃料希釈器の第２の実施の形態の変形例を示す側断面図であり、パージ水素配管８の入口部２０が壁１９に設けられているのに対して、カソードオフガス配管１４の穴部２１，２１は、入口部２０から離間した壁２２側に設けられている。
この変形例でも、入口部２０から滞留室１８内に放出されたパージ水素は、滞留室１８内に十分に拡散されてから、穴部２１，２１に吸い込まれ、カソード配管１４内の排気空気と混合しながら排気空気の流れに同伴されて車両外に排出される。これによりパージ水素は十分に滞留されるので、安定した低濃度となって排出口２３から車両外に排出される。
【００２８】
図６、図７を参照して本発明の排出燃料希釈器の第３の実施の形態を説明する。
尚、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略する。
第３の実施の形態の排出燃料希釈器６は、排出燃料希釈器６内のカソードオフガス配管１４の中間部を下方に曲げて水平部２４を設け、且つこの水平部２４の断面を細くして排水用孔２５，２５を設けた。尚、本実施の形態では排水効率を良くするために排水用孔２５，２５を２個設けたが、排水用孔２５，２５の数は必要に応じて適宜設けて良い。
【００２９】
この第３の実施の形態の排出燃料希釈器６によれば、パージ水素配管８から排出燃料希釈器６内に放出された排気空気中に含まれている水分の凝縮水（水素と酸素が電気化学反応する際にできる生成水２６等）が、滞留室１８の底に溜まると、より流れが速く圧力が小さい排気空気が流れているカソードオフガス配管１４の排水用孔２５，２５から吸い込まれる。吸い込まれた生成水２６は、排気空気に同伴されて車両外に排出されるので、希釈性能を低下させる原因になる凝縮水を効率的に排水することができる。
【００３０】
図８を参照して本発明の実施に形態に係る排出燃料希釈器の第４の実施の形態を説明する。尚、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略する。
第４の実施の形態の排出燃料希釈器６は、カソード配管１４の水平部２４がある部分の滞留室１８の底部中央部を下方に突出させて、凝縮水溜り部２７が設けられている。この凝縮水溜り部２７の最下部に排水用孔２５，２５が開口している。凝縮水溜り部２７に溜まった生成水２６は排水用孔２５，２５から吸い込まれ、排気空気に同伴されて車両外に排出される。又、排気空気中に含まれている生成水２６を一括して凝縮水溜り部２７に集めることができるので、生成水２６を車両外に効率良く排出することができる。
【００３１】
図９は本発明の実施の形態に係る排出燃料希釈器の第４の実施の形態の変形例を示す側断面図であり、排出燃料希釈器６は、排出燃料希釈器６の左右の壁１９，２２から下方に山型に突出させ、中間部を水平に形成して、凝縮水溜り部２７を大きくした。そしてこの凝縮水溜り部２７の最下部に排水用孔２５，２５が開口している。この変形例でも第４の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００３２】
アノード循環系からのパージ水素の他、燃料電池スタック４内に留まった生成水や、加湿器５に留まった生成水も、燃料電池の発電を妨げる原因になる。従って、これらの生成水も排出する必要が生じるが、これらの生成水の排出にも水素ガスの放出を伴う。よって、このような複数の排出水素を、排出燃料希釈器６で一括して処理し、水素濃度を低下させて排出することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明に係る排出燃料希釈器では、アノード配管系から入口部を経て滞留室内に放出されたパージ水素は滞留室内で容積が拡大することで滞留される。その後、パージ水素は、流れが速く圧力が小さい排気空気が流れているカソード配管の穴部からカソード配管内に吸い込まれ、中を流れる速度の速い排気空気と混合され車両外に排出される。このため、水素は十分に希釈されて車両外に排出され、パージ水素の濃度を低くすることができる。また、例えば、パージ水素と排気空気とを混合する混合室を特別に設けることなく、排気空気をカソード配管内で希釈することが可能であるので、排出燃料希釈器全体を小型で簡単な構造にすることが可能になる。
【００３４】
請求項２に記載の発明に係る排出燃料希釈器では、排出燃料希釈器のパージ水素の入口部が、パージ水素を混合するためのカソード配管の穴部から互いに離間した位置にあるので、滞留室内に放出されたパージ水素が滞留室内に拡散し、より安定した濃度で排出することが可能になる。
【００３５】
請求項３に記載の発明に係る排出燃料希釈器では、パージ水素がカソード配管内で排気空気と混合され希釈されて車両外に排出される際、滞留室の下部に溜まった水は排水用孔からカソード配管内に吸い込まれ、排気空気に同伴されて車両外に排出することができるので、希釈性能を低下させる原因になる凝縮水を効率的に排水することができる。
【００３６】
請求項４に記載の発明に係る排出燃料希釈器では、カソード配管の細くした部分の排気空気の流れが速くなり、圧力が低下するので、生成水は下方に曲げられたカソード配管の排水用孔からカソード配管内に吸い込まれ、速い排気空気の流れに乗って効率良く車両外に押し出し、排水することができる。
【００３７】
請求項５に記載の発明に係る排出燃料希釈器では、滞留室の下部に設けられた凝縮水溜り部に溜まった凝縮水は、カソード配管の排水用孔から効率良くカソード配管内に取り込まれ、車両外に排出することができる。
【００３８】
請求項６に記載の発明に係る排出燃料希釈器では、複数の水素排出手段からの生成水及びパージ水素を共通の滞留室で処理することができるので、燃料電池システムボックスを小さく、軽く構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池電気自動車における本発明に係る排出燃料希釈器を含む燃料電池システムボックスのレイアウトを示す図である。
【図２】本発明の排出燃料希釈器の装置図である。
【図３】本発明の排出燃料希釈器の第１の実施の形態を示す側断面図である。
【図４】本発明の排出燃料希釈器の第２の実施の形態を示す側断面図である。
【図５】本発明の排出燃料希釈器の第２の実施の形態の変形例を示す側断面図である。
【図６】本発明の排出燃料希釈器の第３の実施の形態を示す側断面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線矢視図である。
【図８】本発明の排出燃料希釈器の第４の実施の形態を示す側断面図である。
【図９】本発明の排出燃料希釈器の第４の実施の形態の変形例を示す側断面図である。
【符号の説明】
１　：燃料電池電気自動車（車両）
２　：燃料電池システムボックス
４　：燃料電池スタック
６　：排出燃料希釈器
７　：配管
１０　：アノードドレーン配管
１１　：加湿器ドレーン配管
１４　：カソード配管
１８　：滞留室
２０　：入口部
２１　：穴部
２４　：水平部
２５　：排水用孔
２６　：生成水
２７　：凝縮水溜り部
【図１】
2004127666.tif 000003
【図２】
2004127666.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004127666.tif 000008
【図７】
2004127666.tif 000009
【図８】
2004127666.tif 000010
【図９】
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