(57)【要約】【課題】複数の燃料電池スタック（ガス排出源）からのオフガス（排ガス）の圧損を抑えて良好に気液分離を可能にすること。【解決手段】複数の燃料電池スタック３１からの排出流路３１ａの合流部に気液分離装置４０を設ける。気液分離装置４０を構成するハウジング内に、水素オフガスの流れを旋回させる螺旋状のリボン板を設ける。リボン板の一部を分離板部として排出流路３１ａの合流部であるガス導入部側へ突出させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックからのオフガスが流通するオフガス流路と、前記オフガス流路上に設けられて前記オフガスから液体を分離する気液分離装置とを備え、
前記気液分離装置が前記複数の燃料電池スタックからの前記オフガス流路の合流部に設けられている燃料電池のオフガス配管構造。
【請求項２】
前記気液分離装置は、該装置内に導入された前記オフガスの流れを旋回させる螺旋状のリボン板を有し、該リボン板の一部が前記オフガス流路の上流側へ突出されている請求項１に記載の燃料電池のオフガス配管構造。
【請求項３】
複数のガス排出源と、前記ガス排出源からの排ガスが流通する排ガス流路と、前記排ガス流路上に設けられて前記排ガスから液体を分離する気液分離装置とを備え、
前記気液分離装置が前記複数のガス排出源からの前記排ガス流路の合流部に設けられているガス排出源の排ガス配管構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のオフガス配管構造ガス排出源の配管構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とした燃料電池自動車等が注目されている。このような燃料電池を備えたシステムでは、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電するセルを所定数積層した燃料電池スタックを複数配列して高い出力を得るものがある。
【０００３】
そして、この種の燃料電池システムは、燃料電池からの燃料ガスのオフガスを排出する通路を備えており、このオフガスを排出する通路には、オフガス中の水分を分離除去する気液分離装置が設けられている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００２−３２４５６１号公報
【特許文献２】特開２００２−３６７６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、複数の燃料電池スタックを備えた燃料電池システムでは、各スタックからのオフガスを合流させて気液分離装置へ送り込んでいる。このため、気液分離装置におけるガスの圧損だけでなく、オフガスの合流箇所においても圧損が生じてしまう。これにより、オフガスを循環路にて循環させるためのポンプ等の循環装置の負荷が大きくなり、結果的に、発電効率の低下を招いてしまう。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、複数の燃料電池スタック（ガス排出源）からのオフガス（排ガス）の圧損を抑えて良好に気液分離を可能にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池のオフガス配管構造は、複数の燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックからのオフガスが流通するオフガス流路と、前記オフガス流路上に設けられて前記オフガスから液体を分離する気液分離装置とを備え、前記気液分離装置が前記複数の燃料電池スタックからの前記オフガス流路の合流部に設けられている。
【０００７】
この構成によれば、気液分離装置にて複数の燃料電池スタックからのオフガスを合流させることができ、オフガスを合流させてから気液分離装置へ送り込む場合と比較して、合流箇所における圧損を抑制することができる。なお、前記複数の燃料電池スタックからの前記オフガス流路の合流部に単一あるいは燃料電池スタック数よりも少数の前記気液分離装置が設けられていてもよい。
【０００８】
前記気液分離装置は、該装置内に導入された前記オフガスの流れを旋回させる螺旋状のリボン板を有し、該リボン板の一部が前記オフガス流路の上流側へ突出されていてもよい。
【０００９】
この構成によれば、各燃料電池スタックからのオフガスが、上流側へ突出されたリボン板の一部によって下流側へ分配されることにより、下流側へのオフガスの分配の均一化を図ることができる。また、オフガス流路と交差する方向に速度を持ったオフガスの流れをオフガス流路に円滑に沿わせることができ、さらなる圧損の抑制を図り、気液分離性能を向上させることができる。
【００１０】
本発明のガス排出源の排ガス配管構造は、複数のガス排出源と、前記ガス排出源からの排ガスが流通する排ガス流路と、前記排ガス流路上に設けられて前記排ガスから液体を分離する気液分離装置とを備え、前記気液分離装置が前記複数のガス排出源からの前記排ガス流路の合流部に設けられている。
【００１１】
この構成によれば、気液分離装置にて複数のガス排出源からの排ガスを合流させることができ、排ガスを合流させてから気液分離装置へ送り込む場合と比較して、合流箇所における圧損を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の燃料電池スタック（ガス排出源）からのオフガス（排ガス）の圧損を抑えて良好に気液分離を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る燃料電池のオフガス配管構造を備えた燃料電池システムの実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、燃料電池のオフガス配管構造の要部を示すものである。図に示す燃料電池１０は、燃料電池自動車の車載発電システムや船舶、航空機、電車あるいは歩行ロボット等のあらゆる移動体用の発電システム、さらには、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システム等に適用可能であるが、具体的には自動車用となっている。
【００１５】
図に示すように、燃料電池システムは、燃料ガスである水素ガスと酸化ガスである空気との電気化学反応によって発電する燃料電池１０を備えており、この燃料電池１０は、複数の燃料電池スタック（ガス排出源）３１を有している。
【００１６】
各燃料電池スタック３１は、燃料ガスである水素ガス、酸化ガスである空気、冷却水の流路を有するセパレータと、セパレータ間に配置されたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と、から構成されるセル３２を複数積層したスタック構造を備えている。そして、この燃料電池スタック３１では、ＭＥＡを介した両面側に、セパレータによって区画されたガス流路が形成されており、このガス流路に水素ガス及び空気が流され、水素ガスと空気中の酸素とがＭＥＡを介して電気化学反応することにより発電する。
【００１７】
燃料電池１０は、各燃料電池スタック３１の積層方向一端部及び他端部に、それぞれ端板３３ａ、３３ｂを備えている。そして、各燃料電池スタック３１は、各端板３３ａ、３３ｂ間にて、燃料電池スタック３１を構成するセル３２の積層方向へ所定の荷重が付与されている。また、燃料電池１０の一方（オフガス排出側）の端板３３ｂには、その略中央部分に、気液分離装置４０が設けられている。
【００１８】
上記構造の燃料電池１０は、水素ガスを供給する水素供給路１１、燃料電池１０を通過した後の水素オフガスを案内する水素循環路１２を有しており、水素循環路１２が気液分離装置４０に接続されている。そして、この燃料電池１０では、水素供給路１１から各燃料電池スタック３１へ水素ガスが送り込まれる。
【００１９】
また、各燃料電池スタック３１からの水素オフガスは、端板３３ｂに設けた気液分離装置４０を介して水素循環路１２へ送り出され、この水素循環路１２から図示しない水素ポンプによって再び水素供給路１１へ戻され、燃料電池１０で消費されなかった水素ガスが燃料電池スタック３１にて再利用される。
【００２０】
なお、水素循環路１２には、図示しないパージ弁が設けられた排出路が接続されており、水素循環路１２における水素ガスの不純物濃度の増加を抑えるべく間欠的にパージ弁が開かれ、水素循環路１２内の水素オフガスが排出路から外部に排出される。また、燃料電池１０には、各燃料電池スタック３１に空気を供給する空気供給系及び各燃料電池スタック３１を冷却するための冷却系の配管（図示略）を備えている。
【００２１】
次に、燃料電池１０の一方の端板３３ｂに設けられた気液分離装置４０について説明する。図２は気液分離装置の内部構造を示す図１におけるII−II矢視図、図３は気液分離装
置の内部構造を示す断面図である。
【００２２】
この気液分離装置４０は、ガスに旋回力を生じさせてガス中の液体を分離するサイクロンタイプの分離装置であり、図２及び図３に示すように、有底筒状に形成されたハウジング４１を有している。このハウジング４１は、その一端（上流端）が開口されており、この開口部分には、端板３３ｂに固定可能なフランジ部４２が形成されている。
【００２３】
そして、このフランジ部４２を、図示しないシール材を介してボルト等によって締結固定することにより、気液分離装置４０が端板３３ｂに気密的に固定される。端板３３ｂには、各燃料電池スタック３１から水素オフガスを排出する排出流路（オフガス流路、排ガス流路）３１ａが形成されており、これら排出流路３１ａが端板３３ｂに固定された気液分離装置４０のハウジング４１内と連通されている。
【００２４】
ハウジング４１は、他端（下流端）へ向かって次第に窄まる先細り形状に形成されており、その一端部側（上流端部側）がガス導入部Ａ、中間部が気液分離部Ｂ、他端部側（下流端部側）が貯留排出部Ｃとされている。また、ハウジング４１内には、リボン板４３が設けられている。
【００２５】
このリボン板４３は、軸方向に沿って螺旋状に捻られた旋回板部４３ａを有しており、この旋回板部４３ａの両側部が気液分離部Ｂにおけるハウジング４１の内周面に固定されている。このリボン板４３の一端部分（上流端部分）は、平板からなる分離板部４３ｂとされており、この分離板部４３ｂは、気液分離部Ｂから上流側へ突出され、ハウジング４１におけるガス導入部Ａ側に配置されている。
【００２６】
この分離板部４３ｂは、平面視にてハウジング４１のガス導入部Ａを左右対象に分割するように、端板３３ｂに形成された排出流路３１ａ同士の略中央に配置されている。
【００２７】
この気液分離装置４０のハウジング４１には、その下流端部に、前述した水素循環路１２を構成する循環配管４４が接続されており、この循環配管４４が、貯留排出部Ｃにおけるハウジング４１の内部に突出されている。また、気液分離装置４０のハウジング４１には、その下流端部における側部に、排水管４５が接続されており、この排水管４５は、貯留排出部Ｃにおけるハウジング４１の内部の循環配管４４の周囲に連通されている。
【００２８】
上記燃料電池１０のオフガス配管構造では、各燃料電池スタック３１を通過した水素ガスは、水素オフガスとして各排出流路３１ａから気液分離装置４０へ送り出される。そして、この気液分離装置４０では、各排出流路３１ａから送り込まれる水素オフガスが、ガス導入部Ａに配置されたリボン板４３の分離板部４３ｂによって、それぞれ気液分離部Ｂへ送り込まれ、リボン板４３の螺旋状に捻られた旋回板部４３ａによって形成されたハウジング４１内の螺旋状の各流路へ分配される。
【００２９】
これにより、水素オフガスの分配が均一化され、また、リボン板４３と交差する方向に速度を持った水素オフガスが円滑に下流側へ導かれ、各排出流路３１ａからの水素オフガスが合流することによる圧損が抑えられる。
【００３０】
気液分離部Ｂの螺旋状の流路へ流された水素オフガスには、この気液分離部Ｂにて遠心力が生じ、ガス中の水分が外周側へ飛ばされ、この水分はハウジング４１の内周面に沿って水滴となって下方へ流れてハウジング４１の底部に貯留され、排水管４５から排出される。また、気液分離部Ｂにて水分が分離された水素オフガスは、水素循環路１２を構成する循環配管４４へ送り込まれる。
【００３１】
以上、説明したように、上記燃料電池１０のオフガス配管構造によれば、複数の燃料電池スタック３１からの排出流路３１ａの合流部に気液分離装置４０を設けたので、気液分離装置４０にて水素オフガスを合流させることができ、水素オフガスを合流させてから気液分離装置４０へ送り込む場合と比較して、合流箇所における圧損を抑制することができる。
【００３２】
また、水素オフガスの流れを旋回させる螺旋状のリボン板４３の一部を、排出流路３１ａの合流部であるガス導入部Ａ側（上流側）へ分離板部４３ｂとして突出させたので、各燃料電池スタック３１からの水素オフガスを下流側へ円滑に分配させて下流側へのガスの分配の均一化を図ることができる。
【００３３】
また、リボン板４３と交差する方向に速度を持った水素オフガスの流れを流路に円滑に沿わせることができ、さらなる圧損の抑制を図り、気液分離性能を向上させることができる。
【００３４】
そして、上記燃料電池１０のオフガス配管構造を備えた燃料電池システムによれば、複数の燃料電池スタック３１からのオフガスの気液分離を、圧損を抑えつつ良好に行うことができ、これにより、水素循環路１２にて水素オフガスを循環させるための水素ポンプ等の循環装置の負荷を抑えて発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池のオフガス配管構造の要部を示す図である。
【図２】図１に示す気液分離装置の内部構造を示す図１におけるII−II矢視図である。
【図３】図１に示す気液分離装置の内部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…燃料電池、３１…燃料電池スタック（ガス排出源）、３１ａ…排出流路（オフガス流路、排ガス流路）、４０…気液分離装置、４３…リボン板、４３ｂ…分離板部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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