(57)【要約】【課題】排出ガスに含まれる水分を回収する能力を向上する。【解決手段】凝縮回収器３は、中空円筒形状をなし、該中空円筒形状の一端側に燃料電池から排出される排出ガスを導入する排出ガス導入口３３が形成され、中空円筒形状の他端側に導入口より導入された排出ガスを排出する排出ガス排出口３６が形成された本体部３１を備える。更に、凝縮回収器３は、排出ガスを冷却するための冷却用空気を本体部の内壁面に沿うように本体部３１内に導入する第１流路３５１を有する空気導入部材３５を備える。【選択図】図２
2016219280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池（１）と、
前記燃料電池より排出される排出ガスに含まれる水分を凝縮させて回収する凝縮回収器（３）と、を備えた燃料電池システムであって、
前記凝縮回収器は、
中空円筒形状をなし、該中空円筒形状の一端側に前記燃料電池から排出される排出ガスを導入する排出ガス導入口（３３）が形成され、前記中空円筒形状の他端側に前記導入口より導入された前記排出ガスを排出する排出ガス排出口（３６）が形成された本体部（３１）と、
前記排出ガスを冷却するための冷却用空気を、前記本体部の内壁面に沿うように前記本体部内に導入する第１流路（３５１）を有する空気導入部材（３５）と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記空気導入部材は、前記第１流路を通って前記本体部内に導入される前記冷却用空気と異なる方向から、前記冷却用空気を合流させる第２流路（３５２）を有し、前記第１流路および前記第２流路を通って合流した前記冷却用空気が螺旋状に旋回しつつ前記本体部の内壁面に沿って旋回する二重旋回流となるよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１流路および前記第２流路の少なくとも一方は、前記本体部に近づくにつれて流路断面積が小さくなっていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第２流路を開閉する第２流路開閉手段（３５３）を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池の発電量が基準値以上か否かを判定する電力量判定手段（Ｓ１０２、Ｓ１１２）と、
前記電力量判定手段により前記燃料電池の発電量が基準値以上であると判定された場合、前記第２流路開閉手段を開状態に制御し、前記燃料電池の発電量が基準値未満であると判定された場合、前記第２流路開閉手段を閉状態に制御する第２流路制御手段（Ｓ１０６、Ｓ１１０、Ｓ１１６、Ｓ１２０）と、を備えたことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
送風機（３８）を備え、
前記空気導入部材は、前記冷却用空気を本体部３１内へ導入する空気導入口（３５０）を有し、
前記送風機は、前記空気導入口へ向けて送風し、
前記燃料電池および前記凝縮回収器は、前記燃料電池で発電された電力で駆動する電動機を走行用動力源として走行する車両に搭載され、
前記車両の走行風および前記送風機による送風の少なくとも一方が前記空気導入口を介して前記本体部内に取り込まれるようになっていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つの燃料電池システム。
【請求項７】
前記車両の車速が基準値以上か否かを判定する車速判定手段（Ｓ１００）と、
前記車速判定手段により前記車両の車速が基準値以上であると判定された場合、前記車両の車速が基準値未満であると判定された場合よりも、前記送風機の送風量を低減させる送風制御手段（Ｓ１０４、Ｓ１０８、Ｓ１１４、Ｓ１１８）と、を備えたことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記本体部の内壁面には、撥水加工が施された複数の凸部（３１１）と、親水加工が施された複数の凹部（３１２）が交互に形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
気体に含まれる水分を凝縮させて回収する凝縮回収器（３）であって、
中空円筒形状をなし、該中空円筒形状の一端側に前記気体を導入する排出ガス導入口（３３）が形成され、前記中空円筒形状の他端側に前記導入口より導入された前記気体を排出する排出ガス排出口（３６）が形成された本体部（３１）と、
前記気体を冷却するための冷却用空気を、前記本体部の内壁面に沿うように前記本体部内に導入する第１流路（３５１）を有する空気導入部材（３５）と、を備えたことを特徴とする凝縮回収器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよび凝縮回収器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池より排出される排出ガスに含まれる水分を凝縮回収する凝縮回収器を備えた燃料電池システムがある。このような燃料電池システムとして、導入ダクトの開口部で取り込まれた空気を本体部に導入する導入部で空気に排出ガスを直接混合させた後、混合させた空気と排出ガスを旋回させるよう本体部に導入して、排出ガスに含まれる水分を凝縮回収するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３０４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載された装置は、空気を本体部に導入する導入部の下面に排出ガスを流入させる排出ガス流入口が接続されており、空気が流れる導入部に排出ガス流入口を介して排出ガスが流入する構成となっている。このため、排出ガス流れが空気流れに妨げられ圧損が増大し、排出ガスから水分を十分に回収することができないといった問題がある。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みたもので、排出ガスに含まれる水分を回収する能力を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池（１）と、燃料電池より排出される排出ガスに含まれる水分を凝縮させて回収する凝縮回収器（３）と、を備えた燃料電池システムであって、凝縮回収器は、中空円筒形状をなし、該中空円筒形状の一端側に燃料電池から排出される排出ガスを導入する排出ガス導入口（３３）が形成され、中空円筒形状の他端側に導入口より導入された排出ガスを排出する排出ガス排出口（３６）が形成された本体部（３１）と、排出ガスを冷却するための冷却用空気を、本体部の内壁面に沿うように本体部内に導入する第１流路（３５１）を有する空気導入部材（３５）と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
このような構成によれば、排出ガスを冷却するための冷却用空気が、第１流路を通って本体部の内壁面を周方向に沿うように本体部内に導入されるので、特許文献１に記載された装置のように、排出ガス流れが空気流れに妨げられ圧損が増大することもなく、排出ガスから水分を十分に回収することができる。
【０００８】
また、上記目的を達成するため、請求項１０に記載の発明は、気体に含まれる水分を凝縮させて回収する凝縮回収器であって、中空円筒形状をなし、該中空円筒形状の一端側に気体を導入する導入口を有し、中空円筒形状の他端側に導入口より導入された気体を排出する排気口を有する本体部と、気体を冷却するための冷却用空気を、本体部の内壁面を周方向に沿うように本体部内に導入する第１流路（３５１）と、を有する空気導入部材（３５）と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
このような構成によれば、気体を冷却するための冷却用空気が、第１流路を通って本体部の内壁面を周方向に沿うように本体部内に導入されるので、特許文献１に記載された装置のように、排出ガス流れが空気流れに妨げられ圧損が増大することもなく、排出ガスから水分を十分に回収することができる。
【００１０】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概念図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの凝縮回収器の外観図である。
【図３】図２中のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】図３中の矢印Ｃ方向から空気導入部材を見た図である。
【図５】図３中のV−V線に沿った断面図である。
【図６】図３中のＣ部拡大図である。
【図７】燃料電池システムのＥＣＵが実施する開閉弁制御処理を説明するためのブロック図である。
【図８】燃料電池システムのＥＣＵが実施する開閉弁制御処理を示すフローチャートである。
【図９】開閉弁を閉状態にしたときの空気の流れについて説明するための図である。
【図１０】開閉弁を開状態にしたときの空気の流れについて説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。本実施形態は、燃料電池システムを、燃料電池を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に適用したものである。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る燃料電池システムの概念図である。図１に示すように、燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池（ＦＣスタック）１を備えている。ここで、水素が本発明の燃料ガスに相当し、酸素を含んだ空気が本発明の酸化剤ガスに相当している。
【００１４】
本実施形態では燃料電池１として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、電解質膜の両側面に電極が接合されたＭＥＡと、ＭＥＡを挟持する一対のセパレータから構成されるセルが複数個積層され、かつ電気的に直列接続されている。燃料電池１では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。
【００１５】
（水素極側）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（酸素極側）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
燃料電池システムには、燃料電池１の水素極に供給される水素が通過する水素供給経路１０と、燃料電池１の水素極から排出される水素極側排ガスが通過する水素排出経路１１が設けられている。水素供給経路１０の最上流部には、燃料電池１の水素極に水素を供給するための水素供給装置１２が設けられている。本実施形態では、水素供給装置１２として、高圧の水素が充填された水素タンクを用いている。
【００１６】
水素供給経路１０には、上流側から順に第１シャット弁１３、調圧弁１４、第２シャット弁１５が設けられている。燃料電池１に水素を供給する際には、第１シャット弁１３と第２シャット弁１５を開き、調圧弁１４によって所望の水素圧力にして燃料電池１に供給する。車両停止時には、安全のため第１シャット弁１３、第２シャット弁１５は閉められる。
【００１７】
水素排出経路１１には、第３シャット弁１６が設けられている。必要に応じて第３シャット弁１６を開くことで、燃料電池１の水素極側から水素排出経路１１を介して、未反応水素、蒸気（あるいは水）および空気極側から電解質膜を通過して水素極側に混入した窒素、酸素などの不純物が排出される。
【００１８】
また、燃料電池システムには、燃料電池１の空気極（酸素極）に供給される空気が通過する空気供給経路２０と、燃料電池１の空気極から排出される空気極側排出ガスが通過する空気排出経路２１が設けられている。空気供給経路２０には、空気を供給するための空気供給装置２２が設けられている。本実施形態では、空気供給装置２２として空気圧縮機を用いている。空気供給装置２２は圧縮機用モータ（図示せず）と機械的に接続されている。空気排出経路２１には、所望の圧力になるよう空気の排気圧力を調整する調圧弁２３が設けられている。
【００１９】
燃料電池１は発電の際、上記電気化学反応により熱が発生する発熱体である。燃料電池１は発電効率確保のために運転中一定温度（例えば８０℃程度）に維持する必要がある。また、燃料電池１内部の電解質膜は、所定の許容上限温度を超えると、高温により破壊されるため、燃料電池１の温度を許容温度以下に保持する必要がある。
【００２０】
そのため、燃料電池システムには、燃料電池１を冷却するための冷却システムが設けられている。冷却システムには、燃料電池１に冷却水を循環させる冷却水経路４０、冷却水を循環させるウォータポンプ４３、ファン４２を備えたラジエータ４１が設けられている。
【００２１】
冷却水経路４０には、冷却水をラジエータ４１をバイパスさせるためのバイパス経路４４が設けられている。冷却水経路４０とバイパス経路４４との合流点には、バイパス経路４４に流れる冷却水流量を調整するための流路切替弁４５が設けられている。
【００２２】
さらに、燃料電池システムには、空気排出経路２１を通過する空気極側排出ガスに含まれる水分を凝縮させて回収する凝縮回収器３と、この凝縮回収器３により回収された水を貯蔵するタンク５と、このタンク５に貯蔵された水を燃料電池１に供給するための水供給配管６と、この水供給配管６を通過する水を燃料電池１に供給させる水供給ポンプ７と、凝縮回収器３から排出される排出ガスが通る排出経路２４と、が設けられている。なお、空気極側排出ガスが、本発明の排出ガスに相当している。水供給ポンプ７は、図示しない水供給ポンプ用モータを回転させることにより水供給ポンプ７を回転させて水供給配管６を介して燃料電池１にタンク５内の水を供給する。
【００２３】
また、燃料電池システムには、各種制御を行う制御部（ＥＣＵ）１００が設けられている。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って各種演算などの処理を実行する。
【００２４】
次に、本実施形態における凝縮回収器３の詳細な構成について、図２〜図６を参照して説明する。図２は、凝縮回収器３の外観図である。図２において、上下の各矢印ＤＲ１は、凝縮回収器３が車両に搭載された車両搭載状態での向きを示す。すなわち、図１の両端矢印ＤＲ１は車両上下を示している。また、図３は、図２中のIII−III線に沿った断面図である。
【００２５】
本実施形態の凝縮回収器３は、燃料電池１より排出される排出ガス（空気極側排出ガス）と空気（外気）とを直接接触させ、排出ガスに含まれる水分を凝縮させて回収するよう構成されている。
【００２６】
凝縮回収器３は、本体部３１、空気導入部３４および空気導入部材３５を備えている。本体部３１および空気導入部３４は、熱伝導率の高い金属（例えば、アルミニウム、銅等）で構成されており、一体化されている。また、空気導入部材３５は、樹脂により構成されている。
【００２７】
本体部３１は、中空円筒形状をなし、中空円筒形状の一端側の中央部には、燃料電池１から排出される排出ガスを導入する排出ガス導入口３３が形成され、中空円筒形状の他端側の中央部には、排出ガス導入口３３より導入された排出ガスを排出する排出口３６が形成されている。なお、排出ガス導入口３３は、本体部３１の上側に位置するよう配置され、排出口３６は、本体部３１の下側に位置するよう配置される。
【００２８】
排出ガス導入口３３には、燃料電池１の空気極から排出される排出ガスが通過する空気排出経路２１（図１参照）が接続される。燃料電池１から排出される排出ガスは、この空気排出経路２１を通って本体部３１内に導入される。
【００２９】
また、排出口３６には、本体部３１から排出された排出ガスが通過する排出経路２４（図１参照）が接続される。本体部３１から排出された排出ガスは、排出経路２４を通って車外へ排出される。
【００３０】
空気導入部３４は、本体部３１内へ排出ガスを冷却するための冷却用空気（外気）を取り込むものである。空気導入部３４と本体部３１の内部空間は連通している。
【００３１】
空気導入部３４には、空気導入部材３５が設けられている。この空気導入部材３５は、排出ガスを冷却するための空気（冷却用空気）を本体部３１内へ導入する空気導入口３５０を有している。空気導入部材３５は、排出ガスの流れを妨げないよう、矢印Ａに示すように、本体部３１の内壁面に沿うように空気導入口３５０より取り込まれた冷却用空気を導入する。
【００３２】
図４は、図３中の矢印Ｃ方向から空気導入部材３５を見た矢視図である。なお、図４は、空気導入部材３５を時計回りに９０度回転させた状態が示されている。
【００３３】
空気導入部材３５は、矢印Ａに示す方向に空気を導入する第１流路３５１、矢印Ｂに示す方向に空気を導入する第２流路３５２および開閉ドア３５３を有している。第１流路３５１および第２流路３５２は、本体部３１の内壁の近くに配置される。また、第１流路３５１および第２流路３５２は、それぞれ本体部３１に近づくにつれて流路断面積が小さくなっている。なお、開閉ドア３５３は、第２流路３５２を開閉する第２流路開閉手段である。
【００３４】
第１流路３５１は、本体部３１の長手方向（矢印ＤＲ１方向）と直交する方向に、かつ、本体部３１の内壁を周方向に沿うように、空気導入部材３５の空気導入口３５０より取り込まれた外気を本体部３１内へ導入する。
【００３５】
第２流路３５２は、第１流路３５１を通って本体部３１内に導入された外気に、排出ガスを冷却するための外気を、第１流路３５１を通る空気と異なる方向から合流させる。具体的には、第２流路３５２は、本体部３１の内壁を上方向に、かつ、本体部３１の内壁に沿うように、空気導入部材３５の空気導入口３５０より取り込まれた外気を本体部３１内へ導入する。なお、第２流路３５２を通る空気の向きは、排出ガスと逆方向となる。また、第２流路３５２から流出する外気は、第１流路３５１から流出する外気の方向と直交する方向から合流する。
【００３６】
第２流路３５２には、回転軸３５３ａを回転中心として回転する開閉ドア３５３が設けられている。開閉ドア３５３は、後述するアクチュエータ３５３ｂ（図７参照）の駆動により作動する。開閉ドア３５３を作動させるアクチュエータ３５３ｂは、ＥＣＵ１００より出力される出力信号により制御される。
【００３７】
図５は、図３中のV−V線に沿った断面図である。図５に示すように、本体部３１の下部の側面には、本体部３１内で回収され本体部３１の底部に溜まった凝縮水を外部に取り出すためのドレン口３７ａを開閉するドレンコック３７が設けられている。このドレンコック３７は、ユーザによって操作される。
【００３８】
また、本体部３１の内壁の下側の領域、すなわち、本体部３１の内壁の排出口３６側の領域には、複数の直線状の凸部３１１と複数の直線状の凹部３１２が形成されている。本実施形態では、本体部３１の内壁の下側半分程度の領域に、凸部３１１と凹部３１２が形成されている。凸部３１１および凹部３１２は、それぞれ本体部３１の長手方向に延びるように形成されている。なお、本体部３１の内壁の上側半分程度の領域は、なめらかな曲面となっている。
【００３９】
図６は、図３中のＤ部拡大図である。本体部３１の内壁には、複数の直線状の凸部３１１と複数の直線状の凹部３１２が形成されている。凸部３１１および凹部３１２は、それぞれ本体部３１の長手方向に延びるように形成されている。
【００４０】
凸部３１１には、撥水加工が施され、凹部３１２には、親水加工が施されている。すなわち、本体部３１の内壁には、撥水性を有する直線状の凸部３１１と親水性を有する直線状の凹部３１２とが交互に配置されている。
【００４１】
燃料電池１から排出される排出ガスは、本体部３１に形成された排出ガス導入口３３に接続された空気排出経路２１を通って本体部３１内に導入される。また、本体部３１内に導入された排出ガスは、主に本体部３１の中央を通って排出口３６から排出される。
【００４２】
一方、空気導入部３４より取り込まれた外気は、空気導入部材３５を通って本体部３１の内壁に沿うように本体部３１内へ導入される。具体的には、開閉ドア３５３により第２流路３５２が閉状態となっている場合には、空気導入部３４より取り込まれた外気は、空気導入部材３５の第１流路３５１を通って本体部３１内に導入される。また、第２流路３５２が開状態となっている場合には、空気導入部材３５の第１流路３５１を通った空気と第２流路３５２を通った空気が合流して本体部３１内に導入される。
【００４３】
このとき、本体部３１内を通る排出ガスは、空気導入部材３５を通って本体部３１内へ導入された外気と直接接触する。このとき、排出ガスは、本体部３１内へ導入された外気と熱交換して冷却される。また、本体部３１内へ導入された排出ガスは、空気導入部材３５を通って本体部３１内へ導入された外気と接触し、本体部３１の内壁面に沿って周方向に旋回する旋回流となる。そして、排出ガスに含まれる水蒸気が凝縮して生じた水滴は旋回流により生じた遠心力によって本体部３１の内壁面に到達し、本体部３１の内壁面に付着する。
【００４４】
ここで、図６に示したように、本体部３１内の内壁には、撥水性を有する直線状の凸部３１１と親水性を有する直線状の凹部３１２とが交互に配置されており、本体部３１内の内壁に付着した水分Ｗは、親水性を有する凹部３１２に集まる。そして、本体部３１内の内壁に付着した水分Ｗは、速やかに本体部３１内の内壁に沿って流れ落ち、本体部３１の底部に溜まるようになっている。本体部３１の底部に溜まった水は、ユーザのドレンコック３７を操作することにより、ドレン口３７ａから取り出すことが可能となっている。
【００４５】
図７は、燃料電池システムのＥＣＵ１００が実施する開閉ドア制御処理を説明するためのブロック図である。ＥＣＵ１００には、車両に搭載された車速センサ（図示せず）から車速に応じた車速信号が入力されている。また、ＥＣＵ１００には、燃料電池１から発電量を示す出力変動信号が入力されている。また、ＥＣＵ１００には、開閉ドア３５３を作動させるアクチュエータ３５３ｂおよびブロワ３８が接続されている。
【００４６】
ブロワ３８は、空気導入部３４内に外気を送風する送風機である。ブロワ３８は、羽根車と、この羽根車を回転駆動する電動モータ（いずれも図示せず）を有している。電動モータの回転速度は、その電動モータへの印加電圧に応じて決定される。
【００４７】
本実施形態の燃料電池システムは、車両の走行風および空気導入部３４へ向けて送風するブロワ３８の風の少なくとも一方が空気導入部３４に供給可能となっている。しなわち、ブロワ３８が作動していない状態でも、車両走行時には、空気導入部３４内に車両の走行風が導入される構成となっている。
【００４８】
アクチュエータ３５３ｂは、第２流路３５２を開閉する開閉ドア３５３を回転駆動するものである。アクチュエータ３５３ｂは、ＥＣＵ１００より入力される信号に応じて第２流路３５２に設けられた開閉ドア３５３を回動駆動する。
【００４９】
次に、燃料電池システムのＥＣＵ１００が実施する開閉ドア制御処理について説明する。図８に、この処理のフローチャートを示す。ＥＣＵ１００は、定期的に図に示す処理を実施する。なお、各図面のフローチャートにおける各制御ステップは、ＥＣＵ１００が有する各種の機能実現手段を構成している。
【００５０】
まず、ＥＣＵ１００は、車速が基準値未満であるか否かを判定する（Ｓ１００）。具体的には、ＥＣＵ１００は、車速センサより入力される車速信号に基づいて車両の車速が基準値未満か否かを判定する。
【００５１】
ここで、車両の車速が基準値以上となっている場合、Ｓ１００の判定はＮＯとなり、次に、ＥＣＵ１００は、燃料電池１の発電量が基準値以上であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。具体的には、ＥＣＵ１００は、燃料電池１より入力される出力変動信号に基づいて燃料電池１の発電量が基準値以上であるか否かを判定する。
【００５２】
ここで、燃料電池１の発電量が基準値未満となっている場合、Ｓ１０２の判定はＮＯとなり、ＥＣＵ１００は、ブロワ３８の電動モータへの印加電圧を０ボルト（Ｖ）にして、ブロワ３８を停止させる（Ｓ１０８）。なお、車両の車速が基準値以上となっている場合には、空気導入部３４から外気（走行風）が導入される構成となっているため、ブロワ３８を停止させても空気導入部３４から本体部３１内に車両の走行風が取り込まれる。ブロワ３８を停止させることで、ブロワ３８により電力消費を低減することができる。
【００５３】
次に、ＥＣＵ１００は、開閉弁である開閉ドア３５３を閉状態にする（Ｓ１１０）。具体的には、ＥＣＵ１００は、開閉ドア３５３を閉状態にするよう開閉ドア３５３を作動させるアクチュエータ３５３ｂを駆動する。
【００５４】
これにより、図９（ａ）に示すように、空気導入部３４より取り込まれた外気は、第１流路３５１を通って本体部３１内へ導入される。具体的には、第１流路３５１から本体部３１内へ導入される空気は、本体部３１の内壁を周方向に沿うように流れる。
【００５５】
また、第１流路３５１から本体部３１内へ導入された外気は、図９（ｂ）に示すように、本体部３１に導入される排出ガスと接触し、本体部３１の内壁面に沿って周方向に旋回する旋回流となる。
【００５６】
また、本体部３１内へ導入された排出ガスは、本体部３１内へ導入された外気と熱交換して冷却される。また、排出ガスに含まれる水蒸気が凝縮して生じた水滴は、旋回流により生じた遠心力によって本体部３１の内壁面に到達し、本体部３１の内壁面に付着する。
【００５７】
ここで、本体部３１の内壁の下側の領域には、撥水性を有する凸部３１１と親水性を有する凹部３１２とが交互に配置されているので、親水性を有する凹部３１２に凝縮水の多くが集まり、凝縮された凝縮水が本体部３１の内壁を伝って本体部３１の底面に溜まり、ドレン口３７ａから回収される。
【００５８】
また、燃料電池１の発電量が基準値以上になった場合、Ｓ１０２の判定はＹＥＳとなり、ＥＣＵ１００は、ブロワ３８の電動モータへの印加電圧を０ボルト（Ｖ）にして、ブロワ３８を停止させる（Ｓ１０４）。ここでは、ブロワ３８は停止しているので、停止した状態を継続する。
【００５９】
次に、ＥＣＵ１００は、開閉ドア３５３を開状態にする（Ｓ１０６）。具体的には、ＥＣＵ１００は、開閉ドア３５３を開状態にするよう開閉ドア３５３を作動させるアクチュエータ３５３ｂを駆動する。
【００６０】
これにより、図１０（ａ）に示すように、空気導入部３４より取り込まれた外気の一部は、第１流路３５１と第２流路３５２に分岐した後、第１流路３５１の出口と第２流路３５２の出口で合流する。ここで、第１流路３５１の出口からは、本体部３１の内壁を周方向に沿うように外気が吹き出される。また、第２流路３５２の出口からは、本体部３１の内壁を上方向（排出ガスの流れ方向と逆方向）に、かつ、本体部３１の内壁に沿うように吹き出される。
【００６１】
このため、第１流路３５１の出口と第２流路３５２の出口の合流部では、図１０（ａ）に示すような、螺旋状の空気流れが発生する。また、この螺旋状の空気流れは、本体部３１に導入される排出ガスと接触し、図１０（ｂ）に示すような、本体部３１の内壁面に沿って周方向に旋回する旋回流となる。すなわち、第１流路３５１の出口および第２流路３５２の出口で合流した空気は、螺旋状に旋回しつつ本体部３１の内壁面に沿って旋回する二重旋回流となる。この二重旋回流は、主流である排出ガスの妨げとならないよう供給される。
【００６２】
このような二重旋回流は、図９（ｂ）に示したような旋回流と比較して、本体部３１の内壁面よりも本体部３１の中心部よりとなるため、排出ガスとの撹拌性が高く、伝熱性能を向上させることができる。また、このような二重旋回流は、図９（ｂ）に示したような旋回流と比較して、乱れも少なく排出ガスを排出する排出口３６の近くまで到達しやすいため、排出ガスとの熱交換をより効率よく行うことができる。
【００６３】
また、排出ガスに含まれる水蒸気が凝縮して生じた水滴は、旋回流により生じた遠心力によって本体部３１の内壁面に到達し本体部３１の内壁面に付着する。そして、本体部３１内の内壁に付着した水滴は、速やかに本体部３１内の内壁に沿って流れ落ち、本体部３１の底部に溜まる。
【００６４】
また、車両の車速が基準値未満になった場合、Ｓ１００の判定はＹＥＳとなり、次に、ＥＣＵ１００は、燃料電池１の発電量が基準値以上であるか否かを判定する（Ｓ１１２）。具体的には、ＥＣＵ１００は、燃料電池１より入力される出力変動信号に基づいて燃料電池１の発電量が基準値以上であるか否かを判定する。
【００６５】
ここで、燃料電池１の発電量が基準値未満となっている場合、Ｓ１１２の判定はＮＯとなり、ＥＣＵ１００は、ブロワ３８への出力を小さな値に設定する（Ｓ１１８）。具体的には、ＥＣＵ１００は、ブロワ３８の電動モータへの印加電圧を低電圧にして、ブロワ３８を低速で駆動させる。このように、車両の車速が基準値未満になった場合には、空気導入部３４から十分な外気（走行風）が導入されない可能性があるため、ブロワ３８を低速で駆動させる。
【００６６】
次に、ＥＣＵ１００は、開閉ドア３５３を閉状態にする（Ｓ１２０）。具体的には、ＥＣＵ１００は、開閉ドア３５３を開状態にするよう開閉ドア３５３を作動させるアクチュエータ３５３ｂを駆動する。
【００６７】
これにより、図９（ａ）に示したように、空気導入部３４より取り込まれた外気は、第１流路３５１を通って本体部３１内へ導入される。具体的には、第１流路３５１から本体部３１内へ導入される空気は、本体部３１の長手方向と直交する方向に、かつ、本体部３１の内壁を周方向に沿うように流れる。
【００６８】
また、第１流路３５１から本体部３１内へ導入された空気は、図９（ｂ）に示すように、本体部３１の中央を流れる排出ガスと熱交換しながら本体部３１の内壁面に沿って周方向に旋回する旋回流となる。本体部３１の中央を流れる排出ガスは旋回流となった外気と熱交換して排出ガスが冷却される。そして、排出ガスに含まれる水分が凝縮され回収される。
【００６９】
また、燃料電池１の発電量が基準値以上になった場合、Ｓ１１２の判定はＹＥＳとなり、ＥＣＵ１００は、ブロワ３８への出力を大きな値に設定する（Ｓ１１４）。具体的には、ＥＣＵ１００は、ブロワ３８の電動モータへの印加電圧を高電圧にして、ブロワ３８を高速で駆動させる。
【００７０】
次に、ＥＣＵ１００は、開閉ドア３５３を開状態にする（Ｓ１１６）。具体的には、ＥＣＵ１００は、開閉ドア３５３を開状態にするよう開閉ドア３５３を作動させるアクチュエータ３５３ｂを駆動して本処理を終了する。
【００７１】
これにより、図１０（ａ）に示すように、空気導入部３４より取り込まれた外気の一部は、第１流路３５１と第２流路３５２に分岐した後、第１流路３５１の出口と第２流路３５２の出口で合流する。ここで、第１流路３５１から本体部３１内へ導入される空気は、本体部３１の内壁を周方向に沿うように流れる。また、第２流路３５２から本体部３１内へ導入される空気は、本体部３１の内壁を上方向に、かつ、本体部３１の内壁に沿うように流れる。
【００７２】
このため、第１流路３５１の出口と第２流路３５２の出口の合流部では、図１０（ａ）に示すような、螺旋状の空気流れが発生する。また、この螺旋状の空気流れは、本体部３１に導入される排出ガスと接触し、図１０（ｂ）に示すような、本体部３１の内壁面に沿って周方向に旋回する旋回流となる。すなわち、第１流路３５１の出口および第２流路３５２の出口で合流した空気は、螺旋状に旋回しつつ本体部３１の内壁面に沿って旋回する二重旋回流となる。このような二重旋回流により排出ガスとの熱交換を効率よく行うことができる。また、排出ガスに含まれる水蒸気が凝縮して生じた水滴は旋回流により生じた遠心力によって本体部３１の内壁面に到達し、本体部３１の内壁面に付着する。そして、本体部３１内の内壁に付着した水滴は、速やかに本体部３１内の内壁に沿って流れ落ち、本体部３１の底部に溜まる。なお、本体部３１の底部に溜まった水分はドレン口３７ａから回収される。
【００７３】
燃料電池自動車では、車両が低速走行している場合、燃料電池より排出ガスに含まれる水分が排水として多く排出され、燃料電池より排出される排出ガスの量が少量であるため、本体部３１内に少量の外気を導入するだけで排出ガスに含まれる水分を凝縮させることができる。このため、上記したように、車速が基準値未満の場合には、開閉ドア３５３により第２流路３５２を閉じるようにし、第１流路３５１からのみ外気を本体部３１内に導入するとともに、ブロワ３８を停止させてブロワ３８で消費される電力量を低減するようにしている。
【００７４】
また、燃料電池１の発電量が基準値以上の場合には、開閉ドア３５３を開状態にして本体部３１内に、図１０（ｂ）に示したような二重旋回流の外気を導入するようにして、より多くの水分を回収できるようにしている。
【００７５】
上記したように、凝縮回収器３は、中空円筒形状をなし、該中空円筒形状の一端側に燃料電池から排出される排出ガスを導入する排出ガス導入口３３が形成され、中空円筒形状の他端側に導入口より導入された排出ガスを排出する排出ガス排出口３６が形成された本体部３１と、排出ガスを冷却するための冷却用空気を、本体部の内壁面に沿うように本体部内に導入する第１流路３５１を有する空気導入部材３５と、を備えている。
【００７６】
このような構成によれば、排出ガスを冷却するための冷却用空気が、空気導入部材３５の第１流路３５１を通って本体部３１の内壁面を周方向に沿うように本体部３１内に導入されるので、特許文献１に記載された装置のように、排出ガス流れが空気流れに妨げられ圧損が増大することもなく、排出ガスに含まれる水分を回収する能力を向上することができる。
【００７７】
また、空気導入部材３５は、第１流路３５１を通って本体部３１内に導入される冷却用空気と異なる方向から、冷却用空気を合流させる第２流路３５２を有し、第１流路３５１および第２流路３５２を通って合流した冷却用空気が螺旋状に旋回しつつ本体部の内壁面に沿って旋回する二重旋回流となるよう構成されているので、冷却用空気により排出ガスを良好に撹拌することができ、更に、排出ガスに含まれる水分を回収する能力を向上することができる。
【００７８】
また、第１流路３５１および第２流路３５２は、それぞれ本体部３１に近づくにつれて流路断面積が小さくなっているので、第１流路３５１および第２流路３５２より流出する空気の速度を高速にすることができ、排出ガスの撹拌性を向上することができる。
【００７９】
また、第２流路３５２を開閉する開閉ドア３５３を備えたので、開閉ドア３５３を開閉させて、第１流路３５１および第２流路３５２の両方から冷却用空気を本体部３１内に導入するようにしたり、第１流路３５１のみから冷却用空気を本体部３１内に導入するようにしたりすることができる。
【００８０】
また、燃料電池の発電量が基準値以上か否かを判定し、燃料電池の発電量が基準値以上であると判定された場合、開閉ドア３５３を開状態に制御し、燃料電池の発電量が基準値未満であると判定された場合、開閉ドア３５３を閉状態に制御することができる。
【００８１】
また、空気導入口３５０へ向けて送風するブロワ３８を備え、燃料電池１および凝縮回収器３は、燃料電池１で発電された電力で駆動する電動機を走行用動力源として走行する車両（燃料電池車両）に搭載され、車両の走行風およびブロワ３８による送風の少なくとも一方が空気導入口３５０を介して本体部３１内に取り込まれるように構成することができる。
【００８２】
また、車両（燃料電池車両）の車速が基準値以上か否かを判定し、車両の車速が基準値以上であると判定された場合、車両の車速が基準値未満であると判定された場合よりも、ブロワ３８の送風量を低減させるので、ブロワ３８により消費される電力量を低減することができる。なお、ブロワ３８の送風量を低減させても、車両の走行風により外気が空気導入口３５０へ導入されるので、必要な外気を本体部３１内に取り込むことが可能である。
【００８３】
また、本体部３１の内壁面には、撥水加工が施された複数の凸部３１１と、親水加工が施された複数の凹部３１２が交互に形成されているので、本体部３１の内壁面に付着した水分を速やかに収集することが可能である。
【００８４】
また、本体部３１の底部に溜まった凝縮水は、燃料電池１の冷却、水素の原料、非常用飲料水等、様々な用途に利用することが可能である。
【００８５】
（他の実施形態）
（１）上記実施形態では、本体部３１および空気導入部３４を熱伝導率の高い金属で構成するようにしたが、例えば、樹脂により構成することもできる。
【００８６】
（２）上記実施形態では、空気導入部材３５を樹脂により構成したが、例えば、金属で構成するようにしてもよい。
【００８７】
（３）上記実施形態では、第２流路３５２から流出する外気が、第１流路３５１から流出する外気の方向と直交する方向から合流するよう構成したが、必ずしも直交する方向から合流するよう構成する必要はなく、第２流路３５２から流出する外気が、第１流路３５１から流出する外気の方向と異なる方向から合流するよう構成することができる。
【００８８】
（４）上記実施形態では、燃料電池より排出される排出ガスに含まれる水分を凝縮させて回収する凝縮回収器３を備えた燃料電池システムについて示したが、凝縮回収器３を、燃料電池より排出される排出ガスとは異なる気体に含まれる水分を凝縮させるものとして用いることもできる。
【００８９】
（５）上記実施形態では、空気導入部３４および空気導入部材３５を別部材として構成したが、空気導入部３４および空気導入部材３５を一体化してもよい。すなわち、本体部３１、空気導入部３４および空気導入部材３５を一体化して構成してもよい。
【００９０】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
【００９１】
なお、上記実施形態における構成と特許請求の範囲の構成との対応関係について説明すると、Ｓ１０２、Ｓ１１２が電力量判定手段に相当し、Ｓ１０６、Ｓ１１０、Ｓ１１６、Ｓ１２０が第２流路制御手段に相当し、Ｓ１００が車速判定手段に相当し、Ｓ１０４、Ｓ１０８、Ｓ１１４、Ｓ１１８が送風制御手段に相当する。
【符号の説明】
【００９２】
１      燃料電池
３      凝縮回収器
３１    本体部
３３    排出ガス導入口
３４    空気導入口
３５    空気導入部材
３６    排出口
３５０  空気導入口
３５１  第１流路
３５２  第２流路
３５３  開閉ドア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016219280.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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