JP2003017084A - Fuel cell device - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】空気供給ファンから供給される空気流の圧力損
失を低減することによって、燃料電池セルの酸素極に常
に燃料電池セルの出力が最大となるために必要な空気の
量よりも十分に多い量の空気を供給して、燃料電池セル
の出力が高く安定し、かつ、燃費も良くなるようにす
る。
【解決手段】車両の上下方向において、上から空気供給
室、燃料電池スタック11、空気排出室の順に重ねら
れ、車両の前後方向において、空気導入ダクト、燃料電
池スタック11、燃料貯蔵手段が順次配設され、空気導
入ダクトと空気供給室とを連結する第1連結部と、燃料
貯蔵手段と空気排出室とを連結する第2連結部と、空気
供給室と、空気排出室とは、それぞれ車両の幅方向にお
いて、燃料電池スタック11の少なくとも1/2以上の
幅を備える。
(57) [Problem] To reduce the pressure loss of an air flow supplied from an air supply fan, thereby reducing the amount of air required to always maximize the output of the fuel cell at the oxygen electrode of the fuel cell. A sufficient amount of air is supplied to the fuel cell so that the output of the fuel cell is high and stable, and the fuel efficiency is improved. An air supply chamber, a fuel cell stack, and an air exhaust chamber are stacked in this order from the top in the vertical direction of a vehicle, and an air introduction duct, a fuel cell stack, and fuel storage means are sequentially arranged in the front-rear direction of the vehicle. A first connecting portion for connecting the air introduction duct and the air supply chamber, a second connecting portion for connecting the fuel storage means and the air discharge chamber, the air supply chamber, and the air discharge chamber, respectively. In the width direction of the fuel cell stack 11.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池装置に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、燃料電池は発電効率が高く、有害
物質を排出しないので、産業用、家庭用の発電装置とし
て、又は、人工衛星や宇宙船などの動力源として実用化
されてきたが、近年は、乗用車、バス、トラック等の車
両用の動力源として開発が進んでいる。2. Description of the Related Art Conventionally, since fuel cells have high power generation efficiency and do not emit harmful substances, they have been put to practical use as industrial or domestic power generators or power sources for artificial satellites or spacecraft. In recent years, it has been developed as a power source for vehicles such as passenger cars, buses and trucks.
【0003】燃料電池には、種々の形式のものが知られ
ており、アルカリ水溶液型、リン酸型、溶融炭酸塩型、
固体酸化物型、直接型メタノール等のものであってもよ
いが、固体電解質を用いた燃料電池が有望視されてい
る。Various types of fuel cells are known, such as alkaline aqueous solution type, phosphoric acid type, molten carbonate type,
Although solid oxide type, direct type methanol, etc. may be used, a fuel cell using a solid electrolyte is considered promising.
【0004】この場合、固体高分子電解質膜を2枚のガ
ス拡散電極で挟み、一体化させて接合する。そして、該
ガス拡散電極の一方を燃料極とし、該燃料極表面に接す
る燃料流路を介し前記燃料極に燃料ガスとして水素ガス
を供給すると、水素が水素イオン(プロトン)と電子と
に分解され、水素イオンが固体高分子電解質膜を透過す
る。また、前記ガス拡散電極の他方を酸素極とし、該酸
素極表面に接する空気流路を介し前記酸素極に酸化剤と
して空気を供給すると、空気中の酸素と、前記水素イオ
ン及び電子が結合して、水が生成される。このような電
気化学反応によって起電力が生じるようになっている。In this case, the solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes, and they are integrated and joined. When one of the gas diffusion electrodes is used as a fuel electrode and hydrogen gas is supplied as a fuel gas to the fuel electrode through a fuel flow path in contact with the surface of the fuel electrode, hydrogen is decomposed into hydrogen ions (protons) and electrons. , Hydrogen ions permeate the solid polymer electrolyte membrane. Further, when the other of the gas diffusion electrodes is an oxygen electrode and air is supplied as an oxidant to the oxygen electrode through an air flow path in contact with the surface of the oxygen electrode, oxygen in the air is bonded to the hydrogen ions and electrons. Water is produced. An electromotive force is generated by such an electrochemical reaction.
【0005】また、前記固体電解質と前記燃料極、前記
酸素極、前記空気流路、前記燃料流路とを併せて燃料電
池セルが構成される。さらに、該燃料電池セルを複数積
層させたものを燃料電池スタックとして構成される。こ
の燃料電池装置において、空気流路に液体を供給するこ
とにより固体電化質膜を湿潤状態に維持するものがある
(特開2000−12056号公報参照)。Further, a fuel battery cell is constructed by combining the solid electrolyte, the fuel electrode, the oxygen electrode, the air passage and the fuel passage. Further, a stack of a plurality of the fuel cells is configured as a fuel cell stack. In this fuel cell device, there is one that keeps the solid electrolyte membrane in a wet state by supplying a liquid to the air channel (see Japanese Patent Laid-Open No. 2000-12056).
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の燃料電池装置においては、車両に搭載する場合、燃
料電池を車両内の低い位置に配設することが困難であ
る。However, in the conventional fuel cell device described above, it is difficult to dispose the fuel cell at a low position in the vehicle when it is mounted in the vehicle.
【0007】一般に、自動車等の車両の場合、乗員や荷
物を積載するためのスペースを広くとるために、駆動
源、駆動力伝達機構等を車室や荷室の床下等に配設する
ことが要求されている。このような要求に応じようとす
ると、前記従来の燃料電池装置の場合、燃料電池装置の
全体としての高さが高く、前記車室や荷室の床を低くす
ることができなくなってしまう。そのため、乗員や荷物
を積載するためのスペースを広くとることができない。Generally, in the case of a vehicle such as an automobile, a drive source, a driving force transmission mechanism and the like may be arranged under the floor of a vehicle compartment or a luggage compartment in order to provide a large space for loading passengers and luggage. Is required. In order to meet such a demand, in the case of the conventional fuel cell device, the height of the fuel cell device as a whole is high, and the floor of the vehicle compartment or the luggage compartment cannot be lowered. Therefore, it is not possible to secure a large space for loading passengers and luggage.
【0008】また、乗員や荷物を積載するためのスペー
スを広くとるために車室や荷室の床を低くした場合に
は、前記燃料電池装置の下側が車両の下側に飛び出し
て、車両の最低地上高が低くなってしまう。この場合、
前記燃料電池装置の下側が路面等に衝突して、破損する
恐れがある。Further, when the floor of the vehicle compartment or luggage compartment is lowered in order to increase the space for loading passengers or luggage, the lower side of the fuel cell device pops out to the lower side of the vehicle to The minimum ground clearance will be low. in this case,
The lower side of the fuel cell device may collide with a road surface or the like and be damaged.
【0009】そして、燃料電池装置を車室や荷室の床下
等に配設する場合には、燃料電池スタックや燃料貯蔵手
段の配置の仕方を工夫する必要があるとともに、燃料電
池セルの酸素極に供給される空気の流量を確保する必要
がある。しかし、前記床下のような狭い場所において
は、空気供給ファンからの空気流路を構成するダクトを
自由に配設するスペースを確保することが困難であり、
空気供給ファンから供給される空気をスムーズに、か
つ、均一に燃料電池セルの酸素極に供給することができ
なかった。また、同様に、燃料電池セルの酸素極から排
出された空気をスムーズに排出することもできなかっ
た。When the fuel cell device is arranged under the floor of a vehicle compartment or a luggage compartment, it is necessary to devise a way of arranging the fuel cell stack and the fuel storage means, and at the same time, the oxygen electrode of the fuel cell unit. It is necessary to secure the flow rate of the air supplied to the. However, in a narrow place such as the underfloor, it is difficult to secure a space for freely arranging the ducts forming the air flow path from the air supply fan,
The air supplied from the air supply fan could not be smoothly and uniformly supplied to the oxygen electrode of the fuel cell unit. Similarly, the air discharged from the oxygen electrode of the fuel cell could not be smoothly discharged.
【0010】このため、空気流の圧力損失が増大して空
気の流れが滞り、酸素極に十分な酸素が供給されなくな
るので、燃料電池セルの出力が低下してしまう。For this reason, the pressure loss of the air flow increases, the flow of the air stagnates, and sufficient oxygen cannot be supplied to the oxygen electrode, resulting in a decrease in the output of the fuel cell unit.
【0011】本発明は、前記従来の問題点を解決して、
空気供給ファンから供給される空気流の圧力損失を低減
することによって、燃料電池セルの酸素極に常に燃料電
池セルの出力が最大となるために必要な空気の量よりも
十分に多い量の空気を供給して、燃料電池セルの出力が
高く安定し、かつ、燃費も良い燃料電池装置を提供する
ことを目的とする。The present invention solves the above conventional problems,
By reducing the pressure loss of the air flow supplied from the air supply fan, the oxygen electrode of the fuel cell unit is always provided with an amount of air that is sufficiently larger than the amount of air required to maximize the output of the fuel cell unit. It is an object of the present invention to provide a fuel cell device in which the fuel cell output is high and stable, and the fuel consumption is good.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】そのために、本発明の燃
料電池装置においては、燃料極及び該燃料極に接した燃
料流路と、酸素極及び該酸素極に接した空気流路と、前
記燃料極及び酸素極により狭持される電解質膜を持つ燃
料電池セルと、該燃料電池セルを積層した燃料電池スタ
ックと、前記空気流路の空気入口端と接続する空気供給
室と、前記空気流路の空気出口端と接続する空気排出室
と、外部から空気を導入し、前記空気流路に供給する空
気を取り入れる空気導入ダクトと、前記空気排出室から
排出された空気が通過する空気排出通路を内部に備える
燃料貯蔵手段とを備え、車両の上下方向において、上か
ら前記空気供給室、前記燃料電池スタック、前記空気排
出室の順に重ねられ、前記車両の前後方向において、前
記空気導入ダクト、前記燃料電池スタック、前記燃料貯
蔵手段が順次配設され、前記空気導入ダクトと前記空気
供給室とを連結する第1連結部と、前記燃料貯蔵手段と
前記空気排出室とを連結する第2連結部と、前記空気供
給室と、前記空気排出室とは、それぞれ前記車両の幅方
向において、燃料電池スタックの少なくとも1/2以上
の幅を備える。To this end, in the fuel cell device of the present invention, a fuel electrode and a fuel channel in contact with the fuel electrode, an oxygen electrode and an air channel in contact with the oxygen electrode, A fuel cell having an electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an oxygen electrode, a fuel cell stack in which the fuel cell is stacked, an air supply chamber connected to an air inlet end of the air flow path, and the air flow. An air discharge chamber connected to the air outlet end of the passage, an air introduction duct for introducing air from the outside and introducing air to be supplied to the air flow passage, and an air discharge passage through which the air discharged from the air discharge chamber passes. And a fuel storage unit having therein, and in the vertical direction of the vehicle, the air supply chamber, the fuel cell stack, and the air discharge chamber are stacked in this order from the top, and the air introduction duct in the front-back direction of the vehicle. The fuel cell stack and the fuel storage unit are sequentially arranged, and a first connection unit connecting the air introduction duct and the air supply chamber, and a second connection unit connecting the fuel storage unit and the air discharge chamber. The portion, the air supply chamber, and the air discharge chamber each have a width that is at least ½ or more of the fuel cell stack in the width direction of the vehicle.
【0013】本発明の他の燃料電池装置においては、さ
らに、前記第1連結部と、前記第2連結部と、前記空気
供給室と、前記空気排出室は、幅方向の中心が前記燃料
電池スタックの幅方向の中心と一致する。In another fuel cell device of the present invention, the center of the width direction of the first connecting portion, the second connecting portion, the air supply chamber, and the air discharging chamber is the fuel cell. Aligns with the widthwise center of the stack.
【0014】本発明の更に他の燃料電池装置において
は、さらに、前記空気導入ダクトの外部空気供給側に
は、前記空気導入ダクトよりも狭い幅の空気吹き出し口
を備える空気供給ファンが接続される。In still another fuel cell device of the present invention, an air supply fan having an air outlet having a width narrower than that of the air introduction duct is further connected to the outside air supply side of the air introduction duct. .
【0015】本発明の更に他の燃料電池装置において
は、さらに、前記空気供給室内には水供給手段が配設さ
れる。In still another fuel cell device of the present invention, water supply means is further arranged in the air supply chamber.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0017】図1は本発明の実施の形態における車両に
搭載された燃料電池装置の燃料電池スタック、空気導入
ダクト、及び接続ダクトを示す要部側面図、図2は本発
明の実施の形態における車両に搭載された燃料電池装置
の模式平面図、図3は本発明の実施の形態における車両
に搭載された燃料電池装置における空気の流れを示す模
式断面図である。FIG. 1 is a side view of essential parts showing a fuel cell stack, an air introduction duct, and a connecting duct of a fuel cell device mounted on a vehicle according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic plan view of the fuel cell device mounted on the vehicle, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the flow of air in the fuel cell device mounted on the vehicle according to the embodiment of the present invention.
【0018】図1において、11は複数の燃料電池セル
から構成される燃料電池スタック(FC)であり、乗用
車、バス、トラック、乗用カート、荷物用カート等の車
両用の動力源として使用される。ここで、前記車両は、
照明装置、ラジオ、パワーウインドウ等の車両の停車中
にも使用される電気を消費する補機類を多数備えてお
り、また、走行パターンが多様であり、動力源に要求さ
れる出力範囲が極めて広いので、動力源として燃料電池
スタック11と図示されない蓄電手段としての2次電池
とを併用して使用することが望ましい。In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a fuel cell stack (FC) composed of a plurality of fuel cells, which is used as a power source for vehicles such as passenger cars, buses, trucks, passenger carts and luggage carts. . Here, the vehicle is
It is equipped with a large number of auxiliary devices that consume electricity, such as lighting devices, radios, and power windows, that are used even when the vehicle is stopped. Also, the driving patterns are diverse, and the output range required for the power source is extremely high. Since it is wide, it is desirable to use the fuel cell stack 11 as a power source in combination with a secondary battery (not shown) as a power storage means.
【0019】そして、燃料電池セルは、アルカリ水溶液
型(AFC)、リン酸型(PAFC)、溶融炭酸塩型
(MCFC)、固体酸化物型(SOFC)、直接型メタ
ノール(DMFC)等のものであってもよいが、固体高
分子型燃料電池(PEMFC)であることが望ましい。The fuel cell is of an alkaline aqueous solution type (AFC), phosphoric acid type (PAFC), molten carbonate type (MCFC), solid oxide type (SOFC), direct type methanol (DMFC), or the like. Although it may exist, it is preferably a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC).
【0020】なお、更に望ましくは、水素ガスを燃料と
し、酸素又は空気を酸化剤とするPEMFC(Prot
on Exchange Membrane Fuel
Cell)型燃料電池、又は、PEM(Proton
Exchange Membrane)型燃料電池と
呼ばれるものである。ここで、該PEM型燃料電池は、
一般的に、プロトン等のイオンを透過する固体高分子電
解質膜の両側に触媒、電極及びセパレータを結合したセ
ル(Fuel Cell)を複数及び直列に結合したス
タック(Stack)から成る(特開平11−3172
35号公報参照)。More preferably, PEMFC (Prot) using hydrogen gas as a fuel and oxygen or air as an oxidant.
on Exchange Membrane Fuel
Cell) fuel cell or PEM (Proton)
This is called an Exchange Membrane) type fuel cell. Here, the PEM fuel cell is
Generally, it is composed of a stack in which a plurality of cells (Fuel Cell) having a catalyst, an electrode and a separator bonded to both sides of a solid polymer electrolyte membrane permeable to ions such as protons are connected in series (Stack). 3172
35 gazette).
【0021】この場合、固体高分子電解質膜を2枚のガ
ス拡散電極で挟み、一体化させて接合する。そして、該
ガス拡散電極の一方を燃料極とし、該燃料極表面に接す
る燃料流路を介し前記燃料極に燃料ガスとして水素ガス
を供給すると、水素が水素イオン(プロトン)と電子と
に分解され、水素イオンが固体高分子電解質膜を透過す
る。また、前記ガス拡散電極の他方を酸素極とし、該酸
素極表面に接する空気流路を介し前記酸素極に酸化ガス
として空気を供給すると、空気中の酸素、前記水素イオ
ン及び電子が結合して、水が生成される。このような電
気化学反応によって起電力が生じるようになっている。In this case, the solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes and integrated and joined. When one of the gas diffusion electrodes is used as a fuel electrode and hydrogen gas is supplied as a fuel gas to the fuel electrode through a fuel flow path in contact with the surface of the fuel electrode, hydrogen is decomposed into hydrogen ions (protons) and electrons. , Hydrogen ions permeate the solid polymer electrolyte membrane. When the other of the gas diffusion electrodes is an oxygen electrode and air is supplied as an oxidizing gas to the oxygen electrode through an air flow path in contact with the oxygen electrode surface, oxygen in the air, the hydrogen ions and electrons are combined. , Water is produced. An electromotive force is generated by such an electrochemical reaction.
【0022】例えば、本実施の形態においては、1例と
して、PEM型燃料電池であり、100枚のセルを直列
に接続したスタックを使用する。この場合、総電極面積
は150〔cm 2〕であり、開放端子電圧は約100
〔V〕、出力は約6〔kW〕である。そして、定常動作
時の温度は50〜90〔℃〕程度である。For example, in the present embodiment, as an example, a PEM fuel cell, which uses a stack in which 100 cells are connected in series, is used. In this case, the total electrode area is 150 [cm 2 ] and the open terminal voltage is about 100.
[V], the output is about 6 [kW]. The temperature during steady operation is about 50 to 90 [° C].
【0023】なお、図示されない改質装置によってメタ
ノール、ガソリン等を改質して取り出した燃料である水
素ガスを燃料電池セルに直接供給することもできるが、
車両の高負荷運転時にも安定して十分な量の水素を供給
することができるようにするためには、燃料貯蔵手段1
2に貯蔵した水素ガスを供給することが望ましい。Although hydrogen gas, which is a fuel obtained by reforming methanol, gasoline or the like by a reformer (not shown), can be directly supplied to the fuel cell,
In order to stably supply a sufficient amount of hydrogen even when the vehicle is under heavy load operation, the fuel storage means 1
It is desirable to supply the hydrogen gas stored in 2.
【0024】ここで、前記燃料貯蔵手段12は、水素吸
蔵合金を格納した容器であることが望ましいが、デカリ
ンのような水素吸蔵液体を格納した容器、水素ガスボン
ベのように水素ガスを格納した容器等であってもよい。
これにより、水素ガスがほぼ一定の圧力で常に十分に供
給されるので、前記燃料電池セルは車両の負荷の変動に
遅れることなく追随して、必要な電流を供給することが
できる。Here, the fuel storage means 12 is preferably a container storing a hydrogen storage alloy, but a container storing a hydrogen storage liquid such as decalin and a container storing hydrogen gas such as a hydrogen gas cylinder. And so on.
As a result, the hydrogen gas is constantly and sufficiently supplied at a substantially constant pressure, so that the fuel cell unit can supply the necessary current while following the fluctuation of the load of the vehicle.
【0025】この場合、前記燃料電池セルの出力インピ
ーダンスは極めて低く、0に近似させることが可能であ
る。なお、前記燃料貯蔵手段12の内部には、図示され
ない空気排出通路が形成される。該空気排出通路は、そ
れぞれが前方(図における左方)から後方(図における
右方)へ延伸する複数に分岐した通路からなる。そし
て、前記燃料貯蔵手段12が水素吸蔵合金を格納した容
器である場合には、前記通路は、内部を通過する空気に
よって水素吸蔵合金を加熱して該水素吸蔵合金から水素
を放出させるための加熱手段として機能する。In this case, the output impedance of the fuel cell is extremely low and can be approximated to zero. An unillustrated air discharge passage is formed inside the fuel storage means 12. The air discharge passage is composed of a plurality of passages each of which extends from the front side (the left side in the drawing) to the rear side (the right side in the drawing). When the fuel storage means 12 is a container storing a hydrogen storage alloy, the passage is a heating for heating the hydrogen storage alloy with the air passing through the passage to release hydrogen from the hydrogen storage alloy. Functions as a means.
【0026】図において、燃料電池セルに燃料としての
水素ガス及び酸化剤としての空気を供給する装置が示さ
れる。ここで、燃料電池スタック11は、車両底板15
の上に配設される。また、前記燃料電池スタック11の
後方には燃料貯蔵手段12が、同様に、車両底板15の
上に配設される。さらに、前記燃料貯蔵手段12の後方
には、排水ポンプ14及び水タンク13が配設される。In the figure, an apparatus for supplying hydrogen gas as a fuel and air as an oxidant to a fuel cell is shown. Here, the fuel cell stack 11 includes the vehicle bottom plate 15
Is disposed on. Further, a fuel storage means 12 is similarly arranged on the vehicle bottom plate 15 behind the fuel cell stack 11. Further, a drainage pump 14 and a water tank 13 are arranged behind the fuel storage means 12.
【0027】なお、前記車両底板15は、前記車両のフ
レームを構成する強度部材であってもよいし、強度部材
としての機能を果たすことなく、単に車両の底面を覆う
だけの板部材であってもよい。そして、車両底板15が
強度部材である場合、前記燃料電池スタック11、燃料
貯蔵手段12、排水ポンプ14及び水タンク13は前記
車両底板15に取り付けられ、車両底板15が強度部材
でない場合、前記燃料電池スタック11、燃料貯蔵手段
12、排水ポンプ14及び水タンク13は、車両底板1
5とは別の図示されない強度部材に取り付けられる。The vehicle bottom plate 15 may be a strength member that constitutes the frame of the vehicle, or is a plate member that does not function as a strength member and simply covers the bottom surface of the vehicle. Good. When the vehicle bottom plate 15 is a strength member, the fuel cell stack 11, the fuel storage unit 12, the drainage pump 14, and the water tank 13 are attached to the vehicle bottom plate 15, and when the vehicle bottom plate 15 is not a strength member, the fuel is used. The battery stack 11, the fuel storage means 12, the drainage pump 14, and the water tank 13 are the vehicle bottom plate 1
It is attached to a strength member (not shown) other than 5.
【0028】また、図に示される車両の左右の前輪28
L、28R及び左右の後輪29L、29Rも、同様に、
車両底板15が強度部材である場合は、サスペンション
機構等を介して車両底板15に取り付けられ、該車両底
板15が強度部材でない場合は、サスペンション機構等
を介して車両底板15とは別の図示されない強度部材に
取り付けられる。The left and right front wheels 28 of the vehicle shown in the figure
L, 28R and left and right rear wheels 29L, 29R are similarly
If the vehicle bottom plate 15 is a strength member, it is attached to the vehicle bottom plate 15 via a suspension mechanism or the like, and if the vehicle bottom plate 15 is not a strength member, it is not shown separately from the vehicle bottom plate 15 via a suspension mechanism or the like. Attached to the strength member.
【0029】ここで、前記燃料電池スタック11、燃料
貯蔵手段12、排水ポンプ14及び水タンク13は、薄
く扁平な直方体の形状を有し、前後に並んで、すなわ
ち、タンデムに配設されているので、前記燃料電池スタ
ック11及び燃料貯蔵手段12の上を覆うように車室や
荷室の床板を配設しても、前記車室や荷室の床の高さを
高くする必要がない。なお、前記燃料電池スタック11
及び燃料貯蔵手段12は、ほぼ等しい高さに配設され
る。Here, the fuel cell stack 11, the fuel storage means 12, the drainage pump 14, and the water tank 13 have a thin and flat rectangular parallelepiped shape and are arranged side by side, that is, in tandem. Therefore, even if the floor plate of the vehicle compartment or the luggage compartment is arranged so as to cover the fuel cell stack 11 and the fuel storage means 12, it is not necessary to increase the height of the floor of the vehicle compartment or the luggage compartment. The fuel cell stack 11
And the fuel storage means 12 are arranged at substantially equal heights.
【0030】また、重量物である燃料電池スタック1
1、燃料貯蔵手段12、排水ポンプ14及び水タンク1
3が低い位置に配設されるので、車両の重心位置が低く
なり、車両の安定性が向上する。さらに、前記燃料電池
スタック11、燃料貯蔵手段12、排水ポンプ14及び
水タンク13が、前輪28L、28Rの車軸と後輪29
L、29Rの車軸との間に配設されているので、車両の
重心位置近傍に重量物が集中し、重心回りの慣性モーメ
ントが低減され、車両の旋回性が向上する。Further, the fuel cell stack 1 which is a heavy load
1, fuel storage means 12, drainage pump 14 and water tank 1
Since 3 is arranged at a low position, the position of the center of gravity of the vehicle is lowered and the stability of the vehicle is improved. Further, the fuel cell stack 11, the fuel storage means 12, the drainage pump 14 and the water tank 13 are connected to the axles of the front wheels 28L and 28R and the rear wheels 29.
Since it is arranged between the L and 29R axles, heavy objects concentrate near the center of gravity of the vehicle, the moment of inertia around the center of gravity is reduced, and the turning performance of the vehicle is improved.
【0031】そして、燃料としての水素ガスは、前記燃
料貯蔵手段12から、図示されない燃料供給管路を通っ
て、燃料電池スタック11の各燃料電池セルに供給され
る。また、前記燃料供給管路には、図示されない燃料圧
力調整弁、燃料供給電磁弁、逆止弁及び圧力センサが配
設される。そして、各燃料電池セルに供給される水素ガ
スがあらかじめ設定した一定の圧力に維持されるよう
に、圧力センサで前記燃料供給管路内の水素ガスの圧力
をモニターしながら、燃料圧力調整弁を調整して、水素
ガスを燃料貯蔵手段12から供給する。なお、前記燃料
貯蔵手段12は、十分に大きな容量を有し、常に十分に
高い圧力の水素ガスを供給できる能力を有するものであ
る。Then, hydrogen gas as a fuel is supplied from the fuel storage means 12 to each fuel cell of the fuel cell stack 11 through a fuel supply pipe line (not shown). Further, a fuel pressure adjusting valve, a fuel supply solenoid valve, a check valve, and a pressure sensor, which are not shown, are arranged in the fuel supply line. Then, while the pressure of the hydrogen gas in the fuel supply line is monitored by the pressure sensor, the fuel pressure control valve is set so that the hydrogen gas supplied to each fuel cell is maintained at a preset constant pressure. The hydrogen gas is adjusted and supplied from the fuel storage means 12. The fuel storage means 12 has a sufficiently large capacity and is capable of supplying hydrogen gas at a sufficiently high pressure at all times.
【0032】そして、燃料電池セルから排出される水素
ガスは、図示されない燃料排出管路を通って大気中へ排
出される。なお、前記水素ガスをそのまま大気中へ排出
せずに、酸素と結合させて水にした後で、排出させるよ
うにしてもよい。また、前記燃料排出管路には、図示さ
れないフィルタ、燃料排出電磁弁、逆止弁等が配設され
る。Then, the hydrogen gas discharged from the fuel cell unit is discharged into the atmosphere through a fuel discharge pipe line (not shown). The hydrogen gas may not be directly discharged into the atmosphere but may be discharged after being combined with oxygen to form water. Further, a filter, a fuel discharge solenoid valve, a check valve, and the like, which are not shown, are arranged in the fuel discharge line.
【0033】一方、酸化剤としての空気は、図3におい
て矢印で示されるように、シロッコファン等から構成さ
れる酸化剤供給源としての空気供給ファン26から、該
空気供給ファン26の吐出口26aに接続された空気導
入ダクト25を通って、燃料電池スタック11の上側に
取り付けられた空気供給室17に供給される。なお、該
空気供給室17内には、水をスプレーする水供給ノズル
が配設されている。On the other hand, the air as the oxidant is supplied from the air supply fan 26 as the oxidant supply source, which is composed of a sirocco fan or the like, to the discharge port 26a of the air supply fan 26, as shown by the arrow in FIG. It is supplied to the air supply chamber 17 attached to the upper side of the fuel cell stack 11 through the air introduction duct 25 connected to. A water supply nozzle for spraying water is arranged in the air supply chamber 17.
【0034】ここで、前記空気導入ダクト25と前記空
気供給室17とを連結する第1連結部としての連結部2
5aと、前記空気供給室17とは、それぞれ、車両の幅
方向において、燃料電池スタック11の少なくとも1/
2以上の幅を備える。さらに、前記連結部25aと前記
空気供給室17とは、幅方向の中心が前記燃料電池スタ
ック11の幅方向の中心と一致する。Here, a connecting portion 2 as a first connecting portion for connecting the air introducing duct 25 and the air supply chamber 17 to each other.
5a and the air supply chamber 17 are each at least 1 / th of the fuel cell stack 11 in the vehicle width direction.
It has a width of 2 or more. Furthermore, the center of the connecting portion 25a and the air supply chamber 17 in the width direction coincides with the center of the fuel cell stack 11 in the width direction.
【0035】また、空気供給ファン26の空気吹き出し
口の位置が空気供給室17の最も高い部位よりも高い位
置になるように配設される。そのため、前記空気導入ダ
クト25は、前記空気供給室17の上面に形成された空
気導入口17aに接続される。Further, the air supply port of the air supply fan 26 is arranged at a position higher than the highest position of the air supply chamber 17. Therefore, the air introduction duct 25 is connected to the air introduction port 17a formed on the upper surface of the air supply chamber 17.
【0036】また、前記空気導入ダクト25は、空気導
入周辺において、空気供給室17の上面から上側に伸び
るように形成されている。The air introduction duct 25 is formed so as to extend upward from the upper surface of the air supply chamber 17 in the vicinity of the air introduction.
【0037】これにより、車両が障害物や段差を乗り越
えたり、悪路を走行したりする場合に車両が傾いたり跳
ねた時であっても、水供給ノズルから空気供給室17内
にスプレーされた水が、下方に延伸する連結部25aを
通り越して、空気導入ダクト25やその前方に接続され
た空気供給ファン26の吐出口26aの内部に到達する
まで逆流してしまうことがない。すなわち、車両が傾い
たり跳ねた時に、空気供給室17内にスプレーされた水
が跳ね上がって、前記連結部25a内にまで侵入したと
しても、該連結部25aの上方にまでは届かないので、
空気導入ダクト25やその前方に接続された空気供給フ
ァン26の吐出口26aの内部にまで進入することがな
い。As a result, even if the vehicle leans or bounces when the vehicle climbs over obstacles or steps or travels on a bad road, the water supply nozzle sprays the air into the air supply chamber 17. The water does not flow back through the connecting portion 25a extending downward until it reaches the inside of the air introduction duct 25 or the discharge port 26a of the air supply fan 26 connected to the front thereof. That is, when the vehicle leans or bounces, even if the water sprayed into the air supply chamber 17 bounces up and enters the connecting portion 25a, it does not reach above the connecting portion 25a.
The air introduction duct 25 and the discharge port 26a of the air supply fan 26 connected to the front of the air introduction duct 25 do not enter the inside.
【0038】なお、前記連結部25aは、空気導入ダク
ト25と一体的に形成されたものであってもよいし、別
個に形成されて取り付けられたものであってもよい。ま
た、前記空気導入ダクト25は、前記吐出口26aと一
体的に形成されたものであってもよいし、別個に形成さ
れて接続されたものであってもよい。The connecting portion 25a may be integrally formed with the air introducing duct 25, or may be separately formed and attached. The air introduction duct 25 may be integrally formed with the discharge port 26a, or may be separately formed and connected.
【0039】また、前記連結部25aは、図1に示され
るように、直線状のものであってもよいし、曲線状のも
のであってもよい。また、斜め下方に延伸していてもよ
いし、ほぼ垂直に下方に延伸していてもよい。さらに、
前記連結部25aの幅は、空気供給室17の幅とほぼ等
しくなっている。The connecting portion 25a may have a linear shape as shown in FIG. 1 or a curved shape. Further, it may be extended obliquely downward or may be extended substantially vertically downward. further,
The width of the connecting portion 25a is substantially equal to the width of the air supply chamber 17.
【0040】これにより、前記空気供給ファン26の吐
出口26aから、空気導入ダクト25を通って空気供給
室17までの、全体として下向きの空気流路が形成され
る。しかも、空気供給ファン26の空気吹き出し口、空
気導入ダクト25及び連結部25aの順で、空気流路の
幅が順々に広がっているので、前記空気供給ファン26
から送出された空気の流れは、スムーズに幅方向に広が
って、均一な流れとなる。As a result, an overall downward air flow path is formed from the discharge port 26a of the air supply fan 26 through the air introduction duct 25 to the air supply chamber 17. Moreover, since the width of the air flow path is gradually increased in the order of the air outlet of the air supply fan 26, the air introduction duct 25, and the connecting portion 25a, the air supply fan 26
The flow of air sent from the air smoothly spreads in the width direction and becomes a uniform flow.
【0041】そして、前記連結部25aの幅が空気供給
室17の幅の少なくとも1/2以上の幅を備え、幅方向
の中心が燃料電池スタック11の幅方向の中心と一致す
るので、空気の流れは、空気供給室17内に、乱れるこ
となくスムーズに流入する。したがって、前記空気供給
ファン26から空気供給室17内までの空気流の圧力損
失は、極めて低いものとなる。The width of the connecting portion 25a is at least 1/2 the width of the air supply chamber 17, and the center in the width direction coincides with the center in the width direction of the fuel cell stack 11. The flow smoothly flows into the air supply chamber 17 without being disturbed. Therefore, the pressure loss of the air flow from the air supply fan 26 to the inside of the air supply chamber 17 is extremely low.
【0042】なお、空気供給ファン26の空気導入部分
又は空気導入ダクト25の途中には空気中の塵埃(じん
あい)、汚染物質、有害成分等を除去するためのフィル
タが配設されることが望ましい。A filter for removing dust (contaminants), pollutants, harmful components, etc. in the air may be arranged in the air introducing portion of the air supply fan 26 or in the middle of the air introducing duct 25. desirable.
【0043】この場合、燃料電池セルに供給される空気
の圧力は大気圧程度の常圧であり、特段加圧される必要
がない。そのため、前記空気供給ファン26、空気導入
ダクト25、空気供給室17、後述される空気排出室1
8、接続ダクト19、空気排出ダクト27L、27R等
は、耐圧性を有する必要がないので構成を簡素化するこ
とができる。In this case, the pressure of the air supplied to the fuel cell is normal pressure around atmospheric pressure, and it is not necessary to pressurize it. Therefore, the air supply fan 26, the air introduction duct 25, the air supply chamber 17, and the air discharge chamber 1 described later.
8, the connection duct 19, the air discharge ducts 27L, 27R, etc. do not need to have pressure resistance, so the configuration can be simplified.
【0044】また、前記燃料電池セルの前記空気流路の
他端にある空気出口端には、前記空気流路から排出され
た空気を排出するための空気排出室18が取り付けられ
る。さらに、該空気排出室18の後方には、空気を車両
の外部に排出するための接続ダクト19が接続される。
そして、該接続ダクト19は、複数に分岐して燃料貯
蔵手段12の内部を通過する空気排出通路に接続され
る。さらに、該空気排出通路は、後方に配設された左右
の空気排出ダクト27L、27Rに接続される。An air discharge chamber 18 for discharging the air discharged from the air passage is attached to the air outlet end of the fuel cell located at the other end of the air passage. Further, a connection duct 19 for discharging air to the outside of the vehicle is connected behind the air discharge chamber 18.
Then, the connection duct 19 is connected to an air discharge passage that branches into a plurality and passes through the inside of the fuel storage means 12. Further, the air discharge passage is connected to the left and right air discharge ducts 27L and 27R arranged at the rear.
【0045】なお、前記燃料電池セル内には、図1にお
ける上下方向に延在する多数の空気流路が形成され、該
空気流路の一面が酸素極に接している。そして、該酸素
極の反対側には固体高分子電解質膜を挟んで燃料極が配
設され、該燃料極に接して水素ガスの通路としての燃料
流路が形成されている。In the fuel cell, a large number of air channels extending in the vertical direction in FIG. 1 are formed, and one surface of the air channels is in contact with the oxygen electrode. A fuel electrode is arranged on the opposite side of the oxygen electrode with a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between them, and a fuel flow path as a hydrogen gas passage is formed in contact with the fuel electrode.
【0046】また、前記燃料電池セルは、前方(図にお
ける左方)がわずかに下になるように、傾いた状態で配
設される。そして、前記空気供給室17の上面は、図1
に示されるように、水平になっている。しかも、前記空
気供給室17の幅は、空気流路の集合体が分布している
領域の幅とほぼ同一、すなわち、集合体としての空気流
路の幅とほぼ同一である。Further, the fuel cells are arranged in an inclined state so that the front side (the left side in the drawing) is slightly lowered. The upper surface of the air supply chamber 17 is shown in FIG.
It is horizontal, as shown in. Moreover, the width of the air supply chamber 17 is substantially the same as the width of the region where the aggregate of the air flow passages is distributed, that is, the width of the air flow passage as the aggregate.
【0047】そのため、空気導入ダクト25から送り込
まれた酸化剤としての空気の流路断面が、空気供給室1
7の前方から後方へ向かって狭くなり、かつ、幅は集合
体としての空気流路の幅とほぼ同一で一定なので、空気
はすべての空気流路へ均等に導入される。しかも、前述
されたように、空気供給ファン26から供給された空気
の流れは、空気導入ダクト25を通って空気供給室17
内に、幅方向に均一に広がった流れとして、乱れること
なくスムーズに流入する。したがって、空気流の圧力損
失が低く、すべての空気流路に空気が均等に、スムーズ
に導入されるので、燃料電池セルの出力が安定して向上
する。Therefore, the cross section of the flow path of the air as the oxidant sent from the air introduction duct 25 is changed to the air supply chamber 1
Since the width of the air passage 7 becomes narrower from the front to the rear and the width is almost the same as the width of the air flow passage as the aggregate and is constant, the air is uniformly introduced into all the air flow passages. Moreover, as described above, the flow of air supplied from the air supply fan 26 passes through the air introduction duct 25 and the air supply chamber 17
As a flow that uniformly spreads in the width direction, it smoothly flows in without being disturbed. Therefore, the pressure loss of the air flow is low, and the air is uniformly and smoothly introduced into all the air flow paths, so that the output of the fuel cell unit is stably improved.
【0048】なお、前記空気供給室17の上面の高さ
は、その上を覆うように配設される車室や荷室の床板の
高さを低くするために、できる限り低くすることが望ま
しい。The height of the upper surface of the air supply chamber 17 is preferably as low as possible in order to reduce the height of the floor plate of the vehicle compartment or the luggage compartment provided so as to cover it. .
【0049】一方、空気排出室18の下面も水平になっ
ていて、しかも、前記空気排出室18の幅は集合体とし
ての空気流路の幅とほぼ同一である。そのため、空気流
路から排出された空気の流路断面が、前記空気排出室1
8の前方から後方へ向かって広くなり、かつ、幅は集合
体としての空気流路の幅とほぼ同一で一定なので、空気
はスムーズに接続ダクト19に向けて排出される。On the other hand, the lower surface of the air discharge chamber 18 is also horizontal, and the width of the air discharge chamber 18 is substantially the same as the width of the air flow path as an assembly. Therefore, the flow passage cross section of the air discharged from the air flow passage is the same as the air discharge chamber 1
8 widens from the front to the rear of 8 and the width is almost the same as the width of the air flow path as the aggregate and is constant, so that the air is smoothly discharged toward the connection duct 19.
【0050】ここで、前記燃料電池スタック11と前記
空気排出室18とを連結する第2連結部としての接続ダ
クト19の前半部19aと、前記空気排出室18とは、
それぞれ、車両の幅方向において燃料電池スタック11
の少なくとも1/2以上の幅を備える。さらに、前記前
半部19aと前記空気排出室18は、幅方向の中心が前
記燃料電池スタック11の幅方向の中心と一致する。そ
のため、前記燃料電池セルの空気流路以降の空気流の圧
力損失も低いので、前記空気流路から排出された空気
は、空気排出室18及び接続ダクト19を通って、スム
ーズに前記空気排出通路に流入する。Here, the front half portion 19a of the connection duct 19 as the second connecting portion connecting the fuel cell stack 11 and the air exhaust chamber 18 and the air exhaust chamber 18 are
Each of the fuel cell stacks 11 extends in the vehicle width direction.
The width is at least 1/2 or more. Further, the center of the front half portion 19a and the air discharge chamber 18 in the width direction coincides with the center of the fuel cell stack 11 in the width direction. Therefore, since the pressure loss of the air flow after the air flow path of the fuel cell is low, the air discharged from the air flow path passes through the air discharge chamber 18 and the connection duct 19 and smoothly flows into the air discharge passage. Flow into.
【0051】これにより、空気は図3において矢印で示
されるように、前記燃料電池セルの空気流路から、空気
排出室18、接続ダクト19、燃料貯蔵手段12内の空
気排出通路及び左右の空気排出ダクト27L、27Rを
通って、スムーズに大気中に放出される。なお、前記空
気排出室18の下面も、前記燃料電池スタック11の取
付位置及び車室や荷室の床板の高さを低くするために、
できる限り下方に突出しないことが望ましい。すなわ
ち、前記空気排出室18の厚さはできる限り薄いことが
望ましい。As a result, as shown by the arrow in FIG. 3, the air flows from the air flow path of the fuel cell to the air discharge chamber 18, the connection duct 19, the air discharge passage in the fuel storage means 12, and the left and right air. It is smoothly discharged into the atmosphere through the exhaust ducts 27L and 27R. In addition, the lower surface of the air discharge chamber 18 is also provided to reduce the mounting position of the fuel cell stack 11 and the height of the floor plate of the vehicle compartment or luggage compartment.
It is desirable not to project downward as much as possible. That is, it is desirable that the thickness of the air discharge chamber 18 is as thin as possible.
【0052】ところで、前記水供給ノズルからスプレー
された水は、重力及び空気の流れによって、多数の前記
空気流路内に進入する。そして、酸素極を湿潤な状態に
保つので、酸素極と燃料極とに挟まれた固体高分子電解
質膜が良好に機能する。また、燃料である水素と酸化剤
である酸素が結合して水を生成する電気化学反応におい
て、反応熱が発生するが、該反応熱は前記スプレーされ
た水によって吸収される。すなわち、前記スプレーされ
た水は冷却作用も果たすものである。By the way, the water sprayed from the water supply nozzle enters a large number of the air flow paths due to gravity and the flow of air. Then, since the oxygen electrode is kept in a wet state, the solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the oxygen electrode and the fuel electrode functions well. Further, in an electrochemical reaction in which hydrogen as a fuel and oxygen as an oxidant are combined to generate water, reaction heat is generated, and the reaction heat is absorbed by the sprayed water. That is, the sprayed water also serves a cooling function.
【0053】ここで、スプレーされた水は液体の状態、
すなわち、液相であり、反応熱を吸収して気化する。そ
のため、気化潜熱によって空気流路内の酸素極等を冷却
するので、冷却効率が極めて高い。また、常圧の空気中
に液相の水をスプレーするだけなので、前記水供給ノズ
ルは通常のものであってよく、特別の構成を有する必要
がない。Here, the sprayed water is in a liquid state,
That is, it is in a liquid phase and absorbs heat of reaction to be vaporized. Therefore, the oxygen electrode and the like in the air flow path are cooled by the latent heat of vaporization, so that the cooling efficiency is extremely high. Further, since the liquid phase water is simply sprayed into the air at normal pressure, the water supply nozzle may be a normal one and does not need to have a special structure.
【0054】そして、前記スプレーされた水は前記空気
流路の下端から、空気とともに排出される。この場合、
液相の水は、そのままの状態で空気排出室18の底面に
一旦(たん)貯留される。また、空気とともに排出され
た気相の水、すなわち、水蒸気の一部は、空気排出室1
8内に配設された金網、金属ロッド等の部材にトラップ
され、冷却され、凝縮されて液体になる。そして、空気
排出室18の底面に一旦貯留される。Then, the sprayed water is discharged from the lower end of the air flow path together with air. in this case,
The water in the liquid phase is temporarily stored in the bottom surface of the air discharge chamber 18 as it is. In addition, a part of the vapor-phase water, that is, water vapor, discharged together with the air is partially discharged from the air discharge chamber 1.
It is trapped by a member such as a wire mesh and a metal rod arranged inside 8, cooled, and condensed to become a liquid. Then, it is temporarily stored on the bottom surface of the air discharge chamber 18.
【0055】ここで、前記空気排出室18内の後方下端
部は、排水管路22に接続される。そして、該排水路2
2は排水ポンプ14の吸引口に連結されているので、空
気排出室18の底面に一旦貯留された水は、吸い込ま
れ、水排出管路としての排水管22を通って排出され
る。The rear lower end of the air discharge chamber 18 is connected to the drainage conduit 22. And the drainage channel 2
Since 2 is connected to the suction port of the drainage pump 14, the water once stored on the bottom surface of the air discharge chamber 18 is sucked and discharged through the drainage pipe 22 as a water discharge conduit.
【0056】そして、該排水管22を通って排水ポンプ
14に吸引された水は、該排水ポンプ14の吐出口に一
端が接続され、水タンク13の上面に他端が接続された
水排出管路としての連結管23を通って、水タンク13
内に流入して貯留される。The water sucked by the drainage pump 14 through the drainage pipe 22 has one end connected to the discharge port of the drainage pump 14 and the other end connected to the upper surface of the water tank 13. The water tank 13 is passed through the connecting pipe 23 as a passage.
It flows in and is stored.
【0057】また、前記空気排出ダクト27L、27R
内にも、図示されない凝縮器が配設され、外部に排出さ
れる空気に含まれる水を凝縮して分離するようになって
いる。そして、分離された水は、図示されない排水管を
通って排水ポンプ14に吸引され、水タンク13内に貯
留される。ここで、前記凝縮器は、例えば、金網、金属
ロッド等であるが、いかなるものであってもよい。The air exhaust ducts 27L and 27R are also provided.
A condenser (not shown) is also provided in the inside to condense and separate water contained in the air discharged to the outside. Then, the separated water is sucked by the drainage pump 14 through a drainage pipe (not shown) and stored in the water tank 13. Here, the condenser is, for example, a wire mesh, a metal rod, or the like, but may be any one.
【0058】なお、前記水タンク13に貯留された水
は、図示されない循環ポンプ、水供給管路等を通って水
供給ノズルに再度供給されて、スプレーされる。The water stored in the water tank 13 is re-supplied and sprayed to the water supply nozzle through a circulation pump, a water supply pipe, etc., which are not shown.
【0059】これにより、水はほとんどがリサイクルさ
れて使用されるので、水の補給量を少なくすることがで
きる。As a result, most of the water is recycled and used, so that the amount of water supplied can be reduced.
【0060】一方、空気排出室18において凝縮されな
かった水蒸気は、空気とともに接続ダクト19を通っ
て、燃料貯蔵手段12の内部を通過する空気排出通路内
に流入する。ところで、燃料電池セルの空気流路から排
出された空気及び水蒸気は、前述されたように、電気化
学反応において発生する反応熱を吸収しているので、あ
る程度の高温になっている。そして、このような高温の
空気及び水蒸気が前記空気排出通路内を通過すると、燃
料貯蔵手段12内の水素吸蔵合金が加熱されて、該水素
吸蔵合金から水素が放出されて、燃料電池セルに供給さ
れる。しかも、前記空気に水蒸気が含まれている場合、
水蒸気が凝縮することによって、凝縮潜熱を放出するの
で、加熱効率が極めて高い。On the other hand, the water vapor not condensed in the air discharge chamber 18 flows into the air discharge passage passing through the inside of the fuel storage means 12 through the connection duct 19 together with the air. By the way, since the air and water vapor discharged from the air flow path of the fuel cell unit absorb the reaction heat generated in the electrochemical reaction as described above, the temperature is high to some extent. When such high temperature air and water vapor pass through the air discharge passage, the hydrogen storage alloy in the fuel storage means 12 is heated and hydrogen is released from the hydrogen storage alloy and supplied to the fuel cell unit. To be done. Moreover, when the air contains water vapor,
Since the steam condenses to release latent heat of condensation, the heating efficiency is extremely high.
【0061】したがって、燃料電池セルに供給される水
素を放出させるために、水素吸蔵合金を加熱するための
エネルギーを節約することができる。Therefore, the energy for heating the hydrogen storage alloy in order to release the hydrogen supplied to the fuel cell unit can be saved.
【0062】なお、前記蓄電手段としての2次電池は、
いわゆる、バッテリ(蓄電池)であり、鉛蓄電池、ニッ
ケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオ
ン電池、ナトリウム硫黄電池等が一般的であるが、電気
自動車等に使用される高性能鉛蓄電池、リチウムイオン
電池、ナトリウム硫黄電池、ニッケル水素電池等が望ま
しい。The secondary battery as the storage means is
So-called batteries (storage batteries) are generally lead storage batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, lithium-ion batteries, sodium-sulfur batteries, etc., but high-performance lead-acid batteries, lithium-ion batteries used in electric vehicles, etc. , Sodium-sulfur batteries, nickel-hydrogen batteries, etc. are preferable.
【0063】例えば、本実施の形態においては、1例と
して、高性能鉛蓄電池を使用する。For example, in the present embodiment, a high performance lead acid battery is used as an example.
【0064】この場合、開放端子電圧は約50〔V〕で
あり、約1〔kW〕の電流を5〜20分程度供給するこ
とができる程度の容量を有する。In this case, the open terminal voltage is about 50 [V], and the capacity is such that a current of about 1 [kW] can be supplied for about 5 to 20 minutes.
【0065】なお、前記蓄電手段は、必ずしもバッテリ
でなくてもよく、電気二重層コンデンサのようなコンデ
ンサ(キャパシタ)、フライホイール、超伝導コイル、
畜圧器等のように、エネルギーを電気的に蓄積し放出す
る機能を有するものであれば、いかなる形態のものであ
ってもよい。さらに、これらの中のいずれかを単独で使
用してもよいし、複数のものを組み合わせて使用しても
よい。The power storage means does not necessarily have to be a battery, but may be a capacitor such as an electric double layer capacitor, a flywheel, a superconducting coil,
Any form may be used as long as it has a function of electrically storing and releasing energy, such as a pressure storage device. Furthermore, any of these may be used alone, or a plurality of them may be used in combination.
【0066】また、前記燃料電池セルは図示されない負
荷に接続され、発生した電流を前記負荷に供給する。こ
こで、該負荷は、一般的には、駆動制御装置であるイン
バータ装置であり、前記燃料電池セル又はバッテリから
の直流電流を交流電流に変換して、車両の車輪を回転さ
せる駆動モータに供給する。ここで、該駆動モータは発
電機としても機能するものであり、車両の減速運転時に
は、いわゆる、回生電流を発生する。この場合、前記駆
動モータは車輪によって回転させられて発電するので、
前記車輪にブレーキをかける、すなわち、車両の制動装
置(ブレーキ)として機能する。そして、前記回生電流
がバッテリに供給されて該バッテリが充電される。The fuel cell unit is connected to a load (not shown) and supplies the generated current to the load. Here, the load is generally an inverter device which is a drive control device, which converts a direct current from the fuel cell or the battery into an alternating current and supplies it to a drive motor for rotating a vehicle wheel. To do. Here, the drive motor also functions as a generator, and generates a so-called regenerative current during deceleration operation of the vehicle. In this case, since the drive motor is rotated by the wheels to generate electricity,
The wheel is braked, that is, it functions as a vehicle braking device (brake). Then, the regenerative current is supplied to the battery to charge the battery.
【0067】なお、本実施の形態において、燃料電池装
置は図示されない制御手段を有する。該制御手段は、C
PU、MPU等の演算手段、半導体メモリ等の記憶手
段、入出力インターフェイス等を備え、圧力センサ、そ
の他のセンサから燃料電池セルに供給される水素、酸
素、空気等の流量、温度、出力電圧等を検出して、前記
空気供給ファン26、燃料圧力調整弁、燃料供給電磁
弁、燃料排出電磁弁等の動作を制御する。さらに、前記
制御手段は、他のセンサ及び他の制御装置と連携して、
燃料電池装置の動作を統括的に制御する。In the present embodiment, the fuel cell device has control means (not shown). The control means is C
A calculation unit such as PU or MPU, a storage unit such as a semiconductor memory, an input / output interface, etc. are provided, and the flow rate, temperature, output voltage, etc. of hydrogen, oxygen, air, etc. supplied to the fuel cell from the pressure sensor and other sensors. Is detected to control the operations of the air supply fan 26, the fuel pressure adjusting valve, the fuel supply solenoid valve, the fuel discharge solenoid valve, and the like. Furthermore, the control means cooperates with other sensors and other control devices,
It controls the operation of the fuel cell device as a whole.
【0068】このように、本実施の形態においては、空
気供給ファン26の空気吹き出し口、空気導入ダクト2
5及び連結部25aの順で、空気流路の幅が順々に広が
り、空気供給室17から燃料電池セルの空気流路に均等
にスムーズに導入される。As described above, in this embodiment, the air outlet of the air supply fan 26 and the air introduction duct 2 are provided.
5 and the connecting portion 25a in that order, the width of the air flow path gradually increases, and the air flow path is uniformly and smoothly introduced into the air flow path of the fuel cell from the air supply chamber 17.
【0069】そして、該空気流路から排出された空気
も、ほぼ同一幅の空気排出室18及び接続ダクト19を
通って燃料貯蔵手段12内の空気排出通路にスムーズに
流入するようになっている。The air discharged from the air flow passage also smoothly flows into the air discharge passage in the fuel storage means 12 through the air discharge chamber 18 and the connection duct 19 having substantially the same width. .
【0070】したがって、空気流の圧力損失が低く、空
気をスムーズに、かつ、均一に燃料電池セルの空気流路
に供給し、かつ、排出するので、燃料電池セルの酸素極
に常に燃料電池セルの出力が最大となるために必要な空
気の量よりも十分に多い量の空気を供給することができ
る。そのため、燃料電池セルの出力が高く、安定するだ
けでなく、燃費も向上する。Therefore, since the pressure loss of the air flow is low and the air is smoothly and uniformly supplied to and discharged from the air passage of the fuel cell, the fuel cell always has an oxygen electrode. The amount of air that is sufficiently larger than the amount of air required to maximize the output of the device can be supplied. Therefore, not only the output of the fuel cell is high and stable, but also the fuel consumption is improved.
【0071】また、燃料電池装置全体の高さを低くする
ことができるので、車両に搭載する場合、車室や荷室の
床を低くすることができ、車両の最低地上高を高くする
ことができる。Further, since the height of the entire fuel cell device can be lowered, when it is mounted on a vehicle, the floor of the passenger compartment and the luggage compartment can be lowered, and the minimum ground clearance of the vehicle can be raised. it can.
【0072】さらに、燃料電池セルを冷却する時に吸収
した熱を利用して、燃料貯蔵手段12の水素吸蔵合金を
加熱するので、燃料電池セルに供給される水素を放出さ
せるために、水素吸蔵合金を加熱するためのエネルギー
を節約することができる。Furthermore, since the heat absorbed by the fuel cell is cooled to heat the hydrogen storage alloy of the fuel storage means 12, the hydrogen storage alloy is released in order to release the hydrogen supplied to the fuel cell. The energy for heating can be saved.
【0073】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させ
ることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除す
るものではない。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be variously modified within the scope of the present invention, and they are not excluded from the scope of the present invention.
【0074】[0074]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、燃料電池装置においては、燃料極及び該燃料極に
接した燃料流路と、酸素極及び該酸素極に接した空気流
路と、前記燃料極及び酸素極により狭持される電解質膜
を持つ燃料電池セルと、該燃料電池セルを積層した燃料
電池スタックと、前記空気流路の空気入口端と接続する
空気供給室と、前記空気流路の空気出口端と接続する空
気排出室と、外部から空気を導入し、前記空気流路に供
給する空気を取り入れる空気導入ダクトと、前記空気排
出室から排出された空気が通過する空気排出通路を内部
に備える燃料貯蔵手段とを備え、車両の上下方向におい
て、上から前記空気供給室、前記燃料電池スタック、前
記空気排出室の順に重ねられ、前記車両の前後方向にお
いて、前記空気導入ダクト、前記燃料電池スタック、前
記燃料貯蔵手段が順次配設され、前記空気導入ダクトと
前記空気供給室とを連結する第1連結部と、前記燃料貯
蔵手段と前記空気排出室とを連結する第2連結部と、前
記空気供給室と、前記空気排出室とは、それぞれ前記車
両の幅方向において、燃料電池スタックの少なくとも1
/2以上の幅を備える。As described in detail above, according to the present invention, in the fuel cell device, the fuel electrode and the fuel flow path in contact with the fuel electrode, the oxygen electrode and the air flow in contact with the oxygen electrode are provided. And a fuel cell having an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the oxygen electrode, a fuel cell stack in which the fuel cell is stacked, and an air supply chamber connected to an air inlet end of the air flow path. An air discharge chamber connected to the air outlet end of the air flow passage, an air introduction duct for introducing air from the outside and supplying air to be supplied to the air flow passage, and air discharged from the air discharge chamber pass through. A fuel storage unit having an air discharge passage therein, and in the vertical direction of the vehicle, the air supply chamber, the fuel cell stack, and the air discharge chamber are stacked in this order from above, and in the front-back direction of the vehicle, Air conduction A duct, the fuel cell stack, and the fuel storage means are sequentially arranged, and a first connecting portion that connects the air introduction duct and the air supply chamber, and a first connection portion that connects the fuel storage means and the air discharge chamber The two connecting portions, the air supply chamber, and the air discharge chamber each include at least one of the fuel cell stacks in the width direction of the vehicle.
With a width of / 2 or more.
【0075】この場合、空気流の圧力損失を低減するこ
とができるので、燃料電池セルの酸素極に常に燃料電池
セルの出力が最大となるために必要な空気の量よりも十
分に多い量の空気を供給し、燃料電池セルの出力が高
く、かつ、安定し、燃費も良い。In this case, since the pressure loss of the air flow can be reduced, the amount of air that is sufficiently larger than the amount of air required for the fuel cell to always maximize the output of the oxygen cell of the fuel cell. Air is supplied, the output of the fuel cell is high, and it is stable, and fuel consumption is good.
【図1】本発明の実施の形態における車両に搭載された
燃料電池装置の燃料電池スタック、空気導入ダクト、及
び接続ダクトを示す要部側面図である。である。FIG. 1 is a side view of essential parts showing a fuel cell stack, an air introduction duct, and a connection duct of a fuel cell device mounted on a vehicle according to an embodiment of the present invention. Is.
【図2】本発明の実施の形態における車両に搭載された
燃料電池装置の模式平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view of a fuel cell device mounted on a vehicle according to an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施の形態における車両に搭載された
燃料電池装置における空気の流れを示す模式断面図であ
る。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the flow of air in the fuel cell device mounted on the vehicle in the embodiment of the present invention.
11 燃料電池スタック 12 燃料貯蔵手段 17 空気供給室 18 空気排出室 19 接続ダクト 19a 前半部 19b 後半部 25 空気導入ダクト 25a 連結部 26 空気供給ファン 11 Fuel cell stack 12 Fuel storage means 17 Air supply chamber 18 Air discharge chamber 19 Connection duct 19a first half 19b latter half 25 Air introduction duct 25a connection part 26 Air supply fan
フロントページの続き (72)発明者 沖本 亮一 東京都千代田区外神田2丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ内 Fターム(参考) 5H026 AA06 5H027 AA03 AA04 AA06 MM09 5H115 PA13 PG04 PI18 SE06 TR19 TU12 UI35 Continued front page (72) Inventor Ryoichi Okimoto 2-19-12 Sotokanda, Chiyoda-ku, Tokyo Stock Inside the company Equus Research F-term (reference) 5H026 AA06 5H027 AA03 AA04 AA06 MM09 5H115 PA13 PG04 PI18 SE06 TR19 TU12 UI35
Claims (4)
流路と、酸素極及び該酸素極に接した空気流路と、前記
燃料極及び酸素極により狭持される電解質膜を持つ燃料
電池セルと、(b)該燃料電池セルを積層した燃料電池
スタックと、(c)前記空気流路の空気入口端と接続す
る空気供給室と、(d)前記空気流路の空気出口端と接
続する空気排出室と、(e)外部から空気を導入し、前
記空気流路に供給する空気を取り入れる空気導入ダクト
と、(f)前記空気排出室から排出された空気が通過す
る空気排出通路を内部に備える燃料貯蔵手段とを備え、
(g)車両の上下方向において、上から前記空気供給
室、前記燃料電池スタック、前記空気排出室の順に重ね
られ、(h)前記車両の前後方向において、前記空気導
入ダクト、前記燃料電池スタック、前記燃料貯蔵手段が
順次配設され、(i)前記空気導入ダクトと前記空気供
給室とを連結する第1連結部と、前記燃料貯蔵手段と前
記空気排出室とを連結する第2連結部と、前記空気供給
室と、前記空気排出室とは、それぞれ前記車両の幅方向
において、燃料電池スタックの少なくとも1/2以上の
幅を備えることを特徴とする燃料電池装置。1. A fuel electrode, a fuel flow path in contact with the fuel electrode, an oxygen electrode and an air flow path in contact with the oxygen electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the oxygen electrode. A fuel cell having the same; (b) a fuel cell stack in which the fuel cell is laminated; (c) an air supply chamber connected to the air inlet end of the air flow path; and (d) an air outlet of the air flow path. An air discharge chamber connected to the end; (e) an air introduction duct for introducing air from the outside to supply air to the air flow path; and (f) air through which the air discharged from the air discharge chamber passes. A fuel storage means having a discharge passage therein,
(G) In the vertical direction of the vehicle, the air supply chamber, the fuel cell stack, and the air discharge chamber are stacked in this order from above, and (h) the air introduction duct, the fuel cell stack, in the front-back direction of the vehicle. The fuel storage means are sequentially arranged, and (i) a first connection portion that connects the air introduction duct and the air supply chamber, and a second connection portion that connects the fuel storage means and the air discharge chamber. The fuel cell device, wherein the air supply chamber and the air discharge chamber each have a width that is at least ½ or more of the fuel cell stack in the width direction of the vehicle.
前記空気供給室と、前記空気排出室は、幅方向の中心が
前記燃料電池スタックの幅方向の中心と一致する請求項
1に記載の燃料電池装置。2. The first connecting portion, the second connecting portion,
The fuel cell device according to claim 1, wherein the center of the air supply chamber and the center of the air discharge chamber in the width direction coincide with the center of the fuel cell stack in the width direction.
は、前記空気導入ダクトよりも狭い幅の空気吹き出し口
を備える空気供給ファンが接続される請求項1又は2に
記載の燃料電池装置。3. The fuel cell device according to claim 1, wherein an air supply fan including an air outlet having a width narrower than that of the air introduction duct is connected to the outside air supply side of the air introduction duct.
される請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池装
置。4. The fuel cell device according to claim 1, wherein water supply means is provided in the air supply chamber.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001203113A JP2003017084A (en) | 2001-07-04 | 2001-07-04 | Fuel cell device |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006173066A (en) * | 2004-12-20 | 2006-06-29 | Seiko Instruments Inc | Fuel cell system |
US7559389B2 (en) | 2002-10-03 | 2009-07-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell equipped vehicle |
JP2020536355A (en) * | 2017-10-04 | 2020-12-10 | フュエルセル エナジー, インコーポレイテッドFuelcell Energy, Inc. | Control of fuel cell stack inflow |
-
2001
- 2001-07-04 JP JP2001203113A patent/JP2003017084A/en active Pending
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JP2020536355A (en) * | 2017-10-04 | 2020-12-10 | フュエルセル エナジー, インコーポレイテッドFuelcell Energy, Inc. | Control of fuel cell stack inflow |
JP7004422B2 (en) | 2017-10-04 | 2022-01-21 | フュエルセル エナジー, インコーポレイテッド | Controlling the inflow of the fuel cell stack |
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