JP6608723B2

JP6608723B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP6608723B2
Application number: JP2016026233A
Authority: JP
Inventors: 哲二相島; 和輝若林
Original assignee: Toyota Motor Corp; Futaba Industrial Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Futaba Industrial Co Ltd
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2019-11-20
Anticipated expiration: 2036-02-15
Also published as: JP2017147052A

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.

従来から空気と水素の供給を受けて発電する燃料電池と、該燃料電池に供給される圧縮されて昇温した空気を冷却するインタクーラとを備えた燃料電池システムが知られている（下記特許文献１を参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a fuel cell system including a fuel cell that generates electric power by receiving supply of air and hydrogen, and an intercooler that cools the compressed and heated air supplied to the fuel cell (the following patent document) 1).

また、燃料電池と、該燃料電池に空気を供給する空気供給流路と、該空気供給流路に設けられ、前記燃料電池に向かって空気が流れる場合に開くリード弁と、前記燃料電池から排出された空気が流れる空気排出流路とを備える燃料電池システムが知られている（下記特許文献２を参照）。 Also, a fuel cell, an air supply channel for supplying air to the fuel cell, a reed valve provided in the air supply channel and opened when air flows toward the fuel cell, and discharged from the fuel cell There is known a fuel cell system provided with an air discharge passage through which the air flows (see Patent Document 2 below).

特許文献２に記載された燃料電池システムは、さらに、前記空気排出流路に設けられ、前記燃料電池に供給される空気の背圧を調整する調圧弁と、前記リード弁よりも上流側の前記空気供給流路と前記空気排出流路とを接続するバイパス流路と、を備えている。バイパス流路には、バイパス流路の開閉を行うバイパス弁が設けられている。 The fuel cell system described in Patent Document 2 is further provided in the air discharge passage, and adjusts the back pressure of the air supplied to the fuel cell, and the upstream side of the reed valve. A bypass flow path connecting the air supply flow path and the air discharge flow path. The bypass channel is provided with a bypass valve that opens and closes the bypass channel.

特開２００６―２７８２０９号公報JP 2006-278209 A 国際公開第２０１１／１０４７６２号International Publication No. 2011/104762

前記特許文献２に記載された燃料電池システムのバイパス流路よりも上流側の空気供給流路に対し、前記特許文献１に記載されたインタクーラを設ける構成が考えられる。この構成を採用した場合、インタクーラからリード弁までの流路長と、インタクーラからバイパス弁までの流路長が長くなり、大きな圧力損失が発生するという課題がある。 The structure which provides the intercooler described in the said patent document 1 with respect to the air supply flow path upstream from the bypass flow path of the fuel cell system described in the said patent document 2 can be considered. When this configuration is adopted, there is a problem that the flow path length from the intercooler to the reed valve and the flow path length from the intercooler to the bypass valve become long and a large pressure loss occurs.

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池に供給される空気を冷却するインタクーラの下流における圧力損失を低減することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can reduce pressure loss downstream of an intercooler that cools air supplied to the fuel cell.

前記目的を達成すべく、本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、該燃料電池に供給される空気を圧送するコンプレッサと、該コンプレッサによって圧送される空気を冷却するインタクーラと、を備えた燃料電池システムであって、前記インタクーラから前記燃料電池へ向かう空気が流れる冷却空気流路と、前記燃料電池から排出される空気が流れる空気排出流路と、前記インタクーラから前記空気排出流路へ向かう空気が流れるバイパス流路と、を備え、前記冷却空気流路の始端部と前記バイパス流路の始端部は、それぞれ前記インタクーラの筐体に直接取り付けられ、前記冷却空気流路の前記始端部に入口弁が設けられ、前記バイパス流路の前記始端部にバイパス弁が設けられていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a fuel cell system of the present invention comprises a fuel cell, a compressor that pumps air supplied to the fuel cell, and an intercooler that cools air pumped by the compressor. In the battery system, a cooling air flow path through which air from the intercooler flows to the fuel cell flows, an air discharge flow path through which air discharged from the fuel cell flows, and air from the intercooler to the air discharge flow path A bypass flow path through which the cooling air flow path and the bypass flow path start end are directly attached to the intercooler casing, respectively, and the cooling air flow path has an inlet to the start end. A valve is provided, and a bypass valve is provided at the start end of the bypass flow path.

本発明の燃料電池システムは、例えば、燃料電池に空気等の酸化ガスを供給する酸化ガス供給系と、燃料電池に水素等の燃料ガスを供給する燃料ガス供給系を備えている。 The fuel cell system of the present invention includes, for example, an oxidant gas supply system that supplies an oxidant gas such as air to the fuel cell and a fuel gas supply system that supplies a fuel gas such as hydrogen to the fuel cell.

酸化ガス供給系は、前記した冷却空気流路、バイパス流路、及び空気排出流路の他に、例えば、コンプレッサの上流側に接続される空気導入流路と、コンプレッサとインタクーラを接続する圧縮空気流路と、を備えることができる。空気導入流路には、例えば、大気圧センサ、エアフローメータ、エアクリーナ等が設けられ、コンプレッサによって圧縮される空気が導入される。コンプレッサによって圧縮された空気は、圧縮空気流路を流れてインタクーラに供給される。各流路は、例えば、ゴムホースや金属製のパイプ等によって構成することができる。また、前記空気排出流路には、例えば、燃料電池に供給される空気の背圧を調整するための調圧弁が設けられる。 In addition to the cooling air flow path, the bypass flow path, and the air discharge flow path, the oxidizing gas supply system includes, for example, an air introduction flow path connected to the upstream side of the compressor, and compressed air that connects the compressor and the intercooler. And a flow path. In the air introduction flow path, for example, an atmospheric pressure sensor, an air flow meter, an air cleaner, and the like are provided, and air compressed by a compressor is introduced. The air compressed by the compressor flows through the compressed air flow path and is supplied to the intercooler. Each flow path can be constituted by, for example, a rubber hose or a metal pipe. The air discharge passage is provided with a pressure regulating valve for adjusting the back pressure of the air supplied to the fuel cell, for example.

燃料ガス供給系は、例えば、水素タンク等の燃料ガス供給源と、燃料ガス供給源からの燃料ガスを燃料電池へ供給する燃料ガス供給流路と、燃料電池から排出されたガスを外部へ排出する燃料ガス排出流路と、燃料ガス排出流路のガスを燃料供給流路へ流す循環流路とを備える。燃料ガス供給路には、例えば、燃料ガスの圧力を測定する圧力計が設けられる。燃料ガス排出流路には、例えば、燃料電池から排出されたガスを排出するためのパージ弁が設けられる。循環流路には、例えば、燃料ガス排出流路のガスを燃料供給流路へ循環させる循環ポンプが設けられる。 The fuel gas supply system is, for example, a fuel gas supply source such as a hydrogen tank, a fuel gas supply channel for supplying fuel gas from the fuel gas supply source to the fuel cell, and a gas discharged from the fuel cell to the outside. A fuel gas discharge flow path, and a circulation flow path for flowing the gas in the fuel gas discharge flow path to the fuel supply flow path. For example, a pressure gauge for measuring the pressure of the fuel gas is provided in the fuel gas supply path. For example, a purge valve for discharging the gas discharged from the fuel cell is provided in the fuel gas discharge channel. In the circulation channel, for example, a circulation pump that circulates the gas in the fuel gas discharge channel to the fuel supply channel is provided.

燃料電池システムは、酸化ガス供給系によって燃料電池に供給された酸素等の酸化ガスと、燃料ガス供給系によって燃料電池に供給された水素等の燃料ガスとの電気化学反応によって発電を行う。酸化ガス供給系のコンプレッサと燃料電池との間にインタクーラが設置される場合には、例えば、インタクーラに冷却空気流路を接続し、冷却空気流路からバイパス流路を分岐させる構成が考えられる。 The fuel cell system generates power by an electrochemical reaction between an oxidizing gas such as oxygen supplied to the fuel cell by the oxidizing gas supply system and a fuel gas such as hydrogen supplied to the fuel cell by the fuel gas supply system. When an intercooler is installed between the compressor of the oxidizing gas supply system and the fuel cell, for example, a configuration in which a cooling air channel is connected to the intercooler and a bypass channel is branched from the cooling air channel can be considered.

しかし、この構成を採用した場合には、冷却空気流路に設けられる入口弁、及び、バイパス流路に設けられるバイパス弁を、冷却空気流路とバイパス流路との分岐点よりも下流に配置する必要がある。そのため、インタクーラから入口弁までの流路長と、インタクーラからバイパス弁までの流路長が長くなり、圧力損失が大きくなる。 However, when this configuration is adopted, the inlet valve provided in the cooling air passage and the bypass valve provided in the bypass passage are arranged downstream of the branch point between the cooling air passage and the bypass passage. There is a need to. Therefore, the flow path length from the intercooler to the inlet valve and the flow path length from the intercooler to the bypass valve are increased, and the pressure loss is increased.

これに対し、本発明の燃料電池システムは、冷却空気流路の始端部とバイパス流路の始端部が、それぞれインタクーラの筐体に直接取り付けられる。また、冷却空気流路の始端部に入口弁が設けられ、バイパス流路の始端部にバイパス弁が設けられている。そのため、インタクーラの下流側の流路長を短くして、インタクーラの下流の圧力損失を低減することができる。 In contrast, in the fuel cell system of the present invention, the start end of the cooling air flow path and the start end of the bypass flow path are each directly attached to the housing of the intercooler. An inlet valve is provided at the start end of the cooling air flow path, and a bypass valve is provided at the start end of the bypass flow path. Therefore, the flow path length on the downstream side of the intercooler can be shortened to reduce the pressure loss downstream of the intercooler.

例えば、冷却空気流路の始端部の末端に設けられた入口弁と、バイパス流路の始端部の末端に設けられたバイパス弁とを、それぞれ、インタクーラの筐体に直接取り付けることができる。これにより、インタクーラから入口弁までの流路長と、インタクーラからバイパス弁までの流路長を大幅に減少させ、又は、実質的にゼロにすることができる。なお、入口弁は、必ずしも冷却空気流路の始端部の末端に設ける必要はなく、バイパス弁は、必ずしもバイパス流路の始端部の末端に設ける必要はない。 For example, the inlet valve provided at the end of the start end of the cooling air flow path and the bypass valve provided at the end of the start end of the bypass flow path can be directly attached to the housing of the intercooler, respectively. As a result, the flow path length from the intercooler to the inlet valve and the flow path length from the intercooler to the bypass valve can be greatly reduced or made substantially zero. The inlet valve is not necessarily provided at the end of the start end of the cooling air flow path, and the bypass valve is not necessarily provided at the end of the start end of the bypass flow path.

例えば、冷却空気流路の始端部の末端と、バイパス流路の始端部の末端を、それぞれ、インタクーラの筐体に直接取り付けてもよい。この場合、インタクーラの筐体と冷却空気流路との接続部の近傍、すなわち冷却空気流路の入口の近傍に、入口弁を配置することができる。また、インタクーラの筐体とバイパス流路との接続部の近傍、すなわちバイパス流路の入口の近傍に、入口弁を配置することができる。この場合にも、インタクーラの下流側の流路長を短くして、インタクーラの下流の圧力損失を低減することができる。 For example, the end of the start end of the cooling air flow path and the end of the start end of the bypass flow path may be directly attached to the housing of the intercooler. In this case, the inlet valve can be disposed in the vicinity of the connection portion between the housing of the intercooler and the cooling air flow path, that is, in the vicinity of the inlet of the cooling air flow path. In addition, an inlet valve can be disposed in the vicinity of the connection portion between the intercooler casing and the bypass flow path, that is, in the vicinity of the bypass flow path inlet. Also in this case, the flow path length on the downstream side of the intercooler can be shortened to reduce the pressure loss downstream of the intercooler.

以上の説明から理解できるように、本発明によれば、燃料電池に供給される空気を冷却するインタクーラの下流における圧力損失を低減することができる燃料電池システムを提供することができる。 As can be understood from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a fuel cell system that can reduce pressure loss downstream of an intercooler that cools air supplied to the fuel cell.

本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図１に示す燃料電池システムのインタクーラの筐体を示す概略図。Schematic which shows the housing | casing of the intercooler of the fuel cell system shown in FIG. 従来技術に基づく燃料電池システムの概略構成図。The schematic block diagram of the fuel cell system based on a prior art. 図３に示す燃料電池システムのインタクーラの筐体を示す概略図。Schematic which shows the housing | casing of the intercooler of the fuel cell system shown in FIG.

以下、図面を参照して本発明の燃料電池システムの一実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of a fuel cell system of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１００の概略構成図である。本実施形態の燃料電池システム１００は、例えば、単位セルである燃料電池セルを複数個積層させた燃料電池スタックとして構成された燃料電池１０と、燃料電池１０に空気等の酸化ガスを供給する酸化ガス供給系２０と、図示を省略する燃料ガス供給系とを備えている。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 100 of this embodiment includes, for example, a fuel cell 10 configured as a fuel cell stack in which a plurality of unit fuel cells are stacked, and an oxidation that supplies an oxidizing gas such as air to the fuel cell 10 A gas supply system 20 and a fuel gas supply system (not shown) are provided.

酸化ガス供給系２０は、例えば、空気導入流路２１と、コンプレッサ２２と、圧縮空気流路２３と、インタクーラ２４と、冷却空気流路２５と、バイパス流路２６と、空気排出流路２７と、マフラ２８とを備えている。酸化ガス供給系２０の各流路は、例えば、ゴムホースや金属製のパイプ等によって構成することができる。 The oxidizing gas supply system 20 includes, for example, an air introduction channel 21, a compressor 22, a compressed air channel 23, an intercooler 24, a cooling air channel 25, a bypass channel 26, and an air discharge channel 27. The muffler 28 is provided. Each flow path of the oxidizing gas supply system 20 can be configured by, for example, a rubber hose or a metal pipe.

空気導入流路２１は、コンプレッサ２２の吸入口に接続され、コンプレッサ２２によって圧縮される空気をコンプレッサ２２の吸入口に導入する。空気導入流路２１には、例えば、図示を省略する大気圧センサ、エアフローメータ、エアクリーナ等が設けられる。 The air introduction channel 21 is connected to the suction port of the compressor 22, and introduces air compressed by the compressor 22 to the suction port of the compressor 22. The air introduction channel 21 is provided with, for example, an atmospheric pressure sensor, an air flow meter, an air cleaner, etc. (not shown).

コンプレッサ２２は、空気導入流路２１から導入された空気を圧縮し、圧縮された空気を吐出口から圧縮空気流路２３を介してインタクーラ２４へ圧送する。圧縮空気流路２３は、一端がコンプレッサ２２の吐出口に接続され、他端がインタクーラ２４の空気入口に接続される。圧縮空気流路２３には、コンプレッサ２２から圧送された空気が、インタクーラ２４の空気入口へ向けて流れる。 The compressor 22 compresses the air introduced from the air introduction flow path 21 and pumps the compressed air from the discharge port to the intercooler 24 via the compressed air flow path 23. One end of the compressed air passage 23 is connected to the discharge port of the compressor 22, and the other end is connected to the air inlet of the intercooler 24. In the compressed air passage 23, the air fed from the compressor 22 flows toward the air inlet of the intercooler 24.

インタクーラ２４は、コンプレッサ２２から圧送され、空気入口に導入された空気を通過させるときに、例えば冷媒との熱交換によって冷却する。コンプレッサ２２によって圧送され、インタクーラ２４によって冷却された空気は、冷却空気流路２５に接続された一方の空気出口と、バイパス流路２６に接続された他方の空気出口からそれぞれ排出される。 The intercooler 24 is cooled by, for example, heat exchange with a refrigerant when passing the air introduced from the compressor 22 and introduced into the air inlet. The air that is pumped by the compressor 22 and cooled by the intercooler 24 is discharged from one air outlet connected to the cooling air flow path 25 and the other air outlet connected to the bypass flow path 26.

冷却空気流路２５は、一端がインタクーラ２４の一方の空気出口に接続され、他端が燃料電池１０の空気入口に接続されている。冷却空気流路２５には、コンプレッサ２２によって圧送され、インタクーラ２４によって冷却されて一方の空気出口から排出された空気が、燃料電池１０へ向けて流れる。冷却空気流路２５には、インタクーラ２４と燃料電池１０との間の空気の流れを遮断するための入口弁２５Ｖが設けられている。入口弁２５Ｖは、インタクーラ２４から燃料電池１０へ向かう空気の流れによって開弁して空気を流し、燃料電池１０からインタクーラ２４へ向かう空気の流れによって閉弁して空気の流れを遮断する逆止弁であってもよい。 One end of the cooling air passage 25 is connected to one air outlet of the intercooler 24, and the other end is connected to the air inlet of the fuel cell 10. Air that is pumped by the compressor 22, cooled by the intercooler 24, and discharged from one air outlet flows into the cooling air passage 25 toward the fuel cell 10. The cooling air passage 25 is provided with an inlet valve 25 V for blocking the air flow between the intercooler 24 and the fuel cell 10. The inlet valve 25V is opened by the flow of air from the intercooler 24 toward the fuel cell 10 to flow air, and is closed by the flow of air from the fuel cell 10 to the intercooler 24 to shut off the flow of air. It may be.

バイパス流路２６は、一端がインタクーラ２４の他方の空気出口に接続され、他端が空気排出流路２７に接続されている。バイパス流路２６には、コンプレッサ２２によって圧送され、インタクーラ２４によって冷却されて他方の空気出口から排出された空気が、冷却空気流路２５及び燃料電池１０をバイパスして空気排出流路２７へ向けて流れる。バイパス流路２６には、インタクーラ２４から空気排出流路２７へ向けて流れる空気を遮断するためのバイパス弁２６Ｖが設けられている。 The bypass channel 26 has one end connected to the other air outlet of the intercooler 24 and the other end connected to the air discharge channel 27. The air that has been pumped by the compressor 22 and cooled by the intercooler 24 and discharged from the other air outlet bypasses the cooling air passage 25 and the fuel cell 10 and is directed to the bypass passage 26 toward the air discharge passage 27. Flowing. The bypass passage 26 is provided with a bypass valve 26 V for blocking air flowing from the intercooler 24 toward the air discharge passage 27.

空気排出流路２７は、一端が燃料電池１０のガス排出口に接続され、他端がマフラ２８に接続される。空気排出流路２７には、燃料電池１０に導入されて電気化学反応に用いられ、ガス排出口から排出された空気が、排出ガスとしてマフラ２８へ向けて流れる。空気排出流路２７には、燃料電池１０に供給される空気の背圧を調整するための調圧弁２７Ｖが設けられる。空気排出流路２７の調圧弁２７Ｖの下流側には、バイパス流路２６が接続されている。マフラ２８は、空気排出流路２７に流れる排出ガスを、例えば、気相と液相とに分離して外部に排出する。 One end of the air discharge channel 27 is connected to the gas discharge port of the fuel cell 10, and the other end is connected to the muffler 28. In the air discharge channel 27, air introduced into the fuel cell 10 and used for an electrochemical reaction and discharged from the gas discharge port flows toward the muffler 28 as exhaust gas. The air discharge passage 27 is provided with a pressure regulating valve 27V for adjusting the back pressure of the air supplied to the fuel cell 10. A bypass flow path 26 is connected to the air discharge flow path 27 on the downstream side of the pressure regulating valve 27V. The muffler 28 separates the exhaust gas flowing through the air discharge flow path 27 into, for example, a gas phase and a liquid phase and discharges them to the outside.

図示を省略する燃料ガス供給系は、燃料電池１０に水素等の燃料ガスを供給する。燃料ガス供給系は、例えば、水素タンク等の燃料ガス供給源と、燃料ガス供給源からの燃料ガスを燃料電池１０へ供給する燃料ガス供給流路と、燃料電池１０から排出されたガスを外部へ排出する燃料ガス排出流路と、燃料ガス排出流路のガスを燃料供給流路へ流す循環流路とを備える。燃料ガス供給路には、例えば、燃料ガスの圧力を測定する圧力計が設けられる。燃料ガス排出流路には、例えば、燃料電池１０から排出されたガスを排出するためのパージ弁が設けられる。循環流路には、例えば、燃料ガス排出流路のガスを燃料供給流路へ循環させる循環ポンプが設けられる。 A fuel gas supply system (not shown) supplies a fuel gas such as hydrogen to the fuel cell 10. The fuel gas supply system includes, for example, a fuel gas supply source such as a hydrogen tank, a fuel gas supply channel for supplying fuel gas from the fuel gas supply source to the fuel cell 10, and a gas discharged from the fuel cell 10 to the outside. And a circulation passage for flowing the gas in the fuel gas discharge passage to the fuel supply passage. For example, a pressure gauge for measuring the pressure of the fuel gas is provided in the fuel gas supply path. For example, a purge valve for discharging the gas discharged from the fuel cell 10 is provided in the fuel gas discharge channel. In the circulation channel, for example, a circulation pump that circulates the gas in the fuel gas discharge channel to the fuel supply channel is provided.

本実施形態の燃料電池システム１００は、酸化ガス供給系２０によって燃料電池１０に供給された空気等の酸化ガスと、燃料ガス供給系によって燃料電池１０に供給された水素等の燃料ガスとの電気化学反応によって発電を行う。 The fuel cell system 100 according to the present embodiment is configured so that an oxidizing gas such as air supplied to the fuel cell 10 by the oxidizing gas supply system 20 and a fuel gas such as hydrogen supplied to the fuel cell 10 by the fuel gas supply system are electrically connected. Electricity is generated by chemical reaction.

図２は、図１に示す燃料電池システム１００のインタクーラ２４の筐体を示す概略図である。本実施形態の燃料電池システム１００は、冷却空気流路２５の始端部２５ａとバイパス流路２６の始端部２６ａが、それぞれインタクーラ２４の筐体２４Ａに直接取り付けられ、冷却空気流路２５の始端部２５ａに入口弁２５Ｖが設けられ、バイパス流路２６の始端部２６ａにバイパス弁２６Ｖが設けられることを特徴としている。 FIG. 2 is a schematic diagram showing a housing of the intercooler 24 of the fuel cell system 100 shown in FIG. In the fuel cell system 100 of the present embodiment, the start end portion 25a of the cooling air passage 25 and the start end portion 26a of the bypass passage 26 are directly attached to the casing 24A of the intercooler 24, respectively. An inlet valve 25V is provided at 25a, and a bypass valve 26V is provided at the start end portion 26a of the bypass flow path 26.

図２に示す例では、冷却空気流路２５の始端部２５ａの末端に設けられた入口弁２５Ｖと、バイパス流路２６の始端部２６ａの末端に設けられたバイパス弁２６Ｖとが、それぞれ、インタクーラ２４の筐体２４Ａに直接取り付けられている。なお、入口弁２５Ｖは、必ずしも冷却空気流路２５の始端部２５ａの末端に設ける必要はなく、バイパス弁２６Ｖは、必ずしもバイパス流路２６の始端部２６ａの末端に設ける必要はない。 In the example shown in FIG. 2, an inlet valve 25V provided at the end of the start end portion 25a of the cooling air flow path 25 and a bypass valve 26V provided at the end of the start end portion 26a of the bypass flow path 26 are respectively connected to the intercooler. It is directly attached to 24 casings 24A. The inlet valve 25V is not necessarily provided at the end of the start end portion 25a of the cooling air flow path 25, and the bypass valve 26V is not necessarily provided at the end of the start end portion 26a of the bypass flow path 26.

例えば、冷却空気流路２５の始端部２５ａの末端とバイパス流路２６の始端部２６ａの末端とを、それぞれ、入口弁２５Ｖとバイパス弁２６Ｖを介さずに、インタクーラ２４の筐体２４Ａに直接取り付けてもよい。この場合、インタクーラ２４の筐体２４Ａと冷却空気流路２５との接続部の近傍、すなわち冷却空気流路２５の入口の近傍に、入口弁２５Ｖを配置することができる。また、インタクーラ２４の筐体２４Ａとバイパス流路２６との接続部の近傍、すなわちバイパス流路２６の入口の近傍に、バイパス弁２６Ｖを配置することができる。 For example, the end of the start end portion 25a of the cooling air flow channel 25 and the end of the start end portion 26a of the bypass flow channel 26 are directly attached to the casing 24A of the intercooler 24 without passing through the inlet valve 25V and the bypass valve 26V, respectively. May be. In this case, the inlet valve 25 V can be disposed in the vicinity of the connection portion between the casing 24 A of the intercooler 24 and the cooling air passage 25, that is, in the vicinity of the inlet of the cooling air passage 25. Further, the bypass valve 26 V can be disposed in the vicinity of the connection portion between the casing 24 A of the intercooler 24 and the bypass flow path 26, that is, in the vicinity of the inlet of the bypass flow path 26.

また、図２に示す例では、冷却空気流路２５の始端部２５ａが接続されたインタクーラ２４の一方の空気出口２４ａの中心線ＣＬ１は、インタクーラ２４の筐体２４Ａの空気の流れ方向に沿う中心線ＣＬに対して、角度αの傾きを有している。また、バイパス流路２６の始端部２６ａが接続されたインタクーラ２４の他方の空気出口２４ｂの中心線ＣＬ２は、インタクーラ２４の空気の流れ方向に沿う中心線ＣＬに対して、角度βの傾きを有している。 In the example shown in FIG. 2, the center line CL1 of one air outlet 24a of the intercooler 24 to which the start end portion 25a of the cooling air flow path 25 is connected is the center along the air flow direction of the casing 24A of the intercooler 24. The line CL has an inclination of an angle α. Further, the center line CL2 of the other air outlet 24b of the intercooler 24 to which the start end portion 26a of the bypass flow path 26 is connected has an inclination of an angle β with respect to the center line CL along the air flow direction of the intercooler 24. doing.

さらに、図２に示す例では、インタクーラ２４の一方の空気出口２４ａの中心Ｃ１とインタクーラ２４の筐体２４Ａの中心線ＣＬとの距離は、Ｈαであり、インタクーラ２４の他方の空気出口２４ｂの中心Ｃ２とインタクーラ２４の筐体２４Ａの中心線ＣＬとの距離は、Ｈβである。 Further, in the example shown in FIG. 2, the distance between the center C1 of one air outlet 24a of the intercooler 24 and the center line CL of the casing 24A of the intercooler 24 is Hα, and the center of the other air outlet 24b of the intercooler 24 is. The distance between C2 and the center line CL of the casing 24A of the intercooler 24 is Hβ.

以下、従来技術に基づく燃料電池システムと比較した本実施形態の燃料電池システム１００の作用について説明する。 Hereinafter, the operation of the fuel cell system 100 of the present embodiment compared with the fuel cell system based on the prior art will be described.

図３は、従来技術に基づく燃料電池システム９００の概略構成図である。図４は、図３に示す燃料電池システム９００のインタクーラ９２４の筐体９２４Ａの概略図である。なお、図３及び図４に示す燃料電池システム９００において、本実施形態の燃料電池システム１００と同様の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。 FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 900 based on the prior art. FIG. 4 is a schematic diagram of a housing 924A of the intercooler 924 of the fuel cell system 900 shown in FIG. In the fuel cell system 900 shown in FIGS. 3 and 4, the same components as those of the fuel cell system 100 of the present embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図３及び図４に示す従来技術に基づく燃料電池システム９００は、酸化ガス供給系９２０のコンプレッサ２２と燃料電池１０との間に設置されたインタクーラ９２４に冷却空気流路２５が接続され、冷却空気流路２５からバイパス流路２６が分岐される構成を有している。この場合、冷却空気流路２５に設けられる入口弁２５Ｖ、及び、バイパス流路２６に設けられるバイパス弁２６Ｖを、冷却空気流路２５とバイパス流路２６との分岐点よりも下流に配置する必要がある。そのため、インタクーラ９２４から入口弁２５Ｖまでの流路長Ｌ１と、インタクーラ９２４からバイパス弁２６Ｖまでの流路長Ｌ２が長くなり、圧力損失が大きくなる。 The fuel cell system 900 based on the prior art shown in FIGS. 3 and 4 has a cooling air flow path 25 connected to an intercooler 924 installed between the compressor 22 of the oxidizing gas supply system 920 and the fuel cell 10, and cooling air The bypass channel 26 is branched from the channel 25. In this case, the inlet valve 25 V provided in the cooling air flow path 25 and the bypass valve 26 V provided in the bypass flow path 26 need to be arranged downstream of the branch point between the cooling air flow path 25 and the bypass flow path 26. There is. Therefore, the flow path length L1 from the intercooler 924 to the inlet valve 25V and the flow path length L2 from the intercooler 924 to the bypass valve 26V are increased, and the pressure loss is increased.

ここで、冷却空気流路２５及びバイパス流路２６を構成する管内を流れる流体の体積流量Ｑ［ｍ^３／ｓ］と、流速ｖ［ｍ/ｓ］との関係は、流出係数Ｃと流路面積Ａ［ｍ^２］を用いて、以下の式（１）によって表すことができる。 Here, the relationship between the volume flow rate Q [m ³ / s] of the fluid flowing in the pipes constituting the cooling air flow path 25 and the bypass flow path 26 and the flow velocity v [m / s] is expressed by the outflow coefficient C and the flow path. It can represent with the following formula | equation (1) using area A [m < ² >].

Ｑ＝Ｃ×Ａ×ｖ …（１） Q = C × A × v (1)

また、冷却空気流路２５及びバイパス流路２６を構成する管の圧力損失Δｐ［Ｐａ］、内径ｄ［ｍ］、及び長さｌ［ｍ］、並びに空気の流速ｖ［ｍ/ｓ］との関係は、以下のダルシー・ワイスバッハ（Darcy-Weisbach）の式（２）によって表わされる。 Further, the pressure loss Δp [Pa], the inner diameter d [m], the length l [m], and the air flow velocity v [m / s] of the pipes constituting the cooling air flow path 25 and the bypass flow path 26 are described. The relationship is expressed by the following Darcy-Weisbach equation (2).

Δｐ=｛（ρ×λ×ｌ）／（２ｄ）｝×ｖ^２ …（２） Δp = {(ρ × λ × l) / (2d)} × v ² (2)

したがって、燃料電池システム９００では、インタクーラ９２４から入口弁２５Ｖまでの流路長Ｌ１と、インタクーラ９２４からバイパス弁２６Ｖまでの流路長Ｌ２が長くなり、圧力損失が大きくなる。また、燃料電池システム９００では、インタクーラ９２４の周辺の構成の変更が困難であり、冷却空気流路２５とバイパス流路２６に対する圧力損失Δｐの分配調整が困難である。そのため、圧力損失Δｐに対する要求や制御が変更される都度、冷却空気流路２５とバイパス流路２６の内径ｄの変更や、流路長Ｌ１，Ｌ２の変更を余儀なくされる。 Therefore, in the fuel cell system 900, the flow path length L1 from the intercooler 924 to the inlet valve 25V and the flow path length L2 from the intercooler 924 to the bypass valve 26V are increased, and the pressure loss is increased. Further, in the fuel cell system 900, it is difficult to change the configuration around the intercooler 924, and it is difficult to adjust the distribution of the pressure loss Δp with respect to the cooling air passage 25 and the bypass passage 26. For this reason, whenever the request or control for the pressure loss Δp is changed, the inner diameter d of the cooling air passage 25 and the bypass passage 26 must be changed, and the passage lengths L1 and L2 must be changed.

これに対し、本実施形態の燃料電池システム１００は、図２に示すように、冷却空気流路２５の始端部２５ａとバイパス流路２６の始端部２６ａが、それぞれインタクーラ２４の筐体２４Ａに直接取り付けられ、冷却空気流路２５の始端部２５ａに入口弁２５Ｖが設けられ、バイパス流路２６の始端部２６ａにバイパス弁２６Ｖが設けられている。そのため、図３及び図４に示す燃料電池システム９００と比較して、インタクーラ２４の下流側の流路長を短くして、インタクーラ２４の下流の圧力損失を低減することができる。 On the other hand, in the fuel cell system 100 of the present embodiment, as shown in FIG. 2, the start end portion 25a of the cooling air passage 25 and the start end portion 26a of the bypass passage 26 are directly connected to the casing 24A of the intercooler 24, respectively. The inlet valve 25V is provided at the start end portion 25a of the cooling air flow path 25, and the bypass valve 26V is provided at the start end portion 26a of the bypass flow path 26. Therefore, as compared with the fuel cell system 900 shown in FIGS. 3 and 4, the flow path length on the downstream side of the intercooler 24 can be shortened, and the pressure loss downstream of the intercooler 24 can be reduced.

より詳細には、本実施形態の燃料電池システム１００において、冷却空気流路２５の始端部２５ａの末端に設けられた入口弁２５Ｖと、バイパス流路２６の始端部２６ａの末端に設けられたバイパス弁２６Ｖとは、それぞれ、インタクーラ２４の筐体２４Ａに直接取り付けられている。これにより、インタクーラ２４から入口弁２５Ｖまでの流路長と、インタクーラ２４からバイパス弁２６Ｖまでの流路長を大幅に減少させ、又は、実質的にゼロにすることができる。したがって、図３及び図４に示す燃料電池システム９００と比較して、インタクーラ２４の下流の圧力損失を大幅に低減することができる。 More specifically, in the fuel cell system 100 of the present embodiment, the inlet valve 25V provided at the end of the start end portion 25a of the cooling air passage 25 and the bypass provided at the end of the start end portion 26a of the bypass flow passage 26. Each of the valves 26 V is directly attached to the casing 24 A of the intercooler 24. As a result, the flow path length from the intercooler 24 to the inlet valve 25V and the flow path length from the intercooler 24 to the bypass valve 26V can be greatly reduced or made substantially zero. Therefore, compared with the fuel cell system 900 shown in FIGS. 3 and 4, the pressure loss downstream of the intercooler 24 can be greatly reduced.

なお、入口弁２５Ｖは、必ずしも冷却空気流路２５の始端部２５ａの末端に設ける必要はなく、バイパス弁２６Ｖは、必ずしもバイパス流路２６の始端部２６ａの末端に設ける必要はない。例えば、冷却空気流路２５の始端部２５ａの末端と、バイパス流路２６の始端部２６ａの末端を、それぞれ、インタクーラ２４の筐体２４Ａに直接取り付けてもよい。 The inlet valve 25V is not necessarily provided at the end of the start end portion 25a of the cooling air flow path 25, and the bypass valve 26V is not necessarily provided at the end of the start end portion 26a of the bypass flow path 26. For example, the end of the start end portion 25a of the cooling air flow channel 25 and the end of the start end portion 26a of the bypass flow channel 26 may be directly attached to the housing 24A of the intercooler 24, respectively.

この場合、インタクーラ２４の筐体２４Ａと冷却空気流路２５との接続部の近傍、すなわち冷却空気流路２５の入口の近傍に、入口弁２５Ｖを配置することができる。また、インタクーラ２４の筐体２４Ａとバイパス流路２６との接続部の近傍、すなわちバイパス流路２６の入口の近傍に、入口弁２５Ｖを配置することができる。この場合にも、図３及び図４に示す燃料電池システム９００と比較して、インタクーラ２４の下流側の流路長を短くして、インタクーラ２４の下流の圧力損失を低減することができる。 In this case, the inlet valve 25 V can be disposed in the vicinity of the connection portion between the casing 24 A of the intercooler 24 and the cooling air passage 25, that is, in the vicinity of the inlet of the cooling air passage 25. Further, the inlet valve 25V can be disposed in the vicinity of the connection portion between the casing 24A of the intercooler 24 and the bypass flow path 26, that is, in the vicinity of the inlet of the bypass flow path 26. Also in this case, as compared with the fuel cell system 900 shown in FIGS. 3 and 4, the flow path length on the downstream side of the intercooler 24 can be shortened, and the pressure loss downstream of the intercooler 24 can be reduced.

さらに、本実施形態の燃料電池システム１００では、冷却空気流路２５の始端部２５ａが接続されたインタクーラ２４の一方の空気出口２４ａの中心線ＣＬ１は、インタクーラ２４の筐体２４Ａの空気の流れ方向に沿う中心線ＣＬに対して、角度αの傾きを有している。また、バイパス流路２６の始端部２６ａが接続されたインタクーラ２４の他方の空気出口２４ｂの中心線ＣＬ２は、インタクーラ２４の空気の流れ方向に沿う中心線ＣＬに対して、角度βの傾きを有している。 Furthermore, in the fuel cell system 100 of the present embodiment, the center line CL1 of one air outlet 24a of the intercooler 24 to which the start end portion 25a of the cooling air flow path 25 is connected is the air flow direction of the casing 24A of the intercooler 24. Is inclined at an angle α with respect to the center line CL along the line. Further, the center line CL2 of the other air outlet 24b of the intercooler 24 to which the start end portion 26a of the bypass flow path 26 is connected has an inclination of an angle β with respect to the center line CL along the air flow direction of the intercooler 24. doing.

また、インタクーラ２４の一方の空気出口２４ａの中心Ｃ１とインタクーラ２４の筐体２４Ａの中心線ＣＬとの距離は、Ｈαであり、インタクーラ２４の他方の空気出口２４ｂの中心Ｃ２とインタクーラ２４の筐体２４Ａの中心線ＣＬとの距離は、Ｈβである。そのため、距離Ｈα、距離Ｈβ、角度α、及び角度βを調節することで、インタクーラ２４の空気出口２４ａ，２４ｂの面積、すなわち冷却空気流路２５及びバイパス流路２６の有効断面積をコントロールすることができる。 The distance between the center C1 of one air outlet 24a of the intercooler 24 and the center line CL of the casing 24A of the intercooler 24 is Hα, and the center C2 of the other air outlet 24b of the intercooler 24 and the casing of the intercooler 24 The distance from the center line CL of 24A is Hβ. Therefore, by adjusting the distance Hα, the distance Hβ, the angle α, and the angle β, the area of the air outlets 24a and 24b of the intercooler 24, that is, the effective cross-sectional areas of the cooling air passage 25 and the bypass passage 26 can be controlled. Can do.

したがって、本実施形態の燃料電池システム１００では、インタクーラ２４の周辺の構成を大きく変更することなく、主流側の冷却空気流路２５における圧力損失と分流側のバイパス流路２６における圧力損失との適切な分配が可能になる。具体的には、例えば、主流側の圧力損失を低減させたい場合、距離Ｈα若しくは角度αを小さくするか、又は、距離Ｈβ若しくは角度βを大きくすればよい。このような圧力損失の最適な分配は、例えばシミュレーションによって決定することができ、これにより配管部品点数の削減、コスト低減、及び重量の低減を実現することができる。 Therefore, in the fuel cell system 100 of the present embodiment, the pressure loss in the cooling air flow path 25 on the main flow side and the pressure loss in the bypass flow path 26 on the diversion side are appropriately changed without greatly changing the configuration around the intercooler 24. Distribution becomes possible. Specifically, for example, when it is desired to reduce the pressure loss on the mainstream side, the distance Hα or the angle α may be reduced, or the distance Hβ or the angle β may be increased. Such an optimal distribution of pressure loss can be determined, for example, by simulation, thereby realizing reduction in the number of piping parts, cost reduction, and weight reduction.

以上説明したように、本実施形態の燃料電池システム１００によれば、従来技術の組み合わせに係る燃料電池システム９００と比較して、燃料電池１０に供給される空気を冷却するインタクーラ２４の下流における圧力損失を低減することができる。 As described above, according to the fuel cell system 100 of the present embodiment, the pressure downstream of the intercooler 24 that cools the air supplied to the fuel cell 10 as compared with the fuel cell system 900 according to the combination of the prior art. Loss can be reduced.

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.

１０燃料電池
２２コンプレッサ
２４インタクーラ
２４Ａ筐体
２５冷却空気流路
２５ａ始端部
２５Ｖ入口弁
２６バイパス流路
２６ａ始端部
２６Ｖバイパス弁
２７空気排出流路
１００燃料電池システム DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell 22 Compressor 24 Intercooler 24A Housing | casing 25 Cooling air flow path 25a Start end part 25V Inlet valve 26 Bypass flow path 26a Start end part 26V Bypass valve 27 Air discharge flow path 100 Fuel cell system

Claims

A fuel cell system comprising a fuel cell, a compressor that pumps air supplied to the fuel cell, and an intercooler that cools air pumped by the compressor,
A cooling air flow path through which air from the intercooler flows to the fuel cell, an air discharge flow path through which air discharged from the fuel cell flows, and a bypass flow path through which air flows from the intercooler to the air discharge flow path With
The start end of the cooling air flow path and the start end of the bypass flow path are directly attached to one air outlet and the other air outlet of the intercooler casing, respectively, and are input to the start end of the cooling air flow path. A valve is provided, and a bypass valve is provided at the start end of the bypass flow path,
The center line of the one air outlet has an inclination of an angle α with respect to the center line along the air flow direction of the casing, and the center line of the other air outlet is the center line of the casing. With an inclination of angle β with respect to
The distance between the center line of the center and the housing of the one air outlet is H-alpha, the distance between the center line of the center and the casing of the other of the air outlet Ri Hβ der,
By making the angle α smaller than the angle β and making the effective area of the one air outlet larger than the effective area of the other air outlet, the pressure loss of the one air outlet can be reduced. the fuel cell system according to claim Rukoto reduce than the pressure loss at the outlet.