燃料电池堆中的气体出口区域的断水结构 |
|||||||
| 申请号 | CN201380029326.0 | 申请日 | 2013-06-03 | 公开(公告)号 | CN104335404B | 公开(公告)日 | 2016-11-09 |
| 申请人 | 本田技研工业株式会社; | 发明人 | 桑山贵司; 佐佐本和也; 松本充功; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 燃料 电池 堆中的气体出口区域的断 水 结构，该 燃料电池 堆具备：层叠体，其设有排出发电反应中使用的反应气体的反应气体排出连通孔；以及端板，其配置在层叠体的层叠方向的一端部，并且设有与反应气体排出连通孔连通的反应气体出口，其中，所述燃料电池堆中的气体出口区域的断水结构具有与反应气体出口连结且反应气体排出流动方向下游侧的前端部朝向下方开口的出口配管(120)，且设有伞状凸部(142、144、146)，该伞状凸部(142、144、146)在出口配管(120)内呈朝向反应气体排出流动方向上游侧的尖细形状，将与反应气体一起排出的液体的连续流切断。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种燃料电池堆中的气体出口区域的断水结构，所述燃料电池堆具备： |
||||||
| 说明书全文 | 燃料电池堆中的气体出口区域的断水结构技术领域[0002] 本申请基于2012年6月4日向日本申请的日本特愿2012-126960号而主张优先权，并将其内容援引于此。 背景技术[0003] 以往，为了防止经由在燃料电池堆中生成的生成水而使燃料电池堆的带电部与外部的低电阻部件(金属部件等)电短路(液体间的电路联接)，考虑了燃料电池堆的、特别是包括反应气体出口周围的各个部件在内的气体出口区域处的短路对策。例如，公知有通过电绝缘性部件形成与燃料电池堆的反应气体排出连通孔连接的排出配管的燃料电池系统(例如，参照专利文献1)。 [0004] 然而，根据该燃料电池系统，当将排出配管长条地形成而增大绝缘电阻时，排出配管的强度可能降低，并且产生排出配管的处理复杂化，配管结构大型化的问题。 [0005] 对于这种问题，例如，以往公知有一种燃料电池堆，其具有水捕集罐，该水捕集罐将与燃料电池堆的燃料气体排出连通孔连接的出口配管的前端收容于内部，来积存从该出口配管的前端排出的生成水(例如，参照专利文献2)。 [0006] 在该燃料电池堆中，通过构成为使从出口配管的前端滴落并积存于水捕集罐的生成水的最高水位从出口配管的前端向垂直方向下方离开规定距离，从而隔断生成水产生的导电路径。 [0007] 在先技术文献 [0008] 专利文献 [0009] 专利文献1：日本特开2005-332674号公报 [0010] 专利文献2：日本特开2010-3603号公报 [0011] 发明要解决的课题 [0012] 根据上述现有技术的燃料电池堆，从出口配管与反应气体一起排出的生成水的排出方向并不限定于垂直方向下方，而是根据反应气体的流速而变化。 [0013] 例如，在反应气体的流速较小的情况下，生成水向垂直方向下方滴落，相对于此，当反应气体的流速成为中等程度时，生成水向出口配管的延伸方向排出，当反应气体的流速进一步增大时，生成水朝向出口配管的径向的外周侧排出。 [0014] 由此，需要在各个方向上从出口配管的前端到水捕集罐的内壁面为止确保所期望的空间距离，从而产生水捕集罐及收容水捕集罐的壳体大型化的问题。 发明内容[0015] 本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于提供一种能够防止结构大型化，并且能够防止因从燃料电池堆排出的液体而在燃料电池堆的带电部与外部的低电阻部件之间形成导电路径的燃料电池堆中的气体出口区域的断水结构。 [0016] 用于解决课题的手段 [0017] 为了解决上述课题而实现上述目的，本发明采用了以下的方式。 [0018] (1)在本发明的一方式的燃料电池堆中的气体出口区域的断水结构中，所述燃料电池堆具备：层叠体，其层叠有多个发电单元，并设有排出反应气体的反应气体排出连通孔，该反应气体用于所述发电单元中的发电反应；以及端板，其配置在所述层叠体的层叠方向的一端部，并且设有与所述反应气体排出连通孔连通的反应气体出口，其中，所述燃料电池堆中的气体出口区域的断水结构设有：出口配管，其与所述反应气体出口连结，且反应气体排出流动方向下游侧的前端部朝向下方开口；以及至少一个伞状凸部，其在所述出口配管内呈朝向反应气体排出流动方向上游侧的尖细形状，将与反应气体一起排出的液体的连续流切断。 [0019] (2)在上述(1)的方式的基础上，还可以构成为，在所述出口配管内将多个所述伞状凸部配置成交错状。 [0020] (3)在上述(2)的方式的基础上，还可以构成为，所述伞状凸部形 成为向所述出口配管的上游方向凸出的凸状，并且所述伞状凸部朝向所述出口配管的径向内侧形成为凸状。 [0021] (4)在上述(2)或(3)的方式的基础上，还可以构成为，在配置成交错状的上游侧的伞状凸部与下游侧的伞状凸部之间设有排出液体引导部，该排出液体引导部具有沿着所述出口配管的大致径向的壁部。 [0022] (5)在上述(2)至(4)中的任一方式的基础上，还可以构成为，与所述伞状凸部的下端相接的所述出口配管的开口部中的、处于所述伞状凸部的一方的下端与另一方的下端之间的部分以朝向所述伞状凸部的尖细形状部被切口的方式形成。 [0023] (6)在上述(2)至(5)中的任一方式的基础上，还可以构成为，所述伞状凸部的下端相对于所述出口配管的径向倾斜。 [0024] (7)在上述(1)至(6)中的任一方式的基础上，还可以构成为，所述燃料电池堆中的气体出口区域的断水结构具备接收从所述出口配管排出的液体的收集罐，所述出口配管使所述前端部向所述收集罐内突出，并与所述收集罐的内侧面及内底面之间分别具有规定的间隔。 [0026] (9)在上述(1)至(8)中的任一方式的基础上，还可以构成为，所述出口配管的所述前端部形成为锥形状。 [0027] 发明效果 [0028] 根据上述(1)的方式，在出口配管内，以呈朝向反应气体排出流动方向上游侧的尖细形状的方式设置的至少一个伞状凸部将与反应气体一起排出的液体的连续流切断，并且出口配管的前端部朝向下方开口，因此能够与反应气体的流速无关而稳定地将切断后的液体向下方排出。因此，能够在不增大出口配管与外部的低电阻部件的距离的情况下，防止经由该液体而使燃料电池堆的带电部与外部的低电阻部件电短路的情况。并且，由于是通过出口配管内的伞状凸部来切断液体的连续流的结构，因此将液体的连续流切断的结构不会大型化。因此，能够防止结构大型化，并且能够防止经由从燃料电池堆排出的液体而在燃料电池堆的带电部与外部的 低电阻部件之间形成导电路径的情况。 [0029] 在上述(2)至(6)的情况下，在出口配管内将多个伞状凸部配置成交错状，因此能够将与反应气体一起排出的液体较多地分流，从而能够良好地切断液体的连续流。因此，能够进一步防止经由从燃料电池堆排出的液体而使燃料电池堆的带电部与外部的低电阻部件电短路的情况。 [0030] 在上述(7)的情况下，出口配管使前端部向收集罐内突出，因此通过利用上述伞状凸部来切断液体的连续流以及使出口配管的前端部朝向下方开口产生的效果，能够在不增大该出口配管的前端部与收集罐的内侧面及内底面的各自的距离的情况下，防止经由液体而使燃料电池堆的带电部与收集罐电短路的情况。因此，能够抑制收集罐的大型化。 [0031] 在上述(8)的情况下，伞状凸部的反应气体排出流动方向上游侧的尖细形状部的角度为90度左右，因此能够抑制从燃料电池堆排出的液体向出口配管的径向内侧越过伞状凸部的溢流的产生而使其良好地分流。另外，还能够抑制被分流后的液体在反应气体排出流动方向下游侧越过伞状凸部之后再次合流的情况。因此，能够进一步防止经由从燃料电池堆排出的液体而使燃料电池堆的带电部与外部的低电阻部件电短路的情况。 [0032] 在上述(9)的情况下，出口配管的反应气体排出流动方向下游侧的前端部形成为锥形状，因此能够抑制从燃料电池堆排出的液体在该前端部的位置合流而再次成为连续流的情况。因此，能够进一步防止经由从燃料电池堆排出的液体而使燃料电池堆的带电部与外部的低电阻部件电短路的情况。附图说明 [0033] 图1是采用了本发明的一个实施方式的燃料电池堆中的气体出口区域的断水结构的燃料电池系统的简要结构图。 [0034] 图2是构成所述燃料电池堆的发电单元的分解立体图。 [0035] 图3是从加湿器侧观察所述燃料电池堆时的立体图。 [0036] 图4是所述加湿器及所述燃料电池堆的立体图。 [0037] 图5是所述燃料电池堆、出口配管及收集罐的剖视图。 [0038] 图6是所述出口配管的下部圆筒状部的位置的内周面的展开图。 [0039] 图7是表示所述出口配管的下部圆筒状部的位置的内周面的变形例的 一例的展开图。 [0040] 图8是表示所述出口配管的下部圆筒状部的位置的内周面的变形例的一例的展开图。 [0041] 图9是伞状凸部142的变形例的立体图。 [0042] 图10是表示所述出口配管的下部圆筒状部的位置的内周面的变形例的一例的局部放大图。 [0043] 图11A是表示图10中的排出液体引导部148的一例的立体图。 [0044] 图11B是表示图10中的排出液体引导部148的一例的立体图。 [0045] 图11C是表示图10中的排出液体引导部148的一例的立体图。 [0046] 图12是表示所述出口配管的下部圆筒状部的下端的变形例的一例的立体图。 [0047] 图13A是表示所述出口配管的下部圆筒状部的下端的变形例的一例的立体图。 [0048] 图13B是图13A的侧视图。 具体实施方式[0049] 以下，参照附图，对本发明的一个实施方式的燃料电池堆中的气体出口区域的断水结构进行说明。 [0050] 图1是使用了本实施方式的燃料电池堆10中的气体出口区域的断水结构的燃料电池系统12的简要结构图。 [0051] 燃料电池系统12搭载于未图示的燃料电池车辆，具备燃料电池堆10、用于向燃料电池堆10供给冷却介质的冷却介质供给机构16、用于向燃料电池堆10供给氧化剂气体(反应气体)的氧化剂气体供给机构18、用于向燃料电池堆10供给燃料气体(反应气体)的燃料气体供给机构20。 [0053] 氧化剂气体供给机构18具备空气用泵32，空气供给配管34的一端连接于该空气用泵32。该空气供给配管34的另一端与加湿器36连接，该加湿器36经由加湿空气供给配管38而与燃料电池堆10连接。 [0054] 在燃料电池堆10和加湿器36上连接有用于将包含生成水的使用完的 氧化剂气体(以下，称为废气)作为加湿流体而供给的废气供给配管40。在加湿器36中，在经由废气供给配管40而供给的废气的排出侧配设有背压阀42。 [0055] 燃料气体供给机构20具备积存作为燃料气体的氢气的燃料气体罐44。燃料气体管45的一端连接于该燃料气体罐44，在该燃料气体管45上经由截止阀46、调节器48及喷射器 50而连接有燃料气体供给配管51。该燃料气体供给配管51与燃料电池堆10连接。 [0056] 在燃料电池堆10上经由收集罐53而连接有排出使用完的燃料气体的排出燃料气体配管52。该排出燃料气体配管52经由返回配管54而与喷射器50连接，从而构成燃料气体循环系统(反应气体循环系统)，并且一部分与排气阀56连通。 [0057] 燃料电池堆10具有将多个发电单元60在车长方向即水平方向(在图2及图3中，为箭头A方向)上层叠而成的层叠体61，在层叠体61的层叠方向上的两端部，经由未图示的接线板及绝缘板而配设有金属制端板62a、62b(参照图1)。电力取出端子63a、63b从端板62a、62b向层叠方向外侧突出，这些电力取出端子63a、63b与未图示的车辆行驶用电动机、辅机类连接。 [0058] 如图2所示，各个发电单元60具备电解质膜-电极结构体66、夹持电解质膜-电极结构体66的第一隔板68及第二隔板70，并且地纵长构成。需要说明的是，第一隔板68及第二隔板70由碳隔板或金属隔板构成。 [0059] 在发电单元60的长度方向(箭头C方向)的一端缘部(上端缘部)，设有沿箭头A方向相互连通的、用于供给作为在发电单元60的发电反应中使用的反应气体的氧化剂气体、例如含氧气体的氧化剂气体供给连通孔72a和用于供给作为在发电单元60的发电反应中使用的反应气体的燃料气体、例如含氢气体的燃料气体供给连通孔76a。 [0060] 在发电单元60的长度方向的另一端缘部(下端缘部)，设有沿箭头A方向相互连通的、用于排出作为在发电单元60的发电反应中使用的反应气体的氧化剂气体的氧化剂气体排出连通孔72b和用于排出作为在发电单元60的发电反应中使用的反应气体的燃料气体的燃料气体排出连通孔(反应气体排出连通孔)76b。 [0061] 在发电单元60的宽度方向(箭头B方向)的一端缘部设有用于供给冷却介质的冷却介质供给连通孔74a，并且在发电单元60的宽度方向的另一端缘部设有用于排出冷却介质的冷却介质排出连通孔74b。冷却介质供给连通孔74a及冷却介质排出连通孔74b设定为纵长形状。 [0063] 在第一隔板68的朝向电解质膜-电极结构体66的面68a上，形成有将燃料气体供给连通孔76a和燃料气体排出连通孔76b连通的燃料气体流路84。该燃料气体流路84由例如沿箭头C方向延伸的槽部构成。在第一隔板68的与面68a相反的面68b上，形成有将冷却介质供给连通孔74a和冷却介质排出连通孔74b连通的冷却介质流路86。 [0064] 在第二隔板70的朝向电解质膜-电极结构体66的面70a上，设有由例如沿箭头C方向延伸的槽部构成的氧化剂气体流路88，并且该氧化剂气体流路88与氧化剂气体供给连通孔72a和氧化剂气体排出连通孔72b连通。在第二隔板70的与面70a相反的面70b上，与第一隔板68的面68b重合而一体地形成有冷却介质流路86。虽然未图示，但在第一隔板68及第二隔板70上根据需要而设有密封部件。 [0065] 燃料电池堆10具备例如将端板62a、62b作为端部板的图3所示的外壳89。需要说明的是，也可以代替外壳89，而构成为通过未图示的拉杆将端板62a、62b间连结。 [0066] 如图1所示，在端板62a上设有冷却介质入口歧管96a和冷却介质出口歧管96b。冷却介质入口歧管96a与冷却介质供给连通孔74a连通，另一方面，冷却介质出口歧管96b与冷却介质排出连通孔74b连通。冷却介质入口歧管96a及冷却介质出口歧管96b经由冷却介质供给配管28及冷却介质排出配管30而与散热器24连通。 [0067] 如图3所示，在端板62b上设有与图1所示的氧化剂气体供给连通孔72a连通的氧化剂气体入口歧管98a、与图1所示的燃料气体供给连通孔76a连通的燃料气体入口歧管100a、与图1所示的氧化剂气体排出连通孔72b连通的氧化剂气体出口歧管98b、及与图1所示的燃料气体排出连通 孔76b连通且成为端板62b中的燃料气体的出口的燃料气体出口歧管(反应气体出口)100b。 [0068] 如图4所示，在燃料电池堆10的端板62b上固定有加湿器36。加湿器36的外壳例如为铸造成形，在与端板62b相接的凸缘部106上插入有多个螺栓108。通过将螺栓108与端板62b螺合，从而将加湿器36直接固定于端板62b。 [0069] 在加湿器36内以上下排列的方式收容有第一加湿部110a及第二加湿部110b。第一加湿部110a及第二加湿部110b与空气供给配管34和加湿空气供给配管38连接。第一加湿部110a及第二加湿部110b例如可以采用中空纤维膜型加湿结构。在加湿器36上一体化有构成燃料气体供给机构20的各辅机类、例如截止阀46、调节器48、喷射器50及背压阀42。 [0070] 如图3及图5所示，在燃料气体出口歧管100b上连接有出口配管120，如图5所示，该出口配管120的成为燃料气体排出流动方向下游侧的前端的前端部120a朝向下方开口而与收集罐53连结。收集罐53是接收包括从出口配管120与燃料气体一起排出的生成水(液体)在内的水分的构件。本实施方式的断水结构由上述出口配管120及收集罐53构成。 [0071] 出口配管120具有：以水平延伸的姿态嵌合于燃料气体出口歧管100b而与端板62b连结的连结圆筒状部130；处于连结圆筒状部130的燃料气体排出流动方向下游侧(与燃料电池堆10相反的一侧)且以越远离连结圆筒状部130越位于下方的方式弯曲的弯曲筒状部132；处于弯曲筒状部132的与连结圆筒状部130相反的一侧且沿铅垂方向延伸，并且下端成为上述的前端部120a的下部圆筒状部134。也就是说，出口配管120呈从燃料气体排出流动方向上游侧依次具有连结圆筒状部130、弯曲筒状部132、下部圆筒状部134的L字状，将燃料气体和包括生成水在内的水分从下部圆筒状部134沿铅垂方向(重力方向)排出。 [0072] 出口配管120的下部圆筒状部134的前端部120a在收集罐53的室122内从上方朝向下方突出，与形成收集罐53的室122的内侧面136及内底面138之间分别具有规定的间隔。换言之，出口配管120从收集罐53的内侧面136及内底面138分离。需要说明的是，在收集罐53上连结有用于将存积于室122内的内底面138侧的生成水从内底面138向外部排出的 未图示的排水管、将水捕集后的燃料气体从内侧面136排出的图1所示的排出燃料气体配管52。 [0073] 而且，如图6的展开图所示，在出口配管120的下部圆筒状部134的位置的内周面140上，形成有从内周面140向下部圆筒状部134的径向内侧(图6中的纸面近前侧)突出的多种(在本实施方式中为三种)伞状凸部142、144、146。这些伞状凸部142、144、146分别使与燃料气体一起排出的生成水向下部圆筒状部134的周向(图6中的左右方向)分流，按种类在下部圆筒状部134的轴向(图6中的上下方向)上分成多段而配置，换言之在燃料气体的排出方向上分成多段而配置。 [0074] 在下部圆筒状部134的成为燃料气体排出流动方向下游端的下端部，作为第一段，以使下部圆筒状部134的轴向上的位置一致的方式在周向上等间隔地形成有多个下部圆筒状部134的周向上的长度及轴向上的长度比其他段小的伞状凸部142。在伞状凸部142的成为其燃料气体排出流动方向上游端的上端具有沿着下部圆筒状部134的径向的顶边部150，且该伞状凸部142具有平面状的一对倾斜面152、152，这一对倾斜面152、152从该顶边部150向下部圆筒状部134的周向的两侧以越靠前侧越位于燃料气体排出流动方向下游侧即下侧的方式倾斜延伸出。 [0075] 在伞状凸部142的成为燃料气体排出流动方向下游侧的下部，在下部圆筒状部134的周向的中央形成有朝向成为燃料气体排出流动方向上游侧的上方凹陷的切口部154。切口部154由一对倾斜面156、156形成，所述一对倾斜面156、156中的一方与一对倾斜面152、152中的一方平行，另一方与一对倾斜面152、152中的另一方平行。在伞状凸部142的成为燃料气体排出流动方向下游侧的下端，在切口部154的两侧以使下部圆筒状部134的轴向上的位置一致的方式设有沿着下部圆筒状部134的轴正交方向的一对下端面158、158。伞状凸部 142的在下部圆筒状部134的径向上的内侧的内端面160从内周面140以固定高度突出。 [0076] 因此，伞状凸部142呈朝向燃料气体排出流动方向上游侧的尖细形状，在本实施方式中呈倒V字状。伞状凸部142的燃料气体排出流动方向上游侧的倾斜面152、152所成的角度、换言之具有倾斜面152、152的尖细形状部162的角度为90度左右，在本实施方式中为90度。 [0077] 在下部圆筒状部134的燃料气体排出流动方向中间部，作为第二段，以在下部圆筒状部134的轴向上从伞状凸部142分离的方式形成有下部圆筒状部134的周向上的长度及轴向上的长度比伞状凸部142长的伞状凸部144。在伞状凸部144的成为其燃料气体排出流动方向上游端的上端具有沿着下部圆筒状部134的径向的顶边部170，且该伞状凸部144具有平面状的一对倾斜面172、172，这一对倾斜面172、172从该顶边部170向下部圆筒状部134的周向的两侧以越靠前侧越位于成为燃料气体排出流动方向下游侧的下侧的方式倾斜延伸出。 [0078] 另外，在伞状凸部144的成为燃料气体排出流动方向下游侧的下部，在下部圆筒状部134的周向的中间部，以在下部圆筒状部134的周向上排列的方式形成有朝向成为燃料气体排出流动方向上游侧的上方凹陷的两处切口部174、174。切口部174、174均由一对倾斜面176、176形成，所述一对倾斜面176、176中的一方与一对倾斜面172、172中的一方平行，另一方与一对倾斜面172、172中的另一方平行。在伞状凸部144的成为燃料气体排出流动方向下游侧的下端，在切口部174、174的两外侧以使下部筒状部134的轴向上的位置一致的方式设有沿着下部圆筒状部134的轴正交方向的一对下端面178、178。伞状凸部144的在下部圆筒状部134的径向上的内侧的内端面180从内周面140以固定高度突出。 [0079] 因此，伞状凸部144也呈朝向燃料气体排出流动方向上游侧的尖细形状。伞状凸部144的燃料气体排出流动方向上游侧的倾斜面172、172所成的角度、换言之具有倾斜面172、 172的尖细形状部182的角度也为90度左右，在本实施方式中为90度。需要说明的是，如图5所示，伞状凸部144形成在下部圆筒状部134的周向上的成为最靠端板62b侧的位置。如图6所示，在下部圆筒状部134的周向上，在伞状凸部144的两端位置的各自的稍外侧配置有相邻的两个伞状凸部142、142的顶边部150、150。 [0080] 在下部圆筒状部134的成为燃料气体排出流动方向上游侧的上侧，作为第三段，以使下部圆筒状部134的轴向上的位置一致的方式在周向上隔开间隔而形成有多个下部圆筒状部134的周向上的长度及轴向上的长度比伞状凸部144长的伞状凸部146。在伞状凸部146的成为其燃料气体排出流动方向上游端的上端具有沿着下部圆筒状部134的径向的顶边部190， 且该伞状凸部146具有平面状的倾斜面192、194，该倾斜面192、194从该顶边部190向下部圆筒状部134的周向的两侧以越靠前侧越位于成为燃料气体排出流动方向下游侧的下侧的方式倾斜延伸出。一方的倾斜面192比另一方的倾斜面194短。 [0081] 另外，在伞状凸部146的成为燃料气体排出流动方向下游侧的下部，在下部圆筒状部134的周向的中间部形成有朝向成为燃料气体排出流动方向上游侧的上方凹陷的切口部196。切口部196由与较短的倾斜面192平行的较短的倾斜面198和与较长的倾斜面194平行的较长的倾斜面200形成。在伞状凸部146的燃料气体排出流动方向下游侧，在切口部196的两侧以使下部圆筒状部134的轴向上的位置错开的方式设有沿着下部圆筒状部134的轴正交方向的端面202及端面204。伞状凸部146的在下部圆筒状部134的径向上的内侧的内端面 206从内周面140以固定高度突出。 [0082] 因此，伞状凸部146也呈朝向燃料气体排出流动方向上游侧的尖细形状。伞状凸部146的燃料气体排出流动方向上游侧的倾斜面192、194所成的角度、换言之具有倾斜面192、 194的尖细形状部208的角度也为90度左右，在本实施方式中为90度。这种伞状凸部146以伞状凸部144的顶边部170为中心，在下部圆筒状部134的周向两侧的等间隔的位置以分别将较短的倾斜面192配置于伞状凸部144侧的方式设有多对。在下部圆筒状部134的周向上，最接近伞状凸部144的一对伞状凸部146、146的最小间隔比伞状凸部144的长度短。另外，在下部圆筒状部134的周向上，在上述伞状凸部146、146的两外端位置的各自的稍外侧，配置有在最接近伞状凸部144的两处伞状凸部142、142各自的外侧相邻的两处伞状凸部142、142的顶边部150、150。 [0083] 通过以上，在成为出口配管120内的内周面140上，多个伞状凸部142、伞状凸部144及多个伞状凸部146以在下部圆筒状部134的周向或轴向上使位置错开的方式配置成交错状。 [0084] 如图5所示，出口配管120的前端部120a形成为锥形状。 [0085] 也就是说，在下部圆筒状部134的前端部120a的外周部形成有越靠前端侧越成为小径的锥面210。因此，前端部120a越靠前端侧而在径向上越成为薄壁。 [0087] 以下，对如此构成的燃料电池系统12的动作进行说明。 [0088] 首先，如图1所示，驱动构成氧化剂气体供给机构18的空气用泵32，吸引作为氧化剂气体的外部空气并向空气供给配管34导入。该空气从空气供给配管34向加湿器36内导入，通过第一加湿部110a及第二加湿部110b而向加湿空气供给配管38供给(参照图4)。 [0089] 此时，如后文所述，向废气供给配管40供给作为反应中使用了的氧化剂气体的废气。因此，废气中含有的水分经由加湿器36的水渗透膜(未图示)而向使用前的空气移动，将该使用前的空气加湿。加湿后的空气从加湿空气供给配管38通过端板62b而向燃料电池堆10内的氧化剂气体供给连通孔72a供给。 [0090] 另一方面，在燃料气体供给机构20中，在截止阀46的打开作用下，燃料气体罐44内的燃料气体(氢气)由调节器48降压后，通过喷射器50从燃料气体供给配管51通过端板62b而向燃料电池堆10内的燃料气体供给连通孔76a导入。 [0091] 并且，在冷却介质供给机构16中，在制冷剂用泵26的作用下，冷却介质从冷却介质供给配管28通过端板62a向燃料电池堆10内的冷却介质供给连通孔74a导入。 [0092] 如图2所示，供给至燃料电池堆10内的发电单元60的空气从氧化剂气体供给连通孔72a向第二隔板70的氧化剂气体流路88导入，沿着电解质膜-电极结构体66的阴极侧电极82移动。另一方面，燃料气体从燃料气体供给连通孔76a向第一隔板68的燃料气体流路84导入，沿着电解质膜-电极结构体66的阳极侧电极80移动。 [0093] 因此，在各电解质膜-电极结构体66中，供给至阴极侧电极82的空气中的氧气和供给至阳极侧电极80的燃料气体(氢气)在电极催化剂层内通过电化学反应而被消耗，来进行发电。 [0094] 然后，供给至阴极侧电极82并被消耗后的空气沿着氧化剂气体排出连通孔72b流动后，作为废气从端板62b向废气供给配管40排出(参照图1)。 [0095] 同样，供给至阳极侧电极80并被消耗后的燃料气体向燃料气体排出连通孔76b排出而流动，作为排出燃料气体从端板62b通过收集罐53而向排出燃料气体配管52排出(参照图1)。排出至排出燃料气体配管52的排出燃料气体的一部分通过返回配管54而在喷射器50的吸引作用下返回燃料气体供给配管51。 [0096] 排出燃料气体混合在新的燃料气体中从燃料气体供给配管51向燃料电池堆10内供给。剩余的排出燃料气体在排气阀56的打开作用下排出。 [0097] 在此，在阳极侧电极80中，生成水反扩散，该生成水与燃料气体一起向燃料气体排出连通孔76b排出。如图5所示，在燃料气体排出连通孔76b中，向端板62b侧导入的生成水沿着排出燃料气体的流动通过出口配管120向收集罐53输送。因此，生成水从出口配管120的前端部120a向收集罐53滴落而积存(捕集)于收集罐53的室122内。 [0098] 需要说明的是，在流过出口配管120时，生成水基本上在重力的作用下通过连结圆筒状部130的下部，因此该生成水的大部分沿着内周面140朝向下部圆筒状部134的位置的、最接近图6所示的伞状凸部144的一对伞状凸部146、146流动。沿着内周面140而流到上述伞状凸部146、146的生成水在沿着内周面140的同时由顶边部190、190分别分流，之后例如一部分在沿着内周面140的同时沿着对置的较短的倾斜面192、192流动，之后，与伞状凸部144的顶边部170碰撞而向下部圆筒状部134的周向分流，并分别沿着倾斜面172、172流动。然后，沿着倾斜面172流动的生成水之后在沿着内周面140的同时与伞状凸部142的顶边部150碰撞，向下部圆筒状部134的周向两侧分流而分别沿着倾斜面152、152流动，之后朝向铅垂下方从前端部120a排出。 [0099] 另外，剩余的一部分在沿着内周面140的同时沿着伞状凸部146的较长的倾斜面194流动，与下部圆筒状部134的周向上的位置和较长的倾斜面194的下端部接近的伞状凸部142的顶边部150碰撞而向下部圆筒状部134的周向两侧分流，并分别沿着倾斜面152、152流动之后，朝向铅垂下方从前端部120a排出。与其他的伞状凸部142的顶边部150碰撞的生成水也沿着内周面140的同时向下部圆筒状部134的周向两侧分流，并分别沿着倾斜面152、 152流动之后，朝向铅垂下方从前端部120a排出。 [0100] 如以上所示，配置成交错状的伞状凸部142、144、146使与燃料气体一起从出口配管120排出的生成水向下部圆筒状部134的周向分流之后从前端部120a排出，其结果是，例如，即使是能够作为连续流而流动的量的生成水流过出口配管120，也被沿下部圆筒状部134的周向分流、分散成多个，从而减少各个支流的水量，其结果是，各支流不会成为能够作为连续流而流动的量而被切断。也就是说，伞状凸部142、144、146将与燃料气体一起排出的生成水的连续流切断。 [0101] 需要说明的是，下部圆筒状部134的周向上的伞状凸部142的切口部154的长度基于生成水的产生量而设定成由一对倾斜面152、152分流后的生成水彼此不会在伞状凸部142的下端面158、158的位置再次合流。另外，在下部圆筒状部134的周向上相邻的伞状凸部 142、142的间隔基于生成水的产生量而设定成在各个面对的倾斜面152、152上流动的生成水彼此不会合流。 [0102] 如图2所示，冷却介质在从冷却介质供给连通孔74a导入到第一隔板68及第二隔板70之间的冷却介质流路86之后，沿着箭头B方向流动。该冷却介质对电解质膜-电极结构体 66进行冷却之后，在冷却介质排出连通孔74b中移动而从图1所示的端板62a的冷却介质出口歧管96b向冷却介质排出配管30排出。该冷却介质在通过散热器24冷却之后，在制冷剂用泵26的作用下从冷却介质供给配管28向燃料电池堆10供给。 [0103] 根据以上所述的本实施方式，在出口配管120内，以呈朝向燃料气体排出流动方向上游侧的尖细形状的方式设置的伞状凸部142、144、146将与燃料气体一起排出的生成水的连续流切断，并且出口配管120的前端部120a朝向下方开口，因此能够与燃料气体的流速无关而稳定地将被切断的生成水向下方排出。因此，能够在不增大出口配管120的向收集罐53内突出的前端部120a与收集罐53的内侧面136及内底面138的距离的情况下，防止经由生成水而使燃料电池堆10的作为带电部的发电单元60与作为外部的低电阻部件且电接地的收集罐53电短路的情况。因此，能够抑制收集罐53的大型化。并且，由于是通过出口配管120内的伞状凸部142、144、146将生成水的连续流切断的结构，因此将生成水的连续流切断的结构不会大型化。因此，能够防止结构大型化，并且能够防止因从燃料电池堆10排出的生成水而在燃料电池堆10的发电单元60与收集罐53之间形成导电路径的情况。 [0104] 另外，在出口配管120内将多个伞状凸部142、144、146配置成交错状，因此能够将与燃料气体一起排出的生成水较多地分流，从而能够良好地切断生成水的连续流。因此，能够进一步防止经由从燃料电池堆10排出的生成水而使燃料电池堆10的发电单元60与收集罐53电短路的情况。 [0105] 另外，伞状凸部142、144、146的燃料气体排出流动方向上游侧的尖细形状部162、182、208的角度为90度左右，因此能够抑制从燃料电池堆10排出的生成水向下部圆筒状部 134的径向内侧越过伞状凸部142、144、146的溢流的产生而使其良好地分流。另外，还能够抑制被分流后的生成水在燃料气体排出流动方向下游侧越过伞状凸部142、144、146之后再次合流的情况。因此，能够进一步防止经由从燃料电池堆10排出的生成水而使燃料电池堆 10的发电单元60与收集罐53电短路的情况。 [0106] 将水柱分割(将剖面分割)会增加表面能，因此若不施加外力则不会自然产生，所以对运动的液滴与伞状凸部142、144、146的尖细形状部162、182、208碰撞破裂引起的分流进行研究。当对尖细形状部162、182、208的角度在锐角侧(该角度为锐角的情况)和钝角侧(该角度为钝角的情况)进行比较观察时，锐角侧容易使沿着内周面140流动的液滴分流，钝角侧不易使其分流。另外，对于沿着内周面140流动的液滴的流速的垂直向量的减少而言，锐角侧较少，钝角侧较多，因此在锐角侧不存在液滴流过内端面160、180、206的溢流的顾虑，在钝角侧产生溢流的顾虑。另一方面，对于下端部的水平方向长度而言，锐角侧较短，钝角侧较长，因此分流后的液滴的下端部的再次合流在锐角侧容易产生，在钝角侧不易产生。鉴于上述理由，使尖细形状部162、182、208的角度为90度左右。 [0107] 即，若尖细形状部162、182、208的角度为90度左右，则液滴的分流性、溢流的抑止性及再次合流的抑止性均良好。相对于此，若是进一步成为锐角的60度左右，虽然液滴的分流性及溢流的抑止性良好，但再次合流的抑止性较差。另外，若是成为钝角的120度左右，虽然再次合流的抑止性良好，但液滴的分流性较差，溢流的抑止性更差。因此，使尖细形状部162、182、208的角度为90度左右。 [0108] 并且，在全部伞状凸部142、144、146的下端部设置切口部154、174、196，因此进一步提高了再次合流的抑止性。换言之，单纯为了提高再次合流的抑止性，只需增大下部圆筒状部134的周向(水平方向)上的伞状凸部142、144、146的下端部的长度即可，但当增大该长度时，下部圆筒状部134的轴向(上下方向)上的长度也增大，出口配管120的尺寸变大，因此不优选。由于液体不会逆流到通过表面张力和重力求得的高度以上，因此通过在全部伞状凸部142、144、146的下端部设置切口部154、174、196，能够在不增大伞状凸部142、144、146的下端部的长度的情况下提高再次合流的抑止性。 [0109] 由于出口配管120的前端部120a形成为锥形状，因此能够抑制从燃料电池堆10排出的生成水在该前端部120a的位置合流而再次成为连续流的情况。因此，能够进一步防止经由从燃料电池堆10排出的生成水而使燃料电池堆10的发电单元60与收集罐53电短路的情况。 [0110] 也就是说，在前端部120a不是锥形状而是直线形状的情况下，当表面性状为亲水(30度)时，水会沿着前端部120a的下端面212，不易向铅垂方向下方下落而容易合流。因此，向相对于一条水流的水量增加的方向起作用。另一方面，在表面性状为疏水(130度)的情况下，水容易切断，但不易向铅垂方向下方下落。相对于此，当在出口配管120的前端部120a上通过例如45度的倒角加工而形成锥面210时，无论表面性状为亲水(30度)及疏水(130度)的情况，均不易产生因直线形状而产生的水沿着下端面212合流的情况，并且能够向垂直方向下方落下。 [0111] 需要说明的是，以上的伞状凸部142、144、146的锯齿配置是一例，可以进行各种变更。例如图7所示，将伞状凸部144及最接近伞状凸部144的两处伞状凸部142向上侧偏移，在这两处伞状凸部142所存在的位置，配置四处与伞状凸部142相同的形状且与伞状凸部142相比下部圆筒状部134的周向上的宽度窄的伞状凸部142’。这样，能够使段数增加成伞状凸部142’、142、144、146，从而能够增加使生成水分流的分支数。 [0112] 另外，也可以采用如下方式，即，如图8所示，将图7所示的伞状凸部144、两处伞状凸部142及四处伞状凸部142’的组在下部圆筒状部134的周向上隔开间隔设置多组，并在下部圆筒状部134的周向上相邻的伞状 凸部144之间配置伞状凸部146’，该伞状凸部146’通过将伞状凸部146变更成具有较长的两个倾斜面194、194而得到。 [0113] 另外，以上的伞状凸部142的形状、内周面140的结构是一例，能够进行各种变更。 [0114] 例如图9所示，作为伞状凸部142的变形例，可以采用如下的伞状凸部142”，其形成为向出口配管120的上游方向凸出的凸状，并且以朝向出口配管120的径向内侧形成为凸状(山状)的方式设置一对第二倾斜面151、151。 [0115] 另外，还可以构成为，在例如图6所示那样的配置成交错状的上游侧的伞状凸部(例如，伞状凸部146)与下游侧的伞状凸部(例如，伞状凸部144)之间，设置如图10所示那样的具有沿着出口配管120的大致径向的壁部的排出液体引导部148。 [0116] 作为排出液体引导部148的壁部，例如可以采用图11A所示那样的槽148A、图11B所示那样的引导导轨148B、图11C所示那样的罩148C等。 [0117] 另外，例如图12所示，与伞状凸部142的下端相接的出口配管120的开口部中的、处于伞状凸部142的一方的下端与另一方的下端之间的部分可以构成朝向伞状凸部142的尖细形状部切口而形成的切口部141。 [0118] 另外，例如图13A及13B所示，伞状凸部142的下端也可以具有相对于出口配管120的径向倾斜的倾斜部153。 [0119] 另外，还可以将这些形状适当地组合。 [0120] 这样，能够使与反应气体一起排出的液体更良好地分流，或者能够使分流后的液体不会再次合流，从而能够更良好地切断液体的连续流。 [0121] 需要说明的是，在以上的实施方式中是车载的燃料电池堆，车身的加速减速、燃料电池堆的运转条件变化以及与之相伴的燃料气体的流速变化较为剧烈，因此与燃料气体一起排出的生成水可能在出口配管120的下部圆筒状部134的周向上的所有位置流过。因此，将切断生成水的连续流的伞状凸部142、144、146在下部圆筒状部134的整周配置。需要说明的是，在为固定型的燃料电池堆且运转条件以及与之相伴的燃料气体的流速变化稳定、并且生成水在出口配管120的下部圆筒状部134的周向上的恒定位置流过的情况下，可以仅在该位置设置伞状凸部142、144、146。另外， 根据生成水的流量，也可以仅设置一个伞状凸部。也就是说，只设置切断生成水的连续流的至少一个伞状凸部即可。 [0122] 另外，在以上的实施方式中，举例说明了出口配管120的前端部120a朝向铅垂下方开口的情况，但只要是接近铅垂的角度即可，也可以朝向相对于铅垂方向倾斜的方向开口。 [0123] 另外，在以上的实施方式中，举例说明了在与燃料气体排出连通孔76b连通的燃料气体出口歧管100b上连结的出口配管120，但并不限定于此。例如，也可以在与氧化剂气体排出连通孔72b连通的氧化剂气体出口歧管98b和废气供给配管40之间设置与上述同样的出口配管及收集罐，并在该出口配管上适用上述结构。 [0124] 符号说明： [0125] 10 燃料电池堆 [0126] 53 收集罐 [0127] 60 发电单元 [0128] 61 层叠体 [0129] 62b 端板 [0130] 76b 燃料气体排出连通孔(反应气体排出连通孔)[0131] 100b 燃料气体出口歧管(反应气体出口) [0132] 120 出口配管 [0133] 120a 前端部 [0134] 136 内侧面 [0135] 138 内底面 [0136] 142、142’、144、146、146’ 伞状凸部 [0137] 162、182、208 尖细形状部 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈