JP6790716B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、複数の燃料電池スタックを備えた燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system including a plurality of fuel cell stacks.
従来、燃料電池スタックと、燃料電池スタックのスタック積層方向の第１の側に接続された燃料供給分配機構と、第１の側と反対の第２の側に接続された第１の燃料排出分配機構と、第１の側に接続された第２の燃料排出分配機構と、燃料ガスの燃料電池スタックへの供給、排出を制御する制御部と、備えた燃料電池システムがある（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, a fuel cell stack, a fuel supply distribution mechanism connected to the first side in the stack stacking direction of the fuel cell stack, and a first fuel emission distribution connected to a second side opposite to the first side. There is a fuel cell system including a mechanism, a second fuel emission distribution mechanism connected to the first side, and a control unit for controlling supply and discharge of fuel gas to the fuel cell stack (for example, Patent Document). 1).
この燃料電池システムは、制御部が、燃料電池スタック起動時に、第２の燃料排出分配機構から燃料ガスを供給すると共に第１の燃料供給分配機構から燃料ガスを供給させて、燃料電池スタック内のガスを燃料ガスに置換させ、燃料ガスへの置換後、第１の燃料排出分配機構からのガス排出を停止させ、第２の燃料排出分配機構からガスを排出させるようにしている。これにより、燃料電池スタック内のガスを速やかに燃料ガスに置換させることができる。 In this fuel cell system, when the control unit starts the fuel cell stack, the fuel gas is supplied from the second fuel emission distribution mechanism and the fuel gas is supplied from the first fuel supply distribution mechanism in the fuel cell stack. The gas is replaced with a fuel gas, and after the replacement with the fuel gas, the gas discharge from the first fuel discharge distribution mechanism is stopped, and the gas is discharged from the second fuel discharge distribution mechanism. As a result, the gas in the fuel cell stack can be quickly replaced with the fuel gas.
しかしながら、上記特許文献１に記載されたシステムは、２つの燃料排出分配機構を備えているため、システムが大型化するだけでなくコストも高くなってしまうといった問題がある。
However, since the system described in
本発明は上記問題に鑑みたもので、システムの小型化を図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 reduce the size of the system.
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、燃料電池システムであって、複数の燃料電池スタック（１０１〜１０３）と、複数の燃料電池スタックからの燃料ガスを排出する排出分配機構（２０）と、を備え、排出分配機構は、複数の燃料電池スタックから個別に排出された燃料ガスを導入する複数の導入ポート（２１１〜２１３）と、複数の導入ポートに導入された燃料ガスを排出する排出ポート（２１４）と、複数の導入ポートと排出ポートと連通する中空部（２１５）と、を有する筒状のシリンダボディー（２１）と、シリンダボディーの中空部に配置された同軸状のシャフト（２２）と、を備え、シャフトは、第１開口部（２２３）と、シリンダボディーの排出ポートを向いて開口する第２開口部（２２４）と、第１開口部と第２開口部とを連通する連通路（２２５）と、を有し、シャフトの軸周り方向に回動し、シャフトの第１開口部は、シャフトの軸周り方向の回動に伴ってシリンダボディーに形成された複数の導入ポートのうちの１つと対向する。
In order to achieve the above object, the invention according to
これによれば、複数の燃料電池スタックからの燃料ガスを排出する排出分配機構（２０）を備えている。そして、排出分配機構は、複数の燃料電池スタックから個別に排出された燃料ガスを導入する複数の導入ポート（２１１〜２１３）と、複数の導入ポートに導入された燃料ガスを排出する排出ポート（２１４）と、複数の導入ポートと排出ポートと連通する中空部（２１５）と、を有する筒状のシリンダボディー（２１）を備えている。さらに、排出分配機構２０は、シリンダボディーの中空部に移動可能に配置された同軸状のシャフト（２２）と、を備えている。また、シャフトは、第１開口部（２２３）と、シリンダボディーの排出ポートを向いて開口する第２開口部（２２４）と、第１開口部と第２開口部とを連通する連通路（２２５）と、を有し、シャフトの軸周りの一方向に回動する。また、シャフトの第１開口部は、シャフトの軸周り方向の移動に伴ってシリンダボディーに形成された複数の導入ポートのうちの１つと対向する。したがって、１つの排出分配機構で複数の燃料電池スタックに燃料ガスを分配することができるので、特許文献１に記載されたシステムのように２つの燃料排出分配機構を備える必要がなく、システムを小型化することができる。
According to this, an emission distribution mechanism (20) for discharging fuel gas from a plurality of fuel cell stacks is provided. Then, the emission distribution mechanism has a plurality of introduction ports (121 to 213) for introducing fuel gas individually discharged from the plurality of fuel cell stacks, and an discharge port (211 to 213) for discharging the fuel gas introduced into the plurality of introduction ports. It includes a tubular cylinder body (21) having a 214) and a hollow portion (215) communicating with a plurality of introduction ports and discharge ports. Further, the
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the reference numerals in parentheses of each means described in this column and the scope of claims indicate the correspondence with the specific means described in the embodiment described later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, the same or equal parts are designated by the same reference numerals in the drawings.
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムについて図１〜図８を用いて説明する。本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示した図である。図１に示すように、この燃料電池システム１は、インジェクタ４０、供給分配機構３０、燃料電池スタック１０、排出分配機構２０、第１〜第３逆止弁４０１〜４０３および排出弁４０４を備えている。
(First Embodiment)
The fuel cell system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8. It is a figure which showed the structure of the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment of this invention. As shown in FIG. 1, the
本実施形態の燃料電池スタック１０は、第１〜第３燃料電池スタック１０１〜１０３を有している。第１〜第３燃料電池スタック１０１〜１０３は、それぞれ複数のセル（図示せず）を積層したスタック構造を有している。セルは、酸素を含む酸化ガスと水素を含む燃料ガスとを電気化学反応させて発電する。
The
第１〜第３燃料電池スタック１０１〜１０３は、燃料ガスが流れる不図示のアノードガス流路を有している。各アノードガス流路には、供給分配機構３０を介してインジェクタ４０および供給分配機構３０から燃料ガスが供給される。なお、本実施形態では、各アノードガス流路ではなく第１〜第３燃料電池スタック１０１〜１０３に燃料ガスが供給されるものとして説明する。
The first to third fuel cell stacks 101 to 103 have an anode gas flow path (not shown) through which fuel gas flows. Fuel gas is supplied to each anode gas flow path from the
第１〜第３燃料電池スタック１０１〜１０３は、酸化ガスが流れる不図示のカソードガス流路を有している。カソードガス流路には、図示しないエアポンプが接続されており、このエアポンプにより酸化ガスとしての空気が供給される。なお、本実施形態では、酸化ガスが流れる流路については図示を省略してある。 The first to third fuel cell stacks 101 to 103 have a cathode gas flow path (not shown) through which the oxidation gas flows. An air pump (not shown) is connected to the cathode gas flow path, and air as an oxidation gas is supplied by this air pump. In this embodiment, the flow path through which the oxidizing gas flows is not shown.
インジェクタ４０は、燃料ガスが充填された不図示の燃料タンクから供給分配機構３０に燃料ガスを供給する供給ライン５０１に配置されている。供給ライン５０１は、供給分配機構３０に燃料ガスを供給する配管である。インジェクタ４０は、不図示の制御部より入力される信号に応じて燃料ガスを噴射する。
The
供給分配機構３０は、第１〜第３燃料電池スタック１０１〜１０３に燃料ガスを分配供給するものである。供給分配機構３０は、インジェクタ４０から供給される燃料ガスを、第１燃料電池スタック１０１〜第３燃料電池スタック１０３のうちの１つに選択的に分配供給する。
The supply /
供給分配機構３０は、上述した供給ライン５０１、配管５１１〜５１３および配管５５２と接続されている。配管５１１は、第１燃料電池スタック１０１に燃料ガスを供給するための配管あり、配管５１２は、第２燃料電池スタック１０２に燃料ガスを供給するための配管であり、配管５１３は、第３燃料電池スタック１０３に燃料ガスを供給するための配管である。配管５５１は、供給ライン５０１と排出分配機構２０とを接続している。供給分配機構３０は、供給ライン５０１を介してインジェクタ４０と接続されるとともに、配管５５２を介してインジェクタ４０と接続されている。
The
供給分配機構３０は、供給ライン５０１と、配管５１１〜配管５１３のうちの１つとを選択的に接続する回転機構を有しており、この回転機構により供給ライン５０１と、配管５１１〜配管５１３のうちの１つとを選択的に連通させる。
The
供給分配機構３０は、インジェクタ４０の燃料ガスの噴射により供給ライン５０１中の燃料ガスの圧力が所定圧力以上になり、その後、供給ライン５０１中の燃料ガスの圧力が所定圧力以下に戻ると供給ライン５０１の接続先を切り替える。なお、供給分配機構３０については後で詳細に説明する。
In the
排出分配機構２０は、第１〜第３燃料電池スタック１０１〜１０３から排出された燃料ガスを排出ライン５４１から排出させるものである。排出分配機構２０は、配管５３１〜配管５３３、供給分配機構３０と接続された配管５５１および排出ライン５４１と接続されている。
The
配管５３１は、第１燃料電池スタック１０１から排出された燃料ガスが流れる配管であり、配管５３２は、第２燃料電池スタック１０２から排出された燃料ガスが流れる配管であり、配管５３３は、第３燃料電池スタック１０３から排出された燃料ガスが流れる配管である。
The
排出分配機構２０は、第１燃料電池スタック１０１〜第３燃料電池スタック１０３のうちの１つから導入された燃料ガスを排出ライン５４１へ選択的に排出する。
The
具体的には、排出分配機構２０は、配管５３１〜配管５３３のうちの１つと、排出ライン５４１とを選択的に接続する回転機構を有しており、この回転機構により配管５３１〜配管５３３のうちの１つと、排出ライン５４１とを選択的に連通させる。
Specifically, the
配管５５１は、供給分配機構３０と排出分配機構２０との間に設けられている。配管５５１は、供給ライン５０１と連通しており、配管５５１中の圧力は、供給ライン５０１中の圧力と同程度となる。
The
したがって、インジェクタ４０から燃料ガスが噴射され、供給ライン５０１中の燃料ガスの圧力が高圧になると、配管５５１中の燃料ガスの圧力も高圧になり、供給ライン５０１中の燃料ガスの圧力が低圧になると、配管５５１中の燃料ガスの圧力も低圧となる。
Therefore, when the fuel gas is injected from the
排出分配機構２０は、インジェクタ４０の燃料ガスの噴射により供給ライン５０１および配管５５１中の燃料ガスの圧力が所定圧力以上になり、その後、燃料ガスの圧力が所定圧力以下に戻ると供給ライン５０１の接続先を切り替える。なお、排出分配機構２０については後で詳細に説明する。
In the
第１燃料電池スタック１０１から排出された燃料ガスが流れる配管５３１は、配管５２１を介して第２燃料電池スタック１０２に燃料ガスを供給するための配管５１２と接続されている。
The
第２燃料電池スタック１０２から排出された燃料ガスが流れる配管５３２は、配管５２２を介して第３燃料電池スタック１０３に燃料ガスを供給するための配管５１３と接続されている。
The
第３燃料電池スタック１０３から排出された燃料ガスが流れる配管５３３は、配管５２３を介して第１燃料電池スタック１０１に燃料ガスを供給するための配管５１１と接続されている。
The
配管５２１には、配管５１２側から配管５３１側への燃料ガスの逆流を防止する第２逆止弁４０２が設けられている。この逆止弁４０２は、第２燃料電池スタック１０２に供給する燃料ガスの配管５３１側への流入を防止する。
The
配管５２２には、配管５１３側から配管５３２側への燃料ガスの逆流を防止する第１逆止弁４０３が設けられている。この逆止弁４０３は、第３燃料電池スタック１０３に供給する燃料ガスの配管５３２側への流入を防止する。
The
配管５２３には、配管５１１側から配管５３３側への燃料ガスの逆流を防止する第１逆止弁４０１が設けられている。この逆止弁４０１は、第１燃料電池スタック１０１に供給する燃料ガスの配管５３３側への流入を防止する。
The
排出ライン５４１には、排出弁４０４が設けられている。排出弁４０４は、不図示の制御部より入力される信号に応じて開弁または閉弁する。制御部より入力される信号に応じて排出弁４０４が開弁状態になると、この排出弁４０４を通って排出分配機構２０からの燃料ガスが排出される。
The
次に、排出分配機構２０について図２〜図４を用いて説明する。図２は、第１実施形態に係る燃料電池システムの排出分配機構の概略断面図である。なお、図２中において、シャフト２２、ピストン２３およびバネ部材２４は、シリンダボディー２１を透過して図示されている。図３は、図２中のIII−III断面図である。
Next, the
本実施形態の排出分配機構２０は、シリンダボディー２１、シャフト２２、ピストン２３およびバネ部材２４を有している。シリンダボディー２１、シャフト２２およびピストン２３は樹脂により構成されており、バネ部材２４は金属により構成されている。
The
シリンダボディー２１は、圧力ポート２１０、第１〜第３導入ポート２１１〜２１３、排出ポート２１４およびガイド２１６を有している。
The
圧力ポート２１０は、図１に示した配管５５１および供給ライン５０１を介してインジェクタ４０と接続されている。圧力ポート２１０には、インジェクタ４０により噴射された燃料ガスが配管５５１を介して導入される。
The
第１〜第３導入ポート２１１〜２１３は、第１〜第３燃料電池スタック１０１〜１０３から個別に排出された燃料ガスを導入するための導入口である。
The first to
第１導入ポート２１１は、配管５３１を介して第１燃料電池スタック１０１と接続されている。第１導入ポート２１１には、配管５３１を介して第１燃料電池スタック１０１から燃料ガスが導入される。
The
第２導入ポート２１２は、配管５３２を介して第２燃料電池スタック１０２と接続されている。第２導入ポート２１２には、配管５３２を介して第２燃料電池スタック１０２から燃料ガスが導入される。
The
第３導入ポート２１３は、配管５３３を介して第３燃料電池スタック１０３と接続されている。第３導入ポート２１３には、配管５３３を介して第３燃料電池スタック１０３から燃料ガスが導入される。
The
排出ポート２１４は、排出ライン５４１と接続されている。排出ポート２１４は、第１〜第３導入ポート２１１〜２１３から導入された燃料ガスを排出するための排出口である。排出ポート２１４は、シリンダボディー２１における圧力ポート２１０が形成された面と反対側の面に形成されている。
The
シリンダボディー２１には、第１〜第３導入ポート２１１〜２１３と排出ポート２１４とを連通させる中空部２１５が形成されている。シャフト２２、ピストン２３およびバネ部材２４は、中空部２１５に収納されている。
The
シリンダボディー２１には、後述するシャフト２２の凸部２２２のピストン２３側への移動を規制するガイド２１６が形成されている。なお、図２では、ガイド２１６が断面として図示されているが、実際には、このガイド２１６は、シャフト２２の外周側に形成されている。ガイド２１６における後述するシャフト２２の凸部２２２と対向する面は、シャフト２２の軸周りの６０度おきに山状および谷状に交互に繰り返す形状を成している。
The
ピストン２３は、シャフト２２の軸方向の一端側に配置されている。ピストン２３は、受圧面２３２、筒状部２３３および当接面２３１を有している。
The
受圧面２３２は、シリンダボディー２１の圧力ポート２１０から導入される燃料ガスの圧力を受けるものであり、円盤形状を成している。受圧面２３２の外縁部は、シリンダボディー２１の中空部２１５の内周面と接している。
The
筒状部２３３は、不図示の中空部を有しており、この中空部にシリンダボディー２１が配置されている。シリンダボディー２１は、ピストン２３の筒状部２３３により、シリンダボディー２１の軸方向およびシリンダボディー２１の軸周り方向に回動可能に支持されている。
The
筒状部２３３における受圧面２３２と反対側の端部には、後述するシャフト２２の凸部２２２と当接する当接面２３１が形成されている。当接面２３１は、筒状部２３３の軸周りの６０度おきに山状および谷状に交互に繰り返す形状を成している。
At the end of the
当接面２３１は、シャフト２２の凸部２２２よりもシャフト２２の軸方向の外周側で、かつ、シリンダボディー２１のガイド２１６よりもシャフト２２の内周側に配置されている。
The
シャフト２２は、同軸状を成しており、シリンダボディー２１の中空部２１５にシャフト２２の軸方向および回転軸方向に移動可能に配置されている。シャフト２２は、シリンダボディー２１の排出ポート２１４側の端部に、筒状の筒状部２２ａを有している。筒状の筒状部２２ａの径は、シリンダボディー２１の径よりも短くなっている。
The
シャフト２２には、第１開口部２２１、第２開口部２２４、連通路２２５および凸部２２２を有している。第１開口部２２１は、シャフト２２の側面に形成されている。第２開口部２２４は、シリンダボディー２１の排出ポート２１４を向くようシャフト２２の筒状部２２ａに形成されている。第１開口部２２１と第２開口部２２４は、連通路２２５を介して連通している。連通路２２５は、断面Ｌ字形状を成している。
The
シャフト２２の側面に凸部２２２が立設されている。凸部２２２は、シリンダボディー２１のガイド２１６よりもシャフト２２の軸方向他端側に配置されている。
A
ピストン２３は、シリンダボディー２１のガイド２１６よりシリンダボディー２の軸方向一端側に配置され、シャフト２２の凸部２２２は、シリンダボディー２１のガイド２１６よりシリンダボディー２の軸方向他端側に配置されている。
The
シャフト２２の筒状部２２ａの周囲には、バネ部材２４が配置されている。本実施形態のバネ部材２４は、コイルバネにより構成されている。このバネ部材２４は、シャフト２２を該シャフト２２の軸方向の一端側、すなわち、ピストン２３側に付勢する。
A
次に、排出分配機構２０の作動について図４を用いて説明する。
Next, the operation of the
ここでは、シャフト２２の側面に形成された第１開口部２２１がシリンダボディー２１の第１導入ポート２１１と対向しており、第１燃料電池スタック１０１から圧力Ｐ２の燃料ガスが第１導入ポート２１１へ導入されているものとする。
Here, the
ピストン２３を駆動するピストン駆動用ガスラインとしての配管５５１を介してインジェクタ４０により燃料ガスが供給されると、燃料ガスの圧力Ｐ１によりピストン２３にシャフト２２の軸方向他端側に押し下げる力Ｆｐが加えられる。そして、この力Ｆｐがバネ部材２４の反力Ｆｂよりも大きくなると、ピストン２３はシャフト２２の軸方向他端側に押し下げられる。
When fuel gas is supplied by the
これにより、シャフト２２の凸部２２２がピストン２３の当接面２３１とともにシリンダボディー２１のガイド２１６と当接して、シャフト２２が該シャフト２２の軸方向他端側に移動する。
As a result, the
このとき、ピストン２３の当接面２３１およびシリンダボディー２１のガイド２１６によりシャフト２２の凸部２２２がシャフト２２の軸周り一方向に案内され、ピストン２３はシャフト２２の軸周り一方向に回動する。
At this time, the
次に、インジェクタ４０による燃料ガスの供給がなくなると、バネ部材２４によりシャフト２２の軸方向の一端側、すなわち、ピストン２３側に付勢されたシャフト２２は、シャフト２２の軸方向の一端側に移動する。
Next, when the fuel gas supply by the
このとき、ピストン２３の当接面２３１およびシリンダボディー２１のガイド２１６によりシャフト２２の凸部２２２がシャフト２２の軸周り一方向に案内され、さらに、ピストン２３はシャフト２２の軸周り一方向に回動する。このとき、第２燃料電池スタック１０２から第２導入ポート２１２へ燃料ガスが導入されるように切り替わる。
At this time, the
図３中の矢印Ｄ１に示すように、シャフト２２は、インジェクタ４０により供給される燃料ガスの噴射によりピストン２３が１往復する毎に、シャフト２２の軸周り一方向に１／３回転する。
As shown by the arrow D1 in FIG. 3, the
なお、インジェクタ４０から燃料ガスが噴射される毎に、シャフト２２の側面に形成された第１開口部２２１と対向する先が、第１導入ポート２１１→第２導入ポート２１２→第３導入ポート２１３→第１導入ポート２１１の順に切り替わる。
Each time the fuel gas is injected from the
次に、シャフト２２がシャフト２２の軸周り方向に回動する原理について図４を用いて説明する。本実施形態の排出分配機構２０は、シリンダボディー２１のガイド２１６におけるシャフト２２の凸部２２２側の面が、シャフト２２の軸周りの９０度おきに山状および谷状に交互に繰り返す形状を成している。さらに、ピストン２３の当接面２３１が、筒状部２３３の軸周りの９０度おきに山状および谷状に交互に繰り返す形状を成している。このため、ピストン２３が１往復する毎に、シャフト２２の軸周り一方向に１／３回転するよう構成されている。
Next, the principle of the
しかし、ここでは、ピストン２３が１往復する毎に、シャフト２２の軸周り一方向に１／２回転する例を示す。なお、本実施形態の排出分配機構２０は、シリンダボディー２１のガイド２１６におけるシャフト２２の凸部２２２と対向する面は、シャフト２２の軸周りの９０度おきに山状および谷状に交互に繰り返す形状を成している。また、ピストン２３の当接面２３１は、筒状部２３３の軸周りの９０度おきに山状および谷状に交互に繰り返す形状を成している。
However, here, every time the
図４（ａ）に示すように、インジェクタ４０により供給される燃料ガスの圧力Ｐ１によりピストン２３にシャフト２２の軸方向他端側へ押し下げられる力Ｆｐが加えられ、この力Ｆｐが、バネ部材２４の反力Ｆｂよりも大きくなると、ピストン２３はシャフト２２の軸方向他端側に押し下げられる。
As shown in FIG. 4A, a force Fp that pushes down the
そして、シャフト２２の凸部２２２がピストン２３の当接面２３１およびシリンダボディー２１のガイド２１６と当接すると、図４（ｂ）中の矢印Ｒ１に示すように、シャフト２２の凸部２２２はシャフト２２の軸周り一方向に案内され、ピストン２３はシャフト２２の軸周り一方向に回動する。
Then, when the
さらに、ピストン２３がシャフト２２の軸方向他端側に押し下げられ、シャフト２２の凸部２２２がガイド２１６の山部ｘおよびピストン２３の当接面２３１の谷部ｙ’に到達すると、ピストン２３のシャフト２２の軸周り方向への回動は停止する。この時点で、シャフト２２は、シャフト２２の軸周り一方向に１／４回転している。
Further, when the
次に、インジェクタ４０からの燃料ガスの供給がなくなり、ピストン２３へのシャフト２２の軸方向他端側への力Ｆｐが低下すると、シャフト２２は、バネ部材２４の反力Ｆｂによりシャフト２２の軸方向一端側に押し上げられる。
Next, when the fuel gas supply from the
このとき、シャフト２２の凸部２２２は、ピストン２３の当接面２３１およびシリンダボディー２１のガイド２１６と当接して、図４（ｄ）中の矢印Ｒ３に示すように、シャフト２２の軸周り一方向に案内され、ピストン２３はシャフト２２の軸周り一方向に回動する。
At this time, the
さらに、バネ部材２４の反力Ｆｂによりシャフト２２がシャフト２２の軸方向一端側に押し上げられると、図４（ｅ）に示すように、さらに、シャフト２２の凸部２２２は、シャフト２２の軸周り一方向に案内され、ピストン２３はシャフト２２の軸周り一方向に回動する。
Further, when the
そして、ピストン２３がシャフト２２の軸方向他端側への力Ｆｐが加わる前の位置に戻ると、ピストン２３のシャフト２２の軸周り方向への回動は停止する。このように、シャフト２２は、シャフト２２の軸周り一方向に回動する。この例では、ピストン２３が１往復する毎に、シャフト２２はシャフト２２の軸周り一方向に１／２回転する。
Then, when the
次に、供給分配機構３０について図５〜図７を用いて説明する。図５は、本実施形態の供給分配機構の概略断面図である。なお、図５中において、シャフト３２、ピストン３３およびバネ部材３４は、シリンダボディー２１を透過して図示されている。
Next, the supply and
本実施形態の供給分配機構３０は、シリンダボディー３１、シャフト３２、ピストン３３およびバネ部材３４を有している。シリンダボディー３１、シャフト３２およびピストン３３は樹脂により構成されており、バネ部材３４は金属により構成されている。
The supply /
シリンダボディー３１は、圧力ポート３１０、導入ポート３１４、第１〜第３供給ポート３１１〜３１３およびガイド３１６を有している。
The
圧力ポート３１０は、図１に示したインジェクタ４０が設けられた供給ライン５０１と接続される。圧力ポート３１０には、インジェクタ４０により噴射された燃料ガスが供給ライン５０１を介して導入される。
The
第１〜第３供給ポート３１１〜３１３は、第１〜第３燃料電池スタック１０１〜１０へ燃料ガスを供給する供給口である。
The first to
第１供給ポート３１１は、配管５１１を介して第１燃料電池スタック１０１と接続されている。第１燃料電池スタック１０１には、配管５１１を介して第１供給ポート３１１から燃料ガスが導入される。
The
第２供給ポート３１２は、配管５１２を介して第２燃料電池スタック１０２と接続されている。第２燃料電池スタック１０２には、配管５１２を介して第２供給ポート３１２から燃料ガスが導入される。
The
第３供給ポート３１３は、配管５１３を介して第３燃料電池スタック１０３と接続されている。第３燃料電池スタック１０３には、配管５１３を介して第３供給ポート３１３から燃料ガスが導入される。
The
シリンダボディー３１には、第１〜第３供給ポート３１１〜３１３およびと導入ポート３１４とを連通させる中空部３１５が形成されている。シャフト３２、ピストン３３およびバネ部材３４は、中空部３１５に収納されている。
The
シリンダボディー３１には、後述するシャフト３２の凸部３２６のピストン３３側への移動を規制するガイド３１６が形成されている。なお、図５では、ガイド３１６が断面として図示されているが、実際には、このガイド３１６は、シャフト３２の外周側に形成されている。ガイド３１６における後述するシャフト３２の凸部３２６と対向する面は、シャフト３２の軸周りの６０度おきに山状および谷状に交互に繰り返す形状を成している。
The
ピストン３３は、シャフト３２の軸方向の一端側に配置されている。ピストン３３は、受圧面３３２、筒状部３３３および当接面３３１を有している。
The
受圧面３３２は、シリンダボディー３１の圧力ポート３１０から導入される燃料ガスの圧力を受けるものであり、円盤形状を成している。受圧面３３２の外縁部は、シリンダボディー３１の中空部３１５の内周面と接している。
The
筒状部３３３は、不図示の中空部を有しており、この中空部にシリンダボディー３１が配置されている。シリンダボディー３１は、ピストン３３の筒状部３３３により、シリンダボディー３１の軸方向およびシリンダボディー３１の軸周り方向に回動可能に支持されている。
The
筒状部３３３における受圧面３３２と反対側の端部には、後述するシャフト３２の凸部３２６と当接する当接面３３１が形成されている。当接面３３１は、筒状部３３３の軸周りの６０度おきに山状および谷状に交互に繰り返す形状を成している。
At the end of the
当接面３３１は、シャフト３２の凸部３２６よりもシャフト３２の軸方向の外周側で、かつ、シリンダボディー３１のガイド３１６よりもシャフト３２の内周側に配置されている。
The
シャフト３２は、同軸状を成しており、シリンダボディー３１の中空部３１５にシャフト３２の軸方向および回転軸方向に移動可能に配置されている。シャフト３２は、シリンダボディー３１の供給ポート３１２側の端部に、筒状の筒状部３２ａを有している。筒状の筒状部３２ａの径は、シリンダボディー３１の径よりも短くなっている。
The
シャフト３２には、第３開口部３２１〜第３開口部３２３、第４開口部３２４、連通路３２５および凸部３２６を有している。第３開口部３２１〜３２３は、シャフト３２の側面に形成されている。第４開口部３２４は、第３開口部３２１〜３２３よりもシャフト３２の軸方向他端側の側面に形成されている。第３開口部３２１〜３２３は互いに連通している。さらに、第３開口部３２１〜３２３と第４開口部３２４は、連通路３２５を介して連通している。
The
シャフト３２の側面に凸部３２６が立設されている。凸部３２６は、シリンダボディー３１のガイド３１６よりもシャフト２２の軸方向他端側に配置されている。
A
ピストン３３は、シリンダボディー３１のガイド３１６よりシリンダボディー３１の軸方向一端側に配置され、シャフト３２の凸部３２６は、シリンダボディー３１のガイド３１６よりシリンダボディー３１の軸方向他端側に配置されている。
The
シャフト３２の筒状部３２ａの周囲には、バネ部材３４が配置されている。本実施形態のバネ部材３４は、コイルバネにより構成されている。このバネ部材３４は、シャフト３２を該シャフト３２の軸方向の一端側、すなわち、ピストン３３側に付勢する。
A
次に、供給分配機構３０の作動について説明する。
Next, the operation of the supply and
ここでは、シャフト３２の側面に形成された第３開口部３２１がシリンダボディー３１の導入ポート３１４と対向しているものとする。
Here, it is assumed that the
インジェクタ４０から燃料ガスが噴射されると、この燃料ガスは、供給ライン５０１および配管５５２を通って供給分配機構３０の圧力ポート３１０に導入されるとともに供給ライン５０１および配管５５２を通って供給分配機構３０の導入ポート３１４へ導入される。
When the fuel gas is injected from the
このとき、燃料ガスの圧力によりピストン３３にシャフト３２の軸方向他端側に押し下げる力が加えられる。そして、この力がバネ部材３４の反力よりも大きくなると、ピストン３３はシャフト３２の軸方向他端側に押し下げられる。
At this time, a force is applied to the
これにより、シャフト３２の凸部３２６がピストン３３の当接面３３１とともにシリンダボディー３１のガイド３１６と当接して、シャフト３２が該シャフト３２の軸方向他端側に移動する。
As a result, the
このとき、ピストン３３の当接面３３１およびシリンダボディー３１のガイド３１６によりシャフト３２の凸部３２６がシャフト３２の軸周り一方向に案内され、ピストン３３はシャフト３２の軸周り一方向に回動する。
At this time, the
次に、インジェクタ４０による燃料ガスの供給がなくなると、バネ部材３４によりシャフト３２の軸方向の一端側、すなわち、ピストン３３側に付勢されたシャフト３２は、シャフト３２の軸方向の一端側に移動する。
Next, when the fuel gas supply by the
このとき、ピストン３３の当接面３３１およびシリンダボディー３１のガイド３１６によりシャフト３２の凸部３２６がシャフト３２の軸周り一方向に案内され、さらに、ピストン３３はシャフト３２の軸周り一方向に回動する。このとき、第２燃料電池スタック１０２から第２導入ポート２１２へ燃料ガスが導入されるように切り替わる。
At this time, the
図６、図７中の矢印Ｄ２に示すように、シャフト３２は、インジェクタ４０により供給される燃料ガスの噴射によりピストン３３が１往復する毎に、シャフト３２の軸周り一方向に１／３回転する。
As shown by arrows D2 in FIGS. 6 and 7, the
なお、インジェクタ４０から燃料ガスが噴射される毎に、シリンダボディー３１の導入ポート３１４と対向する先が、シャフト３２の側面に形成された開口部３２１→開口部３２２→開口部３２３の順に切り替わるとともに、シャフト３２に形成された開口部３２４と対向する先が、シリンダボディー３１の第１供給ポート３１１→第３供給ポート３１３→第２供給ポート３１２の順に切り替わる。
Each time the fuel gas is injected from the
次に、本燃料電池システムの全体の燃料ガスの流れについて説明する。本燃料電池システムは、複数の燃料電池スタック１０１〜１０３に順番に燃料ガスを流す配管５０１、５５２、５１１〜５１３、５３１〜５３３、５２１〜５２３を備えている。そして、供給分配機構３０が、導入ポート３１４と、初段の燃料電池スタックに接続された供給ポートの間を連通させたとき、排出分配機構２０は、最終段の燃料電池スタックに接続された第１導入ポートと排出ポートとの間を連通させる。
Next, the flow of fuel gas in the entire fuel cell system will be described. The fuel cell system includes
ここでは、図７に示される供給分配機構３０の導入ポート３１４と配管５１１に接続された第１供給ポート３１１とがシャフト３２の連通路３２５を介して連通しているものとする。すなわち、図１に示される配管５５２と配管５１１とが連通しているものとする。
Here, it is assumed that the
また、図３に示される排出分配機構２０の排出ポート２１４と配管５３３に接続された第３導入ポート２１３とがシャフト２２の連通路２２５を介して連通しているものとする。すなわち、図１に示される配管５３３と排出ライン５４１とが連通しているものとする。
Further, it is assumed that the
この状態で、インジェクタ４０から供給ライン５０１および配管５５２を介して供給分配機構３０の導入ポート３１４へ燃料ガスが導入されると、この燃料ガスは、配管５１１を通って第１燃料電池スタック１０１に導入される。
In this state, when fuel gas is introduced from the
ここで、排出分配機構２０の排出ポート２１４と配管５３３に接続された第３導入ポート２１３とがシャフト２２の連通路２２５を介して連通しており、第１導入ポート２１１と第２導入ポート２１２はシャフト２２により閉塞されている。
Here, the
このため、第１燃料電池スタック１０１から排出された燃料ガスは、配管５３１および配管５２１を通って第２燃料電池スタック１０２へ導入され、さらに、第２燃料電池スタック１０２へ導入された燃料ガスは配管５３２および配管５２２を通って第３燃料電池スタック１０３へ導入される。
Therefore, the fuel gas discharged from the first fuel cell stack 101 is introduced into the second fuel cell stack 102 through the
そして、第３燃料電池スタック１０３へ導入された燃料ガスは配管５３３を通って排出分配機構２０の第３導入ポート２１３へ導入される。ここで、排出分配機構２０の排出ポート２１４と配管５３３に接続された第３導入ポート２１３とがシャフト２２の連通路２２５を介して連通している。
Then, the fuel gas introduced into the third fuel cell stack 103 is introduced into the
このため、排出分配機構２０の第３導入ポート２１３へ導入された燃料ガスは、排出分配機構２０の第３導入ポート２１３から排出ライン５４１へ導入される。ここで、排出弁４０４が開弁していると、排出ライン５４１を介して燃料ガスが排出される。また、排出弁４０４が閉弁すると、排出ライン５４１から燃料ガスが排出されなくなる。
Therefore, the fuel gas introduced into the
なお、第１〜第３燃料電池スタック１０１〜１０３の内部の燃料ガスは発電により消費される。このため、第１〜第３燃料電池スタック１０１〜１０３の内部の燃料ガスの圧力は低下する。このため、周期的に、インジェクタ４０から燃料ガスを噴射させる。
The fuel gas inside the first to third fuel cell stacks 101 to 103 is consumed by power generation. Therefore, the pressure of the fuel gas inside the first to third fuel cell stacks 101 to 103 decreases. Therefore, the fuel gas is periodically injected from the
ここで、インジェクタ４０から燃料ガスが噴射されると、この燃料ガスは、供給ライン５０１および配管５５２を通って供給分配機構３０の圧力ポート３１０に燃料ガスが導入されるとともに供給ライン５０１および配管５５１を介して供給分配機構３０の導入ポート３１４へ導入される。さらに、インジェクタ４０から噴射された燃料ガスは、配管５５１を通って排出分配機構２０の圧力ポート２１０に導入される。
Here, when the fuel gas is injected from the
そして、燃料ガスの圧力により供給分配機構３０のピストン３３にシャフト３２の軸方向他端側に押し下げる力が加えられ、ピストン３３はシャフト３２をシャフト３２の軸方向他端側に押し下げる。
Then, a force for pushing down the
さらに、排出分配機構２０のピストン２３にシャフト２２の軸方向他端側に押し下げる力が加えられ、ピストン２３はシャフト２２をシャフト２２の軸方向他端側に押し下げる。
Further, a force for pushing down the
その後、インジェクタ４０からの燃料ガスの噴射を停止すると、供給分配機構３０のシャフト３２は、バネ部材３４の反力によりシャフト３２の軸方向一端側に押し上げられ、排出分配機構２０のピストン２３は、バネ部材２４の反力によりシャフト２２の軸方向一端側に押し上げられる。
After that, when the injection of the fuel gas from the
供給分配機構３０において、シャフト３２は、インジェクタ４０により供給される燃料ガスの噴射によりピストン３３が１往復すると、シャフト３２の軸周り一方向に１／３回転する。
In the supply /
したがって、供給分配機構３０の導入ポート３１４と配管５１２に接続された第２供給ポート３１２とがシャフト３２の連通路３２５を介して連通する。すなわち、配管５５２と配管５１２とが連通している。
Therefore, the
また、排出分配機構２０において、シャフト２２は、インジェクタ４０により供給される燃料ガスの噴射によりピストン２３が１往復すると、シャフト２２の軸周り一方向に１／３回転する。
Further, in the
したがって、排出分配機構２０の排出ポート２１４と配管５３１に接続された第１導入ポート２１１とがシャフト２２の連通路２２５を介して連通する。すなわち、配管５３１と排出ライン５４１とが連通する。
Therefore, the
これにより、インジェクタ４０から噴射された燃料ガスは、配管５５２→供給分配機構３０→配管５１２→第２燃料電池スタック１０２→配管５３２→配管５２２→配管５１３→第３燃料電池スタック１０３→配管５３３→配管５２３→配管５１１→第１燃料電池スタック１０１→配管５３１→排出分配機構２０→排出ライン５４１の順に流れる。
As a result, the fuel gas injected from the
そして、再度、インジェクタ４０から燃料ガスが噴射されると、この燃料ガスは、供給ライン５０１および配管５５２を介して供給分配機構３０の圧力ポート３１０に燃料ガスが導入されるとともに供給ライン５０１および配管５５２を介して供給分配機構３０の導入ポート３１４へ燃料ガスが導入される。
Then, when the fuel gas is injected from the
そして、燃料ガスの圧力によりピストン３３にシャフト３２の軸方向他端側に押し下げる力が加えられる。そして、この力がバネ部材３４の反力よりも大きくなると、ピストン３３はシャフト３２の軸方向他端側に押し下げられる。その後、インジェクタ４０からの燃料ガスの噴射を停止すると、シャフト３２は、バネ部材３４の反力によりシャフト２２の軸方向一端側に押し上げられる。
Then, a force is applied to the
供給分配機構３０において、シャフト３２は、インジェクタ４０により供給される燃料ガスの噴射によりピストン３３が１往復すると、シャフト３２の軸周り一方向に１／３回転する。
In the supply /
したがって、供給分配機構３０の導入ポート３１４と配管５１２に接続された第２供給ポート３１２とがシャフト３２の連通路３２５を介して連通する。すなわち、配管５５２と配管５１２とが連通するよう切り替わる。
Therefore, the
また、排出分配機構２０において、シャフト２２は、インジェクタ４０により供給される燃料ガスの噴射によりピストン２３が１往復すると、シャフト２２の軸周り一方向に１／３回転する。
Further, in the
したがって、排出分配機構２０の排出ポート２１４と配管５３１に接続された第１導入ポート２１１とがシャフト２２の連通路２２５を介して連通する。すなわち、配管５３１と排出ライン５４１とが連通するよう切り替わる。
Therefore, the
これにより、インジェクタ４０から噴射された燃料ガスは、配管５５２→供給分配機構３０→配管５１３→第３燃料電池スタック１０３→配管５３３→配管５２３→配管５１１→第１燃料電池スタック１０１→配管５３１→配管５２１→配管５１２→第２燃料電池スタック１０２→配管５３２→排出分配機構２０→排出ライン５４１の順に流れる。
As a result, the fuel gas injected from the
図８は、排出分配機構２０の圧力ポート２１０に導入される燃料ガスの圧力Ｐ１と、排出分配機構２０の第１〜第３導入ポート２１１へ導入される燃料ガスの圧力Ｐ２の時間変化を表した図である。
FIG. 8 shows the time change of the fuel gas pressure P1 introduced into the
図に示すように、排出分配機構２０の圧力ポート２１０に導入される燃料ガスの圧力Ｐ１は、インジェクタ４０による燃料ガスの供給の開始に伴って徐々に上昇する。また、排出分配機構２０の圧力ポート２１０に導入される燃料ガスの圧力Ｐ１の上昇に伴って排出分配機構２０の第１〜第３導入ポート２１１へ導入される燃料ガスの圧力Ｐ２も徐々に上昇する。
As shown in the figure, the fuel gas pressure P1 introduced into the
なお、排出分配機構２０の圧力ポート２１０に導入される燃料ガスの圧力Ｐ１は、排出分配機構２０の第１〜第３導入ポート２１１へ導入される燃料ガスの圧力Ｐ２よりも高い。また、排出分配機構２０の第１〜第３導入ポート２１１へ導入される燃料ガスの圧力P２は、第１〜第３燃料電池スタック１０１〜１０３を通った後の燃料ガスの圧力であるので、排出分配機構２０の圧力ポート２１０に導入される燃料ガスの圧力Ｐ１よりも遅れて変化する。
The fuel gas pressure P1 introduced into the
次に、インジェクタ４０による燃料ガスの供給が停止すると、排出分配機構２０の圧力ポート２１０に導入される燃料ガスの圧力Ｐ１は徐々に低下する。また、第１〜第３燃料電池スタック１０１〜１０３の内部の燃料ガスは発電により消費されるため、排出分配機構２０の第１〜第３導入ポート２１１へ導入される燃料ガスの圧力Ｐ２も徐々に低下する。
Next, when the supply of the fuel gas by the
次に、再度、インジェクタ４０による燃料ガスの供給が開始されると、排出分配機構２０の圧力ポート２１０に導入される燃料ガスの圧力Ｐ１および排出分配機構２０の第１〜第３導入ポート２１１へ導入される燃料ガスの圧力Ｐ２はそれぞれ徐々に上昇する。
Next, when the supply of the fuel gas by the
次に、インジェクタ４０による燃料ガスの供給が停止すると、排出分配機構２０の圧力ポート２１０に導入される燃料ガスの圧力Ｐ１は徐々に低下し、排出分配機構２０の第１〜第３導入ポート２１１へ導入される燃料ガスの圧力Ｐ２も徐々に低下する。
Next, when the supply of fuel gas by the
上記した構成によれば、燃料電池システムは、複数の燃料電池スタック１０１〜１０３からの燃料ガスを排出する排出分配機構２０を備えている。そして、排出分配機構２０は、複数の燃料電池スタック１０１〜１０３から個別に排出された燃料ガスを導入する複数の導入ポート２１１〜２１３と、複数の導入ポート２１１〜２１３に導入された燃料ガスを排出する排出ポート２１４と、複数の導入ポート２１１〜２１３と排出ポート２１４と連通する中空部２１５と、を有する筒状のシリンダボディー２１を備えている。
According to the above configuration, the fuel cell system includes an
さらに、排出分配機構２０は、シリンダボディー２１の中空部２１５に配置された同軸状のシャフト２２と、を備えている。また、シャフト２２は、第１開口部２２３と、シリンダボディー２１の排出ポート２１４を向いて開口する第２開口部２２４と、第１開口部２２３と第２開口部２２４とを連通する連通路２２５と、を有し、シャフト２２の軸周り方向に回動する。
Further, the
また、シャフト２２の第１開口部２２３は、シャフト２２の軸周り方向の回動に伴ってシリンダボディー２１に形成された複数の導入ポート２１１〜２１３のうちの１つと対向する。
Further, the first opening 223 of the
したがって、１つの排出分配機構で複数の燃料電池スタックに燃料ガスを分配することができるので、特許文献１に記載されたシステムのように２つの燃料排出分配機構を備える必要がなく、システムを小型化することができる。
Therefore, since the fuel gas can be distributed to a plurality of fuel cell stacks by one emission distribution mechanism, it is not necessary to provide two fuel emission distribution mechanisms as in the system described in
また、燃料電池システムは、シャフト２２を該シャフト２２の軸方向の一端側に付勢するバネ部材２４と、シャフト２２の軸方向の一端側に配置されたピストン２３と、を備えている。また、シャフト２２は、側面に立設された凸部２２２を有し、ピストン２３は、シャフト２２の凸部２２２と当接して凸部２２２をシャフト２２の軸方向の他端側に移動させる当接面２３１を有している。また、シリンダボディー２１は、ピストン２３の当接面２３１とともにシャフト２２の凸部２２２と当接してシャフト２２を該シャフト２２の軸周り方向に回動させるガイド２１６を有している。また、シャフト２２の第１開口部２２３は、シャフト２２の軸方向の移動およびシャフト２２の軸周り方向の回動に伴ってシリンダボディー２１に形成された複数の導入ポート２１１〜２１３のうちの１つと対向する。
Further, the fuel cell system includes a
したがって、ピストン２３でシャフト２２の凸部２２２をシャフト２２の軸方向に移動させることで、シャフト２２を該シャフト２２の軸周り方向に回動させることができ、容易にシャフト２２の第１開口部２２３をシリンダボディー２１に形成された複数の導入ポート２１１〜２１３のうちの１つと対向させることができる。
Therefore, by moving the
また、燃料電池システムにおいて、シリンダボディー２１は、複数の燃料電池スタック１０１〜１０３に燃料ガスを供給するインジェクタ４０から燃料ガスが供給される圧力ポート２１０を有している。また、ピストン２３は、インジェクタ４０から圧力ポート２１０に供給される燃料ガスの圧力を受けてシャフト２２の凸部２２２をシャフト２２の軸方向の他端側に移動させる。
Further, in the fuel cell system, the
これによれば、インジェクタ４０から供給される燃料ガスの圧力を利用してシャフト２２の凸部２２２をシャフト２２の軸方向の他端側に移動させて、シャフト２２をシャフト２２の軸周り方向に回動させることができる。また、インジェクタ４０から噴射される燃料ガスの圧力変化に伴う脈動に合わせて、シャフト２２をシャフト２２の軸周り方向に回動させることができる。
According to this, the
また、燃料電池システムにおいて、シャフト２２は、ピストン２３がシャフト２２の軸方向に往復移動する毎にシャフト２２の軸周りの一方向に所定角度回動し、シャフト２２の第１開口部２２３は、シャフト２２がシャフト２２の軸周りの一方向に所定角度回動する毎に、シリンダボディー２１に形成された複数の導入ポート２１１〜２１３のうちの１つと順次対向する。
Further, in the fuel cell system, the
このように、ピストン２３をシャフト２２の軸方向に往復移動させる毎にシャフト２２の軸周りの一方向に所定角度回動させ、シャフト２２の第１開口部２２３を、シリンダボディー２１に形成された複数の導入ポート２１１〜２１３のうちの１つと順次対向させることができるので、複雑な制御を不要とすることができる。
In this way, each time the
なお、供給分配機構３０と排出分配機構２０を区別するため、排出分配機構２０において、導入ポートを第１導入ポート、シリンダボディーを第１シリンダボディー、バネ部材を第１バネ部材、シャフトを第１シャフト、ピストンを第１ピストンとすることができる。
In order to distinguish between the
そして、燃料電池システムは、さらに、複数の燃料電池スタックに燃料ガスを供給する供給分配機構３０を備えている。供給分配機構３０は、燃料ガスを導入する導入ポート３１４と、導入ポート３１４に導入された燃料ガスを複数の燃料電池スタック１０１〜１０３に分配して供給する複数の供給ポート３１１〜３１３と、導入ポート３１４と複数の供給ポート３１１〜３１３を連通する中空部３１５と、を有する筒状の第２シリンダボディー３１を備えている。
The fuel cell system further includes a
さらに、供給分配機構３０は、第２シリンダボディー３１の中空部に移動可能に配置された同軸状の第２シャフト３２と、第２シャフト３２を該第２シャフト３２の軸方向の一端側に付勢する第２バネ部材３４と、第２シャフト３２の軸方向の一端側に配置された第２ピストン３３と、を備えている。
Further, the supply /
第２シャフト３２は、複数の第３開口部３２１〜３２３と、複数の第３開口部３２１〜３２３と連通するとともに第２シリンダボディー３１の複数の供給ポート３１１〜３１３のうちの１つと対向して配置される第４開口部３２４と、側面に立設された凸部３２６と、を有している。
The
また、第２ピストン３３は、第２シャフト３２の凸部３２６と当接して凸部３２６を第２シャフト３２の軸方向の他端側に付勢する当接面３３１を有し、第２シリンダボディー３１は、第２ピストン３３の当接面３３１とともに第２シャフト３２の凸部３２６と当接して第２シャフト３２を該第２シャフト３２の軸周り方向に回動させるガイド３１６を有している。
Further, the
そして、シャフト３２の軸方向および軸周り方向の回動に伴って、シャフト３２の第４開口部３２４が第２シリンダボディー３１の複数の供給ポート３１１〜３１３のうちの１つと対向するとともに、シャフト３２の第３開口部３２１〜３２３のうちの１つが第２シリンダボディー３１に形成された導入ポート３１４と対向する。
Then, as the
このように、１つの供給分配機構で複数の燃料電池スタックに燃料ガスを供給することができる。 In this way, one supply and distribution mechanism can supply fuel gas to a plurality of fuel cell stacks.
また、複数の燃料電池スタック１０１〜１０３に順番に燃料ガスを流す配管５０１、５５２、５１１〜５１３、５３１〜５３３、５２１〜５２３を備え、供給分配機構３０が、導入ポート３１４と、初段の燃料電池スタックに接続された供給ポートの間を連通させたとき、排出分配機構２０は、最終段の燃料電池スタックに接続された第１導入ポートと排出ポートとの間を連通させる。
Further,
これにより、全ての燃料電池スタック１０１〜１０３に燃料ガスを循環させることができ、燃料電池スタック１０１〜１０３内の不純物を効率的に排出することができる。 As a result, the fuel gas can be circulated through all the fuel cell stacks 101 to 103, and the impurities in the fuel cell stacks 101 to 103 can be efficiently discharged.
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムについて図９を用いて説明する。図９は、本実施形態の係る燃料電池システムの排出分配機構２０の断面図である。上記第１実施形態の排出分配機構２０は、シャフト２２において連通路２２５が形成された筒状部２２ａの周囲にバネ部材２４が配置されている。これに対し、本実施形態の排出分配機構２０は、シャフト２２に形成された第１開口部２２１と第２開口部２２４の間を連通する連通路２２５よりもピストン２３側にバネ部材２４が配置されている。
(Second Embodiment)
The fuel cell system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view of the
このような構成によれば、シャフト２２に形成された第１開口部２２１と第２開口部２２４の間を連通する連通路２２５の通路断面積を大きくすることが可能である。
According to such a configuration, it is possible to increase the passage cross-sectional area of the
本実施形態では、上記第１実施形態と共通の構成から奏される同様の効果を上記第１実施形態と同様に得ることができる。 In the present embodiment, the same effect obtained from the same configuration as that of the first embodiment can be obtained in the same manner as that of the first embodiment.
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムについて図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態の燃料電池システムの排出分配機構２０の部分断面図である。
(Third Embodiment)
The fuel cell system according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a partial cross-sectional view of the
上記第１実施形態の排出分配機構２０は、上記第１実施形態の排出分配機構２０は、ピストン２３が１往復する毎に、シャフト２２の軸周り一方向に１／３回転する。また、上記第１実施形態の排出分配機構２０は、ピストン２３の当接面２３１が、筒状部２３３の軸周りの所定角度おきに山状および谷状に交互に繰り返す形状を成している。また、シリンダボディー２１のガイド２１６におけるシャフト２２の凸部２２２側の面が、シャフト２２の軸周りの所定角度おきに山状および谷状に交互に繰り返す形状を成している。
In the
そして、図２中において、ピストン２３の当接面２３１の山状の頂部と、シリンダボディー２１のガイド２１６におけるシャフト２２の凸部２２２側の面の谷部の谷底部が上下に配置されるよう構成されている。
Then, in FIG. 2, the mountain-shaped top of the
これに対し、本実施形態の排出分配機構２０は、また、上記第１実施形態の排出分配機構２０は、ピストン２３が１往復する毎に、シャフト２２の軸周り一方向に１／３回転する。
On the other hand, the
また、本実施形態の排出分配機構２０は、図１０に示すように、ピストン２３の当接面２３１の谷部の谷底部と、シリンダボディー２１のガイド２１６におけるシャフト２２の凸部２２２側の面の山状の頂部が上下に配置されるよう構成されている。
Further, as shown in FIG. 10, the
本実施形態のような構成としても、上記第１実施形態と同様に、シャフト２２を該シャフト２２の軸周り方向に回動させることができる。
Even with the configuration like the present embodiment, the
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る燃料電池システムについて図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態の燃料電池システムの排出分配機構２０の部分断面図である。上記第３実施形態の排出分配機構２０は、ピストン２３の当接面２３１が、筒状部２３３の軸周りの所定角度おきに山状および谷状に交互に繰り返す形状を成しており、山状および谷状の部分は角部を有している。さらに、シリンダボディー２１のガイド２１６におけるシャフト２２の凸部２２２側の面が、シャフト２２の軸周りの所定角度おきに山状および谷状に交互に繰り返す形状を成しており、山状および谷状の部分は角部を有している。
(Fourth Embodiment)
The fuel cell system according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a partial cross-sectional view of the
これに対し、本実施形態の排出分配機構２０は、図１１に示すように、ピストン２３の当接面２３１の山状および谷状の部分が丸みを帯びている。すなわち、当接面２３１の山状および谷状の部分が緩やかな曲面形状となっている。
On the other hand, in the
また、シリンダボディー２１のガイド２１６におけるシャフト２２の凸部２２２側の面の山状および谷状の部分が丸みを帯びている。すなわち、ガイド２１６におけるシャフト２２の凸部２２２側の面の山状および谷状の部分が緩やかな曲面形状となっている。
Further, the mountain-shaped and valley-shaped portions of the surface of the
このように、ピストン２３の当接面２３１の山状および谷状の部分を緩やかな曲面形状とし、シリンダボディー２１のガイド２１６におけるシャフト２２の凸部２２２側の面の山状および谷状の部分を緩やかな曲面形状とすることもできる。
In this way, the mountain-shaped and valley-shaped portions of the
（他の実施形態）
（１）上記第１〜第２実施形態では、ピストン２３が１往復する毎に、シャフト２２の軸周り一方向に１／３回転し、上記第３〜第４実施形態では、ピストン２３が１往復する毎に、シャフト２２の軸周り一方向に１／２回転するよう構成されている。
(Other embodiments)
(1) In the first to second embodiments, each time the
しかし、ピストン２３が１往復したときのシャフト２２の回転角は、上記実施形態に記載されたものに限定されるものではない。例えば、ピストン２３が１往復する毎に、シャフト２２の軸周り一方向に１／４回転するよう構成してもよく、ピストン２３が１往復する毎に、シャフト２２の軸周り一方向に１／６回転するよう構成することもできる。
However, the rotation angle of the
（２）上記各実施形態では、インジェクタ４０より噴射される燃料ガスの圧力でピストン２３をシャフト２２の軸方向他端側に移動させるよう構成したが、燃料ガスの圧力以外の力でピストン２３をシャフト２２の軸方向他端側に移動させるよう構成してもよい。
(2) In each of the above embodiments, the
（３）上記各実施形態では、バネ部材２４およびバネ部材３４をコイルバネにより構成したが、コイルバネ以外の部材を用いてバネ部材２４およびバネ部材３４を構成してもよい。
(3) In each of the above embodiments, the
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified within the scope of the claims. Further, the above-described embodiments are not unrelated to each other, and can be appropriately combined unless the combination is clearly impossible. Further, in each of the above embodiments, it goes without saying that the elements constituting the embodiment are not necessarily essential except when it is clearly stated that they are essential and when they are clearly considered to be essential in principle. No. Further, in each of the above embodiments, when numerical values such as the number, numerical values, amounts, and ranges of the constituent elements of the embodiment are mentioned, when it is clearly stated that they are particularly essential, and in principle, the number is clearly limited to a specific number. It is not limited to the specific number except when it is done. In addition, in each of the above embodiments, when referring to the material, shape, positional relationship, etc. of the components, etc., except when specifically specified or when the material, shape, positional relationship, etc. are limited in principle. , The material, shape, positional relationship, etc. are not limited.
１０１〜１０３ 燃料電池スタック
２０ 排出分配機構
２１ シリンダボディー
２２ シャフト
２２３ 第１開口部
２２４ 第２開口部
２２５ 連通路
２３ ピストン
２３１ 当接面
２４ バネ部材
２１０ 圧力ポート
２１１〜２１３ 第１〜第３導入ポート
２１４ 排出ポート
２１５ 中空部
２１６ ガイド
３０ 供給分配機構
101-103
Claims (6)
複数の燃料電池スタック（１０１〜１０３）と、前記複数の燃料電池スタックからの燃料ガスを排出する排出分配機構（２０）と、を備え、
前記排出分配機構は、
前記複数の燃料電池スタックから個別に排出された前記燃料ガスを導入する複数の導入ポート（２１１〜２１３）と、前記複数の導入ポートに導入された前記燃料ガスを排出する排出ポート（２１４）と、前記複数の導入ポートと前記排出ポートと連通する中空部（２１５）と、を有する筒状のシリンダボディー（２１）と、
前記シリンダボディーの前記中空部に配置された同軸状のシャフト（２２）と、を備え、
前記シャフトは、第１開口部（２２３）と、前記シリンダボディーの前記排出ポートを向いて開口する第２開口部（２２４）と、前記第１開口部と前記第２開口部とを連通する連通路（２２５）と、を有し、前記シャフトの軸周り方向に回動し、
前記シャフトの前記第１開口部は、前記シャフトの軸周り方向の回動に伴って前記シリンダボディーに形成された前記複数の導入ポートのうちの１つと対向する燃料電池システム。 It ’s a fuel cell system,
A plurality of fuel cell stacks (101 to 103) and an emission distribution mechanism (20) for discharging fuel gas from the plurality of fuel cell stacks are provided.
The emission distribution mechanism
A plurality of introduction ports (121 to 213) for introducing the fuel gas individually discharged from the plurality of fuel cell stacks, and an discharge port (214) for discharging the fuel gas introduced into the plurality of introduction ports. , A tubular cylinder body (21) having a hollow portion (215) communicating with the plurality of introduction ports and the discharge port.
A coaxial shaft (22) arranged in the hollow portion of the cylinder body is provided.
The shaft communicates with a first opening (223), a second opening (224) that opens toward the discharge port of the cylinder body, and the first opening and the second opening. It has a passage (225) and rotates in the axial direction of the shaft.
A fuel cell system in which the first opening of the shaft faces one of the plurality of introduction ports formed in the cylinder body as the shaft rotates in the axial direction.
前記シャフトの軸方向の一端側に配置されたピストン（２３）と、を備え、
前記シャフトは、側面に立設された凸部（２２２）を有し、
前記ピストンは、前記シャフトの前記凸部と当接して前記凸部を前記シャフトの軸方向の他端側に移動させる当接面（２３１）を有し、
前記シリンダボディーは、前記ピストンの前記当接面とともに前記シャフトの前記凸部と当接して前記シャフトを該シャフトの軸周り方向に回動させるガイド（２１６）を有し、
前記シャフトの前記第１開口部は、前記シャフトの軸方向の移動および前記シャフトの軸周り方向の回動に伴って前記シリンダボディーに形成された前記複数の導入ポートのうちの１つと対向する請求項１に記載の燃料電池システム。 A spring member (24) that urges the shaft to one end side in the axial direction of the shaft,
A piston (23) arranged on one end side in the axial direction of the shaft is provided.
The shaft has a convex portion (222) erected on the side surface.
The piston has a contact surface (231) that comes into contact with the convex portion of the shaft and moves the convex portion to the other end side in the axial direction of the shaft.
The cylinder body has a guide (216) that abuts with the convex portion of the shaft together with the contact surface of the piston to rotate the shaft in the axial direction of the shaft.
The first opening of the shaft faces one of the plurality of introduction ports formed in the cylinder body as the shaft moves in the axial direction and rotates in the axial direction of the shaft. Item 1. The fuel cell system according to item 1.
前記ピストンは、前記インジェクタから前記圧力ポートに供給される前記燃料ガスの圧力を受けて前記シャフトの前記凸部を前記シャフトの軸方向の他端側に移動させる請求項２に記載の燃料電池システム。 The cylinder body has a pressure port (210) to which the fuel gas is supplied from an injector that supplies the fuel gas to the plurality of fuel cell stacks.
The fuel cell system according to claim 2 , wherein the piston receives the pressure of the fuel gas supplied from the injector to the pressure port and moves the convex portion of the shaft to the other end side in the axial direction of the shaft. ..
前記シャフトの前記第１開口部は、前記シャフトが前記シャフトの軸周りの一方向に所定角度回動する毎に、前記シリンダボディーに形成された前記複数の導入ポートのうちの１つと順次対向する請求項２または３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 Each time the piston reciprocates in the axial direction of the shaft, the shaft rotates by a predetermined angle in one direction around the shaft of the shaft.
The first opening of the shaft sequentially faces one of the plurality of introduction ports formed in the cylinder body each time the shaft rotates by a predetermined angle in one direction around the axis of the shaft. The fuel cell system according to any one of claims 2 or 3.
前記複数の燃料電池スタックに前記燃料ガスを供給する供給分配機構（３０）を備え、
前記供給分配機構は、前記燃料ガスを導入する第２導入ポート（３１５）と、前記第２導入ポートに導入された前記燃料ガスを前記複数の燃料電池スタック（１０１〜１０３）に分配して供給する複数の供給ポート（３１１〜３１３）と、前記第２導入ポートと前記複数の供給ポートを連通する中空部（３１５）と、を有する筒状の第２シリンダボディー（３１）と、
前記第２シリンダボディーの前記中空部に配置された同軸状の第２シャフト（３２）と、
前記第２シャフトを該第２シャフトの軸方向の一端側に付勢する第２バネ部材（３４）と、
前記第２シャフトの軸方向の一端側に配置された第２ピストン（３３）と、を備え、前記第２シャフトは、複数の第３開口部（３２１〜３２３）と、前記複数の第３開口部と連通するとともに前記第２シリンダボディーの前記複数の供給ポートのうちの１つと対向して配置される第４開口部（３２４）と、側面に立設された凸部（３２６）と、を有し、
前記第２ピストンは、前記第２シャフトの前記凸部と当接して前記凸部を前記第２シャフトの軸方向の他端側に付勢する当接面（３３６）を有し、
前記第２シリンダボディーは、前記第２ピストンの前記当接面とともに前記第２シャフトの前記凸部と当接して前記第２シャフトを該第２シャフトの軸周り方向に回動させるガイド（３１４）を有し、
前記シャフトの軸方向および軸周り方向の回動に伴って、前記シャフトの前記第４開口部が前記第２シリンダボディーの前記複数の供給ポートのうちの１つと対向するとともに、前記シャフトの前記複数の第３開口部のうちの１つが前記シリンダボディーに形成された前記導入ポートと対向する請求項２ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 The introduction port is a first introduction port, the cylinder body is a first cylinder body, the spring member is a first spring member, the shaft is a first shaft, and the piston is a first piston. ,
A supply distribution mechanism (30) for supplying the fuel gas to the plurality of fuel cell stacks is provided.
The supply / distribution mechanism distributes and supplies the fuel gas introduced into the second introduction port (315) and the fuel gas introduced into the second introduction port to the plurality of fuel cell stacks (101 to 103). a plurality of supply ports (311 to 313), a hollow portion communicating with said plurality of supply ports and the second inlet port (315), a cylindrical second cylinder body over with (31),
With the coaxial second shaft (32) arranged in the hollow portion of the second cylinder body,
A second spring member (34) that urges the second shaft to one end side in the axial direction of the second shaft, and
A second piston (33) arranged on one end side in the axial direction of the second shaft is provided, and the second shaft has a plurality of third openings (321 to 223) and the plurality of third openings. A fourth opening (324) that communicates with the portion and is arranged so as to face one of the plurality of supply ports of the second cylinder body, and a convex portion (326) that is erected on the side surface. Have and
The second piston has a contact surface (336) that abuts on the convex portion of the second shaft and urges the convex portion to the other end side in the axial direction of the second shaft.
The second cylinder body abuts on the convex portion of the second shaft together with the contact surface of the second piston to rotate the second shaft in the axial direction of the second shaft (314). Have,
As the shaft rotates in the axial direction and the axial direction, the fourth opening of the shaft faces one of the plurality of supply ports of the second cylinder body, and the plurality of the shafts face the plurality of supply ports. The fuel cell system according to any one of claims 2 to 4, wherein one of the third openings of the above faces the introduction port formed in the cylinder body.
前記供給分配機構が、前記第２導入ポートと、初段の前記燃料電池スタックに接続された前記供給ポートとの間を連通させたとき、
前記排出分配機構は、最終段の前記燃料電池スタックに接続された前記第１導入ポートと前記排出ポートとの間を連通させる請求項５に記載の燃料電池システム。 The plurality of fuel cell stacks are provided with pipes (501, 552, 511-513, 513-533, 521-523) for sequentially flowing the fuel gas.
When the supply distribution mechanism communicates between the second introduction port and the supply port connected to the fuel cell stack in the first stage,
The fuel cell system according to claim 5, wherein the emission distribution mechanism communicates between the first introduction port connected to the fuel cell stack in the final stage and the emission port.
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