JP5112757B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

この発明は、燃料電池システムに関するものである。

燃料電池システムにおいては、燃料電池から排出される余剰燃料ガスを有効利用するため、この余剰燃料ガスを、燃料ガス供給源から供給される新鮮な燃料ガスに混合して燃料電池に供給することが知られている。
このように余剰燃料ガスを循環させると、循環路内において不純物や水分の濃度が上昇し、発電性能低下の原因になる。そのため、前述のように余剰燃料ガスを循環させる場合には、循環路から分岐した排出流路の排出弁を適宜のタイミングで開き、余剰燃料ガスを外部に排出することにより、前記不純物や水分の濃度を低減させている（例えば、引用文献１参照）。以下、この排出弁を開いて循環路から余剰燃料ガスを排出する操作をパージ操作と称す。

前記余剰燃料ガスを、燃料ガス供給源から供給される新鮮な燃料ガスに混合する手段の一つとしてエゼクタがある（例えば、引用文献２参照）。エゼクタは、燃料ガスをノズルから噴射した際に発生する負圧で余剰燃料ガスを吸い込み、ノズルから噴射された燃料ガスと混合し、送り出すものである。

また、燃料電池システムでは、停止中における凍結防止や低温起動性の向上のため、停止時等に掃気ガスを燃料電池のアノード側およびカソード側に供給し、掃気ガスで燃料電池システム内の水分を排出する掃気運転を行うことが知られている（例えば、特許文献３参照）。
特許第３６３４２５３号公報 特開２００２−５６８７０号公報 特開２００７−７３３２８号公報

ところで、前記エゼクタを用いて余剰燃料ガスの循環路を構成した場合には、燃料電池へ燃料ガスを供給中にパージ操作をするために前記排出弁を開いたときに、燃料ガス供給源からエゼクタに導入された新鮮な燃料ガスがエゼクタから循環路に逆流して排出弁から外部へ排出されないようにする必要がある。この対策として、従来は、循環路においてエゼクタの上流側に、循環路をエゼクタに向かってガスが流れ入るのを許容し、その逆の方向にガスが流れ出るのを阻止する逆止弁を設置していた。

このように逆止弁を配置すると、掃気ガスを燃料電池のアノード側に導入するときにも、掃気ガスが燃料電池を迂回して排出弁へ向かって流れるのを阻止することも可能となる。

しかしながら、このように循環路におけるエゼクタの上流側に逆止弁を設置した場合には、燃料電池から排出される余剰燃料ガスは発電によって生じた生成水を含んでいることから、この水分が逆止弁およびその周囲に付着し、低温環境下において逆止弁が凍結して流路を閉塞する虞がある。
かといって、この逆止弁を凍結し難い構造にするなど凍結対策を施すと、逆止弁の大型化を招き、配置上の制約を受けるなど、新たな課題が生じる。

そこで、この発明は、簡単な構成ながら、凍結による流路閉塞が起こり難い燃料電池システムを提供するものである。

この発明に係る燃料電池システムでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、燃料ガス供給源（例えば、後述する実施例における水素タンク２１）から燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池１）のアノード極へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給路（例えば、後述する実施例におけるアノードガス供給流路２３）と、前記燃料電池から排出される余剰燃料ガスを、前記燃料ガス供給源からの燃料ガスと混合し、前記燃料電池に再供給するエゼクタ（例えば、後述する実施例におけるエゼクタ５０）を備えた燃料ガス循環路（例えば、後述する実施例における燃料ガス循環路３０）と、前記燃料電池から排出される余剰燃料ガスを前記燃料ガス循環路から外部に排出する排出弁（例えば、後述する実施例における排出弁３１）を有する燃料排ガス排出路（例えば、後述する実施例におけるアノードオフガス排出流路３３）と、酸化剤ガス供給源（例えば、後述する実施例におけるコンプレッサ７）から前記燃料電池のカソード極へ酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給路（例えば、後述する実施例におけるカソードガス供給流路９）と、前記酸化剤ガス供給路に設けられ前記酸化剤ガス供給源からの酸化剤ガスを加湿する加湿器（例えば、後述する実施例における加湿器１１）と、前記加湿器よりも上流側の前記酸化剤ガス供給路から分岐され、前記酸化剤ガス供給源からの酸化剤ガスを掃気ガスとして前記燃料ガス供給路に導入可能とする掃気導入弁（例えば、後述する実施例における掃気導入弁４１）を有する掃気導入路（例えば、後述する実施例における掃気導入路４３）と、を備え、前記掃気導入路と前記燃料ガス供給路との合流部（例えば、後述する実施例における第２バッファ室８３）を前記エゼクタの下流に配置し、前記エゼクタにおけるディフューザ（例えば、後述する実施例におけるディフューザ５１）の外周面の径方向外側に前記ディフューザ（５１）と同軸にディフューザカバー（例えば、後述する実施例におけるディフューザカバー８０）を設け、前記ディフューザカバーの周方向における所定角度位置に前記掃気導入路に連なる掃気ガス導入孔（例えば、後述する実施例における掃気ガス導入孔８６）を設け、前記ディフューザと前記ディフューザカバーの間に、前記掃気ガス導入孔と前記燃料ガス供給路とを連通し、前記合流部として機能するバッファ室（例えば、後述する実施例における第２バッファ室８３）を形成し、前記バッファ室（８３）における前記掃気ガスの流れ方向に対して前記掃気ガス導入孔（８６）よりも下流側に前記ディフューザの出口側の先端を配置し、前記ディフューザの出口側の先端面（例えば、後述する実施例における先端面５９）は上方よりも下方が下流側に突き出る傾斜面に形成し、前記掃気導入路と前記掃気ガス導入孔と前記バッファ室とを介して前記燃料ガス供給路に導入される前記掃気ガスが前記エゼクタ側へ向かって流れることを阻止するリード弁からなる逆止弁（例えば、後述する実施例における逆止弁２７）を、前記エゼクタと前記合流部との間である前記ディフューザの前記先端面に設け、前記逆止弁の支持部（例えば、後述する実施例における支持部２７ａ）を前記ディフューザの前記先端面の上端部に固定し、前記逆止弁の自由端部（例えば、後述する実施例における自由端部２７ｂ）を前記ディフューザの前記先端面に対して当接離反可能にし、前記エゼクタにおけるノズル（例えば、後述する実施例におけるノズル５２）から前記ディフューザに向けて燃料ガスを噴射した際に発生する負圧により、前記燃料電池から前記燃料ガス循環路に排出された余剰燃料ガスが前記ディフューザ内に吸い込まれるように、前記燃料ガス循環路の圧力損失よりも大きな前記負圧が発生するように前記エゼクタの仕様を設定したことを特徴とする。
このように構成することにより、逆止弁がエゼクタと合流部の間である前記ディフューザの前記先端面に設けられているので、掃気運転時に掃気ガスとしての酸化剤ガスがエゼクタを逆流し燃料電池をバイパスして流れるのを、この逆止弁によって阻止することができる。
また、逆止弁は、発電運転時には水分量の少ないガス（燃料ガスと余剰燃料ガスの混合ガス）に晒され、アノード極側の掃気運転時には加湿器を迂回した水分量の少ない掃気ガスに晒されるので、逆止弁およびその周囲への水分付着を抑制することができ、燃料電池の停止中に氷点下になったとしても逆止弁を凍結させ難くすることができる。

また、前述のようにエゼクタの仕様が設定されているので、燃料ガスをエゼクタに供給しているときに、供給した燃料ガスが燃料電池に供給されず燃料ガス循環路を逆流する方向に流れるのを防止することができる。

さらに、前記逆止弁は前記エゼクタのディフューザの先端面に設けられているので、エゼクタと逆止弁のユニット化が可能になる。

請求項１に係る発明によれば、アノード極側の掃気運転時に掃気ガスとしての酸化剤ガスが燃料電池をバイパスして流れるのを阻止することができ、燃料電池のアノード極側を確実に掃気することができる。また、逆止弁を凍結させ難くすることができ、燃料ガスの通路閉塞を防止して、低温起動性が向上する。
また、発電運転時およびパージ操作時に、燃料ガスおよび余剰燃料ガスを確実に燃料電池に供給することができる。
さらに、エゼクタと逆止弁のユニット化が可能になるので、燃料電池システムが簡略になる。

以下、この発明に係る燃料電池システムの実施例を図１から図３の図面を参照して説明する。なお、この実施例における燃料電池システムは燃料電池車両に搭載され、走行用モータの電力源などに用いられる態様である。
図１を参照して燃料電池システムの概略構成を説明する。
燃料電池１は、反応ガスを化学反応させて電力を得るタイプのもので、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノード極とカソード極とで両側から挟み込んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側にアノードガス流路３とカソードガス流路５を備えてなるセルを複数積層して構成されており、アノードガス流路３にアノードガス（燃料ガス）として水素ガスを供給し、カソードガス流路５にカソードガス（酸化剤ガス）として酸素を含む空気を供給すると、アノード極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソード極まで移動し、カソード極で酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。カソード側で生じた生成水の一部は固体高分子電解質膜を透過してアノード側に逆拡散するため、アノード側にも生成水が存在する。なお、図１では、単一のセルのアノードガス流路３とカソードガス流路５を代表して示している。

カソードガス（空気）はスーパーチャージャーなどのコンプレッサ（酸化剤ガス供給源）７により所定圧力に加圧され、カソードガス供給流路（酸化剤ガス供給路）９、加湿器１１を通って燃料電池１のカソードガス流路５に供給される。燃料電池１に供給されたカソードガスは発電に供された後、燃料電池１からカソード側の生成水と共にカソードオフガスとしてカソードオフガス流路１３に排出され、加湿器１１を通り、背圧弁１５を介して希釈装置３５に導入される。加湿器１１は例えば水透過膜を備えて構成されており、水透過膜を間に挟んでカソードガスとカソードオフガスを流通させることにより、カソードオフガスに含まれる水分が水透過膜を透過してカソードガスに移動し、カソードガスが加湿される。

一方、水素タンク（燃料ガス供給源）２１から供給されるアノードガス（水素ガス）は、アノードガス供給流路（燃料ガス供給路）２３、遮断弁２５、レギュレータ２６、熱交換器２８、エゼクタ５０、逆止弁２７を通って燃料電池１のアノードガス流路３に供給される。その際、レギュレータ２６は水素タンク２１から供給される高圧のアノードガスを所定圧力に減圧し、熱交換器２８はアノードガスの温度を所定温度範囲に制御する。そして、消費されなかったアノードガスは、燃料電池１からアノードオフガス（余剰燃料ガス）として排出され、アノードオフガス流路２９を通ってエゼクタ５０に吸引され、水素タンク２１から供給される新鮮なアノードガスと合流し再び燃料電池１のアノードガス流路３に供給される。すなわち、燃料電池１から排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス流路２９、エゼクタ５０、逆止弁２７、および逆止弁２７よりも下流のアノードガス供給流路２３を通って、燃料電池１を循環する。この実施例において、エゼクタ５０と、エゼクタ５０よりも下流のアノードガス供給流路２３と、アノードオフガス流路２９は、燃料ガス循環路３０を構成する。
逆止弁２７は、エゼクタ５０から燃料電池１へ向かう方向にガスが流通するのを許可し、その逆、つまり燃料電池１からエゼクタ５０へ向かう方向にガスが流通するのを阻止する。なお、この実施例においては、逆止弁２７はエゼクタ５０に組み込まれてユニット化されている。これについては後で詳述する。

アノードオフガス流路２９からは、排出弁３１を備えたアノードオフガス排出流路（燃料排ガス排出路）３３が分岐している。排出弁３１は燃料電池１の発電時においては通常は閉じており、所定のパージ条件が満たされたときに開いてアノードオフガスを希釈装置３５に導入する。そして、アノードオフガスは希釈装置３５において背圧弁１５から排出されるカソードオフガスによって希釈される。

また、加湿器１１よりも上流側のカソードガス供給流路９と、エゼクタ５０および逆止弁２７よりも下流のアノードガス供給流路２３とは、掃気導入弁４１を備えた掃気導入路４３によって接続されている。掃気導入弁４１は燃料電池１を発電運転する時には閉じている。

この燃料電池システムでは、低温始動性を確保するために、例えば外気温が所定温度以下になるなど、燃料電池１の発電停止時あるいは発電停止中に所定の条件を満足したときに、反応ガスが流通していた流路にコンプレッサ７を運転してカソードガス（空気）を流通させ、該流路内の水分を流路外へ排出する掃気運転が行われる。
掃気にはカソード側の掃気とアノード側の掃気があり、これらを順番に行うこともできるし、両方同時に行うこともできる。

カソード側の掃気は、背圧弁１５を開き、コンプレッサ７を運転して行う。これにより、掃気ガスとしてのカソードガス（空気）がカソードガス供給流路９、加湿器１１を通って燃料電池１のカソードガス流路５を流れ、さらにカソードオフガス流路１３に排出され、加湿器１１、背圧弁１５を通って、希釈装置３５に排出される。このようにして、カソードガスが流通していた流路をカソードガスで掃気することができる。

アノード側の掃気は、排出弁３１と掃気導入弁４１を開き、コンプレッサ７を運転して行う。これにより、加湿器１１を迂回した乾燥したカソードガス（空気）が、掃気導入路４３を介して、アノードガス供給流路２３に導入される。そして、アノードガス供給流路２３に導入されたカソードガスは、燃料電池１のアノードガス流路３を通ってアノードオフガス流路２９に排出され、排出弁３１およびアノードオフガス排出流路３３を通って希釈装置３５に排出される。このようにして、アノードガスおよびアノードオフガスが流通していた流路をカソードガスで掃気することができる。

次に、エゼクタ５０の構成を図２を参照して説明する。エゼクタ５０は、ディフューザー５１と、ディフューザ５１の内部に配置されたノズル５２と、ノズル５２の内部に配置されたニードル５３と、を備えて構成されている。このエゼクタ５０のディフューザ５１の外側にはディフューザカバー８０が装着されている。

ディフューザ５１とディフューザカバー８０は同軸に配置されており、ディフューザカバー８０の先端８１はディフューザ５１の先端よりも下流側に突出し、後端はディフューザ５１により閉塞されている。ディフューザカバー８０の内周面とディフューザ５１の外周面の間には、上流側に第１バッファ室８２が、下流側に第２バッファ室８３が、互いに軸線方向に離間して設けられている。第２バッファ室８３はディフューザカバー８０の先端８１で開口する出口開口８４に連なっている。また、ディフューザカバー８０には、第１バッファ室８２に連なる副流導入孔８５と、第２バッファ室８３に連なる掃気ガス導入孔８６が、径方向に貫通して設けられている。副流導入孔８５には前記アノードオフガス流路２９を介して、燃料電池１から排出されたアノードオフガスが導入可能であり、掃気ガス導入孔８６には、前記掃気導入路４３を介して、掃気ガスとしてのカソードガスが導入可能である。

ディフューザー５１には、その下流側で軸線方向に貫通する流体通路５５が形成されている。流体通路５５は、その途中に内径が最小となるスロート部５６を有し、このスロート部５６よりも上流側には上流方向に進むにしたがって漸次連続的に拡径する内周面を有する絞り部５７が連なり、スロート部５６よりも下流側には下流方向に進むにしたがって漸次連続的に拡径する内周面を有する拡径部５８が連なっている。

ディフューザー５１の先端面５９は上方よりも下方が下流側に突き出る傾斜面に形成されており、この先端面５９にリード弁からなる前記逆止弁２７が設置されている。逆止弁２７はその支持部２７ａがディフューザ５１の先端面５９の上端部に固定され、逆止弁２７の自由端部２７ｂが先端面５９に対して当接離反可能にされている。つまり、ディフューザ５１の先端面５９に開口する出口開口（ディフューザ出口部）７２は、逆止弁２７によって開閉される。
ディフューザ５１の先端面５９を傾斜面に形成したことにより、逆止弁２７の支持部２７ａが固定される面を拡幅させることができ、その結果、逆止弁２７を取り付けるための孔を開け易くなり、ディフューザ５１を肉厚にしなくて済み、逆止弁２７が大型化するのを防止することができる。また、ディフューザ５１の出口開口７２の面積を大きくできるので、出口損失を低減することもできる。

ディフューザ５１内部には、ディフューザー５１と同軸に、ノズル５２が流体通路５５の絞り部５７内に突出するようにして設置されている。ディフューザ５１の流体通路５５において絞り部５７とノズル５２との間の空間は副流室６９とされている。

ノズル５２の内部には軸線方向に沿って延びる流体通路６０が形成されている。流体通路６０は、ノズル５２の先端部において、下流側に進むにしたがって漸次連続的に縮径しており、流体通路６０の下流端はノズル５２の先端面で開口する開口部６１に連なり、流体通路６０の上流端はアノードガス導入孔６２に連なっている。このアノードガス導入孔６２には水素タンク２１から送られる新鮮なアノードガスが供給可能である。

ノズル５２の内部には、ノズル５２と同軸にニードル５３が挿入されており、ニードル５３はノズル５２の軸線方向に摺動可能に保持され、図示しない電磁アクチュエータによって軸線方向へ進退動させることができるように構成されている。ニードル５３の外周面は、ニードル５３の先端部６３において、先端に進むにしたがって漸次連続的に縮径するように形成されている。これにより、ノズル５２の内部にてニードル５３が軸線方向に摺動することで、ノズル５２の開口部６１から突出するニードル５３の先端部６３の突出量を変更することができ、これに伴い、ノズル５２の内周面とニードル５３の外周面との間隙の開口面積を変更することができ、ノズル５２の開口部６１から副流室６９内に噴射されるアノードガスの流量が調整可能とされている。

また、ディフューザ５１には、ノズル５２の外周面に対向する部位に、副流室６９に連なる複数のアノードオフガス導入孔７０が形成されている。このアノードオフガス導入孔７０は、ディフューザ５１とディフューザカバー８０との間に形成された第１バッファ室８２に連通している。

次に、このエゼクタ５０および逆止弁２７の動作を説明する。
燃料電池１を発電運転する場合、すなわち燃料電池１のアノードガス流路３にアノードガスを供給する場合には、水素タンク２１から供給される新鮮なアノードガスをアノードガス導入孔６２に供給する。すると、ノズル５２の開口部６１つまりノズル５２とニードル５３との間隙から、ディフューザー５１の流体通路５５に向かってアノードガスが噴射される。このとき、高速でアノードガスが流通するディフューザー５１のスロート部５６の近傍において負圧が発生し、この負圧によって副流室６９内のアノードオフガスが流体通路５５に吸い込まれ、ノズル５２から噴射されたアノードガスと混合され、混合ガスがディフューザー５１の下流端へと流れ、逆止弁２７を押し開いて、ディフューザカバー８０の出口開口８４から排出され、燃料電池１のアノードガス流路３に供給される。一方、燃料電池１から排出されたアノードオフガスは、副流導入孔８５、第１バッファ室８２を経由して副流室６９内に導入される。
これにより、燃料電池１から排出されたアノードオフガスをエゼクタ５０を介して循環せしめることができる。

このようにノズル５２の開口部６１からアノードガスを噴射したときに発生する負圧により、アノードオフガス流路２９を介してエゼクタ５０に導入されるアノードオフガスがディフューザ５１の流体通路５５に吸い込まれるように、換言すればノズル５２の開口部６１から噴射されたアノードガスが副流室６９からアノードオフガス導入孔７０、副流導入孔８５を通ってアノードオフガス流路２９に向かって逆流させないために、アノードガスおよびアノードオフガスが循環する流路の圧損（以下、システム圧損と称す）よりも大きな負圧が発生するように、エゼクタ５０の仕様が設定されている。これにより、発電運転時および背圧弁１５のパージ操作時に、燃料ガスおよび余剰燃料ガスを確実に燃料電池１に供給することができる。
図３に、このように仕様設定されたエゼクタ５０において、燃料電池１の出力（図ではＦＣ出力と記す）に対するシステム圧損およびエゼクタ５０の発生負圧の一例を示す。

なお、燃料電池１の発電時には、掃気導入路４３の掃気導入弁４１が閉じているので、アノードガスが掃気導入路４３を逆流してカソードガス供給流路９に流入することはない。

また、前述したアノード側の掃気運転のときには、掃気ガスとしてのカソードガスが掃気ガス導入孔８６から第２バッファ室８３に導入されるが、ディフューザ５１の出口開口７２には逆止弁２７が設けられており、この逆止弁２７は第２バッファ室８３に導入されたカソードガスの圧力を受けて閉状態となる。その結果、掃気運転時に掃気ガス導入孔８６から第２バッファ室８３に導入されたカソードガスが、ディフューザ５１の流体通路５５に流れ込むことがなく、したがって、アノードオフガス流路２９を逆流することがない。つまり、アノード側の掃気運転のときに、掃気ガスであるカソードガスが燃料電池１を迂回して希釈装置３５に排出されるのを防止することができ、燃料電池１のアノードガス流路３を含むアノードガスの流路を確実に掃気することができる。この実施例において、第２バッファ室８３は、掃気導入路４３とアノードガス供給流路２３（燃料ガス供給路）との合流部と言うことができ、この合流部はエゼクタ５０の下流に配置され、逆止弁２７がエゼクタ５０と前記合流部との間に設けられていると言える。

このように構成された燃料電池システムにおいては、逆止弁２７が、エゼクタ５０におけるディフューザ５１の出口開口７２と、合流部である第２バッファ室８３との間に設けられているので、逆止弁２７は、発電運転時には水分量の少ないアノードガスとアノードオフガスの混合ガスに晒され、掃気運転時には加湿器１１を迂回した水分量の少ないカソードガスに晒されることとなり、逆止弁２７およびその周囲への水分付着を抑制することができる。その結果、燃料電池１の停止中に氷点下になったとしても逆止弁２７を凍結させ難くすることができ、低温起動性が向上する。

ここで、逆止弁をアノードオフガス流路２９においてエゼクタ５０の上流側（すなわち、副流導入孔８５よりも上流側）に配置した従来の燃料電池システムと比較する。
アノードオフガスには発電により生じた生成水を含むが、従来のように逆止弁をアノードオフガス流路２９においてエゼクタ５０の上流側に配置すると、発電運転時には逆止弁にアノードオフガスだけが流通することになり、逆止弁にアノードオフガス中の水分が付着し易い環境となり、逆止弁が凍結し固着し易くなる。

これに対して、実施例の場合には、前述した位置に逆止弁２７が設置されているので、発電運転時には逆止弁２７にアノードガスとアノードオフガスの混合ガスが流れる。ここで、アノードオフガスは生成水を含むが、アノードガスは水分量が非常に少ないので、アノードガスとアノードオフガスの混合ガスの水分量はアノードオフガス単体の水分量に比べて十分に低い。したがって、この実施例の場合には、発電運転中も逆止弁２７に水分が付着し難い環境とすることができ、逆止弁２７が凍結し難くなって、凍結固着による逆止弁２７の作動不良を防止することができる。
また、万が一に逆止弁２７が凍結し固着した場合にも、次回の燃料電池１の起動時にディフューザ５１の流体通路５５に供給されるアノードガスの圧力により、逆止弁２７を開方向へ動作させることができ、アノードガスの流路を確保することができる。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例の燃料電池システムではエゼクタが１つだけであるが、燃料電池が要求する燃料ガス流量に応じて複数のエゼクタを備えることも可能である。

この発明に係る燃料電池システムの実施例における概略構成図である。 前記実施例の燃料電池システムにおいて使用されるエゼクタの断面図である。 前記実施例におけるエゼクタの発生負圧とシステム圧損の関係を示す図である。

符号の説明

１ 燃料電池
７ コンプレッサ（酸化剤ガス供給源）
９ カソードガス供給流路（酸化剤ガス供給路）
１１ 加湿器
２１ 水素タンク（燃料ガス供給源）
２３ アノードガス供給流路（燃料ガス供給路）
２７ 逆止弁
２７ａ 支持部
２７ｂ 自由端部
３０ 燃料ガス循環路
３１ 排出弁
３３ アノードオフガス排出流路（燃料排ガス排出路）
４１ 掃気導入弁
４３ 掃気導入路
５０ エゼクタ
５１ ディフューザ
５２ ノズル
５９ 先端面
７２ 出口開口（ディフューザ出口部）
８０ ディフューザカバー
８３ 第２バッファ室（バッファ室、合流部）
８６ 掃気ガス導入孔

Claims (1)

1. 燃料ガス供給源（２１）から燃料電池（１）のアノード極へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給路（２３）と、
   前記燃料電池（１）から排出される余剰燃料ガスを、前記燃料ガス供給源（２１）からの燃料ガスと混合し、前記燃料電池（１）に再供給するエゼクタ（５０）を備えた燃料ガス循環路（３０）と、
   前記燃料電池（１）から排出される余剰燃料ガスを前記燃料ガス循環路（３０）から外部に排出する排出弁（３１）を有する燃料排ガス排出路（３３）と、
   酸化剤ガス供給源（７）から前記燃料電池（１）のカソード極へ酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給路（９）と、
   前記酸化剤ガス供給路（９）に設けられ前記酸化剤ガス供給源（７）からの酸化剤ガスを加湿する加湿器（１１）と、
   前記加湿器（１１）よりも上流側の前記酸化剤ガス供給路（９）から分岐され、前記酸化剤ガス供給源（７）からの酸化剤ガスを掃気ガスとして前記燃料ガス供給路（２３）に導入可能とする掃気導入弁（４１）を有する掃気導入路（４３）と、
   を備え、
   前記掃気導入路（４３）と前記燃料ガス供給路（２３）との合流部を前記エゼクタ（５０）の下流に配置し、
   前記エゼクタ（５０）におけるディフューザ（５１）の外周面の径方向外側に前記ディフューザ（５１）と同軸にディフューザカバー（８０）を設け、前記ディフューザカバー（８０）の周方向における所定角度位置に前記掃気導入路（４３）に連なる掃気ガス導入孔（８６）を設け、前記ディフューザ（５１）と前記ディフューザカバー（８０）の間に、前記掃気ガス導入孔（８６）と前記燃料ガス供給路（２３）とを連通し、前記合流部として機能するバッファ室（８３）を形成し、前記バッファ室（８３）における前記掃気ガスの流れ方向に対して前記掃気ガス導入孔（８６）よりも下流側に前記ディフューザ（５１）の出口側の先端を配置し、前記ディフューザ（５１）の出口側の先端面（５９）は上方よりも下方が下流側に突き出る傾斜面に形成し、前記掃気導入路（４３）と前記掃気ガス導入孔（８６）と前記バッファ室（８３）とを介して前記燃料ガス供給路（２３）に導入される前記掃気ガスが前記エゼクタ（５０）側へ向かって流れることを阻止するリード弁からなる逆止弁（２７）を、前記エゼクタ（５０）と前記合流部との間である前記ディフューザ（５１）の前記先端面（５９）に設け、前記逆止弁（２７）の支持部（２７ａ）を前記ディフューザ（５１）の前記先端面（５９）の上端部に固定し、前記逆止弁（２７）の自由端部（２７ｂ）を前記ディフューザ（５１）の前記先端面（５９）に対して当接離反可能にし、
   前記エゼクタ（５０）におけるノズル（５２）から前記ディフューザ（５１）に向けて燃料ガスを噴射した際に発生する負圧により、前記燃料電池（１）から前記燃料ガス循環路（３０）に排出された余剰燃料ガスが前記ディフューザ（５１）内に吸い込まれるように、前記燃料ガス循環路（３０）の圧力損失よりも大きな前記負圧が発生するように前記エゼクタ（５０）の仕様を設定したことを特徴とする燃料電池システム。

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