CN108011116A - 燃料电池系统以及车辆 - Google Patents

Abstract

能防止对氢循环用泵、气液分离器施加冲击时的燃料电池组的损伤，使氢气循环流路的排水效率上升。燃料电池系统具备：具有燃料电池单电池的层叠体、氢入口、氢出口、空气入口及空气出口的燃料电池组；氢供给流路；使气体从氢出口流通至氢供给流路的汇合点的氢循环流路；设于氢循环流路并将来自氢出口的氢废气向氢供给流路侧加压输送的氢泵；以及设于氢循环流路的气液分离器。电池组呈氢入口位于比氢出口靠上侧的位置、空气入口位于比空气出口靠上侧的位置、将氢入口与氢出口连结的方向和将空气入口与空气出口连结的方向交叉的结构。氢泵的上端位于比电池组的下端靠下侧的位置。气液分离器设于氢循环流路的位置为氢循环流路的最下侧的部位。

Description

燃料电池系统以及车辆

技术领域

本发明涉及燃料电池系统以及车辆。

背景技术

在具备燃料电池组的燃料电池系统中，具备：使氢气在燃料电池组循环的氢气循环系统；以及向燃料电池组供给氧化剂气体(例如空气)的氧化剂气体供给系统。在氢气循环系统中包含尺寸较大的氢泵以及气液分离器。因此，在日本特开2014－123457号公报中，为了缩小燃料电池系统的尺寸，提出有如下的燃料电池系统。在该燃料电池系统中，氢泵与气液分离器配设在当从燃料电池组的层叠方向观察时氢泵与气液分离器的轮廓线被收纳于燃料电池组的端板的轮廓线内的位置。

但是，在日本特开2014－123457号公报所记载的燃料电池系统中，在对氢泵、气液分离器施加有来自燃料电池组的层叠方向的冲击时，存在氢泵、气液分离器与燃料电池组碰撞而燃料电池组破损的顾虑。为了避免这样的问题，考虑将氢泵、气液分离器配置成从燃料电池组离开。但是，在这种方式中，存在氢气循环系统中的排水效率变得不充分的可能性。因此，在燃料电池系统中，谋求一种能够同时实现对氢泵、气液分离器施加有冲击时的燃料电池组的破损的防止以及氢气循环系统中的排水效率的上升的技术。

发明内容

本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，能够作为以下的方式实现。

根据本发明的一个方式，提供一种燃料电池系统。该燃料电池系统具备：燃料电池组，上述燃料电池组具有使多个燃料电池单电池沿层叠方向层叠而成的层叠体、氢气入口、氢气出口、空气入口以及空气出口；氢气供给流路，上述氢气供给流路构成为使气体从供给氢气的氢气供给装置流通至上述氢气入口；氢气循环流路，上述氢气循环流路构成为使气体从上述氢气出口流通至上述氢气供给流路的汇合点；氢循环用泵，上述氢循环用泵设置于上述氢气循环流路的中途，并将从上述氢气出口排出的氢废气向上述氢气供给流路侧加压输送；以及气液分离器，上述气液分离器设置于上述氢气循环流路的中途，并将水分从上述氢废气分离。上述燃料电池组形成为如下结构：在沿着上述层叠方向观察时，上述氢气入口位于比上述氢气出口靠上侧的位置，将上述氢气入口与上述氢气出口连结的方向和将上述空气入口与上述空气出口连结的方向交叉。上述氢循环用泵的上端位于比上述燃料电池组的下端靠下侧的位置。上述气液分离器设置于上述氢气循环流路的位置为上述氢气循环流路的最下侧的部位。

根据该方式的燃料电池系统，气液分离器设置于氢气循环流路的位置为氢气循环流路的最下侧的部位，因此气液分离器位于比氢循环用泵靠下侧的位置。因此，氢循环用泵的上端与气液分离器的上端均位于比燃料电池组靠下侧的位置。因此，能够抑制在对氢循环用泵、气液分离器施加有与上下方向垂直的方向的冲击时氢循环用泵、气液分离器与燃料电池组碰撞这一情况。另外，气液分离器设置于氢气循环流路的最下侧的部位。因此，从燃料电池组的氢气出口排出的氢废气所含的水分流下至气液分离器，而不会积存于氢气循环流路。因而，根据该方式的燃料电池系统，能够防止对氢循环用泵、气液分离器施加有冲击时的燃料电池组的损伤，并且能够使氢气循环流路的排水效率上升。

在上述方式的燃料电池系统中，也可以形成为，上述气液分离器具有将液体的水分从上述氢废气分离并贮存的贮水部，上述贮水部的上端位于上述气液分离器的比与上述氢气循环流路连接的连接位置靠下侧的位置。根据该方式的燃料电池系统，能够使气液分离器的贮水部与氢气循环流路的任意位置相比均可靠地位于下侧。因此，能够使氢气循环流路的排水效率可靠地上升。

在上述方式的燃料电池系统中，也可以形成为，在将上述氢气出口与上述空气出口连结的方向上，上述氢循环用泵以及上述气液分离器分别配置于距上述空气出口比距上述氢气出口近的位置。根据该方式的燃料电池系统，在使从气液分离器排出的液体的水分与连结于空气出口的阴极废气用配管汇合时，能够缩短从该气液分离器至汇合点为止的配管的长度。

在上述方式的燃料电池系统中，也可以形成为，上述氢气入口、上述汇合点、上述氢循环用泵以及上述气液分离器配置为沿上下方向排列。根据该方式的燃料电池系统，附着于氢循环用泵与气液分离器之间的配管的水借助重力而朝垂直下方落下，因此能够抑制因在燃料电池系统停止时水残留而导致氢气循环流路堵塞这一情况。

在上述方式的燃料电池系统中，也可以形成为，上述氢气供给流路中的比上述汇合点靠下游侧的部分短于上述氢气循环流路中的比上述氢循环用泵靠下游侧的部分。根据该方式的燃料电池系统，能够使氢气循环流路相对于氢气供给流路的汇合点形成在氢气入口的附近，因此能够抑制氢气循环流路的压力损失以及冻结堵塞。

根据本发明的其他的方式，提供一种车辆。该车辆具备上述方式的燃料电池系统。根据该方式的车辆，能够防止对氢循环用泵、气液分离器施加有冲击时的燃料电池组的损伤，并且能够使氢气循环流路的排水效率上升。

本发明也能够通过装置(系统)、车辆以外的各种方式实现。例如，能够通过搭载燃料电池系统的船舶、飞机等车辆以外的移动体、燃料电池系统的控制方法、实现该控制方法的计算机程序、记录了该计算机程序的暂存性的记录介质等方式实现。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的燃料电池系统的流路结构的说明图。

图2是示出针对燃料电池组的氢气供给排出部的主要部件的布局的立体图。

图3是示出车辆1中的针对燃料电池组的氢气供给排出部的主要部件的布局的侧视图。

图4是示出氢循环用泵的内部结构与布局的说明图。

图5是示出变形例3的说明图。

图6是示出变形例4的说明图。

附图标记说明

1：车辆；10：燃料电池系统；20：燃料电池组；20a：下端；30：空气供给排出部；31：空气供给用配管；32：空气滤清器；33：空气压缩机；34：内部冷却器；35：分流阀；37：空气分流用配管；41：阴极废气用配管；43：调压阀；46：消声器；50：氢气供给排出部；51：氢气供给配管；52：氢罐；53：开闭阀；54：调节器；55：氢供给装置；61：阳极废气用配管；62：气液分离器；62a：贮水部；62b：气体排出口；62c：上端；62d：流入口；62e：液体排出口；63：氢气循环配管；64：氢循环用泵；64a：上端；65：阳极排水用配管；66：排水阀；70：制冷剂循环部；71：制冷剂用配管；71a：上游侧配管；71b：下游侧配管；72：散热器；74：制冷剂循环用泵；101：氢气供给歧管；102：氢气排出歧管；103：空气供给歧管；104：空气排出歧管；105：制冷剂供给歧管；106：制冷剂排出歧管；110：第一端板；115：第二端板；120：燃料电池单电池；201：泵室；201a：底面；202：马达；203：吸气口；204：排气口；205：连通路；305：连通路；364：氢循环用泵；403：吸气口；405：端面；464：氢循环用泵；Ain：阴极侧的入口；Aot：阴极侧的出口；Cin：入口；Cot：出口；Hin：阳极侧的入口；Hot：阳极侧的出口；L：层叠方向；FR：前方；RR：后方；LH：左方；RH：右方；UPR：上方；LOR：下方；P1：汇合点；RT：双凸叶转子。

具体实施方式

A.整体结构：

图1是示出本发明的一个实施方式的燃料电池系统10的流路结构的说明图。燃料电池系统10搭载于车辆，根据来自驾驶员的要求，输出被作为驱动力使用的电力。车辆例如为四轮汽车。燃料电池系统10具备燃料电池组20、空气供给排出部30、氢气供给排出部50以及制冷剂循环部70。

燃料电池组20为通过燃料气体(在本实施方式中为氢气)与氧化剂气体(在本实施方式中为空气)之间的电化学反应来发电的单元。燃料电池组20通过层叠多个燃料电池单电池而形成。各燃料电池单电池分别是即便为单体也能够发电的发电元件。各燃料电池单电池具备：在电解质膜的两面配置电极(阴极、阳极)而成的发电体亦即膜电极接合体；以及配置于膜电极接合体的两侧的隔膜。电解质膜由在处于在内部包含水分的湿润状态时呈现出良好的质子传导性的固体高分子薄膜构成。作为燃料电池组20，能够采用各种类型的燃料电池组，但在本实施方式中使用固体高分子型的燃料电池组。

空气供给排出部30具有向燃料电池组20供给作为氧化剂气体的空气的功能以及将从燃料电池组20的阴极侧排出的排水与阴极废气向燃料电池系统10的外部排出的功能。

空气供给排出部30在燃料电池组20的上游侧具备空气供给用配管31、空气滤清器32、空气压缩机33、降低因增压供气而上升了的吸气温度的内部冷却器34、分流阀35以及空气分流用配管37。

空气供给用配管31是连接于燃料电池组20的阴极侧的入口Ain的配管。在空气供给用配管31，从取入外部的空气的吸气口侧朝向下游依次设置有空气滤清器32、空气压缩机33、内部冷却器34、分流阀35。

空气滤清器32设置于空气供给用配管31的吸气口侧，对取入的空气进行净化。空气压缩机33取入空气，并将压缩后的空气向燃料电池组的阴极侧供给。内部冷却器34使因空气压缩机33而上升了的吸气温度降低。

分流阀35设置于内部冷却器34与燃料电池组20之间，将被空气压缩机33压缩且被内部冷却器34冷却后的空气向燃料电池组20侧与阴极废气用配管41侧分流。流向阴极废气用配管41侧的空气经由空气分流用配管37流动。阴极废气用配管41将在后面详细叙述。

空气供给排出部30在燃料电池组20的下游侧具备阴极废气用配管41、调压阀43以及消声器46。阴极废气用配管41为连接于燃料电池组20的阴极侧的出口Aot的配管。阴极废气用配管41能够将生成水以及阴极废气向燃料电池系统10的外部排出。

调压阀43装配于阴极废气用配管41，调整阴极废气的压力(燃料电池组20的阴极侧的背压)。空气分流用配管37的分流目标的端口连接在阴极废气用配管41的调压阀43与消声器46之间。

氢气供给排出部50具有向燃料电池组20供给氢气的功能、将从燃料电池组20排出的阳极废气(氢废气)向燃料电池系统10的外部排出的功能、以及使阳极废气在燃料电池系统10内循环的功能。

氢气供给排出部50在燃料电池组20的上游侧具备氢气供给配管51以及氢罐52。在氢罐52填充有用于向燃料电池组20供给的高压氢气。氢罐52经由氢气供给配管51连接于燃料电池组20的阳极侧的入口Hin。

在氢气供给配管51进一步从上游侧(氢罐52侧)起依次设置有开闭阀53、调节器54以及氢供给装置55。开闭阀53调整氢从氢罐52向氢供给装置55的流入。调节器54为用于调整氢供给装置55上游侧的氢的压力的减压阀。氢供给装置55例如由电磁驱动式的开闭阀即喷射器构成。氢气供给配管51的从氢供给装置55至阳极侧的入口Hin为止的部分相当于本发明的一个方式的“氢气供给流路”。

氢气供给排出部50在燃料电池组20的下游侧具备阳极废气用配管61、气液分离器62、氢气循环配管63、氢循环用泵64、阳极排水用配管65以及排水阀66。

阳极废气用配管61是连接燃料电池组20的阳极侧的出口Hot与气液分离器62的配管。

气液分离器62连接于氢气循环配管63与阳极排水用配管65。经由阳极废气用配管61流入气液分离器62的阳极废气被气液分离器62分离成气体成分与液体成分(此处为液体的水分)。在气液分离器62内，阳极废气的气体成分被向氢气循环配管63引导，液体成分(此处为液体的水分)暂时存积于贮水部62a，并从贮水部62a被向阳极排水用配管65引导。

氢气循环配管63连接于氢气供给配管51的比氢供给装置55靠下游侧的位置P1(以下称为“汇合点P1”)。在氢气循环配管63设置有氢循环用泵64。氢循环用泵64作为将在气液分离器62中被分离后的气体成分所含的氢向氢气供给配管51送出的循环泵发挥功能。由阳极废气用配管61与氢气循环配管63构成本发明的一个方式的“氢气循环流路”。

在阳极排水用配管65设置有排水阀66。排水阀66通常关闭，在预先设定的排水时刻、阳极废气中的惰性气体的排出时刻打开。阳极排水用配管65的下游端与阴极废气用配管41汇合，以便能够将阳极侧的排水和阳极废气与阴极侧的排水和阴极废气混合排出。

制冷剂循环部70具备制冷剂用配管71、散热器72以及制冷剂循环用泵74。制冷剂用配管71是用于使用于冷却燃料电池组20的制冷剂循环的配管，由上游侧配管71a与下游侧配管71b构成。上游侧配管71a连接燃料电池组20内的制冷剂流路的出口Cot与散热器72的入口。下游侧配管71b连接燃料电池组20内的制冷剂流路的入口Cin与散热器72的出口。

散热器72具有取入外部空气的风扇，通过在制冷剂用配管71的制冷剂与外部空气之间进行热交换，对制冷剂进行冷却。制冷剂循环用泵74设置于下游侧配管71b。制冷剂借助制冷剂循环用泵74的驱动力而在制冷剂用配管71内流动。

空气供给排出部30、氢气供给排出部50以及制冷剂循环部70的上述的构成部件被由微型计算机构成的控制部(为了便于理解技术，在图1中未图示)控制。结果，能够进行氢气、空气向燃料电池组20的供给控制、来自燃料电池组20的排水控制、在燃料电池组20产生的排热的冷却控制。

以上述方式构成的燃料电池组20的主要部分即燃料电池组20与氢供给装置55、气液分离器62、氢循环用泵64等的辅机部件被设置于车辆的发动机室内。“发动机室”是指在以往的具备内燃机的汽车中供内燃机搭载的空间的称呼。搭载燃料电池系统10的车辆也具备同样的空间。将该空间简称为“发动机室”。本申请的发明人为了将燃料电池组20与上述辅机部件设置于发动机室内，对各部件的布局进行了各种研究，设计出了如下的布局。

B.布局：

图2是示出针对燃料电池组20的氢气供给排出部50的主要部件的布局的图。图3是示出具备燃料电池系统10以及车轮WL的车辆1中的针对燃料电池组20的氢气供给排出部50的主要部件的布局的图。图2为立体图，图3为侧视图。如图2以及图3所示，燃料电池组20相对于车辆以燃料电池单电池120的层叠方向(以下简称为“层叠方向”)L相对于车辆的前后方向(前方FR以及后方RR)倾斜规定的角度θ的方式配置。结果，燃料电池单电池120的前方FR侧的部分位于比燃料电池单电池120的后方RR侧的部分靠上方的位置。

如图2所示，燃料电池组20在沿着层叠方向L观察时具有呈矩形状的形状。燃料电池组20以该矩形的一边侧的方向与车辆的左右方向(左方LH以及右方RH)一致的方式被搭载于车辆(参照图2)。图中的“UPR”以及“LOR”分别为车辆的上方以及下方。当车辆在水平面驻车时，上下方向UPR、LOR与铅垂方向一致。上下方向UPR、LOR、左右方向LH、RH以及前后方向FR、RR相互正交。

在燃料电池组20的层叠方向的一端(后方RR的端部)设置有第一端板110，在燃料电池组20的层叠方向的另一端(前方FR的端部)设置有第二端板115(参照图3)。在第一端板110与第二端板115之间层叠有多个燃料电池单电池120。即，燃料电池组20具有利用第一端板110与第二端板115夹持多个燃料电池单电池120沿层叠方向层叠而成的层叠体120s的构造。

在第一端板110设置有上述的燃料电池组20的阳极侧的入口Hin、阳极侧的出口Hot、阴极侧的入口Ain、阴极侧的出口Aot、制冷剂流路的入口Cin以及制冷剂流路的出口Cot。如图2所示，在本实施方式中，在沿着层叠方向L观察时的第一端板110的表面的各位置配置有以下的结构。即，在第一端板110的表面的左上角设置有阳极侧的入口Hin。在第一端板110的表面的右下角设置有阳极侧的出口Hot。在第一端板110的表面的右上角设置有阴极侧的入口Ain。在第一端板110的表面的左下角设置有阴极侧的出口Aot。制冷剂流路的入口Cin在第一端板110的表面的左侧部分设置在上下方向的中央。制冷剂流路的出口Cot在第一端板110的表面的右侧部分设置在上下方向的中央。将阳极侧的入口Hin与阳极侧的出口Hot连结的假想的直线的方向Ch和将阴极侧的入口Ain与阴极侧的出口Aot连结的假想的直线的方向Ca交叉。此处言及的“左”为左方LH。“右”为右方RH。“上”为上方UPR。“下”为下方LOR。

在本实施方式中，制冷剂流路的入口Cin设置于第一端板110的表面的左侧的上下方向的中央，制冷剂流路的出口Cot设置于第一端板110的表面的右侧的上下方向的中央。但是，代替于此，也可以形成为如下的结构：制冷剂流路的入口Cin设置于第一端板110的表面的右侧的上下方向的中央，制冷剂流路的出口Cot设置于第一端板110的表面的左侧的上下方向的中央。

燃料电池单电池120具有在膜电极接合体与一侧的隔膜之间形成有空气的流路(单电池内空气流路)，在膜电极接合体与另一侧的隔膜之间形成有氢气的流路(单电池内氢流路)的结构。单电池内空气流路以及单电池内氢流路沿着与燃料电池单电池120的层叠方向垂直的平面形成(参照图2)。

从阳极侧的入口Hin供给的氢气经由氢气供给歧管101(参照图1)而沿层叠方向被输送，并被从氢气供给歧管101向各燃料电池单电池120的单电池内氢流路分配。通过各燃料电池单电池120的单电池内氢流路后的剩余的氢(阳极废气)被氢气排出歧管102(参照图1)收集，并被从阳极侧的出口Hot向燃料电池组20的外侧排出。从阴极侧的入口Ain供给的空气经由空气供给歧管103(参照图1)而沿层叠方向被输送，并被从空气供给歧管103向各燃料电池单电池120的单电池内空气流路分配。通过各燃料电池单电池120的单电池内空气流路后的剩余的空气(阴极废气)被空气排出歧管104(参照图1)收集，并被从阴极的出口Aot向燃料电池组20的外侧排出。

如上所述，在左上角设置有阳极侧的入口Hin，在右下角设置有阳极侧的出口Hot，在右上角设置有阴极侧的入口Ain，在左下角设置有阴极侧的出口Aot(参照图2)，因此，燃料电池单电池120内的氢气的流动方向与空气的流动方向处于相互对置的交叉流的关系。因此，在燃料电池组20中，氢气、空气的供给效率高，发电性能高。另外，在燃料电池组20中，阳极侧的入口Hin配设于上侧，阳极侧的出口Hot配设于下侧，因此，排出在燃料电池单电池120内产生的生成水的排水性能高。

在形成单电池内氢流路的隔膜的与膜电极接合体相反侧形成有制冷剂的流路(单电池内制冷剂流路)。从制冷剂流路的入口Cin(参照图1)供给的制冷剂经由制冷剂供给歧管105(参照图1)而沿层叠方向被输送，并被从制冷剂供给歧管105向各燃料电池单电池120的单电池内制冷剂流路分配。通过各燃料电池单电池120的单电池内制冷剂流路后的制冷剂被制冷剂排出歧管106(参照图1)收集，并被从制冷剂流路的出口Cot向燃料电池组20的外侧排出。

如使用图1先行说明过的那样，在阳极侧的入口Hin连结有氢气供给配管51，在氢气供给配管51的预先决定的汇合点P1连结有氢气循环配管63。如图2以及图3所示，汇合点P1位于接近第一端板110的位置。更具体而言，氢气供给配管51中的比汇合点P1靠下游侧的部分的长度L1短于氢气循环配管63中的比氢循环用泵64靠下游侧的部分的长度L2(参照图2)。汇合点P1位于接近第一端板110的位置，因此能够抑制氢气供给排出部50的压力损失以及因冻结而导致的堵塞。此外，在图1中，长度L1描绘得比长度L2长，但这只不过是由于图1为结构图而为了方便将其增长，从实际尺寸来说L1短于L2。

如图2以及图3所示，在氢气供给配管51的中途设置有氢供给装置55。在氢气循环配管63的中途设置有氢循环用泵64。在氢气循环配管63的与汇合点P1相反侧的端部连结有气液分离器62(也参照图1)。具体而言，氢气循环配管63连结于气液分离器62所具有的气体排出口62b(参照图2以及图3)。

在本实施方式中，阳极侧的入口Hin、氢气供给配管51的与氢气循环配管63汇合的汇合点P1、氢循环用泵64以及气液分离器62以在沿着车辆的前后方向FR、RR观察时沿上下方向UPR、LOR排列的方式配置(参照图2)。并且，从气液分离器62至阳极侧的入口Hin为止的管路形成为在沿着车辆的前后方向FR、RR观察时沿上下方向呈直线状地延伸的形状。具体而言，(i)氢气循环配管63的比氢循环用泵64靠上游侧的部分、(ii)氢气循环配管63的比氢循环用泵64靠下游侧的部分、以及(iii)氢气供给配管51的比汇合点P1靠下游侧的部分形成为在沿着车辆的前后方向FR、RR观察时沿上下方向呈直线状地延伸的形状。另外，氢气循环配管63的比氢循环用泵64靠下游侧的部分以与第一端板110的表面平行的形式配置(参照图3)。

上述“以沿上下方向排列的方式配置”是指以各部的至少一部分位于上下方向UPR、LOR的一条直线上的方式配置各部。在本实施方式中，配置为各部的中心位置位于上下方向UPR、LOR的一条直线上。但是，代替于此，也可以形成为各部的一部分位于上下方向UPR、LOR的一条直线上的结构。

氢循环用泵64在上下方向UPR、LOR位于比燃料电池组20的下端20a靠下侧的位置(相对于燃料电池组20的下端20a位于下方LOR侧)(参照图3)。详细而言，氢循环用泵64的上端64a位于比燃料电池组20的下端20a靠下侧的位置。

气液分离器62配置于比氢循环用泵64靠上游侧的位置，因此气液分离器62位于比氢循环用泵64靠下侧的位置(下方LOR侧)(参照图3)。详细而言，气液分离器62的上端62c位于比氢循环用泵64的下端64b靠下侧的位置。此外，代替该结构，也可以形成为气液分离器62的上端62c位于比氢循环用泵64的下端64b靠上侧的位置、即在上下方向UPR、LOR氢循环用泵64的一部分与气液分离器62的一部分重叠的结构。即，也能够形成为气液分离器62的容积的中心位于比氢循环用泵64的容积的中心靠下侧的位置、且相互的一部分重叠的结构。

如使用图1先行说明过的那样，在阳极侧的出口Hot连结有阳极废气用配管61，在阳极废气用配管61的与阳极侧的出口Hot相反侧的端部连接有气液分离器62。具体而言，阳极废气用配管61连接于气液分离器62所具有的流入口62d。

气液分离器62设置于由阳极废气用配管61与氢气循环配管63构成的氢气循环流路的最下侧的部位(也参照图1)。具体而言，气液分离器62所具备的贮水部62a的上端位于比阳极废气用配管61与氢气循环配管63中的任意部分靠下侧的位置(即，相对于这些配管位于下方LOR侧)(参照图2)。贮水部62a的上端位于比气液分离器62所具有的流入口62d与气体排出口62b靠下侧的位置(即，相对于流入口62d与气体排出口62b位于下方LOR侧)(参照图2)。贮水部62a为积存液体的水分的部分，在本实施方式中，相对于流入口62d位于下方LOR侧。

在本实施方式中，将阳极侧的出口Hot与气液分离器62的流入口62d连结的阳极废气用配管61除了两端的与阳极侧的出口Hot连结的连结部分以及与流入口62d连结的连结部分之外，均呈直线状地延伸的形状(参照图2)。以阳极废气用配管61的直线状的部分相对于水平方向的角度α大于车辆停止角度β的方式决定气液分离器62相对于燃料电池组20的位置。车辆停止角度β为在使车辆停止时通常能够取得的车身相对于水平方向的角度，是通过实验预先决定的值。因此，在使车辆以车辆停止角度β以下的角度停止时，从阳极侧的出口Hot至气液分离器62的阳极废气所含的液体的水分在阳极废气用配管61内沿从水平方向朝下方LOR侧倾斜的方向流动，被储存于气液分离器62。

在气液分离器62的液体排出口62e连结有阳极排水用配管65(参照图3)。阳极排水用配管65的下游端与阴极废气用配管41汇合。阴极废气用配管41连结于在第一端板110的表面的左下角设置的阴极侧的出口Aot。此外，在图2中，省略了设置于阴极废气用配管41的调压阀43(参照图1)的记载。

图4是示出氢循环用泵64的内部结构与布局的说明图。氢循环用泵64为在泵室201内具有两个双凸叶转子RT的罗茨式的泵。在双凸叶转子RT的轴端的驱动齿轮(未图示)连接有马达202，借助马达202，两个双凸叶转子RT相互朝相反方向同步旋转。从吸气口203进入的气体被封入在泵室201与双凸叶转子RT之间的空间中并被加压，最终从排气口204被释放。吸气口203设置于泵室201的后侧，并与氢气循环配管63的上游侧的配管(参照图3)连接。排气口204设置于泵室201的上侧，连接于氢气循环配管63的下游侧的配管(参照图3)。与吸气口203相连的连通路205以平行于泵室201的底面201a的方式延伸。

对于氢循环用泵64，在车辆的前后方向FR、RR上，马达202设置于前方FR，泵室201设置于后方RR。并且，氢循环用泵64配置成相对于车辆的前后方向FR、RR而朝前方FR侧的部分相比后方RR侧的部分靠上方的方向倾斜角度θ。角度θ为与燃料电池组20的倾斜角度即规定的角度θ相同的大小。此外，在本实施方式中形成为相同的大小，但并非必须为相同的大小，只要为朝前方FR位于上方的方向倾斜的角度即可，可以形成为任意的大小。

如上，氢循环用泵64倾斜地配置，因此，与吸气口203连通的连通路205也相对于车辆的前后方向FR、RR而朝前方FR侧的部分相比后方RR侧的部分靠上方的方向倾斜角度θ。因此，能够抑制水被贮存在泵室201内这一情况。

C.作用效果：

根据以上述方式构成的本实施方式的燃料电池系统10，氢循环用泵64与气液分离器62均位于比燃料电池组20的下端20a靠下侧、即下方LOR侧的位置(参照图3)，因此，在从车辆的前后方向FR、RR对氢循环用泵64、气液分离器62施加有冲击时，能够抑制氢循环用泵64、气液分离器62与燃料电池组20碰撞这一情况。另外，气液分离器62设置于由阳极废气用配管61与氢气循环配管63构成的氢气循环流路的最下侧的部位(参照图2)，因此，从燃料电池组20的阳极侧的出口Hot被排出后的阳极废气所含的液体的水分流下至气液分离器62，而不会积存在氢气循环流路。因而，根据该方式的燃料电池系统10，能够防止对氢循环用泵64、气液分离器62施加有冲击时的燃料电池组20的损伤，并且能够使氢气循环流路的排水效率上升。

根据本实施方式的燃料电池系统10，阳极侧的入口Hin、汇合点P1、氢循环用泵64、气液分离器62以在沿着车辆的前后方向FR、RR观察时沿上下方向UPR、LOR排列的方式配置(参照图2)。因此，附着于氢气循环配管63的氢循环用泵64与气液分离器62之间的配管的水借助重力而向垂直下方落下，因此能够抑制因在燃料电池系统10停止时水残留而导致氢气循环流路堵塞这一情况。

根据本实施方式的燃料电池系统10，在将阳极侧的出口Hot与阴极侧的出口Aot连结的假想的直线的方向Co(与左右方向LH、RH平行)，氢循环用泵64以及气液分离器62分别配置于左方LH侧、即距阴极侧的出口Aot比距阳极侧的出口Hot近的一侧(参照图2)。因此，能够缩短连结气液分离器62的液体排出口62e与阴极废气用配管41的阳极排水用配管65的长度，能够抑制排水在阳极排水用配管65内冻结这一情况。此外，虽然连结阳极侧的出口Hot与气液分离器62的流入口62d的配管的长度增长，但由于借助来自燃料电池组20的生成水而被升温，因此能够抑制冻结。

D.变形例：

D1.变形例1：

在上述实施方式中，在燃料电池组20中，在沿着层叠方向L观察第一端板110时，在左上角设置有阳极侧的入口Hin，在右下角设置有阳极侧的出口Hot，在第一端板110的表面的右上角设置有阴极侧的入口Ain，在左下角设置有阴极侧的出口Aot(参照图2)。与此相对，作为上述实施方式的变形例，也可以左右互换，形成为在第一端板110的表面的左上角设置有阴极侧的入口Ain，在右下角设置有阴极侧的出口Aot，在右上角设置有阳极侧的入口Hin，在左下角设置有阳极侧的出口Hot的结构。在该情况下，设置于右上角的阳极侧的入口Hin、汇合点P1、氢循环用泵64、气液分离器62以在沿着车辆的前后方向FR、RR观察时沿上下方向UPR、LOR排列的方式配置。根据上述的变形例1的结构，也与上述实施方式同样，能够防止对氢循环用泵64、气液分离器62施加有冲击时的燃料电池组20的损伤，并且能够使氢气循环流路的排水效率上升。

D2.变形例2：

在上述实施方式中，将燃料电池组20、氢供给装置55、气液分离器62、氢循环用泵64等辅机部件设置于车辆的发动机室内。与此相对，作为上述实施方式的变形例，也可以形成为将燃料电池组、辅机部件配置在车辆的地板下的结构。

D3.变形例3：

在上述实施方式中，氢循环用泵64相对于车辆的前后方向FR、RR倾斜地配置，由此，泵室201内的连通路205相对于水平方向倾斜(参照图3以及图4)。与此相对，作为上述实施方式的变形例，如图5所示，也可以形成为在车辆被载置于水平面时氢循环用泵364自身相对于水平方向(前后方向FR、RR与左右方向LH、RH所延伸的平面的方向)被平行地载置，设置于泵室内的与吸气口203相连的连通路305相对于前后方向FR、RR朝前方FR位于上方的方向倾斜角度θ的结构。在图5中，对与上述实施方式相同的要素标注相同的附图标记并省略说明。根据该变形例3，与上述实施方式同样，能够抑制水贮存在泵室301内这一情况。

D4.变形例4：

另外，作为上述实施方式的变形例，如图6所示，也可以形成为在车辆被载置于水平面时氢循环用泵464自身相对于水平方向(前后方向FR、RR与左右方向LH、RH所延伸的平面方向)被平行地载置，设置于泵室内的吸气口403向下方LOR开口，与吸气口403相连的端面405成为相对于水平方向倾斜规定的角度θ的锥形形状的结构。在图6中，对与上述实施方式相同的要素标注相同的附图标记并省略说明。根据该变形例4，与上述实施方式以及变形例3同样，能够抑制水贮存在泵室401内这一情况。

D5.变形例5：

另外，在上述实施方式中，燃料电池系统10被搭载于车辆，但代替于此，也可以形成为燃料电池系统被搭载于船舶、飞机等车辆以外的移动体的结构。另外，燃料电池系统并非必须为被搭载于移动体的结构，也可以形成为被设置于固定位置的结构。在该情况下，能够防止从外侧对氢循环用泵、气液分离器作用有力而对氢循环用泵、气液分离器施加有冲击时的燃料电池组的损伤。在被设置于固定位置的情况下，“上侧”、“下侧”为沿着铅垂方向的方向。

本发明不限定于上述的实施方式、变形例，能够在不脱离其主旨的范围内以各种结构实现。例如，为了解决上述课题的一部分或者全部、或者为了实现上述效果的一部分或者全部，与在发明内容一栏记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、变形例中的技术特征能够适当地进行替换、组合。另外，上述的实施方式以及各变形例的构成要素中的、独立技术方案中记载的要素以外的要素为附加的要素，能够适当省略。

Claims (6)

1.一种燃料电池系统，其中，具备：

燃料电池组，所述燃料电池组具有使多个燃料电池单电池沿层叠方向层叠而成的层叠体、氢气入口、氢气出口、空气入口以及空气出口；

氢气供给流路，所述氢气供给流路构成为使气体从供给氢气的氢气供给装置流通至所述氢气入口；

氢气循环流路，所述氢气循环流路构成为使气体从所述氢气出口流通至所述氢气供给流路的汇合点；

氢循环用泵，所述氢循环用泵设置于所述氢气循环流路的中途，并将从所述氢气出口排出的氢废气向所述氢气供给流路侧加压输送；以及

气液分离器，所述气液分离器设置于所述氢气循环流路的中途，并将液体的水分从所述氢废气分离，

所述燃料电池组形成为如下结构：在沿着所述层叠方向观察时，所述氢气入口位于比所述氢气出口靠上侧的位置，所述空气入口位于比所述空气出口靠上侧的位置，将所述氢气入口与所述氢气出口连结的方向和将所述空气入口与所述空气出口连结的方向交叉，

所述氢循环用泵的上端位于比所述燃料电池组的下端靠下侧的位置，

所述气液分离器设置于所述氢气循环流路的位置为所述氢气循环流路的最下侧的部位。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

所述气液分离器具有将液体的水分从所述氢废气分离并贮存的贮水部，

所述贮水部的上端位于所述气液分离器的比与所述氢气循环流路连接的连接位置靠下侧的位置。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，

在将所述氢气出口与所述空气出口连结的方向上，所述氢循环用泵以及所述气液分离器分别配置于距所述空气出口比距所述氢气出口近的位置。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池系统，其中，

所述氢气入口、所述汇合点、所述氢循环用泵以及所述气液分离器配置为沿上下方向排列。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池系统，其中，

所述氢气供给流路中的比所述汇合点靠下游侧的部分短于所述氢气循环流路中的比所述氢循环用泵靠下游侧的部分。

6.一种车辆，其中，

具备权利要求1～5中任一项所述的燃料电池系统。