JP2006134618A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system preventing leakage of fuel gas toward the oxidant electrode side by improving the sealing performance of a valve at normal operation. <P>SOLUTION: The fuel cell system 1 is provided with a fuel cell 2 generating power by the reaction of fuel gas and oxidant gas, a fuel gas flow passage 3 through which the fuel gas flows, an oxidant gas flow passage 4 through which the oxidant gas flows, a communication flow passage 5 for communicating the fuel gas passage 3 with the oxidant gas flow passage 4, and a communication blocking means (6) for blocking communication between the fuel gas flow passage 3 and the oxidant gas flow passage 4, when the fuel cell 2 generates power. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応によって発電を行う燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system that generates power by a reaction between a fuel gas and an oxidant gas.

従来、燃料電池システムにおいて、固体高分子膜を挟んで対向する燃料極(水素極)と酸化剤極(空気極)には、水素を含む燃料ガス(水素)と酸化剤ガス(空気)がそれぞれ供給される。そして、燃料電池は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う。この燃料電池ステムは、発電により水を生成するが、水が排出されず燃料電池システム内に溜まることがある。また、燃費の向上のため、燃料ガスを再循環する場合は、薄い固体高分子膜を通して燃料ガスと空気とが相互に透過し、再循環される燃料ガス中に空気が蓄積してくる。こうなると燃費や発電性能が低下したり、電極や固体高分子膜等が劣化したりするおそれがある。   Conventionally, in a fuel cell system, a fuel gas (hydrogen) and an oxidant gas (air) containing hydrogen are respectively present at a fuel electrode (hydrogen electrode) and an oxidant electrode (air electrode) facing each other across a solid polymer film. Supplied. The fuel cell generates power by an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas. Although this fuel cell stem generates water by power generation, the water may not be discharged and may accumulate in the fuel cell system. Further, when fuel gas is recirculated to improve fuel efficiency, the fuel gas and air permeate each other through the thin solid polymer film, and air accumulates in the recirculated fuel gas. If this happens, there is a risk that the fuel consumption and power generation performance will decrease, and the electrodes, the solid polymer film, etc. may deteriorate.

このため、この燃料電池システムでは、システム内に溜まった水や残留しているガスを掃気ガスにより掃気すること(排出すること)が行われる。特許文献1には、システムの停止時などに掃気ガスとして酸化剤極用のコンプレッサから供給される空気を燃料極に供給して掃気を行うことが記載されている。
特開2003−331893号公報(段落0012〜0019、図1)
For this reason, in this fuel cell system, water accumulated in the system or residual gas is scavenged (discharged) with scavenging gas. Patent Document 1 describes that scavenging is performed by supplying air supplied from a compressor for an oxidant electrode as a scavenging gas to the fuel electrode when the system is stopped.
Japanese Patent Laying-Open No. 2003-331893 (paragraphs 0012 to 0019, FIG. 1)

ところで、酸化剤側と燃料極側とを連通させて、酸化剤極側のコンプレッサが供給する空気を掃気ガスとして燃料極を掃気する場合、前記した理由により、通常運転時に、燃料ガスと空気との混合を防止する必要がある。   By the way, when the fuel electrode is scavenged by using the air supplied from the compressor on the oxidant electrode side as the scavenging gas by communicating the oxidant side and the fuel electrode side, the fuel gas and the air are separated during normal operation for the reasons described above. It is necessary to prevent mixing.

そこで、本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の課題は、通常運転時における弁体の密閉性を向上させて、燃料電池の酸化剤極側に燃料ガスが漏れることを防止した燃料電池システムを提供することである。   Therefore, the present invention has been made to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to improve the sealing performance of the valve body during normal operation and to improve the oxidizer electrode side of the fuel cell. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system that prevents fuel gas from leaking.

前記課題を解決するために、請求項1に記載の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応によって発電を行う燃料電池と、前記燃料ガスが流通する燃料ガス流通路と、前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流通路と、前記燃料ガス流通路と前記酸化剤ガス流通路とを連通する連通路と、を備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池の発電時に、前記燃料ガス流通路と前記酸化剤ガス流通路との連通を遮断する連通遮断手段を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the fuel cell system according to claim 1 includes a fuel cell that generates power by a reaction between a fuel gas and an oxidant gas, a fuel gas flow passage through which the fuel gas flows, and the oxidation A fuel cell system comprising: an oxidant gas flow passage through which an oxidant gas circulates; and a communication passage communicating the fuel gas flow passage and the oxidant gas flow passage. A communication blocking means for blocking communication between the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path is provided.

請求項1に記載の燃料電池システムの発明によれば、燃料電池の発電時には、連通遮断手段が燃料ガス流通路と酸化剤ガス流通路との連通を遮断して、燃料ガスと酸化剤ガスとが混合されることを阻止する。これにより、燃料電池は、燃料ガスと酸化剤ガスとが混合したガスに電極が接触し、酸化して劣化することを防止することが可能となる。また、燃料電池システムは、連通遮断手段を備えたことにより、燃料ガスの漏れを防止するため、燃料ガスの消費を抑制できる。   According to the first aspect of the fuel cell system of the present invention, at the time of power generation of the fuel cell, the communication cut-off means cuts off the communication between the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path, Is prevented from mixing. As a result, the fuel cell can prevent the electrode from coming into contact with the gas in which the fuel gas and the oxidant gas are mixed, and oxidizing and deteriorating. In addition, since the fuel cell system includes the communication cut-off means, the fuel gas is prevented from leaking, so that the consumption of the fuel gas can be suppressed.

請求項2に記載の燃料電池システムは、請求項1に記載の燃料電池システムであって、前記連通遮断手段は、前記連通路上に配設され、弁座を開閉する弁体を備えた掃気ガス導入弁からなり、前記掃気ガス導入弁は、前記弁体を、前記燃料ガス流通路および前記酸化剤ガス流通路のうちで圧力が高い高圧側流通路に連通して設け、前記弁座を、前記高圧側流通路より圧力の低い低圧側流通路に連通して設けたことを特徴とする。   The fuel cell system according to claim 2 is the fuel cell system according to claim 1, wherein the communication blocking means is disposed on the communication path and includes a valve body that opens and closes a valve seat. The scavenging gas introduction valve comprises an introduction valve, the valve body is provided in communication with a high-pressure side flow passage having a high pressure among the fuel gas flow passage and the oxidant gas flow passage, and the valve seat is provided with It is provided in communication with a low pressure side flow passage having a lower pressure than the high pressure side flow passage.

請求項2に記載の燃料電池システムの発明によれば、燃料電池システムが作動中のときには、弁体にかかる燃料極側の圧力が、酸化剤極側の圧力より大きい。このため、例えば、掃気ガス導入弁の弁体がある側に燃料極を配置することにより、燃料極(高圧側流通路)と酸化剤極(低圧側流通路)の圧力差で、作動時に、弁体が弁座に押し付けるように働く。したがって、燃料電池システムの作動中は、弁体を強制的に開放しない限り、確実に弁体が弁座を閉塞するため、燃料ガスと酸化剤ガスが混合することがない。   According to the fuel cell system of the present invention, when the fuel cell system is in operation, the pressure on the fuel electrode side applied to the valve body is larger than the pressure on the oxidant electrode side. For this reason, for example, by disposing the fuel electrode on the side where the valve body of the scavenging gas introduction valve is present, the pressure difference between the fuel electrode (high pressure side flow passage) and the oxidant electrode (low pressure side flow passage) The valve body works to press against the valve seat. Therefore, during operation of the fuel cell system, unless the valve body is forcibly opened, the valve body reliably closes the valve seat, so that the fuel gas and the oxidant gas are not mixed.

請求項3に記載の燃料電池システムは、請求項2に記載の燃料電池システムであって、前記弁体は、前記高圧側流通路に接触する側の面積が、前記弁座の開口部の面積より大きいことを特徴とする。   The fuel cell system according to claim 3 is the fuel cell system according to claim 2, wherein an area of the valve body in contact with the high-pressure side flow passage is an area of an opening of the valve seat. It is characterized by being larger.

請求項3に記載の燃料電池システムの発明によれば、弁体の高圧側流通路に接触する面積が、弁座の開口部の面積より大きいことにより、弁体が高圧側流通路の圧力によって弁座に押し付けられるため、発電時に、確実に弁体が弁座を閉塞する。
このように、燃料電池システムは、例えば、バルブスプリングのばね荷重を上げることなく、確実に弁体が弁座を閉塞できることにより、ソレノイドの磁力を上げることなく、弁体の密閉性を向上させることができる。
According to the invention of the fuel cell system according to claim 3, the area of the valve body contacting the high pressure side flow passage is larger than the area of the opening of the valve seat, so that the valve body is controlled by the pressure of the high pressure side flow passage. Since it is pressed against the valve seat, the valve body reliably closes the valve seat during power generation.
Thus, the fuel cell system can improve the sealing performance of the valve body without increasing the magnetic force of the solenoid, for example, by allowing the valve body to reliably close the valve seat without increasing the spring load of the valve spring. Can do.

請求項4に記載の燃料電池システムは、請求項1に記載の燃料電池システムであって、前記連通遮断手段は、前記燃料ガス流通路側から前記酸化剤ガス流通路側へのガスの逆流を防止する逆止弁からなることを特徴とする。   The fuel cell system according to claim 4 is the fuel cell system according to claim 1, wherein the communication blocking means prevents a back flow of gas from the fuel gas flow path side to the oxidant gas flow path side. It consists of a check valve.

請求項4に記載の燃料電池システムの発明によれば、例えば、燃料極側の圧力が高い燃料電池システムの場合には、逆止弁を設けることにより、簡単な構成で燃料ガスが酸化剤ガス側に漏れることを防止できるとともに、燃料ガス循環系の空気掃気が可能となる。これにより、燃料電池システムの燃料循環通路に生成水が詰まり、フラッディング現象が起きることを防止できる。   According to the invention of the fuel cell system according to claim 4, for example, in the case of a fuel cell system having a high pressure on the fuel electrode side, the fuel gas is oxidant gas with a simple configuration by providing a check valve. It is possible to prevent leakage to the side and to scavenge the fuel gas circulation system. Thereby, it is possible to prevent the generated water from being clogged in the fuel circulation passage of the fuel cell system and causing the flooding phenomenon.

本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の発電時には、連通遮断手段が燃料ガス流通路と酸化剤ガス流通路との連通を遮断して、燃料ガスが酸化剤ガス側に漏れて混合されることを防止できる。これにより、燃料電池は、燃料ガスと酸化剤ガスとが混合したガスが電極に流れて、電極を酸化して劣化させることを防止することができるとともに、燃料ガスの漏れを防止して燃料ガスの消費を抑制できる。   According to the fuel cell system of the present invention, at the time of power generation of the fuel cell, the communication cut-off means cuts off the communication between the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path, and the fuel gas leaks to the oxidant gas side and is mixed. Can be prevented. As a result, the fuel cell can prevent the gas mixed with the fuel gas and the oxidant gas from flowing to the electrode and oxidize and deteriorate the electrode, and also prevent the fuel gas from leaking. Can be reduced.

次に、図1および図2を参照して、本発明を実施するための最良の形態(以下、「実施形態」という)を説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムのブロック図である。
Next, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiment”) will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

≪燃料電池システム≫
図1に示す燃料電池システム1は、例えば、燃料電池スタック(以下、「燃料電池」という)を電源として、その燃料電池2の電力で走行モータが駆動して走行する車両などに使用される。この燃料電池システム1は、供給された燃料ガスと酸化剤ガスとの反応によって発電を行う燃料電池2と、燃料ガスが流通する燃料ガス流通路3と、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流通路4と、燃料ガス流通路3と酸化剤ガス流通路4とを連通する連通路5と、燃料電池2の発電時に、燃料ガス流通路3と酸化剤ガス流通路4との連通を遮断する掃気ガス導入弁(連通遮断手段)6とを備えている。
≪Fuel cell system≫
A fuel cell system 1 shown in FIG. 1 is used, for example, in a vehicle that travels with a fuel cell stack (hereinafter referred to as “fuel cell”) as a power source and a travel motor driven by the power of the fuel cell 2. The fuel cell system 1 includes a fuel cell 2 that generates power by a reaction between a supplied fuel gas and an oxidant gas, a fuel gas flow passage 3 through which the fuel gas flows, and an oxidant gas flow through which the oxidant gas flows. The communication path 5, the communication path 5 that connects the fuel gas flow path 3 and the oxidant gas flow path 4, and the communication between the fuel gas flow path 3 and the oxidant gas flow path 4 are shut off when the fuel cell 2 generates power. A scavenging gas introduction valve (communication cutoff means) 6 is provided.

≪燃料電池≫
図1に示す燃料電池2は、例えば、固体高分子電解質膜を挟んで燃料極2aと酸化剤極2bとを対設した燃料電池セルをセパレータによって挟持して複数積層することにより構成されている。そして、燃料電池2は、例えば、酸化剤極2bに供給される酸化剤ガスとしての空気中の酸素と、燃料極2aに供給される燃料ガスとしての水素との電気化学反応によって電力を発生させる仕組みになっている。この水素と酸素を処理するときに、燃料電池2は、電力と熱を生成する。
なお、燃料極2aは、一方の燃料ガス(水素)を供給される燃料ガス供給口側がエゼクタ7に接続され、他方の燃料ガス排出側がキャッチタンク8に接続されている。酸化剤極2bは、一方の酸化剤ガス供給口側が酸化剤ガス(酸素)としての空気を供給する空気供給部を構成するコンプレッサ14に接続され、他方の酸化剤ガス排出側が背圧弁15に接続されている。
≪Fuel cell≫
The fuel cell 2 shown in FIG. 1 is configured, for example, by stacking a plurality of fuel cells each sandwiching a solid polymer electrolyte membrane with a fuel electrode 2a and an oxidant electrode 2b interposed between separators. . The fuel cell 2 generates electric power by, for example, an electrochemical reaction between oxygen in the air as the oxidant gas supplied to the oxidant electrode 2b and hydrogen as the fuel gas supplied to the fuel electrode 2a. It is structured. When processing this hydrogen and oxygen, the fuel cell 2 generates electric power and heat.
The fuel electrode 2a is connected to the ejector 7 on the fuel gas supply port side to which one fuel gas (hydrogen) is supplied, and connected to the catch tank 8 on the other fuel gas discharge side. The oxidant electrode 2b has one oxidant gas supply port side connected to a compressor 14 constituting an air supply unit that supplies air as oxidant gas (oxygen), and the other oxidant gas discharge side connected to a back pressure valve 15. Has been.

≪燃料ガス流通路≫
燃料ガス流通路3は、水素などの燃料ガスを燃料ガス供給部10から燃料極2aの燃料ガス供給口に供給し、燃料極2a内の燃料ガスを燃料ガス排出口から外部に排出して流通させるための流通路である。この燃料ガス流通路3において、燃料極2aの燃料ガス供給口側には、燃料ガス供給部10、圧力制御部(図示せず)、エゼクタ7がそれぞれ接続され、燃料ガス排出口側には、燃料ガス循環通路3bを介してキャッチタンク8、逆止弁11および排出弁13が接続されている。燃料ガス流通路3は、後記する燃料ガス導入路3aと、燃料ガス循環通路3bと、排出通路3cとから構成されている。
≪Fuel gas flow path≫
The fuel gas flow passage 3 supplies a fuel gas such as hydrogen from the fuel gas supply unit 10 to the fuel gas supply port of the fuel electrode 2a, and discharges the fuel gas in the fuel electrode 2a from the fuel gas discharge port to the outside. It is a flow passage for making it. In the fuel gas flow passage 3, a fuel gas supply unit 10, a pressure control unit (not shown), and an ejector 7 are connected to the fuel gas supply port side of the fuel electrode 2a, respectively. A catch tank 8, a check valve 11 and a discharge valve 13 are connected via the fuel gas circulation passage 3b. The fuel gas flow passage 3 includes a fuel gas introduction passage 3a, a fuel gas circulation passage 3b, and a discharge passage 3c, which will be described later.

<燃料ガス導入路>
燃料ガス導入路3aは、燃料ガス供給部10からエゼクタ7を介して燃料極2aに燃料ガスを送るための配管である。
<Fuel gas introduction path>
The fuel gas introduction path 3 a is a pipe for sending fuel gas from the fuel gas supply unit 10 to the fuel electrode 2 a via the ejector 7.

<燃料ガス循環通路>
燃料ガス循環通路3bは、燃料電池システム1の通常運転時に、図1に太線で示すように、燃料電池2の燃料ガス排出口から排出された排出燃料ガスをキャッチタンク8、逆止弁11およびエゼクタ7を介して再び燃料電池2の燃料ガス供給口に循環させるための配管である。この燃料ガス循環通路3bは、燃料極2aに対して並列に接続されている。燃料ガス循環通路3bは、一端部がキャッチタンク8の下流部と排出弁13との間の排出通路3cに設けられた継手部aに接続され、他端部がエゼクタ7に接続され、中間部には後記する連通路5に接続された継手部bと逆止弁11とが設けられている。なお、継手部a,bおよび後記する継手部cは、T字形継手からなる。
<Fuel gas circulation passage>
The fuel gas circulation passage 3b is configured to catch the exhaust fuel gas discharged from the fuel gas discharge port of the fuel cell 2 during the normal operation of the fuel cell system 1 as shown in FIG. This is a pipe for circulating through the ejector 7 to the fuel gas supply port of the fuel cell 2 again. The fuel gas circulation passage 3b is connected in parallel to the fuel electrode 2a. One end of the fuel gas circulation passage 3b is connected to a joint portion a provided in the discharge passage 3c between the downstream portion of the catch tank 8 and the discharge valve 13, and the other end is connected to the ejector 7. Are provided with a joint b and a check valve 11 connected to the communication passage 5 described later. In addition, the joint parts a and b and the joint part c described later are T-shaped joints.

<排出通路>
排出通路3cは、前記燃料ガス導入路3aによって燃料極2aに供給された燃料ガスおよび酸化剤ガス(掃気ガス)を排出弁13を介して外部に排出させるための配管である。
<Discharge passage>
The discharge passage 3c is a pipe for discharging the fuel gas and the oxidant gas (scavenging gas) supplied to the fuel electrode 2a through the fuel gas introduction passage 3a to the outside through the discharge valve 13.

≪燃料ガス供給部≫
燃料ガス供給部10は、ガスボンベからなり、燃料電池2の燃料極2aに供給する燃料ガスが貯蔵されている。
≪Fuel gas supply part≫
The fuel gas supply unit 10 is composed of a gas cylinder and stores fuel gas supplied to the fuel electrode 2 a of the fuel cell 2.

≪エゼクタ≫
エゼクタ7は、図示しないノズル部とディフューザ部とから構成され、燃料ガス供給部10から圧力制御部(図示せず)を介して供給された燃料ガスが、ノズル部を通過する際に加速されてディフューザ部に向かって噴射される。そのノズル部からディフューザ部に向かって燃料ガスが高速で流通する際、ノズル部とディフューザ部との間に設けられた副流室内で負圧が発生し、燃料ガス循環通路3bを介して燃料極2a側の排出燃料ガスが吸引され、燃料ガスと混合される。このエゼクタ7で混合された燃料ガスおよび排出燃料ガスは、燃料電池2の燃料ガス供給口に送られる。また、燃料電池2から排出された排出燃料ガスは、このエゼクタ7を介して燃料ガス循環通路3bを循環して再び燃料電池2に供給されるようになる。
≪Ejecta≫
The ejector 7 is composed of a nozzle part and a diffuser part (not shown), and the fuel gas supplied from the fuel gas supply part 10 via the pressure control part (not shown) is accelerated when passing through the nozzle part. It is injected toward the diffuser part. When the fuel gas flows from the nozzle portion toward the diffuser portion at a high speed, a negative pressure is generated in the side flow chamber provided between the nozzle portion and the diffuser portion, and the fuel electrode passes through the fuel gas circulation passage 3b. The exhaust fuel gas on the 2a side is sucked and mixed with the fuel gas. The fuel gas and the exhaust fuel gas mixed in the ejector 7 are sent to the fuel gas supply port of the fuel cell 2. Further, the discharged fuel gas discharged from the fuel cell 2 circulates through the fuel gas circulation passage 3 b via the ejector 7 and is supplied to the fuel cell 2 again.

≪キャッチタンク、ドレイン弁≫
キャッチタンク8は、燃料ガス流通路3内の燃料ガス中の過剰な水分(主に液体水)を分離して内部に滞留できるようにした中空のボックスであり、生成水を排出するためのドレイン弁9が設置されている。
ドレイン弁9は、このドレイン弁9を開くことにより、キャッチタンク8に滞留した生成水を外部に排出することができる。
≪Catch tank, drain valve≫
The catch tank 8 is a hollow box that separates excess water (mainly liquid water) in the fuel gas in the fuel gas flow passage 3 so that it can stay inside, and is a drain for discharging generated water. A valve 9 is installed.
The drain valve 9 can discharge the generated water retained in the catch tank 8 to the outside by opening the drain valve 9.

≪逆止弁≫
逆止弁11は、燃料ガス循環通路3bを流れる燃料ガスおよび掃気ガスが図1の矢印A方向(キャッチタンク8の下流側からエゼクタ7方向)の1方向にのみ流して逆流することを防止するためのバルブである。この逆止弁11は、図1に示すように、燃料ガス循環通路3bにおける継手部aと継手部bとの間に介在される。なお、継手部a,b間の距離は、なるべく短くする。
≪Check valve≫
The check valve 11 prevents the fuel gas and the scavenging gas flowing through the fuel gas circulation passage 3b from flowing in only one direction in the direction of arrow A in FIG. 1 (from the downstream side of the catch tank 8 toward the ejector 7). It is a valve for. As shown in FIG. 1, the check valve 11 is interposed between the joint part a and the joint part b in the fuel gas circulation passage 3b. The distance between the joint portions a and b is as short as possible.

≪燃料ガス排出部≫
燃料ガス排出部12は、燃料極2aの燃料ガス排出口から排出された排出燃料ガスおよび掃気ガスを外部に排出する箇所であり、この燃料ガス排出部12には、燃料ガスの排出を調整する排出弁13が設置されている。この燃料ガス排出部12は、排出弁13を介して燃料ガス循環通路3bにあるキャッチタンク8の下流側に接続されている。
≪Fuel gas discharge part≫
The fuel gas discharge part 12 is a part for discharging the exhaust fuel gas and the scavenging gas discharged from the fuel gas discharge port of the fuel electrode 2a to the outside. The fuel gas discharge part 12 adjusts the discharge of the fuel gas. A discharge valve 13 is provided. The fuel gas discharge section 12 is connected to the downstream side of the catch tank 8 in the fuel gas circulation passage 3b through a discharge valve 13.

≪排出弁≫
排出弁13は、燃料電池2の運転状態に応じて開閉動作が制御され、燃料ガス循環通路3b内の不純物を含んだ燃料ガスおよび掃気ガス(酸化剤ガス)を外部に排出するためのバルブである。この排出弁13は、燃料ガス流通路3において、燃料電池2の下流側に設置された継手部aから外部に向けて設けたれた排出通路3cに配設されている。
≪Discharge valve≫
The discharge valve 13 is a valve whose opening / closing operation is controlled in accordance with the operating state of the fuel cell 2 and for discharging the fuel gas and scavenging gas (oxidant gas) containing impurities in the fuel gas circulation passage 3b to the outside. is there. The discharge valve 13 is disposed in the fuel gas flow passage 3 in a discharge passage 3 c provided outward from a joint portion a installed on the downstream side of the fuel cell 2.

≪酸化剤ガス流通路≫
酸化剤ガス流通路4は、空気などの酸化剤ガスを酸化剤極2bの酸化剤ガス供給口に供給し、酸化剤極2b内の酸化剤ガスを酸化剤ガス排出部16から外部に排出して流通させるための流通路である。この酸化剤ガス流通路4において、酸化剤極2bの酸化剤ガス供給口側には、コンプレッサ14、放熱部および酸化剤加湿部がそれぞれ接続され、酸化剤ガス排出口側には、背圧弁15が接続されている。また、酸化剤ガス流通路4において、燃料電池2の酸化剤ガス供給口とコンプレッサ14との間には、後記する連通路5が接続されている。
≪Oxidant gas flow passage≫
The oxidant gas flow passage 4 supplies an oxidant gas such as air to the oxidant gas supply port of the oxidant electrode 2b, and discharges the oxidant gas in the oxidant electrode 2b from the oxidant gas discharge unit 16 to the outside. It is a flow passage for distribution. In the oxidant gas flow passage 4, a compressor 14, a heat radiating part and an oxidant humidification part are connected to the oxidant gas supply port side of the oxidant electrode 2b, and a back pressure valve 15 is connected to the oxidant gas discharge port side. Is connected. In the oxidant gas flow passage 4, a communication passage 5 described later is connected between the oxidant gas supply port of the fuel cell 2 and the compressor 14.

≪コンプレッサ≫
コンプレッサ14は、酸化剤ガスとしての空気を酸化剤ガス流通路4と連通路5に送り込むための装置であり、酸化剤ガス流通路4の上流側に設置されている。
≪Compressor≫
The compressor 14 is a device for sending air as an oxidant gas into the oxidant gas flow path 4 and the communication path 5, and is installed on the upstream side of the oxidant gas flow path 4.

≪酸化剤ガス排出部、背圧弁≫
酸化剤ガス排出部16は、燃料電池2の酸化剤ガス排出口から出た酸化剤ガスを外部に排出するための箇所であり、酸化剤ガス排出部16には、酸化剤ガスの排出を調整する背圧弁15が設置されている。
≪Oxidant gas discharge part, back pressure valve≫
The oxidant gas discharge unit 16 is a part for discharging the oxidant gas discharged from the oxidant gas discharge port of the fuel cell 2 to the outside. The oxidant gas discharge unit 16 adjusts the discharge of the oxidant gas. A back pressure valve 15 is installed.

≪連通路≫
連通路5は、燃料ガス流通路3と酸化剤ガス流通路4とを連通して、酸化剤ガスを燃料ガス循環通路3bに送るための配管である。連通路5は、一方がコンプレッサ14と酸化剤極2bの酸化剤ガス供給口との間に配置された継手部cに接続され、他方がエゼクタ7と逆止弁11との間に配置された継手部bに接続されている。
≪Communication passage≫
The communication path 5 is a pipe for communicating the fuel gas flow path 3 and the oxidant gas flow path 4 to send the oxidant gas to the fuel gas circulation path 3b. One of the communication passages 5 is connected to a joint portion c disposed between the compressor 14 and the oxidant gas supply port of the oxidant electrode 2 b, and the other is disposed between the ejector 7 and the check valve 11. It is connected to the joint part b.

≪掃気ガス導入弁≫
掃気ガス導入弁6は、燃料電池2の発電時に、酸化剤ガス流通路4と燃料ガス流通路3との連通を遮断し、掃気時に、弁体69(図2参照)を開放して酸化剤ガス流通路4の酸化剤ガスを燃料ガス流通路3に導入させるバルブである。掃気ガス導入弁6は、通常運転時に、一方(導出ポート側)が燃料ガス流通路3もしくは酸化剤ガス流通路4のうちで圧力が高い高圧側流通路に接続され、他方(導入ポート側)がその高圧側流通路より圧力の低い低圧側流通路に接続されている。なお、本発明の燃料電池システム1では、掃気ガス導入弁6の燃料ガス流通路3側が酸化剤ガス流通路4側より圧力が高くなっている。この掃気ガス導入弁6は、特許請求の範囲に記載の「連通遮断手段」に相当する。
≪scavenging gas introduction valve≫
The scavenging gas introduction valve 6 shuts off the communication between the oxidant gas flow passage 4 and the fuel gas flow passage 3 during power generation of the fuel cell 2, and opens the valve element 69 (see FIG. 2) during scavenging. This is a valve for introducing the oxidant gas in the gas flow passage 4 into the fuel gas flow passage 3. During normal operation, the scavenging gas introduction valve 6 is connected to one of the fuel gas flow passage 3 and the oxidant gas flow passage 4 at a high pressure side flow passage and the other (introduction port side). Is connected to a low pressure side flow passage whose pressure is lower than that of the high pressure side flow passage. In the fuel cell system 1 of the present invention, the pressure on the fuel gas flow passage 3 side of the scavenging gas introduction valve 6 is higher than that on the oxidant gas flow passage 4 side. The scavenging gas introduction valve 6 corresponds to “communication blocking means” described in the claims.

図2は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムに使用される掃気ガス導入弁の一例を示す断面図である。
さらに、図2を参照して掃気ガス導入弁6を詳細に説明する。
前記掃気ガス導入弁6は、図2に示すように、バルブボディ61と、プランジャ62と、ガイド部材63と、プレート部材64と、カバー部材65と、ソレノイド66と、ハウジング67と、弁座68と、弁体69とを備えた電磁弁からなる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a scavenging gas introduction valve used in the fuel cell system according to the embodiment of the present invention.
Further, the scavenging gas introduction valve 6 will be described in detail with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the scavenging gas introduction valve 6 includes a valve body 61, a plunger 62, a guide member 63, a plate member 64, a cover member 65, a solenoid 66, a housing 67, and a valve seat 68. And a solenoid valve provided with a valve body 69.

バルブボディ61は、金属製材料によって形成され、掃気ガスとしての酸化剤ガスが導入される導入ポート61aと、掃気ガスが燃料ガス流通路3に導出される導出ポート61bと、導入ポート61aの弁座68を開閉する弁体69が駆動できるように配置される駆動空間61cと、を有している。   The valve body 61 is formed of a metal material, and an introduction port 61a into which an oxidant gas as a scavenging gas is introduced, a lead-out port 61b through which the scavenging gas is led out to the fuel gas flow passage 3, and a valve of the introduction port 61a And a drive space 61c disposed so that the valve element 69 for opening and closing the seat 68 can be driven.

導入ポート61aは、バルブボディ61内の駆動空間61cに酸化剤ガス(掃気ガス)を送るための通路であり、連通路5を介して酸化剤ガス流通路4に連通している。この導入ポート61aの駆動空間61c側の開口端には、弁座68がネジ止めされている。
導出ポート61bは、弁座68から弁体69が離間したときに、導入ポート61a内の酸化剤ガスを掃気ガス導入弁6から放出する通路であり、前記継手部bを介してエゼクタ7に連通している。
The introduction port 61 a is a passage for sending oxidant gas (scavenging gas) to the drive space 61 c in the valve body 61, and communicates with the oxidant gas flow passage 4 via the communication passage 5. A valve seat 68 is screwed to the opening end of the introduction port 61a on the drive space 61c side.
The lead-out port 61b is a passage through which the oxidant gas in the introduction port 61a is released from the scavenging gas introduction valve 6 when the valve body 69 is separated from the valve seat 68, and communicates with the ejector 7 via the joint portion b. is doing.

駆動空間61cは、導入ポート61aと常に連通した状態にあるとともに、この導入ポート61aと導出ポート61bとの間に両者が直交するように配置された空間である。この駆動空間61cの内部には、弁体69が軸線方向に向かって上下動自在に設けられている。この駆動空間61c内には、弁体69以外に、バルブスプリングSP、ストッパ63aおよび前記弁座68が設けられている。駆動空間61cは、バルブボディ61とガイド部材63とによって形成されるとともに、バルブボディ61とガイド部材63との間には、シール部材が介在されて気密性が保持されている。   The drive space 61c is a space that is always in communication with the introduction port 61a, and is disposed between the introduction port 61a and the outlet port 61b so as to be orthogonal to each other. A valve element 69 is provided in the drive space 61c so as to be movable up and down in the axial direction. In addition to the valve element 69, a valve spring SP, a stopper 63a, and the valve seat 68 are provided in the drive space 61c. The drive space 61c is formed by the valve body 61 and the guide member 63, and a sealing member is interposed between the valve body 61 and the guide member 63 to maintain airtightness.

プランジャ62は、ソレノイド66に電気が流れた際に磁力によって吸引されて、下端部に設置された弁体69を弁座68から離間させるための磁性体金属製である。このプランジャ62の外側には、一端が弁体69の上面に圧接し、他端がガイド部材63に圧接して、ソレノイド66のOFF時に弁体69を弁座68に押圧させるバルブスプリングSPが遊嵌されている。なお、このプランジャ62と弁体69と弁座68とは、同じ軸心線上に設置されている。   The plunger 62 is made of a magnetic metal that is attracted by a magnetic force when electricity flows through the solenoid 66 and separates the valve body 69 installed at the lower end portion from the valve seat 68. One end of the plunger 62 is pressed against the upper surface of the valve body 69, and the other end is pressed against the guide member 63. When the solenoid 66 is OFF, a valve spring SP is pressed to press the valve body 69 against the valve seat 68. It is fitted. The plunger 62, the valve body 69, and the valve seat 68 are installed on the same axis.

ガイド部材63は、バルブボディ61の上部に配設されて、その内部にプランジャ62が軸線方向に沿って進退自在に設けられて、ソレノイド66のボビンとプレート部材64とともにプランジャ62を移動自在に支持している。このガイド部材63には、弁座68から離間した弁体69を抑止するためのストッパ63aが設けられている。   The guide member 63 is disposed at the upper part of the valve body 61, and a plunger 62 is provided therein so as to be movable back and forth along the axial direction, and the plunger 62 is movably supported together with the bobbin of the solenoid 66 and the plate member 64. is doing. The guide member 63 is provided with a stopper 63 a for suppressing the valve element 69 that is separated from the valve seat 68.

プレート部材64は、磁性金属製材料によって環状に形成され、ガイド部材63とソレノイド66との間に一体的に連結されている。プレート部材64の中央部には、プランジャ62を移動自在に挿設するための貫通孔が軸線方向に沿って穿設されている。
カバー部材65は、ガイド部材63の上部にプレート部材64を介して配設されて、外周部には、ソレノイド66のコイルに電流を供給するためのコネクタ部65aが設けられている。
ソレノイド66は、コイルが巻回されたボビンと、このボビン内に移動自在に設けられたプランジャ62とからなり、前記カバー部材65の内部に配設されている。
ハウジング67は、カバー部材65およびソレノイド66の外部を、シール材を介して覆うように装着されている。
The plate member 64 is formed in an annular shape from a magnetic metal material, and is integrally connected between the guide member 63 and the solenoid 66. A through hole for movably inserting the plunger 62 is formed in the central portion of the plate member 64 along the axial direction.
The cover member 65 is disposed above the guide member 63 via a plate member 64, and a connector portion 65a for supplying a current to the coil of the solenoid 66 is provided on the outer peripheral portion.
The solenoid 66 includes a bobbin around which a coil is wound, and a plunger 62 that is movably provided in the bobbin, and is disposed inside the cover member 65.
The housing 67 is mounted so as to cover the outside of the cover member 65 and the solenoid 66 via a sealing material.

弁座68は、駆動空間61c内の弁体69の下方に配置され、駆動空間61cの下面から上方に向かって所定長だけ突出するように形成されるとともに、その中央部には、導入ポート61aの端部が配置されている。   The valve seat 68 is disposed below the valve element 69 in the driving space 61c, and is formed to protrude upward by a predetermined length from the lower surface of the driving space 61c. The end of is arranged.

図3は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムに使用される掃気ガス導入弁の弁体と弁座との関係を示す模式図である。
図2に示すように、弁体69は、弁座68を開閉する部材であり、弁座68およびストッパ63aに当接する箇所に、合成ゴムなどのパッキンからなる緩衝材69a,69bを表面と面一に設置している。図3に示すように、この弁体69は、燃料ガス流通路(高圧側流通路)3内の燃料ガスに接触する側の面積S1が、弁座68の開口部の面積S2より大きく形成されている。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the valve body and the valve seat of the scavenging gas introduction valve used in the fuel cell system according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, the valve body 69 is a member that opens and closes the valve seat 68, and cushioning materials 69a and 69b made of packing such as synthetic rubber are provided on the surface and the surface in contact with the valve seat 68 and the stopper 63a. It is installed in one. As shown in FIG. 3, the valve body 69 is formed such that the area S1 on the side in contact with the fuel gas in the fuel gas flow passage (high pressure side flow passage) 3 is larger than the area S2 of the opening of the valve seat 68. ing.

バルブスプリングSPは、弁体69に上面とガイド部材63との間に介在されたコイルばねであり、ばね力(弾性力F2)によって弁体69を弁座68に押し付ける方向に付勢している。このバルブスプリングSPは、円柱状のプランジャ62に遊嵌されるとともに、円筒状のストッパ63a内に遊挿されていることにより支持されている(図2参照)。   The valve spring SP is a coil spring interposed between the upper surface of the valve body 69 and the guide member 63, and urges the valve body 69 in a direction in which the valve body 69 is pressed against the valve seat 68 by a spring force (elastic force F2). . The valve spring SP is supported by being loosely fitted into a cylindrical plunger 62 and loosely inserted into a cylindrical stopper 63a (see FIG. 2).

≪動作≫
次に、図1〜図3を参照しながら燃料電池システム1の動作について説明する。
図1に示すように、燃料電池2は、燃料ガス供給部10からエゼクタ7を介して燃料ガス流通路3から供給される燃料ガス(水素)と、コンプレッサ14から酸化剤ガス流通路4によって供給される酸化剤ガス(酸素)との電気化学反応によって電力および熱を発生する。
<< Operation >>
Next, the operation of the fuel cell system 1 will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the fuel cell 2 is supplied from the fuel gas supply unit 10 through the ejector 7 through the fuel gas flow passage 3 and from the compressor 14 through the oxidant gas flow passage 4. Electric power and heat are generated by an electrochemical reaction with the oxidant gas (oxygen).

燃料電池システム1の定常運転時には、掃気ガス導入弁6および排出弁13が図示しない制御装置によって閉められている。このため、図1に太線で示すように、エゼクタ7から燃料極2aに送られた燃料ガスが、キャッチタンク8、逆止弁11、エゼクタ7を介して、燃料ガス循環通路3bを通って、再び燃料極2aに戻るように矢印A方向に循環される。このようにして燃料ガスの消費が削減されている。   During steady operation of the fuel cell system 1, the scavenging gas introduction valve 6 and the exhaust valve 13 are closed by a control device (not shown). Therefore, as shown by a thick line in FIG. 1, the fuel gas sent from the ejector 7 to the fuel electrode 2a passes through the fuel gas circulation passage 3b via the catch tank 8, the check valve 11, and the ejector 7, It is circulated in the direction of arrow A so as to return to the fuel electrode 2a again. In this way, fuel gas consumption is reduced.

なお、図2に示す掃気ガス導入弁6は、制御装置(図示せず)によってソレノイド66がOFFしている非励磁状態にあることにより、バルブスプリングSPの弾性力F2により弁体69が弁座68に押し付けられて閉塞されているため閉まっている。導出ポート61bの圧力Pは、排出弁13が閉まって、エゼクタ7によって燃料ガスが燃料ガス循環通路3bを循環されていることにより、導入ポート61aの圧力Qより、例えば、4倍の高さになっている(図1参照)。そして、弁体69の燃料ガス流通路3内の燃料ガスに接触する側の面積S1は、弁座68の開口部の面積S2より大きく形成されている。   The scavenging gas introduction valve 6 shown in FIG. 2 is in a non-excited state in which the solenoid 66 is turned off by a control device (not shown), so that the valve element 69 is moved by the elastic force F2 of the valve spring SP. It is closed because it is pressed against 68 and closed. The pressure P of the outlet port 61b is, for example, four times higher than the pressure Q of the inlet port 61a because the exhaust valve 13 is closed and the fuel gas is circulated through the fuel gas circulation passage 3b by the ejector 7. (See FIG. 1). The area S1 of the valve body 69 on the side in contact with the fuel gas in the fuel gas flow passage 3 is formed larger than the area S2 of the opening of the valve seat 68.

例えば、導入ポート61a内の酸化剤ガス(掃気ガス)の圧力Qによって弁体69をプランジャ62側に押し上げる力をf、弁体69が導出ポート61b内の燃料ガスの圧力Pによって弁体69を弁座68側に押し付ける力をF1、弁体69の燃料ガス流通路3内の燃料ガスに接触する側の面積をS1(図3参照)、弁座68の開口部の面積をS2(図3参照)とすると、
F1=S1×P
f=S2×Q
となる。そして、
S1>S2
P>Q
であるため、
F1>f
となる。さらに、弁体69は、力F1と同じ力の方向であるバルブスプリングSPに弾性力F2が付勢されているため、掃気ガス導入弁6がOFFのときに、弁体69が強い力でしっかりと弁座68を閉塞して、導入ポート61aと導出ポート61bとの間が遮断されている。
For example, the force that pushes the valve element 69 toward the plunger 62 by the pressure Q of the oxidizing gas (scavenging gas) in the introduction port 61a is f, and the valve element 69 causes the valve element 69 to be adjusted by the pressure P of the fuel gas in the outlet port 61b. The force pressing the valve seat 68 side is F1, the area of the valve body 69 on the side in contact with the fuel gas in the fuel gas flow passage 3 is S1 (see FIG. 3), and the area of the opening of the valve seat 68 is S2 (FIG. 3). See)
F1 = S1 × P
f = S2 × Q
It becomes. And
S1> S2
P> Q
Because
F1> f
It becomes. Further, since the elastic force F2 is biased to the valve spring SP in the same direction as the force F1, the valve body 69 is firmly attached with a strong force when the scavenging gas introduction valve 6 is OFF. The valve seat 68 is closed, and the inlet port 61a and the outlet port 61b are blocked.

そして、図1に示す燃料電池2の発電状態を停止して、燃料ガス循環通路3b内の燃料ガスの圧力が低下したときに、図示しないセンサと制御装置によって、排出弁13および掃気ガス導入弁6が開かれる。そうすると、燃料ガス循環通路3b内の燃料ガスが排出通路3cおよび排出弁13を通って排出弁13から外部に排出される。   Then, when the power generation state of the fuel cell 2 shown in FIG. 1 is stopped and the pressure of the fuel gas in the fuel gas circulation passage 3b decreases, the exhaust valve 13 and the scavenging gas introduction valve are not controlled by a sensor and a control device (not shown). 6 is opened. Then, the fuel gas in the fuel gas circulation passage 3b is discharged from the discharge valve 13 to the outside through the discharge passage 3c and the discharge valve 13.

図2に示す掃気ガス導入弁6は、制御装置からソレノイド66に通電されることにより、コイルが励磁され、コイルの磁力によりプランジャ62がバルブスプリングSPの弾性力F2に抗して弁体69を弁座68から離間する方向に移動させる。弁体69は、緩衝材69aがガイド部材63のストッパ63aに当接して静止する。   The scavenging gas introduction valve 6 shown in FIG. 2 energizes the solenoid 66 from the control device, thereby exciting the coil, and the plunger 62 causes the valve element 69 to resist the elastic force F2 of the valve spring SP by the magnetic force of the coil. Move in a direction away from the valve seat 68. The valve body 69 comes to rest when the cushioning material 69 a abuts against the stopper 63 a of the guide member 63.

その結果、掃気ガス導入弁6がオフ状態からオン状態(弁開状態)へと切り換わる。すると、図1に示すコンプレッサ14からの酸化剤ガス(掃気ガス)が、酸化剤ガス流通路4および連通路5を通って導入ポート61aから駆動空間61c内に流れ込み、導出ポート61bから継手部b、エゼクタ7、燃料極2a、キャッチタンク8および排出弁13を通って燃料ガス排出部12から外部に排出されて、循環していた燃料ガスが押し出されるようにして掃気される。   As a result, the scavenging gas introduction valve 6 is switched from the off state to the on state (valve open state). Then, the oxidant gas (scavenging gas) from the compressor 14 shown in FIG. 1 flows into the drive space 61c from the introduction port 61a through the oxidant gas flow path 4 and the communication path 5, and from the outlet port 61b to the joint portion b. The ejected gas passes through the ejector 7, the fuel electrode 2 a, the catch tank 8, and the discharge valve 13, and is discharged to the outside from the fuel gas discharge unit 12.

燃料ガスの掃気が完了して、燃料電池2による発電状態の通常の状態に復帰させる場合、制御装置によって燃料ガス供給部10からエゼクタ7を介して燃料極2aに燃料ガスが送られるとともに、掃気ガス導入弁6および排出弁13が遮断される。そして、再び、燃料極2aから排出された燃料ガスが、キャッチタンク8、逆止弁11、エゼクタ7を介して燃料極2aに戻る燃料ガスの循環が行われる。   When the scavenging of the fuel gas is completed and the normal state of the power generation state by the fuel cell 2 is restored, the fuel gas is sent from the fuel gas supply unit 10 to the fuel electrode 2a via the ejector 7 by the control device, and the scavenging is performed. The gas introduction valve 6 and the discharge valve 13 are shut off. Then, the fuel gas discharged from the fuel electrode 2 a is circulated again to return to the fuel electrode 2 a via the catch tank 8, the check valve 11, and the ejector 7.

このとき、掃気ガス導入弁6は、制御装置によってソレノイド66がOFF状態になるため、弁体69およびプランジャ62がバルブスプリングSPの弾性力F2によって弁座68側に移動して、弁体69の緩衝材69bが弁座68に圧接して弁座68が閉塞される。そうすると、導入ポート61aが遮断されて、酸化剤ガス(掃気ガス)が燃料ガス循環通路3b側に流れなくなり、掃気が停止される。   At this time, since the solenoid 66 of the scavenging gas introduction valve 6 is turned off by the control device, the valve body 69 and the plunger 62 are moved to the valve seat 68 side by the elastic force F2 of the valve spring SP. The cushioning material 69b is pressed against the valve seat 68 and the valve seat 68 is closed. Then, the introduction port 61a is shut off, and the oxidant gas (scavenging gas) does not flow to the fuel gas circulation passage 3b side, and scavenging is stopped.

以上のように、本実施形態では、燃料電池2の発電時に、掃気ガス導入弁6が燃料ガス流通路3と酸化剤ガス流通路4との連通を遮断して、燃料ガスと酸化剤ガスとが混合されることを阻止する。これにより、燃料電池2は、燃料ガスと酸化剤ガスとが混合したガスに燃料極2aが接触し、酸化して劣化することを防止することができる。   As described above, in the present embodiment, when the fuel cell 2 generates power, the scavenging gas introduction valve 6 blocks communication between the fuel gas flow path 3 and the oxidant gas flow path 4, so that the fuel gas and the oxidant gas Is prevented from mixing. Thereby, the fuel cell 2 can prevent the fuel electrode 2a from coming into contact with the gas in which the fuel gas and the oxidant gas are mixed and being oxidized and deteriorated.

また、燃料電池システム1が作動中のとき、図2に示す掃気ガス導入弁6の導出ポート61b(燃料極2a)側の圧力Pが、導入ポート61a(酸化剤極2b)側の圧力Qより大きく、その圧力差で、弁体69が弁座68に押し付けられるように働く。したがって、燃料電池システム1の作動中は、弁体69を開放しない限り、確実に弁体69が弁座68を閉塞することができるため、燃料ガス流通路3の燃料ガスと、酸化剤ガス流通路4および連通路5の酸化剤ガスとが混合することがない。   When the fuel cell system 1 is in operation, the pressure P on the outlet port 61b (fuel electrode 2a) side of the scavenging gas introduction valve 6 shown in FIG. 2 is higher than the pressure Q on the inlet port 61a (oxidant electrode 2b) side. The valve body 69 is pressed against the valve seat 68 by the pressure difference. Accordingly, during operation of the fuel cell system 1, the valve body 69 can reliably close the valve seat 68 unless the valve body 69 is opened, so that the fuel gas in the fuel gas flow passage 3 and the oxidant gas flow The oxidant gas in the passage 4 and the communication passage 5 is not mixed.

さらに、弁体69の燃料ガス(高圧側流通路)に接触する側の面積S1が、弁座68の開口部の面積S2より大きいことにより、弁体69が燃料ガス(高圧側流通路)の圧力によって弁座68に押し付けられるため、確実に弁体69が弁座68を閉塞する。   Furthermore, the area S1 of the valve body 69 on the side in contact with the fuel gas (high-pressure side flow passage) is larger than the area S2 of the opening of the valve seat 68, so that the valve body 69 contains fuel gas (high-pressure side flow passage). Since the pressure is pressed against the valve seat 68, the valve body 69 reliably closes the valve seat 68.

ところで、前記した特許文献1の燃料電池システムでは、燃料極通路切換弁の入口側(酸化剤ガス側)をバルブオープン側に配置し、出口側(燃料側)をバルブクローズ側に配置した場合、通常の運転時の圧力バランスでは燃料極通路切換弁を開放する方向に圧力が働く。これにより、弁体が開放側に押圧されるため、酸化剤ガス側に燃料ガスが漏れ易く、弁体の密閉性に問題点がある。   By the way, in the above-described fuel cell system of Patent Document 1, when the inlet side (oxidant gas side) of the fuel electrode passage switching valve is arranged on the valve open side and the outlet side (fuel side) is arranged on the valve close side, In the pressure balance during normal operation, pressure acts in the direction to open the fuel electrode passage switching valve. Thereby, since the valve body is pressed to the open side, the fuel gas easily leaks to the oxidant gas side, and there is a problem in the sealing performance of the valve body.

これに対して、本発明の実施形態に係る燃料電池システム1は、前記したように、例えば、バルブスプリングSPのばね荷重(弾性力F2)を上げることなく、確実に弁体69が弁座68を閉塞できることにより、弁体69の密閉性を向上させることができる。   On the other hand, in the fuel cell system 1 according to the embodiment of the present invention, as described above, for example, the valve element 69 is reliably connected to the valve seat 68 without increasing the spring load (elastic force F2) of the valve spring SP. Can be closed, the sealing performance of the valve body 69 can be improved.

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the technical idea. The present invention extends to these modifications and changes. Of course.

≪変形例≫
図4は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの変形例を示すブロック図である。
図1に示す掃気ガス導入弁6は、図4に示すように、酸化剤ガス流通路4および連通路5側(低圧流通路側)から燃料ガス流通路3(高圧流通路側)の一方向にのみ流れる逆止弁B1であってもよい。
また、図1に示す排出弁13は、図4に示すように、燃料ガス流通路3から燃料ガス排出部12(外部)側の一方向にのみ流れる逆止弁B2であってもよい。
このように、逆止弁B1を設けることにより、簡単な構成で燃料ガスが酸化剤ガス側に漏れることを防止できる。そして、逆止弁B1,B2を設けることにより、燃料ガス循環系の燃料ガスの循環と空気掃気が可能となる。
≪Modification≫
FIG. 4 is a block diagram showing a modification of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 4, the scavenging gas introduction valve 6 shown in FIG. 1 is only in one direction from the oxidant gas flow passage 4 and the communication passage 5 side (low pressure flow passage side) to the fuel gas flow passage 3 (high pressure flow passage side). It may be a check valve B1 that flows.
Further, as shown in FIG. 4, the discharge valve 13 shown in FIG. 1 may be a check valve B2 that flows only in one direction from the fuel gas flow passage 3 to the fuel gas discharge portion 12 (external) side.
Thus, by providing the check valve B1, it is possible to prevent the fuel gas from leaking to the oxidant gas side with a simple configuration. By providing the check valves B1 and B2, it is possible to circulate the fuel gas and scavenge air in the fuel gas circulation system.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。1 is a block diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池システムに使用される掃気ガス導入弁の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the scavenging gas introduction valve used for the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池システムに使用される掃気ガス導入弁の弁体と弁座との関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the valve body and valve seat of the scavenging gas introduction valve used for the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池システムの変形例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the modification of the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池システム
2 燃料電池
3 燃料ガス流通路(高圧側流通路)
4 酸化剤ガス流通路(低圧側流通路)
5 連通路
6 掃気ガス導入弁(連通遮断手段)
68 弁座
69 弁体
S1 高圧側流通路に接触する弁の面積
S2 弁座の開口部の面積
B1,B2 逆止弁
1 Fuel Cell System 2 Fuel Cell 3 Fuel Gas Flow Path (High Pressure Side Flow Path)
4 Oxidant gas flow passage (low pressure side flow passage)
5 Communication path 6 Scavenging gas introduction valve (communication blocking means)
68 Valve seat 69 Valve body S1 Area of valve in contact with high-pressure side flow passage S2 Area of valve seat opening B1, B2 Check valve

Claims (4)

燃料ガスと酸化剤ガスとの反応によって発電を行う燃料電池と、
前記燃料ガスが流通する燃料ガス流通路と、
前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流通路と、
前記燃料ガス流通路と前記酸化剤ガス流通路とを連通する連通路と、を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池の発電時に、前記燃料ガス流通路と前記酸化剤ガス流通路との連通を遮断する連通遮断手段を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates electricity by reaction between the fuel gas and the oxidant gas;
A fuel gas flow passage through which the fuel gas flows;
An oxidant gas flow passage through which the oxidant gas flows;
A fuel cell system comprising: a communication passage communicating the fuel gas flow passage and the oxidant gas flow passage;
A fuel cell system comprising a communication blocking means for blocking communication between the fuel gas flow passage and the oxidant gas flow passage during power generation of the fuel cell.
請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記連通遮断手段は、前記連通路上に配設され、弁座を開閉する弁体を備えた掃気ガス導入弁からなり、
前記掃気ガス導入弁は、前記弁体を、前記燃料ガス流通路および前記酸化剤ガス流通路のうちで圧力が高い高圧側流通路に連通して設け、
前記弁座を、前記高圧側流通路より圧力の低い低圧側流通路に連通して設けたことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
The communication blocking means comprises a scavenging gas introduction valve provided on the communication path and provided with a valve body for opening and closing a valve seat,
The scavenging gas introduction valve is provided with the valve body in communication with a high pressure side flow passage having a high pressure in the fuel gas flow passage and the oxidant gas flow passage,
A fuel cell system, wherein the valve seat is provided in communication with a low pressure side flow passage having a pressure lower than that of the high pressure side flow passage.
請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記弁体は、前記高圧側流通路に接触する側の面積が、前記弁座の開口部の面積より大きいことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 2, wherein
The fuel cell system according to claim 1, wherein an area of the valve body in contact with the high-pressure side flow passage is larger than an area of the opening of the valve seat.
請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記連通遮断手段は、前記燃料ガス流通路側から前記酸化剤ガス流通路側へのガスの逆流を防止する逆止弁からなることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the communication blocking means comprises a check valve for preventing a back flow of gas from the fuel gas flow path side to the oxidant gas flow path side.
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