JP2006147160A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料ガス循環系の全域を掃気して生成水などの不純物を効率よく掃気する燃料電池システムを提供すること。
【解決手段】 燃料電池システム１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２と、燃料電池２に送られた燃料ガスを燃料ガス再循環装置（７）により循環させる燃料ガス循環通路３ｂと、燃料電池２の燃料ガス排出口と燃料ガス再循環装置（７）との間に配置された燃料ガス循環通路３ｂ内の不純物を含んだ燃料ガスを排出する排出弁１３と、酸化剤ガスを燃料ガス循環通路３ｂに供給可能な酸化剤ガス導入路５とを備えている。酸化剤ガス導入路５は、排出弁１３と燃料ガス再循環装置（７）との間に配設されている。
【選択図】 図１

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。

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。この燃料電池システムにおける燃料ガスの消費量を低減して、出力特性を向上させるために、燃料電池の燃料極から排出される未利用の燃料ガスを再循環して、外部から新たに供給される燃料ガスと混合させ、燃料電池の燃料極へと供給する再循環方式のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この燃料電池システムは、燃料極からの排出ガスを再循環させていると、循環の繰り返しに伴って不純物濃度が上昇して、燃料電池の電極触媒活性を低下させたり、腐食を与えたりして、燃料電池の発電性能が低下するおそれがある。
このため、この燃料電池システムでは、運転状況に応じて燃料極通路に供給する燃料ガスと酸化剤ガスとを切り換える燃料極通路切換弁を設けるとともに、この燃料極通路切換弁によって、燃料極通路に酸化剤ガスを供給するように切り換えて、酸化剤ガスで燃料極に溜まった生成水などを吹き飛ばして掃気している。
このような燃料電池システムに、前記のような掃気システムを導入する場合には、燃料電池に供給する燃料ガスと酸化剤ガスとを遮断する燃料極通路切換弁が必要になり、この燃料極通路切換弁で、燃料ガスと酸化剤ガスとが掃気時以外のときに接触しないようにしている。
特開２００３−３３１８９３号公報（段落００１２〜００１９、図１）

しかしながら、前記特許文献１の燃料電池システムでは、燃料極から排出された燃料ガスを再循環させているとき、この燃料ガスが、燃料極の燃料ガス排出口から循環通路、エゼクタ、加湿器および燃料極通路切換弁を通って燃料極の燃料ガス供給口に送られて循環している。そして、この燃料ガスに生成水などの不純物が溜まったときには、燃料極通路切換弁を切換えて、燃料ガスの循環を遮断し、コンプレッサからの空気を導入して、循環通路中の生成水や不純物を燃料ガスとともに吹き飛ばす掃気を行う。
このため、循環通路中にあった燃料ガスのうちで、燃料極通路切換弁から燃料極の燃料ガス排出口にあった燃料ガスは、外部に排出されるが、循環通路からエゼクタ、加湿器および燃料極通路切換弁の間にあった不純物を含む燃料ガスは、コンプレッサから送られた空気の影響を受けないため、循環通路にあった大半の燃料ガスが押し出されずにそのまま残っている。
したがって、このような掃気システムでは、循環通路の全体が掃気されず、燃料ガス循環系内の生成水などの不純物を効率よく除去できないという問題点がある。

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、燃料ガス循環系の全域を掃気して生成水などの不純物を効率よく掃気する燃料電池システムを提供することである。

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、前記燃料電池に送られた燃料ガスを燃料ガス再循環装置により循環させる燃料ガス循環通路と、前記燃料電池の燃料ガス排出口と前記燃料ガス再循環装置との間に配置された前記燃料ガス循環通路内の不純物を含んだ前記燃料ガスを排出する排出弁と、前記酸化剤ガスを前記燃料ガス循環通路に供給可能な酸化剤ガス導入路と、を備えた燃料電池システムであって、前記酸化剤ガス導入路は、前記排出弁と前記燃料ガス再循環装置との間に配設されていることを特徴とする。

請求項１に記載の燃料電池システムの発明によれば、燃料ガス循環通路内の不純物を含んだ燃料ガスを排出する排出弁と、燃料電池に送られた燃料ガスを循環させる燃料ガス再循環装置との間に、酸化剤ガス導入路が配設されている。この酸化剤ガス導入路から掃気ガス（酸化剤ガス）を流し込むと、燃料ガス循環通路や燃料ガス循環通路に設けられ生成水が溜まりそうな部材の全てを掃気できるため、燃料電池内および燃料ガス循環系内の全域の生成水などの不純物を含む全てを酸化剤ガスで押し出して排出できる。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溜まったまま残ることがなく、より完全な掃気を行うことが可能となり、再始動時の不良を起こり難くすることができる。

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、前記酸化剤ガス導入路上には、前記燃料ガス循環通路に前記酸化剤ガスの導入を制御する酸化剤ガス導入弁が設けられ、前記排出弁と前記酸化剤ガス導入弁とは、近接または一体に配置させたことを特徴とする。

請求項２に記載の燃料電池システムの発明によれば、排出弁と酸化剤ガス導入弁とが、近接または一体に配置されていることにより、無駄な掃気範囲を減らして、掃気する体積を減少させることができる。
一方、燃料ガス循環通路においては、排出弁と酸化剤ガス導入弁とが近接または一体に配置させたことにより、燃料ガスが循環する燃料ガス循環通路の略全周を掃気できるため、さらに完全に掃気することが可能となる。
また、排出弁と酸化剤ガス導入弁とを一体にすることにより、排出弁と酸化剤ガス導入弁との間にあった配管が不要になるため、部品点数や組み立て工数が削減でき、組み立て性が向上される。

請求項３に記載の燃料電池システムは、請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、前記酸化剤ガス導入路と前記排出弁との間には、前記酸化剤ガス導入路側から前記排出弁側へのガスの逆流を防止する逆止弁を配設したことを特徴とする。

請求項３に記載の燃料電池システムの発明によれば、酸化剤ガス導入路と排出弁との間に逆止弁が配設されたことにより、酸化剤ガス導入路の掃気用の酸化剤ガスは、酸化剤ガス導入路から直接排出弁に向かって流れて排出されることが阻止される。これにより、燃料ガス循環通路に導入された酸化剤ガスの全てを燃料再循環装置側に流して掃気に利用することができる。したがって、燃料電池および燃料ガス循環系の全域を掃気して、生成水などの不純物を効率よく掃気することができる。

請求項１に記載の燃料電池システムによれば、排出弁と燃料ガス再循環装置との間に、酸化剤ガス導入路を配設したことにより、燃料電池および燃料ガス循環系の全域を掃気して、生成水などの不純物を効率よく排出することができる。
請求項２に記載の燃料電池システムによれば、排出弁と酸化剤ガス導入弁とが近接または一体に配置させたことにより、燃料ガスが循環する燃料ガス循環通路の略一周を掃気できるため、さらに満遍なく生成水などを排出することができる。また、排出弁と酸化剤ガス導入弁との間にあった配管が不要になるため、部品点数や組み立て工数が削減でき、組み立て性が向上される。
請求項３に記載の燃料電池システムによれば、酸化剤ガス導入路と排出弁との間に逆止弁が配設されたことにより、燃料ガス循環通路に導入された酸化剤ガスの全てを燃料再循環装置側に流して、燃料ガス循環系の全域を掃気して、生成水などの不純物を効率よく排出することができる。

次に、図１〜図３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。

≪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とを連通して酸化剤ガスを燃料ガス流通路３に導入する酸化剤ガス導入路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酸化剤ガス導入弁６とを備えている。

≪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。

≪燃料ガス流通路≫
燃料ガス流通路３は、水素などからなる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、燃料ガス流通路３して燃料ガス供給部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。

＜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。

＜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。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、他端部が燃料ガスを循環させるためのエゼクタ７に接続され、中間部には後記する酸化剤ガス導入路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、例えば、Ｔ字形継手からなる。

＜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。

≪燃料ガス供給部≫
燃料ガス供給部１０は、ガスボンベなどからなり、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。

≪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。
なお、エゼクタ７は、特許請求の範囲に記載の「燃料ガス再循環装置」に相当する。

≪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バルブである。

≪逆止弁≫
逆止弁１１は、燃料ガス循環通路３ｂを流れる排出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、図１において、継手部ａ，ｂ間の距離、および継手部ａと逆止弁１１と間の距離は、ブロック図を作成する便宜上距離があるように記載されているが、後記するようにその間の距離は実際には短い。

≪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。

≪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、少なくとも燃料電池２の燃料ガス排出口とエゼクタ７との間に配置されている。なお、本実施形態では、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。

≪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、後記する酸化剤ガス導入路５が接続されている。

≪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と酸化剤ガス導入路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。

≪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。

≪酸化剤ガス導入路≫
酸化剤ガス導入路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（掃気ガス）を燃料ガス循環通路３ｂに送るための配管である。この酸化剤ガス導入路５は、少なくとも排出弁１３とエゼクタ７との間に配設されている。なお、本実施形態では、逆止弁１１を有する構成であることから、酸化剤ガス導入路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。酸化剤ガス導入路５上には、燃料ガス循環通路３ｂに酸化剤ガスの導入を制御する酸化剤ガス導入弁６が設けられている。酸化剤ガス導入路５と排出弁１３との間には、酸化剤ガス導入路５側から排出弁１３側への酸化剤ガスが流れる逆流を防止するための前記逆止弁１１が配設されている。
なお、前記継手部ｂは、排出通路３ｃに設置された継手部ａになるべく近い位置に設置される。

≪酸化剤ガス導入弁≫
酸化剤ガス導入弁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、弁体を開放して酸化剤ガス流通路４の酸化剤ガス（掃気ガス）を燃料ガス流通路３に導入させるバルブである。酸化剤ガス導入弁６は、導出ポート側が燃料ガス流通路３（高圧側流通路）側に接続され、導入ポート側がその燃料ガス流通路３より圧力の低い酸化剤ガス流通路（低圧側流通路）４側に接続されている。この酸化剤ガス導入弁６と排出弁１３とは、近接または一体にして近傍の位置に配置される。
なお、酸化剤ガス導入弁６は、酸化剤ガス流通路４および酸化剤ガス導入路５側から燃料ガス流通路３の一方向にのみ流れる逆止弁であってもよい。

≪バルブユニット≫
図１に示すように、前記したエゼクタ７、継手部ａ，ｂ、逆止弁１１、酸化剤ガス導入弁６、排出弁１３および燃料ガス排出部１２は、例えば、バルブユニットＢによって一体に結合して設けられている。
そうすることにより、バルブユニットＢは、継手部ａ，ｂを省略することができる。すなわち、継手部ａは、燃料ガス循環通路３ｂと排出通路３ｃとが合流して交差する流路であればよい。また、継手部ｂは、燃料ガス循環通路３ｂと酸化剤ガス導入路５とが交差する流路であればよい。
さらに、バルブユニットＢは、この継手部ａと継手部ｂとの間の距離や、排出弁１３と酸化剤ガス導入弁６との間の距離を短くして、それらの部品を近接した位置に設置できるようになる。
また、前記した各部品を一体に結合したことにより、各部品間を繋ぐ配管や継手部ａ，ｂを不要にして、各部品を近接した位置にコンパクトに1部品とすることが可能となる。

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バルブユニットの一例を示す平面図である。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バルブユニットの一例を示す正面図である。

さらに、図２および図３を参照してバルブユニットＢを説明する。
前記バルブユニットＢは、図２および図３に示すように、燃料ガス循環系および掃気ガス導入系の各部品を一体にして１つにした装置である。このバルブユニットＢは、例えば、エゼクタ７と、逆止弁１１と、酸化剤ガス導入弁６と、排出弁１３と、燃料ガス排出部１２とを一体に結合している。

エゼクタ７は、バルブユニットＢ外に設置された燃料ガス供給部１０（図１参照）からの燃料ガス（矢印Ｄ）を取り入れて燃料電池２に送るとともに、逆止弁１１を通過した排出燃料ガス（矢印Ｅ）と酸化剤ガス導入弁６を通過した掃気ガス（矢印Ｆ）を燃料電池２に送る。
逆止弁１１は、キャッチタンク８側に燃料ガスおよび掃気ガスが逆流するのを阻止するバルブで、エゼクタ７と酸化剤ガス導入弁６と排出弁１３との間の隣接した位置に一体に配置されている。
酸化剤ガス導入弁６は、酸化剤ガス導入路５（図１参照）に連通されるとともに、エゼクタ７と逆止弁１１との間に酸化剤ガスを送り込むように、逆止弁１１に一体に配置されている。
排出弁１３は、キャッチタンク８側から流れて来た排出燃料ガス（矢印Ｇ）を適宜に燃料ガス排出部１２から外部（矢印Ｈ）に排出するためのバルブであり、逆止弁１１に一体に設けられている。

これにより、排出弁１３と酸化剤ガス導入弁６とが一体に配置されているため、排出弁１３と酸化剤ガス導入弁６との間の距離が狭くでき、互いに近接した位置に配置されている。

そして、燃料電池システム１の通常運転時には、図２および図３に仮想線の矢印で示すように、燃料電池２およびキャッチタンク８を通ってバルブユニットＢに送られて来た排出燃料ガスが、逆止弁１１およびエゼクタ７を通って再び燃料電池２に戻るように循環させる。
燃料電池システム１の掃気時には、図２および図３に破線の矢印で示すように、酸化剤ガス導入路５（図１参照）からバルブユニットＢに送られて来た酸化剤ガスが酸化剤ガス導入弁６およびエゼクタ７を通って燃料電池２、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る。

なお、酸化剤ガス導入弁６は、エゼクタ７のディフューザ部に配置されている。また、この酸化剤ガス導入弁６は、燃料ガス循環系の逆止弁１１の直後の下流側で、燃料電池２の上流側のできるだけ逆止弁１１に近い位置に設置されている。

≪動作≫
次に、各図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。

燃料電池システム１の通常運転時には、酸化剤ガス導入弁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、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。

そして、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および酸化剤ガス導入弁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を通ってこの排出弁１３から外部に排出される。

そして、酸化剤ガス導入路５と排出弁１３との間の燃料ガス循環通路３ｂには、酸化剤ガス導入路５側から排出弁１３側へ酸化剤ガスが流れるのを阻止する逆止弁１１が配設されていることにより、酸化剤ガス（掃気ガス）が酸化剤ガス導入路５から継手部ａを通って直接排出弁１３に向かって流れて排出されることが阻止される。
その結果、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、酸化剤ガス導入路５、酸化剤ガス導入弁６を通過して、エゼクタ７と逆止弁１１との間の燃料ガス循環通路３ｂに流れ込むと、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、燃料ガス循環通路３ｂを循環していた排出燃料ガスが押し出されるようにして掃気される。

このとき、酸化剤ガス導入弁６が設けられた酸化剤ガス導入路５は、排出弁１３とエゼクタ（燃料ガス再循環装置）７との間の燃料ガス循環通路３ｂに設けた継手部ｂに配設され、さらに、排出弁１３と酸化剤ガス導入弁６とが、バルブユニットＢに一体に配設されて近接した位置にある（図２および図３参照）。このため、酸化剤ガス導入路５から燃料ガス循環通路３ｂ内に入り込んだ掃気用の酸化剤ガスは、図１に示すように、継手部（合流箇所）ｂから燃料電池２を介して継手部（合流箇所）ａの間を通ることにより、燃料ガス循環通路３ｂを略一周する。

したがって、その酸化剤ガスは、燃料ガス循環通路３ｂに導入された酸化剤ガスの全てが掃気に利用されて、燃料ガス循環系内の全域の生成水などの不純物を全て酸化剤ガスで押し出し、燃料ガス排出部１２から外部に排出され、満遍なく掃気できる。これにより、バルブユニットＢは、燃料ガス循環通路３ｂ中の掃気されない箇所を略なくして、無駄な掃気範囲を減少させることができるとともに、燃料ガス循環通路３ｂ中に燃料電池２から排出された水分を含んだ排気燃料ガスが残存することを防止して、再始動時の不良を起こり難くすることができる。

また、バルブユニットＢは、酸化剤ガス導入弁６と逆止弁１１とエゼクタ７と排出弁１３とを一体にすることにより、各弁間にあった配管が不要になるため、掃気する体積を減少させて、部品点数や組み立て工数が削減でき、組み立て性が向上される。

排出燃料ガスの掃気が完了すると、また、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、酸化剤ガス導入弁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。

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。

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。 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バルブユニットの一例を示す平面図である。 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バルブユニットの一例を示す正面図である。

符号の説明

１ 燃料電池システム
２ 燃料電池
３ 燃料ガス流通路
３ｂ 燃料ガス循環通路
４ 酸化剤ガス流通路
５ 酸化剤ガス導入路
６ 酸化剤ガス導入弁
７ エゼクタ（燃料ガス再循環装置）
１１ 逆止弁
１３ 排出弁
Ｂ バルブユニット

Claims (3)

1. 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、
   前記燃料電池に送られた燃料ガスを燃料ガス再循環装置により循環させる燃料ガス循環通路と、
   前記燃料電池の燃料ガス排出口と前記燃料ガス再循環装置との間に配置された前記燃料ガス循環通路内の不純物を含んだ前記燃料ガスを排出する排出弁と、
   前記酸化剤ガスを前記燃料ガス循環通路に供給可能な酸化剤ガス導入路と、を備えた燃料電池システムであって、
   前記酸化剤ガス導入路は、前記排出弁と前記燃料ガス再循環装置との間に配設されていること
   を特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
   前記酸化剤ガス導入路上には、前記燃料ガス循環通路に前記酸化剤ガスの導入を制御する酸化剤ガス導入弁が設けられ、
   前記排出弁と前記酸化剤ガス導入弁とは、近接または一体に配置させたこと
   を特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、
   前記酸化剤ガス導入路と前記排出弁との間には、前記酸化剤ガス導入路側から前記排出弁側へのガスの逆流を防止する逆止弁を配設したこと
   を特徴とする燃料電池システム。

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