JP2009176498A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】ドレン弁等の排出弁が凍結により作動不能となることを防止可能な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】アノードに水素が、カソードに空気がそれぞれ供給されることで発電する燃料電池スタック１０と、アノードから排出されたオフガスが通るオフガス配管と、オフガス配管のオフガスを排出するドレン弁３０と、燃料電池スタック１０内を掃気ガスにより掃気するコンプレッサ４１と、を備える燃料電池システム１であって、ドレン弁３０は、弁体３２と、弁体３２を作動させるプランジャ３３と、弁体３２及びプランジャ３３を収容するケーシング３１と、を備えると共に、プランジャ３３とケーシング３１との間には掃気ガスが流通可能な掃気ガス通路３３ａが形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

近年、水素（燃料ガス）がアノードに、酸素を含む空気（酸化剤ガス）がカソードに、それぞれ供給されることで発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池の開発が盛んである。

このような燃料電池は発電すると、そのカソードで水蒸気（水）を生成し、生成した水の一部は、電解質膜（固体高分子膜）を介して、アノード側に透過する。また、電解質膜の湿潤状態を維持するため、燃料電池に向かう水素、空気は、中空糸膜を備える加湿器等によって加湿される。したがって、燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガス、カソードから排出されるカソードオフガスは多湿となり、そして、水滴（水分）等を含む。

また、燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスには、電極反応で消費されなかった未反応の水素が含まれる。そこで、水素の利用効率を高めるべく、適宜な気液分離器（水分分離器）によって、アノードオフガスから水滴（水分）を分離させ、この分離後のアノードオフガスを、燃料電池の上流側に戻し、燃料電池に再供給する、つまり、水素循環系を備える燃料電池システムが提案されている（特許文献１参照）。なお、気液分離器で分離された水は、その下流に設けられたドレン弁（排水弁）を介して、外部に排出される。

また、このように多湿のアノードオフガス及びカソードオフガスが排出されるので、システム停止後に、燃料電池等が低温環境下に曝され、凍結する虞がある場合、燃料電池等のシステム内に、掃気ガス（例えば空気）を導入し、システム内に残留する水蒸気、結露水等を外部に押し出し、掃気する技術が提案されている。

特開２００７−７３２８０号公報

ところが、特許文献１に係るドレン弁では、ドレン弁に導入される掃気ガスが、弁体を作動させるプランジャと、このプランジャを囲むケーシングとの隙間に流れず、この隙間に残留する水滴が除去されない虞がある。そして、この水滴が凍結すると、プランジャがケーシングに固着し、ドレン弁が作動不能（開弁不能）になる虞がある。

そこで、本発明は、ドレン弁等の排出弁が凍結により作動不能となることを防止可能な燃料電池システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、アノードに燃料ガスが、カソードに酸化剤ガスが、それぞれ供給されることで発電する燃料電池と、前記アノードから排出されたオフガスが通るオフガス配管と、前記オフガス配管のオフガスを排出する排出弁と、前記燃料電池内を掃気ガスにより掃気する掃気手段と、を備える燃料電池システムであって、前記排出弁は、弁体と、前記弁体を作動させるプランジャと、前記弁体及び前記プランジャを収容するケーシングと、を備えると共に、前記プランジャと前記ケーシングとの間には掃気ガスが流通可能な掃気ガス通路が形成されていることを特徴とする燃料電池システムである。

ここで、燃料電池等の掃気とは、燃料電池等内の水分（水蒸気等）を、掃気ガスによって押し出すことである。掃気ガスとしては、例えば、空気や窒素が使用される。
このような燃料電池システムによれば、掃気手段からの掃気ガスが、プランジャとケーシングとの間に形成された掃気ガス通路を流れる。これにより、プランジャとケーシングとの間に残留する水蒸気、水滴等を、押し出して除去し、掃気することができる。したがって、凍結により、プランジャがケーシングに固着し、プランジャ及び弁体が作動不能、つまり、排出弁が作動不能になることを防止できる。

また、前記排出弁は、前記掃気手段からの掃気ガスが導入される掃気ガス導入部と、前記弁体が開閉する排出部と、を備え、前記掃気ガス導入部と前記排出部とは、前記プランジャを挟んで対向していることを特徴とする燃料電池システムである。

このような燃料電池システムによれば、掃気ガスが、掃気ガス導入部から、プランジャとケーシングとの間に形成された掃気ガス通路を通って、排出部に向かう。すなわち、掃気ガスは、その流れ方向を大きく変えずに排出部に向かって流れつつ、プランジャ全体に付着する水滴等を押し出し、これを除去することができる。
なお、掃気ガス導入部と排出部とは、後記する実施形態のように、プランジャの作動軸線上に配置、つまり、掃気ガス導入部はプランジャの一端側に、排出部は他端側に配置されることが好ましい。

また、前記排出部は、鉛直下方に配置されていることを特徴とする燃料電池システムである。

このような燃料電池システムによれば、排出部が鉛直下方に配置されているので、水滴等が、その自重によっても排出部に導かれる。これにより、排出弁内の水の排出性を高めることができる。

また、前記オフガス配管には、オフガスから水分を分離する水分分離器を備え、前記排出弁は、前記水分分離器で分離された水分を排出する弁であると共に、前記掃気手段による掃気時に開かれる、ことを特徴とする燃料電池システムである。

このような燃料電池システムによれば、水分分離器によって、オフガスから水分が分離され、分離された水分は、排出弁を介して、外部に排出される。また、排出弁は、掃気手段による掃気時に開かれ、掃気手段からの掃気ガスが、掃気ガス導入部から排出弁内に導入されるので、掃気ガスによって、排出弁内の水分を押し出し、掃気できる。

また、前記排出弁は、前記水分分離器で分離された水分が導入される水分導入部と、前記掃気手段からの掃気ガスが導入される掃気ガス導入部と、を別々に備え、前記水分導入部からの水分が、前記プランジャの外側を経由せずに、前記排出部に向かうように構成されていることを特徴とする燃料電池システムである。

このような燃料電池システムによれば、水分導入部からの水分が、プランジャの外側を経由せずに、排出部に向かうので、プランジャとケーシングとの間に、水滴等が残留しにくくなる。仮に、プランジャとケーシングとの間に水滴等が残留したとしても、掃気ガス通路を流れる掃気ガスによって、この水滴等を押し出し、掃気できる。

本発明によれば、ドレン弁等の排出弁が凍結により作動不能となることを防止可能な燃料電池システムを提供することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。

≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す本実施形態に係る燃料電池システム１は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０のアノードに対して水素（燃料ガス）を給排するアノード系と、燃料電池スタック１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス）を給排するカソード系と、掃気時にカソード系からアノード系に掃気ガスを導く掃気ガス系と、これらを電子制御する図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。

＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セルが積層されることで構成されたスタックであり、複数の単セルは電気的に直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟み２枚の導電性を有するアノードセパレータ及びカソードセパレータと、を備えている。

ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソードとを備えている。アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）を含んでいる。

アノードセパレータには、各ＭＥＡのアノードに対して水素を給排するため単セルの積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セルの面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝及がアノード流路１１（燃料ガス流路）として機能している。
カソードセパレータには、各ＭＥＡのカソードに対して空気を給排するため単セルの積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セルの面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がカソード流路１２（酸化剤ガス流路）として機能している。

そして、アノード流路１１を介して各アノードに水素が供給されると、式（１）の電極反応が起こり、カソード流路１２を介して各カソードに空気が供給されると、式（２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、燃料電池スタック１０と走行モータ等の外部回路とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電するようになっている。
なお、カソードで生成した水（水蒸気）の一部は、電解質膜を透過し、アノードに移動する。よって、カソードから排出されるカソードオフガス、アノードから排出されるアノードオフガスは、多湿になると共に、水蒸気が結露・凝縮することで生成した水滴を含む。
２Ｈ_２→４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ …（１）
Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏ …（２）

＜アノード系＞
アノード系は、水素タンク２１（燃料ガス供給手段）と、常閉型の遮断弁２２と、エゼクタ２３と、気液分離器２４（水分分離器）と、常閉型のパージ弁２５と、常閉型のドレン弁３０（排出弁）とを備えている。
水素タンク２１は、配管２１ａ、遮断弁２２、配管２２ａ、エゼクタ２３、配管２３ａを介して、アノード流路１１の入口に接続されている。配管２２ａには、水素を所定圧力に減圧する減圧弁（図示しない）が設けられている。そして、ＥＣＵによって、遮断弁２２が開かれると、水素タンク２１の水素が配管２１ａ等を介してアノード流路１１に供給されるようになっている。

アノード流路１１の出口には、配管２４ａ、気液分離器２４が接続されており、アノード流路１１（アノード）から排出された多湿で水滴を含むアノードオフガスが、気液分離器２４に導入されるようになっている。

気液分離器２４は、アノードオフガスから水滴（水分）を分離するための機器である。
具体的には、気液分離器２４内は、中間壁２４ｂによって、中間壁２４ｂの上方のチャンバ２４ｃ(アノードオフガス流通部）と、中間壁２４ｂの下方のタンク部２４ｄとに仕切られている。チャンバ２４ｃには、アノードオフガスが導入されると共に、アノードオフガスが略水平面方向において蛇行するように流路壁（図示しない）が形成されている。

そして、中間壁２４ｂには、チャンバ２４ｃとタンク室２４ｄとを連通する複数の連通孔２４ｅが適所に形成されており、アノードオフガスに同伴する水滴が、連通孔２４ｅを通って、タンク部２４ｄに流れ込み、タンク部２４ｄに一時的に貯溜されるようになっている。
一方、水滴が分離されたアノードオフガスは、配管２４ｆを介して、エゼクタ２３の吸引口に戻されるようになっている。その結果、水素が循環し、水素が有効利用されるようになっている。

また、配管２４ｆの途中は、配管２５ａ、常閉型で電磁式のパージ弁２５、配管２５ｂを介して、希釈器４３に接続されている。そして、図示しない電圧センサで検出される単セルの電圧（セル電圧）が低下し、アノードオフガスに含まれる不純物（水蒸気、窒素等）が多いとＥＣＵで判断された場合、ＥＣＵよってパージ弁２５は開かれ、不純物を含むアノードオフガスが配管２５ａ、配管２５ｂを介して、希釈器４３に排出されるようになっている。

気液分離器２４のタンク部２４ｄは、配管３０ａ、常閉型で電磁式のドレン弁３０、配管３０ｂを介して、希釈器４３に接続されている。そして、ＥＣＵによってドレン弁３０が開かれると、タンク部２４ｄに貯溜されていた水が、配管３０ａ、配管３０ｂを介して、希釈器４３に排出されるようになっている。

また、ドレン弁３０は、燃料電池スタック１０内の掃気時にも、パージ弁２５と共に開かれる設定となっている。そして、このようにドレン弁３０が開かれると、コンプレッサ４１から吐出され、アノード流路１１（アノード）から排出される掃気ガス（オフガス）は、気液分離器２４を介して、ドレン弁３０から排出され、これにより、気液分離器２４及びドレン弁３０も掃気されるようになっている。
したがって、アノード流路１１（アノード）から排出されたオフガスが通るオフガス配管は、配管２４ａ、２４ｆ、２５ａ、２５ｂの他、配管３０ａ、３０ｂも含んでいる。

＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ４１（酸化剤ガス供給手段、掃気手段）と、加湿器４２と、希釈器４３とを備えている。
コンプレッサ４１は、配管４１ａ、加湿器４２、配管４２ａを介して、カソード流路１２の入口に接続されており、ＥＣＵの指令に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込み、カソード流路１２に供給するようになっている。
また、コンプレッサ４１は、燃料電池スタック１０のアノード流路１１、カソード流路１２の掃気時には、アノード流路１１等に掃気ガス（非加湿の空気）を送り込む掃気手段として機能する。

カソード流路１２の出口は、配管４２ｂ、加湿器４２、配管４２ｃを介して、希釈器４３に接続されている。そして、カソード流路１２から排出された多湿のカソードオフガスは、配管４２ｂ等を介して、希釈器４３に供給されるようになっている。なお、配管４２ｃには、カソード流路１２の圧力と、アノード流路１１の圧力とをバランスさせる背圧弁（図示しない）が設けられている。この背圧弁は、例えばバタフライ弁から構成される。

加湿器４２は、コンプレッサ４１からカソード流路１２に向かう空気を加湿するため、カソード流路１２に向かう空気と、多湿のカソードオフガスとを水分交換させる中空糸膜４２ｄを備えている。また、配管４１ａと配管４２ａとを接続するバイパス配管（図示しない）が設けられており、燃料電池スタック１０の掃気時において、コンプレッサ４１からの掃気ガスが加湿器４２をバイパスするようになっている。

希釈器４３は、パージ弁２５が開かれた場合に導入されるアノードオフガス中の水素を、カソードオフガス（希釈用ガス）で希釈する容器であり、その内部に希釈空間を備えている。そして、希釈後のガスは、配管４３ａを介して、車外に排出されるようになっている。配管４３ａには、図示しないサイレンサ（消音器）が設けられている。

＜掃気系＞
掃気系は、燃料電池スタック１０の掃気時に、コンプレッサ４１からの掃気ガス（非加湿の空気）をアノード系に導く系であり、常閉型の掃気弁５１を備えている。掃気弁５１の上流は、配管５１ａを介して配管４１ａに接続されており、掃気弁５１の下流は、配管５１ｂを介して配管２３ａに接続されている。
そして、燃料電池スタック１０を掃気する場合、例えばシステム停止中において、温度センサ（図示しない）が検出するシステム温度が０℃未満となり、燃料電池スタック１０内が凍結する虞のある場合、ＥＣＵはコンプレッサ４１を作動すると共に、掃気弁５１、パージ弁２５及びドレン弁３０を開く設定となっている。

［ドレン弁］
ここで、図２（ａ）、図２（ｂ）を参照して、ドレン弁３０の構造を具体的に説明する。なお、図２（ａ）は、コイル３４がＯＮされ、常閉型のドレン弁３０が開いた状態を示している。また、図２（ａ）の紙面下側が鉛直下方である。

ドレン弁３０は、第１入口ポート３１ａ（掃気ガス導入部）及び出口ポート３１ｃ（排出部）が形成されたケーシング３１と、出口ポート３１ｃを開閉するゴム製の弁体３２と、弁体３２と一体に構成され、弁体３２を往復させるプランジャ３３と、プランジャ３３及びこれと一体の弁体３２を作動させるコイル３４と、を備えている。すなわち、ケーシング３１は、弁体３２及びプランジャ３３を収容している。

プランジャ３３は、略円柱状であって、ケーシング３１内に、ケーシング３１に対し鉛直方向において摺動自在に設けられており、その下端部に弁体３２が固定されている。また、プランジャ３３とケーシング３１との間には、圧縮コイルばね（図示しない）が設けられており、この圧縮コイルばねによりプランジャ３３は、鉛直下向きに付勢されている。これにより、コイル３４がＯＦＦされている場合、弁体３２が、出口ポート３１ｃの周縁に形成された弁座部３１ｄに当接し、出口ポート３１ｃが閉じるようになっている。

一方、ＥＣＵからの指令により、コイル３４がＯＮされると、プランジャ３３が鉛直上向きに移動し、つまり、弁体３２が弁座部３１ｄから離間し、出口ポート３１ｃが開くようになっている。

第１入口ポート３１ａには、配管３０ａの下流端が接続されており、気液分離器２４のタンク部２４ｄに貯溜された水が導入されるようになっている。また、燃料電池スタック１０の掃気時において、ドレン弁３０が開かれると、掃気ガスが、気液分離器２４、配管３０ａを介して、第１入口ポート３１ａに導入されるようになっている。

出口ポート３１ｃには、配管３０ｂの上流端が接続されている。そして、ドレン弁３０が開かれると、気液分離器２４からの水又は掃気ガスが、出口ポート３１ｃ、配管３０ｂを介して、希釈器４３に排出されるようになっている。

第１入口ポート３１ａは、ケーシング３１の鉛直上部に形成されており、出口ポート３１ｃは、ケーシング３１の鉛直下部に形成されている。すなわち、第１入口ポート３１ａと出口ポート３１ｃとは、プランジャ３３の作動軸線上に配置、つまり、第１入口ポート３１ａはプランジャ３３の鉛直上側（一端側）に配置されており、出口ポート３１ｃはプランジャ３３の鉛直下側（他端側）に配置されている。言い換えると、第１入口ポート３１ａと出口ポート３１ｃとは、プランジャ３３及び弁体３２を挟むように配置されており、対向している。

これにより、第１入口ポート３１ａからケーシング３１内に導入される水又は掃気ガスが、ケーシング３１内で大きく流れ方向を変えずに、出口ポート３１ｃに向かって流れるようになっている。また、出口ポート３１ｃがケーシング３１の鉛直下部に形成されているので、ケーシング３１内に導入される水は、その自重を利用しつつ、出口ポート３１ｃに向かうようになっている。

プランジャ３３の外形は略円柱状であり、プランジャ３３の外周面には、軸方向（鉛直方向）に溝状で、複数（図２（ｂ）では３本）の掃気ガス通路３３ａが形成されている（図２（ｂ）参照）。そして、第１入口ポート３１ａからケーシング３１内に導入される水又は掃気ガスは、掃気ガス通路３３ａを主に通って、鉛直下向きに流れ、出口ポート３１ｃに向かうようになっている。

これにより、特に、燃料電池スタック１０の掃気時において、ドレン弁３０が開かれる場合、掃気ガスが、掃気ガス通路３３ａ、つまり、プランジャ３３とケーシング３１との間の隙間（円筒状の空間）を流れ、プランジャ３３とケーシング３１との間に残留する水滴等が、出口ポート３１ｃに押し出され、ドレン弁３０が好適に掃気されるようになっている。
したがって、掃気後に燃料電池システム１が低温環境下（例えば０℃未満）に曝されたとしても、凍結により、プランジャ３３とケーシング３１とが固着しないようになっている。よって、その後、システムが再起動しても、ケーシング３１に対してプランジャ３３が良好に作動、つまり、ドレン弁３０が良好に作動するようになっている。
ゆえに、プランジャ３３とケーシング３１との間に、水滴等が残留しにくくなるように、プランジャ３３の外周面、及び／又は、プランジャ３３を囲むケーシング３１の内周面に、撥水処理を施し、撥水層を形成してもよい。

≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム１によれば、次の効果を得る。
ドレン弁３０を経由する掃気ガスが、プランジャ３３の外周面に形成された掃気ガス通路３３ａを流れるので、プランジャ３３とケーシング３１との隙間に残留する水滴を、好適に押し出すことができる。これにより、凍結のため、プランジャ３３がケーシング３１に固着し、ドレン弁３０が作動不能となることを防止できる。

また、出口ポート３１ｃがケーシング３１の鉛直下方に配置されており、ケーシング３１内の水が、その自重を利用しつつ、出口ポート３１ｃに向かうので、排水性を高めることができる。

さらに、ドレン弁３０を確実に掃気するため、例えば、燃料電池スタック１０の掃気完了後において、掃気弁５１を開いたまま、掃気対象であるドレン弁３０以外の弁（パージ弁２５）を閉じて、掃気ガスの大部分（又は全て）がドレン弁３０を経由するモードで燃料電池システム１を運転させ、ドレン弁３０を確実に掃気する構成としてもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができる。また、次の構成を適宜組み合わせることもできる。

例えば、図３に示す燃料電池システム２でもよい。燃料電池システム２は、ドレン弁３０に代えて、ドレン弁３０Ａを備えている。また、燃料電池システム２では、配管５１ｂの途中は、配管５２ａ、常閉型の掃気弁５２、配管５２ｂを介して、ドレン弁３０Ａに接続されている。掃気弁５２は、ＥＣＵによって、燃料電池スタック１０の掃気時に、掃気弁５１等と共に開かれる設定となっている。

ドレン弁３０Ａは、図４に示すように、ドレン弁３０（図２参照）の構成に加えて、ケーシング３１に形成された第２入口ポート３１ｂ（水分導入部）を備えている。第２入口ポート３１ｂは、出口ポート３１ｃに対して、第１入口ポート３１ａよりも近くのケーシング３１の側壁部に配置されている。

第１入口ポート３１ａ（掃気ガス導入部）には、配管５２ｂの下流端が接続されており、燃料電池スタック１０の掃気時に、コンプレッサ４１が作動した状態で、掃気弁５１及び掃気弁５２が開かれると、第１入口ポート３１ａに、コンプレッサ４１からの掃気ガスが導入されるようになっている。このように導入される掃気ガスは、燃料電池スタック１０をバイパスするので、燃料電池スタック１０の残留水分を含まず、そして、燃料電池スタック１０等の圧力損失を受けずに、ドレン弁３０Ａに導入されるようになっている。

第２入口ポート３１ｂ（水分導入部）には、気液分離器２４を構成するタンク部２４ｄに接続した配管３０ａの下流端が接続されており、タンク部２４ｄに貯溜された水が導入されるようになっている。そして、気液分離器２４から第２入口ポート３１ｂに導入される水は、プランジャ３３とケーシング３１との間に略向かわず、出口ポート３１ｃに直接向かうように構成されている。これにより、プランジャ３３とケーシング３１との間に、水滴等が残留しにくくなっている。
なお、燃料電池スタック１０の掃気時に、掃気弁５１及びドレン弁３０が開かれると、アノード流路１１の経由後の掃気ガスが、配管２４ａ、気液分離器２４、配管３０ａを介して、第２入口ポート３１ｂにも導入されるようになっている。

すなわち、ドレン弁３０Ａは、掃気時のみに掃気ガスが導入される第１入口ポート３１ａと、気液分離器２４で分離後の水が主に導入される第２入口ポート３１ｂとを、別々に備える構成である。
そして、燃料電池システム２の通常運転時において、気液分離器２４に貯溜された水を排出するため、ドレン弁３０Ａが開かれた場合、この水は、配管３０ａから、第２入口ポート３１ｂ、出口ポート３１ｃを経由して配管３０ｂに流れるので、速やかに希釈器４３に排出することができる。また、このように排出される水は、プランジャ３３の外周面とケーシング３１との間（プランジャ３３の外側）を、ほとんど通らないので、プランジャ３３とケーシング３１との間に、水滴が残留しにくくなる。

仮に、プランジャ３３とケーシング３１との間に水滴が残留したとしても、燃料電池スタック１０の掃気時に掃気弁５１、５２が開かれると、掃気ガスが第１入口ポート３１ａに導入され、この掃気ガスが掃気ガス通路３３ａを通って、出口ポート３１ｃに向かう。これにより、プランジャ３３とケーシング３１との間の水滴を出口ポート３１ｃに向かって押し出すので、ドレン弁３０Ａを好適に掃気できる。

前記した実施形態では、プランジャ３３の外周面に溝状の掃気ガス通路３３ａが形成された構成を例示したが、その他に例えば、プランジャ３３を囲むケーシング３１の内周面に、複数の凸条を形成し、周方向において隣り合う凸条間を、掃気ガス通路としてもよい。

前記した実施形態では、弁体３２が出口側の出口ポート３１ｃを開閉する構成を例示したが、その他に例えば、弁体３２が入口側の第１入口ポート３１ａを開閉する構成でもよい。
前記した実施形態では、プランジャ３３が鉛直方向で作動し、プランジャ３３の上方に第１入口ポート３１ａ、下方に出口ポート３１ｃが配置された構成を例示したが、その他に例えば、ドレン弁３０が横置きで配置される構成、つまり、プランジャ３３が水平方向で作動し、その一端側に第１入口ポート３１ａ、その他端側に出口ポート３１ｃが配置された構成でもよい。

前記した実施形態では、アノードオフガスが燃料電池スタック１０の上流に戻される水素循環系を備える燃料電池システム１に、本発明を適用したが、水素循環系を備えない燃料電池システムに、本発明を適用してもよい。
前記した実施形態では、オフガス配管のオフガスを排出する排出弁が、ドレン弁３０である場合を例示したが、その他に例えば、前記排出弁がパージ弁２５であってもよい。

前記した実施形態では、水分分離器として気液分離器２４を備える構成を例示したが、気液分離器２４に代えて、又は気液分離器２４の上流に、内部に低温冷媒が通流する冷媒管を内蔵し、低温冷媒とアノードオフガスとを熱交換することで、アノードオフガスに含まれる水蒸気（水分）を凝縮させ、アノードオフガスから水蒸気を分離する凝縮器（水分分離器）を備える構成でもよい。

前記した実施形態では、気液分離器２４において、分離された水滴が、タンク部２４ｄに一時的に貯溜される構成を例示したが、タンク部２４ｄを備えず、分離された水滴が、順次、ドレン弁３０に排出される構成でもよい。

前記した実施形態では、燃料電池システム１が燃料電池自動車に搭載された場合を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システムでもよい。また、家庭用や業務用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムでもよい。

本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。 （ａ）は、本実施形態に係る燃料電池システムを構成するドレン弁の縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ１−Ｘ１線断面図である。 変形例に係る燃料電池システムの構成を示す図である。 変形例に係るドレン弁の縦断面図である。

符号の説明

１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池スタック（燃料電池）
１１ アノード流路
１２ カソード流路
２４ 気液分離器（水分分離器）
２４ａ、３０ａ 配管（オフガス配管）
３０ ドレン弁（排出弁）
３１ ケーシング
３１ａ 第１入口ポート（掃気ガス導入部）
３１ｂ 第２入口ポート（水分導入部）
３１ｃ 出口ポート（排出部）
３２ 弁体
３３ プランジャ
３３ａ 掃気ガス通路
４１ コンプレッサ（掃気手段）

Claims (5)

1. アノードに燃料ガスが、カソードに酸化剤ガスが、それぞれ供給されることで発電する燃料電池と、
   前記アノードから排出されたオフガスが通るオフガス配管と、
   前記オフガス配管のオフガスを排出する排出弁と、
   前記燃料電池内を掃気ガスにより掃気する掃気手段と、
   を備える燃料電池システムであって、
   前記排出弁は、弁体と、前記弁体を作動させるプランジャと、前記弁体及び前記プランジャを収容するケーシングと、を備えると共に、前記プランジャと前記ケーシングとの間には掃気ガスが流通可能な掃気ガス通路が形成されている
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記排出弁は、前記掃気手段からの掃気ガスが導入される掃気ガス導入部と、前記弁体が開閉する排出部と、を備え、
   前記掃気ガス導入部と前記排出部とは、前記プランジャを挟んで対向している
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記排出部は、鉛直下方に配置されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記オフガス配管には、オフガスから水分を分離する水分分離器を備え、
   前記排出弁は、前記水分分離器で分離された水分を排出する弁であると共に、前記掃気手段による掃気時に開かれる、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
5. 前記排出弁は、前記水分分離器で分離された水分が導入される水分導入部と、前記掃気手段からの掃気ガスが導入される掃気ガス導入部と、を別々に備え、前記水分導入部からの水分が、前記プランジャの外側を経由せずに、前記排出部に向かうように構成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。

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