JP2021018942A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】タービンにおける動力回収効率を向上させやすい燃料電池システムを得る。【解決手段】燃料電池システムは、互いに連通可能な第１接続部９ａと第２接続部９ｂとを有し、供給流路６におけるコンプレッサ３と入口弁７との間の位置に第１接続部９ａが接続され、タービンハウジング５ｈ内におけるタービンホイール５ｗよりもカソード排ガスが流れる方向の上流側の位置に第２接続部９ｂが接続されたバイパス流路９と、燃料電池１から排出されるカソード排ガスが流れる方向において第２接続部９ｂの位置よりも上流側に配置され、燃料電池１から排出されてタービンハウジング５ｈ内に供給されるカソード排ガスの流量を調節可能な可変ノズルユニット１１とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、燃料電池システムに関する。

下記の特許文献１に開示されているように、バイパス流路を備えた燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムは、調圧弁（調整弁ともいう）を介して燃料電池の入口側に接続された供給流路と、調圧弁を介して燃料電池の出口側に接続された排出流路を備える。供給流路はコンプレッサに接続され、排出流路はタービンに接続される。入口側の調圧弁と出口側の調圧弁とによって、燃料電池内の圧力が調節される。

バイパス流路は、供給流路における調圧弁とコンプレッサとの間の部分を、排出流路における調圧弁とタービンとの間の部分にバイパス接続する。バイパス流路にはバイパス弁が設けられる。コンプレッサから燃料電池を介さずにバイパス流路を通流してタービンに供給されるカソードガスの流量はバイパス弁により調節される。調整弁およびバイパス弁の動作を制御することによって、燃料電池内の圧力を適切な値に設定しつつ、タービンで効率よく動力を回収することが可能となる。

特開２０１８−０９２７９５号公報

調圧弁は、たとえば電磁バルブから構成され、一般的に圧力損失を利用して、調圧弁の上流側部分と調圧弁の下流側部分との間に差圧を発生させる。調圧弁を利用することで、燃料電池内の圧力を容易に調節することが可能となる。しかしながら、燃料電池の出口側の排出経路に調圧弁を配置した場合には、燃料電池内の圧力を調節する際にこの調圧弁によって圧力損失が発生するため、タービンにおける動力回収効率を向上させることが難しくなる。

本開示は、簡素な構成で、タービンにおける動力回収効率を従来に比して向上させやすくすることが可能な構成を備えた燃料電池システムを提供することを目的とする。

本開示に基づく燃料電池システムは、上記燃料電池にカソードガスを供給する供給流路と、カソードガスを圧縮して上記供給流路に供給するコンプレッサと、上記供給流路における上記燃料電池と上記コンプレッサとの間に設けられ、上記燃料電池に供給されるカソードガスの流量を調節可能な入口弁と、上記燃料電池からカソード排ガスを排出する排出流路と、タービンホイールと上記タービンホイールを収容するタービンハウジングとを有し、上記排出流路からのカソード排ガスが上記タービンハウジング内に供給されて上記タービンホイールによって動力を生成するタービンと、互いに連通可能な第１接続部と第２接続部とを有し、上記供給流路における上記コンプレッサと上記入口弁との間の位置に上記第１接続部が接続され、上記タービンハウジング内における上記タービンホイールよりもカソード排ガスが流れる方向の上流側の位置に上記第２接続部が接続されたバイパス流路と、上記バイパス流路における上記第１接続部と上記第２接続部との間に設けられ、上記バイパス流路を流れるカソードガスの流量を調節可能なバイパス弁と、上記燃料電池から排出されるカソード排ガスが流れる方向において上記第２接続部の位置よりも上流側に配置され、上記燃料電池から排出されて上記タービンハウジング内に供給されるカソード排ガスの流量を調節可能な可変ノズルユニットと、を備える。

上記燃料電池システムにおいては、上記可変ノズルユニットは、上記タービンハウジングの内部に配置されていてもよい。

上記燃料電池システムにおいては、上記可変ノズルユニットは、流路を内側に形成する枠状のシール部材と、上記シール部材に離接することで上記流路を開閉するベーンと、上記ベーンを軸支する軸部とを有し、上記軸部は、上記タービンホイールの回転軸と平行に延びており、上記ベーンは、上記シール部材に離接するシール面を有し、上記シール面は、上記回転軸の周方向に沿って延びる曲面形状を有していてもよい。

上記燃料電池システムにおいては、上記回転軸に対して平行な方向に沿って見た場合、上記第２接続部は、上記ベーンと上記タービンホイールとの間に位置していてもよい。

上記燃料電池システムにおいては、上記バイパス流路のうちの上記第２接続部を形成している出口部分は、上記回転軸に対して略平行に延びていてもよい。

上記燃料電池システムにおいては、上記シール部材は、カソード排ガスが流れる方向において上流側に位置する上流部と、同方向において上記上流部よりも下流側に位置する下流部と、を有し、重力方向における上記下流部の高さ位置は、重力方向における上記上流部の高さ位置よりも高くてもよい。

上記燃料電池システムにおいては、上記ベーンは、閉塞部を有しており、上記ベーンが上記シール部材から離れている状態において、上記閉塞部は、上記バイパス流路における上記第２接続部の少なくとも一部を塞いでいてもよい。

上記燃料電池システムにおいては、カソード排ガスが流れる方向において、上記ベーンおよび上記軸部は、上記シール部材に対して下流側に配置されていてもよい。

上記燃料電池システムにおいては、上記可変ノズルユニットは、上記タービンホイールの回転軸に対して平行な方向に移動可能なベーンと、上記タービンハウジングの内壁上に設けられたシール部材と、を有し、上記ベーンが上記シール部材に離接することで、上記燃料電池から排出されて上記タービンハウジング内に供給されるカソード排ガスの流量が調節されてもよい。

上記構成を備えた燃料電池システムによれば、タービンにおける動力回収効率を従来に比して向上させやすくすることが可能となる。

実施の形態１における燃料電池システム１００を模式的に示す図である。 比較例１における燃料電池システム１００ａを模式的に示す図である。 比較例２における燃料電池システム１００ｂを模式的に示す図である。 実施の形態２における燃料電池システムに備えられるタービン５および可変ノズルユニット１１（閉じている状態）を示す図である。 実施の形態２における可変ノズルユニット１１を示す斜視図である。 実施の形態２における燃料電池システムに備えられるタービン５および可変ノズルユニット１１（開いている状態）を示す図である。 実施の形態３における燃料電池システム（可変ノズルユニット）に備えられるベーン１３ｍを示す斜視図である。 実施の形態４における実施の形態４における燃料電池システムに備えられるタービン５および可変ノズルユニット１１ｂ（閉じている状態）を示す図である。 実施の形態５における燃料電池システムに備えられるタービン５および可変ノズルユニット１１ｃ（閉じている状態）を示す断面図である。 実施の形態５における燃料電池システムに備えられるタービン５および可変ノズルユニット１１ｃ（開いている状態）を示す断面図である。 実施の形態５における燃料電池システムの変形例に備えられるタービン５および可変ノズルユニット１１ｃ（閉じている状態）を示す断面図である。

実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。以下の説明において同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

［実施の形態１］
（燃料電池システム１００）
図１は、実施の形態１における燃料電池システム１００を模式的に示す図である。燃料電池システム１００は、燃料電池１、カソードガス供給系２およびアノードガス供給系（不図示）を備える。

燃料電池１は、アノードガス（水素）およびカソードガス（空気）が供給されることによって発電する。カソードガス供給系２は、コンプレッサ３、モータ４ｍ、タービン５、供給流路６、入口弁７、排出流路８、バイパス流路９、バイパス弁１０、および可変ノズルユニット１１を備える。

コンプレッサ３は、コンプレッサホイール３ｗと、コンプレッサホイール３ｗを収容するコンプレッサハウジング３ｈを有する。カソードガス（矢印ＡＲ１）は、ポート３ｓを通してコンプレッサハウジング３ｈ内のコンプレッサホイール３ｗに供給される。カソードガスは、圧縮された状態でポート３ｄを通して供給流路６に供給される。供給流路６は、燃料電池１の入口部１ａとコンプレッサ３のポート３ｄとを接続しており、燃料電池１にカソードガスを供給する（矢印ＡＲ２）。

排出流路８は、燃料電池１の出口部１ｂとタービン５のポート５ｓとを接続しており、燃料電池１からカソード排ガスを排出する（矢印ＡＲ３）。タービン５は、タービンホイール５ｗと、タービンホイール５ｗを収容するタービンハウジング５ｈとを有する。排出流路８からのカソード排ガスは、ポート５ｓを通してタービンハウジング５ｈ内のタービンホイール５ｗに供給され、ポート５ｄから吐出される（矢印ＡＲ４）。タービン５はこの際、タービンホイール５ｗを介してエネルギーを回収し、動力を生成する。

モータ４ｍは、センターハウジング４ｈ内に収容される。コンプレッサホイール３ｗとタービンホイール５ｗとはシャフト４ｓを介して連結されている。タービンホイール５ｗによって回収されたエネルギーは、回転駆動力としてコンプレッサホイール３ｗの回転に利用される。コンプレッサホイール３ｗは、モータ４ｍによっても回転駆動可能である。

入口弁７は、供給流路６における燃料電池１とコンプレッサ３との間に設けられる。入口弁７は、たとえば調圧弁、具体的には電磁バルブなどから構成され、燃料電池１に供給されるカソードガスの流量を調節可能である。

バイパス流路９は、互いに連通可能な第１接続部９ａと第２接続部９ｂとを有する。バイパス流路９の第１接続部９ａは、供給流路６におけるコンプレッサ３と入口弁７との間の位置に接続される。バイパス流路９の第２接続部９ｂは、タービンハウジング５ｈ内におけるタービンホイール５ｗよりもカソード排ガスが流れる方向の上流側の位置に接続される。

図１では、第２接続部９ｂは、タービンハウジング５ｈのうちのセンターハウジング４ｈから遠い側の壁部分を貫通するように設けられている。第２接続部９ｂは、タービンハウジング５ｈのうちのセンターハウジング４ｈから近い側の壁部分を貫通するように設けられていてもよい。

バイパス流路９は、コンプレッサ３から吐出されたカソードガスを、燃料電池１をバイパスしてタービン５に供給する。バイパス流路９における第１接続部９ａと第２接続部９ｂとの間にバイパス弁１０が設けられる。バイパス弁１０はバイパス流路９を流れるカソードガスの流量を調節可能である。

ここで、比較例１（図２）の燃料電池システム１００ａでは、電磁バルブなどから構成される調圧弁１１ａが、燃料電池１の出口側に採用される。一方、本実施の形態では、可変ノズルユニット１１が燃料電池１の出口側に採用される（図１）。カソード排ガスが流れる方向において、可変ノズルユニット１１とタービンホイール５ｗとの間に、バイパス流路９の第２接続部９ｂが設けられる。

可変ノズルユニット１１は、可変ノズルユニット１１を通過する流体の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換する。可変ノズルユニット１１は、燃料電池１から排出されるカソード排ガスが流れる方向において、バイパス流路９の第２接続部９ｂの位置よりも上流側に配置される。可変ノズルユニット１１は、燃料電池１から排出されてタービンハウジング５ｈ内に供給されるカソード排ガスの流量を調節可能である。

本実施の形態の可変ノズルユニット１１はさらに、カソード排ガスが流れる方向において、可変ノズルユニット１１の上流側部分から可変ノズルユニット１１の下流側部分へと流体が流れることを遮断または実質的に遮断することが可能である。可変ノズルユニット１１は、これとは逆向きに流体が流れることも遮断または実質的に遮断することが可能である。

（作用および効果）
たとえば、バイパス弁１０を開き、入口弁７および可変ノズルユニット１１を閉じた場合には、コンプレッサ３から吐出されたカソードガスは、燃料電池１を通ることなくバイパス流路９を通してタービン５に供給される。カソードガスは、タービンホイール５ｗによりエネルギーを回収された状態で、ポート５ｄから吐出される。

比較例１（図２）の場合においても、バイパス弁１０を開き、入口弁７および調圧弁１１ａを閉じた場合には、コンプレッサ３から吐出されたカソードガスは、燃料電池１を通ることなくバイパス流路９を通してタービン５に供給される。実施の形態１における燃料電池システム１００は、バイパス流路９および可変ノズルユニット１１によって、これと同様な動作を行なうことが可能である。

運転停止時などにおいては、入口弁７および可変ノズルユニット１１を閉じることで、入口部１ａおよび出口部１ｂを介した燃料電池１への流体の入出力を遮断または実質的に遮断することが可能となる。

可変ノズルユニット１１を開いた場合、カソード排ガスが可変ノズルユニット１１を通過することで、カソード排ガスの圧力エネルギーが速度エネルギーに変換される。可変ノズルユニット１１の上流側と下流側との間に差圧が発生する。入口弁７、バイパス弁１０および可変ノズルユニット１１の各々の開度を制御することによって、燃料電池１内の圧力を適切な値に設定することができる。可変ノズルユニット１１の変換効率は、比較例１の場合の調圧弁１１ａ（図２）の場合よりも容易に高くすることができ、回生量の増加を図ることが可能である。

すなわち、可変ノズルユニット１１によって圧力調整を行なう際に発生し得る圧力損失は、調圧弁１１ａを利用して圧力調整を行なう際に発生し得る圧力損失よりも少ない。カソード排ガスは、より多くの運動エネルギーを有している状態でタービンホイール５ｗに供給される。したがって本実施の形態によれば、タービン５における動力回収効率を従来構成や比較例１の構成に比べて向上させやすくすることが可能であり、燃料電池システム１００が搭載される車両等における電力使用効率を向上させることが可能となる。

燃料電池システム１００によれば、可変ノズルユニット１１が、燃料電池１から排出されるカソード排ガスが流れる方向において、バイパス流路９の第２接続部９ｂの位置よりも上流側に配置される。入口弁７と可変ノズルユニット１１とを閉鎖することによって、燃料電池１の入口部１ａおよび出口部１ｂを閉鎖できる。

ここで、比較例２（図３）の燃料電池システム１００ｂでは、バイパス流路９の第２接続部９ｂが、排出流路８における燃料電池１の出口部１ｂとタービン５のポート５ｓとの間の部分に接続されている。燃料電池１の入口部１ａおよび出口部１ｂを閉鎖するためには、すなわち燃料電池１を閉鎖状態とするためには、入口弁７と可変ノズルユニット１１とを閉鎖するだけでなく、バイパス弁１０も閉鎖する必要がある。

実施の形態１の燃料電池システム１００では、入口弁７と可変ノズルユニット１１とを閉鎖すれば、燃料電池１の閉鎖状態を実現できる。比較例２の場合には、燃料電池１の閉鎖状態を得るために、入口弁７、可変ノズルユニット１１およびバイパス弁１０の閉鎖性能を確保する必要がある。実施の形態１は比較例２の場合に比べてバイパス弁１０に高い閉鎖性能が要求されないという点において、少ない費用でシステムを構成することができる。

実施の形態１の燃料電池システム１００は、燃料電池を閉鎖状態とする場合、バイパス流路９と排出流路８との２つの流路を閉鎖する必要があるところ、可変ノズルユニット１１によりその両方を閉鎖することができる。

燃料電池システム１００においては、タービンハウジング５ｈの内部に可変ノズルユニット１１が配置されている。可変ノズルユニット１１がタービンハウジング５ｈの外部に配置されている場合に比べて、可変ノズルユニット１１とタービンホイール５ｗとの距離が近い。可変ノズルユニット１１によってカソード排ガスの圧力エネルギーが速度エネルギーに変換された後すぐに、カソード排ガスは、より多くの運動エネルギーを有している状態でタービンホイール５ｗに付与される。

［実施の形態２］
図４は、実施の形態２における燃料電池システムに備えられるタービン５および可変ノズルユニット１１を示す図であり、タービンホイール５ｗ（シャフト４ｓ）の回転軸５ｃに対して平行な方向に沿ってタービンハウジング５ｈ内の各要素を見た場合の様子を表わしている。図５は、実施の形態２における可変ノズルユニット１１を示す斜視図である。

図１に示す場合と同様に、第２接続部９ｂは、タービンハウジング５ｈのうちのセンターハウジング４ｈ（図１）から遠い側の壁部分を貫通するように設けられる。したがって第２接続部９ｂは便宜上のため破線を用いて図４中に図示している。第２接続部９ｂは、タービンハウジング５ｈのうちのセンターハウジング４ｈから近い側の壁部分を貫通するように設けられていてもよい。

可変ノズルユニット１１は、シール部材１２、ベーン１３、および軸部１４を有する。シール部材１２は枠状の形状を有し、流路１２ｒを内側に形成する。シール部材１２は、上流部１２ａ、下流部１２ｃ、および、中間部１２ｂ，１２ｄ（図５）を有する。上流部１２ａはカソード排ガスが流れる方向において上流側に位置し、下流部１２ｃは同方向において上流部１２ａよりも下流側に位置する（図４参照）。

ベーン１３は、板状の形状を有する。ベーン１３の上流側の端部が、軸部１４によって軸支される。軸部１４は駆動源１５に接続される。駆動源１５によって軸部１４が駆動され、ベーン１３は軸部１４と一体的に回動する（図５の矢印ＤＲ）。

本実施の形態では、軸部１４は、タービンホイール５ｗ（図４）の回転軸５ｃと平行に延びており、ベーン１３は、シール部材１２に離接するシール面１３ｓを有する。シール面１３ｓは、タービンホイール５ｗの回転軸５ｃに対して平行な方向に延在するとともに、回転軸５ｃの周方向に沿って延びる曲面形状を有している。シール面１３ｓは、タービンハウジング５ｈの内周面の形状に略平行になるように配置されている。

以上のような構成を備えた可変ノズルユニット１１によれば、ベーン１３のシール面１３ｓがシール部材１２に離接することで、流路１２ｒが開閉される。可変ノズルユニット１１は、カソード排ガスが流れる方向において、可変ノズルユニット１１の上流側部分から可変ノズルユニット１１の下流側部分へと流体が流れることを、より漏れが少ない状態で遮断または実質的に遮断することが可能である。可変ノズルユニット１１は、これとは逆向きに流体が流れることも遮断または実質的に遮断することが可能である。

図４に示すように、カソード排ガスが流れる方向において、ベーン１３および軸部１４は、シール部材１２に対して下流側に配置されているとよい。ベーン１３および軸部１４がシール部材１２に対して上流側に配置されている場合に比べて、ベーン１３とシール部材１２とによる密閉状態または実質的な密閉状態を形成しやすくなる。

図６に示すように、ベーン１３のシール面１３ｓはタービンホイール５ｗの回転軸５ｃの周方向に沿って延びる曲面形状を有している。可変ノズルユニット１１が開いた状態、すなわちベーン１３がシール部材１２から離れた状態では、可変ノズルユニット１１は、排出流路８からのカソード排ガスをタービンホイール５ｗに向けてスムーズに案内する。可変ノズルユニット１１によって案内されたカソード排ガスは、タービンホイール５ｗの回転方向に対して接線方向に流れることができ、結果としてタービン５は高い変換効率で流体の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換することが可能となる。

図４に示すように、タービンホイール５ｗの回転軸５ｃに対して平行な方向に沿って見た場合、バイパス流路９の第２接続部９ｂは、ベーン１３とタービンホイール５ｗとの間に位置しているとよい。流体がタービンハウジング５ｈ内を流れてタービンホイール５ｗを回転させる。流体に乱れが生じると、流体からタービンホイール５ｗに付与される運動エネルギーが減少し得る。上記構成によれば、第２接続部９ｂがベーン１３によって覆われやすくなり、タービンホイール５ｗの回転に直接的に寄与する流体に、第２接続部９ｂからのカソードガスの影響が及ぶことを軽減可能となる。

図４に示す構成では、タービンホイール５ｗの径方向において、第２接続部９ｂはベーン１３とタービンホイール５ｗとの間に位置している。第２接続部９ｂは、図４中に示す位置Ｐ１または位置Ｐ２に設けられていてもよい。第２接続部９ｂが図４中に示す位置に設けられる場合であっても、第２接続部９ｂが位置Ｐ１，Ｐ２に設けられる場合であっても、燃料電池１から排出されるカソード排ガスが流れる方向において、可変ノズルユニット１１は第２接続部９ｂよりも上流側に位置し、タービンホイール５ｗは第２接続部９ｂよりも下流側に位置する。

図１に示すように、バイパス流路９のうちの第２接続部９ｂを形成している出口部分は、タービンホイール５ｗの回転軸５ｃに対して略平行に延びているとよい。上記構成によっても、タービンホイール５ｗの回転に直接的に寄与する流体に、第２接続部９ｂからのカソードガスの影響が及ぶことを軽減可能となる。

［実施の形態３］
図７は、実施の形態３における燃料電池システム（可変ノズルユニット）に備えられるベーン１３ｍを示す斜視図である。ベーン１３ｍは、シール面１３ｓを形成している部分と、当該部分から膨出する膨出部１３ｔとを有しており、全体として略Ｌ字状の断面形状を呈する。膨出部１３ｔの表面が閉塞部１３ｃを構成している。ベーン１３がシール部材１２（図５等参照）から離れている状態において、閉塞部１３ｃは、バイパス流路９における第２接続部９ｂの少なくとも一部を塞いでいるとよい。

多くのカソード排ガスがタービンハウジング５ｈ内に供給されている状態において、第２接続部９ｂの存在および第２接続部９ｂからの流体の供給は、タービンハウジング５ｈ内のカソード排ガスに乱れが発生する原因となり得る。上記構成によれば、可変ノズルユニットがある程度開いた状態でバイパス流路９の一部またはほとんどが閉塞部１３ｃにより塞がれるため、タービンハウジング５ｈ内のカソード排ガスに乱れが発生することを抑制できる。

［実施の形態４］
図８は、実施の形態４における実施の形態４における燃料電池システムに備えられるタービン５および可変ノズルユニット１１ｂ（閉じている状態）を示す図である。

可変ノズルユニット１１ｂにおいては、シール部材１２は、カソード排ガスが流れる方向において上流側に位置する上流部１２ａと、同方向において上流部１２ａよりも下流側に位置する下流部１２ｃとを有する。重力方向における下流部１２ｃの高さ位置は、重力方向における上流部１２ａの高さ位置よりも高い。

下流部１２ｃの近傍に溜まった水分が凍結すると、ベーン１３とシール部材１２とが固着してベーン１３による可変ノズルユニット１１（流路１２ｒ）の開閉動作が行なわれにくくなる。上記構成によれば、重力方向における下流部１２ｃの高さ位置は、重力方向における上流部１２ａの高さ位置よりも高いため、下流部１２ｃの近傍に水滴が発生したとしても、水分はベーン１３の表面に沿って上流部１２ａの側に垂れ落ちる。下流部１２ｃの近傍の狭い範囲で凍結が発生することを抑制可能となる。

［実施の形態５］
図９は、実施の形態５における燃料電池システムに備えられるタービン５および可変ノズルユニット１１ｃ（閉じている状態）を示す断面図である。実施の形態５においては、タービンホイール５ｗから見てポート５ｄとは反対側（すなわちモータ４ｍの側）に隔壁１７が設けられる。隔壁１７は円盤状の形状を有し、隔壁１７には凹所形成部１９が設けられる。凹所形成部１９はモータ４ｍの側に凹む凹所を形成する。

凹所形成部１９を貫通するように可変ノズルユニット１１ｃの軸部１４が配置される。軸部１４は駆動源１５によって軸方向に移動可能である。可変ノズルユニット１１ｃは、タービンホイール５ｗの回転軸５ｃに対して平行な方向に移動可能なベーン１３と、タービンハウジング５ｈの内壁５ｕ上に設けられたシール部材１２とを有する。ベーン１３がシール部材１２に接触している状態では、可変ノズルユニット１１ｃに対してタービンホイール５ｗ側に位置する空間とその反対側の空間５ｅとの間の連通が遮断または実質的に遮断される。

図１０は、実施の形態５における燃料電池システムに備えられるタービン５および可変ノズルユニット１１ｃ（開いている状態）を示す断面図である。ベーン１３がシール部材１２と離接することで、燃料電池から排出されてタービンハウジング５ｈ内に供給されるカソード排ガス（図１０に示すＡＲ５）の流量が調節される。

上記構成においては、バイパス流路９の第２接続部９ｂは、凹所形成部１９の内側の凹所空間に接続しているとよい。第２接続部９ｂがこの位置に設けられる場合であっても、燃料電池１から排出されるカソード排ガスが流れる方向において、可変ノズルユニット１１は第２接続部９ｂよりも上流側に位置し、タービンホイール５ｗは第２接続部９ｂよりも下流側に位置する。

（実施の形態５の変形例）
図１１に示すように、タービンハウジング５ｈの内側に区画壁５ｖを設けてもよい。区画壁５ｖが、タービンハウジング５ｈの内壁５ｕを構成しており、内壁５ｕ上にシール部材１２が設けられる。区画壁５ｖは、バイパス流路９の第２接続部９ｂと、タービンハウジング５ｈ内のタービンホイール５ｗが配置されている空間とを連通させる。当該構成によっても、上述の実施の形態と同様な作用および効果が得られる。

実施の形態５およびその変形例において、ベーン１３は軸方向に移動可能であるだけでなく、軸部１４を中心として実施の形態１〜４と同様な回動動作を行なってもよい。すなわち、実施の形態５およびその変形例において開示した技術的思想は実施の形態１〜４と組み合わせて実施することも可能である。

以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 燃料電池、１ａ 入口部、１ｂ 出口部、２ カソードガス供給系、３ コンプレッサ、３ｄ，３ｓ，５ｄ，５ｓ ポート、３ｈ コンプレッサハウジング、３ｗ コンプレッサホイール、４ｈ センターハウジング、４ｍ モータ、４ｓ シャフト、５ タービン、５ｃ 回転軸、５ｅ 空間、５ｈ タービンハウジング、５ｕ 内壁、５ｖ 区画壁、５ｗ タービンホイール、６ 供給流路、７ 入口弁、８ 排出流路、９ バイパス流路、９ａ 第１接続部、９ｂ 第２接続部、１０ バイパス弁、１１，１１ｂ，１１ｃ 可変ノズルユニット、１１ａ 調圧弁、１２ シール部材、１２ａ 上流部、１２ｂ，１２ｄ 中間部、１２ｃ 下流部、１２ｒ 流路、１３，１３ｍ ベーン、１３ｃ 閉塞部、１３ｓ シール面、１３ｔ 膨出部、１４ 軸部、１５ 駆動源、１７ 隔壁、１９ 凹所形成部、１００，１００ａ，１００ｂ 燃料電池システム、ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３，ＡＲ４，ＤＲ 矢印、Ｐ１，Ｐ２ 位置。

Claims (9)

1. 燃料電池と、
   前記燃料電池にカソードガスを供給する供給流路と、
   カソードガスを圧縮して前記供給流路に供給するコンプレッサと、
   前記供給流路における前記燃料電池と前記コンプレッサとの間に設けられ、前記燃料電池に供給されるカソードガスの流量を調節可能な入口弁と、
   前記燃料電池からカソード排ガスを排出する排出流路と、
   タービンホイールと前記タービンホイールを収容するタービンハウジングとを有し、前記排出流路からのカソード排ガスが前記タービンハウジング内に供給されて前記タービンホイールによって動力を生成するタービンと、
   互いに連通可能な第１接続部と第２接続部とを有し、前記供給流路における前記コンプレッサと前記入口弁との間の位置に前記第１接続部が接続され、前記タービンハウジング内における前記タービンホイールよりもカソード排ガスが流れる方向の上流側の位置に前記第２接続部が接続されたバイパス流路と、
   前記バイパス流路における前記第１接続部と前記第２接続部との間に設けられ、前記バイパス流路を流れるカソードガスの流量を調節可能なバイパス弁と、
   前記燃料電池から排出されるカソード排ガスが流れる方向において前記第２接続部の位置よりも上流側に配置され、前記燃料電池から排出されて前記タービンハウジング内に供給されるカソード排ガスの流量を調節可能な可変ノズルユニットと、を備える、
   燃料電池システム。
2. 前記可変ノズルユニットは、前記タービンハウジングの内部に配置されている、
   請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記可変ノズルユニットは、流路を内側に形成する枠状のシール部材と、前記シール部材に離接することで前記流路を開閉するベーンと、前記ベーンを軸支する軸部とを有し、
   前記軸部は、前記タービンホイールの回転軸と平行に延びており、
   前記ベーンは、前記シール部材に離接するシール面を有し、
   前記シール面は、前記回転軸の周方向に沿って延びる曲面形状を有している、
   請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記回転軸に対して平行な方向に沿って見た場合、前記第２接続部は、前記ベーンと前記タービンホイールとの間に位置している、
   請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 前記バイパス流路のうちの前記第２接続部を形成している出口部分は、前記回転軸に対して略平行に延びている、
   請求項３または４に記載の燃料電池システム。
6. 前記シール部材は、カソード排ガスが流れる方向において上流側に位置する上流部と、同方向において前記上流部よりも下流側に位置する下流部と、を有し、
   重力方向における前記下流部の高さ位置は、重力方向における前記上流部の高さ位置よりも高い、
   請求項３から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
7. 前記ベーンは、閉塞部を有しており、
   前記ベーンが前記シール部材から離れている状態において、前記閉塞部は、前記バイパス流路における前記第２接続部の少なくとも一部を塞いでいる、
   請求項３から６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
8. カソード排ガスが流れる方向において、前記ベーンおよび前記軸部は、前記シール部材に対して下流側に配置されている、
   請求項３から７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
9. 前記可変ノズルユニットは、
   前記タービンホイールの回転軸に対して平行な方向に移動可能なベーンと、
   前記タービンハウジングの内壁上に設けられたシール部材と、を有し、
   前記ベーンが前記シール部材に離接することで、前記燃料電池から排出されて前記タービンハウジング内に供給されるカソード排ガスの流量が調節される、
   請求項２に記載の燃料電池システム。

Images