JP2023024927A - 燃料電池システム及び排気ガス処理処置 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料電池スタックから排気される排気ガス中の水素の濃度を低減させることができる燃料電池システム及び排気ガス処理処置を提供する。【解決手段】燃料電池スタック５０に空気を供給する空気供給ライン１１０と、燃料電池スタック５０に連結され、燃料電池スタックから排気される排気ガスを案内する排出ライン１２０と、排出ライン１２０に連結され、排気ガスを外部に排出する排出アダプタ２２０と、一端は空気供給ライン１２０に連結され、他端は排出アダプタ２２０に連結され、空気供給ライン１１０から排出アダプタ２２０に空気を選択的にバイパスさせるバイパスライン１３０と、を含むことで、燃料電池スタック５０から排気される排気ガス中の水素の濃度を低減することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システム及び排気ガス処理処置に関し、より具体的に、燃料電池スタックから排気される排気ガス中の水素の濃度を低めることができる燃料電池システム及び排気ガス処理処置に関する。
燃料電池車両（例えば、水素燃料電池自動車）は、燃料（水素）と空気（酸素）の化学反応により発電し、モータを駆動して走行するように構成されている。
一般に、燃料電池車両は、水素と酸素の酸化還元反応により電気を生産する燃料電池スタック（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｓｔａｃｋ）、燃料電池スタックに燃料（水素）を供給する燃料供給装置、電気化学反応に必要な酸化剤である空気（酸素）を燃料電池スタックに供給する空気供給装置、及び燃料電池スタック及び車両の電装部品で発生した熱をシステムの外部へ除去し、燃料電池スタック及び電装部品の温度を制御する熱管理システム（ＴＭＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）などを含む。
尚、燃料電池スタックの運転中に発生した排出水（凝縮水）及び排出ガス（例えば、未反応水素）は、排気管を介して外部に排気されることができる。
近年、乗用車（または商用車）だけでなく、建設機械（例えば、掘削機）にも燃料電池システムを適用するための多様な試みが行われている。
一方、燃料電池スタックから排気される排気ガス（例えば、燃料電池スタックの内部の水素濃度を調節するためのパージ工程時に排気される排気ガス）には水素が含まれ得るが、排気ガスの水素濃度が一定濃度に増加すると爆発の危険性が高くなるため、排気ガスの水素濃度は一定以下になるように法規で規定されている。
乗用車は走行を主目的としており、走行中に車両に流入される外気（車両の走行による走行風）を用いて排気ガスを希釈（排気ガスの水素濃度を低める）させることが可能である。
これに対し、工場または倉庫の内部のような室内作業現場で停車状態で用いられる建設機械は、走行風を活用することが困難であって排気ガスを十分に希釈させることが困難であり、排気ガスが特定位置（例えば、パワーパックの内部）に停滞されることにより、事故発生の危険性（爆発危険性）が高くなるという問題がある。
そのため、近年、燃料電池スタックから排気される排気ガスの水素濃度を効果的に低めるための多様な研究が行われているが、依然として充分ではなく、その開発が求められている。
本発明の実施形態は、燃料電池スタックから排気される排気ガス中の水素の濃度を低減させることができる燃料電池システム及び排気ガス処理処置を提供することを目的とする。
特に、本発明の実施形態は、走行風を使用不可能な条件でも、燃料電池スタックから排気される排気ガス中の水素の濃度を低減させることができるようにすることを目的とする。
また、本発明の実施形態は、構造を簡素化し、空間活用性及び設計自由度を向上させることを目的とする。
また、本発明の実施形態は、安全性及び信頼性を向上させることを目的とする。
また、本発明の実施形態は、製作工程を簡素化し、コストを低減することを目的とする。
実施形態で解決しようとする課題はこれに限定されず、以下で説明する課題の解決手段や実施形態から把握可能な目的や効果も含まれると言える。
上述の本発明の目的を達成するための本発明の好ましい実施形態によると、燃料電池システムは、燃料電池スタックに空気を供給する空気供給ラインと、燃料電池スタックに連結され、燃料電池スタックから排気される排気ガスを案内する排出ラインと、排出ラインに連結され、排気ガスを外部に排出する排出アダプタと、一端は空気供給ラインに連結され、他端は排出アダプタに連結され、空気供給ラインから排出アダプタに空気を選択的にバイパスさせるバイパスラインと、を含む。
これは、燃料電池スタックから排気される排気ガス中の水素の濃度を低めるためである。
すなわち、燃料電池スタックから排気される排気ガス（例えば、燃料電池スタックの内部の水素濃度を調節するためのパージ工程時に排気される排気ガス）には水素が含まれ得るが、排気ガスの水素濃度が一定濃度に増加すると爆発の危険性が高くなるため、燃料電池の排気ガスの水素濃度は一定以下に維持されるべきである。
乗用車は走行を主目的とし、走行中に車両に流入される外気（車両の走行による走行風）を用いて排気ガスを希釈させることが可能であるが、工場または倉庫の内部のような室内作業現場で停車状態で用いられる建設機械は、走行風を活用することが困難であって排気ガスを十分に希釈させることが困難であり、排気ガスが特定位置に停滞されることにより事故発生の危険性（爆発危険性）が高くなるという問題がある。
しかし、本発明の実施形態は、空気供給ラインに沿って燃料電池スタックに供給される空気の一部が、排気ガスを排出する排出アダプタに供給されるようにすることで、排出アダプタが排気ガスと空気をともに排出することができるため、走行風を使用不可能な条件でも、排出ラインの出口に排気される排気ガス中の水素の濃度を低減させるという有利な効果を得ることができる。
何よりも、本発明の実施形態は、排出アダプタを媒介として排気ガス（水素）と空気が混合されるようにすることで、排気ガスの水素濃度を低め、爆発の危険性を低めるという有利な効果を得ることができる。
さらに、本発明の実施形態によると、燃料電池の排気ガスの水素濃度を低めるための空気を強制的に供給するために別のファン（空気供給用ファン）をさらに設けなくてもよいため、構造を簡素化し、設計自由度及び空間活用性を向上させるという有利な効果を得ることができる。
本発明の好ましい実施形態によると、燃料電池システムは、空気供給ラインに連結され、燃料電池スタックに供給される空気を圧縮する空気圧縮機を含むことができる。
排出アダプタは、空気と排気ガスをともに排出することができる多様な構造で提供されることができる。
本発明の好ましい実施形態によると、排出アダプタは、排出ラインと連通する排出流路が設けられたアダプタ本体と、アダプタ本体に設けられ、バイパスラインが連結される空気流入ポートと、アダプタ本体に設けられており、排出流路と区画され、空気流入ポートと連通する空気噴射流路を定義するアダプタガイドと、を含むことができる。
本発明の好ましい実施形態によると、燃料電池システムは、排出ラインを選択的に開閉するように排出ラインに連結される弁ユニットを含むことができ、排出アダプタは弁ユニットに連結されることができる。
弁ユニットは、排出ラインを選択的に開閉可能な多様な構造で形成されることができる。一例として、弁ユニットは、排出ラインと連通する弁流路が形成された弁ハウジングと、弁流路を選択的に開閉する弁部材と、を含むことができる。
本発明の好ましい実施形態によると、アダプタガイドは、アダプタ本体の周方向に沿って連続的なリング状に形成されることができ、空気噴射流路は、アダプタ本体の周方向に沿って連続的なリング状を成すように形成されることができる。
好ましくは、排出流路の出口と空気噴射流路の出口は、互いに同一の方向を向くように形成されることができる。
本発明の好ましい実施形態によると、空気流入ポートの入口は第１断面積を有するように定義され、空気噴射流路の出口は第１断面積よりも小さい第２断面積を有するように定義されることができる。
このように、本発明の実施形態は、空気噴射流路の出口の断面積を空気流入ポートの入口の断面積よりも小さくすることで、空気流入ポートに流入される空気の流入速度に比べて、空気噴射流路を介して排出される空気の排出速度を増加させることができるため、空気噴射流路の出口領域の圧力が、弁流路の内部圧力よりも低く形成されることができる。
結果として、外部圧力（空気噴射流路の出口領域の圧力）と内部圧力（弁流路の内部圧力）の圧力差によって、空気噴射流路の出口の周辺に隣接した空気が、圧力が相対的に低い空気噴射流路の出口領域に流入（移動）されることができる。したがって、排出流路に沿って排出される排気ガスには、空気噴射流路に沿って噴射された空気、及び空気噴射流路の出口の周辺に隣接した空気がともに混合されることができるため、排気ガス中の水素濃度をより効果的に低減させるという有利な効果を得ることができる。
好ましく、空気噴射流路は、入口端から出口端に行くに従って次第に縮小される断面積を有するように形成されることができる。
このように、空気噴射流路が入口端から出口端に行くに従って次第に縮小される断面積を有するようにすることで、空気噴射流路を通過する空気の速度（流速）をより高めることができるため、空気噴射流路を介して排出される空気の排出速度をより増加させることができる。
より好ましくは、空気噴射流路は流線形の断面形態を有するように形成されることができる。
このように、本発明の実施形態によると、空気噴射流路が、入口端から出口端に行くに従って次第に縮小される断面積を有する流線形の断面形態を有するようにすることで、空気噴射流路を通過する空気の速度を次第に増加させ、空気噴射流路の出口領域の圧力をより効果的に低めることができるため、空気噴射流路の出口の周辺から排気ガスに流入される空気の流入量を極大化するという有利な効果を得ることができる。
本発明の好ましい実施形態によると、燃料電池システムは、排出流路と連通するようにアダプタ本体に形成され、アダプタ本体の外部空気が流入される流入孔を含むことができる。
このように、本発明の実施形態は、アダプタ本体に流入孔を設け、アダプタ本体の外部空気が流入孔を介してアダプタ本体の内部（排出流路）に流入されるようにすることで、排出流路に沿って排出される排気ガス中の水素の濃度をより効果的に低減させるという有利な効果を得ることができる。
好ましくは、流入孔は、アダプタ本体の周方向に沿って均一な間隔で離隔するように複数個が設けられることができる。このように、アダプタ本体の周方向に沿って均一な間隔で離隔するように複数個の流入孔を形成することで、アダプタ本体の内部には、アダプタ本体の周方向に沿って均一に空気が流入されることができ、排気ガスと空気の混合効率をより向上させるという有利な効果を得ることができる。
本発明の好ましい実施形態によると、燃料電池システムは、弁ハウジングと排出アダプタとの間に介在されるシーリング部材を含むことができる。
このように、弁ハウジングと排出アダプタとの間にシーリング部材を設けることで、弁ハウジングと排出アダプタとの間隙を介した排気ガスの漏れを最小化し、安全性及び信頼性を向上させるという有利な効果を得ることができる。
本発明の好ましい実施形態によると、燃料電池システムは、排出アダプタの端部に延び、弁ハウジングの出口ポートの外周面を囲むように配置される締結フラップと、出口ポートに対して締結フラップを拘束するクランプ部材と、を含むことができる。
好ましくは、本発明の好ましい実施形態によると、燃料電池システムは、締結フラップに形成される切欠きスリットを含むことができる。このように、本発明の実施形態は、締結フラップに切欠きスリットを形成することで、切欠きスリットが、排出アダプタに対する締結フラップの動的特性（排出アダプタに連結される締結フラップの一端を基準として、排出アダプタの半径方向に沿って排出アダプタに対して締結フリップが移動可能な特性）を向上させることができる。
本発明の好ましい実施形態によると、燃料電池システムは、出口ポートの外周面に突出するように設けられる係止突起と、締結フラップの内周面に設けられ、係止突起が収容される係止凹部と、を含むことができる。
このように、締結フラップが弁ハウジングの出口ポートの外周面を囲むように配置される際に、出口ポートの外周面に形成された係止突起が、締結フラップの内周面に形成された係止凹部に収容されるようにすることで、締結フラップの組み立ての状態を安定に維持し、弁ハウジングからの排出アダプタの離脱を抑えるという有利な効果を得ることができる。
本発明の好ましい他の分野によると、排気ガス処理処置は、燃料電池スタックから排気される排気ガスを排出する排出ラインに設けられ、排出ラインを選択的に開閉する弁ユニットと、弁ユニットに連結され、燃料電池スタックに供給される空気と排気ガスを外部にともに排出する排出アダプタと、を含む。
本発明の好ましい他の分野によると、弁ユニットは、排出ラインと連通する弁流路が形成された弁ハウジングと、弁流路を選択的に開閉する弁部材と、を含むことができる。
本発明の好ましい他の分野によると、排出アダプタは、弁流路と連通する排出流路が設けられたアダプタ本体と、アダプタ本体に設けられ、空気が流入される空気流入ポートと、アダプタ本体に設けられており、排出流路と区画され、空気流入ポートと連通する空気噴射流路を定義するアダプタガイドと、を含むことができる。
本発明の好ましい他の分野によると、排気ガス処理処置は、排出流路と連通するようにアダプタ本体に形成され、アダプタ本体の外部空気が流入される流入孔を含むことができる。
本発明の実施形態に係る燃料電池システムを説明するための図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池システムであって、バイパスラインに沿った空気の流動経路を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池システムであって、供給アダプタを説明するための図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池システムであって、排気ガス処理処置を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池システムであって、排気ガス処理処置を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池システムであって、排出アダプタを説明するための図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を説明するためのブロック図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
ただし、本発明の技術思想は、説明される一部の実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で実現されることができ、本発明の技術思想の範囲内であれば、実施形態間のその構成要素の一つ以上を選択的に結合、置換して用いることができる。
また、本発明の実施形態で用いられる用語（技術及び科学的用語を含む）は、明らかに別に定義されて記述されない限り、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が一般的に理解する意味で解釈されることができ、辞書に定義されている用語のように一般に用いられる用語は、関連技術の文脈上の意味を考慮してその意味を解釈することができる。
また、本発明の実施形態で用いられている用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限するためのものではない。
本明細書において、単数型は、語句で特に言及しない限り、複数型も含むことができ、「Ａ及び（と）Ｂ、Ｃのうち少なくとも一つ（または一つ以上）」と記載される場合、Ａ、Ｂ、Ｃで組み合わせることができる全ての組み合わせの一つ以上を含むことができる。
また、本発明の実施形態の構成要素を説明するにあたり、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を用いることができる。
かかる用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためのものであって、その用語によって該当構成要素の本質や順番または順序などに限定されない。
また、ある構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」、または「接続」されると記載されている場合、その構成要素は、その他の構成要素に直接連結、結合、または接続される場合だけでなく、その構成要素とその他の構成要素との間にあるさらに他の構成要素によって「連結」、「結合」、または「接続」される場合も含むことができる。
また、各構成要素の「上または下」に形成または配置されると記載されている場合、上または下は、二つの構成要素が互いに直接接触される場合だけでなく、一つ以上のさらに他の構成要素が二つの構成要素の間に形成または配置される場合も含む。また、「上または下」と表現される場合、一つの構成要素を基準として上側方向だけでなく、下側方向の意味も含むことができる。
図１から図７を参照すると、本発明の実施形態に係る排気ガス処理処置２００は、燃料電池スタックから排気される排気ガスＥＧを排出する排出ライン１２０に設けられ、排出ライン１２０を選択的に開閉する弁ユニット２１０と、弁ユニット２１０に連結され、燃料電池スタックに供給される空気ＡＧ１と排気ガスＥＧをともに外部へ排出する排出アダプタ２２０と、を含む。
参照に、本発明の実施形態に係る排気ガス処理処置２００は、車両、船舶、航空などのようなモビリティ（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）に適用される燃料電池システム１０から排気される排気ガスＥＧを処理するために適用することができ、排気ガス処理処置２００が適用される被対象体（モビリティ）の種類及び特性によって本発明が制限または限定されるものではない。
以下では、本発明の実施形態に係る排気ガス処理処置２００が建設機械（例えば、掘削機）に設けられる燃料電池システム１０に適用された例を挙げて説明する。
本発明の好ましい実施形態によると、燃料電池システム１０は、燃料電池スタックに空気を供給する空気供給ライン１１０と、燃料電池スタックに連結され、燃料電池スタックから排気される排気ガスＥＧを案内する排出ライン１２０と、排出ライン１２０に連結され、排気ガスＥＧを外部に排出する排出アダプタ２２０と、一端は空気供給ライン１１０に連結され、他端は排出アダプタ２２０に連結され、空気供給ライン１１０から排出アダプタ２２０に空気ＡＧ１を選択的にバイパスさせるバイパスライン１３０と、を含む。
空気供給ライン１１０は、燃料電池スタック５０に空気を供給するように燃料電池スタック５０に連結される。
空気供給ライン１１０は、燃料電池スタック５０に空気を供給可能な多様な構造で提供されることができ、空気供給ライン１１０の構造によって本発明が制限または限定されるものではない。
図１から図３を参照すると、本発明の好ましい実施形態によると、燃料電池システム１０は、空気供給ライン１１０に連結され、燃料電池スタック５０に供給される空気を圧縮する空気圧縮機２０を含むことができる。
空気圧縮機２０は、空気供給ライン１１０に沿って供給される空気を圧縮させた状態で燃料電池スタック５０に供給するために設けられる。
より具体的に、空気圧縮機２０は、燃料電池スタック５０に供給される空気が燃料電池スタック５０の内部流路を通過できる十分な圧力を有するように空気を圧縮することができる。
空気圧縮機２０としては、空気を圧縮できる種々の空気圧縮機２０が使用可能であり、空気圧縮機２０の種類及び構造によって本発明が制限または限定されるものではない。一例として、空気圧縮機２０は、ロータ（不図示）の回転による遠心力を利用して空気を圧縮させて供給するように構成されることができる。
参照に、燃料電池スタック５０は、燃料（例えば、水素）の化学的反応により電気エネルギーを生産する一種の発電装置であり、数十または数百個の燃料電池セル（単位セル）を直列に積層して構成されることができる。
燃料電池セルは、燃料（例えば、水素）と酸化剤（例えば、空気）の酸化還元反応により電気を生産することができる多様な構造で形成されることができる。
一例として、燃料電池セルは、水素イオンが移動する電解質膜を中心に膜の両側に電気化学反応が起こる触媒電極層が付着された膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）（不図示）、反応気体を均一に分布させ、発生した電気エネルギーを伝達する役割を果たすガス拡散層（ＧＤＬ：Ｇａｓ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）（不図示）、反応ガス及び冷却水の気密性と適正締結圧を維持するためのガスケット及び締結機構（不図示）、並びに反応ガス及び冷却水を移動させるバイポーラ板（ｂｉｐｏｌａｒ ｐｌａｔｅ）（不図示）を含むことができる。
より具体的に、燃料電池セルにおいて、燃料である水素と酸化剤である空気（酸素）が、バイポーラ板の流路を介して膜電極接合体のアノード（ａｎｏｄｅ）とカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）にそれぞれ供給されるが、この際、水素はアノードに供給され、空気はカソードに供給される。
アノードに供給された水素は、電解質膜の両側に構成された電極層の触媒によって水素イオン（ｐｒｏｔｏｎ）と電子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ）に分解され、このうち、水素イオンのみが選択的に陽イオン交換膜である電解質膜を通過してカソードに伝達されるとともに、電子は、導体であるガス拡散層とバイポーラ板を介してカソードに伝達される。
カソードでは、電解質膜を介して供給された水素イオンと、バイポーラ板を介して伝達された電子が、空気供給装置によりカソードに供給された空気中の酸素と接して水を生成する反応を起こす。この時に起こる水素イオンの移動に起因して、外部導線を介した電子の流れが生じ、かかる電子の流れにより電流が生成される。
一方、燃料電池スタック５０が正常に動作するためには、膜電極接合体の電解質膜が一定湿度以上に維持される必要がある。
そのために、空気供給ライン１１０に沿って供給される空気は加湿器３０を経由するように提供されることができる。空気供給ライン１１０に沿って燃料電池スタック５０に供給される空気は、加湿器３０を通過する中に加湿されることができる。ここで、空気を加湿するとは、空気の湿度を高める工程と定義される。
一例として、加湿器３０は、燃料電池スタック５０から排出される空気（湿潤空気）を利用して、燃料電池スタック５０に供給される空気（乾燥空気）を加湿するように構成されることができる。
加湿器３０は、燃料電池スタック５０から排出される空気（湿潤空気）を利用して乾燥空気を加湿することが可能な多様な構造で提供されることができ、加湿器３０の構造によって本発明が制限または限定されるものではない。
本発明の好ましい実施形態によると、加湿器３０は空気圧縮機２０と燃料電池スタック５０との間に設けられており、加湿器３０には、流入ガス（乾燥空気）が流入（供給）される流入ガス供給ポート（不図示）、加湿器３０の内部を通過した（加湿処理された）流入ガスが排出される流入ガス排出ポート（不図示）、燃料電池スタック５０から排出された湿潤空気が供給される湿潤空気供給ポート（不図示）、流入ガスを加湿させた湿潤空気を外部に排出する湿潤空気排出ポート（不図示）が設けられることができる。
流入ガス供給ポートを介して供給された流入ガスは、加湿器３０の内部に設けられた加湿膜（例えば、中空糸膜）（不図示）を通過する中に湿潤空気により加湿処理された後、流入ガス排出ポートを介して燃料電池スタック５０に供給されることができる。
尚、燃料電池スタック５０から排出される湿潤空気（または凝縮水）は、湿潤空気供給ポートに供給されて加湿器３０の内部で流入ガスを加湿させた後、湿潤空気排出ポートを介して外部に排出されることができる。
本発明の好ましい実施形態によると、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック５０を出入りする空気（燃料電池スタックに流入される空気と、燃料電池スタックから排出される空気）を制御する空気制御弁（ａｉｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅ）４０を含むことができる。
空気制御弁４０としては、燃料電池スタック５０を出入りする空気を選択的に遮断可能な種々の弁が用いられることができ、空気制御弁４０の種類及び構造によって本発明が制限または限定されるものではない。一例として、空気制御弁４０は、燃料電池スタック５０に空気を供給する第１ポート（不図示）、燃料電池スタック５０から空気が排出される第２ポート（不図示）を開閉するための第１弁部材（不図示）と第２弁部材（不図示）を含むことができる。
排出ライン１２０は、燃料電池スタック５０から排気される排気ガスＥＧ（例えば、空気及び水素）を外部に排出するように燃料電池スタック５０に連結される。
排出ライン１２０は、燃料電池スタック５０から排気された排気ガスＥＧを案内することができる多様な構造で提供されることができ、排出ライン１２０の構造によって本発明が制限または限定されるものではない。
一例として、排出ライン１２０に沿って排出される排気ガスＥＧは加湿器３０を経由するように提供されることができ、加湿器３０を通過する排気ガスＥＧ（排気ガスに含まれている湿潤空気）により、加湿器３０に流入される空気（乾燥空気）が加湿されることができる。
排出アダプタ２２０は、燃料電池スタック５０に供給される空気ＡＧ１と排気ガスＥＧを外部にともに排出するように設けられ、バイパスライン１３０は空気供給ライン１１０と排出アダプタ２２０（排出ライン）を連結し、空気供給ライン１１０から排出アダプタ２２０に空気ＡＧ１を選択的にバイパスさせるために設けられる。
これは、排出ライン１２０を介して排出される排気ガスＥＧにおける水素の濃度を低めるためである。
すなわち、燃料電池スタック５０から排気される排気ガスＥＧ（例えば、燃料電池スタックの内部の水素濃度を調節するためのパージ工程時に排気される排気ガス）には水素が含まれ得るが、排気ガスＥＧの水素濃度が一定濃度に増加すると爆発の危険性が高くなるため、燃料電池排気ガスＥＧの水素濃度は一定以下に維持されるべきである。
本発明の実施形態は、空気供給ライン１１０に沿って燃料電池スタック５０に供給される空気ＡＧ１の一部がバイパスライン１３０に沿って排出アダプタ２２０に供給されるようにすることで、排出ライン１２０に沿って排気される排気ガスＥＧにおける水素の濃度を低減させるという有利な効果を得ることができる。
なによりも、本発明の実施形態は、排出ライン１２０に沿って排出される排気ガスＥＧ（例えば、水素）とバイパスライン１３０を媒介として供給される空気ＡＧ１が、排出アダプタ２２０を媒介として混合されるようにすることで、走行風を使用不可能な条件（例えば、建設機械の停車状態）でも、排気ガスＥＧの水素濃度を低め、爆発の危険性を低めるという有利な効果を得ることができる。
バイパスライン１３０は、要求される条件及び設計仕様に応じて多様な方式で連結されることができ、バイパスライン１３０の連結構造によって本発明が制限または限定されるものではない。
一例として、本発明の好ましい実施形態によると、燃料電池システム１０は、空気圧縮機２０に設けられる供給アダプタ１４０を含むことができ、バイパスライン１３０は供給アダプタ１４０を媒介として空気供給ライン１１０に連結されることができる。
本発明の他の実施形態によると、供給アダプタを別に設けず、バイパスラインを空気供給ラインに直接連結することも可能である。
供給アダプタ１４０は、空気圧縮機２０に連結可能な多様な構造で提供されることができ、供給アダプタ１４０の構造及び形態によって本発明が制限または限定されるものではない。
一例として、図３を参照すると、供給アダプタ１４０は、空気供給ライン１１０と連通する第１供給ポート１４２と、バイパスライン１３０と連通する第２供給ポート１４４と、を含むことができる。
例えば、第１供給ポート１４２及び第２供給ポート１４４は直線形態で形成されることができる。本発明の他の実施形態によると、第１供給ポート及び第２供給ポートを曲線形態またはその他の形態で形成することも可能である。
以下では、第１供給ポート１４２と連通する３個の第２供給ポート１４４が略「Ｔ」字状を成すように供給アダプタ１４０に形成された例を挙げて説明する。
参照に、図３には、３個の第２供給ポート１４４のうち２個のみにバイパスライン１３０が連結されている例を挙げて説明しているが、実質的に、各第２供給ポートにはそれぞれ個別的にバイパスライン１３０が連結されることができる。本発明の他の実施形態によると、供給アダプタに２個以下の第２供給ポートを形成することや、４個以上の第２供給ポートを形成することも可能である。
好ましく、供給アダプタ１４０の側部には、第２供給ポート１４４を選択的に開閉する開閉弁１４６が一体に設けられることができる。
開閉弁１４６としては、第２供給ポート１４４を選択的に開閉できる種々の弁手段が使用可能であり、開閉弁１４６の種類及び構造によって本発明が制限または限定されるものではない。一例として、開閉弁１４６としては、通常のソレノイド弁またはバタフライ弁などが使用可能である。
このような構成により、開閉弁１４６が第２供給ポート１４４を遮断した状態では、空気圧縮機２０により圧縮された空気は、第１供給ポート１４２を経て燃料電池スタック５０に供給されることができる。一方、開閉弁１４６が第２供給ポート１４４を開放した状態では、空気圧縮機２０により圧縮された空気の一部が第１供給ポート１４２を経て燃料電池スタック５０に供給されるとともに、空気圧縮機２０により圧縮された空気の他の一部ＡＧ１が第２供給ポート１４４を経てバイパスライン１３０に供給されることができる（図２参照）。
排出アダプタ２２０は、空気ＡＧ１と排気ガスＥＧをともに排出できる多様な構造で提供されることができ、排出アダプタ２２０の構造によって本発明が制限または限定されるものではない。
一例として、図４から図６を参照すると、排出アダプタ２２０は、排出ライン１２０と連通する排出流路２２２ａが設けられたアダプタ本体２２２と、アダプタ本体２２２に設けられ、バイパスライン１３０が連結される空気流入ポート２２４と、アダプタ本体２２２に設けられており、排出流路２２２ａと区画され、空気流入ポート２２４と連通する空気噴射流路２２６ａを定義するアダプタガイド２２６と、を含むことができる。
以下では、燃料電池システム１０が、排出ライン１２０を選択的に開閉するように排出ライン１２０に連結される弁ユニット２１０を含み、排出アダプタ２２０が弁ユニット２１０に連結される例を挙げて説明する。本発明の他の実施形態によると、弁ユニットを排除し、排出アダプタを排出ラインに直接連結することも可能である。
弁ユニット２１０は、排出ライン１２０を選択的に開閉できる多様な構造で形成されることができ、弁ユニット２１０の構造によって本発明が制限または限定されるものではない。
一例として、弁ユニット２１０は、排出ライン１２０と連通する弁流路２１２ａが形成された弁ハウジング２１２と、弁流路２１２ａを選択的に開閉する弁部材２１４と、を含むことができる。
例えば、弁ハウジング２１２は、略直線状の弁流路２１２ａを有する中空の円筒状に形成されることができる。
弁部材２１４としては、弁流路２１２ａを開閉可能な通常のソレノイド弁またはバタフライ弁などが用いられることができ、弁部材２１４の種類及び構造によって本発明が制限または限定されるものではない。
このような構成により、弁部材２１４が弁流路２１２ａを開放した状態では、燃料電池スタック５０から排気された排気ガスＥＧは弁流路２１２ａを経て外部に排出されることができる。一方、弁部材２１４が弁流路２１２ａを遮断した状態では、弁流路２１２ａを介した排気ガスＥＧの排出が遮断されることができる。
アダプタ本体２２２は、排出ライン１２０と連通する排出流路２２２ａを有する多様な構造で形成されることができ、アダプタ本体２２２の構造及び形態によって本発明が制限または限定されるものではない。
一例として、アダプタ本体２２２は、円形の断面を有する略中空の円筒状に形成されることができ、アダプタ本体２２２の内部を沿って、略直線状の排出流路２２２ａが定義されることができる。本発明の他の実施形態によると、アダプタ本体が四角形の断面またはその他の断面形態を有するように形成することも可能である。以外には、排出流路を曲線形態またはその他の形態で形成することも可能である。
空気流入ポート２２４は、バイパスライン１３０と連結（連通）可能にアダプタ本体２２２に設けられる。
一例として、アダプタ本体２２２には２個の空気流入ポート２２４が設けられることができ、各空気流入ポート２２４には、バイパスライン１３０がそれぞれ個別的に連結されることができる。本発明の他の実施形態によると、アダプタ本体に一つの空気流入ポートを設けることや、３個以上の空気流入ポートを設けることも可能である。
例えば、空気流入ポート２２４はアダプタ本体２２２に垂直に連結されることができ、バイパスライン１３０を経て空気流入ポート２２４に流入された空気ＡＧ１は、空気噴射流路２２６ａに沿ってアダプタ本体２２２の外部に排出されることができる。
アダプタガイド２２６は、排出流路２２２ａと区画され、空気流入ポート２２４と連通する空気噴射流路２２６ａを定義するようにアダプタ本体２２２の外部に設けられる。
アダプタガイド２２６は、空気噴射流路２２６ａを形成可能な多様な構造で形成されることができ、アダプタガイド２２６の構造及び形態によって本発明が制限または限定されるものではない。
一例として、アダプタガイド２２６は、アダプタ本体２２２の周方向に沿って連続的なリング状を有するようにアダプタ本体２２２の内周面に提供されることができ、空気噴射流路２２６ａは、アダプタ本体２２２の周方向に沿って連続的なリング状を成して排出流路２２２ａの周りを全体的に囲むように形成されることができる。
好ましくは、排出流路２２２ａの出口と空気噴射流路２２６ａの出口は、互いに同一の方向を向くように形成されることができる。例えば、排出流路２２２ａの出口は、アダプタ本体２２２の末端（ｄｉｓｔａｌ ｅｎｄ）（図６を基準として左側端）に形成されることができ、空気噴射流路２２６ａの出口は、排出流路２２２ａの出口と同一の方向を向くようにアダプタガイド２２６の末端（図６を基準として左側端）に形成される。
このように、本発明の実施形態は、アダプタガイド２２６に排出流路２２２ａ及び空気噴射流路２２６ａを形成し、アダプタガイド２２６を媒介として空気（バイパスラインに沿って供給された空気）ＡＧ１及び排気ガスＥＧがともに排出されるようにすることで、排出流路２２２ａを介して排出された排気ガスＥＧが、バイパスライン１３０に沿って供給された空気ＡＧ１と混合されることができるため、排気ガスＥＧにおける水素濃度を低減させるという有利な効果を得ることができる。
より好ましくは、排出流路２２２ａの出口端はアダプタ本体２２２の末端（ｄｉｓｔａｌ ｅｎｄ）に形成され、空気噴射流路２２６ａの出口端は、排出流路２２２ａの出口端と同一線上を成すようにアダプタガイド２２６の末端に形成されることができる。
ここで、排出流路２２２ａの出口端（図６を基準として排出流路の左側端）と空気噴射流路２２６ａの出口端（図６を基準として空気噴射流路の左側端）が同一線上を成すとは、排出流路２２２ａを介して排気ガスＥＧが排出される開始点と、空気噴射流路２２６ａを介して空気ＡＧ１が排出される開始点が互いに同一であると理解すればよい。
このように、排出流路２２２ａの出口端と排出流路２２２ａの出口端を同一線上に形成することで、排気ガスＥＧは、排出流路２２２ａを介して排出された後、直ちに空気噴射流路２２６ａを介して排出された空気ＡＧ１と混合されることができる。
前述及び図示した本発明の実施形態では、アダプタガイド２２６がアダプタ本体２２２の内周面を全体的に囲むように連続的なリング状に形成された例を挙げて説明しているが、本発明の他の実施形態によると、アダプタガイドがアダプタ本体の内周面の一部を部分的に囲むように形成することも可能である。
本発明の好ましい実施形態によると、空気流入ポート２２４の入口は第１断面積を有するように定義され、空気噴射流路２２６ａの出口は第１断面積よりも小さい第２断面積を有するように定義されることができる。
これは、空気噴射流路２２６ａを介して排出される空気ＡＧ１の排出速度を高め、空気噴射流路２２６ａの出口領域の圧力を低めるためである。ここで、空気噴射流路２２６ａの出口領域とは、空気噴射流路２２６ａの出口を介して空気ＡＧ１が噴射される領域（空気噴射流路の出口に隣接した外部領域）と理解すればよい。
すなわち、ベルヌーイの原理によると、流路（空気噴射流路）に供給される流体（空気）の流量（Ｑ）が一定である際に、流路（空気噴射流路）の断面積と、流路（空気噴射流路）に沿って移動する流体（空気）の速度（流速）は、互いに反比例することが分かる。また、ベルヌーイの原理によると、流路（空気噴射流路）に沿って移動する流体（空気）の速度（流速）が増加するにつれて、流体（空気）の圧力は減少することが分かる。
このように、本発明の実施形態は、空気噴射流路２２６ａの出口の断面積（例えば、Ａ２）を、空気流入ポート２２４の入口の断面積（例えば、Ａ１）に比べて小さく（Ａ２＜Ａ１）することで、空気流入ポート２２４に流入される空気の流入速度（例えば、Ｖ１）に比べて、空気噴射流路２２６ａを介して排出される空気ＡＧ１の排出速度（例えば、Ｖ２）を増加（Ｖ２＞Ｖ１）させることができるため、空気噴射流路２２６ａの出口領域の圧力（以下、外部圧力という）（例えば、Ｐ２）は、弁流路２１２ａの内部圧力（以下、内部圧力という）（例えば、Ｐ１）よりも低く（Ｐ２＜Ｐ１）形成されることができる。例えば、弁流路２１２ａの内部圧力（排気ガスの排出圧力）が第１圧力（Ｐ１）である場合、空気噴射流路２２６ａの出口領域の圧力は第１圧力よりも低い第２圧力（Ｐ２）になることができる。
結果として、外部圧力（空気噴射流路の出口領域の圧力）と内部圧力（弁流路の内部圧力）の圧力差によって（空気噴射流路の外部圧力が弁流路の内部圧力よりも低くなることによって）、空気噴射流路２２６ａの出口の周辺に隣接した空気ＡＧ２’が、相対的に圧力が低い空気噴射流路２２６ａの出口領域に流入（移動）されることができる。
したがって、排出流路２２２ａに沿って排出される排気ガスＥＧには、空気噴射流路２２６ａに沿って噴射された空気ＡＧ１、及び空気噴射流路２２６ａの出口の周辺に隣接した空気ＡＧ２’がともに混合されることができるため、排気ガスＥＧにおける水素濃度をより効果的に低減させるという有利な効果を得ることができる。
好ましくは、空気噴射流路２２６ａは、入口端から出口端に行くに従って次第に縮小される断面積を有するように形成されることができる。
一例として、図６を基準として、空気噴射流路２２６ａは、右側端から左側端に行くに従って次第に縮小される断面積を有するように形成されることができる。
このように、空気噴射流路２２６ａが入口端から出口端に行くに従って次第に縮小される断面積を有するようにすることで、空気噴射流路２２６ａを通過する空気ＡＧ１の速度（流速）をより高めることができるため、空気噴射流路２２６ａを介して排出される空気ＡＧ１の排出速度（例えば、Ｖ２）をより増加（空気噴射流路の出口領域の圧力を降下）させることができる。
より好ましくは、空気噴射流路２２６ａは、流線形の断面形態を有するように形成されることができる。
このように、本発明の実施形態によると、空気噴射流路２２６ａが、入口端から出口端に行くに従って次第に縮小される断面積を有する流線形の断面形態を有するようにすることで、空気噴射流路２２６ａを通過する空気ＡＧ１の速度を次第に増加させ、空気噴射流路２２６ａの出口領域の圧力をより効果的に低めることができるため、空気噴射流路２２６ａの出口の周辺から排気ガスＥＧ（排出流路に沿って排出される排気ガス）に流入される空気ＡＧ２’の流入量を極大化するという有利な効果を得ることができる。
本発明の好ましい実施形態によると、燃料電池システム１０は、排出流路２２２ａと連通するようにアダプタ本体２２２に形成され、アダプタ本体２２２の外部空気ＡＧ２が流入される流入孔２２８を含むことができる。
一例として、流入孔２２８は、排出流路２２２ａの入口端（図６を基準として右側端）と空気流入ポート２２４との間に配置されるようにアダプタ本体２２２に形成されることができる。
本発明の他の実施形態によると、排出流路の出口端と空気流入ポートとの間、またはその他の位置に流入孔を形成することも可能である。
流入孔２２８は、アダプタ本体２２２の外部空気（アダプタ本体の外周面の外側の空気）ＡＧ２が流入可能な多様な構造で形成されることができ、流入孔２２８の構造及び形態によって本発明が制限または限定されるものではない。
一例として、流入孔２２８は、幅より長い長さを有する長孔の形態で形成されることができる。他には、流入孔２２８を円形孔の形態または四角孔の形態などで形成することも可能である。
このように、本発明の実施形態は、アダプタ本体２２２に流入孔２２８を設け、排気ガスＥＧがアダプタ本体２２２の外部に排出される前に、アダプタ本体２２２の外部空気ＡＧ２が流入孔２２８を介してアダプタ本体２２２の内部（排出流路）に流入（吸入）されるようにすることで、排出流路２２２ａに沿って最終的に排出される排気ガスＥＧにおける水素の濃度をより効果的に低減させるという有利な効果を得ることができる。
好ましくは、流入孔２２８は、アダプタ本体２２２の周方向に沿って均一な間隔で離隔するように複数個が設けられることができる。このように、アダプタ本体２２２の周方向に沿って均一な間隔で離隔するように複数個の流入孔２２８を形成することで、アダプタ本体２２２の内部には、アダプタ本体２２２の周方向に沿って均一に空気ＡＧ２が流入されることができ、排気ガスＥＧと空気ＡＧ２の混合効率がより向上するという有利な効果を得ることができる。
本発明の好ましい実施形態によると、燃料電池システム１０は、弁ハウジング２１２と排出アダプタ２２０との間に介在されるシーリング部材２３０を含むことができる。
シーリング部材２３０は、弁ハウジング２１２と排出アダプタ２２０との間の間隙をシーリング可能な多様な構造で形成されることができ、シーリング部材２３０の構造によって本発明が制限または限定されるものではない。
一例として、シーリング部材２３０は略リング状を有するように形成され、弁ハウジング２１２と排出アダプタ２２０との間に介在されることができる。
シーリング部材２３０は、シリコン、ウレタンのような弾性素材で形成されることができ、シーリング部材２３０の材質及び特性によって本発明が制限または限定されるものではない。
このように、弁ハウジング２１２と排出アダプタ２２０との間にシーリング部材２３０を設けることで、弁ハウジング２１２と排出アダプタ２２０との間の間隙を介した排気ガスＥＧの漏れを最小化し、安全性及び信頼性を向上させるという有利な効果を得ることができる。
一方、弁ユニット２１０と排出アダプタ２２０の結合構造は、要求される条件及び設計仕様によって多様に変更可能であり、弁ユニット２１０と排出アダプタ２２０の結合構造によって本発明が制限または限定されるものではない。
一例として、図５を参照すると、本発明の好ましい実施形態によると、燃料電池システム１０は、排出アダプタ２２０の端部に延び、弁ハウジング２１２の出口ポート２１２ｂの外周面を囲むように配置される締結フラップ２２２ｂと、出口ポート２１２ｂに対して締結フラップ２２２ｂを拘束するクランプ部材２４０と、を含むことができる。
締結フラップ２２２ｂは、弁ハウジング２１２の出口ポート２１２ｂの外周面を囲むことができる多様な構造で形成されることができ、締結フラップ２２２ｂの構造によって本発明が制限または限定されるものではない。
一例として、締結フラップ２２２ｂは、弁ハウジング２１２の外周面に密着可能な内周面を有するように排出アダプタ２２０の端部に延びることができる。
好ましくは、本発明の好ましい実施形態によると、燃料電池システム１０は、締結フラップ２２２ｂに形成される切欠きスリット２２２ｃを含むことができる。
切欠きスリット２２２ｃは、要求される条件及び設計仕様によって多様な構造で形成されることができ、切欠きスリット２２２ｃの構造及び形態によって本発明が制限または限定されるものではない。
一例として、切欠きスリット２２２ｃは、排出アダプタ２２０の長さ方向に沿って締結フラップ２２２ｂの一部を除去（切欠き）して形成されることができ、排出アダプタ２２０の周方向に沿って離隔するように複数個が設けられることができる。
本発明の他の実施形態によると、締結フラップのその他の方向に沿って切欠きスリットを形成することが可能である。他に、切欠きスリットを「Ｓ」字または「Ｃ」字の形態のような曲線形態で形成することも可能である。
このように、本発明の実施形態は、締結フラップ２２２ｂに切欠きスリット２２２ｃを形成することで、切欠きスリット２２２ｃは、排出アダプタ２２０に対する締結フラップ２２２ｂの動的特性（排出アダプタに連結される締結フラップの一端を基準として排出アダプタの半径方向に沿って排出アダプタに対して締結フリップが移動できる特性）を向上させることができる。
クランプ部材２４０は、締結フラップ２２２ｂを弁ハウジング２１２の出口ポート２１２ｂに拘束可能な多様な構造で形成されることができ、クランプ部材２４０の構造によって本発明が制限または限定されるものではない。
一例として、クランプ部材２４０は、金属ワイヤをコイル形態（例えば、コイルバネの形態）で巻き取って形成されることができる。
本発明の他の実施形態によると、円弧状を有する複数個のクランプ帯を互いに組み立てることでクランプ部材を構成することも可能である。
好ましくは、燃料電池システム１０は、出口ポート２１２ｂの外周面に突出するように設けられる係止突起２１２ｃと、締結フラップ２２２ｂの内周面に設けられ、係止突起２１２ｃが収容される係止凹部２２２ｄと、を含むことができる。
このように、締結フラップ２２２ｂが弁ハウジング２１２の出口ポート２１２ｂの外周面を囲むように配置される際に、出口ポート２１２ｂの外周面に形成されている係止突起２１２ｃが、締結フラップ２２２ｂの内周面に形成されている係止凹部２２２ｄに収容されるようにすることで、締結フラップ２２２ｂの組み立て状態（締結フラップが弁ハウジングの出口ポートの外周面を囲むように配置された状態）を安定して維持し、弁ハウジング２１２からの排出アダプタ２２０の離脱を抑えるという有利な効果を得ることができる。
一方、図７は本発明の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を説明するためのブロック図である。尚、前述の構成と同一部分及び同一相当部分には同一または同一相当の参照符号を付与し、それについての詳細な説明は省略する。
図７を参照すると、本発明の好ましい実施形態によると、燃料電池システム１０の制御方法は、弁ユニット２１０を開放するステップ（Ｓ１０）と、開閉弁１４６を開放するステップ（Ｓ２０）と、空気圧縮機２０のＲＰＭを増大させるステップ（Ｓ３０）と、弁ユニット２１０を遮断するステップ（Ｓ４０）と、開閉弁１４６を遮断するステップ（Ｓ５０）と、空気圧縮機２０を正常運転モードに復帰させるステップ（Ｓ６０）と、を含むことができる。
先ず、外部に排出された排気ガスＥＧの水素濃度が既設定の基準濃度より高いと判別されると、弁ユニット２１０を開放（弁流路開放）するとともに開閉弁１４６を開放することで、空気圧縮機２０により圧縮された空気の一部が燃料電池スタック５０に供給されると同時に、空気圧縮機２０により圧縮された空気の他の一部がバイパスライン１３０に供給されることができる。
弁ユニット２１０及び開閉弁１４６が開放された後には、バイパスライン１３０によりバイパスされる空気の流量に対応して、空気圧縮機２０のＲＰＭ（例えば、ロータの毎分当たりの回転数）を増大（増加）させ、空気圧縮機２０を過給運転する。このように、弁ユニット２１０及び開閉弁１４６が開放された状態では空気圧縮機２０のＲＰＭを高めることで、バイパスライン１３０に沿って空気ＡＧ１を供給する条件でも、燃料電池スタック５０に十分な空気を供給（燃料電池スタックの正常運転に必要な空気供給量で空気を供給）することができる。
その後、排気ガスＥＧの水素濃度が既設定の基準濃度より低いと判別されると、弁ユニット２１０及び開閉弁１４６を遮断することができ、空気圧縮機２０は、再び正常運転モードに復帰（空気圧縮機のＲＰＭ下降）することができる。
上述のように、本発明の実施形態によると、燃料電池スタックから排気される排気ガス中の水素の濃度を低めるという有利な効果を得ることができる。
特に、本発明の実施形態によると、走行風を使用不可能な条件でも、燃料電池スタックから排気される排気ガス中の水素の濃度を低減させるという有利な効果を得ることができる。
また、本発明の実施形態によると、構造を簡素化し、空間活用性及び設計自由度を向上させるという有利な効果を得ることができる。
また、本発明の実施形態によると、安全性及び信頼性を向上させるという有利な効果を得ることができる。
また、本発明の実施形態によると、製作工程を簡素化し、コストを低減するという有利な効果を得ることができる。
以上、実施形態を中心に説明したが、これは例示にすぎず、本発明を限定するものではなく、本発明が属する分野において通常の知識を有する者であれば、本実施形態の本質的な特性から逸脱しない範囲で、以上で例示されていない様々な変形と応用が可能であることが分かる。例えば、実施形態に具体的に示されている各構成要素は、変形して実施することができる。また。かかる変形と応用に係る相違は、添付の請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈すべきである。
１０ 燃料電池システム
２０ 空気圧縮機
３０ 加湿器
４０ 空気制御弁
５０ 燃料電池スタック
１１０ 空気供給ライン
１２０ 排出ライン
１３０ バイパスライン
１４０ 供給アダプタ
１４２ 第１供給ポート
１４４ 第２供給ポート
１４６ 開閉弁
２００ 排気ガス処理処置
２１０ 弁ユニット
２１２ 弁ハウジング
２１２ａ 弁流路
２１２ｂ 出口ポート
２１２ｃ 係止突起
２１４ 弁部材
２２０ 排出アダプタ
２２２ アダプタ本体
２２２ａ 排出流路
２２２ｂ 締結フラップ
２２２ｃ 切欠きスリット
２２２ｄ 係止凹部
２２４ 空気流入ポート
２２６ アダプタガイド
２２６ａ 空気噴射流路
２２８ 流入孔
２３０ シーリング部材
２４０ クランプ部材

Claims (20)

  1. 燃料電池スタックに空気を供給する空気供給ラインと、
    前記燃料電池スタックに連結され、前記燃料電池スタックから排気される排気ガスを案内する排出ラインと、
    前記排出ラインに連結され、前記排気ガスを外部に排出する排出アダプタと、
    一端は前記空気供給ラインに連結され、他端は前記排出アダプタに連結され、前記空気供給ラインから前記排出アダプタに前記空気を選択的にバイパスさせるバイパスラインと、を含む、燃料電池システム。
  2. 前記排出アダプタは、
    前記排出ラインと連通する排出流路が設けられたアダプタ本体と、
    前記アダプタ本体に設けられ、前記バイパスラインが連結される空気流入ポートと、
    前記アダプタ本体に設けられており、前記排出流路と区画され、前記空気流入ポートと連通する空気噴射流路を定義するアダプタガイドと、を含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記排出流路の出口と前記空気噴射流路の出口は、互いに同一の方向を向くように形成される、請求項２に記載の燃料電池システム。
  4. 前記空気流入ポートの入口は第１断面積を有するように定義され、前記空気噴射流路の出口は前記第１断面積よりも小さい第２断面積を有するように定義される、請求項２に記載の燃料電池システム。
  5. 前記空気噴射流路は、入口端から出口端に行くに従って次第に縮小される断面積を有するように形成される、請求項２に記載の燃料電池システム。
  6. 前記空気噴射流路は流線形の断面形態を有するように形成される、請求項５に記載の燃料電池システム。
  7. 前記アダプタガイドは、前記アダプタ本体の周方向に沿って連続的なリング状を有するように提供され、
    前記空気噴射流路は、前記アダプタ本体の周方向に沿って連続的なリング状を成すように形成される、請求項２に記載の燃料電池システム。
  8. 前記排出流路と連通するように前記アダプタ本体に形成され、前記アダプタ本体の外部空気が流入される流入孔を含む、請求項２に記載の燃料電池システム。
  9. 前記流入孔は、前記アダプタ本体の周方向に沿って離隔するように複数個が設けられる、請求項８に記載の燃料電池システム。
  10. 前記排出ラインに連結され、前記排出ラインを選択的に開閉する弁ユニットを含み、
    前記排出アダプタは前記弁ユニットに連結される、請求項１に記載の燃料電池システム。
  11. 前記弁ユニットは、
    前記排出ラインと連通する弁流路が形成された弁ハウジングと、
    前記弁流路を選択的に開閉する弁部材と、を含む、請求項１０に記載の燃料電池システム。
  12. 前記弁ハウジングと前記排出アダプタとの間に介在されるシーリング部材を含む、請求項１１に記載の燃料電池システム。
  13. 前記排出アダプタの端部に延び、前記弁ハウジングの出口ポートの外周面を囲むように配置される締結フラップと、
    前記出口ポートに対して前記締結フラップを拘束するクランプ部材と、を含む、請求項１１に記載の燃料電池システム。
  14. 前記締結フラップに形成される切欠きスリットを含む、請求項１３に記載の燃料電池システム。
  15. 前記出口ポートの外周面に設けられる係止突起と、
    前記締結フラップの内周面に設けられ、前記係止突起が収容される係止凹部と、を含む、請求項１３に記載の燃料電池システム。
  16. 前記空気供給ラインに連結され、前記燃料電池スタックに供給される前記空気を圧縮する空気圧縮機を含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
  17. 燃料電池スタックから排気される排気ガスを排出する排出ラインに設けられ、前記排出ラインを選択的に開閉する弁ユニットと、
    前記弁ユニットに連結され、前記燃料電池スタックに供給される空気と前記排気ガスを外部にともに排出する排出アダプタと、を含む、排気ガス処理処置。
  18. 前記弁ユニットは、
    前記排出ラインと連通する弁流路が形成された弁ハウジングと、
    前記弁流路を選択的に開閉する弁部材と、を含む、請求項１７に記載の排気ガス処理処置。
  19. 前記排出アダプタは、
    前記弁流路と連通する排出流路が設けられたアダプタ本体と、
    前記アダプタ本体に設けられ、前記空気が流入される空気流入ポートと、
    前記アダプタ本体に設けられており、前記排出流路と区画され、前記空気流入ポートと連通する空気噴射流路を定義するアダプタガイドと、を含む、請求項１８に記載の排気ガス処理処置。
  20. 前記排出流路と連通するように前記アダプタ本体に形成され、前記アダプタ本体の外部空気が流入される流入孔を含む、請求項１９に記載の排気ガス処理処置。

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