JP3588776B2 - 燃料循環式燃料電池システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に燃料を循環して供給する燃料循環式燃料電池システムに関し、さらに詳しくは、燃料電池システムの燃料循環系に燃料ポンプ及びエゼクタを備えた燃料循環式燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気自動車の動力源などとして固体高分子型の燃料電池が注目されている。固体高分子型の燃料電池（ＰＥＦＣ）は、常温でも発電することが可能であり、様々な用途に実用化されつつある。
【０００３】
一般に、燃料電池システムは固体高分子電解質膜を挟んで一方側にカソード極を区画し、他方側にアノード極を区画して構成されており、カソード極に供給される空気中の酸素と、アノード極に供給される水素との化学反応によって発生した電力で外部負荷を駆動するシステムである。
【０００４】
このような燃料電池システムにおいては、燃料電池内で生成する凝縮水を燃料電池から排出するためや燃料不足による燃料電池の損傷を防止するため等の理由により、水素及び空気を燃料電池が消費する以上に供給しなければならない。
ところで水素は、ボンベ等の高圧水素貯蔵タンクから燃料電池へ供給されるため、消費されなかった水素を大気中に放出すると水素燃費を著しく悪化させる原因となる。その為に図１９及び図２０に示すような回転機構や揺動部等の可動部分により吸入・送り出しを行う水素ポンプ（燃料ポンプ）或いはジェットポンプの一種であるエゼクタにより水素を循環させる燃料循環式燃料電池システムが考案されている。
【０００５】
水素ポンプのみで燃料を循環する燃料循環式燃料電池システム１００は、図１９に示すように、高圧水素貯蔵タンク１０４から排出される水素の圧力をレギュレータ１０３で減圧し、減圧した水素は燃料供給流路１０５を介して燃料電池１０１へ供給される。燃料電池１０１に供給された水素は、カソード極側に供給される空気中の酸素と反応して燃料電池１０１で発電する。燃料電池１０１で反応に使用されなかった未反応の水素は、燃料電池１０１から排出され、燃料循環流路１０６に設けられた水素ポンプ１０２に吸引される。水素ポンプ１０２に取り込まれ送り出された未反応の水素は、水素ポンプ１０２の下流で水素供給流路１０５を流れる水素と合流され、再び燃料電池１０１へと供給されるというシステムである。
【０００６】
一方、エゼクタのみで燃料を循環する燃料循環式燃料電池システム２００は、図２０に示すように、高圧水素貯蔵タンク２０４から排出される水素の圧力をレギュレータ２０３で減圧し、減圧した水素はエゼクタ２０２に供給される。エゼクタ２０２に供給された水素は、負圧を発生させたのち燃料電池２０１へ供給される。燃料電池２０１ヘ供給された水素は、カソード極側に供給される空気中の酸素と反応して燃料電池２０１で発電する。反応しなかった未反応の水素は、燃料電池２０１から排出され、エゼクタ２０２の負圧を有する吸入口２０２ａで合流される。合流された未反応の水素は、エゼクタ２０２内でレギュレータ２０３から供給される水素と混合・圧縮され、再び燃料電池２０１へと供給されるというシステムである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水素ポンプ１０２のみの燃料循環式燃料電池システム１００は、水素ポンプ１０２単独で水素の循環を行っているので、幅広い流量範囲を１台の水素ポンプ１０２だけでカバーする必要があり、効率の悪いところでも運転しなければならないので水素ポンプ１０２自体の大きさが大きくなってしまい、且つ、消費電力の増大を招くという問題がある。
また、エゼクタ２０２のみの燃料循環式燃料電池システム２００では、高圧水素貯蔵タンク２０４内の圧力エネルギーを利用して負圧を発生し、この負圧を使って燃料電池２０１から排出される未反応の水素を合流させ、レギュレータ２０３から供給される水素と混合・圧縮して循環を行っていたが、水素ポンプ１０２のみの燃料循環式燃料電池システム１００では、圧力エネルギーを無駄に捨てているという問題がある。
【０００８】
一方、エゼクタ２０２のみの燃料循環式燃料電池システム２００は、車両の加速時等で急激に燃料電池２０１の出力が増加すると、エゼクタ２０２内には圧力エネルギーを速度エネルギーに変換するためのノズルが挿入されているため、図２１（ａ）に示すような応答遅れが生じて、循環量が直ぐに目標値に達しないという問題がある。
反対に、車両の減速時等で燃料電池２０１の出力が絞られた場合には、図２１（ｂ）に示すように、燃料電池２０１で水素が消費されないためエゼクタ２０２で負圧が生じなくなり、そのため循環が行われなくなってエゼクタ２０２の循環量が直ぐに低下してしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであって、燃料ポンプの大きさを小さくでき、しかも燃料ポンプの消費電力を抑制できると共に、燃料電池の出力増減時でも必要な燃料循環量が確保できる燃料循環式燃料電池システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためになされた請求項１に記載された燃料循環式燃料電池システムは、燃料と酸化剤とが供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料を供給するための燃料供給流路と、前記燃料電池から排出された未反応の燃料を前記燃料供給流路の何れかの位置に合流させ前記燃料を循環させるための燃料循環流路と、前記未反応の燃料を取り込んで送り出す燃料ポンプと、前記燃料が流れる際に発生する負圧を利用して前記未反応の燃料を吸入し前記燃料に合流させるエゼクタとを備えることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１に記載の発明によると、以下の作用・効果が得られる。
（１）循環しながら燃料電池に燃料を供給するときに、燃料供給源の圧力エネルギーをエゼクタで回収できるようになり、燃料ポンプ単独で燃料を循環していたときに問題となっていた燃料ポンプの消費電力が増大するのを抑制することができる。
（２）また、燃料ポンプを設けたことにより、任意に負荷を変更できるようになり、エゼクタ単独で燃料を循環していたときに問題となっていた燃料電池の出力増減時（例えば車両の加減速時）の応答遅れやエゼクタの循環量低下を燃料ポンプを一時的に作動させることで補助することができる。
（３）すなわち、エゼクタと燃料ポンプ両方を備えたことにより、エゼクタ及び燃料ポンプのうち、いずれか一方が機能していないときに他方の装置が一方の装置の性能低下を回避することができる。
【００１２】
請求項２に係る燃料循環式燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料循環式燃料電池システムであって、前記燃料供給流路に設けられた前記エゼクタが有する吸入口で合流する前記燃料循環流路に前記燃料ポンプを設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２に記載の構成によれば、圧縮工程が２段化され、エゼクタ及び燃料ポンプのそれぞれに要求される圧縮性能が分割されるので、エゼクタにとっては風量性能の向上が、燃料ポンプにとっては消費電力を縮小できるという相乗効果が得られる。
【００１４】
請求項３に係る燃料循環式燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料循環式燃料電池システムであって、前記燃料循環流路から分岐し、前記燃料供給流路に設けられた前記エゼクタの下流で合流する流路を設け、この流路に前記燃料ポンプを設けて２つの燃料循環流路を形成したことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３に記載の発明によると、燃料ポンプ及びエゼクタのそれぞれが受け持つ流量が分担される。従って、燃料ポンプが受け持つ流量が小さくなるので燃料ポンプを小型化することができる。
【００１６】
請求項４に係る燃料循環式燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料循環式燃料電池システムであって、前記燃料供給流路に設けられた前記エゼクタの下流に前記燃料ポンプを設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４に記載の発明によると、燃料電池へ供給される燃料（乾燥したガス）と燃料電池から排出される未反応の燃料（水蒸気飽和ガス）とがエゼクタを介して混合するようになるので、エゼクタの出口では、必ず水蒸気不飽和ガスとなり、このガスを下流の燃料ポンプで圧縮するようになるので圧縮に伴う凝縮水の発生量は他方式と比較して圧倒的に少なくすることができる。
【００１８】
請求項５に係る燃料循環式燃料電池システムは、前記燃料循環流路から分岐したパージ配管にパージ弁及び／又は前記燃料循環流路に逆止弁を設けたことを特徴とする請求項２から請求項４のうちの何れか１項に記載の燃料循環式燃料電池システムである。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、以下の作用・効果が得られる。
（１）パージ弁を備えたことにより、燃料電池スタックを通じて侵入してきた窒素や燃料電池から排出される過剰な水分を系外に分離・除去することができる。
（２）また、逆止弁を備えたことにより、前記パージ弁で燃料電池から排出される未反応の燃料をパージする際に、燃料電池へ供給している燃料が燃料電池を介さずに燃料循環流路へ逆流するのを防ぐことができる。
【００２０】
請求項６に係る燃料循環式燃料電池システムは、前記逆止弁は電気式の電動逆止弁であり、系の状態量に基づいて駆動されることを特徴とする請求項５に記載の燃料循環式燃料電池システムである。
【００２１】
請求項６に記載の発明によると、本発明に係る逆止弁として、機械式の逆止弁ではなく電気式の電動逆止弁を使用することにより、逆止弁の圧力損失を小さくできるので、燃料循環量が向上する。
【００２２】
請求項７に係る燃料循環式燃料電池システムは、前記燃料ポンプ及び／又は前記エゼクタを迂回するバイパス流路と、このバイパス流路に弁とを設けたことを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の燃料循環式燃料電池システムである。
【００２３】
請求項７に記載の発明により、以下の作用・効果を有する。
（１）燃料ポンプがほとんど機能していない若しくは停止している運転領域において、未反応の燃料（又は未反応の燃料と燃料の混合ガス）が燃料ポンプを通過することによって発生する無用な圧力損失を回避することができる。
（２）エゼクタが殆ど圧力エネルギーを回収できない運転領域において、未反応の燃料（又は未反応の燃料と燃料の混合ガス）がエゼクタを通過することで発生する無用な圧力損失を回避できる。
【００２４】
請求項８に係る燃料循環式燃料電池システムは、前記エゼクタを迂回するための弁を設けたバイパス流路を前記燃料供給流路に設けたことを特徴とする請求項２から請求項４のうちの何れか１項に記載の燃料循環式燃料電池システムである。
【００２５】
請求項８に記載の発明により、車両の加速時等で大量の燃料を短時間で燃料電池に供給する必要があるときでも応答性良く供給することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
車両に搭載される本発明に係る燃料循環式燃料電池システムの実施の形態について図１から図１８を参照して説明する。
最初に、本発明に係る第一実施形態から第五実施形態までの燃料循環式燃料電池システム（シリーズハイブリッド型）について図１から図５を参照して説明する。
尚、シリーズハイブリッド型とは、燃料電池を挟んで燃料供給流路にエゼクタを、燃料循環流路に燃料ポンプを設けた燃料循環式燃料電池システムである。
【００２７】
最初に第一実施形態の燃料循環式燃料電池システムについて図１を参照して説明する。尚、図１（ａ）は、本発明に係る第一実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図、図１（ｂ）は、本発明に係る第一実施形態の燃料循環式燃料電池システムの特徴を説明するための図、図１（ｃ）は、エゼクタの差圧と循環量との関係を示す図である。
第一実施形態の燃料循環式燃料電池システムは、図１（ａ）に示すように、
燃料である水素と酸化剤である空気とが供給されて発電を行う燃料電池１と、
前記燃料電池１に高圧水素貯蔵タンク４から水素を供給するための燃料供給流路７と、
前記燃料供給流路７に設けられ、燃料電池１へ供給する水素の圧力を調整するレギュレータ３と、
前記レギュレータ３の下流に設けられ、その内部を水素が流れる際に発生する負圧を利用して、燃料電池１から排出される未反応の燃料であるアノードオフガスを、前記高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給する水素に合流させる吸入口２ａを有するエゼクタ２と、
前記燃料電池１から排出された未反応の燃料であるアノードオフガスを前記エゼクタ２に合流させ水素を循環させるための燃料循環流路６と、
前記燃料循環流路６に設けられ、前記アノードオフガスを取り込んで送り出す燃料ポンプである水素ポンプ５と、
から主要部が構成される。
【００２８】
このように構成される第一実施形態の燃料循環式燃料電池システムの作用について図１（ａ）を参照して説明する。
尚、燃料電池車両に搭載された高圧水素貯蔵タンク４には、予め高圧水素供給型の充填所において図示しない水素充填口から高圧の水素が供給・貯蔵されている（例えば充填圧力２０〜５０ＭＰａＧ）。
（１）車両のイグニッションスイッチＯＮ。
（２）必要に応じて高圧水素貯蔵タンク４から燃料供給流路７を介して燃料電池１へ水素が供給される。このとき燃料電池１への水素の供給圧力は、レギュレータ３により調整される。
（３）燃料電池１へ供給される燃料である水素は、燃料電池１に供給される酸化剤である空気中の酸素と反応して燃料電池１で発電する。
（４）燃料電池１で反応しなかった未反応の水素は、燃料電池１からアノードオフガスとして排出され、燃料ポンプである水素ポンプ５に取り込まれて送り出され、エゼクタ２の吸入口２ａに戻される。
（５）エゼクタ２の吸入口２ａに戻されたアノードオフガスは、高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給される水素と混合・圧縮されて再び燃料電池１へと供給される。
【００２９】
このような構成と作用を有する第一実施形態の燃料循環式燃料電池システムによれば、
（１）燃料電池１に循環しながら水素を供給するときに、エゼクタ２を設けたことにより、高圧水素貯蔵タンク４からの圧力エネルギーをエゼクタ２で回収できるようになるので、水素ポンプ５単独で水素を循環していたときに問題となっていた消費電力が増大するのを抑制することができる。
（２）また、水素ポンプ５を設けたことにより、任意に負荷を変更できるようになり、エゼクタ２単独で燃料を循環していたときに問題となっていた燃料電池１の出力増減時（例えば車両の加減速時）のエゼクタ２の応答遅れやエゼクタ２の循環量低下という問題が解決できる。
（３）すなわち、エゼクタ２及び水素ポンプ５のうち、いずれか一方が機能していないときに他方の装置が一方の装置の性能低下を回避するように運転することができる。
（４）エゼクタ２を燃料供給流路７に、水素ポンプ５を燃料循環流路６に設けて、図１（ｂ）に示すように、燃料電池１に供給する水素供給圧ΔＰをそれぞれの装置を使って１段階ではなく２段階で昇圧するようにしたことにより、エゼクタ２にとっては風量性能を向上することができ（エゼクタ２前後の圧力損失ΔＰｅが低減されるので、図１（ｃ）におけるエゼクタ２の圧力損失ΔＰｅと循環量Ｑｅとが反比例する関係から循環量が増大する）、水素ポンプ５にとっては圧縮仕事が低減されるので消費電力を低減できるという相乗効果が得られる。
【００３０】
次に、本発明に係る第二実施形態の燃料循環式燃料電池システムについて図２を参照して説明する。尚、図２は第二実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
第二実施形態の燃料循環式燃料電池システムと第一実施形態の燃料循環式燃料電池システムとの構成の違いは、図２に示すように、第二実施形態の燃料循環式燃料電池システムには、燃料循環流路６から分岐した流体の系外放出に用いるパージ配管９と、このパージ配管９に任意に開閉可能なパージ弁１０とを設けた点と、前記燃料循環流路６に設けた燃料ポンプである水素ポンプ５の下流に、水素ポンプ５からエゼクタ２への流れを許し、エゼクタ２から水素ポンプ５への流れを妨げる逆止弁８を設けた点である。
従って、第一実施形態の燃料循環式燃料電池システムと同じ部材に付いては同じ符号をつけて説明する。
【００３１】
このように構成される第二実施形態の燃料循環式燃料電池システムの作用について図２を参照して説明する。尚、燃料電池車両に搭載された高圧水素貯蔵タンク４には、予め高圧水素供給型の充填所において図示しない水素充填口から高圧の水素が供給・貯蔵されている（例えば充填圧力２０〜５０ＭＰａＧ）。
（１）車両のイグニッションスイッチＯＮ。
（２）必要に応じて高圧水素貯蔵タンク４から燃料供給流路７を介して燃料電池１に水素が供給される。このとき燃料電池１への水素の供給圧力は、レギュレータ３により調整される。
（３）燃料電池１へ供給される燃料である水素は、燃料電池１に供給される酸化剤である空気中の酸素と反応して燃料電池１で発電する。
（４）燃料電池１で反応しなかった未反応の水素は、燃料電池１からアノードオフガスとして排出され、燃料ポンプである水素ポンプ５に取り込まれて送り出され、エゼクタ２の吸入口２ａに戻される。
（５）エゼクタ２の吸入口２ａに戻されたアノードオフガスは、高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給される水素と混合・圧縮されて再び燃料電池１へと循環される。
（６）燃料電池１を通して燃料循環流路６に侵入してきた窒素や燃料電池１から排出される過剰な水分を系外に分離・除去するために、燃料循環流路６から分岐したパージ配管９に設けたパージ弁１０を定期的に開放し水素パージを行う。
（７）また、水素パージの際、水素ポンプ５の下流に逆止弁８が設置されているので高圧水素貯蔵タンク４からの水素が逆流しない。このため、燃料電池１で燃料切れを起こすこともない。その結果、燃料電池１を安定して運転することができる。尚、逆止弁８は水素ポンプ５の上流に設けてもよい。
【００３２】
このような構成と作用を有する第二実施形態の燃料循環式燃料電池システムによれば、
（１）燃料循環流路６から分岐したパージ配管９にパージ弁１０を設け、燃料循環流路６に逆止弁８を設けたことにより、燃料電池１内に凝縮水が溜まって発生するフラッディングや燃料電池１の燃料切れ（ヘジテーション）を引き起こすことがないので安定して燃料電池１を運転することができる。
【００３３】
次に、本発明に係る第三実施形態の燃料循環式燃料電池システムについて図３を参照して説明する。尚、図３は第三実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
第三実施形態の燃料循環式燃料電池システムと第二実施形態の燃料循環式燃料電池システムとの構成の違いは、図３に示すように、第三実施形態の燃料循環式燃料電池システムには、第二実施形態の燃料循環式燃料電池システムの燃料ポンプである水素ポンプ５を迂回するバイパス流路１１を設け、このバイパス流路１１に任意に開閉可能な弁１２を設けた点である。
尚、第二実施形態の燃料循環式燃料電池システムと同じ部材に付いては同じ符号をつけて説明する。
【００３４】
このように構成される第三実施形態の燃料循環式燃料電池システムの作用について図３を参照して説明する。尚、燃料電池車両に搭載された高圧水素貯蔵タンク４には、予め高圧水素供給型の充填所において図示しない水素充填口から高圧の水素が供給・貯蔵されている（例えば充填圧力２０〜５０ＭＰａＧ）。
（１）車両のイグニッションスイッチＯＮ。
（２）必要に応じて高圧水素貯蔵タンク４から燃料供給流路７を介して燃料電池１に水素が供給される。このとき燃料電池１へ供給される水素の供給圧力は、レギュレータ３により調整される。
（３）燃料電池１へ供給される燃料である水素は、燃料電池１に供給される酸化剤である空気中の酸素と反応して燃料電池１で発電する。
（４）燃料電池１で反応しなかった未反応の水素は、燃料電池１からアノードオフガスとして排出され、燃料ポンプである水素ポンプ５に取り込まれて送り出され、エゼクタ２の吸入口２ａに戻される。
（５）エゼクタ２の吸入口２ａに戻されたアノードオフガスは、高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給される水素と混合・圧縮されて再び燃料電池１へと循環される。
（６）燃料電池１を通して燃料循環流路６に侵入してきた窒素や燃料電池１から排出される過剰な水分を系外に分離・除去するために、燃料循環流路６から分岐したパージ配管９に設けたパージ弁１０を定期的に開放し水素パージを行う。
（７）また、水素パージの際、水素ポンプ５の下流に逆止弁８が設置されており水素が逆流しないため、燃料電池を安定して運転することができる。尚、逆止弁８は水素ポンプ５の上流に設けてもよい。
（８）また、水素ポンプ５が殆ど機能していない若しくは停止している運転領域においては、パージ配管９から分岐し水素ポンプ５の下流と連結するバイパス流路１１に設けた弁１２を開放することにより、燃料電池１から排出されるアノードオフガスをバイパス流路１１側に通過させることができるので、アノードオフガスを水素ポンプ５内に通過させることによって発生する無用な圧力損失を回避することができる。
【００３５】
このような構成と作用を有する第三実施形態の燃料循環式燃料電池システムによれば、
水素ポンプ５が殆ど機能していない若しくは停止している運転領域において、水素ポンプ５を迂回するバイパス流路１１と、このバイパス流路１１に弁１２とを設けたことにより、燃料電池１から排出されるアノードオフガスが水素ポンプ５を通過することによって発生する無用な圧力損失を回避することができる。従って、アノードオフガスを水素ポンプ５内に通過させたときと比較して圧力損失が低減されるので、エゼクタ２の循環量が向上する。
【００３６】
次に、本発明に係る第四実施形態の燃料循環式燃料電池システムについて図４を参照して説明する。尚、図４は第四実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
第四実施形態の燃料循環式燃料電池システムと第二実施形態の燃料循環式燃料電池システムとの構成の違いは、第四実施形態の燃料循環式燃料電池システムは、燃料ポンプである水素ポンプ５の下流で分岐しエゼクタ２の下流で合流するバイパス流路１３を設け、このバイパス流路１３に任意に開閉可能な弁１４を設けた点である。
【００３７】
次に、このように構成される第四実施形態の燃料循環式燃料電池システムの作用について図４を参照して説明する。尚、燃料電池車両に搭載された高圧水素貯蔵タンク４には、予め高圧水素供給型の充填所において図示しない水素充填口から高圧の水素が供給・貯蔵されている（例えば充填圧力２０〜５０ＭＰａＧ）。
（１）車両のイグニッションスイッチＯＮ。
（２）必要に応じて高圧水素貯蔵タンク４から燃料供給流路７を介して燃料電池１に水素が供給される。このとき燃料電池１へ供給される水素の供給圧力は、レギュレータ３により調整される。
（３）燃料電池１へ供給される燃料である水素は、燃料電池１に供給される酸化剤である空気中の酸素と反応して燃料電池１で発電する。
（４）燃料電池１で反応しなかった未反応の水素は、燃料電池１からアノードオフガスとして排出され、燃料ポンプである水素ポンプ５に取り込まれて送り出され、エゼクタ２の吸入口２ａに戻される。
（５）さらにエゼクタ２の吸入口２ａに戻されたアノードオフガスは、高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給される水素と混合・圧縮されて再び燃料電池１へと循環される。
（６）燃料電池１を通して燃料循環流路６に侵入してきた窒素や燃料電池１から排出される過剰な水分等を系外に分離・除去するために、燃料循環流路６から分岐したパージ配管９に設けたパージ弁１０を定期的に開放し水素パージを行う。
（７）また、水素パージの際、水素ポンプ５の下流に逆止弁８が設置されているので水素が逆流しない。このため燃料電池１を安定して運転することができる。尚、逆止弁８は水素ポンプ５の上流に設けてもよい。
（８）また、エゼクタ２が殆ど圧力エネルギーを回収できない運転領域においては、水素ポンプ５の下流とエゼクタ２の下流とを連結するバイパス流路１３に設けた弁１４を開放することにより、燃料電池１から排出されるアノードオフガスをバイパス流路１３側に通過させることにより、アノードオフガスをエゼクタ２内に通過させることによって発生する無用な圧力損失を回避することができる。
【００３８】
このような構成と作用を有する第四実施形態の燃料循環式燃料電池システムによれば、
エゼクタ２が殆ど圧力エネルギーを回収できない運転領域において、エゼクタ２を迂回するバイパス流路１３と、このバイパス流路１３に弁１４とを設けたことにより、燃料電池１から排出されるアノードオフガスが、高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給される水素と混合してエゼクタ２を通過することにより発生する無用な圧力損失を回避することができる。
従って、アノードオフガスをエゼクタ２に通過させたときと比較して、水素ポンプ５の吸引側の圧力損失が低減されるので、循環量が向上する。
従って、水素ポンプ５の消費電力が増大するのを抑制することができる。
【００３９】
次に、本発明に係る第五実施形態の燃料循環式燃料電池システムについて図５（ａ）を参照して説明する。尚、図５（ａ）は第五実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
第五実施形態の燃料循環式燃料電池システムは、第三実施形態の燃料循環式燃料電池システムと第四実施形態の燃料循環式燃料電池システムとを一体化した構成の燃料循環式燃料電池システムである。すなわち、燃料ガス供給流路７に設けたエゼクタ２と燃料循環流路６に設けた燃料ポンプである水素ポンプ５の両方に、それぞれバイパス流路１３，１１と、このバイパス流路１３，１１にそれぞれ弁１４，１２とを設けた燃料循環式燃料電池システムである。
【００４０】
このように構成される第五実施形態の燃料循環式燃料電池システムの作用について図５（ａ）を参照して説明する。
尚、燃料電池車両に搭載された高圧水素貯蔵タンク４には、予め高圧水素供給型の充填所において図示しない水素充填口から高圧の水素が供給・貯蔵されている（例えば充填圧力２０〜５０ＭＰａＧ）。
（１）車両のイグニッションスイッチＯＮ。
（２）必要に応じて高圧水素貯蔵タンク４から燃料供給流路７を介して燃料電池１に水素が供給される。このとき燃料電池１へ供給される水素の供給圧力は、レギュレータ３により調整される。
（３）燃料電池１へ供給される燃料である水素は、燃料電池１に供給される酸化剤である空気中の酸素と反応して燃料電池１で発電する。
（４）燃料電池１で反応しなかった未反応の水素は、燃料電池１からアノードオフガスとして排出され、燃料ポンプである水素ポンプ５に取り込まれて送り出され、エゼクタ２の吸入口２ａに戻される。
（５）エゼクタ２の吸入口２ａに戻されたアノードオフガスは、高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給される水素と混合・圧縮されて再び燃料電池１へと循環される。
（６）燃料電池１を通して燃料循環流路６に侵入してきた窒素や燃料電池から排出される水分を系外に分離・除去するために燃料循環流路６から分岐したパージ配管１１に設けたパージ弁１０を定期的に開放し水素パージを行う。
（７）また、水素パージの際、水素ポンプ５の下流に逆止弁８が設置されているので水素が逆流しない。このため燃料電池１を安定して運転することができる。尚、逆止弁８は水素ポンプ５の上流に設けてもよい。
（８）また、水素ポンプ５が殆ど機能していない若しくは停止している運転領域においては、パージ配管９から分岐し水素ポンプ５の下流と連結するバイパス流路１１に設けた弁１２を開放することにより、燃料電池１から排出されるアノードオフガスをバイパス流路１１側に通過させることができるので、アノードオフガスを水素ポンプ５内に通過させることによって発生する無用な圧力損失を回避することができる。
（９）また、エゼクタ２が殆ど圧力エネルギーを回収できない運転領域においては、水素ポンプ５の下流とエゼクタ２の下流とを連結するバイパス流路１３に設けた弁１４を開放することにより、燃料電池１から排出されるアノードオフガスをバイパス流路１３側に通過させることにより、アノードオフガスをエゼクタ２内に通過させることによって発生する無用な圧力損失を回避することができる。
【００４１】
このような構成と作用を有する第五実施形態の燃料電池用の水素供給装置によれば、
（１）水素ポンプ５が殆ど機能していない若しくは停止している運転領域において、水素ポンプ５を迂回するバイパス流路１１と、このバイパス流路１１に弁１２とを設けたことにより、燃料電池１から排出されるアノードオフガスが水素ポンプ５を通過することによって発生する無用な圧力損失を回避することができる。
従って、アノードオフガスを水素ポンプ５に通過させたときと比較して圧力損失が低減されるのでエゼクタ２の循環量が向上する。
（２）エゼクタ２が殆ど圧力エネルギーを回収できない運転領域において、エゼクタ２を迂回するバイパス流路１３と、このバイパス流路１３に弁１４とを設けたことにより、燃料電池１から排出されるアノードオフガスが、高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給される水素と混合してエゼクタ２を通過することにより発生する無用な圧力損失を回避することができる。
従って、アノードオフガスをエゼクタ２に通過させたときと比較して水素ポンプ５の吸引側の圧力損失が低減されるので循環量が向上する。その結果、水素ポンプ５の消費電力が増大するのを抑制することができる。
（３）これらの相乗効果により、水素ポンプ５の大きさを小さくでき、しかも水素ポンプ５の消費電力を抑制できる燃料循環式燃料電池システムを提供することができる。
【００４２】
尚、第五実施形態の燃料循環式燃料電池システムのより好ましい変形例を図５（ｂ）に示す。尚、第五実施形態の燃料循環式燃料電池システムとの構成の違いは、変形例では、燃料供給流路７に設けられたエゼクタ２の上流と下流とを迂回するバイパス流路２５ａと、このバイパス流路２５ａに任意に開閉可能な弁２６ａとを設けた点である。尚、図５（ｂ）は、より好ましい変形例の全体構成図である。
尚、第五実施形態の燃料循環式燃料電池システムと同じ部材については同じ符号を付して説明する。
【００４３】
上述のように構成される第五実施形態の燃料循環式燃料電池システムのより好ましい変形例の作用について図５（ｂ）を参照して説明するが、前出の第五実施形態の作用と（１）から（９）までは同様であるため説明を割愛する。
（１０）燃料供給流路７に設けられたエゼクタ２の上流と下流とを結ぶバイパス流路２５ａと、このバイパス流路２５ａに弁２６ａとを設けたことにより、燃料電池１に大量の水素を短時間で供給することが必要になった場合でも、バイパス流路２５ａに設けた弁２６ａを開放することにより、エゼクタ２を介することによる応答遅れもなく要求に対して好適に追従することができる。
【００４４】
次に、本発明に係る第六実施形態の燃料循環式燃料電池システム及び第七実施形態の燃料循環式燃料電池システム（パラレルハイブリッド型）について図６及び図７を参照して説明する。
尚、パラレルハイブリッド型とは、上述したシリーズハイブリッド型の燃料循環式燃料電池システムにおいて、燃料循環流路６から分岐しエゼクタ２の下流で合流するように流路１５を形成し、この流路１５に燃料ポンプを設けた２つの燃料循環流路を有する燃料循環式燃料電池システムである。
【００４５】
最初に図６を参照して第六実施形態の燃料循環式燃料電池システムについて説明する。図６（ａ）は、第六実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成図、図６（ｂ）は、第六実施形態の燃料循環式燃料電池システムの特徴を説明するための図である。尚、第六実施形態の燃料循環式燃料電池システムと第二実施形態の燃料循環式燃料電池システムとの構成の違いは、第二実施形態の燃料循環式燃料電池システムの燃料ポンプである水素ポンプ５を、燃料循環流路６から分岐し、燃料供給流路７に設けたエゼクタ２の下流で合流する流路１５に移設して設けた点である。
尚、第二実施形態の燃料循環式燃料電池システムと同じ部材については同じ符号を付して説明する。
【００４６】
第六実施形態の燃料循環式燃料電池システムは、図６（ａ）に示すように、
燃料である水素と酸化剤である空気とが供給されて発電を行う燃料電池１と、前記燃料電池１に高圧水素貯蔵タンク４から水素を供給するための燃料供給流路７と、
前記燃料供給流路７に設けられ、燃料電池１へ供給する水素の圧力を調整するレギュレータ３と、
前記レギュレータ３の下流に設けられ、その内部に水素が流れる際に発生する負圧を利用して燃料電池１から排出されるアノードオフガスを吸入し、高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給する水素に合流させる吸入口２ａを有するエゼクタ２と、
前記燃料電池１から排出される空気成分を含んだアノードオフガスを前記エゼクタ２の吸入口２ａに合流させて循環させる逆止弁８を備えた燃料循環流路６と、
前記燃料循環流路６から分岐し、エゼクタ２の下流で合流する流路１５と、
前記流路１５に設けられ、前記アノードオフガスを取り込んで水素供給流路７に送り出す燃料ポンプである水素ポンプ５と、
前記燃料循環流路６から分岐したパージ配管９と、
このパージ配管９に設けられた任意に開閉可能な弁１０と、
から主要部が構成される。
【００４７】
このように構成される第六実施形態の燃料循環式燃料電池システムの作用について図６（ａ）を参照して説明する。
尚、燃料電池車両に搭載された高圧水素貯蔵タンク４には、予め高圧水素供給型の充填所において図示しない水素充填口から高圧の水素が供給・貯蔵されている（例えば充填圧力２０〜５０ＭＰａＧ）。
（１）車両のイグニッションスイッチＯＮ。
（２）必要に応じて高圧水素貯蔵タンク４から燃料供給流路７を介して燃料電池１に水素が供給される。このとき燃料電池１へ供給される水素の供給圧力は、レギュレータ３により調整される。
（３）燃料電池１へ供給される燃料である水素は、燃料電池１に供給される酸化剤である空気中の酸素と反応して燃料電池１内で発電する。
（４）燃料電池１で反応しなかった未反応の水素は、燃料電池１からアノードオフガスとして排出され、流路１５に設けられた燃料ポンプである水素ポンプ５に一部を取り込まれて燃料供給流路７に送り出され燃料電池１へと循環される。
（５）一方、アノードオフガスの残部は、エゼクタ２の吸入口２ａに戻され、高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給される水素と混合・圧縮されて再び燃料電池１へと循環される。
（６）燃料電池１を通して燃料循環流路６に侵入してきた窒素や燃料電池１から排出される過剰な水分等を系外に分離・除去するために、燃料循環流路６から分岐したパージ配管９に設けたパージ弁１０を定期的に開放し水素パージを行う。
（７）また、水素パージの際、エゼクタ２の上流（燃料循環流路６側）に逆止弁８が設置されており水素が逆流せず燃料電池１を安定して運転することができる。
【００４８】
このような構成と作用を有する第六実施形態の燃料循環式燃料電池システムによれば、図６（ｂ）に示すように、燃料電池１から排出されたアノードオフガスをエゼクタ２の吸入口２ａに合流させて水素を循環する逆止弁８を備えた燃料循環流路６と、前記燃料循環流路６から分岐し、エゼクタ２の下流で連結する流路１５を設け、この流路１５に水素ポンプ５を設けたことにより、水素ポンプ５及びエゼクタ２のそれぞれが受け持つ流量が分担される。すなわち、循環流量Ｑｂは、エゼクタ流量Ｑｅと水素ポンプ流量Ｑｐを合計した流量になる。従って、水素ポンプ５は、水素ポンプのみの燃料循環式燃料電池システムと比較して、流量を低減できるので水素ポンプ５を小型化することができる。
また、後出の第七実施形態に比較して、特に流路１５での圧力損失を小さくしたい場合には、この第六実施形態形態が有効である。
【００４９】
次に、第七実施形態の燃料循環式燃料電池システムについて図７を参照して説明する。尚、図７（ａ）は、本発明に係る第七実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図、図７（ｂ）は、本発明に係る逆止弁の設置要領を説明するための図である。
第七実施形態の燃料循環式燃料電池システムと第六実施形態の燃料循環式燃料電池システムとの構成の違いは、第七実施形態の燃料循環式燃料電池システムでは、流路１５の水素ポンプ５を挟んで上流又は下流のうちのどちらか一方に逆止弁１６を設けた点にあり（本実施形態では水素ポンプ５の上流に設けてある）、第六実施形態の燃料循環式燃料電池システムのより好ましい変形例である。
尚、第六実施形態の燃料循環式燃料電池システムと同じ部材については同じ符号を付して説明する。
【００５０】
上述のように構成される第七実施形態の燃料循環式燃料電池システムの作用について図７を参照して説明するが、前出の第六実施形態の燃料循環式燃料電池システムの作用と（１）から（６）までは同様であるため説明を割愛する。
（７）水素パージの際には、エゼクタ２の上流には逆止弁８が設置されているので、吸入口２ａから燃料循環流路６に向けて水素が逆流することがない。さらに、水素ポンプ５の上流（または下流）にも逆止弁１６が設置されており、水素ポンプ５内部での流体抵抗以上の逆流防止が行われ、エゼクタ２の下流から燃料循環流路６に向けて水素が流れ込むことを適切に抑制するので、燃料電池をより安定して運転することができる。
【００５１】
このような構成と作用を有する第七実施形態の燃料循環式燃料電池システムによれば、図７に示すように、燃料電池１から排出されたアノードオフガスをエゼクタ２の吸入口２ａに合流させて水素を循環する燃料循環流路６に逆止弁８を備えたばかりでなく、流路１５に設けた水素ポンプ５の上流に逆止弁１６を設けたので、エゼクタ２又は水素ポンプ５のうちの片方が運転を休止している領域においても、水素が逆流を起こして燃料電池１の出口側から燃料電池１へ水素が供給されるのを第六実施形態の燃料循環式燃料電池システムよりも好適に防止することができる。
尚、この場合の逆止弁８，１６の取り付け位置は、燃料循環流路６の分岐点の上流側に設けると、図７（ｂ）に示すように、分岐点の下流側で内部循環路を形成してしまう結果、アノードオフガスを吸引できなくなるため、燃料循環流路６の分岐点の下流側に設けるのが好ましい。
【００５２】
以上、第六実施形態の燃料循環式燃料電池システム及び第七実施形態の燃料循環式燃料電池システムについて説明したが、このように燃料電池１の燃料循環流路６の分岐点の下流側に逆止弁８及び／又は逆止弁１６を設けたことにより、パージのときだけでなく、エゼクタ２又は水素ポンプ５のうちの片方が運転を休止している領域において、水素が逆流を起こして燃料電池１の出口側から燃料電池１へ供給されるのを防止することができる。
【００５３】
尚、図示しないが、第七実施形態の燃料循環式燃料電池システムのより好ましい変形例として、図５（ｂ）に示す第五実施形態の燃料循環式燃料電池システムの変形例と同様に、燃料供給流路７に設けられたエゼクタ２の上流と下流とを迂回するバイパス流路と、このバイパス流路に任意に開閉可能な弁とを設けてもよい。
このように構成することにより、燃料供給流路７に設けられたエゼクタ２の上流と下流とを結ぶバイパス流路と、このバイパス流路に任意に開閉可能な弁とを設けたことにより、燃料電池１に大量の水素を短時間で供給することが必要になった場合でも、バイパス流路に設けた弁を開放することにより、エゼクタ２を介することによる応答遅れもなく要求に対し好適に追従することができる。
【００５４】
次に、本発明に係る第八実施形態の燃料循環式燃料電池システムから第十二実施形態の燃料循環式燃料電池システム（ブーストハイブリッド型）について図８から図１２を参照して説明する。
尚、ブーストハイブリッド型とは、燃料供給流路７に設けたエゼクタ２の下流に水素ポンプ５を設けた燃料循環式燃料電池システムである。
【００５５】
最初に図８を参照して第八実施形態の燃料循環式燃料電池システムについて説明する。尚、図８（ａ）は、第八実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成図、図８（ｂ）は、第八実施形態の燃料循環式燃料電池システムの特徴を説明するための図である。
第八実施形態の燃料循環式燃料電池システムとこれと類似する第二実施形態の燃料循環式燃料電池システムとの構成の違いは、第八実施形態の燃料循環式燃料電池システムでは、第二実施形態の燃料循環式燃料電池システムの燃料ポンプである水素ポンプ５を燃料供給流路７に設けられたエゼクタ２の下流に移設した点である。尚、第二実施形態の燃料循環式燃料電池システムと同じ部材については同じ符号を付して説明する。
【００５６】
第八実施形態の燃料循環式燃料電池システムは、図８に示すように、
燃料である水素と酸化剤である空気とが供給されて発電を行う燃料電池１と、
前記燃料電池１に高圧水素貯蔵タンク４から水素を供給するための燃料供給流路７と、
前記燃料供給流路７に設けられ、高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給する水素の圧力を調整するレギュレータ３と、
前記レギュレータ３の下流に設けられ、その内部に水素が流れる際に発生する負圧を利用して、燃料電池１から排出される未反応の燃料であるアノードオフガスを、高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給する水素に合流させる吸入口２ａを有するエゼクタ２と、
前記エゼクタ２の下流に設けられ、エゼクタ２から排出される水素とアノードオフガスの混合ガスを取り込んで燃料電池１に送り出す燃料ポンプである水素ポンプ５と、
前記燃料電池１から排出された未反応の燃料であるアノードオフガスをエゼクタ２の吸入口２ａに合流させて循環させる逆止弁８を有する燃料循環流路６と、
前記燃料循環流路６から分岐したパージ配管９と、
このパージ配管９に設けられた任意に開閉可能な弁１０と、
から主要部が構成される。
【００５７】
このように構成される第八実施形態の燃料循環式燃料電池システムの作用について図８を参照して説明する。
尚、燃料電池車両に搭載された高圧水素貯蔵タンク４には、予め高圧水素供給型の充填所において図示しない水素充填口から高圧の水素が供給・貯蔵されている（例えば充填圧力２０〜５０ＭＰａＧ）。
（１）車両のイグニッションスイッチＯＮ。
（２）必要に応じて高圧水素貯蔵タンク４から燃料供給流路７を介して燃料電池１へ水素が供給される。このとき燃料電池１へ供給される水素の供給圧力は、レギュレータ３により調整される。
（３）燃料電池１へ供給される燃料である水素は、燃料電池１に供給される酸化剤である空気中の酸素と反応して燃料電池１で発電する。
（４）燃料電池１で反応しなかった未反応の水素は、燃料電池１からアノードオフガスとして排出され、逆止弁８を経由してエゼクタ２の吸入口２ａに戻される。
（５）エゼクタ２の吸入口２ａに戻されたアノードオフガスは、高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給される水素（殆ど水分を含まない乾いた水素）と混合・圧縮されて再び燃料電池１へと供給される。
このように構成したことにより、図８（ｂ）に示すように、アノードオフガスは水蒸気が飽和したガスであるが、高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給される水素（殆ど水分を含まない乾いた水素）と混合・圧縮されるので常に露点の高いガス（水蒸気不飽和の水素含有ガス）となって燃料ポンプである水素ポンプ５に供給される。
（６）水素ポンプ５に供給された水蒸気不飽和な水素含有ガスは水素ポンプ５内で圧縮されても凝縮水を発生することなく燃料電池１へと供給される。
（７）燃料電池１を通して燃料循環流路６に侵入してきた窒素や燃料電池１から排出される過剰の水分を系外に分離・除去するために、燃料循環流路６から分岐したパージ配管９に設けたパージ弁１０を定期的に開放し水素パージを行う。
（８）また、水素パージの際、エゼクタ２の上流（燃料循環流路６側）に逆止弁８が設置されており水素が逆流しないので燃料電池１を安定して運転することができる。
【００５８】
このような構成と作用を有する第八実施形態の燃料循環式燃料電池システムによれば、
（１）通常、燃料電池１の出口より放出されるアノードオフガスは、水蒸気が飽和された状態で放出される。このような水蒸気飽和のガスを圧縮すると、水蒸気が凝縮して凝縮水が発生することが知られている。しかしながら、本実施形態のようにエゼクタ２を介して水蒸気飽和のガスを吸入し、乾いた水素を導入すると、これらがエゼクタ２内で混合・圧縮されて水蒸気不飽和の水素含有ガスとなり、結果としてガスを圧縮しても凝縮水が生じないことになる。その結果、水蒸気不飽和な水素含有ガスを水素ポンプ５で圧縮しても、凝縮水の発生は他方式と比較して圧倒的に少なくなる。
【００５９】
次に、本発明に係る第九実施形態の燃料循環式燃料電池システムについて図９を参照して説明する。尚、図９は第九実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
第九実施形態の燃料循環式燃料電池システムと第八実施形態の燃料循環式燃料電池システムとの構成の違いは、図９に示すように、第九実施形態の燃料循環式燃料電池システムには、第八実施形態の燃料循環式燃料電池システムの燃料ポンプである水素ポンプ５を迂回するバイパス流路１７と、このバイパス流路１７に任意に開閉可能な弁１８とを設けた点である。
尚、第八実施形態の燃料循環式燃料電池システムと同じ部材に付いては同じ符号をつけて説明する。
【００６０】
このように構成される第九実施形態の燃料循環式燃料電池システムの作用について図９を参照して説明する。尚、燃料電池車両に搭載された高圧水素貯蔵タンク４には、予め高圧水素供給型の充填所において図示しない水素充填口から高圧の水素が供給・貯蔵されている（例えば充填圧力２０〜５０ＭＰａＧ）。
（１）車両のイグニッションスイッチＯＮ。
（２）必要に応じて高圧水素貯蔵タンク４から燃料供給流路７を介して燃料電池１に水素が供給される。このとき燃料電池１へ供給される水素の供給圧力は、レギュレータ３により調整される。
（３）燃料電池１へ供給される燃料である水素は、燃料電池１に供給される酸化剤である空気中の酸素と反応して燃料電池１で発電する。
（４）燃料電池１で反応しなかった未反応の水素は、燃料電池１からアノードオフガスとして排出され、逆止弁８を経由してエゼクタ２の吸入口２ａに戻される。
（５）エゼクタ２の吸入口２ａに戻されたアノードオフガスは、高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給される水素（殆ど水分を含まない乾いた水素）と混合・圧縮されて再び燃料電池１へと循環される。
このように構成したことにより、アノードオフガスは、水蒸気が飽和したガスであるが高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給される水素（殆ど水分を含まない乾いた水素）と混合・圧縮されるので常に露点の高いガス（水蒸気不飽和の水素含有ガス）となって水素ポンプ５へ供給される。
（６）水素ポンプ５に供給された水蒸気不飽和な水素含有ガスは水素ポンプ５内で圧縮されても凝縮水を発生することなく燃料電池１へと供給される。
（７）運転中に水素ポンプ５が殆ど機能していない若しくは停止している運転領域においては、水素ポンプ５のバイパス流路に設けた弁１８を開放してバイパス流路１７側に水素含有ガスを通過させることで、水素ポンプ５側を通過させることによって発生する無用な圧力損失を回避し、それによってエゼクタ２の循環能力を高い状態で維持させることができる。
（８）燃料電池１を通して燃料循環流路６に侵入してきた窒素や燃料電池１から排出される過剰な水分を系外に分離・除去するために燃料循環流路６から分岐したパージ配管９に設けたパージ弁１０を定期的に開放し水素パージを行う。
（９）また、水素パージの際、エゼクタ２の上流側（燃料循環流路６側）に逆止弁８が設置されており水素が逆流しないので燃料電池１を安定して運転することができる。
【００６１】
このような構成と作用を有する第九実施形態の燃料循環式燃料電池システムによれば、水素ポンプ５が殆ど機能していない若しくは停止している運転領域においては、水素ポンプ５のバイパス流路１７側に水素含有ガスを流すことで、水素ポンプ５側を通過することによって発生する無用な圧力損失を回避することができ、それによってエゼクタ２の循環能力を高い状態で維持することができる。
【００６２】
次に、第十実施形態の燃料循環式燃料電池システムについて図１０を参照して説明する。尚、図１０は、第十実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
第十実施形態の燃料循環式燃料電池システムと第八実施形態の燃料循環式燃料電池システムとの構成の違いは、第十実施形態の燃料循環式燃料電池システムには、エゼクタ２を迂回するバイパス流路１９と、このバイパス流路１９に任意に開閉可能な弁２０とを設けた点にある。
尚、第八実施形態の燃料循環式燃料電池システムと同じ部材については同じ符号を付して説明する。
【００６３】
このように構成される第十実施形態の燃料循環式燃料電池システムの作用について図１０を参照して説明する。尚、燃料電池車両に搭載された高圧水素貯蔵タンク４には、予め高圧水素供給型の充填所において図示しない水素充填口から高圧の水素が供給・貯蔵されている（例えば充填圧力２０〜５０ＭＰａＧ）。
（１）車両のイグニッションスイッチＯＮ。
（２）必要に応じて高圧水素貯蔵タンク４から燃料供給流路７を介して燃料電池１に水素が供給される。このとき燃料電池１へ供給される水素の供給圧力は、レギュレータ３により調整される。
（３）燃料電池１へ供給される燃料である水素は、燃料電池１に供給される酸化剤である空気中の酸素と反応して燃料電池１で発電する。
（４）燃料電池１で反応しなかった未反応の水素は、燃料電池１からアノードオフガスとして排出され、逆止弁８を経由してエゼクタ２の吸入口２ａに戻される。
（５）エゼクタ２の吸入口２ａに戻されたアノードオフガスは、高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給される水素（殆ど水分を含まない乾いた水素）と混合・圧縮されて再び燃料電池１へと供給される。
このように構成したことにより、アノードオフガスは、水蒸気が飽和したガスであるが高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給される水素（殆ど水分を含まない乾いた水素）と混合・圧縮されるので常に露点の高いガス（水蒸気不飽和の水素含有ガス）となって水素ポンプ５へ供給される。
（６）水素ポンプ５に供給された水蒸気不飽和な水素含有ガスは、水素ポンプ５内で圧縮されても凝縮水を発生することなく燃料電池１へと供給される。
（７）運転中にエゼクタ２の循環能力が乏しい運転領域においては、エゼクタ２のバイパス流路１９に設けた弁２０を開放してバイパス流路１９側にアノードオフガスをバイパスさせることにより、水素ポンプ５の吸引側の圧力損失を極力小さくして消費電力の増大を抑制することができる。
（８）また、燃料電池１を通して燃料循環流路６に侵入してきた窒素や燃料電池から排出される過剰の水分を系外に分離・除去するために、燃料循環流路６から分岐したパージ配管９に設けたパージ弁１０を定期的に開放し水素パージを行う。
（１０）また、水素パージの際、エゼクタ２の上流側に逆止弁８が設置されており水素が逆流しないので燃料電池１を安定して運転することができる。
【００６４】
このような構成と作用を有する第十実施形態の燃料循環式燃料電池システムによれば、
エゼクタ２の循環能力が乏しい運転領域において、燃料電池１から排出されアノードオフガスをエゼクタ２のバイパス流路１９に設けた弁２０を開放して、バイパス流路１９側にバイパスさせることにより、アノードオフガスがエゼクタ２側を通過することによって発生する無用な圧力損失を回避することができる。従って、水素ポンプ５の吸引側の圧力損失を極力小さくできるので消費電力の増大を抑制することができる。
【００６５】
次に、第十一実施形態の燃料循環式燃料電池システムについて図１１を参照して説明する。尚、第十一実施形態の燃料循環式燃料電池システムは、第九実施形態の燃料循環式燃料電池システム及び第十実施形態の燃料循環式燃料電池システムとを一体化した燃料循環式燃料電池システムである。すなわち、エゼクタ２を迂回するバイパス流路１９と、このバイパス流路１９に任意に開閉可能な弁２０とを設け、さらに前記バイパス流路１９から分岐し、水素ポンプ５を迂回するように設けられたバイパス流路２１と、このバイパス流路２１に弁２０と同様な弁２２とを設けた燃料循環式燃料電池システムである。
また、この燃料循環式燃料電池システムには、燃料供給流路７に設けたエゼクタ２の上流と水素ポンプ５の下流とを結ぶバイパス流路２３と、このバイパス流路２３には任意に開閉可能な弁２４とが設けられている。
尚、図１１は、第十一実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。尚、第十実施形態の燃料循環式燃料電池システムと同じ部材については同じ符号を付して説明する。
【００６６】
このように構成される第十一実施形態の燃料循環式燃料電池システムの作用について図１１を参照して説明する。尚、燃料電池車両に搭載された高圧水素貯蔵タンク４には、予め高圧水素供給型の充填所において図示しない水素充填口から高圧の水素が供給・貯蔵されている（例えば充填圧力２０〜５０ＭＰａＧ）。
（１）車両のイグニッションスイッチＯＮ。
（２）必要に応じて高圧水素貯蔵タンク４から燃料供給流路７を介して燃料電池１に水素が供給される。このとき燃料電池１へ供給される水素の供給圧力は、レギュレータ３により調整される。
（３）燃料電池１へ供給される燃料である水素は、燃料電池１に供給される酸化剤である空気中の酸素と反応して燃料電池１で発電する。
（４）燃料電池１で反応しなかった未反応の水素は、燃料電池１からアノードオフガスとして排出され、逆止弁８を経由してエゼクタ２の吸入口２ａに戻される。
（５）エゼクタ２の吸入口２ａに戻されたアノードオフガスは、高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給される水素（殆ど水分を含まない乾いた水素）と混合・圧縮されて再び燃料電池１へと循環される。
このように構成したことにより、アノードオフガスは、水蒸気が飽和したガスであるが高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給される水素（殆ど水分を含まない乾いた水素）と混合・圧縮されるので常に露点の高いガス（水蒸気不飽和の水素含有ガス）となって水素ポンプ５へ供給される。
（６）水素ポンプ５に供給された水蒸気不飽和な水素含有ガスは水素ポンプ５内で圧縮されても凝縮水を発生することなく燃料電池１へと供給される。
（７）運転中にエゼクタ２の循環能力が乏しい運転領域においては、エゼクタ２のバイパス流路１９に設けた弁２０を開放してバイパス流路１９側にアノードオフガスをバイパスさせることにより、水素ポンプ５の吸引側の圧力損失を極力小さくして消費電力の増大を抑制することができる。
（８）一方、水素ポンプ５が殆ど機能していない若しくは停止している運転領域においては、水素ポンプ５のバイパス流路２１側に設けた弁２２を開放してバイパス流路２１側に水素を流すことで、水素ポンプ５側を通過することによって発生する無用な圧力損失を回避できるので、それによってエゼクタ２の循環能力を高い状態で維持することができる。
（９）また、２つのバイパス路１９，２１を合体して共有配管を備えたことにより、燃料電池１へ供給する水素含有ガスのエゼクタ２側又は水素ポンプ５側に流す流量を細かく調整することができる。
（１０）また、燃料供給流路７に設けられたエゼクタ２の上流と水素ポンプ５の下流とを結ぶバイパス流路２３と、このバイパス流路２３に弁２４を設けたことにより、燃料電池１に大量の水素を短時間で供給することが必要になった場合でも、バイパス流路２３に設けた弁２４を開放することにより、エゼクタ２を介することによる応答遅れもなく要求に対して好適に追従することができる。
（１１）尚、燃料電池１を通して燃料循環流路６に侵入してきた窒素や燃料電池内１の凝縮水等を系外に分離・除去するために、燃料循環流路６から分岐したパージ配管９に設けたパージ弁１０を定期的に開放し水素パージを行う。
（１２）また、水素パージの際、エゼクタ２の上流側（燃料循環流路６側）に逆止弁８が設置されているので水素が逆流せず、燃料電池１を安定して運転することができる。
【００６７】
このような構成と作用を有する第十一実施形態の燃料循環式燃料電池システムによれば、
（１）エゼクタ２を迂回するバイパス流路１９と、このバイパス流路１９に弁２０とを設け、さらに前記バイパス流路１９から分岐し、水素ポンプ５を迂回するように設けられたバイパス流路２１と、このバイパス流路２１に弁２２とを設けたことにより、水素含有ガスを燃料電池へ供給するときに、エゼクタ２側又は水素ポンプ５側に通過させる流量を細かく調整することができる。
（２）また、燃料供給流路７に設けたエゼクタ２の上流と水素ポンプ５の下流とを連結するバイパス流路２３と、このバイパス流路２３に弁２４とを設けたことにより、燃料電池１に大量の水素を短時間で供給することが必要になった場合でも、応答遅れもなく好適に供給することができる。
（３）また、燃料電池１の極間差圧を制御する場合、レギュレータ３からバイパス流路２３を経由して燃料電池１へ水素を供給する流路に機器が設けられていないので燃料電池１へ水素を供給するときの応答性が向上する。
【００６８】
尚、第十二実施形態の燃料循環式燃料電池システムと第十一実施形態の燃料循環式燃料電池システムとの構成の違いは、第十二実施形態の燃料循環式燃料電池システムには、燃料供給流路７に設けられたエゼクタ２の上流と水素ポンプの上流とを結ぶバイパス流路２５ｂと、このバイパス流路２５ｂに任意に開閉可能な弁２６ｂとを設けた点である。尚、図１２は、第十二実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
尚、第十一実施形態の燃料循環式燃料電池システムと同じ部材については同じ符号を付して説明する。
【００６９】
このように構成される第十二実施形態の燃料循環式燃料電池システムの作用について図１２を参照して説明する。尚、燃料電池車両に搭載された高圧水素貯蔵タンク４には、予め高圧水素供給型の充填所において図示しない水素充填口から高圧の水素が供給・貯蔵されている（例えば充填圧力２０〜５０ＭＰａＧ）。
（１）車両のイグニッションスイッチＯＮ。
（２）必要に応じて高圧水素貯蔵タンク４から燃料供給流路７を介して燃料電池１に水素が供給される。このとき燃料電池１へ供給される水素の供給圧力は、レギュレータ３により調整される。
（３）燃料電池１へ供給される燃料である水素は、燃料電池１に供給される酸化剤である空気中の酸素と反応して燃料電池１で発電する。
（４）燃料電池１で反応しなかった未反応の水素は、燃料電池１からアノードオフガスとして排出され、逆止弁８を経由してエゼクタ２の吸入口２ａに戻される。
（５）エゼクタ２の吸入口２ａに戻されたアノードオフガスは、高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給される水素（殆ど水分を含まない乾いた水素）と混合・圧縮されて再び燃料電池１へと循環される。
このように構成したことにより、アノードオフガスは、水蒸気が飽和したガスであるが高圧水素貯蔵タンク４から燃料電池１へ供給される水素（殆ど水分を含まない乾いた水素）と混合・圧縮されるので常に露点の高いガス（水蒸気不飽和の水素含有ガス）となって水素ポンプ５へ供給される。
（６）水素ポンプ５に供給された水蒸気不飽和な水素含有ガスは水素ポンプ５内で圧縮されても凝縮水を発生することなく燃料電池１へと供給される。
（７）運転中にエゼクタ２の循環能力が乏しい運転領域においては、エゼクタ２のバイパス流路１９に設けた弁２０を開放してバイパス流路１９側にアノードオフガスをバイパスさせることにより、水素ポンプ５の吸引側の圧力損失を極力小さくして消費電力の増大を抑制することができる。
（８）一方、水素ポンプ５が殆ど機能していない若しくは停止している運転領域においては、水素ポンプ５のバイパス流路２１側に設けた弁２２を開放してバイパス流路２１側に水素を流すことで、水素ポンプ５側を通過することによって発生する無用な圧力損失を回避できるので、それによってエゼクタ２の循環能力を高い状態で維持することができる。
（９）また、２つのバイパス流路１９，２１を合体して共有配管を備えたことにより、燃料電池１へ供給する水素含有ガスのエゼクタ２側又は水素ポンプ５側に流す流量を細かく調整することができる。
（１０）また、燃料供給流路７に設けられたエゼクタ２の上流と水素ポンプ５の上流とを結ぶバイパス流路２５ｂと、このバイパス流路２５ｂに弁２６ｂとを設けたことにより、燃料電池１に大量の水素を短時間で供給することが必要になった場合でも、バイパス流路２５ｂに設けた弁２６ｂを開放することにより、エゼクタ２を介することによる応答遅れもなく要求に対して好適に追従することができる。
（１１）尚、運転中に燃料電池１を通して燃料循環流路６に侵入してきた窒素や燃料電池１から排出される過剰の水分を系外に分離・除去するために、燃料循環流路６から分岐したパージ配管９に設けたパージ弁１０を定期的に開放し水素パージを行う。
（１２）また、水素パージの際、エゼクタ２の上流側（燃料循環流路６側）に逆止弁８が設置されており水素が逆流しないので燃料電池１を安定して運転することができる。
【００７０】
このような構成と作用を有する第十二実施形態の燃料循環式燃料電池システムによれば、
（１）エゼクタ２を迂回するバイパス流路１９と、このバイパス流路１９に弁２０とを設け、さらに前記バイパス流路１９から分岐し水素ポンプ５を迂回するように設けられたバイパス流路２１と、このバイパス流路２１に弁２２を設けたことにより、燃料電池１へ供給する水素含有ガスのエゼクタ２側又は水素ポンプ側５に流す流量を細かく調整することができる。
（２）また、燃料供給流路７に設けたエゼクタ２の上流と水素ポンプ５の上流とを結ぶバイパス流路２５ｂと、このバイパス流路２５ｂに弁２６ｂとを設けたことにより、燃料電池１が大量の水素を短時間で必要になった場合でも、応答遅れを少なくして供給することができる。
（３）さらに燃料供給流路７に設けたエゼクタ２の上流と水素ポンプ５の上流とを結ぶバイパス流路２５ｂと、このバイパス流路２５ｂに弁２６ｂとを設けたことにより、エゼクタ２での水分含有ガスの圧縮を避け水素ポンプ５内での凝縮水発生防止の効果を高めることができる。
【００７１】
以上、第一実施形態の燃料循環式燃料電池システムから第十二実施形態の燃料循環式燃料電池システムの構成等について説明したが、以下、実際にエゼクタと燃料ポンプである水素ポンプの両方を燃料電池の燃料循環系に組み込んだことにより省電力化及び全体のエネルギー効率が高まる理由を図１３から図１６を参照して説明する。
本発明に係る燃料循環式燃料電池システムにおいて、主としてエゼクタを高負荷領域で運転し、水素ポンプを低負荷領域で運転したときの燃料電池の出力電流に対する燃料電池への全供給ガス量に対する循環量の割合を図１３に示す（但し燃料電池１へ供給する水素流量は略一定）。図１３の縦軸は、燃料電池への全供給ガス量に対する循環ガス量の割合、横軸は、燃料電池の出力電流である。
【００７２】
エゼクタ単独の流量特性として、図１（ｃ）で示したように、エゼクタ前後の差圧ΔＰｅが減ると循環量Ｑｅが増え、エゼクタ前後の差圧ΔＰｅが増えると循環量Ｑｅが減少するという特性がある。また、燃料電池への水素供給量が少ないと、負圧が発生しにくくなるので、燃料電池から排出されるアノードオフガスを循環させにくくなるという特性がある。
そこで、エゼクタを燃料電池の出力電流が大きい（水素供給量が多い）高負荷側で、水素ポンプを燃料電池１の出力電流が小さい低負荷側で運転するようにシステムを構成すると、燃料電池の出力電流値に基づいて流量をそれぞれに分担させることができるので、水素ポンプ容量を小さくでき、かつ水素ポンプの消費電力を減少させることができる。
【００７３】
一方、本発明に係る燃料循環式燃料電池システムにおいて、主としてエゼクタを低負荷領域で運転し、水素ポンプを高負荷領域で運転したときの燃料電池の出力電流に対する燃料電池への全供給ガス量に対する循環量の割合を図１４に示す（但し燃料電池１へ供給する水素流量は略一定）。図１４の縦軸は、燃料電池への全供給ガス量に対する循環ガス量の割合、横軸は、燃料電池の出力電流である。
【００７４】
水素ポンプ単独の流量特性として、低流量域では効率が低くなるという側面がある。
そこで、図１４のシステムでは、図１３のシステムとは反対に、エゼクタを燃料電池の出力電流が小さい低負荷側で運転し、水素ポンプを燃料電池の出力電流が大きい高負荷側で運転するようにした。このように構成したことにより、水素ポンプは低流量域では効率が低い側面があるためその運転領域をエゼクタで補助して全体としてエネルギー効率を向上させるように構成した。このように構成したことにより、全体のエネルギー効率が向上する。
尚、エゼクタだけでなく一般にポンプの流量特性は、図１４に示すように山形の特性を有するため、目標値に近づけて広い運転領域を確保するためには、山の頂点が目標値を一度超えるようにする必要がある。
【００７５】
次に、車両の加減速時に、エゼクタ単独の燃料循環式燃料電池システムで問題となっていた課題をこのようなシステムを利用してどのように解決したかを図１５及び図１６を参照して説明する。
尚、図１５は、加速時の水素ポンプアシストを説明するための図、図１６は、減速時の水素ポンプアシストを説明するための図である。
【００７６】
最初に、図１５を参照して車両加速時の水素ポンプアシストについて説明する。
尚、図１５の縦軸は出力・流量、横軸は時間を示す。
この方法は、車両の加速時で大量の水素が必要となった場合に行うものである。図１５に示すように、エゼクタで発生する時間の応答遅れに対し、図示しない制御手段により一時的に水素ポンプの出力を上げることにより、水素ポンプ側で燃料電池へ供給する流量不足分を補うようにした方法である。
このように運転することで、無理な負荷による燃料電池内での水素欠乏状態に起因して燃料電池に著しいダメージを与えるのを回避することができる。
【００７７】
次に、図１６を参照して車両減速時の水素ポンプアシストについて説明する。
尚、図１６の縦軸は出力・流量、横軸は時間を示す。
この方法は、エゼクタで発生する減速時の循環能力不足を補うために図示しない制御手段により一時的に水素ポンプの出力を上げて強制的に循環量を確保するようにした方法である。
このように運転することで、無理な負荷による燃料電池内での水素欠乏状態に起因して燃料電池に著しいダメージを与えるのを回避することができる。
【００７８】
次に、本発明に係る燃料循環式燃料電池システムで使用される逆止弁及び本発明に係る燃料循環式燃料電池システムにおけるガスの逆流検知方法について図１７及び図１８を参照して説明する。
尚、図１７は、機械式逆止弁と電気式逆止弁の流量に対する圧力損失との関係を示す図、図１８（ａ）から図１８（ｄ）は、本発明に係る燃料循環式燃料電池システムにおいて逆流が発生したかどうかを検知するための種々の方法を示す図である。
【００７９】
逆止弁には、一般にリードバルブやポップオフ弁等の機械式逆止弁とソレノイドによる磁気吸着等で流路の適切な開・閉を実現する電気式逆止弁がある。
機械式逆止弁は、図１７に示すように、電気式逆止弁と比べると流量に対する圧力損失が高い。逆止弁の圧力損失が高いと、図１（ｃ）に示すように、エゼクタの差圧ΔＰｅが増えるため循環量は減少する。よってエゼクタの循環能力を高くするには圧力損失の少ない電気式の逆止弁を使用するのが有利である。従って、各実施形態で使用する逆止弁としては、全て電気式の電動逆止弁を使用すればより好適である。
【００８０】
しかしながら、電気式の電動逆止弁は逆流を検知する何らかの手段の電気信号をもらって作動させる必要がある。
（１）図１８（ａ）は、燃料電池の入口−出口の圧力差で逆流を検知する方法を示した図である。燃料電池１の入口には圧力計Ｐ１が、出口には圧力計Ｐ２が設けてある。電子制御ユニットＥＣＵに圧力計Ｐ１，圧力計Ｐ２で測定したそれぞれのデータを取り込んで圧力差を求め、逆流を起こすと通常検知される燃料電池１の圧力差の値が減少する。このことから逆流が起きたかどうかを検知することができる。
（２）図１８（ｂ）は、燃料電池の入口−出口の温度差で逆流を検知する方法を示した図である。燃料電池１の入口には温度計Ｔ１を、出口には温度計Ｔ２を設けてある。電子制御ユニットＥＣＵに温度計Ｔ１，温度計Ｔ２で測定したそれぞれのデータを取り込んで温度差を求め、逆流を起こすと新規ガスの温度のまま燃料電池１の出口にガスが投入されるので、通常検知される燃料電池１の入口−出口の温度差の値が減少する。このことから逆流が起きたかどうかを検知することができる。
（３）１８（ｃ）は、燃料電池の入口−出口の露点の差（又は湿度差）で逆流を検知する方法を示した図である。燃料電池１の入口には露点計Ｔｄ１を、出口には露点計Ｔｄ２を設けてある。電子制御ユニットＥＣＵに露点計Ｔｄ１，露点計Ｔｄ２で測定したデータを取り込んで露点の差（又は湿度差）を求め、逆流を起こすと新規ガスの温度のまま燃料電池１の出口にガスが投入されるので、通常検知される燃料電池１の入口−出口の露点の差の値が減少する。このことから逆流が起きたかどうかを検知することができる。
（４）１８（ｄ）は、燃料電池から排出されるアノードオフガスの流量により逆流を検知する方法を示した図である。燃料電池１の出口には流量計Ｑが設けられている。逆流を起こすと通常検知される流れの方向が反転してしまうために流量計Ｑの流量値が減少することから逆流を検知することができる。
【００８１】
このように本発明に係る燃料循環式燃料電池システムで使用する逆止弁を機械式の逆止弁ではなく電気式の電動逆止弁を使用し、系の状態量である圧力等を測定したときの電気信号に基づいて前記電動逆止弁を作動させることにより、逆止弁での圧力損失を機械式の逆止弁を使用したときよりも小さくすることができるので、エゼクタの循環量が向上する。
【００８２】
【発明の効果】
以上の構成と作用からなる本発明によれば、以下の効果を奏する。
請求項１に記載の発明によれば、燃料と酸化剤とが供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料を供給するための燃料供給流路と、前記燃料電池から排出された未反応の燃料を前記燃料供給流路の何れかの位置に合流させ前記燃料を循環させるための燃料循環流路と、前記未反応の燃料を取り込んで送り出す燃料ポンプと、前記燃料が流れる際に発生する負圧を利用して前記未反応の燃料を吸入し前記燃料に合流させるエゼクタとを備えることにより、以下の作用・効果が得られる。
（１）循環しながら燃料電池に燃料を供給するときに、燃料供給源の圧力エネルギーをエゼクタで回収できるようになり、燃料ポンプ単独で燃料を循環していたときに問題となっていた燃料ポンプの消費電力が増大するのを抑制することができる。
（２）また、燃料ポンプを設けたことにより、任意に負荷を変更できるようになり、エゼクタ単独で燃料を循環していたときに問題となっていた燃料電池の出力増減時（例えば車両の加減速時）の応答遅れやエゼクタの循環量低下を燃料ポンプを一時的に作動させることで補助することができる。
（３）すなわち、エゼクタと燃料ポンプ両方を備えたことにより、エゼクタ及び燃料ポンプのうち、いずれか一方が機能していないときに他方の装置が一方の装置の性能低下を回避することができる。
２．請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の燃料循環式燃料電池システムであって、前記燃料供給流路に設けられたエゼクタが有する吸入口で合流する燃料循環流路に燃料ポンプを設けたことにより、圧縮工程が２段化され、エゼクタ及び燃料ポンプのそれぞれに要求される圧縮性能が分割されるので、エゼクタにとっては風量性能の向上が、燃料ポンプにとっては消費電力を縮小できるという相乗効果が得られる。
３．請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の燃料循環式燃料電池システムであって、前記燃料循環流路から分岐し、前記燃料供給流路に設けられた前記エゼクタの下流で合流する流路を設け、この流路に前記燃料ポンプを設けて２つの燃料循環流路を形成したことにより、燃料ポンプ及びエゼクタのそれぞれが受け持つ流量が分担される。従って、燃料ポンプが受け持つ流量が小さくなるので燃料ポンプを小型化することができる。
４．請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の燃料循環式燃料電池システムであって、燃料供給流路に設けられたエゼクタの下流に燃料ポンプを設けたことにより、燃料電池へ供給される燃料（乾燥したガス）と燃料電池から排出される未反応の燃料（水蒸気飽和ガス）とがエゼクタを介して混合するようになるので、エゼクタの出口では、必ず水蒸気不飽和ガスとなり、このガスを下流の燃料ポンプで圧縮するようになるので圧縮に伴う凝縮水の発生量は他方式と比較して圧倒的に少なくすることができる。
５．請求項５に記載の発明によれば、燃料循環流路から分岐したパージ配管にパージ弁及び／又は燃料循環流路に逆止弁を設けたことにより、以下の作用・効果が得られる。
（１）パージ弁を備えたことにより、燃料電池スタックを通じて侵入してきた窒素や燃料電池から排出される過剰な水分を系外に分離・除去することができる。（２）また、逆止弁を備えたことにより、前記パージ弁で燃料電池から排出される未反応の燃料をパージする際に、燃料電池へ供給している燃料が燃料電池を介さずに燃料循環流路へ逆流するのを防ぐことができる。
６．請求項６に記載の発明によれば、本発明に係る逆止弁として、機械式の逆止弁ではなく電気式の電動逆止弁を使用し、系の状態量に基づいて前記電動逆止弁を駆動させることにより、逆止弁の圧力損失を小さくできるので、燃料循環量が向上する。
７．請求項７に記載の発明によれば、燃料ポンプ及び／又はエゼクタを迂回するバイパス流路と、このバイパス流路に弁とを設けたことにより、以下の作用・効果を有する。
（１）燃料ポンプがほとんど機能していない若しくは停止している運転領域において、未反応の燃料（又は未反応の燃料と燃料の混合ガス）が燃料ポンプを通過することによって発生する無用な圧力損失を回避することができる。
（２）エゼクタが殆ど圧力エネルギーを回収できない運転領域において、未反応の燃料（又は未反応の燃料と燃料の混合ガス）がエゼクタを通過することで発生する無用な圧力損失を回避できる。
８．請求項８に記載の発明によれば、エゼクタを迂回するための弁を設けたバイパス流路を燃料供給流路に設けたことにより、車両の加速時等で大量の燃料を短時間で燃料電池に供給する必要があるときでも応答性良く供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明に係る第一実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
（ｂ）本発明に係る第一実施形態の燃料循環式燃料電池システムの特徴を説明するための図である。
（ｃ）エゼクタの差圧と循環量との関係を示す図である。
【図２】本発明に係る第二実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る第三実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る第四実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
【図５】（ａ）本発明に係る第五実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
（ｂ）本発明に係る第五実施形態の燃料循環式燃料電池システムのより好ましい変形例の全体構成図である。
【図６】（ａ）本発明に係る第六実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
（ｂ）本発明に係る第六実施形態の燃料循環式燃料電池システムの特徴を説明するための図である。
【図７】（ａ）本発明に係る第七実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
（ｂ）本発明に係る逆止弁の設置要領を説明するための図である。
【図８】（ａ）本発明に係る第八実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
（ｂ）本発明に係る第八実施形態の燃料循環式燃料電池システムの特徴を説明するための図である。
【図９】本発明に係る第九実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
【図１０】本発明に係る第十実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
【図１１】本発明に係る第十一実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
【図１２】本発明に係る第十二実施形態の燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
【図１３】主としてエゼクタを高負荷領域で運転し、水素ポンプを低負荷領域で運転したときの燃料電池の出力電流に対するそれぞれの流量割合を示す図（但し燃料電池１へ供給する水素流量は略一定）である。
【図１４】主としてエゼクタを低負荷領域で運転し、水素ポンプを高負荷領域で運転したときの燃料電池の出力電流に対するそれぞれの流量割合を示す図（但し、燃料電池へ供給する水素流量は略一定）である。
【図１５】本発明に係る車両加速時の水素ポンプのアシスト機能を説明するための図である。
【図１６】本発明に係る車両減速時の水素ポンプのアシスト機能を説明するための図である。
【図１７】機械式逆止弁と電気式逆止弁の流量に対する圧力損失の関係を示す図である。
【図１８】本発明に係る燃料循環式燃料電池システムにおいて逆流が発生したかどうかを検知するための種々の方法を示す図である。
（ａ）圧力により逆流を検知するシステムを示す図である。
（ｂ）温度により逆流を検知するシステムを示す図である。
（ｃ）露点・湿度により逆流を検知するシステムを示す図である。
（ｄ）循環流路の流量により逆流を検知するシステムを示す図である。
【図１９】従来の水素ポンプのみで燃料を循環する燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
【図２０】従来のエゼクタのみで燃料を循環する燃料循環式燃料電池システムの全体の構成を示す図である。
【図２１】従来のエゼクタのみで燃料を循環する燃料循環式燃料電池システムの問題点を説明するための図である。
（ａ）エゼクタのみで燃料を循環する燃料循環式燃料電池システムにおける車両の加速時等の問題点を説明するための図である。
（ｂ）エゼクタのみで燃料を循環する燃料循環式燃料電池システムにおける車両の減速時等の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池
２ エゼクタ
２ａ 吸入口
３ レギュレータ
４ 高圧水素貯蔵タンク
５ 水素ポンプ（燃料ポンプ）
６ 燃料循環流路
７ 燃料供給流路
８ 逆止弁
９ パージ配管
１０ パージ弁
１１，１３，１７，１９，２１，２３，２５ａ，２５ｂ バイパス流路
１２，１４，１８，２０，２２，２４，２６ａ，２６ｂ 弁
１５ 流路
１６ 逆止弁

Claims (8)

1. 燃料と酸化剤とが供給されて発電を行う燃料電池と、
   前記燃料電池に前記燃料を供給するための燃料供給流路と、
   前記燃料電池から排出された未反応の燃料を前記燃料供給流路の何れかの位置に合流させ前記燃料を循環させるための燃料循環流路と、
   前記未反応の燃料を取り込んで送り出す燃料ポンプと、
   前記燃料が流れる際に発生する負圧を利用して前記未反応の燃料を吸入し前記燃料に合流させるエゼクタと、
   を備えることを特徴とする燃料循環式燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料循環式燃料電池システムであって、前記燃料供給流路に設けられた前記エゼクタが有する吸入口で合流する前記燃料循環流路に前記燃料ポンプを設けたことを特徴とする燃料循環式燃料電池システム。
3. 請求項１に記載の燃料循環式燃料電池システムであって、前記燃料循環流路から分岐し、前記燃料供給流路に設けられた前記エゼクタの下流で合流する流路を設け、この流路に前記燃料ポンプを設けて２つの燃料循環流路を形成したことを特徴とする燃料循環式燃料電池システム。
4. 請求項１に記載の燃料循環式燃料電池システムであって、前記燃料供給流路に設けられた前記エゼクタの下流に前記燃料ポンプを設けたことを特徴とする燃料循環式燃料電池システム。
5. 前記燃料循環流路から分岐したパージ配管にパージ弁及び／又は前記燃料循環流路に逆止弁を設けたことを特徴とする請求項２から請求項４のうちの何れか１項に記載の燃料循環式燃料電池システム。
6. 前記逆止弁は電気式の電動逆止弁であり、系の状態量に基づいて駆動されることを特徴とする請求項５に記載の燃料循環式燃料電池システム。
7. 前記燃料ポンプ及び／又は前記エゼクタを迂回するバイパス流路と、このバイパス流路に弁とを設けたことを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の燃料循環式燃料電池システム。
8. 前記エゼクタを迂回するための弁を設けたバイパス流路を前記燃料供給流路に設けたことを特徴とする請求項２から請求項４のうちの何れか１項に記載の燃料循環式燃料電池システム。

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