JP4687679B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、循環系内の燃料オフガスあるいは生成水を含む流体を外部に排出するための排出弁を備えた燃料電池システムに関する。

現在、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の供給を受けて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが提案され、実用化されている。例えば特許文献１に記載の燃料電池システムは、燃料電池から排出される燃料オフガスを燃料電池に循環供給する循環系を備えている。循環系内の燃料オフガスには、燃料電池の電気化学反応により生成された生成水が含まれており、循環系には、燃料オフガスと生成水とを分離する気液分離器が設けられている。そして、気液分離器の水分貯留部には、生成水を外部に排出する排出通路が接続され、この排出通路に排出弁（ドレン弁）が介設されている。

排出通路は二重配管からなり、その内管には生成水が流れ、外管には燃料電池からの冷却水が流れるように構成されている。この構成により、燃料電池の排熱で昇温された冷却水によって排出弁を加温することで、外気温が氷点下であっても、排出弁での水分の凍結を抑制するようにしている。
特開２００６−１４７４４０号公報

しかしながら、特許文献１には、排出弁の具体的な構造が何ら開示されていない。特許文献１によれば、排出弁に二重配管が組み込まれるとのことであるが、排出弁が弁座と弁体との間の流路（内管）を弁体で閉塞可能にしつつ、これを外管で覆うような二重配管とすることは、構造上困難である。また、仮にそのような構成が可能であったとしても、弁座まわりの構造が極めて複雑化してしまう。

本発明は、簡易な構造で排出弁を昇温でき、排出弁での凍結を抑制できる燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の燃料電池システムは、燃料電池から排出される燃料オフガスを燃料電池に循環供給する循環系と、循環系内の流体を外部に排出する排出弁と、燃料電池に循環供給される冷媒が流れる冷媒流路と、を備える。そして、排出弁は、循環系内と外部とを連通する流路を備えたバルブボディと、バルブボディ内の弁座と、弁座に離接して流路を開閉する弁体と、弁体を上下方向に移動させる駆動部と、を有し、流路は、流入路、流出路及び弁室からなり、流入路、弁室及び流出路へと順に流れる流体の流れが、弁室の位置で、上下方向に直交する方向から下方向へと直角に変わるものであり、冷媒流路の一部は、弁体までの距離よりも弁座までの距離の方が短くなるように弁座に近接し、かつ、流路に近傍するバルブボディの部位を貫通して設けられ、バルブボディの部位を貫通している冷媒流路の一部は、駆動部よりもバルブボディの下側部分にあり、流入路及び弁室よりも下側の位置にて、流出路を上下方向に直交する二方向から囲むように延在する。

かかる構成によれば、バルブボディ内に直接冷媒が流れるので、バルブボディを熱伝導により昇温できる。これにより、流体排出用の流路における凍結を抑制できる。また、流体排出用の流路と冷媒流路とがバルブボディにおいて独立するので、排出弁の構造を簡単にできる。

このようにすれば、弁座の近傍に冷媒を流すことができるので、凍結で問題となる弁座を集中的に加熱できる。

また、別の燃料電池システムは、上記同様に、循環系、排出弁及び冷媒流路を備える。そして、冷媒流路を構成する配管が、排出弁のバルブボディの表面に熱伝導部材を介して接触するものである。

かかる構成によれば、冷媒流路を流れる冷媒の熱を、配管から熱伝導部材を経由してバルブボディに伝達できる。よって、簡易な構造で、排出弁の昇温性が向上し、流体排出用の流路における凍結を抑制できる。

好ましくは、熱伝導部材は、冷媒流路の配管をバルブボディに固定するステーであるとよい。

このようにすれば、冷媒流路の配管の固定部材と冷媒流路からバルブボディに熱を伝導する部材とを１つの部材で兼用できる。これにより、排出弁まわりを簡易かつコンパクトな構成にし得る。

好ましくは、燃料電池は、単セルを積層した燃料電池スタックからなり、バルブボディは、燃料電池スタックに一点で固定されるとよい。

かかる構成によれば、バルブボディから燃料電池スタックへと熱が逃げる熱橋部が一箇所しかないので、バルブボディから燃料電池スタックへの放熱を抑制できる。よって、バルブボディの昇温を促進できる。

別の好ましい態様では、バルブボディは、ブラケットを介して燃料電池スタックにボルト固定される。そして、ブラケットは、燃料電池スタックにボルト固定された部分以外が当該燃料電池スタックから離間するとよい。

このような構成によっても、熱橋部の面積を小さくできるので、バルブボディの昇温を促進できる。

好ましくは、バルブボディは、燃料電池スタックのエンドプレートに固定されるとよい。

一般に、エンドプレートには冷媒流路を燃料電池スタック内へ接続する接続部が設けられる。よって、バルブボディをエンドプレートに固定することで、エンドプレートを有効に利用して排出弁を燃料電池スタックに配置できる。

本発明の燃料電池システムによれば、簡易な構造で排出弁を昇温でき、排出弁での水分の凍結を抑制できる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。

＜第１実施形態＞
図１は燃料電池システム１のシステム構成図である。この燃料電池システム１は、燃料電池自動車の車載発電システムである。なお、燃料電池システム１は、船舶、航空機、電車あるいは歩行ロボット等のあらゆる移動体用の発電システム、さらには、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システム等に適用可能である。

図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池２、酸素ガス配管系３、燃料ガス配管系４、冷媒配管系５、及び制御装置６を備える。

燃料電池２は、例えば固体高分子電解質型からなる。図２及び図３に示すように、燃料電池２は、多数の単セルを積層したスタック本体２１を有し、スタック本体２１の両端にある単セルの外側に、順次、出力端子付きのターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレート２２を積層して構成される。エンドプレート２２には、スタック本体２１内に各種流体（酸化ガス、燃料ガス、冷媒）を給排するための流体配管用の接続部が設けられる。なお、図２及び図３は、ターミナルプレート及び絶縁プレートを省略している。

単セルは、電解質膜の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極及び燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有する。一方のセパレータの燃料ガス流路２ａに燃料ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路２ｂに酸化ガスが供給される。また、セパレータ間の冷媒流路２ｃに冷媒が供給される。酸化ガス及び燃料ガスの供給を受けた単セルにおいて電気化学反応が行われ、これにより単セルは電力を発生する。また、電気化学反応によって、空気極側に水が生成される。生成水の一部は、電解質膜を通過して燃料極側にも移動し得る。固体高分子電解質型の燃料電池２での電気化学反応は発熱反応であるが、冷媒の供給により、燃料電池２の温度は約６０〜７０℃に保たれる。

酸素ガス及び燃料ガスは、反応ガスと総称されるものである。特に、燃料電池２から排出される酸素ガス及び燃料ガスは、それぞれ酸素オフガス及び燃料オフガスと称され、これらは反応オフガスと総称されるものである。以下では、酸素ガスとして空気を例に、また、燃料ガスとして水素ガスを例に説明する。また、燃料オフガスを水素オフガスと称することにする。

酸素ガス配管系３は、燃料電池２に酸素ガスを給排するものである。酸素ガス配管系３は、加湿器３０、供給流路３１、排出流路３２、排気流路３３、及びコンプレッサ３４を有する。コンプレッサ３４は、供給流路３１の上流端に設けられる。コンプレッサ３４により取り込まれた大気中の空気が、供給流路３１を流れて加湿器３０に圧送され、加湿器３０により加湿されて燃料電池２に供給される。燃料電池２から排出された酸素オフガスは、排出流路３２を流れて加湿器３０に導入された後、排気流路３３を流れて外部に排出される。

燃料ガス配管系４は、燃料電池２に燃料ガスを給排するものである。燃料ガス配管系４は、水素タンク４０、供給流路４１及び循環流路４２を有する。

水素タンク４０は、高圧（例えば７０ＭＰａ）の水素ガスを貯留した水素供給源である。なお、水素タンク４０に代えて、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、を水素供給源として採用することもできる。また、水素タンク４０に代えて、水素吸蔵合金を有するタンクを採用してもよい。

供給流路４１は、水素タンク４０内の水素ガスを燃料電池２に供給するための流路であり、合流点Ａを境として主流流路４１ａと混合流路４１ｂとからなる。主流流路４１ａには、シャットバルブ４３、レギュレータ４４、及びインジェクタ４５が設けられる。シャットバルブ４３は、水素タンク４０の元弁として機能する。レギュレータ４４は、水素ガスのガス圧を予め設定した二次圧に減圧する。インジェクタ４５は、電磁駆動式の開閉弁であり、混合流路４１ｂ側に供給する水素ガスの流量やガス圧を高精度に調整する。

循環流路４２は、燃料電池２の水素ガス出口から排出された水素オフガスを供給流路４１に戻すための戻り配管である。水素ポンプ４６は、循環流路４２内の水素オフガスを加圧して合流点Ａに圧送する。合流点Ａでは、水素タンク４０からの新たな水素ガスと水素ポンプ４６からの水素オフガスとが合流し、この合流後の混合水素ガスが混合流路４１ｂを流れて燃料電池２に供給される。これにより、水素オフガス内の残存水素が燃料電池２の発電に再び供される。

循環流路４２は、水素ポンプ４６の上流側に設けられた気液分離器４７及び排気排水弁４８を介して、排出流路４９に接続される。循環流路４２を流れる水素オフガスには、水素オフガスの量に比べると微量ではあるが、電解質膜から燃料極側へと透過した生成水の水分及び窒素ガスが含まれる。気液分離器４７は、水素オフガス中の液体（水分）と気体（水素オフガス）とを分離し、分離した水分を一時的に貯留する。貯留された水分は、排気排水弁４８から排出流路４９に放出され、外部に排出される。また、水分回収後の水素オフガスの一部も、排気排水弁４８から排出流路４９に放出され、外部に排出される。

このように、排気排水弁４８は、循環系１０内を流れる流体として水分を外部に排出する排水弁として機能するのみならず、不純物を含む水素オフガスを外部に排出する排気弁として機能する。排気排水弁４８が開弁することで、気液分離器４７に溜まった生成水を排出できると共に、水素オフガス中の水素濃度を上げることができる。なお、排気排水弁４８及びその周囲の具体的な構造は後述する。

排出流路４９の下流端は、そのまま大気開放されてもよいが、図示省略した希釈器や排気流路３３に接続してもよい。また、循環系１０とは、循環流路４２、混合流路４１及び燃料ガス流路２ａを順番に連ねた系統であり、水素オフガスを燃料電池２に再び循環供給するものである。

冷媒配管系５は、燃料電池２に冷媒（例えば冷却水）を循環供給するものである。冷媒配管系５は、冷却ポンプ５０、冷媒流路５１、ラジエータ５２、バイパス流路５３及び切替え弁５４を有する。冷却ポンプ５０は、冷媒流路５１内の冷媒を圧送して冷媒流路２ｃに循環供給する。冷媒流路５１の配管端部は、エンドプレート２２の接続部に接続される。また、後述するように、冷媒流路５１の一部によって排気排水弁４８が加温される。ラジエータ５２は、燃料電池２から排出される冷媒を冷却する。切替え弁５４は、必要に応じて、ラジエータ５２とバイパス流路５３との間で冷却水の通流を切り替える。

制御装置６は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成される。制御装置６は、電流センサの検出情報のほか、各配管系を流れる流体の圧力、温度、流量等を検出するセンサの検出情報が入力される。そして、制御装置６は、これら検出情報や燃料電池２内に要求発電量に応じて、システム１内の各種機器（コンプレッサ３４、シャットバルブ４３、インジェクタ４５、水素ポンプ４６、排気排水弁４８、冷却ポンプ５０、切替え弁５４など）を制御し、循環系１０でのパージ動作等を実行する。

次に、排気排水弁４８及びその周囲の構成について説明する。

図４及び図５に示すように、排気排水弁４８（排出弁）は、電磁駆動式の開閉弁であり、制御装置６からの制御信号によって作動し、循環系１０内の流体を排出流路４９に間欠放出する。排気排水弁４８は、アングル弁構造からなり、バルブボディ６１、弁座６１ｄ及び弁体６２を有する。

バルブボディ６１には、気液分離器４７から排出される流体（水分及び水素オフガス）用の流路６１ｅとして、流入路６１ａ、流出路６１ｂ及び弁室６１ｃが形成される。流入路６１ａは気液分離器４７を介して循環流路４２に連通し、流出路６１ｂは排出流路４９を介して外部に連通する。弁座６１ｄは、弁室６１ｃの底面に形成され、流出路６１ｂに連通する開口を有する。

弁体６２は、弁室６１ｃ内に配設され、軸線Ｘ−Ｘ方向に所定のストロークで進退動可能に設けられる。弁体６２は、弁座６１ｄに当接することで、弁座６１ｄの開口を閉鎖し、流路６１ｅを閉鎖する。一方、弁体６２は、弁座６１ｄから離間すると、弁座６１ｄの開口を開放し、流路６１ｅを開放する。ダイアフラム６３は、弁体６２の外面と弁室６１ｃの縁部との間に配設され、弁体６２の移動に追従するように構成される。

プランジャ６４は、先端に弁体６２が固定され、スプリング６４ａにより弁座６１ｄ側に付勢される。プランジャ６４、コイル６５及び鉄心６６は、弁体６２を軸線Ｘ−Ｘ方向に所定のストロークで往復移動させるためのソレノイド型アクチュエータの駆動部を構成する。この駆動部のコイル６５への給電する電流のオン・オフにより、排気排水弁４８は基本的に「開」及び「閉」の２位置で用いられ、気液分離器４７から排出される流体（水分及びオフガス）を排出流路４９側に間欠的に排出する。

排気排水弁４８は、このような一般的な構造に加え、冷媒配管系５によって加温される構造を備える。具体的には、バルブボディ６１には、冷媒流路５１が貫通して設けられる。冷媒流路５１は、流路６１ｅと独立するように又は干渉しないように、流入路６１ａ、流出路６１ｂ及び弁室６１ｃと交差しないバルブボディ６１の部位に形成される。バルブボディ６１には、冷媒の流入口５１ａ及び流出口５１ｂが形成されており、流入口５１ａ及び流出口５１ｂに、バルブボディ６１外にある冷媒流路５１の配管５１ｃ及び５１ｄが接続される。流入口５１ａと流出口５１ｂとの間を結ぶ流路５１ｅは、弁室６１ｃの斜め下方を通るＬ字型の流路形状であり、流出路６１ｂを２方向から囲むように弁室６１ｃ及び弁座６１ｄの比較的近傍の部位に貫通形成される。

このような構成により、低温時に、冷媒が冷媒流路５１を流れると、その冷媒の熱が弁室６１ｃ及び弁座６１ｄに速やかに伝わり、弁室６１ｃ及び弁座６１ｄが集中的に加熱される。これにより、弁室６１ｃ及び弁座６１ｄでの水分凍結が抑制される。また、冷媒用の流路５１ｅと水素オフガス等用の流路６１ｅとがバルブボディ６１において独立するので、二重配管構造に比べると、排気排水弁４８の構造をきわめて簡単にできる。さらに、流路６１ｅの凍結を抑制できるので、凍結を防止するために流路６１ｅを大きな流路径としなくて済み、排気排水弁４８の小型化及び軽量化を図ることができる。また、冷媒の流入口５１ａ及び流出口５１ｂは、流入路６１ａへの流体の流入口及び流出路６１ｂからの流体の流出口とは異なる方向に設けられるので、バルブボディ６１の外部における配管の取り回しが容易となる。

ここで、バルブボディ６１内を流れる冷媒は、ラジエータ５２に流入する前の冷媒であるとよい。ラジエータ５２によって冷媒の温度が低下するので、排気排水弁４８をより早く昇温するには温度低下前の冷媒を用いた方がよいからである。

ただし、排気排水弁４８の温度が水分凍結温度を下回るような低温環境下で低効率運転を行う場合、冷媒がラジエータ５２をバイパスしてバイパス流路５３に流れるように制御することもできる。こうすれば、燃料電池２の供給側と排出側の冷媒の温度差が小さくなるので、燃料電池２の供給側と排出側の冷媒のいずれの冷媒をバルブボディ６１内に流してもよい。バルブボディ６１の昇温効果に大きな差はないからである。

以上説明したように、本実施形態の燃料電池システム１によれば、簡易な構造で、排気排水弁４８に冷媒を通流させることができ、しかもその通流位置を弁座６１ｄの近傍に設定できる。これにより、燃料電池２の排熱を利用して排気排水弁４８を昇温でき、水素オフガス等用の流路６１ｅの凍結を抑制できる。特に、氷点下などの低温環境下で燃料電池システム１を起動する時に、流路６１ｅの一部が凍結していたとしても、排気排水弁４８を速やかに昇温できるので、この凍結を解消できる。

なお、氷点下などの低温時に限り、バルブボディ６１に冷媒を供給するように制御してもよい。この場合には、制御装置６が、図示省略した外気温センサ等に基づいて、氷点下などの所定の低温環境下のときのみ、バルブボディ６１に冷媒が供給されるように、切替え弁５４の通流を設定するとよい。

以下、上記実施形態の改変例について説明する。上記実施形態と同様の部分は説明を省略し、異なる部分のみ説明する。

排気排水弁４８は、燃料電池２から離れた位置に、つまりエンドプレート２２から離れた位置に設けられてもよい（図１参照）。一方で、排気排水弁４８をエンドプレート２２に固定してもよい。ところが、排気排水弁４８を単純にエンドプレート２２に固定したのでは、昇温中の排気排水弁４８からエンドプレート２２に熱を大きく奪われるおそれがあり、排気排水弁４８の昇温性を損なうおそれがある。そこで、エンドプレート２２への放熱を抑制するようにした排気排水弁４８の好ましい固定方法について、二つの例を説明する。

＜第１の例＞
図２は、スタック本体２１の端部と排気排水弁４８の平面配置を示す図であり、図３は図２のＩＩＩ方向からみた側面図である。なお、図２及び図３では、スタック本体２１及び排気排水弁４８の形状は簡略化して示し、細部は省略する。

図２及び図３に示すように、排気排水弁４８は、ブラケット７０を介してボルト７１（締結部材）によりエンドプレート２２に固定される。ブラケット７０は、エンドプレート２２の表面と平行に延在する第１板状部７２ａと、第１板状部７２ａの下端から直角に延在する第２板状部７２ｂと、を有する。第１板状部７２ａがボルト７１によりエンドプレート２２に固定され、第２板状部７２ｂが排気排水弁４８のバルブボディ６１に固定される。

エンドプレート２２は、第１板状部７２ａ側の面に形成された座ぐり部２３を有する。座ぐり部２３の形状は、第１板状部７２ａの外形よりも大きく、その底面２３ａには、第１板状部７２ａ側に突出する受座部２４が形成される。受座部２４は、第１板状部７２ａのボルト孔の位置に対応する位置に形成され、ボルト７１がねじ込まれる締結孔の周囲に座面２４ａが形成される。バルブボディ６１がブラケット７０を介してエンドプレート２２に固定されたとき、ブラケット７０がエンドプレート２２に接触する部分は、座面２４ａの部分のみとなる。

第１の例によれば、ブラケット７０は、エンドプレート２２にボルト固定された部分以外がエンドプレート２２から離間する。つまり、ブラケット７０とエンドプレート２２の接触面は座面２４ａのみであって、その面積は小さい。よって、バルブボディ６１からエンドプレート２２側への放熱を抑制できる。

第１の例の変形例としては、例えば、図６又は図７に示すような態様であってもよい。具体的には、図６に示すように、座ぐり部２３及び受座部２４を省略する一方で、ブラケット７０の第１板状部７２ａ側に、受座部１２４を設けてもよい。このような構成であっても、バルブボディ６１からエンドプレート２２への熱伝導経路となる接触面の面積が上記構成と同様に小さくなる。よって、バルブボディ６１からエンドプレート２２側への放熱を抑制できる。

また、図７に示すように、受座部２４を省略する一方で、第１板状部７２ａとエンドプレート２２との間にスプリングワッシャ又はロックワッシャ等の座金２５を設けてもよい。このような構成では、座金２５と第１板状部７２ａとの接触面、及び、座金２５とエンドプレート２２との接触面の面積が、いずれも、上記構成と同様に小さくなる。よって、同様に熱伝導の面積が小さくなるので、昇温中の排気排水弁４８からの放熱を抑制できる。

なお、第１の例のいずれも、ブラケット７０をバルブボディ６１と一体に形成することは可能である。

＜第２の例＞
図８は、図２と同様のスタック本体２１の端部と排気排水弁４８の平面配置を示す図である。本例では、排気排水弁４８を一点のみでエンドプレート２２に固定する。具体的には、排気排水弁４８をブラケット２７０に固定し、ブラケット２７０をエンドプレート２２に固定するが、ブラケット２７０とエンドプレート２２とを一つのボルト２７１によって一点留めする。一点留めとすることで、昇温中の排気排水弁４８からエンドプレート２２へと奪われる熱量を減らすことができ、排気排水弁４８の昇温を促進できる。

この一点留めの位置は、排気排水弁４８の重心またはその近傍であることが好ましい。こうすることで、排気排水弁４８に外力による振動や衝撃が加えられた際も、排気排水弁４８がエンドプレート２２に安定して支持され得る。なお、ブラケット２７０をバルブボディ６１と一体に形成することも可能である。

＜参考例＞
次に、図９を参照して、参考例について相違点を中心に説明する。第１実施形態との相違点は、冷媒流路５１がバルブボディ６１を貫通するものではなく、冷媒流路５１がバルブボディ６１の外表面に接触状態で設けられたことである。なお、第１実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

冷媒流路５１の配管１５１は、バルブボディ６１の近傍に配設されており、ステー７３（熱伝導部材）を介してバルブボディ６１に固定される。ステー７３は、金属等の熱伝導性を有する板状の部材である。ステー７３の一端７３ａは、バルブボディ６１の表面に当接した状態で、これにボルト等により固定される。一端７３ａが当接するバルブボディ６１の表面は、弁室６１ｃ又は弁座６１ｄの近傍であることが好ましい。また、ステー７３の他端７３ｂは、配管１５１の表面に当接した状態で設けられる。他端７３ｂは、例えば断面形状が半円弧からなり、配管１５１の外周面の半部を覆うように接触する。このような構成により、ステー７３とバルブボディ６１との接触面積、及び、ステー７３と配管１５１との接触面積をある程度の大きさに確保できる。

参考例によれば、ステー７３の板面がバルブボディ６１及び配管１５１に当接しているので、冷媒流路５１を流れる冷媒の熱は、配管１５１からステー７３へ、さらにはステー７３からバルブボディ６１へと伝達される。よって、第１実施形態よりも簡易な構造で、排気排水弁４８の昇温性を向上でき、排気排水弁４８の凍結を抑制できる。

なお、配管１５１を流れる冷媒は、第１実施形態と同様に、ラジエータ５２に流入する前の冷媒であればよく、低効率運転を行う場合にあっては、燃料電池２の供給側と排出側の冷媒のいずれの冷媒であってもよい。また、ステー７３の形状や固定位置は、バルブボディ６１まわりに設けられた他の部材と干渉せず、排気排水弁４８まわりを簡易かつコンパクトな納まりとするように設計すればよい。

排気排水弁４８は、排気及び排水の一方のみを行うものであってもよい。例えば、気液分離器４７で分離した水分を外部に排出する排水弁と、循環流路４２内の水素オフガスを不純物ともに外部に排出する排気弁とを別々に設けた場合には、このそれぞれについて、排気排水弁４８と同様の構成を採用することで、凍結を抑制できる。なお、このような構成の場合には、排水弁は排気排水弁４８と同じ様な態様で気液分離器４７に接続される。一方、排気弁は、循環流路４２に分岐接続したパージ路に介設される。

実施形態に係る燃料電池システムの主要部を示す構成図である。 実施形態に係る排気排水弁とその周囲の平面図である。 実施形態に係る排気排水弁とその周囲の側面図であり、図２のIII方向からみた図である。 図２のIV−IV断面図である。 図４のV−V断面図である。 変形例に係る排気排水弁とその周囲の平面図である。 変形例に係る排気排水弁とその周囲の平面図である。 変形例に係る排気排水弁とその周囲の平面図である。 参考例に係る排気排水弁とその周囲の側面図である。

符号の説明

１：燃料電池システム、２：燃料電池、５：冷媒配管系、２１：スタック本体、２２： エンドプレート、４８：排気排水弁（排出弁）、５１：冷媒流路、６１：バルブボディ、６１ｃ：弁室、６１ｄ：弁座、７０：ブラケット、７１：ボルト、７３：ステー

Claims (9)

1. 燃料電池から排出される燃料オフガスを当該燃料電池に循環供給する循環系と、
   前記循環系内の流体を外部に排出する排出弁と、
   前記燃料電池に循環供給される冷媒が流れる冷媒流路と、を備えた燃料電池システムにおいて、
   前記排出弁は、前記循環系内と外部とを連通する流体排出用の流路を備えたバルブボディと、当該バルブボディ内の弁座と、前記弁座に離接して前記流路を開閉する弁体と、前記弁体を上下方向に移動させる駆動部と、を有し、
   前記流路は、流入路、流出路及び弁室からなり、前記流入路、前記弁室及び前記流出路へと順に流れる流体の流れが、前記弁室の位置で、上下方向に直交する方向から下方向へと直角に変わるものであり、
   前記冷媒流路の一部は、前記弁体までの距離よりも前記弁座までの距離の方が短くなるように前記弁座に近接し、かつ、前記流路に近傍する前記バルブボディの部位を貫通して設けられ、
   前記バルブボディの部位を貫通している前記冷媒流路の一部は、前記駆動部よりも前記バルブボディの下側部分にあり、前記流入路及び前記弁室よりも下側の位置にて、前記流出路を上下方向に直交する二方向から囲むように延在する、燃料電池システム。
2. 前記バルブボディの部位を貫通している前記冷媒流路の一部は、前記流出路を上下方向に直交する二方向から囲むように前記バルブボディの内部でＬ字型に延在する、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記バルブボディは、前記冷媒流路用の流入口及び流出口と、当該冷媒流路用の流入口及び流出口とは異なる方向に設けられた前記流路用の流入口及び流出口と、を有する、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
4. 前記排出弁は、アングル弁構造からなり、
   前記弁体は、前記弁室内に配設されており、前記駆動部によって、下方に移動して前記弁座に当接し且つ上方に移動して前記弁座から離間するものであり、
   前記弁座は、前記弁室の底面に形成され、
   前記バルブボディの部位を貫通している前記冷媒流路の一部は、前記流出路における前記弁座側の上側部分を前記二方向から囲むＬ字型の流路形状を有する、請求項１に記載の燃料電池システム。
5. 前記駆動部は、ソレノイド型アクチュエータである、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
6. 前記燃料電池は、単セルを積層した燃料電池スタックからなり、
   前記バルブボディは、前記燃料電池スタックに一点で固定される、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
7. 前記固定される一点の位置は、前記排出弁の重心又はその近傍である、請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 前記燃料電池は、単セルを積層した燃料電池スタックからなり、
   前記バルブボディは、ブラケットを介して前記燃料電池スタックにボルト固定され、
   前記ブラケットは、前記燃料電池スタックにボルト固定された部分以外が当該燃料電池スタックから離間する、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
9. 前記バルブボディは、前記燃料電池スタックのエンドプレートに固定される、請求項６ないし８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。