(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池システムにおいて、燃料電池の高負荷時でも連続運転の実現を可能とする。【解決手段】燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と、燃料電池スタック１２の水素オフガス出口と燃料ガス供給流路２４との間に接続される燃料ガス循環流路３０と、燃料ガス循環流路３０に設けられる水素ポンプ４６及び気液分離器３２と、燃料ガス循環流路３０の、ガス還流方向に離れた上流側、下流側両接続部３８，４０に、気液分離器３２を迂回して接続された迂回流路３６と、燃料ガス循環流路３０及び迂回流路３６の、少なくとも一方の流路の上流側、下流側両接続部３８，４０の間に設けられた流路切り替え弁４２，４４とを備える。流路切り替え弁４２，４４は、燃料電池スタック１２の高負荷運転時に水素オフガスが迂回流路３６を介して燃料ガス供給流路２４に送られるように開閉が切り替えられる。【選択図】図１
2010262824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路と、
燃料ガス供給流路の上流側に設けられる燃料ガス供給装置と、
燃料電池の、使用済み燃料ガス出口と燃料ガス供給流路との間に接続される燃料ガス循環流路と、
燃料ガス循環流路に設けられ、燃料ガス循環流路内から燃料ガス供給流路へ使用済み燃料ガスを還流させる、モータにより駆動される燃料ガス循環装置と、
燃料ガス循環流路の燃料ガス循環装置よりもガス還流方向の上流側に設けられ、使用済み燃料ガス中に含まれる水分を除去する気液分離器と、
燃料ガス循環流路のガス還流方向に離れた上流側接続部及び下流側接続部に、気液分離器を迂回して接続された迂回流路と、
燃料ガス循環流路及び迂回流路の少なくとも一方の流路の、上流側接続部及び下流側接続部の間に設けられた流路切り換え弁と、を備え、
流路切り替え弁は、燃料電池の高負荷運転時に使用済み燃料ガスが迂回流路を介して燃料ガス供給流路に送られるように開閉が切り替えられることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池の、使用済み燃料ガス出口と燃料ガス供給流路との間に接続される燃料ガス循環流路と、燃料ガス循環流路の燃料ガス循環装置よりもガス還流方向の上流側に設けられ、使用済み燃料ガス中に含まれる水分を除去する気液分離器と、を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは、例えばアノード側電極、電解質膜およびカソード側電極から成る膜−電極アセンブリ（ＭＥＡ）とセパレータとを１組の燃料電池セルとして、これを複数組積層することにより構成している。すなわち、各燃料電池セルは、高分子イオン交換膜から成る電解質膜の一方の面にアノード側電極を、他方の面にカソード側電極を、それぞれ配置して、さらに両側にセパレータを設けることにより構成している。そして、このような燃料電池セルを複数組積層し、さらに集電板、絶縁板およびエンドプレートで狭持することにより、高電圧を発生する燃料電池スタックを構成する。
【０００３】
このような燃料電池では、アノード側電極に燃料ガス、例えば水素を含むガスを供給すると共に、カソード側電極に、酸化ガス、例えば空気を供給する。これにより、燃料ガスおよび酸化ガスが電気化学反応に供されて、起電力を発生し、カソード側電極では、水が生成され、アノード側電極側の流路にも水が含まれる可能性がある。
【０００４】
従来から、特許文献１に記載されているように、燃料電池本体と、燃料電池へ反応ガスを供給及び排出するガス流路と、ガス流路におけるガス流通状態を調整する調整部品とを備える燃料電池システムであって、前記ガス流路の一部を掃気する少なくとも２系統の掃気経路を備え、第１の掃気経路は燃料電池本体を含むように形成され、第２の掃気経路は燃料電池本体をバイパスするように形成される燃料電池システムが記載されている。また、この燃料電池システムでは、燃料電池システムが低温環境下で停止される際に、２段階の水分除去操作を行い、第１段階の水分除去操作では、第１の掃気経路で水分除去を実施して、燃料電池本体の乾燥を行っておき、次に第２段階の水分除去操作では、燃料電池本体を含まない第２の掃気経路で、水素ポンプの水分除去操作を行うという操作が可能となるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１５７４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載された燃料電池システム等、従来から知られている燃料電池システムの場合、水素ガス供給源から燃料ガス供給流路を通って、燃料電池本体に供給され、燃料電池本体から排出された水素オフガスが循環流路を通り、水素ポンプを介して燃料ガス供給流路に戻され、再び燃料電池本体に供給される。このような構成において、燃料電池に対する発電要求が大きくなる等による燃料電池の高負荷運転時には、水素ポンプを駆動させるためのモータの負荷が高くなるため、モータも高負荷運転となる。このため、モータが高温になりやすく、場合によってはモータの温度が、熱定格としての設計上の許容温度を超える傾向となる可能性がある。例えば、モータを構成するコイルをワニスに含浸させることにより固めている場合に、ワニスの耐熱上の許容温度はおよそ１５０〜１８０℃であるのに対し、モータの温度がこの許容温度を超える傾向となる可能性がある。このため、従来から、モータの温度が許容温度を超える傾向となる場合には、モータの運転を間欠運転する等で、モータの温度を低下させることが考えられるが、この場合には燃料電池の高負荷での連続運転の実現が難しくなる。このため、燃料電池の高負荷時でも連続運転の実現が可能な構成が望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、燃料電池システムにおいて、燃料電池の高負荷時でも連続運転の実現を可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る燃料電池システムは、酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路と、燃料ガス供給流路の上流側に設けられた燃料ガス供給装置と、燃料電池の、使用済み燃料ガス出口と燃料ガス供給流路との間に接続される燃料ガス循環流路と、燃料ガス循環流路に設けられ、燃料ガス循環流路内から燃料ガス供給流路へ使用済み燃料ガスを還流させる、モータにより駆動される燃料ガス循環装置と、燃料ガス循環流路の燃料ガス循環装置よりもガス還流方向の上流側に設けられ、使用済み燃料ガス中に含まれる水分を除去する気液分離器と、燃料ガス循環流路のガス還流方向に離れた上流側接続部及び下流側接続部に、気液分離器を迂回して接続された迂回流路と、燃料ガス循環流路及び迂回流路の少なくとも一方の流路の、上流側接続部及び下流側接続部の間に設けられた流路切り換え弁と、を備え、流路切り替え弁は、燃料電池の高負荷運転時に使用済み燃料ガスが迂回流路を介して燃料ガス供給流路に送られるように開閉が切り替えられることを特徴とする燃料電池システムである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の高負荷運転時に使用済み燃料ガスが気液分離器を迂回する迂回流路を介して燃料ガス供給流路に送られる。このため、迂回流路よりもガス下流側に位置する燃料ガス循環装置に送られる使用済み燃料ガスの気液分離率を意図的に低下させることができる。すなわち、使用済み燃料ガス中に存在する水分が気液分離器で除去されることなく、燃料ガス循環装置に送られるガス中の水量を増やすことができる。この水分は燃料ガス循環装置の駆動部周辺部で蒸発し、気化熱が奪われることにより駆動部及び駆動部に連結されたモータを冷却できる。このため、燃料電池の高負荷運転時にモータが連続運転する場合でも、モータが過度に温度上昇することを防止でき、燃料電池の高負荷での連続運転の実現が可能となる。しかも、燃料ガス循環装置に流入した水は蒸発するので、燃料ガス循環装置の負荷となることがない。この結果、燃料ガス循環装置の時間定格を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施の形態の１例の燃料電池システムの基本構成を示す図である。
【図２】図１のＡ部の構造をより具体的に示す図である。
【図３】図２のＢ部について、迂回流路と主流路との合流部構造の異なる３例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態の１例につき詳細に説明する。図１から図３は、本実施の形態を示している。図１は、本発明に係る実施の形態の１例の燃料電池システムの基本構成を示す図である。図２は、図１のＡ部の構造をより具体的に示す図である。図３は、図２のＢ部について、迂回流路と主流路との合流部構造の異なる３例を示す図である。図１に示すように、燃料電池システム１０は、例えば、燃料電池車に搭載して使用するもので、燃料電池スタック１２を有する。この燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池セルを積層すると共に、燃料電池スタック１２の積層方向両端部に、集電板と、エンドプレートとを設けている。そして、複数の燃料電池セルと集電板とエンドプレートとをタイロッド、ナット等で締め付けている。なお、集電板とエンドプレートとの間に絶縁板を設けることもできる。
【００１２】
各燃料電池セルの詳細図は省略するが、例えば、電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とにより狭持して成る膜−アセンブリと、その両側のセパレータとを備えたものとする。また、アノード側電極（以下、単に「アノード」という。）には燃料ガスである水素ガスを供給可能とし、カソード側電極（以下、単に「カソード」という。）には酸化ガスである空気を供給可能としている。そして、アノードで触媒反応により発生した水素イオンを、電解質膜を介してカソードまで移動させ、カソードで酸素と電気化学反応を起こさせることにより、水を生成する。また、アノードからカソードへ外部回路を通じて電子を移動させることにより起電力を発生する。すなわち、図１に示す、複数の燃料電池セルを積層した燃料電池スタック１２は、酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する。また、カソード側の生成水等の、カソード側に存在する水は、電解質膜を通じてアノード側の流路にも入り込む。
【００１３】
また、酸化ガスである空気を燃料電池スタック１２に供給するために、酸化ガス供給流路１４を設けている。また、燃料電池スタック１２から電気化学反応に供された後の使用済み空気である空気オフガスを排出するために、酸化ガス系排出流路１６を設けている。酸化ガス供給流路１４の上流部に、酸化ガス供給装置であるエアコンプレッサ１８を設けている。そして、エアコンプレッサ１８により加圧された空気が、加湿器２０で加湿された後、燃料電池スタック１２のカソード側の酸化ガス流路に供給されるようにしている。
【００１４】
燃料電池スタック１２に供給され、各燃料電池セルで電気化学反応に供された後の空気オフガスは、燃料電池スタック１２から酸化ガス系排出流路１６を通じて排出された後、加湿器２０を通過してから希釈器２２を介して大気に放出される。加湿器２０は、燃料電池スタック１２から排出された後の空気オフガスから得た水分を、燃料電池スタック１２に供給される前の空気に与えて、加湿する役目を果たす。
【００１５】
一方、燃料ガスである水素ガスを燃料電池スタック１２に供給するために燃料ガス供給流路２４を設けている。また、燃料電池スタック１２から電気化学反応に供された後の使用済み水素ガスである水素オフガスを排出するために、燃料ガス系排出流路２６を設けている。水素オフガスには、未反応の水素も含まれる。また、水素オフガスには水分が含まれる場合もある。例えば、水素オフガスには、水素（Ｈ2）、窒素（Ｎ2）、水（Ｈ2Ｏ）等が含まれる。また、燃料ガス供給流路２４の上流部に、図示しない燃料ガス供給装置である、高圧水素タンク等の水素ガス供給装置を設けている。水素ガス供給装置から電磁弁である燃料ガス供給弁２８を介して燃料電池スタック１２に水素ガスが供給されるようにしている。
【００１６】
燃料電池スタック１２のアノード側の燃料ガス流路に供給され、電気化学反応に供された後の水素オフガスは、燃料電池スタック１２から燃料ガス循環流路３０を通じて排出される。燃料ガス循環流路３０は、上流側が燃料ガス系排出流路の役目を有するもので、燃料電池スタック１２の水素オフガス出口と、燃料ガス供給流路２４の燃料ガス供給弁２８よりも下流側部分との間に接続している。
【００１７】
燃料ガス循環流路３０は、気液分離器３２を含む主流路３４と、気液分離器３２を迂回する迂回流路３６とを有する。すなわち、図２に示すように、迂回流路３６の上流端は、主流路３４の気液分離器３２よりもガス上流側の上流側接続部３８で接続し、迂回流路３６の下流端は、主流路３４の気液分離器３２よりもガス下流側の下流側接続部４０で接続している。すなわち、燃料ガス循環流路３０のガス還流方向に離れた上流側接続部３８及び下流側接続部４０に、気液分離器３２を迂回するように迂回流路３６を接続している。
【００１８】
また、燃料ガス循環流路３０の主流路３４及び迂回流路３６の、上流側接続部３８及び下流側接続部４０の間に、電磁弁である第１流路切り替え弁４２及び第２流路切り替え弁４４を、それぞれ設けている。燃料ガス循環流路３０は、燃料電池スタック１２から排出された未反応の水素ガスを含む水素オフガスを、燃料ガス供給流路２４に戻すため、すなわち、燃料ガス循環流路３０内から燃料ガス供給流路２４（図１）へ還流させるために設けている。燃料ガス循環流路３０の、ガス還流方向に関して下流側接続部４０よりも下流側に、燃料ガス循環装置である水素ポンプ４６を設けている。水素ポンプ４６は、水素オフガスを、燃料ガス循環流路３０を通じて燃料ガス供給流路２４に戻し、水素ガス供給装置から送られる新たな水素ガスと合流させてから、再び燃料電池スタック１２に供給する。水素ポンプ４６は、例えばルーツ式、スクロール式、スクリュー式等のポンプであり、ケーシング内に設けられたポンプロータ４８をモータ５０により駆動する。モータ５０は図示しない二次電池から電力を供給されて駆動する。図１に示すように、モータ５０の駆動は、後述する制御部であるコントローラ（ＥＣＵ）５２により制御される。水素ポンプ４６は、回転数を調節可能としている。
【００１９】
モータの低負荷運転時等に燃料電池スタック１２から排出された水素オフガスは、水素ポンプ４６よりもガス還流方向の上流側に設けた気液分離器３２で、水分を除去されてから、水素ポンプ４６に送られる。気液分離器３２に排気排水流路５４を接続しており、排気排水流路５４の途中に排気排水弁であり、電磁弁であるパージ弁５６を設けている。排気排水流路５４の下流側に送られたガスおよび水分は、希釈器２２で、酸化ガス系排出流路１６の上流側から送られる空気オフガスと合流して、水素濃度が十分に低下されてから外部に排出される。なお、燃料ガス循環流路３０を構成する主流路３４の上流側接続部３８と下流側接続部４０との間の、気液分離器３２から外れた部分等、排気排水流路５４とは別の部分に、電磁弁である排気弁を設けることもできる。
【００２０】
また、コントローラ５２は、エアコンプレッサ１８と燃料ガス供給弁２８とに制御信号の伝達可能に接続している。コントローラ５２は、エアコンプレッサ１８に駆動を制御する制御信号を出力するとともに、燃料ガス供給弁２８の開閉を制御するための制御信号を出力する。また、コントローラ５２は、第１流路切り替え弁４２及び第２流路切り替え弁４４にも接続しており、各切り替え弁４２，４４の開閉を制御する。第１流路切り替え弁４２及び第２流路切り替え弁４４は、後述するように選択的に開弁される。このようなコントローラ５２は、ＣＰＵ、メモリ等を有するマイクロコンピュータを含む。
【００２１】
また、コントローラ５２には、燃料電池システム１０のイグニッションスイッチとして機能する図示しない起動スイッチが接続されており、起動スイッチからオン状態に対応する発電開始信号を受け取ることを条件に、発電開始処理が実行され、オフ状態に対応する発電停止信号を受け取ることを条件に、発電運転停止処理が実行されるように、燃料ガス供給弁２８、エアコンプレッサ１８、水素ポンプ４６等の各要素を制御する。
【００２２】
図３（ａ）は、迂回流路３６と主流路３４との合流部である下流側接続部４０を示している。図の例では迂回流路３６と主流路３４とが略直角に交わるように接続される。水素ポンプ４６（図１、図２）のガス入口は、主流路３４の下流側接続部４０よりもガス下流側に接続されている。図２に示すように、水素ポンプ４６は、ケーシング内に設けられたポンプロータ４８を、モータ５０の回転軸５８と一体に設けられた駆動軸６０により駆動させる。例えば、水素ポンプ４６がルーツ式である場合には、ケーシング内に互いに対向する２個のポンプロータ４８である繭形ロータを有し、一方の繭形ロータが駆動軸６０により駆動され、他方の繭形ロータは、駆動軸６０に図示しない歯車機構を介して駆動される図示しない従動軸により駆動される。モータ５０の回転軸５８は、モータケースの内側に回転可能に支持している。また、ケーシングとモータケースとは、一体に結合することもできる。また、ケーシングとモータケースとを単一のケーシングにより構成することもできる。モータ５０の回転軸５８の外径側にモータロータ６２を設けており、モータケースに固定したモータステータ６４にモータロータ６２を対向させている。ガス入口から水素ポンプ４６内に吸引され、内部で加圧された水素オフガスは、ガス出口から吐出され、燃料ガス供給流路２４（図１）に送られる。
【００２３】
さらに、図１に示すコントローラ５２は、流路切り替え弁制御部を有する。流路切り替え弁制御部は、燃料電池スタック１２の高負荷運転時に水素オフガスが主流路３４ではなく、迂回流路３６を介して燃料ガス供給流路２４に送られるように、各流路切り替え弁４２，４４を制御する。このため、流路切り替え弁４２，４４は、流路切り替え弁制御部により、燃料電池スタック１２の高負荷運転時に水素オフガスが迂回流路３６を介して燃料ガス供給流路２４に送られるように開閉が切り替えられる。
【００２４】
例えば、燃料電池システム１０を燃料電池車用として使用する場合に、コントローラ５２は、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ等から検出信号を入力され、その検出信号に基づいて燃料電池スタック１２に対する要求出力を演算する。コントローラ５２は、その要求出力に基づいて、水素ポンプ４６駆動用のモータ５０の回転速度、及びエアコンプレッサ１８駆動用のモータ６６の回転速度を演算し、各モータ５０，６６の駆動を演算値に基づいて制御する。ここで、流路切り替え弁制御部は、要求出力が予め設定された設定値以上である場合には燃料電池スタック１２の高負荷運転時であると判定して、第１流路切り替え弁４２を閉弁させるとともに、第２流路切り替え弁４４を開弁させる。この場合、燃料電池スタック１２から排出された水素オフガスは、気液分離器３２を介することなく、迂回流路３６を通じて水素ポンプ４６に送られる。これに対して、流路切り替え弁制御部は、要求出力が予め設定された設定値未満である場合には燃料電池スタック１２の高負荷運転時でないと判定して、第１流路切り替え弁４２を開弁させるとともに、第２流路切り替え弁４４を閉弁させる。この場合、燃料電池スタック１２から排出された水素オフガスは、気液分離器３２を介して、主流路３４を通じて水素ポンプ４６に送られる。
【００２５】
また、別例の第１例として、水素ポンプ４６駆動用のモータ５０にモータ温度監視手段である、モータ温度サーミスタを設け、モータ温度サーミスタの検出温度をコントローラ５２へ入力することもできる。流路切り替え弁制御部は、予め検出温度と要求出力との関係から得られたマップのデータを記憶し、モータ温度サーミスタの検出温度から、そのデータを参照して、要求出力が予め設定した設定値以上であるか否かを判定する。要求出力が設定値以上である場合には燃料電池スタックの高負荷運転時であると判定して、第１流路切り替え弁及び第２流路切り替え弁の開閉を制御し、水素オフガスが迂回流路３６を介して燃料ガス供給流路２４に送られるように開閉を切り替える。
【００２６】
また、別例の第２例として、流路切り替え弁制御部にこのようなマップのデータを記憶させず、モータ温度サーミスタの検出温度が予め設定した所定温度を超えた場合に、燃料電池スタック１２の高負荷運転時であると判定し、流路切り替え弁制御部により第１流路切り替え弁４２及び第２流路切り替え弁４４の開閉を制御して、水素オフガスが迂回流路３６を介して燃料ガス供給流路２４に送られるように開閉を切り替えるようにすることもできる。
【００２７】
また、別例の第３例として、コントローラ５２に流路切り替え弁制御部を設けずに、モータ温度サーミスタの検出温度が予め設定した所定温度を超えた場合に、第１流路切り替え弁４２に閉弁させる信号を入力し、第２流路切り替え弁４４に開弁させる信号を入力することで、水素オフガスが迂回流路３６を介して燃料ガス供給流路２４に送られるように各流路切り替え弁４２，４４の開閉を切り替えることもできる。別例の第１例から第３例の場合に、モータ温度サーミスタは、モータ５０（図２）の保護のために従来から設けているものを使用することもできる。
【００２８】
上記のように構成する本実施の形態の燃料電池システム１０によれば、各流路切り替え弁４２，４４は、燃料電池スタック１２の高負荷運転時に水素オフガスが迂回流路３６を介して燃料ガス供給流路２４に送られるように開閉が切り替えられる。このため、高負荷運転時には、燃料電池スタック１２から排出された直後の水素オフガスに水が含まれる場合に、気液分離器３２で水素オフガス中の水分が除去されず、下流側接続部４０を介して、水素ポンプ４６へ水分を含む水素オフガスが送られる。したがって、迂回流路３６よりもガス下流側に位置する水素ポンプ４６に送られる水素オフガスの気液分離率を、意図的に低下させることができる。すなわち、水素オフガス中に存在する水分が気液分離器３２で除去されることなく、水素ポンプ４６に送られるガス中の水量を増やすことができる。この水分は水素ポンプ４６の駆動部である、ポンプロータ４８（図２）周辺部で蒸発し、気化熱が奪われることによりポンプロータ４８及びこのポンプロータ４８に回転軸５８が連結されたモータ５０を冷却できる。ポンプロータ４８及びモータロータ６２は軸５８，６０を介して熱的に連結されている。このため、燃料電池スタック１２の高負荷運転時にモータ５０が連続運転する場合でも、モータ５０が過度に温度上昇することを防止でき、燃料電池スタック１２の高負荷での連続運転の実現が可能となる。しかも、水素ポンプ４６に流入した水は蒸発するので、水素ポンプ４６の負荷となることがない。この結果、水素ポンプ４６の時間定格、すなわち水素ポンプ４６をある回転数で駆動させ続けることが可能な時間を延ばすことができる。
【００２９】
なお、別例の第４例の構造として、燃料ガス循環流路３０に第１流路切り替え弁４２と第２流路切り替え弁４４との２つを設けるのではなく、上流側接続部３８及び下流側接続部４０の一方または両方に三方弁式流路切り替え弁を設けて、三方弁式流路切り替え弁は、燃料電池スタック１２の高負荷運転時に水素オフガスが迂回流路３６を介して燃料ガス供給流路２４に送られるように開閉が切り替えられるようにすることもできる。
【００３０】
また、別例の第５例の構造として、燃料ガス循環流路３０に第１流路切り替え弁４２と第２流路切り替え弁４４との２つを設けるのではなく、気液分離器３２側の第１流路切り替え弁４２の１つのみ設け、第１流路切り替え弁４２は、燃料電池スタック１２の高負荷運転時に水素オフガスが迂回流路３６を介して燃料ガス供給流路２４に送られるように開閉が切り替えられるようにすることもできる。
【００３１】
この構成によれば、流路切り替え弁の数を２つ設ける場合よりも少なくできる。また、２つの流路切り替え弁を設ける場合には、両方の切り替え弁が何らかの不具合で閉弁のまま駆動しなくなった場合に、ガスの流れが閉塞するため、燃料電池システム１０の耐久性を有効に確保する面から改良の余地がある。これに対して、上記のように流路切り替え弁を、第１流路切り替え弁４２の１つのみ設けた場合には、不具合発生時でも常に迂回流路３６の下流側と水素ポンプ４６ガス入口とが接続されるため、流路が閉塞されず、燃料電池システム１０の耐久性をより有効に確保できる。なお、この場合には、第１流路切り替え弁４２を開弁しても、迂回流路３６側にも水素オフガスが流れるため、水素オフガスの気液分離率は、流路切り替え弁を２つ設ける場合よりも悪化する。
【００３２】
図３（ｂ）は、別例の第６例の構造を示している。この第６例の構造では、下流側接続部４０において、迂回流路３６の下流側を主流路３４に対し傾斜させるように接続している。すなわち、下流側接続部４０で要求される気液分離性能に応じて、下流側接続部４０で迂回流路３６を主流路に対し傾斜させている。この場合には、迂回流路３６の下流側を水素ポンプ４６に向かうように、図３（ｂ）の上側に傾斜させている。このため、水分を含む水素オフガスのうち、水素ポンプ４６と気液分離器３２とのうち、水素ポンプ４６側に向かうガスの流量が高くなり、気液分離率が悪化し、水素ポンプ４６内への流入水量は増加する。したがって、水素ポンプ４６駆動用のモータ５０の冷却性を向上できる。
【００３３】
図３（ｃ）は、別例の第７例の構造を示している。この第７例の構造も、下流側接続部４０で要求される気液分離性能に応じて、下流側接続部４０で迂回流路３６を主流路３４に対し傾斜させている。この場合には、迂回流路３６の下流側を気液分離器３２に向かうように傾斜させている。このため、水分を含む水素オフガスのうち、水素ポンプ４６と気液分離器３２とのうち、気液分離器３２側に向かうガスの流量が高くなり、気液分離率が向上し、逆に水素ポンプ４６内への流入水量は減少する。したがって、水素ポンプ４６駆動用のモータ５０の冷却性が低下する。
【００３４】
このような別例の第６例または第７例によれば、水素ポンプ４６の性能に応じて、配管形状の変更だけで、気液分離率を調整でき、水素ポンプ４６への流入水量を調整できる。このため、熱定格不足であれば、下流側接続部４０で別例の第６例のように迂回流路３６を水素ポンプ４６に向け傾斜させることがより好ましい。また、配管形状の変更だけで水素ポンプ４６内への流入水量の微調整ができる。例えば、燃料電池スタック１２の性能が想定よりも悪かった場合、水素ポンプ４６の構造自体を設計変更することなく、熱定格の改善が可能となる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  燃料電池システム、１２  燃料電池スタック、１４  酸化ガス供給流路、１６  酸化ガス系排出流路、１８  エアコンプレッサ、２０  加湿器、２２  希釈器、２４  燃料ガス供給流路、２６  燃料ガス系排出流路、２８  燃料ガス供給弁、３０  燃料ガス循環流路、３２  気液分離器、３４  主流路、３６  迂回流路、３８  上流側接続部、４０  下流側接続部、４２  第１流路切り替え弁、４４  第２流路切り替え弁、４６  水素ポンプ、４８  ポンプロータ、５０  コントローラ（ＥＣＵ）、５２  排気排水流路、５４  パージ弁、５６  回転軸、５８  駆動軸、６０  モータロータ、６２  モータステータ、６４  モータ。
【図１】
2010262824.tif 000003
【図２】
2010262824.tif 000004
【図３】
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