(57)【要約】【課題】燃料電池から排出される水素オフガスと共にエゼクタへ流れる水分を低減させてエゼクタにおける流路の凍結閉塞を抑制すること。【解決手段】燃料電池システムは、水素ガスとエアの供給を受けて発電する燃料電池１と、燃料電池１に水素ガスを供給する水素供給流路２と、燃料電池１からの水素オフガスを水素供給流路２へ循環させる第１水素循環流路３と、水素供給流路２と第１水素循環流路３との間に設けられたエゼクタ４と、第１水素循環流路２と並列に配置され、水素オフガスを燃料電池１へ循環させる第２水素循環流路５と、第２水素循環流路５に設けられる水素ポンプ６とを備える。燃料電池１から第１水素循環流路３へ流れる水素オフガスに含まれる水分を、燃料電池１から第２水素循環流路５へ流れる水素オフガスに含まれる水分よりも少なくする流路構造を第１水素循環流路３と第２水素循環流路５の配置により構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に燃料ガス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る燃料オフガスを前記燃料供給流路へ循環させるための第１燃料循環流路と、
前記燃料供給流路と前記第１燃料循環流路との間に設けられたエゼクタと、
前記エゼクタを迂回するように前記第１燃料循環流路と並列に配置され、前記燃料電池から排出される燃料オフガスを前記燃料電池へ循環させるための第２燃料循環流路と、
前記第２燃料循環流路に設けられて前記燃料オフガスを圧送するための燃料ポンプと
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池から排出されて前記第１燃料循環流路へ流れる燃料オフガスに含まれる水分を、前記燃料電池から排出されて前記第２燃料循環流路へ流れる燃料オフガスに含まれる水分よりも少なくするための流路構造を前記第１燃料循環流路と前記第２燃料循環流路の配置により構成したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記流路構造は、前記第１燃料循環流路の入口と前記第２燃料循環流路の入口を前記燃料電池に個別に接続すると共に、前記第１燃料循環流路の入口を前記第２燃料循環流路の入口よりも天地方向における天側に配置したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記流路構造は、前記第１燃料循環流路と前記第２燃料循環流路を前記燃料電池に接続される共通流路から分岐させて設け、前記共通流路の分岐部から前記第１燃料循環流路を天地方向における天側へ向けて一旦伸ばすと共に、前記第２燃料循環流路を天地方向における地側へ向けて一旦伸ばしたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記エゼクタより上流の前記燃料供給流路の一部が、前記分岐部と前記エゼクタとの間の前記第１燃料循環流路に熱交換可能に隣接したことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第２燃料循環流路の出口を前記燃料電池に接続したことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記エゼクタを前記燃料電池に隣接又は内蔵させたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気自動車等の電源として使用される燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される燃料電池システムが知られている。このシステムは、電気自動車の電源として使用される燃料電池に水素ガスを燃料として供給する水素供給流路と、燃料電池から排出される水素オフガスを水素供給流路へ循環させる第１水素循環流路と、水素供給流路と第１水素循環流路との間に設けられたエゼクタと、第１水素循環流路と並列に配置され燃料電池から排出される水素オフガスを水素供給流路へ循環させる第２水素循環流路と、第２水素循環流路に設けられる水素ポンプとを備える。この構成によれば、燃料電池に要求される発電量が少ないときは、水素供給流路及びエゼクタを介して燃料電池に水素ガスを供給すると共に、燃料電池から排出される水素オフガスを、水素ポンプを駆動させることで第２水素循環流路及び水素ポンプを介して水素供給流路へ循環させるようになっている。一方、燃料電池に要求される発電量が多いときは、燃料電池に供給される水素ガスの流量を増やすと共に、水素ポンプを停止し、燃料電池から排出される水素オフガスを、エゼクタで発生する負圧によって吸引させることで第１水素循環流路及びエゼクタを介して水素供給流路へ循環させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５８８７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、燃料電池から排出される水素オフガスを第１水素循環流路と第２水素循環流路へ振り分けるための構成が、単に燃料電池につながる１つの共通流路が第１水素循環流路と第２水素循環流路に分岐しているだけであった。このため、燃料電池の内部で発生する水分が水素オフガスと共に第１水素循環流路を介してエゼクタへ流れるおそれがあった。この結果、エゼクタに流れた水分が低温の水素ガスによりエゼクタが冷やされることで凍結してその流路を閉塞させ、エゼクタの機能を損ねるおそれがあった。
【０００５】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料電池から排出される燃料オフガスと共にエゼクタへ流れる水分を低減させてエゼクタにおける流路の凍結閉塞を抑制することを可能とした燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池と、燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給流路と、燃料電池から排出される燃料オフガスを燃料供給流路へ循環させるための第１燃料循環流路と、燃料供給流路と第１燃料循環流路との間に設けられたエゼクタと、エゼクタを迂回するように第１燃料循環流路と並列に配置され、燃料電池から排出される燃料オフガスを燃料電池へ循環させるための第２燃料循環流路と、第２燃料循環流路に設けられて燃料オフガスを圧送するための燃料ポンプとを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池から排出されて第１燃料循環流路へ流れる燃料オフガスに含まれる水分を、燃料電池から排出されて第２燃料循環流路へ流れる燃料オフガスに含まれる水分よりも少なくするための流路構造を第１燃料循環流路と第２燃料循環流路の配置により構成したことを趣旨とする。
【０００７】
上記発明の構成によれば、燃料電池では、燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電が行われる。このとき、燃料電池の内部で水分が生じ、水分を含む燃料オフガスが燃料電池から排出される。燃料電池から第１燃料循環流路へ流れた燃料オフガスは、燃料供給流路を流れる燃料ガスによりエゼクタで負圧が発生することでエゼクタに吸引されて燃料供給流路を介して燃料電池へ循環される。また、燃料電池から第２燃料循環流路へ流れた燃料オフガスは、燃料ポンプにより圧送されることで燃料電池へ循環される。ここで、第１燃料循環流路と第２燃料循環流路の配置により構成された流路構造が設けられることから、燃料電池から排出されて第１燃料循環流路へ流れる燃料オフガスに含まれる水分が、燃料電池から排出されて第２燃料循環流路へ流れる燃料オフガスに含まれる水分よりも少なくなる。従って、第１燃料循環流路を介してエゼクタへ流れる燃料オフガスに含まれる水分が相対的に少なくなる。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、流路構造は、第１燃料循環流路の入口と第２燃料循環流路の入口を燃料電池に個別に接続すると共に、第１燃料循環流路の入口を第２燃料循環流路の入口よりも天地方向における天側に配置したことを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、燃料電池の中では、水分が自重により燃料電池の地側へ下がり、燃料オフガスと共に、地側に配置された第２燃料循環流路の入口から同流路へ流れることになり、水分の少ない燃料オフガスが天側に配置された第１燃料循環流路の入口から同流路へ流れることになる。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、流路構造は、第１燃料循環流路と第２燃料循環流路を燃料電池に接続される共通流路から分岐させて設け、共通流路の分岐部から第１燃料循環流路を天地方向における天側へ向けて一旦伸ばすと共に、第２燃料循環流路を天地方向における地側へ向けて一旦伸ばしたことを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、燃料電池から共通流路へ排出された燃料オフガスの中の水分は、分岐部より地側へ向けて一旦伸ばされた第２燃料循環流路へ自重により下がることになり、第１燃料循環流路を介してエゼクタへ流れる燃料オフガスに含まれる水分が相対的に少なくなる。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、エゼクタより上流の燃料供給流路の一部が、分岐部とエゼクタとの間の第１燃料循環流路に熱交換可能に隣接したことを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、燃料供給流路の一部に熱交換可能に隣接している第１燃料循環流路の一部が、燃料供給流路を流れる低温の燃料ガスにより冷却されるので、エゼクタへ流れる燃料オフガスに含まれる水分が冷やされて燃料オフガスから分離される。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の発明において、第２燃料循環流路の出口を燃料電池に接続したことを趣旨とする。
【００１５】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の作用に加え、第２燃料循環流路を流れる燃料オフガスが、同流路の出口から燃料電池へ直接循環されることになり、その燃料オフガスに燃料電池の熱が与えられる。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の発明において、エゼクタを燃料電池に隣接又は内蔵させたことを趣旨とする。
【００１７】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の作用に加え、エゼクタが燃料電池に隣接又は内蔵されるので、エゼクタに燃料電池の熱が与えられる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、燃料電池から排出される燃料オフガスと共にエゼクタへ流れる水分を低減させてエゼクタにおける流路の凍結閉塞を抑制することができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、燃料電池から排出される燃料オフガスと共にエゼクタへ流れる水分を低減させてエゼクタにおける流路の凍結閉塞を抑制することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、燃料電池から排出される燃料オフガスと共にエゼクタへ流れる水分を低減させてエゼクタにおける流路の凍結閉塞を抑制することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加え、水素オフガスに含まれる水分を自重により分離する効果に加え、その水分を冷却によっても分離することができ、水分の分離効果を向上させることができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の効果に加え、第２燃料循環流路を介して燃料電池に循環された燃料オフガスが、燃料供給流路を介して供給される低温の水素ガスと合流したときのアイシングによる氷結を抑制することができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の効果に加え、エゼクタにおける流路の凍結閉塞をより確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係り、燃料電池システムを示す概略構成図。
【図２】第２実施形態に係り、燃料電池システムを示す概略構成図。
【図３】第３実施形態に係り、燃料電池システムを示す概略構成図。
【図４】第４実施形態に係り、燃料電池システムを示す概略構成図。
【図５】同実施形態に係り、図４の鎖線円の部分を示す拡大断面図。
【図６】第５実施形態に係り、燃料電池システムを示す概略構成図。
【図７】同実施形態に係り、図６の鎖線円の部分を示す拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
＜第１実施形態＞
以下、本発明における燃料電池システムを具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１に、この実施形態における燃料電池システムを概略構成図により示す。この燃料電池システムは、電動自動車に搭載され、その駆動用モータ（図示略）に電力を供給するために使用される。燃料電池システムは、燃料電池（ＦＣ）１を備える。燃料電池１は、燃料ガス（水素ガス）と酸化剤ガス（エア）の供給を受けて発電を行うようになっている。燃料電池１で発電した電力は、インバータ（図示略）を介して駆動用モータに供給されるようになっている。この駆動用モータは、別途の指令に基づいて制御されるようになっている。
【００２７】
燃料電池１のアノード側には、燃料電池１に水素ガスを供給するための本発明の燃料供給流路としての水素供給流路２と、燃料電池１から排出される燃料オフガス（水素オフガス）を水素供給流路２へ循環させるための本発明の第１燃料循環流路としての第１水素循環流路３と、水素供給流路２と第１水素循環流路３との間に設けられたエゼクタ４と、エゼクタ４を迂回するように第１水素循環流路３と並列に配置され、燃料電池１から排出される水素オフガスを燃料電池１へ循環させるための本発明の第２燃料循環流路としての第２水素循環流路５と、第２水素循環流路５に設けられて水素オフガスを圧送するための本発明の燃料ポンプとしての水素ポンプ６とが設けられる。水素供給流路２には、水素タンク７から水素ガスが流れるようになっている。
【００２８】
エゼクタ４より上流の水素供給流路２には、インジェクタ８が設けられる。このインジェクタ８は、電磁弁により構成され、エゼクタ４へ供給される水素ガスの圧力を調節するようになっている。このインジェクタ８は、デューティ制御によって水素ガスの噴射圧力が調節される。
【００２９】
第１水素循環流路３には、逆止弁９が設けられる。逆止弁９は、エゼクタ４からの水素ガスの逆流を防止するようになっている。
【００３０】
水素ポンプ６より上流の第２水素循環流路５には、気液分離器１０が設けられる。気液分離器１０は、水素オフガスから水分を分離し、水素オフガスのみを水素ポンプ６へ向けて流し、水分を排出流路１１を介して外部へ排出するようになっている。排出流路１１には、電磁弁により構成される排気排水弁１２が設けられる。
【００３１】
エゼクタ４と燃料電池１との間の水素供給流路２には、第１水素圧力センサ２１が設けられる。第１水素圧力センサ２１は、燃料電池１に供給される水素ガスの供給圧力（水素供給圧力）を検出するようになっている。
【００３２】
インジェクタ８とエゼクタ４との間の水素供給流路２には、第２水素圧力センサ２２が設けられる。第２水素圧力センサ２２は、エゼクタ４の上流側における水素ガスの圧力（エゼクタ上流水素圧力）を検出するようになっている。
【００３３】
一方、燃料電池１のカソード側には、燃料電池１に酸化剤ガスとしてのエアを供給するためのエア供給流路１３と、燃料電池１から排出されるエアオフガスを排出するためのエア排出流路１４とが設けられる。エア供給流路１３には、燃料電池１に対するエアの供給量を調節するためのエアポンプ１５が設けられる。エアポンプ１５より下流のエア供給流路１３には、エア圧力センサ２３が設けられる。エア圧力センサ２３は、燃料電池１へ供給されるエアの圧力を検出するようになっている。また、エア排出流路１４には、電磁弁よりなる切換弁１７が設けられる。
【００３４】
この実施形態では、燃料電池１から排出されて第１水素循環流路３へ流れる水素オフガスに含まれる水分を、燃料電池１から排出されて第２水素循環流路５へ流れる水素オフガスに含まれる水分よりも少なくするための流路構造が設けられる。この流路構造は、第１水素循環流路３と第２水素循環流路５の配置により構成される。すなわち、この実施形態で、流路構造は、第１水素循環流路３の入口３ａと第２水素循環流路５の入口５ａを燃料電池１に個別に接続すると共に、第１水素循環流路３の入口３ａを第２水素循環流路５の入口５ａよりも燃料電池１の天地方向（図１の上下方向）における天側に配置することにより構成される。第１水素循環流路３の出口３ｂはエゼクタ４に接続される。第２水素循環流路５の出口５ｂは、エゼクタ４より下流の水素供給流路２に接続される。
【００３５】
上記構成において、水素タンク７の水素ガスは、水素供給流路２及びエゼクタ４を介して燃料電池１へ供給されるようになっている。燃料電池１に供給された水素ガスは、同電池１にて発電に使用された後、同電池１から水素オフガスとして第１水素循環流路３又は第２水素循環流路５へ排出されるようになっている。水素オフガスには、燃料電池１の内部の生成水などの水分が含まれる。燃料電池１から第１水素循環流路３へ排出される水素オフガスは、第１水素循環流路３、逆止弁９及びエゼクタ４を介して水素供給流路２へ循環可能となっている。このとき、水素オフガスは、エゼクタ４を流れる水素ガスによってエゼクタ４に負圧が発生することで、その負圧に吸引されて水素ガスに合流し、水素供給流路２へ循環される。一方、燃料電池１から第２水素循環流路５へ排出される水素オフガスは、気液分離器１０にて水分と分離された後、第２水素循環流路５及び水素ポンプ６を介して水素供給流路２へ循環可能となっている。このとき、気液分離器１０にて水分と分離された水素オフガスは、水素ポンプ６を駆動させることにより、第２水素循環流路５を介して水素供給流路２へ循環される。第１水素循環流路３により水素オフガスを循環させるか、第２水素循環流路５により水素オフガスを循環させるかは、水素ポンプ６を制御することで使い分けることができる。
【００３６】
この燃料電池システムは、コントローラ３０を更に備える。コントローラ３０は、第１水素圧力センサ２１、第２水素圧力センサ２２及びエア圧力センサ２３の検出信号をそれぞれ入力するようになっている。コントローラ３０は、燃料電池１の発電に係る電圧値及び電流値をそれぞれ入力するようになっている。また、コントローラ３０は、電気自動車の運転操作に係る指令値として、運転席に設けられたアクセルセンサ３１からアクセルペダル３２の操作量に相当するアクセル開度を入力するようになっている。コントローラ３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）及びメモリを備え、燃料電池１へ供給される水素流量及びエア流量を制御するために、メモリに記憶された所定の制御プログラムに基づいてインジェクタ８、排気排水弁１２、水素ポンプ６、エアポンプ１５及び切換弁１７等を制御するようになっている。すなわち、コントローラ３０は、燃料電池１に供給される水素流量を制御するために、各水素圧力センサ２１，２２の検出信号等に基づいてインジェクタ８及び水素ポンプ６を制御するようになっている。また、コントローラ３０は、排出流路１１からの排気排水を調節するために排気排水弁１２を制御するようになっている。一方、コントローラ３０は、燃料電池１へ供給されるエアの流量（エア流量）を調節するために、エア圧力センサ２３の検出信号等に基づいてエアポンプ１５を制御するようになっている。また、コントローラ３０は、エア排出流路１４からのエアオフガスの排出流量を調節するために切換弁１７を制御するようになっている。
【００３７】
以上説明したこの実施形態の燃料電池システムによれば、燃料電池１では、水素ガスとエアの供給を受けて発電が行われる。このとき、燃料電池１の内部で生成水を含む水分が発生し、その水分を含む水素オフガスが燃料電池１から排出される。燃料電池１から排出されて第１水素循環流路３へ流れた水素オフガスは、水素供給流路２を流れる水素ガスによりエゼクタ４で負圧が発生することでエゼクタ４に吸引されて水素供給流路２へ循環され、更に燃料電池１へと循環される。また、燃料電池１から排出されて第２水素循環流路５へ流れた水素オフガスは、水素ポンプ６により圧送されることで水素供給流路２へ循環され、更に燃料電池１へと循環される。
【００３８】
ここで、燃料電池１のアノード側には、第１水素循環流路３と第２水素循環流路５の配置により構成された水分分離のための流路構造が設けられることから、燃料電池１から排出されて第１水素循環流路３へ流れる水素オフガスに含まれる水分が、燃料電池１から排出されて第２水素循環流路５へ流れる水素オフガスに含まれる水分よりも少なくなる。すなわち、この実施形態では、第１水素循環流路３の入口３ａと第２水素循環流路５の入口５ａが燃料電池１に個別に接続されると共に、第１水素循環流路３の入口３ａが第２水素循環流路５の入口５ａよりも天地方向における天側に配置される。従って、燃料電池１の中では、水分が自重により燃料電池１の地側へ下がり、水素オフガスと共に、地側に配置された第２水素循環流路５の入口５ａから同流路５へ流れることになる。そして、水分の少ない水素オフガスが上記入口５ａよりも天側に配置された第１水素循環流路３の入口３ａから同流路３へ流れることになる。従って、第１水素循環流路３を介してエゼクタ４へ流れる水素オフガスに含まれる水分が相対的に少なくなる。この結果、燃料電池１から排出される水素オフガスと共にエゼクタ４へ流れる水分を低減させてエゼクタ４における流路の凍結閉塞を抑制することができる。
【００３９】
この実施形態では、第２水素循環流路５に気液分離器１０が設けられるので、同流路５介して水素供給流路２へ循環される水素オフガスに含まれる水分を低減することができる。このため、第２水素循環流路５を介して水素供給流路２に循環された水素オフガスが、同流路２を流れる低温の水素ガスと合流したときのアイシングによる水分の氷結を抑制することができる。
【００４０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明における燃料電池システムを具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００４１】
なお、以下の説明において前記第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。
【００４２】
図２に、この実施形態の燃料電池システムを概略構成図により示す。この実施形態では、第２水素循環流路５の配置の点で第１実施形態と構成が異なる。すなわち、図２において、第２水素循環流路５の出口５ｂが、水素供給流路２を介さずに燃料電池１に直接接続される。
【００４３】
以上説明したこの実施形態の燃料電池システムによれば、第１実施形態の作用効果に加え、次のような作用効果を有する。すなわち、第２水素循環流路５を流れる水素オフガスが、同流路５の出口５ｂから燃料電池１へ直接循環されることになり、その水素オフガスに燃料電池１の熱が与えられる。このため、第２水素循環流路５を介して燃料電池１に循環された水素オフガスが、水素供給流路２を介して供給される低温の水素ガスと合流したときのアイシングによる水分の氷結を抑制することができる。また、この実施形態では、第１実施形態と同様、第２水素循環流路５に気液分離器１０が設けられているので、第１実施形態よりも水分の氷結抑制効果を高めることができる。
【００４４】
＜第３実施形態＞
次に、本発明における燃料電池システムを具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００４５】
図３に、この実施形態の燃料電池システムを概略構成図により示す。この実施形態では、エゼクタ４の配置の点で第２実施形態と構成が異なる。すなわち、図３において、エゼクタ４を燃料電池１に隣接して設けられる。例えば、燃料電池１を構成するハウジングの外壁にエゼクタ４を近接させて配置することができる。
【００４６】
以上説明したこの実施形態の燃料電池システムによれば、第２実施形態の作用効果に加え、次のような作用効果を有する。すなわち、エゼクタ４が燃料電池１に隣接して設けられるので、エゼクタ４に燃料電池１の熱が与えられる。この結果、エゼクタ４における流路の凍結閉塞をより確実に抑制することができる。
【００４７】
＜第４実施形態＞
次に、本発明における燃料電池システムを具体化した第４実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００４８】
図４に、この実施形態の燃料電池システムを概略構成図により示す。この実施形態では、第１水素循環流路３と第２水素循環流路５の水分分離のための流路構造の構成の点で前記各実施形態と異なる。すなわち、この実施形態では、図４に示すように、前記各実施形態において第２水素循環流路５に設けられた気液分離器１０、排出通路１１及び排気排水弁１２が省略される。また、水分分離のための流路構造は、第１水素循環流路３と第２水素循環流路５を燃料電池１に接続される共通流路１８から分岐させて設け、その共通流路１８の分岐部１９から第１水素循環流路３を天地方向における天側へ向けて一旦伸ばすと共に、第２水素循環流路５を天地方向における地側へ向けて一旦伸ばすことで構成される。
【００４９】
図５に、図４の鎖線円Ｓ１の部分を拡大断面図により示す。図５において、太線は水素オフガスの流れＦ１を示す。水素オフガスの流れＦ１は、共通流路１８を流れ、分岐部１９にて第１水素循環流路３又は第２水素循環流路５へ分岐して流れることがわかる。一方、図５において、太破線は水素オフガスの中の水蒸気の流れ（水分の流れ）Ｆ２を示す。水分の流れＦ２は、共通流路１８を流れ、分岐部１９にてその自重により第２水素循環流路５を下方へ流れることがわかる。
【００５０】
以上説明したこの実施形態の燃料電池システムによれば、第２実施形態の作用効果（気液分離器１０の作用効果を除く。）に加え、次のような作用効果を有する。すなわち、燃料電池１から共通流路１８へ排出された水素オフガスの中の水分は、分岐部１９より地側へ向けて一旦伸ばされた第２水素循環流路５へ自重により下がることになり、第１水素循環流路３を介してエゼクタ４へ流れる水素オフガスに含まれる水分が相対的に少なくなる。この結果、燃料電池１から排出される水素オフガスと共にエゼクタ４へ流れる水分を低減させてエゼクタ４における流路の凍結閉塞を抑制することができる。
【００５１】
＜第５実施形態＞
次に、本発明における燃料電池システムを具体化した第５実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００５２】
図６に、この実施形態の燃料電池システムを概略構成図により示す。この実施形態では、エゼクタ４より上流の水素供給流路２の配置の点で前記第４実施形態と異なる。すなわち、この実施形態では、図６に示すように、エゼクタ４より上流の水素供給流路２の一部が、分岐部１９とエゼクタ４との間の第１水素循環流路３に熱交換可能に隣接して設けられる。具体的には、水素供給流路２の一部が、分岐部１９の近傍の第１水素循環流路３に対してスペーサ２０を介して接触して設けられる。
【００５３】
図７に、図６の鎖線円Ｓ２の部分を拡大断面図により示す。図５と異なり、図７において、水素供給流路２の中の太線は水素ガスの流れＦ３を示す。低温の水素ガスの流れＦ３は、分岐部１９の近傍の第１水素循環流路３に隣接して流れることがわかる。
【００５４】
以上説明したこの実施形態の燃料電池システムによれば、第４実施形態の作用効果に加え、次のような作用効果を有する。すなわち、水素供給流路２の一部に熱交換可能に隣接した第１水素循環流路３の一部が、水素供給流路２を流れる低温の水素ガスにより冷却されるので、エゼクタ４へ流れる水素オフガスに含まれる水分が冷やされて水素オフガスから分離される。このため、水素オフガスに含まれる水分を自重により分離する効果に加え、その水分を冷却によっても分離することができ、水分の分離効果を向上させることができる。
【００５５】
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することができる。
【００５６】
（１）前記第３実施形態では、エゼクタ４を燃料電池１に隣接して設けたが、エゼクタを燃料電池に内蔵して設けることもできる。例えば、燃料電池１を構成するハウジングの内部にエゼクタ４を配置することができる。この場合もエゼクタに燃料電池の熱が有効に与えることができる。
【００５７】
（２）前記第４及び第５の実施形態では、第１乃至第３の実施形態に設けられた気液分離器１０、排出流路１１及び排気排水弁を第２水素循環流路５に設けることもできる。この場合、第２水素循環流路５を流れる水素オフガスに含まれる水分を低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
この発明は、電気自動車等の電源として利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１  燃料電池
２  水素供給流路（燃料供給流路）
３  第１水素循環流路（第１燃料循環流路）
３ａ  入口
３ｂ  出口
４  エゼクタ
５  第２水素循環流路（第２燃料循環流路）
５ａ  入口
５ｂ  出口
６  水素ポンプ（燃料ポンプ）
１８  共通流路
１９  分岐部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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