(57)【要約】【課題】燃料電池システムの低温始動性の向上を図る。【解決手段】燃料電池システムは、水素ガスと酸化剤ガスとを供給されて発電を行う燃料電池１と、燃料電池１に水素ガスを供給する水素ガス供給流路１０と、燃料電池１から排出される水素オフガスを水素ガス供給流路１０に戻す水素オフガス循環流路２０と、水素オフガス循環流路２０に設けられて水素オフガスを昇圧する水素ポンプ７と、水素ポンプ７をバイパスして水素オフガスを水素ガス供給流路１０に戻す水素オフガスバイパス流路２２と、水素ガス供給流路１０に設けられ水素オフガスバイパス流路２０の水素オフガスを水素ガス供給流路１０に送り込むエゼクタ６と、を備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスと酸化剤ガスとを供給されて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に水素ガスを供給する水素ガス供給流路と、
前記燃料電池から排出される水素オフガスを前記水素ガス供給流路に戻す水素オフガス循環流路と、
前記水素オフガス循環流路に設けられて水素オフガスを昇圧する水素ポンプと、
前記水素ポンプをバイパスして水素オフガスを前記水素ガス供給流路に戻す水素オフガスバイパス流路と、
前記水素ガス供給流路に設けられ前記水素オフガスバイパス流路の水素オフガスを水素ガス供給流路に送り込むエゼクタと、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記水素オフガスバイパス流路に、水素オフガスの逆流を阻止する逆流防止手段を備える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】
前記水素オフガス循環流路と前記水素オフガスバイパス流路が前記エゼクタの吸込側に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記逆流防止手段は、前記水素ポンプの運転状態に応じて制御される遮断弁であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記遮断弁は、前記水素ポンプの回転数が所定回転数を超えているときに閉状態に制御され、前記所定回転数以下のときに開状態に制御されることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記逆流防止手段は、外気温度が所定温度を超えているときに閉状態に制御され、前記所定温度以下のときに開状態に制御される遮断弁であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記逆流防止手段は、前記水素オフガスが前記水素オフガスバイパス流路を前記エゼクタに流入する方向へ流れるのを許容し、その逆の方向へ流れるのを阻止する逆止弁であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池自動車等に用いられる燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水素ガスと酸化剤ガスを反応ガスとして発電する燃料電池では発電に伴い水が生成されるので、この生成水を燃料電池内から排出するために、水素ガスおよび酸化剤ガスを発電に必要な消費量よりも多く供給するようにしている。
したがって、燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガス（以下、水素オフガスという）には未反応の水素ガスが含まれており、これをそのまま放出したのでは燃費が悪化してしまう。そこで、燃費向上のため、この水素オフガスを水素ポンプ等の昇圧手段を用いて積極的に循環させ、新鮮な水素ガスと混合して再度燃料電池に供給する燃料電池システムが考案されている（例えば、特許文献１参照）。以下、このように燃料を循環再利用する燃料電池システムを循環式燃料電池システムと称す。
【０００３】
ところで、固体高分子電解質膜型の燃料電池の場合には、固体高分子電解質膜が乾燥してしまうと、イオン伝導率が低下し、発電出力が低下するため、良好な発電性能を保つために固体高分子電解質膜を所定の湿度に保つ必要がある。そこで、固体高分子電解質膜型の燃料電池では、水素ガスを加湿して燃料電池に供給する場合がある（例えば、特許文献２参照）。
この燃料電池の場合には、燃料電池から排出される水素オフガスも水分を含んでいる。そのため、この固体高分子電解質膜型の燃料電池を備えた循環式燃料電池システムでは、水分を含んだ水素オフガスを水素ポンプ等で循環することになる。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５８−３００７５号公報
【特許文献２】
特開平７−２４０２２０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した固体高分子電解質膜型の燃料電池を備えた循環式燃料電池システムにおいては、氷点下の環境に燃料電池システムを停止させたときに水素ポンプ内が凍結してしまい、水素ポンプの始動が困難になったり吐出量が低下する虞があった。このようになると、低温始動時に水素オフガスの循環量が低下し、その結果、燃料電池への水素供給量が低下して、燃料電池システムの安定した始動が困難になる虞がある。
なお、水素ポンプの凍結は、加湿された水素ガスを燃料電池に供給する場合に限られるものではなく、燃料電池に供給される水素ガスを積極的に加湿しない循環式燃料電池システムにおいても起こり得る。というのは、前述の如く燃料電池では発電に伴い水が生成され、この生成水が水素オフガスとともに排出されるからである。
また、凍結以外の原因で水素ポンプが運転できなくなったり吐出量が低下した場合も、同様の問題が生じる。
【０００６】
そこで、この発明は、凍結等により水素ポンプが運転できないときにも水素オフガスを循環させることができ、低温始動性にも優れた燃料電池システムを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、水素ガスと酸化剤ガスとを供給されて発電を行う燃料電池（例えば、後述する実施の形態における燃料電池１）と、前記燃料電池に水素ガスを供給する水素ガス供給流路（例えば、後述する実施の形態における水素ガス供給流路１０）と、前記燃料電池から排出される水素オフガスを前記水素ガス供給流路に戻す水素オフガス循環流路（例えば、後述する実施の形態における水素オフガス循環流路２０）と、前記水素オフガス循環流路に設けられて水素オフガスを昇圧する水素ポンプ（例えば、後述する実施の形態における水素ポンプ７）と、前記水素ポンプをバイパスして水素オフガスを前記水素ガス供給流路に戻す水素オフガスバイパス流路（例えば、後述する実施の形態における水素オフガスバイパス流路２２）と、前記水素ガス供給流路に設けられ前記水素オフガスバイパス流路の水素オフガスを水素ガス供給流路に送り込むエゼクタ（例えば、後述する実施の形態におけるエゼクタ６）と、を備えたことを特徴とする燃料電池システムである。
このように構成することにより、水素ポンプが正常に運転されているときには、水素オフガスを水素オフガス循環流路を介して水素ガス供給流路に戻すことができ、また、水素ポンプの不調などにより水素オフガス循環流路を流通させたのでは水素オフガスの循環量が不足するときには、水素オフガスを、水素オフガスバイパス流路を介しエゼクタによって水素ガス供給流路に戻すことができるので、水素オフガスを確実に循環させることができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記水素オフガスバイパス流路に、水素オフガスの逆流を阻止する逆流防止手段（例えば、後述する実施の形態における遮断弁２３、逆止弁２４）を備えることを特徴とする。
このように構成することにより、水素ポンプが正常に運転されているときに、水素ポンプで昇圧した水素オフガスが水素オフガスバイパス流路に流通するのを阻止することができ、水素オフガスの全量を循環させることができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記水素オフガス循環流路と前記水素オフガスバイパス流路が前記エゼクタの吸込側に接続されていることを特徴とする。
このように構成することにより、流路構成を簡略化することが可能になる。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項２または請求項３に記載の発明において、前記逆流防止手段は、前記水素ポンプの運転状態に応じて制御される遮断弁（例えば、後述する実施の形態における遮断弁２３）であることを特徴とする。
このように構成することにより、水素ポンプが正常に運転されているときに遮断弁を閉状態に制御することにより、水素オフガスが水素オフガスバイパス流路に流通するのを阻止して、水素オフガスの全量を水素ポンプで循環させることができ、水素ポンプが運転不能あるいは運転不調のときに遮断弁を開状態に制御することにより、水素オフガスバイパス流路およびエゼクタを介して水素オフガスを循環させることができる。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の発明において、前記遮断弁は、前記水素ポンプの回転数が所定回転数を超えているときに閉状態に制御され、前記所定回転数以下のときに開状態に制御されることを特徴とする。
このように構成することにより、水素ポンプの回転数が所定回転数を超えているときに水素ポンプが正常運転であると判定して遮断弁を閉状態に制御することにより、水素オフガスが水素オフガスバイパス流路に流通するのを阻止して、水素オフガスの全量を水素ポンプで循環させることができ、水素ポンプの回転数が所定回転数以下のときに水素ポンプが運転不能あるいは運転不調であると判定して遮断弁を開状態に制御することにより、水素オフガスバイパス流路およびエゼクタを介して水素オフガスを循環させることができる。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項２または請求項３に記載の発明において、前記逆流防止手段は、外気温度が所定温度を超えているときに閉状態に制御され、前記所定温度以下のときに開状態に制御される遮断弁であることを特徴とする。
このように構成することにより、外気温度が所定温度を超えているときには水素ポンプが凍結している虞がないので、このときに遮断弁を閉状態に制御することにより、水素オフガスが水素オフガスバイパス流路に流通するのを阻止して、水素オフガスの全量を水素ポンプで循環させることができ、外気温度が所定温度以下のときには水素ポンプが凍結している虞があり、このときに遮断弁を開状態に制御することにより、水素オフガスバイパス流路およびエゼクタを介して水素オフガスを循環させることができる。
【００１３】
請求項７に係る発明は、請求項２または請求項３に記載の発明において、前記逆流防止手段は、前記水素オフガスが前記水素オフガスバイパス流路を前記エゼクタに流入する方向へ流れるのを許容し、その逆の方向へ流れるのを阻止する逆止弁（例えば、後述する実施の形態における逆止弁２４）であることを特徴とする。
このように構成することにより、逆止弁は通路閉塞や吸入抵抗の増大を機械的に感知して開閉するので、電気的な制御なしに、水素ポンプが正常に運転されているときには、水素オフガスが水素オフガスバイパス流路に流通するのを阻止して、水素オフガスの全量を水素ポンプで循環させることができ、水素ポンプの運転不調（運転不能を含む）などにより水素オフガス循環流路を流通させたのでは水素オフガスの循環量が不足するときには、水素オフガスバイパス流路およびエゼクタを介して水素オフガスを循環させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る燃料電池システムの実施の形態を図１から図３の図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施の形態は、燃料電池自動車に搭載される燃料電池システムの態様である。
【００１５】
〔第１の実施の形態〕
初めに、この発明に係る燃料電池システムの第１の実施の形態を図１の図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施の形態における燃料電池システムの概略構成図である。
燃料電池１は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されたスタックからなり、アノードに燃料として水素ガスを供給し、カソードに酸化剤として酸素を含む空気を供給すると、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。なお、カソード側で生じた生成水の一部は固体高分子電解質膜を介してアノード側に逆拡散するため、アノード側にも生成水が存在する。
【００１６】
空気はコンプレッサ２により所定圧力に昇圧され、燃料電池１のカソードに供給される。この空気は発電に供された後、燃料電池１のカソードから空気オフガスとして排出され、圧力制御弁３を介して排出される。
一方、高圧水素タンク４から供給される水素ガスは、圧力制御弁５およびエゼクタ６を備えた水素ガス供給流路１０を通り、圧力制御弁５で所定圧力に減圧されて燃料電池１のアノードに供給される。
【００１７】
燃料電池１に供給された水素ガスは発電に供された後、未反応の水素ガスが水素オフガスとして燃料電池１のアノードから水素オフガス循環流路２０に排出される。水素オフガス循環流路２０は、エゼクタ６の吸込側に接続されており、水素オフガス循環流路２０の途中には水素ポンプ７と逆止弁２１が設けられている。燃料電池１のカソードから排出された水素オフガスは、水素ポンプ７で昇圧され、逆止弁２１を通ってエゼクタ６に流入するようにされており、これにより、水素オフガスは、高圧水素タンク４から供給される新鮮な水素ガスと混合されて、再び燃料電池１のアノードに供給されるようになっている。
また、水素オフガス循環流路２０には、水素ポンプ７と逆止弁２１をバイパスする水素オフガスバイパス流路２２が接続されている。
【００１８】
このように構成された燃料電池システムにおいては、水素ポンプ７が正常に運転されているときには、前述したように、燃料電池１のカソードから排出された水素オフガスが、水素オフガス循環流路２０を通る途中で水素ポンプ７により昇圧され、逆止弁２１を通ってエゼクタ６に流入し、高圧水素タンク４から供給される新鮮な水素ガスと混合されて、水素ガス供給流路１０を通って再び燃料電池１のアノードに供給される。これが、水素ポンプ７が正常に運転されている時の水素オフガスの循環経路であり、以下、この経路を「正常時の循環経路」と称す。
【００１９】
しかしながら、水素ポンプ７が凍結などにより運転できなかったり、運転はされていても正常時の循環経路による水素オフガスの流量が極めて少ないときには、高圧水素タンク４から送り出された新鮮な水素ガスがエゼクタ６を流れる際に生じる負圧によって、エゼクタ６近傍の水素オフガス循環流路２０内の水素オフガスが吸引される。その結果、燃料電池１のアノードから水素オフガス循環流路２０に排出された水素オフガスが、水素オフガスバイパス流路２２を通り、逆止弁２１よりも下流の水素オフガス循環流路２０を通って、エゼクタ６に吸引され、高圧水素タンク４から供給される新鮮な水素ガスと混合されて、水素ガス供給流路１０を通り再び燃料電池１のアノードに供給されるようになる。以下、この経路を「異常時の循環経路」と称す。このときには、エゼクタ６が、水素オフガスバイパス流路２２の水素オフガスを水素ガス供給流路６に送り込む。
【００２０】
したがって、水素ポンプ７が凍結により運転不能または流量低下したり、あるいは、凍結以外の原因により水素ポンプ７が運転不調になったり、あるいは、水素ポンプ７は正常に運転できても逆止弁２１や水素ポンプ７近傍の流路が目詰まりするなどがあったときにも、水素オフガスを所定流量で確実に循環させることができる。その結果、このようなときにも、水素を安定して燃料電池１に供給することができるようになり、燃料電池システムを安定して運転することができる。
特に、低温始動時に燃料電池システムを安定して運転することができるようになるので、燃料電池自動車の始動性が向上して、利便性が向上する。
【００２１】
なお、この実施の形態では、水素オフガス循環流路２０において逆止弁２１とエゼクタ６を接続する部分は、異常時に水素オフガスが流れることから、水素オフガスバイパス流路２２の一部とみなすことができ、水素オフガス循環流路２０と水素オフガスバイパス流路２２はエゼクタ６の吸込側に接続されているといえる。これにより、流路構成が簡略化され、燃料電池システムを小型・軽量にすることができる。
【００２２】
ところで、水素オフガスバイパス流路２２の流路抵抗にもよるが、正常時の循環経路で水素オフガスを循環しているときに、水素ポンプ７で昇圧された水素オフガスの一部が、水素ガス供給流路１０に向かって流れずに水素オフガスバイパス流路２２を通って水素ポンプ７の吸込側に戻ってくる場合がある。このようになると、水素オフガスを所望の流量で循環させることができなくなる虞がある。
したがって、水素オフガスバイパス流路２２には、正常時に水素ポンプ７で昇圧した水素オフガスが水素オフガスバイパス流路２２を通って水素ポンプ７の吸込側に戻ってくるのを阻止する逆流防止手段を備えるのが好ましい。
以下に説明する実施の形態は、水素オフガスバイパス流路２２に逆流防止手段を設けたものである。
【００２３】
〔第２の実施の形態〕
次に、この発明に係る燃料電池システムの第２の実施の形態を図２の図面を参照して説明する。第２の実施の形態の燃料電池システムが第１の実施の形態のものと相違する点は、水素オフガスバイパス流路２２に逆流防止手段としての遮断弁２３が設けられている点だけである。
その他の構成については第１の実施の形態のものと同じであるので、同一態様部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
遮断弁２３は電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０によって開閉を制御される。
遮断弁２３は水素ポンプ７の運転状態に応じて制御することが可能である。その場合の一制御例を説明すると、水素ポンプ７の回転数をポンプ回転数センサ５１で検出し、検出されたポンプ回転数が所定回転数Ｎを越えるときには、水素ポンプ７は正常に運転されていると判定して遮断弁２３を閉状態に制御し、ポンプ回転数が前記所定回転数Ｎ以下のときには、水素ポンプ７が不調と判定して遮断弁２３を開状態に制御する。
【００２５】
このように遮断弁２３を制御すると、水素ポンプ７が正常に運転されているときには遮断弁２３を閉状態にすることができるので、水素オフガスが水素オフガスバイパス流路２２を流通するのを阻止することができ、水素オフガスの全量を水素ポンプ７で循環させることができる。また、水素ポンプ７が運転不調（運転不能を含む）であるときには遮断弁２３を開状態にすることができるので、水素オフガスバイパス流路２２およびエゼクタ６を介して水素オフガスを循環させることができる。
したがって、水素を更に安定して燃料電池１に供給することができるようになり、燃料電池システムを更に安定して運転することができる。
【００２６】
また、遮断弁２３は外気温度に応じて制御することも可能である。その場合の一制御例を説明すると、外気温センサ５２で検出された外気温度が所定温度Ｔを越えているときには、水素ポンプ７が凍結しておらず水素ポンプ７が正常に運転されていると判定して遮断弁２３を閉状態に制御し、外気温度が前記所定温度Ｔ以下のときには、水素ポンプ７が凍結している虞があると判定して遮断弁２３を開状態に制御する。
【００２７】
このように遮断弁２３を制御すると、外気温度が所定温度を超えていて水素ポンプ７が凍結している虞がないときには遮断弁２３を閉状態にすることができるので、水素オフガスが水素オフガスバイパス流路２２を流通するのを阻止することができ、水素オフガスの全量を水素ポンプ７で循環させることができる。また、外気温度が所定温度以下で水素ポンプ７が凍結している虞があるときには遮断弁２３を開状態にすることができるので、水素オフガスバイパス流路２２およびエゼクタ６を介して水素オフガスを循環させることができる。
したがって、水素を更に安定して燃料電池１に供給することができるようになり、燃料電池システムを更に安定して運転することができる。この実施の形態では、特に、燃料電池システムの低温始動性が向上する。
【００２８】
また、第２の実施の形態においては、水素オフガスバイパス流路２２が逆止弁２１をバイパスするように設けられているので、水素オフガスは異常時の循環経路を流れるときに逆止弁２１を通らずにエゼクタ６に流入することができ、その結果、エゼクタ６の吸込側の圧力損失を減らすことができ、水素オフガスの循環量を増やすことができる。
【００２９】
〔第３の実施の形態〕
次に、この発明に係る燃料電池システムの第３の実施の形態を図３の図面を参照して説明する。第３の実施の形態の燃料電池システムが第１の実施の形態のものと相違する点は、水素オフガスバイパス流路２２に逆流防止手段としての逆止弁２４が設けられている点だけである。この逆止弁２４には、リードバルブ型やポペットバルブ型など種々のタイプのものが採用可能である。
その他の構成については第１の実施の形態のものと同じであるので、同一態様部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００３０】
この逆止弁２４は、水素オフガスが水素オフガスバイパス流路２２を、水素ポンプ７より下流側の水素オフガス循環流路２０から逆止弁２１より上流側の水素オフガス循環流路２０に流れるのを許容し、その逆の方向へ水素オフガスが水素オフガスバイパス流路２２を流れるのを阻止する。換言すれば、逆止弁２４は、水素オフガスが水素オフガスバイパス流路２２をエゼクタ６に流入する方向へ流れるのを許容し、その逆の方向へ流れるのを阻止する。
【００３１】
このように水素オフガスバイパス流路２２に逆止弁２４を設けると、逆止弁２４は通路閉塞や吸入抵抗の増大を機械的に感知して開閉するので、第２の実施の形態のように電気的な制御をすることなく、水素ポンプ７が正常に運転されているときには、逆止弁２４によって水素オフガスが水素オフガスバイパス流路２２を逆流するのを阻止することができ、水素オフガスの全量を水素ポンプ７で循環させることができる。また、水素ポンプ７の運転不調（運転不能を含む）などにより正常時の循環経路では水素オフガスの循環量が不足するときには、水素オフガスバイパス流路２２、逆止弁２４、エゼクタ６を介して水素オフガスを循環させることができる。
したがって、水素を更に安定して燃料電池１に供給することができるようになり、燃料電池システムを更に安定して運転することができる。また、電気的制御が不要になって、燃料電池システムの構成を簡単にすることができる。
【００３２】
また、第３の実施の形態においても、水素オフガスバイパス流路２２が逆止弁２１をバイパスするように設けられているので、第２の実施の形態の場合と同様、エゼクタ６の吸込側の圧力損失を減らすことができ、水素オフガスの循環量を増やすことができる。
【００３３】
なお、逆止弁２４が凍結する場合も考えられるが、逆止弁２４の下流側がエゼクタ６の吸込側に接続されているので、逆止弁２４の下流側に負圧が生じ、その結果、逆止弁２４の前後に差圧が発生して、この差圧によって逆止弁２４の凍結による張り付きを解除することができる。
【００３４】
〔他の実施の形態〕
なお、この発明は前述した実施の形態に限られるものではない。
例えば、前述した各実施の形態では、流路構成の簡略化などのために、水素オフガスバイパス流路２２を水素オフガス循環流路２０に合流させてエゼクタ６の吸込側に接続しているが、水素オフガスバイパス流路２２だけをエゼクタ６の吸込側に接続し、水素オフガス循環流路２０はエゼクタ６よりも下流の水素ガス供給流路１０に接続することも可能である。この場合には、正常時に水素オフガスが水素オフガスバイパス流路２２を流通しないように、第２の実施の形態と同様に、水素オフガスバイパス流路２２に電気制御式の遮断弁を設けるのが好ましい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項１に係る発明によれば、水素ポンプが正常に運転されているときには、水素オフガスを水素オフガス循環流路を介して水素ガス供給流路に戻すことができ、水素ポンプの不調などにより水素オフガス循環流路を流通させたのでは水素オフガスの循環量が不足するときには、水素オフガスを、水素オフガスバイパス流路を介しエゼクタによって水素ガス供給流路に戻すことができ、水素オフガスを確実に循環させることができる。したがって、水素ポンプの運転不能時あるいは運転不調時にも水素を安定して燃料電池に供給することができるようになって、燃料電池システムの運転が安定するという優れた効果が奏される。
【００３６】
請求項２に係る発明によれば、水素ポンプが正常に運転されているときに、水素ポンプで昇圧した水素オフガスが水素オフガスバイパス流路に流通するのを阻止することができ、水素オフガスの全量を循環させることができるので、燃料電池を所望する出力で安定して運転することができるという効果がある。
請求項３に係る発明によれば、流路構成を簡略化することが可能になり、燃料電池システムの小型・軽量化を図ることができるという効果がある。
【００３７】
請求項４に係る発明によれば、水素ポンプが正常に運転されているときに遮断弁を閉状態に制御することにより、水素オフガスが水素オフガスバイパス流路に流通するのを阻止して、水素オフガスの全量を水素ポンプで循環させることができ、水素ポンプが運転不能あるいは運転不調のときに遮断弁を開状態に制御することにより、水素オフガスバイパス流路およびエゼクタを介して水素オフガスを循環させることができるという効果がある。
【００３８】
請求項５に係る発明によれば、水素ポンプの回転数が所定回転数を超えているときに水素ポンプが正常運転であると判定して遮断弁を閉状態に制御することにより、水素オフガスが水素オフガスバイパス流路に流通するのを阻止して、水素オフガスの全量を水素ポンプで循環させることができ、水素ポンプの回転数が所定回転数以下のときに水素ポンプが運転不能あるいは運転不調であると判定して遮断弁を開状態に制御することにより、水素オフガスバイパス流路およびエゼクタを介して水素オフガスを循環させることができるという効果がある。
【００３９】
請求項６に係る発明によれば、外気温度が所定温度を超えているときには水素ポンプが凍結している虞がないので、このときに遮断弁を閉状態に制御することにより、水素オフガスが水素オフガスバイパス流路に流通するのを阻止して、水素オフガスの全量を水素ポンプで循環させることができ、外気温度が所定温度以下のときには水素ポンプが凍結している虞があり、このときに遮断弁を開状態に制御することにより、水素オフガスバイパス流路およびエゼクタを介して水素オフガスを循環させることができる。その結果、水素ポンプが凍結して運転不能あるいは運転不調のときにも、燃料電池に水素を安定して供給することができ、燃料電池システムの低温始動性が向上し安定するという効果がある。
【００４０】
請求項７に係る発明によれば、逆止弁は通路閉塞や吸入抵抗の増大を機械的に感知して開閉するので、電気的な制御なしに、水素ポンプが正常に運転されているときには、水素オフガスが水素オフガスバイパス流路に流通するのを阻止して、水素オフガスの全量を水素ポンプで循環させることができ、水素ポンプの運転不調（運転不能を含む）などにより水素オフガス循環流路を流通させたのでは水素オフガスの循環量が不足するときには、水素オフガスバイパス流路およびエゼクタを介して水素オフガスを循環させることができるので、燃料電池システムの構成を簡単にすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る燃料電池システムの第１の実施の形態における概略構成図である。
【図２】この発明に係る燃料電池システムの第２の実施の形態における概略構成図である。
【図３】この発明に係る燃料電池システムの第３の実施の形態における概略構成図である。
【符号の説明】
１  燃料電池
６  エゼクタ
７  水素ポンプ
１０  水素ガス供給流路
２０  水素オフガス循環流路
２２  水素オフガスバイパス流路
２３  遮断弁（逆流防止手段）
２４  逆止弁（逆流防止手段）
【図１】
2004152529.tif 000003
【図２】
2004152529.tif 000004
【図３】
2004152529.tif 000005