(57)【要約】【課題】構造の複雑化を招くことなく水素流量の増大に対応できるようにする。【解決手段】水素貯蔵装置３と燃料電池１との間に、仕様の異なる３つのエゼクタ５，７，９を並列に接続する。各エゼクタ５，７，９には、燃料電池１から排出される余剰の水素を、水素循環共通流路３５から、３つの循環分岐流路３７，３９，４１を経て各エゼクタ５，７，９に循環させる。各エゼクタ５，７，９の上下流両側には、遮断機構１３，１５，１９，２１，２５，２７を設け、各エゼクタ５，７，９に対応する上下流両側の遮断機構の開閉により、３つのエゼクタ３，７，９を使い分ける。【選択図】　　　図１
2004146098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に水素供給源から供給する水素の、前記燃料電池から排出される余剰分を、前記燃料電池に循環させるエゼクタを備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池と前記水素供給源との間に、３つ以上のエゼクタを配置し、前記３つ以上のエゼクタのうち使用しないものについては、遮断機構により水素の流通を遮断することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
水素流入口，水素排出口および水素循環口をそれぞれ備えたハウジング内に、複数のエゼクタ部を内蔵した弁体を移動可能に設け、この弁体の移動により、前記複数のエゼクタ部のうちのいずれかを選択することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記ハウジング内に、円筒状の弁体を軸心に沿ってスライド移動可能に収容し、前記弁体内に、前記水素循環口に連通する水素循環流路を設けるとともに、この水素循環流路に連通する前記複数のエゼクタ部を、前記弁体のスライド移動方向に沿って設け、前記弁体を前記ハウジングに対してスライド移動させることで、前記複数のエゼクタ部のうちのいずれかを、前記ハウジングの水素流入口および水素排出口に連通させることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記ハウジング内に、円筒状の弁体を軸心を中心として回転移動可能に収容し、前記弁体に、前記水素循環口に連通する水素循環流路を設けるとともに、この水素循環流路に連通する複数のエゼクタ部を、前記弁体の回転移動方向に沿って設け、前記弁体を前記ハウジングに対して回転移動させることで、前記複数のエゼクタ部のうちのいずれかを、前記ハウジングの水素流入口および水素排出口に連通させることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記ハウジング内に、球状の弁体を回転移動可能に収容し、前記弁体に、前記水素循環口に連通する水素循環流路を設けるとともに、この水素循環流路に連通する複数のエゼクタ部を、前記弁体の回転移動方向に沿って設け、前記弁体を前記ハウジングに対して回転移動させることで、前記複数のエゼクタ部のうちのいずれかを、前記ハウジングの水素流入口および水素排出口に連通させることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記ハウジング内に、円筒状の弁体を軸心に沿ってスライド移動しつつ軸心を中心として回転移動可能に収容し、前記弁体に、前記水素循環口に連通する水素循環流路を設けるとともに、この水素循環流路に連通する複数のエゼクタ部を、前記弁体のスライド移動しながら回転移動する方向に沿って螺旋状に設け、前記弁体を前記ハウジングに対してスライド移動しながら回転移動させることで、前記複数のエゼクタ部のうちのいずれかを、前記ハウジングの水素流入口および排出口に連通させることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項７】
水素流入口，水素排出口および水素循環口をそれぞれ備えたハウジング内に、複数のエゼクタ部を内蔵した弁体を移動可能に設け、この弁体の移動により、前記複数のエゼクタ部のうちのいずれかを選択することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
前記ハウジング内に、円筒状の弁体を軸心に沿ってスライド移動可能に収容し、前記弁体内に、前記水素循環口に連通する水素循環流路を設けるとともに、この水素循環流路に連通する前記複数のエゼクタ部を、前記弁体のスライド移動方向に沿って設け、前記弁体を前記ハウジングに対してスライド移動させることで、前記複数のエゼクタ部のうちのいずれかを、前記ハウジングの水素流入口および水素排出口に連通させることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記ハウジング内に、円筒状の弁体を軸心を中心として回転移動可能に収容し、前記弁体に、前記水素循環口に連通する水素循環流路を設けるとともに、この水素循環流路に連通する複数のエゼクタ部を、前記弁体の回転移動方向に沿って設け、前記弁体を前記ハウジングに対して回転移動させることで、前記複数のエゼクタ部のうちのいずれかを、前記ハウジングの水素流入口および水素排出口に連通させることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記ハウジング内に、球状の弁体を回転移動可能に収容し、前記弁体に、前記水素循環口に連通する水素循環流路を設けるとともに、この水素循環流路に連通する複数のエゼクタ部を、前記弁体の回転移動方向に沿って設け、前記弁体を前記ハウジングに対して回転移動させることで、前記複数のエゼクタ部のうちのいずれかを、前記ハウジングの水素流入口および水素排出口に連通させることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記ハウジング内に、円筒状の弁体を軸心に沿ってスライド移動しつつ軸心を中心として回転移動可能に収容し、前記弁体に、前記水素循環口に連通する水素循環流路を設けるとともに、この水素循環流路に連通する複数のエゼクタ部を、前記弁体のスライド移動しながら回転移動する方向に沿って螺旋状に設け、前記弁体を前記ハウジングに対してスライド移動しながら回転移動させることで、前記複数のエゼクタ部のうちのいずれかを、前記ハウジングの水素流入口および排出口に連通させることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記エゼクタ部のディフューザを、前記複数のエゼクタ部で共通のものとして前記ハウジングに設けたことを特徴とする請求項２ないし１１のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記弁体は、その移動により前記水素流入口および水素排出口を遮断する遮断部を備えていることを特徴とする請求項２ないし１２のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記弁体に一端を連結したシャフトを、前記ハウジングから外部に引き出してその他端をアクチュエータに接続し、前記シャシフトと前記ハウジングとの間に、シール材を設け、前記水素流入口および水素排出口の前記弁体とのそれぞれの接触部周囲にシール材を設けたことを特徴とする請求項２，３，６，７，８，１１のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記水素流入口，水素排出口および水素循環口の前記弁体とのそれぞれの接触部周囲にシール材を設けたことを特徴とする請求項２，４，５，７，９，１０のいずれか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、燃料電池に水素供給源から供給する水素の、燃料電池から排出される余剰分を、燃料電池に循環させるエゼクタを備えた燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池への水素供給量に関しては、水素ストイキ比（流し込む水素量／発電で消費する水素量）を１以上（例えば１．５）に確保することが多く、反応に使用されない水素は、水素利用率向上のために循環させる。
【０００３】
この循環にエゼクタを使用する場合、１つのエゼクタで充分な場合もあるが、流量に合わせて２つのエゼクタを切り替えて選択して使用する場合もある。ただし、２つのエゼクタを切り替えて使用する場合には、切替機構および逆流防止機構が必要となる。
【０００４】
このような２つのエゼクタを備えて、切替機構および逆流防止機構を使用する例として、特許文献１に記載されたものがある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−５６８７０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来のものでは、燃料電池の出力向上などで水素流量の幅（ダイナミックレンジ）が増大する場合には、２つのエゼクタでは全流量をカバーしきれない場合が想定され、また単に、３つのエゼクタを設けただけでは、切替機構や逆流防止機構を必要とすることから構造の複雑化を招く。
【０００７】
そこで、この発明は、構造の複雑化を招くことなく水素流量の増大に対応できるようにすることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、燃料電池に水素供給源から供給する水素の、前記燃料電池から排出される余剰分を、前記燃料電池に循環させるエゼクタを備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池と前記水素供給源との間に、３つ以上のエゼクタを配置し、前記３つ以上のエゼクタのうち使用しないものについては、遮断機構により水素の流通を遮断する構成としてある。
【０００９】
【発明の効果】
この発明によれば、３つ以上のエゼクタを、切替機構および逆流防止機構を使用することなく、単に遮断機構を用いて選択できるので、構造の複雑化を招くことなく、２つのエゼクタでは対応しきれない広い流量幅に対応することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１１】
図１は、この発明の第１の実施形態を示す燃料電池システムの全体構成図である。この燃料電池システムは、燃料電池１と、水素供給源としての水素貯蔵装置３との間に、燃料電池１に供給した水素のうちの余剰分を燃料電池１に還流させる３つのエゼクタ５，７，９を互いに並列に接続してある。
【００１２】
これら３つのエゼクタ５，７，９は、図２に示すように、供給空気（本実施形態では水素）流量と循環比（供給量に対する循環量の比）との関係を互いに異なるものとしてある。ここで、実線ａがエゼクタ５，破線ｂがエゼクタ７，一点鎖線ｃがエゼクタ９にそれぞれ対応しており、これらを組み合わせて使用することにより、曲線Ｐより上の広い供給空気流量領域が得られる。
【００１３】
エゼクタ５を配置してある水素流路１１の上下流両側には遮断機構１３，１５を、エゼクタ７を配置してある水素流路１７の上下流両側には遮断機構１９，２１を、エゼクタ９を配置してある水素流路２３の上下流両側には遮断機構２５，２７を、それぞれ設けている。
【００１４】
上記した各水素流路１１，１７，２３を互いに並列接続し、その下流側端部を下流側共通流路２９により燃料電池１に接続し、同上流側端部を上流側共通流路３１により水素貯蔵装置３に接続する。そしてこの上流側共通流路３１には、水素の圧力を調整する圧力調整機構３３を設けている。
【００１５】
また、燃料電池１の水素排出口には、水素循環共通流路３５の一端を接続し、この水素循環共通流路３５の他端側を、３つの循環分岐流路３７，３９，４１に分岐して各エゼクタ５，７，９にそれぞれ接続する。
【００１６】
上記した構成の燃料電池システムでは、水素貯蔵装置３から送り出す水素は、圧力調整機構３３によって圧力調整し、要求水素流量や要求循環水素流量に応じて、エゼクタ５に対応する遮断機構１３，１５と、エゼクタ７に対応する遮断機構１９，２１と、エゼクタ９に対応する遮断機構２５，２７とを、開または閉とする。
【００１７】
これにより、圧力調整した水素は、３つのエゼクタ５，７，９のうちの１つまたは複数に流入し、燃料電池１に供給されて発電に使用される。ここで発電に使用されずに、余剰となった水素は、燃料電池１から水素循環共通流路３５を経て遮断機構が開となっているエゼクタに、対応する循環分岐流路３７，３９，４１のいずれかを通して吸引されて循環し、この循環水素も燃料電池１に供給される。
【００１８】
不使用のエゼクタについては、その上下流に設けてある両遮断機構を遮断することで、不使用のエゼクタへの水素の流入を防止できるとともに、使用しているエゼクタの下流側から不使用のエゼクタへの水素の逆流も防止することができる。
【００１９】
上記した第１の実施形態によれば、３つ以上の仕様の異なるエゼクタ５，７，９を、切替機構および逆流防止機構を使用することなく、単に遮断機構を用いて選択できるので、構造の複雑化を招くことなく、燃料電池１での水素極の圧力，温度，流量，ストイキ比に拘らず、図２に示すように、２つのエゼクタでは対応しきれない極少流量から最大流量までの広い流量幅に対応することができる。
【００２０】
図３（ａ）は、この発明の第２の実施形態に係わる燃料電池システムに使用する３つのエゼクタ部を備えたエゼクタユニットの断面図である。このエゼクタユニットは、直方体形状のハウジング４３内の弁体収容空間４５に、円筒状の弁体４７を図中で上下方向の軸心に沿ってスライド移動可能に設けてある。
【００２１】
ハウジング４３の上下方向ほぼ中央で左右対称位置には、弁体収容空間４５に開口する水素流入口４９および水素排出口５１をそれぞれ設けている。水素流入口４９には図示しない水素貯蔵装置から供給される水素が流入し、水素排出口５１から水素が排出されて図示しない燃料電池に供給される。また、ハウジング４３の下部には、水素循環口５３を弁体収容空間４５に連通して設けている。この水素循環口５３には、上記した燃料電池から排出される余剰分の水素が流入する。
【００２２】
弁体４７は、その中央部に上下方向に延びる水素循環流路５５を備えており、水素循環流路５５の下端は弁体収容空間４５に開口している。
【００２３】
上記した弁体４７には、水素循環流路５５の上下方向に沿って、３つのエゼクタ部５７，５９，６１をそれぞれ設けている。各エゼクタ部５７，５９，６１は、弁体５７の図３中で右側にて上下方向沿って設けたノズル６３，６５，６７と、この各ノズル６３，６５，６７に対向する位置に設けたディフューザ６９，７１，７３とを、それぞれ備えている。
【００２４】
ここで、上記した各エゼクタ部５７，５９，６１は、前記第１の実施形態と同様に、図２に示したように、供給空気（本実施形態では水素）流量と循環比との関係すなわち仕様を互いに異なるものとしてある。
【００２５】
そして、弁体４７の上下のスライド移動により、各エゼクタ部５７，５９，６１のいずれかを、水素流入口４９および水素排出口５１に対応する位置として選択し、この選択したいずれかのエゼクタ部を使用して燃料電池に水素を供給する。
【００２６】
上記した図３は、弁体４７を最上部に移動させて最下部のエゼクタ部６１を使用している状態を示す。すなわち、このときノズル６７が水素流入口４９に、ディフューザ７３が水素排出口５１に、それぞれ連通する。図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００２７】
また図４は、弁体４７を上下中央位置に移動させてエゼクタ部５９を選択した状態を示す。すなわち、このときノズル６５が水素流入口４９に、ディフューザ７１が水素排出口５１に、それぞれ連通する。
【００２８】
弁体４７の上端には、シャフト７５の一端（下端）を連結し、シャフト７５の他端側はハウジング４３から外部へ引き出して、直動アクチュエータ７７に連結する。すなわち、この直動アクチュエータ７７の駆動により、弁体４７が上下にスライド移動する。
【００２９】
上記したシャフト７５とハウジング４３との間には、シール材７９を設け、さらに水素流入口４９および水素排出口５１の弁体４７とのそれぞれの接触部周囲には、シール材８１および８５を設けている。
【００３０】
次に、上記した第２の実施形態の作用を説明する。直動アクチュエータ７７の駆動により、弁体４７を例えば図３（ａ）に示すように最上部へスライド移動させて、エゼクタ部６１を使用する場合を考える。
【００３１】
この場合には、ハウジング４３の水素流入口４９に流入した水素は、ノズル６７から水素循環流路５５を経てディフューザ７３に達し、水素排出口５１から外部へ流出し、図示しない燃料電池に供給される。
【００３２】
水素がノズル６７から水素循環流路５５を経てディフューザ７３に達する際には、燃料電池から排出されてハウジング４３の水素循環口５３を経て弁体収容空間４５に流入する水素を吸引し、水素流入口４９から流入する水素とともに燃料電池に供給される。
【００３３】
上記した第２の実施形態によれば、３つの仕様の異なるエゼクタ部５７，５９，６１を、切替機構および逆流防止機構を使用することなく、弁体４７のスライド移動により選択できるので、構造の複雑化を招くことなく、燃料電池での水素極の圧力，温度，流量，ストイキ比に拘らず、図２に示すように２つのエゼクタ部では対応しきれない極少流量から最大流量まで広い流量幅に対応することができる。
【００３４】
また、上記した第２の実施形態によれば、弁体４７のスライド移動により、弁体４７内の複数のエゼクタ部５７，５９，６１のうちの１つを、ハウジング４３に設置した水素流量口４９および水素排出口５１に合わせ、使用するエゼクタ部を選択できる。このため、複数のエゼクタ部の設置と切り替えを、簡単でコンパクトな構造と操作でできる。
【００３５】
さらに、選択しない他のエゼクタ部は、ハウジング４３に設置した水素流入口４９および水素排出口５１から外れているため、自動的に遮断機能が働き、分岐機構や逆流防止機構を別に設けて制御する必要がなくなる。また、この構造では、複数のエゼクタ部への供給ガスおよび循環ガスの分配と、排出ガスの合流構造も不要であり、部品形状の小型化にも大きな効果をもつ。
【００３６】
さらに、第２の実施形態によれば、複数有するエゼクタ部５７，５９，６１のいずれを選択しても、３箇所のみのシール材７９，８１，８３によって、不使用のエゼクタ部に対するシール性能を確保でき、不使用エゼクタへの漏れや逆流を防止できて循環機能の低下を防ぐことができるとともに、ハウジング４３とシャフト７５との隙間に対するシール性能も確保でき、部品外部への水素漏れ防止を達成することができる。
【００３７】
なお、上記した第２の実施形態では、３つのエゼクタ部５７，５９，６１を設けているが、２つあるいは４つ以上設ける構成としてもよい。
【００３８】
図５（ａ）は、この発明の第３の実施形態に係わる燃料電池システムに使用する３つのエゼクタ部を備えたエゼクタユニットの断面図である。図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。このエゼクタユニットは、ほぼ立方体形状のハウジング８５内の弁体収容空間８７に、円筒状の弁体８９を、図５（ａ）中で上下方向の軸心を中心として回転移動可能に設けてある。
【００３９】
ハウジング８５の上下方向ほぼ中央で左右対称位置には、弁体収容空間８７に開口する水素流入口９１および水素排出口９３をそれぞれ設けている。水素流入口９１には図示しない水素貯蔵装置から供給される水素が流入し、水素排出口９３から水素が排出されて図示しない燃料電池に供給される。また、ハウジング８５の下部には、水素循環口９５を設けている。水素循環口９５には、上記した燃料電池から排出される余剰分の水素が流入する。
【００４０】
弁体８９は、その中央部に上下方向に延びる水素循環流路９７を備えており、水素循環流路９７の下端は水素循環口９５に開口している。
【００４１】
上記した弁体８９には、この水素循環流路９７の周囲に沿って、３つのエゼクタ部９９，１０１，１０３をそれぞれ設けている。各エゼクタ部９９，１０１，１０３は、弁体８９の周囲に沿って設けたノズル１０５，１０７，１０９と、この各ノズル１０５，１０７，１０９に対向する位置に設けたディフューザ１１１，１１３，１１５とを、それぞれ備えている。
【００４２】
ここで、上記した各エゼクタ９９，１０１，１０部３は、前記第１の実施形態と同様に、前記図２に示したように、供給空気（本実施形態では水素）流量と循環比との関係を互いに異なるものとしてある。
【００４３】
そして、弁体８９の回転移動により、各エゼクタ部９９，１０１，１０３のいずれかを、水素流入口９１および水素排出口９３に対応する位置として選択し、この選択したいずれかのエゼクタを使用して水素を燃料電池に供給する。
【００４４】
上記した図６は、弁体８９を回転移動させてエゼクタ部９９を使用している状態を示す。すなわち、このときノズル１０５が水素流入口９１に、ディフューザ１１１が水素排出口９３に、それぞれ連通する。
【００４５】
図６は、弁体８９を図５（ｂ）の状態から図中で反時計方向に所定角度回転移動させ、エゼクタ部１０１を選択した状態を示す。すなわち、このときノズル１０７が水素流入口９１に、ディフューザ１１３が水素排出口９３に、それぞれ連通する。
【００４６】
弁体８９の上端には、シャフト１１７の一端（下端）を連結し、シャフト１１７の他端側はハウジング８５から外部へ引き出して、回転アクチュエータ１１９に連結する。すなわち、この回転アクチュエータ１１９の駆動により、弁体８９が回転移動する。
【００４７】
前記水素流入口９１，水素排出口９３および水素循環口９５の弁体８９とのそれぞれの接触部周囲には、シール材１２１，１２３および１２５を設けている。
【００４８】
上記した第３の実施形態によれば、３つの仕様の異なるエゼクタ部９９，１０１，１０３を、切替機構および逆流防止機構を使用することなく、弁体８９の回転移動により選択できるので、構造の複雑化を招くことなく、燃料電池での水素極の圧力，温度，流量，ストイキ比に拘らず、図２に示すように２つのエゼクタ部では対応しきれない極少流量から最大流量まで広い流量幅に対応することができるなど、第２の実施形態と同様の効果を奏する。
【００４９】
また、この第３の実施形態では、弁体８９を回転させてエゼクタ部を選択するので、第２の実施形態に対し、弁体の移動代が不要となり、部品形状をさらに小型化できる。
【００５０】
なお、上記した第３の実施形態では、３つのエゼクタ部９９，１０１，１０３を設けているが、２つあるいは４つ以上設ける構成としてもよい。
【００５１】
図７（ａ）は、この発明の第４の実施形態に係わる燃料電池システムに使用する３つのエゼクタ部を備えたエゼクタユニットの断面図である。図７（ｂ）は図７（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。このエゼクタユニットは、前記図５および図６に示した第３の実施形態における円筒形状の弁体８９に代えて、球状の弁体８９ａを、上下方向の軸心を中心として回転移動可能に設けてある。
【００５２】
その他の構成は第３の実施形態と同様であり、第３の実施形態と同一構成部分には、第３の実施形態で使用した各構成部分の番号に「ａ」を付けて示してある。
【００５３】
この第４の実施形態によれば、３つの仕様の異なるエゼクタ部９９ａ，１０１ａ，１０３ａを、切替機構および逆流防止機構を使用することなく、弁体８９ａの回転移動により選択できるので、構造の複雑化を招くことなく、燃料電池での水素極の圧力，温度，流量，ストイキ比に拘らず、図２に示すように２つのエゼクタ部では対応しきれない極少流量から最大流量まで広い流量幅に対応することができるなど、第２の実施形態と同様の効果を奏する。
【００５４】
また、この第４の実施形態では、球状の弁体８９ａを回転させてエゼクタ部を選択するので、円筒状の弁体８９を回転させる第３の実施形態に対し、部品形状のさらなる小型化を達成できる。
【００５５】
なお、上記した第４の実施形態では、３つのエゼクタ部９９ａ，１０１ａ，１０３ａを設けているが、２つあるいは４つ以上設ける構成としてもよい。
【００５６】
図９（ａ）は、この発明の第５の実施形態に係わる燃料電池システムに使用する３つのエゼクタを備えたエゼクタユニットの断面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。このエゼクタユニットは、円筒状の弁体４７ａをハウジング４３ａ内に収容している点が、前記図３および図４に示した第２の実施形態おけるものと同様である。
【００５７】
第２の実施形態と異なる点は、上記した弁体４７ａが図９（ａ）中で上下方向にスライド移動しつつ回転移動可能であることと、この移動方向に沿って、３つのエゼクタ部５７ａ，５９ａ，６１ａを、螺旋状に配置していることである。
【００５８】
したがって、ここでのアクチュエータ７７ａは、弁体４７ａをスライド移動させるとともに回転移動させる直動兼回転アクチュエータとなる。
【００５９】
その他の構成は第２の実施形態と同様であり、第２の実施形態と同一構成部分には、第２の実施形態で使用した各構成部分の番号に「ａ」を付けて示してある。
【００６０】
この第５の実施形態によれば、３つの仕様の異なるエゼクタ部５７ａ，５９ａ，６１ａを、切替機構および逆流防止機構を使用することなく、弁体４７ａがスライド移動しつつ回転移動することで選択できるので、構造の複雑化を招くことなく、燃料電池での水素極の圧力，温度，流量，ストイキ比に拘らず、図２に示すように２つのエゼクタでは対応しきれない極少流量から最大流量まで広い流量幅に対応することができるなど、第２の実施形態と同様の効果を奏する。
【００６１】
また、この第５の実施形態では、３つのエゼクタ部を弁体４７ａに対して螺旋状に配置しているので、同数のエゼクタ部を設ける場合に、弁体４７ａの上下方向長さＬを、図３の弁体４７に比べて短くでき、弁体４７ａの小型化を達成できる。
【００６２】
なお、上記した第５の実施形態では、３つのエゼクタ部５７ａ，５９ａ，６１ａを設けているが、２つあるいは４つ以上設ける構成としてもよい。
【００６３】
図１０（ａ）は、この発明の第６の実施形態に係わる燃料電池システムに使用する３つのエゼクタを備えたエゼクタユニットの断面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。このエゼクタユニットは、円筒状の弁体４７ｂをハウジング４３ｂ内に収容している点が、前記図３および図４に示した第２の実施形態おけるものと同様である。
【００６４】
第２の実施形態と異なる点は、ハウジング４３ｂに設けてある水素排出口５１ｂを、３つのエゼクタ部５７ｂ，５９ｂ，６１ｂで共通のディフューザとして用いていることである。
【００６５】
このため、弁体４７ｂ内に設けてある水素循環流路５５ｂは、水素排出口５１ｂ側に寄せて形成してあり、また弁体４７ｂの各ノズル６３ｂ，６５ｂ，６７ｂに対向する位置には、連通孔１２７，１２９，１３１をそれぞれ形成してある。
【００６６】
つまり、図１０（ａ）に示すように、弁体４７ｂを図中で最上部に移動させて最下部のエゼクタ部６１ｂを使用する状態では、連通孔１３１が水素排出口５１ｂに連通する。
【００６７】
その他の構成は第２の実施形態と同様であり、第２の実施形態と同一構成部分には、第２の実施形態で使用した各構成部分の番号に「ｂ」を付けて示してある。
【００６８】
この第６の実施形態によれば、３つの仕様の異なるエゼクタ部５７ｂ，５９ｂ，６１ｂを、切替機構および逆流防止機構を使用することなく、弁体４７ｂのスライド移動により選択できるので、構造の複雑化を招くことなく、燃料電池での水素極の圧力，温度，流量，ストイキ比に拘らず、図２に示すように２つのエゼクタでは対応しきれない極少流量から最大流量まで広い流量幅に対応することができるなど、第２の実施形態と同様の効果を奏する。
【００６９】
また、ディフューザ部を、弁体４７ｂに設けずに、ハウジング４３ｂに３つのエゼクタ部５７ｂ，５９ｂ，６１ｂで共通のものとして設けることで、ハウジング４３ｂの厚さを厚くすることなく、弁体４７ｂの図１０（ａ）中での左右方向幅Ｈを短くして小型軽量化でき、アクチュエータ７７ｂの作動能力を低減できる。
【００７０】
なお、上記した第６の実施形態では、３つのエゼクタ部５７ｂ，５９ｂ，６１ｂを設けているが、２つあるいは４つ以上設ける構成としてもよい。
【００７１】
また、ディフューザ部を、弁体４７ｂに設けずに、ハウジング４３ｂに３つのエゼクタ部５７ｂ，５９ｂ，６１ｂで共通のものとして設ける構成は、図５に示した第３の実施形態，図７に示した第４の実施形態および図９に示した第５の実施形態にもそれぞれ適用することができる。
【００７２】
図１１は、この発明の第７の実施形態に係わる燃料電池システムの全体構成図である。この燃料電池システムは、２つのエゼクタユニット１３３，１３５を、燃料電池１と水素貯蔵装置３との間に並列に接続している。
【００７３】
２つのエゼクタユニット１３３，１３５は構造が互いに同一であり、ここでは一方エゼクタ１３３についてのみ説明する。このエゼクタ１３３は、円筒状の弁体４７ｃをハウジング４３ｃ内に収容している点が、前記図３および図４に示した第２の実施形態おけるものと同様である。
【００７４】
第２の実施形態と異なる点は、弁体４７ｃの図中で上部に、エゼクタ部を設けていない遮断部１３７を設けていることである。エゼクタユニット１３３のその他の構成は、第２の実施形態と同様であり、第２の実施形態と同一構成部分には、第２の実施形態で使用した各構成部分の番号に「ｃ」を付けて示してある。
【００７５】
図１１に示したエゼクタユニット１３３では、上下方向中央のエゼクタ部５９ｃを選択している状態を示すが、他のエゼクタユニット１３５に示すように、上記エゼクタユニット１３３の状態より弁体４７ｃを下方にスライド移動させて最下端とすることで、水素流入口４９ｃおよび水素排出口５１ｃが、弁体４９ｃ上部の遮断部１３７に対応した位置となって遮断される。
【００７６】
これにより、水素貯蔵装置３の水素は圧力調整機構３３を経て水素流路１３９からエゼクタユニット１３３の水素流入口４９ｃに達し、選択した中央のエゼクタ部５９ｃを通って水素排出口５１ｃから外部へ流出する。
【００７７】
そして、この流出した水素は、下流側共通流路１４１を経て燃料電池１に取り込まれる。ここで発電に供せずに、余剰となった水素は、水素循環共通流路１４３を経てエゼクタユニット１３３に、対応する循環分岐流路１４５を通して吸引されて循環し、この循環水素も燃料電池１に供給される。
【００７８】
一方、弁体４７ｃの遮断部１３７によって遮断状態のエゼクタユニット１３５には、水素貯蔵装置３から水素が供給されず、したがって燃料電池１から水素循環流路１４３に流出する余剰水素も、エゼクタによって吸引されることもない。
【００７９】
上記した第７の実施形態によれば、弁体４７ｃの移動によりその遮断部１３７を選択することで、エゼクタユニット前後の水素流路を遮断することができ、複数設けたエゼクタユニットのうちの使用しないユニットが存在する場合に、別途遮断機構を設ける必要がない。
【００８０】
この場合、エゼクタユニットを複数設置して、システム構成上より多くのエゼクタを保有し、その中より切り替えて最適流量レンジを確保するシステムを作動する場合に、エゼクタの選択の幅を広げながら、システムを簡略化して小型化することができる。
【００８１】
図１２は、この発明の第８の実施形態を示す燃料電池システムの全体構成図である。この燃料電池システムは、前記図１に示した第１の実施形態における３つのエゼクタ部５，７，９およびこれに対応して設けた遮断機構１３，１５，遮断機構１９，２１，遮断機構２５，２７からなるユニットを、ユニットＡとすると、このユニットＡに対し、ユニットＡと同様な構成のユニットＢを並列に接続してある。
【００８２】
なお、ユニットＢでは、ユニットＡと同一構成部分には、ユニットＡで使用した構成部分の番号に「ｂ」を付けて示してある。このユニットＢにおける各エゼクタ５ｂ，７ｂ，９ｂは、ユニットＡにおけるエゼクタ５，７，９とそれぞれ同一の仕様としてもよいし、異なる仕様として６つのエゼクタをすべて異なる仕様としてもよい。
【００８３】
上記した第８の実施形態によれば、前記図１に示した第１の実施形態に比べ、より多数のエゼクタを選択し、あるいは組み合わせることが可能であり、最適流量レンジの選択幅をさらに広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を示す燃料電池システムの全体構成図である。
【図２】図１の燃料電池システムにおけるエゼクタの特性図である。
【図３】（ａ）は、この発明の第２の実施形態に係わる燃料電池システムに使用する３つのエゼクタ部を備えたエゼクタユニットの断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図３の弁体を上下中央位置に移動させて他のエゼクタ部を使用している状態を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、この発明の第３の実施形態に係わる燃料電池システムに使用する３つのエゼクタ部を備えたエゼクタユニットの断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図５の弁体を回転移動させて他のエゼクタ部を使用している状態を示す断面図である。
【図７】（ａ）は、この発明の第４の実施形態に係わる燃料電池システムに使用する３つのエゼクタ部を備えたエゼクタユニットの断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図８】図７の弁体を回転移動させて他のエゼクタ部を使用している状態を示す断面図である。
【図９】（ａ）は、この発明の第５の実施形態に係わる燃料電池システムに使用する３つのエゼクタ部を備えたエゼクタユニットの断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図１０】（ａ）は、この発明の第６の実施形態に係わる燃料電池システムに使用する３つのエゼクタ部を備えたエゼクタユニットの断面図、（ｂ）は、（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。
【図１１】この発明の第７の実施形態に係わる燃料電池システムの全体構成図である。
【図１２】この発明の第８の実施形態を示す燃料電池システムの全体構成図である。
【符号の説明】
１　燃料電池
３　水素貯蔵装置（水素貯蔵源）
５，７，９，５ｂ，７ｂ，９ｂ　エゼクタ
１３，１５，１９，２１，２５，２７，１３ｂ，１５ｂ，１９ｂ，２１ｂ，２５ｂ，２７ｂ　遮断機構
４３，８５，８５ａ，４３ａ，４３ｂ，４３ｃ　ハウジング
４７，８９，８９ａ，４７ａ，４７ｂ，４７ｃ　弁体
１３７　遮断部
４９，９１，９１ａ，４９ａ，４９ｂ，４９ｃ　水素流入口
５１，９３，９３ａ，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ　水素排出口
５３，９５，９５ａ，５３ａ，５３ｂ，５３ｃ　水素循環口
５５，９７，９７ａ，５５ａ，５５ｂ，５５ｃ　水素循環流路
５７，５９，６１，９９，１０１，１０３，９９ａ，１０１ａ，１０３ａ，５７ａ，５９ａ，６１ａ，５７ｂ，５９ｂ，６１ｂ，５７ｃ，５９ｃ，６１ｃ　エゼクタ部
７５，１１７，１１７ａ，７５ａ，７５ｂ，７５ｃ　シャフト
７７，１１９，１１９ａ，７７ａ，７７ｂ，７７ｃ　アクチュエータ
７９，８１，８３，１２１，１２３，１２５，１２１ａ，１２３ａ，１２５ａ，７９ａ，８１ａ，８３ａ，７９ｂ，８１ｂ，８３ｂ，７９ｃ，８１ｃ，８３ｃシール材
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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