(57)【要約】【課題】  燃料電池からの排出燃料ガスをガス供給系に環流させる循環系にエジェクタを採用した場合の排出燃料ガスの循環供給の信頼性を高める。【解決手段】  エジェクタ７０は、ガス流入室７７を、隔壁７５を隔てて噴出ガス流路７６を取り囲むようにして備え、このガス流入室７７には、ガス循環流路２８からアノード排ガスが流入する。ガス流入室７７に流入したアノード排ガスは、ガス流入室７７の連通部８１に向けて上流側に進み、連通部８１でその向きを下流側に転換した後、間隙７８を経てノズル７４からの噴出ガス流ＪＦに吸引され、噴出ガス流路７６を通過する。ガス流入室７７に流入した高温のアノード排ガスは、ガス流入室７７において隔壁７５を介して噴出ガス流路７６のガスと熱交換され、噴出ガス流路７６を通過するガスの昇温を図る【選択図】  図２
2007048537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を備え、該燃料電池に発電用の燃料ガスを供給して発電を行う燃料電池システムであって、
前記燃料ガスを前記燃料電池に供給する燃料ガス供給系と、
前記燃料電池から排出された燃料ガスを、前記燃料ガス供給系の経路に設けたエジェクタにより吸引させて前記燃料ガス供給系に環流させ、燃料ガスの循環供給を図る循環系とを備え、
前記エジェクタは、
燃料ガスを噴出するノズルと、
該ノズルの下流側に位置して前記噴出された燃料ガスの通過流路を形成し、該燃料ガスを下流に通過させる噴出ガス流路と、
前記循環系から排出燃料ガスが流入するガス流入室と、
該ガス流入室内のガスが前記ノズルから前記噴出ガス流路に達する噴出ガス流に吸引されるよう、前記ガス流入室を前記ノズルの先端側で前記噴出ガス流路に連通する連通部とを備え、
前記ガス流入室は、
前記噴出ガス流路の外壁を隔てて前記噴出ガス流路の周囲に形成されている
燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記ガス流入室は、前記噴出ガス流路を取り囲むよう形成されている
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の燃料電池システムであって、
前記ガス流入室は、前記連通部より下流側で前記循環系の経路と接続される
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３いずれか記載の燃料電池システムであって、
前記循環系の経路は、鉛直下方側から前記ガス流入室と接続されている
燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４いずれか記載の燃料電池システムであって、
前記噴出ガス流路外壁は、前記ガス流入室を通過するガスとの接触面積を増大させる面積増大部を有する
燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池に発電のための燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置であって、
前記燃料電池に到る燃料ガス供給経路と、
前記燃料電池から排出された燃料ガスを、前記燃料ガス供給系の経路に設けたエジェクタにより吸引させて前記燃料ガス供給系に環流させ、燃料ガスの循環供給を図る循環系とを備え、
前記エジェクタは、
前記燃料ガス供給系の経路を通過する燃料ガスを噴出するノズルと、
該ノズルの下流側に位置し、前記噴出された燃料ガスの通過流路を形成する噴出ガス流路と、
前記循環系からの前記排出燃料ガスの流入を受けるガス流入室と、
該ガス流入室内のガスが前記ノズルからの噴出ガス流に吸引されるよう、前記ガス流入室を前記ノズルの先端側で前記噴出ガス流路に連通する連通部とを備え、
前記ガス流入室は、
前記噴出ガス流路の外壁を隔てて前記噴出ガス流路の周囲に形成され、前記連通部より下流側で前記循環系の経路と接続される
燃料電池の燃料ガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に発電のための燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、燃料電池にガス供給を行って発電を行う燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般に、単セルの積層構造を取り、単セルは、表面に触媒層を形成する電解質層からなるＭＥＡ（Membrance Electrode Assembly）を、燃料ガス・酸化ガスのガス流路形成部材で挟持する。こうした単セルの積層構造を有する燃料電池では、燃料ガスと酸化ガスの双方のガスを各単セルに供給するに当たり、ガスごとの供給系を有する。
【０００３】
ところで、供給した燃料ガスは、その総てが各単セルにおいて水素と酸素の電気化学反応に供せられるわけではなく、燃料ガス中の一部の水素が未反応のまま単セル、延いては燃料電池から排出される。このため、この未反応水素の有効利用を図るため、燃料ガス供給系に、燃料電池から排出された燃料ガスを環流させる循環系を設けることが行われている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２６６９２２号公報
【０００５】
この特許文献では、循環系の管路を燃料ガス供給系の経路に設けたエジェクタに接続し、エジェクタによる負圧吸引力を利用して、排出燃料ガスを循環系から供給系に環流させている。こうして環流した排出燃料ガスは、ガス供給源から供給される燃料ガスと混合し、燃料電池に供給される。
【０００６】
このようにしてエジェクタを介して環流する排出燃料ガスは、燃料電池を一旦通過したガスであることから、次のような問題点が指摘されるに到った。排出燃料ガスの循環供給が行われているとき、燃料電池は、当然に発電状態にあり、発電に伴い昇温する。よって、排出燃料ガスにあっては、温度が高くなった燃料電池の熱を受けて昇温した状態でエジェクタに達し、燃料ガス供給系に環流する。
【０００７】
燃料電池では、アノードに水素含有ガスが供給され、カソードに酸素含有ガス（例えば、空気）が供給されると、水素と酸素の電気化学反応により、アノードでは水が生成され、この生成水は、水蒸気として排出燃料ガスに含まれる。よって、この水蒸気は、排出燃料ガスと共にエジェクタを経て燃料ガス供給系に環流し、ガス供給源から供給される燃料ガスと混合することになる。
【０００８】
そうすると、ガス供給源から供給される燃料ガスの温度が低い場合、排出燃料ガスの環流箇所であるエジェクタでは、排出燃料ガス中の水蒸気の凝縮、延いては凝縮した水の凍結が起き得る。特に、エジェクタは、燃料ガス噴射のためのノズルを有し、小径のノズル孔から高速のガス噴射を行うので、噴射されるガスもより低温となり勝ちである。そして、ノズル先端に排出燃料ガスを導いていることから、このノズル先端周辺や、ノズル下流側のエジェクタ内部流路での凝縮・凍結はより起きやすくなる。こうした内部流路での凝縮・凍結といった事態となると、流路面積の低減によるガス供給不足を招き、燃料電池の安定した発電が阻害される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、燃料電池からの排出燃料ガスをガス供給系に環流させる循環系にエジェクタを採用するに際しての上記問題点を解決するためになされ、排出燃料ガスの循環供給の信頼性を高めることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の燃料電池システムでは、燃料電池に発電用の燃料ガスを供給して発電を行うに当たり、燃料ガス供給系にて燃料電池に燃料ガスを供給しつつ、燃料電池からの排出燃料ガスを、燃料ガス供給系経路のエジェクタにより吸引させて燃料電池に環流させる。こうした排出燃料ガスの環流により排出燃料ガスの有効利用を図る。この場合、燃料ガスは、発電単位である単セルが備えた構成によって定まり、例えば、水素イオン透過性の電解質膜を備えた単セルであれば、水素ガスを燃料ガスとして供給することになる。また、水素とその他のガスを含有したガスを燃料ガスとして供給する場合もある。
【００１１】
こうした排出燃料ガスの燃料ガス供給系への環流は、燃料ガス供給系経路のエジェクタによる排出燃料ガスの吸引により、次のようにしてもたらされる。エジェクタは、その有するノズルから燃料ガスを噴出し、当該噴出燃料ガスは、ノズル下流側に位置する噴出ガス流路に達して当該流路を通過し、エジェクタの下流側に流れる。エジェクタは、このノズルからの燃料ガスの噴出により、ノズル先端に負圧を発生させ、この負圧により、周囲のガス（本発明では排出燃料ガス）の吸引作用を起こす。
【００１２】
本発明の燃料電池システムで用いるエジェクタでは、循環系からの排出燃料ガスは、エジェクタのガス流入室に流入して当該ガス流入室を通過し、ノズルの先端側で噴出ガス流路に連通する連通部に達して、ノズルから噴出ガス流路に達する噴出ガス流に吸引される。この場合、ガス流入室を、この連通部より下流側で循環系の経路と接続すれば、ガス流入室から連通部までの排出燃料ガスの流れは上流向きとなる。そして、排出燃料ガスは、連通部に達した後にその流れの向きを、ノズルからの燃料ガス噴出ガス流と同じ向きの下流側に転換し、ノズルからの噴出燃料ガスと共に、ノズル下流の噴出ガス流路を経てエジェクタの下流側に流れる。
【００１３】
上記のエジェクタにおいて、ガス流入室は噴出ガス流路外壁を隔てて当該噴出ガス流路の周囲に形成されていることから、排出燃料ガスがガス流入室への流入を経て上記の環流を起こす際、噴出ガス流路周囲のガス流入室内の排出燃料ガスと、噴出ガス流路を通過するガスとの間では、噴出ガス流路外壁を介して熱交換が可能となる。この場合、排出燃料ガスは、発電状態にある燃料電池から排出されたガスであることからある程度高温となった状態でガス流入室に流入する。その一方、噴出ガス流路を通過するガス、即ち燃料ガスと排出燃料ガスの混合ガスの温度は、燃料ガスの温度が排出燃料ガスよりも低温であれば、排出燃料ガスの温度より低くなる。よって、供給される燃料ガスの温度が低いと、噴出ガス流路を通過する混合ガスは、ガス流入室内の排出燃料ガスの熱により昇温することになる。
【００１４】
既述したように、燃料電池からの排出燃料ガスには水蒸気が含まれているので、この水蒸気は、エジェクタのノズルから噴出される燃料ガスと共に噴出ガス流路を通過する。このため、この水蒸気は、燃料ガスが低温であると、当該ガスに冷却されて噴出ガス流路において凝縮、或いは凍結することが有りえる。しかしながら、本発明では、上記したように高温の排出燃料ガスによる熱交換を噴出ガス流路において可能とすることから、この噴出ガス流路における水蒸気の凝縮や凍結の回避の実効性が高まる。この結果、噴出ガス流路の流路面積を維持できるので、排出燃料ガスの循環供給の信頼性が高まり、燃料電池でのガス供給不足回避や、燃料電池の発電安定化に有益である。
【００１５】
ガス流入室を噴出ガス流路周囲に形成するに当たっては、噴出ガス流路を取り囲むよう中空状の一つの部屋として形成することができるほか、２分割、３分割等された複数の部屋を噴出ガス流路に沿って形成することもできる。
【００１６】
しかも、排出燃料ガスをエジェクタのノズルからの噴出ガスと共にノズル下流に流すに当たっては、ガス流入室と循環系経路の接続箇所を連通部より下流とすることで、排出燃料ガスの流れの向きを上流側から下流側に転換する。よって、次の利点がある。
【００１７】
排出燃料ガスには、燃料電池での電気化学反応に用いなかった燃料ガスと既述した水蒸気としての水が含まれている。多くの場合、燃料ガスの物質（例えば、水素）は、水よりもその質量が小さい。このため、排出燃料ガスがその流れの向きを連通部にて転換させる場合、水に作用する慣性力が勝ることから、この水（水蒸気）は流れの向きの転換箇所に留まり勝ちとなるので、水蒸気がノズル下流の噴出ガス流路に流れ込むことを抑制できる。この場合、この転換箇所に留まった水蒸気は、ノズルを通過する燃料ガスにより冷却されて凝縮し得る。また、ガス流入室に流入した排出燃料ガスが上記した熱交換を受けて冷やされ、排出燃料ガス中の水蒸気がガス流入室内で凝縮して連通部でのガスの流れの転換箇所に達することも有り得る。しかしながら、こうして凝縮した水は、循環系の経路を鉛直下方側からガス流入室に接続するようにすると、この流れ方向の転換箇所に留まった水を効果的に循環経路に沿って落下させることができる。
【００１８】
以上説明した本発明の燃料電池システムでは、ガス供給経路に設けたエジェクタのガス流入室において、噴出ガス流路外壁が、ガス流入室を通過するガスとの接触面積を増大させる面積増大部を有するようにすることもできる。こうすれば、ガス流入室に流れ込む排出燃料ガスとの接触面積が増すことから、噴出ガス流路外壁を介した熱交換を促進できるので、噴出ガス流路における水蒸気の凝縮や凍結の回避の実効性がより一層高まり、好ましい。この面積増大部は、噴出ガス流路の外壁から突出したフィンとすることが簡便である。
【００１９】
本発明は、燃料電池に発電のための燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置として適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、その実施例を説明する。図１は実施例の燃料電池システム１００の構成を概略的に示すブロック図である。この燃料電池システム１００は、主に燃料電池１０と、水素タンク２０と、ブロワ３０と、制御部２００と、加湿器６０とを備えている。
【００２１】
燃料電池１０は、水素分離膜型の燃料電池であり、構成単位である単セルを複数積層したスタック構造を有している。各単セルは、電解質膜を挟んで水素極（以下、アノードと呼ぶ）と酸素極（以下、カソードと呼ぶ）とを配置した構成となっている。各々の単セルのアノード側に水素を含有する燃料ガス（以下、アノードガスと呼ぶ）を供給し、カソード側に酸素を含有する酸化ガスを供給することで、電気化学反応が進行し、燃料電池１０は発電する。燃料電池１０で生じた電力は、燃料電池１０に接続される所定の負荷（図示せず）に供給される。なお、燃料電池１０としては、上記した水素分離膜型燃料電池の他、固体高分子型燃料電池や、アルカリ水溶液電解質型や、リン酸電解質型や、あるいは溶融炭酸塩電解質型等、種々のタイプの燃料電池を用いることができる。
【００２２】
ブロワ３０は、酸化ガスとしての空気を燃料電池１０のカソード側に供給するための装置である。ブロワ３０は、カソードガス供給流路３４を介して燃料電池１０のカソード側に接続されている。カソードガス供給流路３４には、加湿器６０が設けられている。ブロワ３０で圧縮された空気は、加湿器６０によって加湿された後に燃料電池１０に供給される。燃料電池１０には、カソード排ガス流路３６が配されており、電気化学反応に供された後のカソードからの排ガス（以下、カソード排ガスと呼ぶ）は、カソード排ガス流路３６を通じて外部に排出される。
【００２３】
水素タンク２０は、高圧の水素ガスが貯蔵される貯蔵装置であり、アノードガス供給流路２４を介して燃料電池１０のアノード側に接続されている。アノードガス供給流路２４上において、水素タンク２０の近傍にはアノードガス遮断弁２３０、およびレギュレータ２２が設けられている。アノードガス遮断弁２３０は、レギュレータ２２よりも水素ガスの流れ方向に対して上流側に設けられている。このアノードガス遮断弁２３０が、閉弁状態であると、水素タンク２０からの水素ガスの供給が遮断され、開弁状態であると、水素タンク２０からの水素ガスが供給される。このアノードガス遮断弁２３０の開閉は、制御部２００により制御される。
【００２４】
水素タンク２０からアノードガス供給流路２４へ供給された高圧の水素ガスは、レギュレータ２２によって調圧される。調圧された水素ガスは、アノードガスとして燃料電池１０のアノード側へ供給される。調圧後の圧力は、燃料電池１０に接続される負荷の大きさ等に応じて適宜設定すればよい。
【００２５】
上記した水素タンク２０から燃料電池１０のアノードに到るアノードガス供給流路２４は、本発明における燃料ガス供給系に該当する。
【００２６】
なお、水素タンク２０に代えて、アルコール、炭化水素、アルデヒドなどを原料とする改質反応によって水素を生成し、アノードガス遮断弁２３０、レギュレータ２２を介して燃料電池１０のアノード側へ供給するものとしてもよい。また、電解質膜の性質によっては、水素とそれ以外のガスを含有する燃料ガスを供給するような構成とすることもできる。
【００２７】
燃料電池１０のアノード側は、ガス循環流路２８から分岐したアノード排ガス流路２６に、パージ弁２４０が設けられている。このパージ弁２４０は、電気化学反応に供された後のアノードからの排ガス（以下、アノード排ガスと呼ぶ）を、アノード排ガス流路２６を介してガス循環流路２８から外部へ排出（パージ）するためのものである。こうしたアノード排ガスパージは、次のような場合に有効である。
【００２８】
燃料電池システム１００の運転中において、アノード排ガスには、水素以外の不要ガスが含まれる場合がある。不要ガスとしては、例えば、カソード側から電解質膜を透過してきた窒素等がある。この不要ガスは、消費されず燃料電池システム１００においてガス循環流路２８を循環し、その結果、アノードガス中の不要ガスの濃度が徐々に増加し、燃料電池１０の発電効率が低下する。そこで、制御部２００は、パージ弁２４０を制御して、定期的に、不要ガスを含むアノード排ガスを排出するようにしている。
【００２９】
なお、燃料電池１０として水素分離膜型燃料電池以外の種類のものを用いる場合や、燃料電池１０を使用する環境によっては、他の成分が不要ガスとしてアノード排ガス中に混入する場合もある。
【００３０】
アノード排ガス流路２６において、パージ弁２４０よりもアノード排ガスを排出する流れ方向に対して上流側の位置から、アノードガス供給流路２４へ接続されるガス循環流路２８が設けられている。このガス循環流路２８は、アノード排ガスを、アノードガス供給流路２４に戻すためのものであり、アノードガス供給流路２４に設けられたエジェクタ７０と、アノード排ガス流路２６に設けられた気液分離器２５０との間を接続し、図中の矢印ＨＪで示すようなアノード排ガスの循環供給を図る。これにより、アノード排ガスに含まれる水素ガスは、循環して、アノードガスとして再び発電に使用される。
【００３１】
気液分離器２５０は、ガス通過室２５１とその下方の液貯留部２５２を組み合わせた構成を備え、アノード排ガス流路２６からのアノード排ガスをガス通過室２５１を通過させた後に、ガス循環流路２８に導く。ガス通過室２５１は、多数の仕切り板により流路を屈曲させ、この屈曲流路をアノード排ガスが通過する間に、ガス中の水蒸気や水分をある程度ガスから分離し、下方の液貯留部２５２に水を落下させる。液貯留部２５２は、排水管２５３を備え、管路中の排水バルブ２５４の開閉を経て、貯留した水を外部に排出する。
【００３２】
この気液分離器２５０は、アノードガス供給流路２４におけるエジェクタ７０のほぼ真下に配設されている。よって、ガス循環流路２８は、鉛直下方側からエジェクタ７０にアノード排ガスを流入させる。
【００３３】
制御部２００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ（図示せず）と、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ（図示せず）と、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ（図示せず）と、各種信号を入出力する入出力ポート（図示せず）等を備える。この制御部２００は、負荷要求に関する情報等を取得して、燃料電池システム１００を構成する各部、すなわち、ブロワ３０および加湿器６０等に駆動信号を出力し、燃料電池システム１００全体の運転状態を勘案してこれらを制御する。例えば、アノードガス遮断弁２３０を閉弁してアノードガス供給を停止したり、パージ弁２４０を開弁して上記した不要ガス排出等を行う。また、気液分離器２５０における水分貯留の状況に応じて排水バルブ２５４を開弁し、液貯留部２５２からの水分排出を行う。
【００３４】
次に、アノード排ガスの循環を引き起こすエジェクタ７０について説明する。制御について説明する。図２はエジェクタ７０をその要部を拡大視しつつ説明する断面図、図３はこのエジェクタ７０を図２の３−３線に沿ってハウジングを破断して内部の様子を説明するための説明図である。
【００３５】
これら図面に示すように、エジェクタ７０は、上流側ハウジング７１と下流側ハウジング７２を備え、両ハウジングを嵌合・固定して構成される。上流側ハウジング７１は、アノードガス供給流路２４の経路に繋がる管路７３を備え、管路先端をノズル７４とする。ノズル７４は、管路７３の管路径を徐々に絞るよう形成され、アノードガス供給流路２４を流れてきたアノードガスを噴出し、図中白抜き矢印で示すように噴出ガス流ＪＦを起こす。
【００３６】
下流側ハウジング７２は、中空構造とされ、隔壁７５により、その内部の噴出ガス流路７６とガス流入室７７とを形成する。隔壁７５は、ノズル７４の側を、徐々に広がったテーパ部７５ａとし、このテーパ部７５ａがノズル７４と間隙７８を残して重なるよう、ノズル７４の下流側に位置する。よって、噴出ガス流路７６は、ノズル７４の下流側に位置して、ノズル７４が噴出した噴出ガス流ＪＦのアノードガスを下流に通過させる。噴出ガス流路７６の下流側は、徐々に管路径が広がる拡径流路７９とされ、この拡径流路７９がエジェクタ下流のアノードガス供給流路２４に繋がるようにされている。
【００３７】
エジェクタ７０は、ガス流入室７７を、隔壁７５を隔てて噴出ガス流路７６を取り囲むようにして備え、下流側ハウジング７２の底面側の開口８０を経て、ガス流入室７７をガス循環流路２８に接続させている。よって、ガス流入室７７には、エジェクタ７０に対して鉛直下方側に接続されたガス循環流路２８からアノード排ガスが流入する。
【００３８】
ガス流入室７７は、隔壁７５のテーパ部７５ａの側を、ガス流入室７７を既述した間隙７８、延いては噴出ガス流路７６に連通する連通部８１とする。この連通部８１は、図２の拡大図に示すように、その外壁をテーパ状の案内部８２とし、ガス流入室７７内のガス（アノード排ガス）がノズル７４から噴出ガス流路７６に達する噴出ガス流ＪＦに吸引されるよう、ガス流入室７７をノズル７４先端側で噴出ガス流路７６に連通する。この場合、連通部８１は、開口８０より上流側でガス流入室７７を噴出ガス流路７６に連通することから、開口８０からガス流入室７７に流入したアノード排ガスを、上流側に向けて案内しつつ隔壁７５のテーパ部７５ａの側に導き、ガスの流れを下流側に変えた上で、間隙７８を経て噴出ガス流ＪＦに吸引させる。
【００３９】
上記した構成のエジェクタ７０を有する燃料電池システム１００は、次のようにしてアノード排ガスの循環を図る。エジェクタ７０は、小径のノズル７４からアノードガスを継続して噴出する。アノードガスは、ノズル７４が小径であるが故に、高速の噴出ガス流ＪＦとしてノズル下流側に噴出され、ノズル下流の噴出ガス流路７６に達して当該流路を通過し、エジェクタ下流側のアノードガス供給流路２４に流れる。エジェクタ７０は、小径のノズル７４からのアノードガスの噴出により、ノズル先端に負圧を発生させ、この負圧により、間隙７８や連通部８１を経てガス流入室７７のアノード排ガスを吸引する。
【００４０】
アノード排ガスは、ガス循環流路２８からガス流入室７７に流入し、ガス流入室７７内を図中の矢印Ｙ１で示すようにノズル側の連通部に向けて進み、ノズル７４からの噴出ガス流ＪＦに間隙７８を経て吸引される。この場合、ガス流入室７７は、この連通部８１より下流側でガス循環流路２８と接続されていることから、ガス流入室７７から連通部８１までのアノード排ガスの流れは上流向きとなる。そして、このアノード排ガスは、連通部８１に達した後にその流れの向きを、ノズル７４からの噴出ガス流ＪＦと同じ向きの下流側に転換し、図中の矢印Ｙ２で示すようにノズル７４からの噴出アノードガスと共に、ノズル下流の噴出ガス流路７６を経てエジェクタ７０の下流側に流れる。
【００４１】
このようにしてアノード排ガスの循環を行うに当たり、ガス流入室７７は噴出ガス流路７６を取り囲むようにして形成されていることから、噴出ガス流路７６を取り囲むガス流入室７７内のアノード排ガスと、噴出ガス流路７６を通過するガスとの間では、隔壁７５を介して熱交換が可能となる。この場合、アノード排ガスは、発電状態にある燃料電池１０から排出されたガスであることからある程度高温となった状態でガス流入室７７に流入する。その一方、噴出ガス流路７６を通過するガス、即ちノズル７４が噴出したアノードガスとアノード排ガスの混合ガスの温度は、アノードガスの温度がアノード排ガスよりも低温であるので、ガス流入室７７におけるアノード排ガスの温度より低くなる。よって、噴出ガス流路７６を通過する混合ガスは、ガス流入室７７内のアノード排ガスの熱により昇温する。
【００４２】
このため、噴出ガス流路７６を低温のアノードガスと水蒸気含有のアノード排ガスが混合して通過しても、上記した熱交換により、噴出ガス流路７６においては、水蒸気の凝縮や凍結を回避できる。この結果、噴出ガス流路７６の流路面積を維持できるので、アノード排ガスの循環供給の信頼性が高まり、燃料電池１０でのガス供給不足を回避できると共に、燃料電池１０の発電を安定化させることもできる。
【００４３】
本実施例のエジェクタ７０は、隔壁７５を介した熱交換により噴出ガス流路７６での水蒸気凝集や凍結を回避するが、この熱交換によりガス流入室７７内で、アノード排ガス内の水蒸気凝集を起こし得る。しかしながら、この凝集した水については、次のようにして噴出ガス流路７６に到らないようにしている。つまり、エジェクタ７０は、アノード排ガスをエジェクタ７０のノズル７４からの噴出ガスと共にノズル下流に流すに当たり、アノード排ガスの流れの向きを上流側から下流側に転換するので、その転換箇所である連通部８１において、アノード排ガスより重量のある水蒸気や水分を、ガスに働く慣性力より大きな慣性力によって止め置くことができる。そして、止め置いた水分を、テーパ状の案内部８２により開口８０、延いてはガス循環流路２８に導く。このため、アノード排出ガスを噴出ガス流ＪＦの噴出アノードガスと共に下流に流す際に、アノード排出ガス中の水蒸気や水分を予め除去しておくことができるので、噴出ガス流路７６での水蒸気凝集や凍結の回避の実効性がより高まる。しかも、ガス循環流路２８をエジェクタ７０に接続するに当たっては、ガス循環流路２８を鉛直下方側からエジェクタ７０に接続したので、連通部８１に止め置いた水を、効果的にガス循環流路２８に沿って落下させ、気液分離器２５０にて取り除くことができる。
【００４４】
この気液分離器２５０は、ガス通過室２５１と液貯留部２５２を接合させただけに過ぎない簡単な構成であり、特別な熱交換構成を有しないが、上記したようなガス循環流路２８から水分落下により、効果的に水分をアノード排ガスから除去できる。
【００４５】
次に、エジェクタ７０の変形例について説明する。図４は図２相当のエジェクタ７０Ａの断面図、図５は図３相当のエジェクタ７０Ａの説明図である。このエジェクタ７０Ａは、ガス流入室７７において、隔壁７５から放射状に突出した複数のフィン９０を備える。フィン９０は、ガス流入室７７の外側壁面と隙間を残して突出するので、ガス循環流路２８からガス流入室７７へのアノード排ガスの流入を起こしつつ、当該アノード排ガスと接触してガスを連通部８１の側に導く。よって、この変形例のエジェクタ７０Ａによれば、ガス流入室７７でのアノード排ガスの接触面積をフィン９０の外表面積の分、増加させるので、隔壁７５を介したアノード排ガスとの熱交換を促進する。この結果、噴出ガス流路７６における水蒸気の凝縮や凍結の回避の実効性をより一層高めることができ、好ましい。
【００４６】
この変形例において、フィン９０をガス流入室７７の外側壁面に達する形成することもできる。こうすれば、ガス流入室７７を、複数の部屋に分割したものとした状態で、噴出ガス流路７６の周囲に形成することになる。この場合、分割された各部屋には、図４におけるフィン９０の左端側の間隙から、アノード排ガスが流入することになる。
【００４７】
図６は図３相当のまた別の変形例のエジェクタ７０Ｂの説明図である。このエジェクタ７０Ｂは、ガス流入室７７において、隔壁７５から突出した螺旋状のフィン９１を備える。フィン９１は、ガス流入室７７の外側壁面と隙間を残しつつ螺旋状にノズル７４の側に延びているので、ガス循環流路２８からガス流入室７７へのアノード排ガスの流入を起こしつつ、当該アノード排ガスと接触してガスを図中の矢印Ｙ'１のように螺旋状の流れで連通部８１の側に導く。よって、この変形例のエジェクタ７０Ｂによれば、ガス流入室７７でのアノード排ガスの接触面積をフィン９１の外表面積の分、増加させることができると共に、アノード排ガスの流れる経路を長くできるので、隔壁７５を介したアノード排ガスとの熱交換をより一層促進する。この結果、噴出ガス流路７６における水蒸気の凝縮や凍結の回避の実効性をより一層高めることができ、好ましい。
【００４８】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例の燃料電池システム１００の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】エジェクタ７０をその要部を拡大視しつつ説明する断面図である。
【図３】このエジェクタ７０を図２の３−３線に沿ってハウジングを破断して内部の様子を説明するための説明図である。
【図４】図２相当のエジェクタ７０Ａの断面図である。
【図５】図３相当のエジェクタ７０Ａの説明図である。
【図６】図３相当のまた別の変形例のエジェクタ７０Ｂの説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０...燃料電池
２０...水素タンク
２２...レギュレータ
２４...アノードガス供給流路
２６...アノード排ガス流路
２８...ガス循環流路
３０...ブロワ
３４...カソードガス供給流路
３６...カソード排ガス流路
６０...加湿器
７０、７０Ａ、７０Ｂ...エジェクタ
７１...上流側ハウジング
７２...下流側ハウジング
７３...管路
７４...ノズル
７５...隔壁
７５ａ...テーパ部
７６...噴出ガス流路
７７...ガス流入室
７８...間隙
７９...拡径流路
８０...開口
８１...連通部
８２...案内部
９０...フィン
９１...フィン
１００...燃料電池システム
２００...制御部
２３０...アノードガス遮断弁
２４０...パージ弁
２５０...気液分離器
２５１...ガス通過室
２５２...液貯留部
２５３...排水管
２５４...排水バルブ
ＪＦ...噴出ガス流
【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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