(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池の起動時、パージ時、低負荷発電時等に、供給ガスが逆流することを抑制可能であると共に、オフガス循環路に設けられ、供給ガスが逆流することを抑制する流体流通制限部材が、低温時に凍結することを抑制することが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池２と、燃料電池２に供給される供給ガスを流通させるガス供給路２２と、燃料電池２から排出されたオフガスを流通させて再び燃料電池２に供給するオフガス循環路２３と、ガス供給路２２とオフガス循環路２３との合流点に配設され、供給ガスとオフガスとを混合するエジェクタ２４を備え、オフガス循環路２３に設けられ、オフガス循環路２３を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能である流通路４４を有すると共に、前記順方向の流れに対する抵抗が、前記逆方向の流れに対する抵抗よりも小さい流体流通制限部材４０を備えてなる燃料電池システム１である。【選択図】図１
2007103203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、当該燃料電池に供給される供給ガスを流通させるガス供給路と、当該燃料電池から排出されたオフガスを流通させて再び前記燃料電池に供給するオフガス循環路と、前記ガス供給路とオフガス循環路との合流点に配設され、前記供給ガスと前記オフガスとを混合するエジェクタと、を備えてなる燃料電池システムであって、
前記オフガス循環路に設けられ、当該オフガス循環路を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能である流通路を有すると共に、前記順方向の流れに対する抵抗が、前記逆方向の流れに対する抵抗よりも小さい流体流通制限部材を備えてなる燃料電池システム。
【請求項２】
前記流体流通制限部材は、弁体と、弁座とを備え、前記弁体に前記流通路を形成してなる請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記弁体は、前記オフガス循環路を画定する内壁よりも撥水性の高い材料で形成されてなる請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記弁体は、前記流体流通制限部材が、通常時に開状態となるよう配設されてなる請求項２または請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記弁体に、前記流通路の一部を画定し且つ前記弁座に当接する複数の当接部を形成してなる請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記流体流通制限部材は、前記オフガス循環路を流通するガスの方向に応じて変形可能である請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記流体流通制限部材は、前記順方向の流れの上流側の外形が、下流側の外形よりも大きい請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記流体流通制限部材は、前記順方向の流れに応じて、前記流通路の開口面積を拡張し、前記逆方向の流れに応じて、前記流通路の開口面積を縮小する請求項６または請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記流通路は、開閉部材によって画定されてなり、当該開閉部材は、前記順方向の流れに応じて、開方向に回動して前記流通路の開口面積を拡張し、前記逆方向の流れに応じて、閉方向に回動して前記流通路の開口面積を縮小する請求項８記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記開閉部材は、一端を支点とし、他端を自由端として回動すると共に、前記オフガス循環路を流通するガスの方向に対し、前記閉方向に向けて傾斜してなる請求項９記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムにかかり、燃料電池への供給ガスと、オフガス循環路から供給されるオフガスとを混合するエジェクタを備え、前記オフガス循環路に、ガスが逆流することを抑制する流体流通制限部材を備えてなる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電解質膜の両側にアノードとカソードとを備え、アノードに燃料ガス（例えば、水素を含むガス）を供給し、カソードに酸化ガス（例えば、酸素を含むガス、通常は空気）を供給して、これらのガスによる電気化学反応により電力を発生させる燃料電池が使用されている。このような燃料電池を備えた燃料電池システムでは、燃料電池に供給された燃料ガスの全てが電気化学反応に使用されるわけではなく、当該燃料電池から排出された燃料オフガスには、未反応の燃料ガスが含まれている。このため、燃費向上の目的で燃料オフガスを回収し、燃料オフガス循環路を介して燃料ガス供給路に合流させ、新鮮な燃料ガスと混合して再度燃料電池に供給している。
【０００３】
このような燃料電池システムでは、エジェクタによって燃料オフガスを循環させるものがあるが、燃料電池の起動時や低負荷発電時、あるいは燃料オフガス排出時等に、燃料オフガスが逆流することを抑制する目的で、燃料オフガス循環路に逆流防止弁（逆止弁）を配設している。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、燃料オフガス循環路から分岐したバイパス路に逆流防止手段（逆止弁）を配設し、この逆流防止手段の開閉を制御する燃料電池システムも紹介されている。（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２０３６６１号公報
【特許文献２】特開２００４−１５２５２９号公報
【特許文献３】特開２００５−１６４１２号公報
【特許文献４】特開２００２−３１３２８９号公報
【特許文献５】特開２００４−１６２８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された逆流防止弁（逆止弁）は、弁体と弁座との接触面積（シール面積）が大きいため、低温時に両者の接触部分が凍結する虞があり、改善の余地がある。また、特許文献２に記載されているように、逆流防止手段（逆止弁）の開閉を制御する場合、構成が複雑になる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、燃料電池の起動時、パージ時、低負荷発電時等に、供給ガスが逆流することを抑制可能であると共に、オフガス循環路に設けられ、供給ガスが逆流することを抑制する流体流通制限部材が、低温時に凍結することを抑制することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するため本発明は、燃料電池と、当該燃料電池に供給される供給ガスを流通させるガス供給路と、当該燃料電池から排出されたオフガスを流通させて再び前記燃料電池に供給するオフガス循環路と、前記ガス供給路とオフガス循環路との合流点に配設され、前記供給ガスと前記オフガスとを混合するエジェクタと、を備えてなる燃料電池システムであって、前記オフガス循環路に設けられ、当該オフガス循環路を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能である流通路を有すると共に、前記順方向の流れに対する抵抗が、前記逆方向の流れに対する抵抗よりも小さい流体流通制限部材を備えてなる燃料電池システムを提供するものである。
【０００８】
この構成を備えた燃料電池システムは、オフガス循環路に、当該オフガス循環路を流通するガスの順方向の流れに対する抵抗が、当該ガスの逆方向の流れに対する抵抗よりも小さい流体流通制限部材が配設されているため、供給ガスやオフガスが、当該オフガス循環路を逆流することを抑制することができる。また、前記流体流通制限部材は、前記流通路を介してガスを流通させるため、ガスの流れを完全に封止することがないため、順方向の流れに対する圧損を小さくすることができると共に、流体流通制限部材が凍結することを抑制することができる。
【０００９】
前記流体流通制限部材は、弁体と、弁座とを備え、前記弁体に前記流通路を形成した構成を備えることができる。このように構成することで、弁体と、弁座との接触面積を、前記流通路の存在によって小さくすることができる。したがって、流体流通制限部材が凍結することをさらに抑制することができる。
【００１０】
前記弁体は、前記オフガス循環路を画定する内壁よりも撥水性の高い材料で形成することができる。このように構成することで、弁体への水滴の付着を抑制することができ、さらに凍結することを抑制することができる。
【００１１】
また、前記弁体は、前記流体流通制限部材が、通常時に開状態（常開）となるよう配設することができる。このように、前記流体流通制限部材を通常時に開状態にしておくことで、前記利点に加え、圧損をさらに小さくすることができる。
【００１２】
そしてまた、前記弁体には、前記流通路の一部を画定し且つ前記弁座に当接する複数の当接部を形成することができる。このように構成することで、当接部と弁座との接触面積が、弁体と弁座との接触面積となるため、当該接触面積を小さくすることができる。したがって、さらに流体流通制限部材が凍結することを抑制することができる。
【００１３】
また、本発明にかかる流体流通制限部材は、前記オフガス循環路を流通するガスの方向に応じて変形可能に構成することができる。このように構成することで、流体流通制限部材は、例えば、従来の逆止弁のような駆動部分を有さないため、凍結することを抑制することができる。
【００１４】
前記流体流通制限部材は、前記順方向の流れの上流側の外形が、下流側の外形よりも大きい構成を備えることができる。すなわち、流体流通制限部材のガスの流れ方向に沿った断面の外形が、前記順方向の流れの上流側の辺が長く、下流側の辺が短い略台形状となる構成を備えることができる。このように構成することで、ガスの順方向の流れに対する抵抗を、逆方向の流れに対する抵抗よりも、さらに効率よく小さくすることができる。
【００１５】
また、流体流通制限部材が、前記オフガス循環路を流通するガスの方向に応じて変形可能である場合の一実施態様としては、前記流体流通制限部材を、前記順方向の流れに応じて、前記流通路の開口面積を拡張し、前記逆方向の流れに応じて、前記流通路の開口面積を縮小するよう構成することができる。
【００１６】
そしてまた、前記流通路の開口面積を、前記オフガス循環路を流通するガスの方向に応じて、拡張または縮小させる構成の場合の一実施態様としては、前記流通路を開閉部材によって画定した構成とし、この開閉部材を、前記順方向の流れに応じて、開方向に回動して前記流通路の開口面積を拡張し、前記逆方向の流れに応じて、閉方向に回動して前記流通路の開口面積を縮小するよう構成することができる。
【００１７】
さらにまた、前記開閉部材は、一端を支点とし、他端を自由端として回動すると共に、前記オフガス循環路を流通するガスの方向に対し、前記閉方向に向けて傾斜させた構成とすることもできる。このように構成することで、ガスが逆方向に流れた際に、当該ガスで前記開閉部材を押圧し易くなり、当該開閉部材を閉方向にさらに回動させ易くすることができる。
【００１８】
そしてまた、本発明にかかる燃料電池システムは、前記流通路を複数備えることもできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にかかる燃料電池システムは、オフガス循環路に、オフガス循環路を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能である流通路を有すると共に、前記ガスの順方向の流れに対する抵抗が、当該ガスの逆方向の流れに対する抵抗よりも小さい流体流通制限部材を配設した構成を備えているため、供給ガスやオフガスがオフガス循環路を逆流することを抑制することができる。また、前記順方向の流れに対する圧損を小さくすることができ、流体流通制限部材が凍結することをさらに抑制することができる。この結果、信頼性が高く、発電を効率よく行うことが可能な燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の好適な実施の形態にかかる燃料電池システムについて図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施例にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。なお、本実施の形態では、燃料電池システムのオフガス循環路を通過するガスが順方向に流れる際の上流側を「上流」、下流側を「下流」として説明する。
（実施の形態１）
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態１にかかる燃料電池システムの主要部を示す図、図２は、図１に示す燃料電池システムのオフガス循環路内に配設された流体流通制限部材を示す斜視図であり、オフガスが順方向に流れている状態を示す図、図３は、図１に示す燃料電池システムのオフガス循環路内に配設された流体流通制限部材を透視して示す斜視図であり、オフガスが逆方向に流れている状態を示す図である。なお、図２及び図３では、オフガス循環路を断面で示してある。
【００２２】
図１〜図３に示すように、実施の形態１にかかる燃料電池システム１は、酸化ガス（酸素を含むガス、通常は空気）及び燃料ガス（水素を含むガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池２を備えている。燃料電池２は、例えば固体分子電解質型からなり、多数のセルを積層したスタック構造として構成されている。燃料電池システム１は、燃料電池２に反応ガスとしての酸化ガスを供給する酸化ガス配管系３と、燃料電池２に反応ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系４と、を具備している。
【００２３】
酸化ガス配管系３は、加湿器１１により加湿された酸化ガスを燃料電池２に供給する酸化ガス供給路１２と、燃料電池２から排出された酸素オフガスを加湿器１１に導く排出流路１３と、加湿器１１から燃焼器に酸素オフガスを導くための排気流路１４と、が設けられている。酸化ガス供給路１２には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器１１に圧送するコンプレッサ１５が設けられている。
【００２４】
水素ガス配管系４は、高圧の水素ガスを貯留した水素供給源となる水素タンク２１と、水素タンク２１の水素ガス（水素供給ガス）を燃料電池２に供給する水素ガス供給路２２と、燃料電池２から排出された水素オフガスを水素ガス供給路２２に戻すためのオフガス循環路２３と、水素ガス供給路２２とオフガス循環路２３との接続部分（合流点）に設けられ、オフガス循環路２３の水素オフガスを水素ガス供給路２２に還流させるエジェクタ２４と、エジェクタ２４にパイロット圧として水素オフガスの圧力を導入する導入通路２５と、オフガス循環路２３に配設され排出水素を外部へ放出する水素排気弁２６と、を具備している。そして、エジェクタ２４によって、水素タンク２１からの水素供給ガスに燃料電池２の燃料ガス出口からの水素オフガス（燃料オフガス）が合流され、この合流後の混合水素ガス（混合燃料ガス）が燃料電池２に供給される。
【００２５】
水素ガス供給路２２は、エジェクタ２４の上流側に位置し、水素供給ガスをエジェクタ２４に導く流路である主流流路２２ａと、エジェクタ２４の下流側に位置し、混合水素ガスを燃料電池２に導く流路である混合流路２２ｂを備えて構成されている。主流流路２２ａには、その上流側から順に、これを開閉するシャットバルブ３１と、水素供給ガスの圧力を調整するレギュレータ３２と、が介設されている。また、実施の形態１では、オフガス循環路２３として、円筒形の配管を使用した。
【００２６】
オフガス循環路２３の導入通路２５との接続点Ａよりも下流側（エジェクタ２４側）には、オフガス循環路２３を流通するガス（水素オフガス等）を順方向及び逆方向に流通可能である流通路４４を有すると共に、オフガス循環路２３を流通するガスの順方向の流れに対する抵抗が、オフガス循環路２３を流通するガスの逆方向の流れに対する抵抗よりも小さい流体流通制限部材４０が配設されている。
【００２７】
通常時、オフガス循環路２３を流通する水素オフガスは、流体流通制限部材４０を介してエジェクタ２４に吸引される。また、オフガス循環路２３を流通する水素オフガスの圧力は、導入通路２５を経てエジェクタ２４にパイロット圧として導入される。
【００２８】
流体流通制限部材４０は、特に図２及び図３に示すように、リング状のベース４１と、一端がベース４１に取り付けられた３つの開閉部材４２ａ、４２ｂ及び４２ｃを備えて構成されている。ベース４１は、オフガス循環路２３の内径と同じ外径を有しており、その外周面４３が、オフガス循環路２３の内壁２３ａに接した状態で取り付けられている。この流体流通制限部材４０の外形（外観上のプロファイル）は、上流側が下流側よりも大きい構成となっている。
【００２９】
開閉部材４２ａ、４２ｂ及び４２ｃは、側面から見て略台形状を有しており、それぞれが同じ形状を備えている。これらの開閉部材４２ａ、４２ｂ及び４２ｃは、図２に示すように、通常の状態で、内側に傾斜した状態でベース４１に取り付けられており、ベース４１との接続部分を支点として回動可能となっている。そして、開閉部材４２ａ、４２ｂ及び４２ｃは、互いの間に隙間が形成されており、この隙間が、オフガス循環路２３を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能である、すなわち、オフガス循環路２３の上流側と下流側とを連通させる流通路４４を画定している。この流通路４４（隙間）は、開閉部材４２ａ、４２ｂ及び４２ｃが回動して、完全に閉状態となった際にも存在し、オフガス循環路２３を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能となっている。
【００３０】
なお、実施の形態１では、開閉部材４２ａ、４２ｂ及び４２ｃを樹脂やゴム等の弾性部材で形成し、開閉部材４２ａ、４２ｂ及び４２ｃに、オフガス循環路２３を流通するガスによる圧力がかかった際に、開閉部材４２ａ、４２ｂ及び４２ｃが弾性変形することで、ベース４１との接続部分を支点として回動して開閉されるようにした。
【００３１】
この構成を備えた燃料電池システム１は、燃料電池２に燃料ガス及び酸化ガスが供給されると、
アノード電極側では、    Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
カソード電極側では、    （１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
燃料電池全体としては、    Ｈ2＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ
の反応が起こる。この電気化学反応により、アノード電極側では、生成水と共に、未反応の水素が混入された水素オフガスが、水素排出口（図示せず）を介してオフガス循環路２３に排出される。そして、不要な水素オフガスは、所望のタイミングで水素排気弁２６から外部に排出され、生成水等の水は、図示しない排水口から外部に排出される。
【００３２】
オフガス循環路２３に排出された水素オフガスは、エジェクタ２４の動力によって、オフガス循環路２３を順方向（図１及び図２に矢印Ｘで示す方向）に流れる。この時、流体流通制限部材４０の開閉部材４２ａ、４２ｂ及び４２ｃは、開状態となっており、水素オフガスの順方向の流れによって、開閉部材４２ａ、４２ｂ及び４２ｃがさらに開方向に押され、流通路４４の開口面積を最大にする。したがって、流通路４４を介して水素オフガスが下流側（矢印Ｘ方向）に流れる際の抵抗が小さくなり、水素オフガスは効率よく循環する。また、流体流通制限部材４０は、従来の逆止弁の弁体のような駆動部分を有さないため、凍結したり、摩耗したりすることを抑制することができる。
【００３３】
一方、水素タンク２１から供給される水素供給ガスは、エジェクタ２４の動力によって、水素タンク２１から供給される水素供給ガスが、シャットバルブ３１及びレギュレータ３２を介して、オフガス循環路２３からの水素オフガスと合流され、燃料電池２に供給される。
【００３４】
ここで、仮に、エジェクタ２４の動力によって、主流流路２２ａから供給される水素供給ガスの流量が増加する、あるいは、オフガス循環路２３を循環する水素オフガスの循環量が減少し、水素オフガス及び／または供給水素ガスが、オフガス循環路２３を逆方向（図３に矢印Ｙで示す方向）に流れた際は、この逆方向の流れによって、流体流通制限部材４０の開閉部材４２ａ、４２ｂ及び４２ｃが上流側に向けて押され、図３に示すように、開閉部材４２ａ、４２ｂ及び４２ｃが閉方向に回動するよう変形し、流通路４４の開口面積が縮小する（狭くなる）。したがって、流通路４４を介して上流側（矢印Ｙ方向）に流れるガスの抵抗が大きくなり、ガスが逆流することを抑制することができる。この時も、前記と同様に、流体流通制限部材４０が駆動部分を有さないため、凍結したり、摩耗したりすることを抑制することができる。さらに、この時、流体流通制限部材４０は、逆方向に流れるガスを完全に封止することがないため、順方向の流れに対する圧損を小さくすることもできる。
【００３５】
なお、実施の形態１では、流体流通制限部材４０が、３つの開閉部材４２ａ、４２ｂ及び４２ｃを回動させて開閉する構成を備えた場合について説明したが、これに限らず、流体流通制限部材４０は、オフガス循環路２３を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能である流通路４４を有し、オフガス循環路２３を流通するガスの順方向の流れに対する抵抗が、逆方向の流れに対する抵抗よりも小さくなる構成を備えていれば、例えば、図４〜図６に示す構成等、他の構成を備えていてもよい。
【００３６】
具体的には、図４〜図６に示す流体流通制限部材５０は、リング状のベース４１と、ベース４１の表面に形成されたメッシュ状部材５１から構成されており、このメッシュ状部材５１は、複数のメッシュ部５２から形成されている。各々のメッシュ部５２は、図５及び図６に示すように、略正方形に開口された複数の開口部５３を有し、この略正方形の開口部５３を画定する縁部である４つの辺には、開閉部材５２ａ、５２ｂ、５２ｃ及び５２ｄが各々取り付けられている。
【００３７】
開閉部材５２ａ、５２ｂ、５２ｃ及び５２ｄは、略台形状を有しており、それぞれが同じ形状を備えている。これらの開閉部材５２ａ、５２ｂ、５２ｃ及び５２ｄは、図５に示すように、通常の状態で、内側に傾斜した状態で開口部５３を画定する縁部に各々取り付けられており、縁部との接続部分を支点として回動可能となっている。そして、開閉部材５２ａ、５２ｂ、５２ｃ及び５２ｄは、互いの間に隙間が形成されており、この隙間が、オフガス循環路２３を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能である流通路５４となっている。この流通路５４（隙間）は、開閉部材５２ａ、５２ｂ、５２ｃ及び５２ｄが回動して、完全に閉状態となった際にも形成され、オフガス循環路２３を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能となっている。
【００３８】
この流体流通制限部材５０も、流体流通制限部材４０と同様に、通常の状態では、開閉部材５２ａ、５２ｂ、５２ｃ及び５２ｄは、開状態となっている。そして、エジェクタ２４の動力によって水素オフガスが順方向に流れると、この水素オフガスの順方向の流れによって、開閉部材５２ａ、５２ｂ、５２ｃ及び５２ｄが開方向に押され、流通路５４を最大にする。したがって、流通路５４を介して水素オフガスが下流側に流れる際の抵抗が小さくなり、水素オフガスは効率よく循環する。
【００３９】
また、前記と同様に、仮に水素オフガス及び／または供給水素ガスが、オフガス循環路２３を逆方向に流れた際は、この逆方向の流れによって、開閉部材５２ａ、５２ｂ、５２ｃ及び５２ｄが上流側に向けて押され、図６に示すように、開閉部材５２ａ、５２ｂ、５２ｃ及び５２ｄが閉方向に回動するよう変形し、流通路５４が狭くなる。したがって、流通路５４を介して上流側に流れるガスの抵抗が大きくなり、ガスが逆流することを抑制することができる。
【００４０】
なお、流体流通制限部材５０の場合も流体流通制限部材４０と同様に、流体流通制限部材５０が駆動部分を有さないため、凍結したり、摩耗したりすることを抑制することができる。さらに、流体流通制限部材５０は、逆方向に流れるガスを完全に封止することがないため、順方向の流れに対する圧損を小さくすることもできる。
【００４１】
そしてまた、実施の形態１では、３つの開閉部材、あるいは４つの開閉部材を備えた流体流通制限部材４０または５０について説明したが、これに限らず、開閉部材は、１つあるいは２つ、または５つ以上であってもよい。また、開閉部材を設けずに、流体流通制限部材を、オフガス循環路２３を流通するガスの方向に応じて変形させることで、流通路のサイズを変化させる等して、順方向の流れに対する抵抗が、逆方向の流れに対する抵抗よりも小さくなるようにしてもよい。
【００４２】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２にかかる燃料電池システムについて図面を参照して説明する、なお、実施の形態２では、実施の形態１で説明した燃料電池システムと同様の部材には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４３】
図７は、実施の形態２にかかる燃料電池システムの主要部を示す図、図８は、図７に示す燃料電池システムのオフガス循環路内に配設された流体流通制限部材を示す断面図であり、オフガスが順方向に流れている状態を示す図、図９は、図７に示す燃料電池システムのオフガス循環路内に配設された流体流通制限部材を示す断面図であり、オフガスが逆方向に流れている状態を示す図である。
【００４４】
実施の形態２にかかる燃料電池システム１０の、実施の形態１にかかる燃料電池システム１との異なる点は、流体流通制限部材の構成である。すなわち、図８及び図９に示すように、実施の形態２にかかる流体流通制限部材６０は、実施の形態１と同様に、オフガス循環路２３の導入通路２５との接続点Ａよりも下流側（エジェクタ２４側）に配設されており、弁体６１と、弁座６２と、弁体６１を弁座６２に向けて付勢するコイルバネ６３と、を備えて構成されている。
【００４５】
オフガス循環路２３の流体流通制限部材６０が配設される位置には、弁体６１が、オフガス循環路２３を流通するガスの上下流方向に移動可能となるように収容する弁体収容部６５が形成されている。この弁体収容部６５は、オフガス循環路２３の径よりも大きな径を有し、上流側（図８及び図９でいう下部）が、湾曲した凹状になっている。弁体収容部６５の上流側のオフガス循環路２３に連通している部分には、コイルバネ６３が固定されている。また、弁体収容部６５の下流側（図８及び図９でいう上部）のオフガス循環路２３に連通している部分には、オフガス循環路２３と弁体収容部６５との径の差を画定する段差部６６が形成されている。
【００４６】
弁体６１は、略半球状を有する略半球部６１ａと、略半球部６１ａから互いに間隔をおいて立設された脚部６１ｂ、６１ｃ及び６１ｄから構成されている。この弁体６１は、略半球部６１ａがコイルバネ６３に固定されており、通常の状態では、コイルバネ６３の付勢力によって、脚部６１ｂ及び６１ｄの先端面が、段差部６６に当接した状態（図８参照）となっており、したがって、段差部６６の一部によって弁座６２が構成されている。そして、脚部６１ｂ、６１ｃ及び６１ｄの間に形成された隙間によって、オフガス循環路２３の上流側と下流側とを連通させる流通路６４が形成されている。すなわち、脚部６１ｂ、６１ｃ及び６１ｄが、流通路６４の一部を画定することになる。
【００４７】
また、この状態の際、コイルバネ６３の螺旋形状によって画定される隙間は、オフガス循環路２３を流通するガスが、順方向に適切に流れることができる程度の大きさの隙間となっている。したがって、弁体６１は、通常の状態及びガスが順方向に流れる際に、ノーマルオープンの位置にある。
【００４８】
なお、弁体６１は、撥水性の高い素材で構成することが、弁体６１への水滴の付着を抑制し、さらに凍結することを抑制することから好ましい。このため、実施の形態２では、弁体６１を、オフガス循環路２３を画定する内壁２３ａよりも撥水性の高い材料で形成した。
【００４９】
この流体流通制限部材６０は、エジェクタ２４の動力によって水素オフガスが順方向に流れると、図８に示すように、脚部６１ｂ及び６１ｄの先端面が、段差部６６に当接した状態で、水素オフガスが下流側（図８に示す矢印Ｘ方向）に向けて流れる。この時、弁体６１は、水素オフガスが当たる部分が略半球状となっているため、水素オフガスが下流側に流れる際の抵抗が小さくなる。さらに、弁体６１には流通路６４が形成されているため、水素オフガスは、この流通路６４を介して下流側に流れる結果、抵抗がさらに小さくなり、水素オフガスは効率よく循環する。また、弁体６１と弁座６２との接触面積は、脚部６１ｂ及び６１ｄの先端面と、弁座６２との接触面積となるため、従来の逆止弁に比べ、弁座６２と弁体６１との接触面積を大幅に小さくすることができるため、流体流通制限部材６０が凍結し難く、仮に凍結したとしても、弁座６２の作動不良が生じ難くなる。
【００５０】
また、実施の形態１と同様に、仮に水素オフガス及び／または供給水素ガスが、オフガス循環路２３を逆方向（図９に示す矢印Ｙ方向）に流れた際は、この逆方向の流れによって、コイルバネ６３の付勢力に逆らって、弁体６１が上流方向（図９に示す矢印Ｙ方向）に押され、図９に示すようにコイルバネ６３に密着した状態でコイルバネ６３を押し縮める。したがって、コイルバネ６３の螺旋形状によって画定される隙間が狭くなり、流通路６４を介して上流側に流れるガスの抵抗が大きくなり、ガスが逆流することを抑制することができる。このように、流体流通制限部材６０は、オフガス循環路２３を流通するガスの順方向の流れに対する抵抗が、逆方向の流れに対する抵抗よりも小さいという特徴を有している。さらに、流体流通制限部材６０は、逆方向に流れるガスを完全に封止することがないため、順方向の流れに対する圧損を小さくすることもできる。
【００５１】
なお、実施の形態２では、略半球部６１ａと、略半球部６１ａから互いに間隔をおいて立設された脚部６１ｂ、６１ｃ及び６１ｄから構成された弁体６１を例にとって説明したが、これに限らず、弁体は、オフガス循環路２３を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能である流通路を有すると共に、前記順方向の流れに対する抵抗が、前記逆方向の流れに対する抵抗よりも小さくなるよう駆動すれば、例えば、図１０や図１１に示すような他の構成を備えていてもよい。
【００５２】
具体的には、図１０に示す弁体７１は、略球体状の略球体部７１ａと、略球体部７１ａから互いに間隔をおいて立設された４つの脚部７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ及び７１ｅから構成されている。この弁体７１の場合、脚部７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ及び７１ｅの間に形成された隙間によって、オフガス循環路２３の上流側と下流側とを連通させる流通路が形成され、図１０に示す矢印Ｘ方向、あるいはその逆方向にガスが流通する。また、略球体部７１ａの脚部７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ及び７１ｅが形成されている側とは反対側がコイルバネ６３（図８及び図９参照）に固定される。そして、この弁体７１を備えた流体流通制限部材も、前述した流体流通制限部材６０と同様に、オフガス循環路２３を流通するガスの順方向の流れに対する抵抗が、逆方向の流れに対する抵抗よりも小さいという特徴を有している。
【００５３】
また、図１１に示すように、略半球部６１ａと、略半球部６１ａ状に設けたメッシュ状の円筒形部材８２から構成した弁体８１を用いてもよい。この場合、円筒形部材８２のメッシュ（複数の開口部）が、オフガス循環路２３の上流側と下流側とを連通させる流通路となる。なお、弁体８１の動作は、弁体６１と同様であり、この弁体８１を備えた流体流通制限部材も、前述した流体流通制限部材６０と同様に、オフガス循環路２３を流通するガスの順方向の流れに対する抵抗が、逆方向の流れに対する抵抗よりも小さいという特徴を有している。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる燃料電池システムの主要部を示す図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムのオフガス循環路内に配設された流体流通制限部材を示す斜視図であり、オフガスが順方向に流れている状態を示す図である。
【図３】図１に示す燃料電池システムのオフガス循環路内に配設された流体流通制限部材を透視して示す斜視図であり、オフガスが逆方向に流れている状態を示す図である。
【図４】本発明の他の実施の形態にかかる燃料電池システムのオフガス循環路内に配設された流体流通制限部材を示す斜視図である。
【図５】図４に示す流体流通制限部材の一部を拡大して示す図であり、オフガスが順方向に流れている状態を示す図である。
【図６】図４に示す流体流通制限部材の一部を拡大して示す図であり、オフガスが逆方向に流れている状態を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２にかかる燃料電池システムの主要部を示す図である。
【図８】図７に示す燃料電池システムのオフガス循環路内に配設された流体流通制限部材を示す断面図であり、オフガスが順方向に流れている状態を示す図である。
【図９】図７に示す燃料電池システムのオフガス循環路内に配設された流体流通制限部材を示す断面図であり、オフガスが逆方向に流れている状態を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態にかかる流体流通制限部材の構成要素である弁体の斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態にかかる流体流通制限部材の構成要素である弁体の側面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１、１０…燃料電池システム、２…燃料電池、２１…水素タンク、２２…水素ガス供給路、２３…オフガス循環路、２４…エジェクタ、４０、５０、６０…流体流通制限部材、４１…ベース、４２ａ〜４２ｄ…開閉部材、４４、５４、６４…流通路、５１…メッシュ状部材、５２…メッシュ部、５２ａ〜５２ｅ…開閉部材、５３…開口部、６１、７１、８１…弁体、６１ａ、７１ａ…略半球部、６１ｂ〜６１ｄ、７１ｂ〜７１ｅ…脚部、６２…弁座、６３…コイルバネ、６５…弁体収容部、８２…円筒形部材
【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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