(57)【要約】【課題】燃料電池システムがたとえ寒冷環境下に放置された後に再起動される場合でも、流路内に残留する液体がバルブなどにおいて凍結し燃料電池の性能が低下することを防止する。【解決手段】循環流路５１ａと排気流路６１との間の気液分離器５４内に、オフガスに含まれる液体を貯留する貯留部を設ける。燃料電池システム１０が停止中に、貯留部に貯留された液体を、例えば液体が冷却されることで生じる状態変化に応じて液体に刺激を与えることで、凍結を促進させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池から排出されたオフガスを排出する排気弁と、
前記燃料電池と前記排気弁との間の前記オフガスが通る流路に設けられ、前記オフガスに含まれる液体を貯留する貯留部と、
前記貯留部に貯留された液体の凍結を促進する凍結促進手段と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記凍結促進手段は、
貯留された液体が冷却されることで生じる当該液体の状態変化に応じて当該液体に刺激を与えることで、液体の凍結を促進する、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記凍結促進手段は、
氷結活性細菌を利用して液体の氷結を促進する、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
燃料電池から排出されたオフガスを排出する排気弁と、
前記燃料電池と前記排気弁との間の前記オフガスが通る流路に設けられ、前記オフガスに含まれる液体を貯留する貯留部であって、内壁の部材が前記流路を構成する他の内壁の部材よりも熱伝導率が高い部材から構成される貯留部と、
を備える燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池から排出されたオフガスを前記燃料電池に再び供給する循環流路と、
前記循環流路から分岐配管を介して分岐して、前記オフガスを外部へ排出する排出流路と、
を備え、
前記貯留部は、前記分岐配管に設けられる、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池システムにおいて、
前記貯留部は、前記排出流路より鉛直方向上方に設けられる、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、
前記分岐配管には、前記貯留部の鉛直方向上方に、前記オフガスに含まれる不純成分を吸着するイオン交換樹脂部材が設けられる、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池システムにおいて、
前記イオン交換樹脂部材は排出流路側の端部が燃料電池側の端部より低くなるように水平方向に対して傾斜配置され、
前記貯留部は、前記イオン交換樹脂部材の排出流路側の端部の鉛直方向下方に設けられる、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項５に記載の燃料電池システムにおいて、
前記排出流路を構成する配管のうち前記排気弁より上流側の配管は、螺旋形状もしくは蛇行形状である、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項５に記載の燃料電池システムにおいて、
前記排出流路を構成する配管のうち前記排気弁より上流側の配管の内壁には、貯留された液体が前記排気弁まで達することを防ぐための障壁が形成されている、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記貯留部の前記液体を貯留する内壁は、親水処理されている、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池から排出されるオフガスを排気弁を介して外部へ排出する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、圧縮水素ボンベ、液体水素タンク、水素吸蔵合金などの水素貯蔵装置を備え、水素貯蔵装置から供給された水素と酸素を含む大気とを燃料電池に送り込み反応させて発電を行う。
【０００３】
このような燃料電池システムは、例えば、車両に搭載され、燃料電池から取り出された電気エネルギで電動機を動作させ、この電動機で駆動輪を駆動して車両を走行させる。また、このような燃料電池システムでは、固体高分子膜などの電解質膜を挟んでアノードとカソードが配置された構造を有し、アノードに水素を含む燃料ガスが接触しカソードに空気などを含む酸化ガスが接触することにより両電極で電気化学反応が起こり、起電力が発生する仕組みになっている。このような燃料電池によって電力を得る燃料電池システムでは、燃料である水素の無駄な消費を無くすことが省エネルギの観点において重要である。このため、従来の燃料電池システムでは、燃料電池で使用された燃料ガスのオフガスを再び燃料電池に循環させることで、オフガスに残存している水素の有効利用が図られている。
【０００４】
また、燃料電池内では、カソードにおける電気化学反応、すなわち、アノード側から電解質膜を透過してきた水素イオンと酸化ガス中の酸素との反応により水が生成される。反応により生成された水の多くは酸化ガスのオフガスとともに大気中に放出されるが、一部の生成水は電解質膜を通過してアノードに移動する。アノード側に移動した生成水は燃料ガスのオフガスに含まれて燃料電池内から排出されるが、オフガスは再び燃料ガスとして燃料電池に循環されるため、燃料ガスの循環系内には水が滞留していくことになる。循環系内での水の滞留はアノードへの水素の供給を阻害することになり、燃料電池の発電性能の低下を招いてしまう。
【０００５】
特許文献１には、水素循環系の各部の上下位置関係を最適化して凝縮水の滞留を防止することを目的とした燃料電池装置が開示されている。より具体的には、燃料極の燃料出口と燃料循環手段の排出燃料入口との間の配管に流路遮断弁を設け、流路遮断弁の上流側の配管に、排出燃料ガスを外部に放出するためのパージ配管を、パージ分岐部を介して接続し、パージ配管上のパージガス遮断弁を、パージ分岐部より高い位置に配置した燃料電池装置が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、燃料電池から排出される燃料ガスの通路であるオフガス通路と、オフガス通路に配置され、燃料ガスから水分を分離して貯留する気液分離器と、気液分離器に接続され、気液分離器内の貯留水とともに燃料ガスを外部へ排出する排出弁とを備えた燃料電池システムが開示されている。
【０００７】
ところで、このような燃料電池システムが停止時において、燃料ガス流路内が燃料ガスで満たされ、外気と遮断されていても燃料電池のカソード側からアノード側へ燃料ガス以外の不要ガスが流入し、その不要ガスが燃料ガス流路において拡散する場合がある。また、燃料電池システムの停止時には、燃料ガス流路を大気開放する場合もある。このような状態で、つまり、燃料ガス流路内に不要ガスが残留した状態で燃料電池システムを起動すると、燃料電池システム内を不要ガスが循環し、アノードでの燃料ガスの分圧が低下し、燃料電池の性能が低下することがある。そのため、燃料電池を再起動する際には、パージを行い、燃料ガス流路内の不要ガスの排出が行われる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２３１２９４号公報
【特許文献２】特開２００５−３０２７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような燃料電池システムにおいて、作動中に外部へ排出されずに残った液体が存在する場合、その液体は再起動時に行われる不要ガスのパージにより、不要ガスとともに外部へ排出される。ここで、燃料電池システムが停止中に寒冷下におかれると、停止時などに排出されずに残った液体が凍結せず過冷却状態で存在することがある。この場合、燃料電池システムの再起動時に行われる不要ガスのパージの際に排気弁などのバルブや配管において、過冷却状態の液体が凍結し、弁の作動不良あるいは配管の閉塞などを生じさせるおそれがある。
【００１０】
本発明は、燃料電池システムがたとえ寒冷環境下に放置された後に再起動される場合でも、流路内に残留する液体がバルブなどにおいて凍結し燃料電池の性能が低下することを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池から排出されたオフガスを排出する排気弁と、前記燃料電池と前記排気弁との間の前記オフガスが通る流路に設けられ、前記オフガスに含まれる液体を貯留する貯留部と、前記貯留部に貯留された液体の凍結を促進する凍結促進手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る燃料電池システムの１つの態様では、前記凍結促進手段は、貯留された液体が冷却されることで生じる当該液体の状態変化に応じて当該液体に刺激を与えることで、液体の凍結を促進することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る燃料電池システムの１つの態様では、前記凍結促進手段は、氷結活性細菌を利用して液体の氷結を促進することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池から排出されたオフガスを排出する排気弁と、前記燃料電池と前記排気弁との間の前記オフガスが通る流路に設けられ、前記オフガスに含まれる液体を貯留する貯留部であって、内壁の部材が前記流路を構成する配管の内壁の部材よりも熱伝導率が高い部材から構成される貯留部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る燃料電池システムの１つの態様では、前記燃料電池から排出されたオフガスを前記燃料電池に再び供給する循環流路と、前記循環流路から分岐配管を介して分岐して、前記オフガスを外部へ排出する排出流路と、を備え、前記貯留部は、前記分岐配管に設けられることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る燃料電池システムの１つの態様では、前記貯留部は、前記排出流路より鉛直方向上方に設けられることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る燃料電池システムの１つの態様では、前記分岐配管には、前記貯留部の鉛直方向上方に、前記オフガスに含まれる不純成分を吸着するイオン交換樹脂部材が設けられることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る燃料電池システムの１つの態様では、前記イオン交換樹脂部材は排出流路側の端部が燃料電池側の端部より低くなるように水平方向に対して傾斜配置され、前記貯留部は、前記イオン交換樹脂部材の排出流路側の端部の鉛直方向下方に設けられることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る燃料電池システムの１つの態様では、前記排出流路を構成する配管のうち前記排気弁より上流側の配管は、螺旋形状もしくは蛇行形状であることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る燃料電池システムの１つの態様では、前記排出流路を構成する配管のうち前記排気弁より上流側の配管の内壁には、貯留された液体が前記排気弁まで達することを防ぐための障壁が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る燃料電池システムの１つの態様では、前記貯留部の前記液体を貯留する内壁は、親水処理されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、貯留部に貯留された液体の凍結を促進させる。これにより、燃料電池システムがたとえ寒冷環境下に放置された後に再起動される場合でも、貯留部に貯留した液体が例えば起動時に行われる不要ガスの排気処理により下流へ移動して、バルブなどで凍結し燃料電池の性能が低下することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態と称する）について、以下図面を用いて説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態における燃料電池システムの概略構成を示す図である。本実施形態における燃料電池システムは、モータ（電動機）で駆動する車両に電源として搭載される。燃料電池システムは、ユーザがイグニションスイッチをオンすると起動し、ユーザによるアクセルの操作量に応じた発電を行う。車両は、燃料電池システムから供給される電力によって走行することができる。
【００２５】
図１において、燃料電池システム１０は、主に、燃料ガス供給装置４２、酸化ガス供給装置７３、燃料電池２０、及び制御部８０を備える。燃料ガスは例えば水素ガスであり、酸化ガスは例えば空気である。制御部８０はイグニションスイッチ８２を介してユーザからのシステム起動信号やシステム停止信号を受信し、これらの信号に応じてシステムの起動および停止を制御する。また、制御部８０はアクセルセンサ８４によって検出されたアクセス開度から燃料電池２０の要求発電量を求め、所望の発電量が得られるように燃料ガス供給装置４２と酸化ガス供給装置７３を制御し、燃料電池２０に供給される燃料ガス流量と酸化ガス流量を調整する。
【００２６】
図２は、燃料電池システム１０の配管系統を中心とするシステム構成を示す図である。図２に示すように、燃料電池システム１０は、燃料電池２０に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給系統と、酸化ガスを供給するための酸化ガス供給系統と、冷却水により燃料電池２０を冷却もしくは暖機するための冷却水供給系統とを備える。
【００２７】
燃料電池２０は、燃料ガスである水素と、酸化ガスである酸素との電気化学反応によって発電するセルを積層することで構成される。各セルは電解質膜を挟んで水素極（以下、アノードと称する）と酸素極（以下、カソードと称する）とを配置して構成される。本実施形態では、例えばナフィオン（登録商標）などの固体高分子膜を電解質膜として利用する固体高分子型のセルを例に説明するが、これに限らず、種々のタイプを利用可能である。
【００２８】
燃料電池システム１０の冷却水供給系統には、冷却水を循環させる冷却路３１、燃料電池２０から排出される冷却水の温度を検出する温度センサ３２、冷却水の熱を外部に放熱するラジエタ３３、ラジエタ３３へ流入する冷却水量を調整するバルブ３４、冷却水を加圧して循環させるポンプ３５などが設けられる。バルブ３４は、燃料電池２０を冷却する場合には、制御部８０の制御に基づいてラジエタ３３へ流入する冷却水量を増加させ、ラジエタ３３によって冷却された冷却水を燃料電池２０に供給する。一方、バルブ３４は、燃料電池２０を暖機する場合には、制御部８０の制御に基づいて、ラジエタ３３へ流入する冷却水量を減少させ、ラジエタ３３による冷却が抑制された冷却水を燃料電池２０に供給する。
【００２９】
燃料電池システム１０の燃料ガス供給系統には、アノードに燃料ガスを供給するための燃料ガス流路４１と、アノードから排気される燃料オフガスを燃料ガス流路４１に循環させるための循環流路５１ａ，５１ｂが配管される。
【００３０】
燃料ガス流路４１には、燃料ガス供給装置４２からの燃料ガスの供給／停止を制御する遮断弁４３、燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ４４、燃料ガスの圧力調整を行うレギュレータ４５、燃料電池２０の燃料ガス供給口を開閉する遮断弁４６などが設置される。燃料ガス供給装置４２は、例えば、高圧水素タンク、水素吸蔵合金、改質器などにより構成される。
【００３１】
循環流路５１ａと循環流路５１ｂとは、気液分離器５４を介して接続される。気液分離器５４は、燃料オフガスから水分を分離して貯留する。循環流路５１ａには、燃料オフガスを排出する遮断弁５２が配置され、循環流路５１ｂには、モータによって駆動される循環ポンプ５５、燃料ガス流路４１の燃料ガスが循環流路５１ａ，５１ｂ側に逆流することを防止する逆流阻止弁５６などが設置される。循環ポンプ５５は、制御部８０の制御に基づいてアノードを通過する際に圧力損失を受けた燃料オフガスを圧縮して適度なガス圧まで昇圧させ、燃料ガス流路４１に還流させる。燃料オフガスは、燃料ガス流路４１で燃料ガス供給装置４２から供給される燃料ガスと合流し、燃料電池２０に供給されて再利用される。
【００３２】
また、気液分離器５４には、燃料ガス循環系統から排気された燃料オフガスを希釈器（例えば水素濃度低減装置）６２を介して車外に排気するための排気流路６１が分岐配管される。排気流路６１には排気弁６３が設置されており、排気弁６３を開閉することで、燃料電池２０内の循環を繰り返して不純物濃度が増した燃料オフガスを外部に排出し、新規の燃料ガスを導入して燃料電池の電圧の低下を防止する。また、排気弁６３を開閉し、循環流路５１の内圧に脈動を起こすことで、ガス流路に蓄積した水分を除去することができる。つまり、排気弁６３を開閉することで、燃料ガス供給系統における掃気処理を行うことができる。
【００３３】
一方、燃料電池システム１０の酸化ガス供給系統には、カソードに酸化ガスを供給するための酸化ガス流路７０と、カソードから排気されるカソードオフガスを排気するためのカソードオフガス流路７が配管される。酸化ガス流路７０には、大気から取り込んだ空気に含まれる粉塵等を除去するエアフィルタ７４、モータによって駆動されるエアコンプレッサ７５などから構成され、圧縮空気を酸化ガスとして酸化ガス流路７０に供給する酸化ガス供給装置７３が設置される。また、酸化ガス供給装置７３の下流に配置された加湿器７６では、燃料電池２０の電池反応で生じた生成水によって高湿潤状態となったカソードオフガスと、大気より取り込んだ低湿潤状態の酸化ガスとの間で水分交換が行われる。カソードの背圧はカソードオフガス流路７１に設置された圧力調整弁７７によってほぼ一定圧に調圧される。カソードオフガス流路７１を流れるカソードオフガスは、例えば気液分離器７２やマフラ７９などを経由して車外に排気され、またその一部は希釈器６２に流れ込み、希釈器６２内に滞留する燃料オフガスを混合希釈して車外に排気される。
【００３４】
また、酸化ガス流路７０には、加湿器７６をバイパスするバイパス流路７８が配管される。バイパス流路７８を介して乾燥した空気を燃料電池２０に供給することで、燃料電池２０の内部の流路などに残っている水分を除去することができる。
【００３５】
制御部８０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って、燃料電池システム１０の各部動作の制御を実行する。制御部８０は、各流路に配置された温度センサＴ、圧力センサＰからのセンサ信号を受け取り、電池運転の状態（例えば、電力負荷）に応じて各モータを駆動して循環ポンプ５５とエアコンプレッサ７５の回転数を調整し、更に、各種の弁の開閉制御又は弁開度の調整などを行う。
【００３６】
ところで、このように構成された燃料電池システム１０の運転を停止する際には、排気弁６３を閉弁した状態で、遮断弁４３を閉弁し、燃料ガスの供給を停止する。このような状態では、例えば、カソード側から電解質膜を透過してアノード側に窒素などの不要ガスが流入する場合がある。その後、このような不要ガスが残留したまま再度燃料電池システムを起動すると、燃料電池システム内を不要ガスが循環し、燃料電池の性能が低下する。そこで、燃料電池システム１０は、再起動時に、遮断弁４３および排気弁６３を開弁することで、不要ガス排出処理を行う。この不要ガス排出処理により、燃料電池システム内の不要ガスが排気弁６３を介して外部へ排出される。この時、例えば掃気処理によって除去しきれずに気液分離器５４に残留する水分が、不要ガスとともに外部へ排出される。
【００３７】
ところが、燃料電池システム１０が停止中に寒冷環境で放置された場合、気液分離器５４に残留する水分が凍結せずに液体のまま過冷却状態となることがある。そして、その状態の水分が起動時の不要ガス排出処理により不要ガスとともに外部へ排出される際に、気液分離器５４より下流のバルブ、例えば排気弁６３や排気流路６１内において凍結することがある。
【００３８】
そこで、本実施形態では、燃料ガス供給系統の気液分離器５４に残留する水分の凍結を促進する。気液分離器５４に貯留された水分の凍結を促進することで、過冷却状態の水分をなくす。これにより、燃料電池システム１０が、たとえ停止中に過冷却状態で放置された場合でも、気液分離器５４に残留する水分が過冷却状態とならず、凍結している。つまり、起動時に過冷却状態の水分が不要ガスとともに外部へ排出されにくくなる。よって、起動時の不要ガス排出処理により、気液分離器５４に残留する水分が、排気弁６３や排気流路６１内において凍結することを防止することができる。
【００３９】
以下、気液分離器５４に貯留された水分の凍結を促進する凍結促進手段の具体的な実施例について説明する。
【００４０】
図３は、燃料電池システム１０における気液分離器５４の部分を拡大して示した模式図である。図３に示す通り、気液分離器５４の水平方向の一端には、燃料電池２０からの燃料オフガスを取り込むための循環流路５１ａが接続され、水平方向の他端には、燃料オフガス（不要ガス）や水分を外部へ排出するための排気流路６１が接続される。また、気液分離器５４の鉛直方向の上方には循環流路５１ａを介して取り込んだ燃料オフガスを燃料ガス流路４１に戻すための循環流路５１ｂが接続される。つまり、気液分離器５４は循環流路５１と排気流路６１との間の分岐配管の役割を果たす。さらに、気液分離器５４の鉛直方向の下方には水分を貯留する貯留空間となる貯留部５４４が形成されており、貯留部５４４の鉛直方向の上方には、循環流路５１ｂへの入口を覆うようにイオン交換樹脂部材５４２が配置される。イオン交換樹脂部材５４２は、燃料オフガスや生成水などに含まれる不純物成分を除去する部材であり、例えば、カチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂を有する粒子状または繊維状の交換樹脂を、通水性を有する収容布に収容されることで構成されている。
【００４１】
このように構成された気液分離器５４において、例えば、図４に示すように、温度変化によって変形して、貯留された水分に刺激を与え、凍結を促進させる変形部材１００を貯留部５４４に配置する。変形部材１００は、基準温度に達すると元の形状に回復する形状記憶合金部材１００ａ（例えば、３０度で元の形状に回復するＮｉＴｉＣｏ合金）と弾性部材１００ｂ（例えば合成樹脂、合成ゴムに金属粉を混合した弾性部材等）とを張り合わせた板状もしくは棒状部材である。変形部材１００の一端は、支持部材（図示せず）などを介して気液分離器５４の内面に固定され、他端は固定されずに貯留部５４４に遊動可能な状態にある。形状記憶合金部材１００ａと弾性部材１００ｂとは熱膨張率が相違し、弾性部材１００ｂのほうが縮みやすい。そのため、変形部材１００は、温度が下がると図４中の（Ａ）に示すように変形する。このように温度の低下に応じて変形部材１００が変形することで、貯留部５４４に貯留した水分に刺激が与えられ、凍結が促進される。なお、温度が上がると、形状記憶合金部材１００ａの形状記憶特性により変形部材１００は元の形状に回復する。
【００４２】
また、図５に示すような構成により貯留部５４４に貯留した水分に刺激を与えてもよい。図５において、気液分離器５４の内壁には、針金などの棒状の軸部材１１０ａの一端が固定される。軸部材１１０ａには、軸部材１１０ａの軸に沿って遊動可能に浮き子１１０ｂが挿通されている。このように構成することで、貯留部５４４に貯留した水分の体積が温度の低下により増加すると、水面が上昇し、図５の（Ａ）に示すように浮き子１１０ｂが軸部材１１０ａと共に上昇する。このように、浮き子１１０ｂと共に軸部材１１０ａが上昇することで水分を刺激し、水分の凍結を促進する。
【００４３】
さらに、気液分離器５４における貯留部５４４の内壁を気液分離器５４の他の空間の内壁よりも熱伝導率の高い素材により構成してもよい。このように、熱伝導率の高い素材を貯留部５４４に利用することで、外気温の低下に応じて貯留部５４４の内壁の温度もより低下し易くなり、貯留した水分が凍結しやすくなる。つまり、このように貯留部５４４の熱伝導率を高めることでも水分の凍結を促進することができる。
【００４４】
加えて、水分の凍結を促進する氷結活性細菌を封入した水透過性膜で形成した小袋を貯留部５４４の内壁に固定しておき、貯留した水分に小袋から溶出する氷結活性細菌を混入させることで、水分の凍結を促進させてもよい。
【００４５】
さて、上記の実施形態では、気液分離器５４の鉛直方向の下方の底部に貯留部５４４を設ける例について説明した。しかし、貯留部５４４の位置は上記の位置には限らない。例えば、図６Ａに示すように、貯留部５４４は、排気流路６１より鉛直方向上方で、イオン交換樹脂部材５４２の直下に、循環流路５１ａからの不要ガスが排気流路６１へ排出するための空間５４６を気液分離器５４の底面との間に確保して配置してもよい。このように貯留部５４４をイオン交換樹脂部材５４２の直下に配置することで、燃料電池システム１０が停止中にイオン交換樹脂部材５４２から滴下する水分を保持することができる。また、再起動時に行われる不要ガス排出処理の際に、貯留部５４４に溜まった水分が排気流路６１へ排出されにくくなる。よって、たとえ貯留部５４４に溜まった水分が過冷却状態であったとしても、排気流路６１に配置された排気弁６３が、貯留部５４４に溜まった水分により凍結することを防止できる。
【００４６】
なお、イオン交換樹脂部材５４２は、図６Ｂに示すように排気流路６１側の端部５４２ａが循環流路５１ａ側（燃料電池２０側）の端部５４２ｂよりも鉛直方向下方に位置するように傾斜させて配置してもよい。このようにイオン交換樹脂部材５４２を傾斜させることで、イオン交換樹脂部材５４２に付着している水分を滴下しやすくできる。また、イオン交換樹脂部材５４２から水分が滴下しやすい領域を絞り込むことができるため、貯留部５４４を小型化できる。
【００４７】
また、気液分離器５４から排気弁６３までの間の排気流路６１を構成する配管を螺旋形状あるいは蛇行形状とすることで、水分を排気弁６３に達する前に凍結させてもよい。つまり、貯留部５４４に溜まった水分が気液分離器５４から排気弁６３に達するまでの距離を長くしてもよい。これにより、不要ガス排出処理時にたとえ過冷却状態の水分が貯留部５４４から排出されても、その水分を排気弁６３に達する前に螺旋形状あるいは蛇行形状の部分で凍結させることができる。したがって、排気弁６３が凍結により弁の開閉ができなくなることを防止できる。
【００４８】
さらに、上記のように排気流路６１を構成する配管を螺旋形状あるいは蛇行形状としなくても、例えば、図７に示すように、気液分離器５４と排気弁６３との間の排気流路６１を構成する配管の内壁に、少なくとも１つの障壁６１０を設けてもよい。このように障壁６１０を設けることで、不要ガス排出処理時にたとえ過冷却状態の水分が貯留部５４４から排出されても、その水分を排気弁６３に達する前に障壁６１０で凍結させることができる。よって、この場合にも、排気弁６３が凍結により弁の開閉ができなくなることを防止できる。
【００４９】
また、気液分離器５４に設けられる貯留部５４４の内壁を親水処理することで、貯留部５４４に水分が溜まりやすくしてもよい。親水処理は、例えば水分の接触角が通常の流路壁面よりも小さくなるような処理、例えば酸化チタン材料などによってコーティングを施すことで行えばよい。
【００５０】
以上、上記の実施形態では、燃料電池システム１０が停止中に貯留部５４４に貯留された水分の凍結を促進している。これにより、たとえ燃料電池システム１０が停止中に寒冷環境に放置されていたとしても、再起動時に行われる不要ガス排出処理により排出される水分が排気弁６３などに付着して凍結することを防止することができる。
【００５１】
なお、上記の実施形態では、燃料ガス供給系統における気液分離器５４に設けられる貯留部５４４に凍結促進手段を設ける例について説明した。しかし、酸化ガス供給系統においても、起動時に燃料ガス供給系統と同様に不要ガス排出処理などが行われる場合には、気液分離器７２に凍結促進手段を設けてもよい。これにより、気液分離器７２より下流に設けられるバルブの凍結を防止することができる。
【００５２】
また、酸化ガス供給系統における気液分離器７２より下流の配管を螺旋形状あるいは蛇行形状とする、あるいは当該配管の内壁に障壁を設けてもよい。
【００５３】
さらに、上記の実施形態では、凍結促進手段を有する貯留部を気液分離器内に設ける例について説明したが、起動時に水分が凍結しても燃料電池システムの作動に影響がない場所であれば、他の位置に凍結促進手段を有する貯留部を設けても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本実施形態における燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図２】燃料電池システムの配管系統を中心とするシステム構成を示す図である。
【図３】本実施形態における燃料電池システムにおける気液分離器の部分を拡大して示した模式図である。
【図４】気液分離器に設けられる凍結を促進する手段の一例を示す図である。
【図５】気液分離器に設けられる凍結を促進する手段の一例を示す図である。
【図６Ａ】気液分離器に設けられる貯留部の配置位置の一例を示す図である。
【図６Ｂ】気液分離器に設けられる貯留部の配置位置の一例を示す図である。
【図７】気液分離器と排気弁との間の排気流路を構成する配管の内壁に形成される障壁の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  燃料電池システム、２０  燃料電池、３１  冷却路、３３  ラジエタ、３４  バルブ、３５  ポンプ、４１  燃料ガス流路、４２  燃料ガス供給装置、４３  遮断弁、４４  圧力センサ、４５  レギュレータ、４６  遮断弁、５１  循環流路、５２  遮断弁、５４  気液分離器、５５  循環ポンプ、５６  逆流阻止弁、６１  排気流路、６２  希釈器、６３  排気弁、７１  酸化ガス流路、７２  カソードオフガス流路、７３  酸化ガス供給装置、７４  エアフィルタ、７５  エアコンプレッサ、７６  加湿器、７７  圧力調整弁、７８  バイパス流路、８０  制御部、８２  アクセルセンサ、８４  外気温センサ、９０  電圧センサ、１００  変形部材、１１０ａ  軸部材、１１０ｂ  浮き子、５４２  イオン交換樹脂部材、５４４  貯留部、６１０  障壁、Ｐ  圧力センサ、Ｔ  温度センサ。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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