特開 2022-62750 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022062750

(43)【公開日】2022-04-21

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20220414BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20220414BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 N

H01M8/04 J

H01M8/10 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020170862

(22)【出願日】2020-10-09

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】細井 貴己

(72)【発明者】

【氏名】西海 弘章

(72)【発明者】

【氏名】三島 崇司

(72)【発明者】

【氏名】奥野 仁

(72)【発明者】

【氏名】山田 俊秀

【テーマコード（参考）】

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H126BB06

5H127AA06

5H127AB04

5H127AC06

5H127AC09

5H127BA02

5H127BA22

5H127BA28

5H127BA33

5H127BA57

5H127BA58

5H127BA59

5H127BA60

5H127BB02

5H127BB07

5H127BB12

5H127BB17

5H127BB22

5H127BB37

5H127BB39

5H127BB40

5H127CC01

5H127EE19

5H127EE23

(57)【要約】

【課題】弁装置を含む燃料電池システムの耐久性、弁装置の動作の確実性を向上させる。
【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池と、カソードオフガス排出流路部と、気液分離器と、カバー部材とを備える。気液分離器は、本体部と、本体部の下方部分に接続され、端部に第１弁座が形成され、少なくとも本体部に溜まった水を排出するための第１排出流路部と、第１弁座に接触可能に構成されて第１排出流路部の開度を調整する第１弁体と、第１弁体を駆動する第１駆動部と、を有する第１弁装置とを有する。カバー部材は、気液分離器のうち、少なくとも第１排出流路部と第１弁座とを覆い、自身と気液分離器との間に、カソードオフガス排出流路部と連通するガス流路を形成するガス流路形成部を有する。ガス流路は、カバー部材に流入するカソードオフガスが第１排出流路部および第１弁座に接触し、第１駆動部に接触しない配置とされている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に接続され、前記燃料電池から排出されるカソードオフガスが通るカソードオフガス排出流路部と、
前記燃料電池から排出されるアノードオフガスが流入し、前記アノードオフガスから水を分離する気液分離器であって、
水を貯留可能な中空の本体部と、
前記本体部の下方部分に接続され、端部に第１弁座が形成され、少なくとも前記本体部に溜まった水を排出するための第１排出流路部と、
前記第１弁座に接触可能に構成されて前記第１排出流路部の開度を調整する第１弁体と、前記第１弁体を駆動する第１駆動部と、を有する第１弁装置と、
を有する気液分離器と、
前記気液分離器のうち、少なくとも前記第１排出流路部と前記第１弁座とを覆い、自身と前記気液分離器との間に、前記カソードオフガス排出流路部と連通するガス流路を形成するガス流路形成部を有するカバー部材と、
を備え、
前記ガス流路は、前記カバー部材に流入する前記カソードオフガスが前記第１排出流路部および前記第１弁座に接触し、前記第１駆動部に接触しない配置とされている、
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、
前記気液分離器は、
前記第１排出流路部よりも上方において前記本体部に接続され、端部に第２弁座が形成され、少なくとも前記アノードオフガスのうちの気体成分を排出するための第２排出流路部と、
前記第２弁座に接触可能に構成されて前記第２排出流路部の開度を調整する第２弁体と、前記第２弁体を駆動する第２駆動部と、を有する第２弁装置と、
をさらに有し、
前記カバー部材は、前記第２排出流路部と前記第２弁座と、をさらに覆う、燃料電池システム。

【請求項3】

請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第２排出流路部は、前記本体部における予め設定されている貯水量の液面よりも上方において、前記本体部に接続されている、燃料電池システム。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池にカソード反応ガスを供給するカソード反応ガス供給装置と、
前記カソード反応ガス供給装置と前記燃料電池とを接続し、前記燃料電池に前記カソード反応ガスを導くカソード反応ガス供給流路部と、
前記カソード反応ガス供給流路部に接続され、前記カソード反応ガス供給装置から供給される前記カソード反応ガスが前記燃料電池を介さずに通るバイパス流路部と、
を、さらに備え、
前記カバー部材は、前記バイパス流路部に接続され、
前記ガス流路には、前記バイパス流路部から前記カソード反応ガスが流入する、燃料電池システム。

【請求項5】

請求項２に従属する請求項４、または請求項３に従属する請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガス流路は、前記バイパス流路部から前記カバー部材に流入する前記カソード反応ガスが、前記第１排出流路部と前記第１弁座と前記第２排出流路部と前記第２弁座とに接触し、前記第１駆動部と前記第２駆動部とに接触しない配置とされている、燃料電池システム。

【請求項6】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池にカソード反応ガスを供給するカソード反応ガス供給装置と、
前記カソード反応ガス供給装置と前記燃料電池とを接続し、前記燃料電池に前記カソード反応ガスを導くカソード反応ガス供給流路部と、
前記カソード反応ガス供給流路部に接続され、前記カソード反応ガス供給装置から供給される前記カソード反応ガスが前記燃料電池を介さずに通るバイパス流路部と、
を、さらに備え、
前記バイパス流路部は、前記カソードオフガス排出流路部のうち、前記カバー部材との接続部分よりも上流側に接続され、
前記ガス流路は、前記カソードオフガスと前記バイパス流路部を通る前記カソード反応ガスとが混合されて流入する混合ガスが、前記第１排出流路部および前記第１弁座に接触し、前記第１駆動部に接触しない配置とされている、燃料電池システム。

【請求項7】

請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記気液分離器は、前記本体部の側面から突出して前記第１排出流路部と前記第１弁座とを取り囲み、開口が形成された囲み部を、さらに有し、
前記カバー部材は、前記囲み部と相対して配置されて前記開口を塞ぐように前記気液分離器に接続され、
前記囲み部の底面は、前記カバー部材に向かって下方に傾斜している、燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池では、アノード反応ガスおよびカソード反応ガスが供給され、これらの反応ガスを用いた電気化学反応により発電が行われる。燃料電池に供給されたアノード反応ガス、例えば、水素ガスのうちの一部は、電気化学反応に用いられずにアノードオフガスの一部として排出される。そこで、燃費向上を目的として、燃料電池のアノードの下流に気液分離器を設け、アノードオフガスを気体成分と水とに分離して、得られた気体成分を再び燃料電池に供給し、水を排出する構成が採用され得る。かかる構成では、低温環境下において気液分離器から排水を行うための弁装置が凍結し、排水が阻害されるおそれがある。そこで、カソードオフガスの排出配管内に弁装置を配置し、燃料電池から排出される高温のカソードオフガスによって弁装置を暖める構成が提案されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－４１５３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の構成は、弁装置の凍結を防止できる優れたものであるが、燃料電池システムは様々な環境で用いられるため、気液分離器の弁装置を含む燃料電池システムの耐久性、弁装置の動作の確実性向上の観点から更なる改良が望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

【0006】

（１）本開示の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に接続され、前記燃料電池から排出されるカソードオフガスが通るカソードオフガス排出流路部と、前記燃料電池から排出されるアノードオフガスが流入し、前記アノードオフガスから水を分離する気液分離器であって、水を貯留可能な中空の本体部と、前記本体部の下方部分に接続され、端部に第１弁座が形成され、少なくとも前記本体部に溜まった水を排出するための第１排出流路部と、前記第１弁座に接触可能に構成されて前記第１排出流路部の開度を調整する第１弁体と、前記第１弁体を駆動する第１駆動部と、を有する第１弁装置と、を有する気液分離器と、前記気液分離器のうち、少なくとも前記第１排出流路部と前記第１弁座とを覆い、自身と前記気液分離器との間に、前記カソードオフガス排出流路部と連通するガス流路を形成するガス流路形成部を有するカバー部材と、を備え、前記ガス流路は、前記カバー部材に流入する前記カソードオフガスが前記第１排出流路部および前記第１弁座に接触し、前記第１駆動部に接触しない配置とされている。
この形態の燃料電池システムによれば、カバー部材により形成されるガス流路は、カバー部材に流入するカソードオフガスが第１排出流路部および第１弁座に接触し、第１駆動部に接触しない配置とされているので、カバー部材に流入するカソードオフガスにより第１排出流路部および第１弁座を暖めて弁装置の凍結を抑制しつつ、第１駆動部における腐食の進行を抑制できる。このため、弁装置を含む燃料電池システムの耐久性、弁装置の動作の確実性を向上できる。
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記気液分離器は、前記第１排出流路部よりも上方において前記本体部に接続され、端部に第２弁座が形成され、少なくとも前記アノードオフガスのうちの気体成分を排出するための第２排出流路部と、前記第２弁座に接触可能に構成されて前記第２排出流路部の開度を調整する第２弁体と、前記第２弁体を駆動する第２駆動部と、を有する第２弁装置と、をさらに有し、前記カバー部材は、前記第２排出流路部と前記第２弁座と、をさらに覆ってもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、第１排出流路部よりも上方において気液分離器の本体部に接続された第２排出流路部を備えるので、本体部内に溜まった水に起因して第１排出流路部や第１弁座が凍結して、第１排出流路部からアノードオフガスを排出できない状況であっても、第２排出流路部からアノードオフガスを排出できる。また、カバー部材は、第２排出流路部と第２弁座とをさらに覆うので、カバー部材に流入するカソードオフガスにより第１排出流路部および第１弁座に加えて、第２排出流路部と第２弁座とを暖めることができる。
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記第２排出流路部は、前記本体部における予め設定されている貯水量の液面よりも上方において、前記本体部に接続されていてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、第２排出流路部は、気液分離器の本体部における予め定められている貯水量の液面よりも上方において、本体部に接続されているので、かかる液面の高さを適切に設定することにより、本体部に貯留している水が第２排出流路部に接触することを抑制して、第２排出流路部および第２弁体が凍結することを抑制できる。
（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池にカソード反応ガスを供給するカソード反応ガス供給装置と、前記カソード反応ガス供給装置と前記燃料電池とを接続し、前記燃料電池に前記カソード反応ガスを導くカソード反応ガス供給流路部と、前記カソード反応ガス供給流路部に接続され、前記カソード反応ガス供給装置から供給される前記カソード反応ガスが前記燃料電池を介さずに通るバイパス流路部と、を、さらに備え、前記カバー部材は、前記バイパス流路部に接続され、前記ガス流路には、前記バイパス流路部から前記カソード反応ガスが流入してもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、カバー部材は、バイパス流路部に接続され、ガス流路には、バイパス流路部からカソード反応ガスが流入するので、バイパス流路部を通るカソード反応ガスをカバー部材内に導入し、かかるカソード反応ガスを利用して第１排出流路部および第１弁座をさらに暖めることができる。加えて、バイパス流路部を通るカソード反応ガスは、燃料電池の発電に寄与しないガスであるので、その流量を燃料電池の発電状況とは独立して自由に制御し得る。したがって、この形態の燃料電池システムによれば、第１排出流路部および第１弁座の昇温を精度良く制御できる。
（５）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記ガス流路は、前記バイパス流路部から前記カバー部材に流入する前記カソード反応ガスが、前記第１排出流路部と前記第１弁座と前記第２排出流路部と前記第２弁座とに接触し、前記第１駆動部と前記第２駆動部とに接触しない配置とされていてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、ガス流路は、バイパス流路部からカバー部材に流入するカソード反応ガスが、第１排出流路部と第１弁座と第２排出流路部と第２弁座とに接触し、第１駆動部と第２駆動部とに接触しない配置とされているので、カバー部材に流入するカソード反応ガスにより直接的に、第１排出流路部と第１弁座と第２排出流路部と第２弁座とを暖めることができる。
（６）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池にカソード反応ガスを供給するカソード反応ガス供給装置と、前記カソード反応ガス供給装置と前記燃料電池とを接続し、前記燃料電池に前記カソード反応ガスを導くカソード反応ガス供給流路部と、前記カソード反応ガス供給流路部に接続され、前記カソード反応ガス供給装置から供給される前記カソード反応ガスが前記燃料電池を介さずに通るバイパス流路部と、を、さらに備え、前記バイパス流路部は、前記カソードオフガス排出流路部のうち、前記カバー部材との接続部分よりも上流側に接続され、前記ガス流路は、前記カソードオフガスと前記バイパス流路部を通る前記カソード反応ガスとが混合されて流入する混合ガスが、前記第１排出流路部および前記第１弁座に接触し、前記第１駆動部に接触しない配置とされていてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、バイパス流路部は、カソードオフガス排出流路部のうち、カバー部材との接続部分よりも上流側に接続され、ガス流路は、カソードオフガスとバイパス流路部を通るカソード反応ガスとが混合されて流入する混合ガスが、第１排出流路部および第１弁座に接触し、第１駆動部に接触しない配置とされているので、カバー部材に流入する混合ガスにより第１排出流路部および第１弁座を暖めることができると共に、第１駆動部における腐食の進行を抑制できる。加えて、バイパス流路部を通るカソード反応ガスは、燃料電池の発電に寄与しないガスであるので、その流量を燃料電池の発電状況とは独立して自由に制御し得る。したがって、この形態の燃料電池システムによれば、第１排出流路部および第１弁座の昇温を精度良く制御できる。
（７）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記気液分離器は、前記本体部の側面から突出して前記第１排出流路部と前記第１弁座とを取り囲み、開口が形成された囲み部を、さらに有し、前記カバー部材は、前記囲み部と相対して配置されて前記開口を塞ぐように前記気液分離器に接続され、前記囲み部の底面は、前記カバー部材に向かって下方に傾斜していてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、囲み部の底面は、カバー部材に向かって下方に傾斜しているので、第１排出流路部から排出される水を、カバー部材に向かわせて出口部からカソードオフガスと共に排出し易くできる。

【0007】

本開示は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、気液分離器とカバー部材とが組み付けられた気液分離器セットや、燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の一実施形態としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。

【図2】気液分離器セットの外観構成を示す斜視図である。

【図3】気液分離器セットを分解して示す分解斜視図である。

【図4】気液分離器セットの左側面図である。

【図5】気液分離器セットの右側面図である。

【図6】ガス流路におけるガスの流れを示す説明図である。

【図7】気液分離器セットの部分断面図である。

【図8】気液分離器セットの部分断面図である。

【図9】気液分離器セットの部分断面図である。

【図10】気液分離器セットの部分断面図である。

【図11】第２実施形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

Ａ．第１実施形態：
Ａ１．システム全体構成：
図１は、本開示の一実施形態としての燃料電池システム１０の概略構成を示すブロック図である。本実施形態において、燃料電池システム１０は、車両に搭載され、トラクションモータや各種補機類に電力を供給する。燃料電池システム１０は、燃料電池２０と、カソード側ガス給排系３０と、アノード側給排系５０と、気液分離器セット４０と、制御部６０とを備える。

【0010】

燃料電池２０は、「燃料電池スタック」とも呼ばれ、各々が一つの発電要素となり得る複数の単セルが積層された構成を有する。各単セルは、いわゆる固体高分子型燃料電池と呼ばれ、アノード反応ガスとしての水素ガスと、カソード反応ガスとしての空気の供給を受けて発電する。各単セルは、イオン伝導性を有する高分子電解質膜の両面に電極を配置した膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを有する。アノード側における膜電極接合体とセパレータとの間には、水素ガスが流通する流路が形成されている。カソード側における膜電極接合体とセパレータとの間には、空気が流通する流路が形成されている。

【0011】

カソード側ガス給排系３０は、カソード反応ガスとしての空気を燃料電池２０に供給し、また、燃料電池２０からカソードオフガスを排出する。カソードオフガスには、各単セルのカソードにおいて電気化学反応によって生成された生成水が含まれる。

【0012】

カソード側ガス給排系３０は、カソード反応ガス供給流路部３０２と、カソードオフガス排出流路部３０４と、バイパス流路部３０６と、排出流路部３０８と、エアクリーナ３１と、カソード反応ガス供給装置としてのエアコンプレッサ３２と、インタークーラ３３と、封止弁装置３４と、調圧弁装置３５と、バイパス弁装置３６と、マフラ３７とを備える。

【0013】

カソード反応ガス供給流路部３０２は、エアコンプレッサ３２と燃料電池２０とを接続し、燃料電池２０に空気（圧縮空気）を導く。カソードオフガス排出流路部３０４は、燃料電池２０と後述する気液分離器セット４０におけるカバー部材４３とを接続する。カソードオフガス排出流路部３０４には、燃料電池２０から排出されるカソードオフガスが通る。バイパス流路部３０６は、カソード反応ガス供給流路部３０２においてインタークーラ３３よりも下流側に接続されている。また、バイパス流路部３０６は、後述する気液分離器セット４０のうちのカバー部材４３に接続されている。バイパス流路部３０６には、エアコンプレッサ３２から供給される空気が燃料電池２０を介さずに通る。排出流路部３０８は、後述する気液分離器セット４０のうちのカバー部材４３に接続され、気液分離器セット４０から排出されるガス（後述の混合ガス）および水が通る。上述の各流路部３０２～３０８は、いずれも１つまたは複数の管により構成されている。

【0014】

エアクリーナ３１は、カソード反応ガス供給流路部３０２においてエアコンプレッサ３２よりも上流側に配置され、燃料電池２０に供給される空気中の異物を除去する。エアコンプレッサ３２は、エアクリーナ３１の下流側且つインタークーラ３３の上流側に配置され、エアクリーナ３１を介して流入する空気を圧縮して排出する。インタークーラ３３は、カソード反応ガス供給流路部３０２においてエアコンプレッサ３２の下流側に配置され、エアコンプレッサ３２における断熱圧縮によって昇温された空気を冷やして排出する。封止弁装置３４は、カソード反応ガス供給流路部３０２において、カソード反応ガス供給流路部３０２とバイパス流路部３０６との接続部よりも下流側に配置されている。封止弁装置３４は、燃料電池２０に流入する空気の流量を調整する。調圧弁装置３５は、カソードオフガス排出流路部３０４に配置されており、燃料電池２０のカソード側圧力（背圧）を調整する。バイパス弁装置３６は、バイパス流路部３０６に配置されており、バイパス流路部３０６を通る空気の流量を調整する。このバイパス弁装置３６における開度の他、封止弁装置３４の開度およびエアコンプレッサ３２の回転数が制御されることにより、燃料電池２０に供給される空気の流量と、バイパス流路部３０６を通る空気の流量とが適切な量となるように制御される。

【0015】

気液分離器セット４０は、気液分離器４１とカバー部材４３とが互いに組み付けられて構成されている。

【0016】

気液分離器４１には、燃料電池２０から排出されるアノードオフガスが流入する。アノードオフガスには、各単セルに供給された水素ガスのうち、電気化学反応に用いられなかった残りの水素ガスや、各単セルにおいて電解質膜を透過してカソードから移動する生成水に由来する水蒸気や、同様に電解質膜を透過してカソードから移動する窒素ガスなどが含まれている。気液分離器４１は、流入するアノードオフガスから水蒸気を凝集させて液水として分離し、かかる液水を外部に排出する。また、気液分離器４１は、水を分離した後のカソードオフガス、すなわち、主に水素ガスから成るガスを外部に排出する。

【0017】

気液分離器４１は、本体部４１０と、第１排出流路部４１５と、第１弁装置４７と、第２排出流路部４１７と、第２弁装置４８とを備える。

【0018】

本体部４１０は、中空の構造を有し、アノードオフガスから分離された凝集された水を貯留可能な空間が内部に形成されている。第１排出流路部４１５は、本体部４１０における最下部に接続され、少なくとも本体部４１０に溜まった水を排出する。「少なくとも本体部４１０に溜まった水を排出する」とは、本体部４１０に溜まった水のみを排出する場合の他、水が溜まっていない場合には、本体部４１０内に存在するアノードオフガスのみを排出する場合や、溜まった水を先に排出し、その後、水分離後のアノードオフガスを排出する場合も含むことを意味する。なお、第１排出流路部４１５は、本体部４１０における最下部に限らず下方部分のいずれかの位置に接続されてもよい。第１弁装置４７は、第１排出流路部４１５の開度を調整する。第２排出流路部４１７は、第１排出流路部４１５よりも上方において本体部４１０に接続され、少なくともアノードオフガスのうちの気体成分を排出する。「少なくともアノードオフガスのうちの気体成分を排出する」とは、アノードオフガスのうちの気体成分のみを排出する場合の他、本体部４１０において第２排出流路部４１７との接続箇所の近傍に付着している水を、アノードオフガスの排出の勢いを利用して一緒に排出する場合も含むことを意味する。なお、「アノードオフガスのうちの気体成分」には、凝集させることができずオフガスから分離されずに残存する水蒸気も含み得る。第２排出流路部４１７は、本体部４１０における予め定められた貯水量の液面よりも上方において、本体部４１０に接続されている。上述の「予め定められた貯水量」とは、本実施形態では、通常運転時において本体部４１０において想定される最大貯水量を意味する。具体的には、図１に示すように、本体部４１０に最大貯水量だけ溜まった状態で車両が想定される最大傾斜路を走行することにより、かかる液面Ｌｖが水平方向に対して傾斜した状態において、液面Ｌｖの上端よりも高い位置に第２排出流路部４１７が位置するように、本体部４１０への第２排出流路部４１７の接続位置が設定されている。これにより、本体部４１０に溜まった水が凍結した際に第２排出流路部４１７や第２弁装置４８（後述の第２弁体４８１）も併せて凍結することを回避できる。なお、燃料電池システム１０では、制御部６０は、通常運転中において定期的に第１弁装置４７を駆動させて開弁し、本体部４１０内の水を第１排出流路部４１５から排出するようにしている。そして、上述の「最大貯水量」とは、開弁と次の開弁との間の時間内において貯留し得る最大の貯水量を意味する。

【0019】

カバー部材４３は、気液分離器４１の一部を覆う。より具体的には、カバー部材４３は、本体部４１０の外表面の一部と、第１排出流路部４１５と、第１弁装置４７の構成部である後述の弁体（第１弁体４７１）と、第２排出流路部４１７と、第２弁装置４８の構成部である後述の弁体（第２弁体４８１）とを覆う。

【0020】

カバー部材４３は、ガス流路形成部４３４と、第１入口部４３１と、第２入口部４３２と、出口部４３３とを備える。

【0021】

ガス流路形成部４３４は、自身と気液分離器４１との間にガス流路４３０を形成する。第１入口部４３１には、カソードオフガス排出流路部３０４が接続されている。このため、第１入口部４３１からガス流路４３０にカソードオフガスが流入する。第２入口部４３２には、バイパス流路部３０６が接続されている。このため、第２入口部４３２からガス流路４３０に空気が流入する。本実施形態では、第１入口部４３１と第２入口部４３２とのうち、第１入口部４３１が下方に位置し、第２入口部４３２が上方に位置している。カソードオフガスが流入する第１入口部４３１がより下方に位置するので、燃料電池２０とカバー部材４３との間において、カソードオフガス排出流路部３０４をカバー部材４３に向かうにつれて下方に傾斜するように配置させ易くできる。これにより、カソードオフガスと共に排出される液水を燃料電池２０から外部へと排出し易くできる。また、バイパス流路部３０６を通る空気は、カソードオフガスに比べて含水量が少ないドライなガスであるため、第２排出流路部４１７および第２弁体４８１の近傍に水を付着させることなく、第２排出流路部４１７および第２弁体４８１を暖めることができる。

【0022】

図１において太い破線の矢印で示すように、ガス流路４３０において、第１入口部４３１から流入したカソードオフガスの流れＦ１と、第２入口部４３２から流入した空気の流れＦ２とは混ざり合い、混合ガスの流れＦ３が形成される。出口部４３３には、排出流路部３０８が接続されている。出口部４３３は、ガス流路４３０内の混合ガスを排出流路部３０８に排出する。なお、気液分離器セット４０の詳細構成については、後述する。

【0023】

アノード側給排系５０は、アノード反応ガスとしての水素ガスを燃料電池２０に供給し、また、燃料電池２０からアノードオフガスを排出する。

【0024】

アノード側給排系５０は、アノード反応ガス供給流路部５０１と、アノードオフガス排出流路部５０２と、循環流路部５０３と、タンク５１と、主止弁装置５２と、レギュレータ５３と、インジェクタ５４と、水素ポンプ５５とを備える。

【0025】

アノード反応ガス供給流路部５０１は、タンク５１と燃料電池２０とを接続し、燃料電池２０に水素ガスを導く。アノードオフガス排出流路部５０２には、燃料電池２０から排出されるアノードオフガスが通る。循環流路部５０３は、気液分離器４１とアノード反応ガス供給流路部５０１とを接続し、気液分離器４１において水が分離された後のアノードオフガス、すなわち、主に水素ガスから成るガスを、アノード反応ガス供給流路部５０１に戻す。このような構成により、燃料電池２０に供給された水素ガスのうち、各単セルにおいて発電に用いられなかった水素ガスが再利用され、燃費を向上できる。

【0026】

タンク５１は、高圧の水素ガスを貯蔵している。主止弁装置５２は、アノードオフガス排出流路部５０２においてタンク５１の下流側に配置され、タンク５１からの水素ガスの排出と停止とを実現する。レギュレータ５３は、アノード反応ガス供給流路部５０１において主止弁装置５２の下流側に配置され、インジェクタ５４よりも上流側の圧力を調整する。
インジェクタ５４は、アノードオフガス排出流路部５０２において、レギュレータ５３よりも下流側であり、且つ、アノード反応ガス供給流路部５０１と循環流路部５０３との接続箇所よりも上流側に配置されている。インジェクタ５４は、制御部６０によって設定された駆動周期や開弁時間に応じて、電磁的に駆動する開閉弁であり、燃料電池２０に供給される水素ガスの流量を調整する。水素ポンプ５５は、循環流路部５０３に配置され、気液分離器４１から排出されたガスをアノード反応ガス供給流路部５０１へと送る。

【0027】

制御部６０は、燃料電池システム１０全体を統合制御する。制御部６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えるコンピュータとして構成されている。本実施形態において、各弁装置は電磁弁として構成され、制御部６０と電気的に接続されている。制御部６０は、各弁装置の動作を制御する。また、制御部６０は、エアコンプレッサ３２、インジェクタ５４、水素ポンプ５５と電気的に接続され、これらを制御する。

【0028】

図示は省略されているが、燃料電池システム１０は、他の構成要素を備えている。具体的には、冷却媒体により燃料電池２０の温度を調整する冷却媒体循環系や、燃料電池２０から出力される電力を昇圧し、また、必要に応じて交流電力に変換して供給する電力供給系などを備えている。

【0029】

Ａ２．気液分離器セット４０の詳細構成：
図２は、気液分離器セット４０の外観構成を示す斜視図である。図３は、気液分離器セット４０を分解して示す分解斜視図である。図４は、気液分離器セット４０の左側面図である。図５は、気液分離器セット４０の右側面図である。図３では、互いの接合を解除した状態の気液分離器４１とカバー部材４３とを表している。図２～図５には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が表されている。本実施形態において、「Ｘ軸方向」とは、＋Ｘ方向と－Ｘ方向とを総称する方向を意味する。同様に、「Ｙ軸方向」とは、＋Ｙ方向と－Ｙ方向とを総称する方向を意味し、「Ｚ軸方向」とは、＋Ｚ方向と－Ｚ方向とを総称する方向を意味する。なお、後述する図６、図８および図１０に示すＸ軸Ｙ軸およびＺ軸は、いずれも図２～図５に示すＸ軸Ｙ軸およびＺ軸にそれぞれ対応する。車両に燃料電池システム１０が搭載された状態において、＋Ｚ方向は鉛直上方に該当する。また、Ｘ－Ｙ平面は、水平面と平行である。

【0030】

図２～図５に示すように、気液分離器４１の－Ｙ方向の側面部分には、ボルト４５２によりカバー部材４３が取り付けられている。気液分離器４１は、アッパ部品４０１とロア部品４０２とがＺ軸方向に並んで配置され、これら２つの部品４０１、４０２がボルト４５１によって互いに締結された概略構造を有する。アッパ部品４０１は、本体部４１０の上方側を構成し、ロア部品４０２は、本体部４１０の下方側を構成する。

【0031】

アッパ部品４０１の天井部分には、突起部４６３が設けられている。突起部４６３には、排出口４１２と、固定穴４６４とが形成されている。排出口４１２には、図２～図５では省略されている循環流路部５０３が接続されている。固定穴４６４の内部には、図示しないナットが設けられており、かかるナットに図示しないボルトが螺合して、気液分離器セット４０を所定位置に固定している。

【0032】

図２、図３、図５に示すように、ロア部品４０２には、突起部４６１が設けられている。突起部４６１には、流入口４１１と、固定穴４６２とが形成されている。流入口４１１には、アノードオフガス排出流路部５０２が接続されている。固定穴４６２の内部には、図示しないナットが設けられており、かかるナットに図示しないボルトが螺合して、気液分離器セット４０を所定位置に固定している。

【0033】

図４に示すように、ロア部品４０２の－Ｘ方向の側面部分において上方側に第２弁装置４８が取り付けられている。また、図５に示すように、ロア部品４０２の＋Ｘ方向の側面部分において下方側には、第１弁装置４７が取り付けられている。

【0034】

図３～図５に示すように、ロア部品４０２の－Ｙ方向の側面部分には、囲み部４２が形成されている。囲み部４２は、本体部４１０（ロア部品４０２）の側面から－Ｙ方向に突出するように配置されている。囲み部４２は、－Ｙ方向の端部に開口４２８が形成されたカップ状の空間形成部４２７と、開口４２８の周囲に形成されたフランジ部４２９とを備える。空間形成部４２７は、カバー部材４３のガス流路形成部４３４と共にガス流路４３０を形成する。空間形成部４２７の＋Ｙ方向の外表面は、ロア部品４０２の－Ｙ方向の側面に接している。空間形成部４２７の内壁面は、底面４２１、左側面４２２、右側面４２３、および天井面４２４を備える。後述するように、底面４２１は、カバー部材４３に向かって下方に傾斜している。左側面４２２は、－Ｚ方向に向かうにつれて＋Ｘ方向に位置する傾斜が設けられている。空間形成部４２７には、第１開口４２５と、第２開口４２６が形成されている。第１開口４２５は、底面４２１と右側面４２３と天井面４２４とが交差する部分のうち、下方に配置されている。第１開口４２５からは、第１排出流路部４１５および第１弁装置４７が有する弁体（後述の第１弁体４７１）が露出している。第２開口４２６は、左側面４２２と天井面４２４との交差する部分のうち、上方に配置されている。第２開口４２６からは、第２排出流路部４１７および第２弁装置４８が有する弁体（後述の第２弁体４８１）が露出している。したがって、囲み部４２は、露出したこれらの構成要素、つまり、第１排出流路部４１５および第１弁体４７１と、第２排出流路部４１７および第２弁体４８１とを囲んでいるといえる。

【0035】

図２～図５に示すように、ガス流路形成部４３４は、カバー部材４３における中央部に位置し、Ｙ軸方向を深さ方向とし、＋Ｙ方向に開口する器状の外観形状を有する。ガス流路形成部４３４の開口は、囲み部４２の開口４２８とＹ軸方向において接合して互いに閉塞する。これにより、カバー部材４３の内壁面と、空間形成部４２７の内壁面とに囲まれたガス流路４３０が形成される。ガス流路４３０は、カバー部材４３に流入するカソードオフガスおよびカソード反応ガスが第１排出流路部４１５と後述の第１弁体４７１と第２排出流路部４１７と後述の第２弁体４８１とに接触し、後述の第１駆動部４７９および第２駆動部４８９に接しない配置とされている。

【0036】

ガス流路形成部４３４の－Ｘ方向且つ－Ｚ方向の端部には、第１入口部４３１の一端が接続されている。同様に、ガス流路形成部４３４において、－Ｘ方向且つ＋Ｚ方向の端部には第２入口部４３２の一端が接続され、＋Ｘ方向且つ－Ｚ方向の端部には出口部４３３の一端が接続されている。第１入口部４３１、第２入口部４３２、出口部４３３はいずれも円筒形の外観形状を有する。図４および図５に示すように、本実施形態では、第１入口部４３１の直径と、第２入口部４３２の直径と、出口部４３３の直径とのうち、第２入口部４３２の直径が最も小さく、第１入口部４３１の直径が２番目に小さく、出口部４３３の直径が最も大きい。図２および図３に示すように、ガス流路形成部４３４におけるＸ軸方向の略中央には、屈曲部４３５が形成されている。屈曲部４３５は、ガス流路形成部４３４のＺ軸方向の全体に亘って気液分離器４１に向かって凸に屈曲している。ガス流路形成部４３４の開口を取り囲むように、フランジ部４３９が形成されている。かかるフランジ部４３９と上述の囲み部４２のフランジ部４２９とはＹ軸方向に相対して配置され、これらがボルト４５２によって締結されることにより、カバー部材４３は、気液分離器４１（囲み部４２）に取り付けられる。

【0037】

Ａ３．ガス流路４３０におけるガスの流れ：
図６は、ガス流路４３０におけるガスの流れを示す説明図である。図６では、説明の便宜上、気液分離器セット４０からカバー部材４３を取り外した状態、すなわち、気液分離器セット４０における気液分離器４１のみを表している。

【0038】

第１入口部４３１からガス流路４３０に流入するカソードオフガスの流れＦ１と、第２入口部４３２から流入する空気（バイパス流路部３０６を通った空気）の流れＦ２とは、ガス流路４３０において合わさって混合ガスの流れＦ３となり、出口部４３３から排出される。ここで、第２入口部４３２は、ガス流路形成部４３４における－Ｘ方向且つ＋Ｚ方向の端部に設けられているため、空間形成部４２７において、－Ｘ方向且つ＋Ｚ方向の端部に設けられている第２開口４２６の近傍に流れＦ２が位置することとなる。このため、第２開口４２６に露出する第２排出流路部４１７および後述の第２弁体４８１に、流れＦ２が直接的に接触することとなる。したがって、比較的高温のカソードオフガスに直接的に接触することにより、後述の第２弁座４１８を含む第２排出流路部４１７と後述の第２弁体４８１とは昇温される。

【0039】

第２開口４２６の近傍を通過した流れＦ２は、空間形成部４２７の内壁面（左側面４２２）に沿って下方に向かう。ここで、第１入口部４３１は、ガス流路形成部４３４における－Ｘ方向且つ－Ｚ方向の端部に設けられているため、流れＦ１は、ガス流路４３０における－Ｚ方向側を、＋Ｘ方向に、また、後述のように＋Ｙ方向に沿うこととなる。このため、流れＦ１は、下降していきた流れＦ２と合流し、流れＦ３が形成される。つまり、流れＦ３は、カソードオフガスと、燃料電池２０をバイパスした空気との混合ガスの流れである。そして、流れＦ３は、第１開口４２５の近傍に位置することとなる。このため、第１開口４２５から露出する第１排出流路部４１５および後述の第１弁体４７１に、流れＦ３が直接的に接触することとなる。したがって、比較的高温のカソードオフガスを含む混合ガスに直接的に接触することにより、後述の弁座４１６を含む第１排出流路部４１５と後述の第１弁体４７１とは昇温される。なお、混合ガスには、エアコンプレッサ３２の断熱圧縮により昇温し、その後インタークーラ３３により冷却されたとはいえ、氷点よりも高い温度の空気が含まれている。このため、第１排出流路部４１５および第１弁体４７１は、カソードオフガスのみに直接的に接触するよりも、より多くのガスに接触してより多くの熱量が得られるため、より昇温され易い。

【0040】

図７は、気液分離器セット４０の部分断面図である。図７では、図５に示すＶＩＩ－ＶＩＩ断面線に沿った断面を示している。図７に示すように、気液分離器４１（ロア部品４０２）の内側には、フィルタ装置４１９が設けられている。このフィルタ装置４１９よりも下方の端部には、Ｚ軸方向に延びる筒状の下端部４１３が設けられている。第１排出流路部４１５は、この下端部４１３の側方に連通し、Ｘ軸方向に延びる筒状の外観形状を有する。図７に示すように、第１排出流路部４１５の端部は、第１弁座４１６として構成されている。弁座４１６に後述の第１弁体４７１が接することにより、第１排出流路部４１５は閉塞される。

【0041】

第１弁装置４７は、第１弁座４１６に接触可能に構成されて第１排出流路部４１５の＋Ｘ方向の端部の開口を開閉する第１弁体４７１と、第１弁体４７１を駆動する第１駆動部４７９とを備える。第１駆動部４７９は、自身の－Ｘ方向の端部に第１弁体４７１が接合された押しピン４７２と、プランジャ４７３と、コイル４７４と、ステータコア４７５と、ヨーク４７６と、コネクタ部４７７とを備える。第１弁装置４７はノーマリクローズタイプの弁装置であり、通電されない状態において第１弁体４７１は、第１弁座４１６に接して第１排出流路部４１５の端部開口を塞いでいる。本実施形態において第１弁体４７１は、樹脂により構成されている。コネクタ部４７７に接続される図示しないケーブルを介してコイル４７４に電流が供給されることにより磁力が発生し、これにより、ヨーク４７６、ステータコア４７５、プランジャ４７３を通る磁束の流れ（磁気回路）が形成される。そうすると、押しピン４７２がバネの付勢力に勝ってプランジャ４７３へと磁気吸引され、第１弁体４７１もプランジャ４７３に向かって移動することとなり、第１排出流路部４１５の端部開口が開放される。

【0042】

図７に示すように、第１弁装置４７において、第１開口４２５に露出する部分は、第１弁座４１６を有して樹脂により構成された第１弁体４７１のみである。したがって、コイル４７４等の金属製構成部品を含む第１駆動部４７９は、第１開口４２５に露出していない。このため、第１駆動部４７９に混合ガスの流れＦ３が直接的に触れることを抑制して、第１駆動部４７９における腐食の進行を抑制できる。

【0043】

図７に示すように、第１入口部４３１から流入するカソードオフガスの流れＦ１は、当初は＋Ｘ方向に進むが、ガス流路形成部４３４の屈曲部４３５により、気液分離器４１（囲み部４２）に向かうように（＋Ｙ方向に）ガイドされる。このため、その後に流れＦ２と合流して得られる流れＦ３は、第１開口４２５に向かうこととなる。したがって、第１開口４２５において露出する第１排出流路部４１５および第１弁体４７１に、流れＦ３が直接的に接触することとなる。

【0044】

なお、図７に示すように、囲み部４２において内壁面は、開口４２８から第１開口４２５に向かうに連れて先細りするような構造を有している。これにより、より多くの量の混合ガスを第１開口４２５に向かわせることができ、第１開口４２５に露出する第１排出流路部４１５および第１弁体４７１をより早期に昇温できる。

【0045】

図８は、気液分離器セット４０の部分断面図である。図８では、図４に示すＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面線に沿った断面を示している。第２弁装置４８は、第１弁装置４７と同様な構成を有する。具体的には、第２弁装置４８は、第２弁座４１８に接触可能に構成されて第２排出流路部４１７の－Ｘ方向の端部の開口を開閉する第２弁体４８１と、第２弁体４８１を駆動する第２駆動部４８９とを備える。第２駆動部４８９は、自身の＋Ｘ方向の端部に第２弁体４８１が接合された押しピン４８２と、プランジャ４８３と、コイル４８４と、ステータコア４８５と、ヨーク４８６とを備える。第２弁装置４８は、第１弁装置４７と同様にノーマリクローズタイプの弁装置であり、通電されない状態において樹脂製の第２弁体４８１は、第２弁座４１８に接して第２排出流路部４１７の端部開口を塞いでいる。図示しないコネクタ部に接続される図示しないケーブルを介してコイル４８４に電流が供給されることにより磁力が発生し、これにより、ヨーク４８６、ステータコア４８５、プランジャ４８３を通る磁束の流れ（磁気回路）が形成される。そうすると、押しピン４８２がバネの付勢力に勝ってプランジャ４８３へと磁気吸引され、第２弁体４８１もプランジャ４８３に向かって移動することとなり、第２排出流路部４１７の端部開口が開放される。

【0046】

図８に示すように、第２弁装置４８において、第２開口４２６に露出する部分は、第２弁座４１８を有して樹脂により構成された第２弁体４８１のみである。したがって、コイル４８４等の金属製構成部品を含む第２駆動部４８９は、第２開口４２６に露出していない。このため、第２駆動部４８９に空気の流れＦ２が直接的に触れることを抑制して、第２駆動部４８９における腐食の進行を抑制できる。

【0047】

なお、図８に示すように、囲み部４２において内壁面は、開口４２８から第２開口４２６に向かうに連れて先細りするような構造を有している。これにより、より多くの量の混合ガスを第２開口４２６に向かわせることができ、第２開口４２６に露出する第２排出流路部４１７および第２弁体４８１をより早期に昇温できる。

【0048】

図９は、気液分離器セット４０の部分断面図である。図９では、図２に示すＶＩＩＩＩ－ＶＩＩＩＩ断面線に沿った断面を示している。なお、図９では、説明の便宜上、出口部４３３の位置を破線で示している。

【0049】

図９に示すように、囲み部４２の底面４２１は、カバー部材４３に向かって下方に傾斜している。本実施形態において傾斜角度θ１は、１０度である。なお、１０度に限らず任意の角度であってもよい。このような構成により、第１排出流路部４１５から排出される水を、カバー部材４３に向かわせることができる。なお、本実施形態では、ガス流路形成部４３４の底面も同様に傾斜している。そして、出口部４３３は、ガス流路形成部４３４における－Ｙ方向且つ－Ｚ方向の端部に接続されているので、囲み部４２からカバー部材４３に向かって流れる水を、混合ガスと共に出口部４３３から排出し易くできる。

【0050】

図１０は、気液分離器セット４０の部分断面図である。図９では、図２に示すＸ－Ｘ断面線に沿った断面を示している。図１０に示すように、囲み部４２の左側面４２２は、第２開口４２６の近傍において、カバー部材４３に向かうに連れて下方に傾斜している。本実施形態において傾斜角度θ２は、１０度である。なお、１０度に限らず任意の角度であってもよい。このような構成により、第２開口４２６から排出される水を、カバー部材４３に向かわせることができる。なお、第２開口４２６から排出される水としては、例えば、燃料電池システム１０の停止中に第２排出流路部４１７の近傍において結露した水であって、第２排出流路部４１７から排出されるガスと共に吹き飛ばされて排出された水等が相当する。

【0051】

以上説明した第１実施形態の燃料電池システム１０によれば、カバー部材４３により形成されるガス流路４３０は、カバー部材４３０に流入するカソードオフガスが第１排出流路部４１５および第１弁座４１６に接触し、第１駆動部４７９に接触しない配置とされているので、カバー部材４３に流入するカソードオフガスにより第１排出流路部４１５および第１弁座４１６を暖めて第１弁装置４７の凍結を抑制しつつ、第１駆動部４７９における腐食の進行を抑制できる。このため、第１弁装置４７を含む燃料電池システム１０の耐久性、第１弁装置４７の動作の確実性を向上できる。

【0052】

また、燃料電池システム１０は、第１排出流路部４１５よりも上方において気液分離器４１の本体部４１０に接続された第２排出流路部４１７を備えるので、本体部４１０内に溜まった水に起因して第１排出流路部４１５や第１弁座４１６が凍結して、第１排出流路部４１５からアノードオフガスを排出できない状況であっても、第２排出流路部４１７からアノードオフガスを排出できる。また、カバー部材４３は、第２排出流路部４１７と第２弁座４１８とをさらに覆うので、カバー部材４３に流入するカソードオフガスにより第１排出流路部４１５および第１弁座４１６に加えて、第２排出流路部４１７と第２弁座４１８とを暖めることができる。

【0053】

また、第２排出流路部４１７は、気液分離器４１の本体部４１０における想定される最大貯水量の液面Ｌｖよりも上方において、本体部４１０に接続されているので、第２排出流路部４１７に本体部４１０に貯留している水が接触することを抑制して、第２排出流路部４１７および第２弁座４１８が凍結することを抑制できる。

【0054】

また、カバー部材４３は、バイパス流路部３０６に接続され、ガス流路４３０には、バイパス流路部４０６からカソード反応ガスが流入するので、バイパス流路部４０６を通るカソード反応ガスをカバー部材４３内に導入し、かかるカソード反応ガスを利用して第１排出流路部４１５および第１弁座４１６をさらに暖めることができる。加えて、バイパス流路部３０６を通るカソード反応ガスは、燃料電池２０の発電に寄与しないガスであるので、その流量を燃料電池２０の発電状況とは独立して自由に制御し得る。したがって、本実施形態の燃料電池システム１０によれば、第１排出流路部４１５および第１弁座４１６の昇温を精度良く制御できる。

【0055】

また、ガス流路４３０は、バイパス流路部３０６からカバー部材４３に流入するカソード反応ガスが、第１排出流路部４１５と第１弁座４１６と第２排出流路部４１７と第２弁座４１８とに接触し、第１駆動部４７９と第２駆動部４８９とに接触しない配置とされているので、カバー部材４３に流入するカソード反応ガスにより直接的に、第１排出流路部４１５と第１弁座４１６と第２排出流路部４１７と第２弁座４１８とを暖めることができる。

【0056】

また、囲み部４２の底面４２１は、カバー部材４３に向かって下方に傾斜しているので、第１排出流路部４１５から排出される水を、カバー部材４３に向かわせて出口部４３３からカソードオフガスと共に排出し易くできる。

【0057】

また、第１排出流路部４１５と排出流路部３０８との間は、流路部ではなく、カバー部材４３および囲み部４２によって接続されている。加えて、カバー部材４３および囲み部４２によって形成されるガス流路４３０には、比較的温度が高いカソードオフガスとバイパス流路部３０６を通る空気が流入する。これらのことから、燃料電池システム１０によれば、第１排出流路部４１５から排出された水が排出流路部３０８に向かう途中で凍結しないようにヒータ等の加熱手段を設けることを要しない。したがって、燃料電池システム１０のコンパクト化を実現でき、また、燃料電池システム１０の構築コストおよび運用コストを抑えることができる。

【0058】

Ｂ．第２実施形態：
図１１は、第２実施形態における燃料電池システム１０ａの概略構成を示すブロック図である。第２実施形態の燃料電池システム１０ａは、カバー部材４３に代えてカバー部材４３ａを備える点と、バイパス流路部３０６がカバー部材４３に代えてカソードオフガス排出流路部３０４に接続されている点において、第１実施形態の燃料電池システム１０と異なる。第２実施形態の燃料電池システム１０ａにおけるその他の構成は、第１実施形態の燃料電池システム１０と同じであるので、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0059】

カバー部材４３ａは、第２入口部４３２が省略されている点において、第１実施形態のカバー部材４３と異なる。カバー部材４３ａにおけるその他の構成は、カバー部材４３と同じであるので、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0060】

バイパス流路部３０６は、カソードオフガス排出流路部３０４のうち、第１入口部４３１との接続部分よりも上流側に接続されている。したがって、第１入口部４３１からガス流路４３０には、カソードオフガスと、バイパス流路部３０６に流入する空気とが混合された混合ガスが流入することとなる。このため、図１１に示すように、ガス流路４３０には、第１入口部４３１から混合ガスの流れＦ３が生じている。

【0061】

以上説明した第２実施形態の燃料電池システム１０ａは、第１実施形態の燃料電池システム１０と同様な効果を有する。加えて、バイパス流路部３０６は、カソードオフガス排出流路部３０４のうち、カバー部材４３との接続部分よりも上流側に接続され、ガス流路４３０は、カソードオフガスとバイパス流路部３０６を通るカソード反応ガスとが混合されて流入する混合ガスが、第１排出流路部４１５と第１弁座４１６と第２排出流路部４１７と第２弁座４１８とに接触し、第１駆動部４７９および第２駆動部４８９に接触しない配置とされているので、カバー部材４３に流入する混合ガスにより第１排出流路部４１５と第１弁座４１６と第２排出流路部４１７と第２弁座４１８とを暖めることができると共に、第１駆動部４７９および第２駆動部４８９における腐食の進行を抑制できる。加えて、バイパス流路部３０６を通るカソード反応ガスは、燃料電池２０の発電に寄与しないガスであるので、その流量を燃料電池２０の発電状況とは独立して自由に制御し得る。したがって、第２実施形態の燃料電池システム１０ａによれば、第１排出流路部４１５と第１弁座４１６と第２排出流路部４１７と第２弁座４１８との昇温を精度良く制御できる。

【0062】

Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ１）各実施形態の気液分離器４１において、第２排出流路部４１７および第２弁装置４８を省略してもよい。かかる構成においても、第１排出流路部４１５および第１弁座４１６を、カソードオフガスおよびバイパス流路部３０６を通る空気を利用して暖めることができる。

【0063】

（Ｃ２）各実施形態において、第２排出流路部４１７は、本体部４１０における想定される最大貯水量の液面、特に、車両が想定される最大傾斜路を走行した場合の液面Ｌｖの上端よりも上方において本体部４１０に接続されていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、第２排出流路部４１７は、本体部４１０における車両が平地を走行した場合の最大貯留量の液面よりも上方において、本体部４１０に接続されてもよい。また、第２排出流路部４１７は、本体部４１０における最大貯留量の液面よりも下方に配置されていてもよい。

【0064】

（Ｃ３）各実施形態において、バイパス流路部３０６を省略してもよい。かかる構成においても、カソードオフガス排出流路部３０４を介して第１入口部４３１からガス流路４３０に流入するカソードオフガスを利用して、第１排出流路部４１５、第１弁座４１６、第２排出流路部４１７、および第２弁座４１８を暖めることができる。なお、かかる構成においては、カバー部材４３において第２入口部４３２を省略してもよい。

【0065】

（Ｃ４）各実施形態において、ガス流路形成部４３４は、ガス流路４３０として、第２入口部４３２から流入する空気を、第１排出流路部４１５と、第１弁体４７１と、第２排出流路部４１７と、第２弁体４８１とにそれぞれ接触させるような流路を形成していたが、本開示はこれに限定されない。例えば、第２入口部４３２から流入する空気を、第１入口部４３１から流入するカソードオフガスと同様に、第１入口部４３１および第１弁体４７１に直接的に接触させ、第２排出流路部４１７および第２弁体４８１に直接的に接触させないようにしてもよい。かかる構成においても、ガス流路形成部４３４の内壁面や空間形成部４２７の内壁面における輻射熱により、第２排出流路部４１７および第２弁体４８１を暖めることができる。

【0066】

（Ｃ５）各実施形態において、囲み部４２の底面４２１は、カバー部材４３に向かって下方に傾斜していたが、本開示はこれに限定されない。底面４２１は、水平面と平行であってもよいし、カバー部材４３に向かって上方に傾斜してもよい。

【0067】

（Ｃ６）第１実施形態では、第１入口部４３１と第２入口部４３２とのうち、第１入口部４３１が下方に位置し、第２入口部４３２が上方に位置していたが、これに代えて、第１入口部４３１が上方に位置し、第２入口部４３２が下方に位置していてもよい。かかる構成によれば、カソードオフガス排出流路部３０４を介して第１入口部４３１からガス流路４３０に流入するアノードオフガスは第２開口４２６の近傍を通過するため、アノードオフガスを、第１排出流路部４１５および第２弁体４８１に加えて、第２排出流路部４１７および第２弁体４８１に直接的に接触させることができる。そして、アノードオフガスは、燃料電池２０の内部から排出されるため高温であるので、上記構成によれば、第２排出流路部４１７および第２弁体４８１をより効率的に暖めて、昇温速度を向上できるという効果を奏する。

【0068】

（Ｃ７）各実施形態において、ガス流路形成部４３４は、屈曲部４３５を備えていたが、屈曲部４３５を省略してもよい。また、屈曲部４３５に代えて、又は、屈曲部４３５に加えて、第２開口４２６の近傍にも屈曲部を設けてもよい。第２開口４２６の近傍に設ける屈曲部は、屈曲部４３５と同様に、第１実施形態では、第２入口部４３２から流入する空気を、第２実施形態では、第１入口部４３１から流入する混合ガスを、それぞれ第２開口４２６に向かわせるガイドの役割を果たすように屈曲させてもよい。かかる構成によれば、第２開口４２６に露出する第２排出流路部４１７および第２弁座４１８をより効率的に暖めて昇温速度を向上させることができる。

【0069】

（Ｃ８）各実施形態では、燃料電池システム１０、１０ａは、トラクションモータや補機に電力を供給するためのシステムとして、車両に搭載されて用いられていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、車両に代えて、船舶や航空機など、駆動用電源を必要とする他の任意の種類の移動体に搭載されて使用されてもよい。また、定置型電源として用いられてもよい。また、燃料電池２０を構成する各単セルは、固体高分子型燃料電池であったが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池等、種々の種類の燃料電池であってもよいしてもよい。

【0070】

（Ｃ９）各実施形態において、第１弁体４７１は、第１開口４２５に露出していなくてもよい。また、第２弁体４８１は、第２開口４２６に露出していなくてもよい。これらの構成においても、第１排出流路部４１５および弁座４１６が第１開口４２５に露出することにより、これらの凍結を抑制できる。同様に、第２排出流路部４１７および第２弁座４１８が第２開口４２６に露出することにより、これらの凍結を抑制できる。

【0071】

本開示は、上記各実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する各実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0072】

１０…燃料電池システム、１０ａ…燃料電池システム、２０…燃料電池、３０…カソード側ガス給排系、３１…エアクリーナ、３２…エアコンプレッサ、３３…インタークーラ、３４…封止弁装置、３５…調圧弁装置、３６…バイパス弁装置、３７…マフラ、４０…気液分離器セット、４１…気液分離器、４２…囲み部、４３…カバー部材、４３ａ…カバー部材、４７…第１弁装置、４８…第２弁装置、５０…アノード側給排系、５１…タンク、５２…主止弁装置、５３…レギュレータ、５４…インジェクタ、５５…水素ポンプ、６０…制御部、３０２…流路部、３０２…カソード反応ガス供給流路部、３０４…カソードオフガス排出流路部、３０６…バイパス流路部、３０８…排出流路部、４０１…アッパ部品、４０２…ロア部品、４１０…本体部、４１１…流入口、４１２…排出口、４１３…下端部、４１５…第１排出流路部、４１６…第１弁座、４１７…第２排出流路部、４１８…第２弁座、４１９…フィルタ装置、４２１…底面、４２２…左側面、４２３…右側面、４２４…天井面、４２５…第１開口、４２６…第２開口、４２７…空間形成部、４２８…開口、４２９…フランジ部、４３０…ガス流路、４３１…第１入口部、４３２…第２入口部、４３３…出口部、４３４…ガス流路形成部、４３５…屈曲部、４３９…フランジ部、４５１…ボルト、４５２…ボルト、４６１…突起部、４６２…固定穴、４６３…突起部、４６４…固定穴、４７１…第１弁体、４７２…押しピン、４７３…プランジャ、４７４…コイル、４７５…ステータコア、４７６…ヨーク、４７７…コネクタ部、４７９…第１駆動部、４８１…第２弁体、４８２…押しピン、４８３…プランジャ、４８４…コイル、４８５…ステータコア、４８６…ヨーク、４８９…第２駆動部、５０１…アノード反応ガス供給流路部、５０２…アノードオフガス排出流路部、５０３…循環流路部、Ｆ１…流れ、Ｆ２…流れ、Ｆ３…流れ、Ｌｖ…液面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】