特開 2024-101729 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】P2024101729

(43)【公開日】2024-07-30

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20240723BHJP

   F16K 1/06 20060101ALI20240723BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 J

F16K1/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023005823

(22)【出願日】2023-01-18

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】森 英文

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 潤也

【テーマコード（参考）】

3H052

5H127

【Ｆターム（参考）】

3H052AA01

3H052BA03

3H052EA16

5H127AB04

5H127AC15

5H127AC20

5H127BA02

5H127BB02

5H127BB07

5H127BB12

5H127BB37

5H127BB40

5H127EE19

(57)【要約】

【課題】モータを駆動させるための消費電力を無駄に消費してしまうことを回避しつつも、モータを空気によって冷却すること。
【解決手段】ノズル部８１は、燃料電池スタックから排出された空気の圧力を速度に変換する。そして、ノズル部８１によって空気の圧力が速度に変換されることにより吸引部８２で負圧が発生する。これにより、吸入通路における流量センサよりも上流側の空気が、冷却通路７０を介して吸引部８２に引き込まれる。冷却通路７０を流れる空気は圧縮部を経由せずに、モータ室を経由するため、モータが空気によって冷却される。制御部６１は、流量センサにより検出される空気の流量が燃料電池スタックに供給される空気の目標流量となるようにモータの駆動を制御する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックから排出される空気が流れる排出通路と、
前記排出通路に設けられるとともに前記排出通路の通路断面積を調整して前記燃料電池スタック内の圧力を調整する圧力調整弁と、
回転軸、前記回転軸の回転に伴い前記燃料電池スタックに供給される空気を圧縮する圧縮部、前記回転軸を回転させるモータ、及び前記モータを収容するモータ室を有するハウジングを備えている電動圧縮機と、
前記圧縮部に空気を吸入する吸入通路と、
前記吸入通路を流れる空気の流量を検出する流量センサと、
前記流量センサにより検出される空気の流量が前記燃料電池スタックに供給される空気の目標流量となるように前記モータの駆動を制御する制御部と、を備えている燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックから排出された空気の圧力を速度に変換するノズル部と、前記ノズル部によって空気の圧力が速度に変換されることにより負圧が発生する吸引部と、前記吸引部を通過した空気を昇圧させて大気へ排出するディフューザ部と、を有するエジェクタと、
前記吸入通路における前記流量センサよりも上流側の空気を、前記モータ室を経由して前記吸引部に流す冷却通路と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。

【請求項2】

前記圧力調整弁は、
前記圧力調整弁の弁体を収容する弁室と、
前記弁室に連通する弁孔と、
前記弁室における前記弁孔の周囲に設けられるとともに前記弁体が着座する弁座と、を有し、
前記冷却通路は、前記弁孔に連通しており、
前記ノズル部は、前記弁体と前記弁座との間の隙間により構成され、
前記吸引部は、前記弁孔により構成され、
前記ディフューザ部は、前記弁孔における前記弁室とは反対側の端部に連通することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記吸入通路に流れる空気を清浄化するエアクリーナを備え、
前記エアクリーナは、第１接続口と、第２接続口と、を有し、
前記吸入通路の上流端は、前記第１接続口に接続されており、
前記冷却通路の上流端は、前記第２接続口に接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に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関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１に開示されているように、燃料電池システムは、燃料電池スタックと、排出通路と、圧力調整弁と、電動圧縮機と、吸入通路と、を備えている。排出通路は、燃料電池スタックから排出される空気が流れる。圧力調整弁は、排出通路に設けられている。圧力調整弁は、排出通路の通路断面積を調整して燃料電池スタック内の圧力を調整する。電動圧縮機は、回転軸、圧縮部、モータ、及びハウジングを備えている。圧縮部は、回転軸の回転に伴い燃料電池スタックに供給される空気を圧縮する。モータは、回転軸を回転させる。ハウジングは、モータ室を有している。モータ室は、モータを収容する。吸入通路は、圧縮部に空気を吸入する。

【0003】

また、燃料電池システムは、流量センサと、制御部と、を備えている。流量センサは、吸入通路を流れる空気の流量を検出する。制御部は、流量センサにより検出される空気の流量が燃料電池スタックに供給される空気の目標流量となるように、流量センサにより検出される流量に基づいてモータの駆動を制御する。圧縮部により圧縮される空気の流量は、回転軸の回転数が高くなるほど多くなる。したがって、例えば、燃料電池スタックに供給される空気の流量を多くしたい場合には、制御部は、回転軸の回転数が高くなるようにモータの駆動を制御する。

【0004】

ところで、このような燃料電池システムにおいては、電動圧縮機の耐久性の向上を図るために、モータを冷却することが望まれている。そこで、例えば特許文献２のように、圧縮部によって圧縮された空気の一部をモータ室内へ導入することが考えられている。このように、圧縮部によって圧縮された空気の一部がモータ室内へ導入されることにより、モータが空気によって冷却される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６－８００２７号公報

【特許文献2】特開２０１１－２０２５８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、圧縮部によって圧縮された空気の一部をモータ室内へ導入すると、流量センサにより検出される空気の流量と、燃料電池スタックに供給される空気の流量とにずれが生じる。具体的には、圧縮部によって圧縮された空気の一部をモータ室内へ導入すると、燃料電池スタックに供給される空気の流量は、流量センサにより検出される空気の流量よりも少なくなる。したがって、制御部が、流量センサにより検出される空気の流量が目標流量となるようにモータの駆動を制御しても、燃料電池スタックに供給される空気の流量が目標流量よりも少なくなってしまう。

【0007】

そこで、制御部は、流量センサにより検出される空気の流量が目標流量よりも多くなるようにモータの駆動を制御する。これによれば、圧縮部によって圧縮された空気の一部をモータ室内へ導入したとしても、燃料電池スタックに供給される空気の流量が目標流量よりも少なくなってしまうことが回避される。

【0008】

しかし、流量センサにより検出される空気の流量と燃料電池スタックに供給される空気の流量とのずれは、電動圧縮機の個体毎にばらつきがある。このため、電動圧縮機によっては、例えば、流量センサにより検出される空気の流量を目標流量に対して多くし過ぎてしまう場合がある。この場合、回転軸の回転数を無駄に高くしていることになるため、モータを駆動させるための消費電力が無駄に消費されてしまうことになる。よって、モータを駆動させるための消費電力を無駄に消費してしまうことを回避しつつも、モータを空気によって冷却することが望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決する燃料電池システムは、前記燃料電池スタックから排出される空気が流れる排出通路と、前記排出通路に設けられるとともに前記排出通路の通路断面積を調整して前記燃料電池スタック内の圧力を調整する圧力調整弁と、回転軸、前記回転軸の回転に伴い前記燃料電池スタックに供給される空気を圧縮する圧縮部、前記回転軸を回転させるモータ、及び前記モータを収容するモータ室を有するハウジングを備えている電動圧縮機と、前記圧縮部に空気を吸入する吸入通路と、前記吸入通路を流れる空気の流量を検出する流量センサと、前記流量センサにより検出される空気の流量が前記燃料電池スタックに供給される空気の目標流量となるように前記モータの駆動を制御する制御部と、を備えている燃料電池システムであって、前記燃料電池スタックから排出された空気の圧力を速度に変換するノズル部と、前記ノズル部によって空気の圧力が速度に変換されることにより負圧が発生する吸引部と、前記吸引部を通過した空気を昇圧させて大気へ排出するディフューザ部と、を有するエジェクタと、前記吸入通路における前記流量センサよりも上流側の空気を、前記モータ室を経由して前記吸引部に流す冷却通路と、を備えた。

【0010】

このように、ノズル部が、燃料電池スタックから排出された空気の圧力を速度に変換する。そして、ノズル部によって空気の圧力が速度に変換されることにより吸引部で負圧が発生する。これにより、吸入通路における流量センサよりも上流側の空気が、冷却通路を介して吸引部に引き込まれる。冷却通路を流れる空気は圧縮部を経由せずに、モータ室を経由するため、モータを空気によって冷却することができる。そして、吸引部を通過した空気は、ディフューザ部によって昇圧されて大気へ排出される。したがって、圧縮部によって圧縮された空気の一部をモータ室内へ導入する必要が無い。その結果、燃料電池スタックに供給される空気の流量が、流量センサにより検出される空気の流量よりも少なくなってしまうことが回避される。そして、制御部は、流量センサにより検出される空気の流量が燃料電池スタックに供給される空気の目標流量となるようにモータの駆動を制御する。したがって、例えば、制御部が、流量センサにより検出される空気の流量が目標流量よりも多くなるようにモータの駆動を制御する必要が無い。よって、流量センサにより検出される空気の流量を目標流量に対して多くし過ぎてしまうといったことが無く、回転軸の回転数を無駄に高くしてしまうことが無い。したがって、モータを駆動させるための消費電力が無駄に消費してしまうことを回避することができる。以上により、モータを駆動させるための消費電力を無駄に消費してしまうことを回避しつつも、モータを空気によって冷却することができる。

【0011】

上記燃料電池システムにおいて、前記圧力調整弁は、前記圧力調整弁の弁体を収容する弁室と、前記弁室に連通する弁孔と、前記弁室における前記弁孔の周囲に設けられるとともに前記弁体が着座する弁座と、を有し、前記冷却通路は、前記弁孔に連通しており、前記ノズル部は、前記弁体と前記弁座との間の隙間により構成され、前記吸引部は、前記弁孔により構成され、前記ディフューザ部は、前記弁孔における前記弁室とは反対側の端部に連通するとよい。

【0012】

これによれば、弁体が弁座から離間した状態において、弁室から弁孔に流れ込む空気は、弁体と弁座との間の隙間により構成されるノズル部を通過する際に圧力が速度に変換される。ノズル部によって空気の圧力が速度に変換されることにより、弁孔により構成される吸引部において負圧が発生するとともに冷却通路からの空気が吸引部に吸引される。そして、吸引部からの空気は、ディフューザ部において昇圧されながら大気へ排出される。このように、圧力調整弁の構成の一部をエジェクタとして機能させることにより、圧力調整弁とは別にエジェクタを排出通路に別途設ける必要が無いため、燃料電池システム全体をコンパクトにすることができる。

【0013】

上記燃料電池システムにおいて、前記吸入通路に流れる空気を清浄化するエアクリーナを備え、前記エアクリーナは、第１接続口と、第２接続口と、を有し、前記吸入通路の上流端は、前記第１接続口に接続されており、前記冷却通路の上流端は、前記第２接続口に接続されているとよい。

【0014】

これによれば、吸入通路及び冷却通路をエアクリーナからそれぞれ独立して設けることができる。したがって、例えば、冷却通路の上流端が、吸入通路におけるエアクリーナと流量センサとの間の部分に接続されている場合に比べると、吸入通路における流量センサの上流側の部分を流れる空気の流れを安定させることができる。したがって、吸入通路を流れる空気の流量を流量センサにより精度良く検出することができる。

【発明の効果】

【0015】

この発明によれば、モータを駆動させるための消費電力を無駄に消費してしまうことを回避しつつも、モータを空気によって冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態における燃料電池システムを説明するための図である。

【図2】圧力調整弁の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、燃料電池システムを具体化した一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池車に搭載されている。
＜燃料電池システムの全体構成＞
図１に示すように、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１１と、排出通路２０と、圧力調整弁３０と、電動圧縮機１２と、吸入通路５０と、を備えている。燃料電池スタック１１は、例えば、複数のセルを有している。各セルは、酸素極と、水素極と、両極の間に配置された電解質膜とが積層されて構成されている。そして、燃料電池スタック１１は、燃料ガスである水素と空気中の酸素とを化学反応させて発電を行う。

【0018】

燃料電池スタック１１の発電に寄与する酸素は、空気中に２割程度しか存在しない。したがって、燃料電池スタック１１に供給された空気の８割程度は、燃料電池スタック１１の発電に寄与されることなく燃料電池スタック１１から排出ガスとして排出される。

【0019】

燃料電池スタック１１は、図示しない走行用モータに電気的に接続されている。走行用モータは、燃料電池スタック１１により発電された電力を電力源として駆動する。走行用モータの動力は、図示しない動力伝達機構を介して車軸に伝達される。燃料電池車は、アクセルペダルのアクセル開度に応じた車速で走行する。

【0020】

排出通路２０には、燃料電池スタック１１から排出される空気が流れる。圧力調整弁３０は、排出通路２０に設けられている。排出通路２０は、第１排出配管２１と、第２排出配管２２と、を有している。第１排出配管２１の第１端は、燃料電池スタック１１の排出口１１ｂに接続されている。第１排出配管２１の第２端は、圧力調整弁３０の入口３０ａに接続されている。第２排出配管２２の第１端は、圧力調整弁３０の出口３０ｂに接続されている。第２排出配管２２の第２端は、大気に開放されている。

【0021】

電動圧縮機１２は、回転軸１３、圧縮部１４、モータ１５、及びハウジング１６を備えている。ハウジング１６は、モータ室１７と、インペラ室１８と、を有している。モータ室１７は、モータ１５を収容する。インペラ室１８は、圧縮部１４を収容する。圧縮部１４は、インペラ室１８に収容されるインペラである。したがって、電動圧縮機１２は、遠心圧縮機である。回転軸１３は、ハウジング１６内に収容されている。回転軸１３の第１端には、モータ１５が連結されている。回転軸１３の第２端には、圧縮部１４が連結されている。モータ１５は、回転軸１３を回転させる。圧縮部１４は、回転軸１３の回転に伴い燃料電池スタック１１に供給される空気を圧縮する。

【0022】

電動圧縮機１２は、吸入口１２ａと、吐出口１２ｂと、を有している。吸入口１２ａ及び吐出口１２ｂは、ハウジング１６に形成されている。吸入口１２ａは、インペラ室１８に空気を吸入する。そして、圧縮部１４は、吸入口１２ａからインペラ室１８に吸入された空気を圧縮する。吐出口１２ｂには、圧縮部１４によって圧縮された空気が吐出される。

【0023】

電動圧縮機１２は、導入口１２ｃと、排出口１２ｄと、を有している。導入口１２ｃ及び排出口１２ｄは、ハウジング１６に形成されている。導入口１２ｃは、モータ室１７内に空気を導入する。排出口１２ｄには、モータ室１７内の空気が排出される。

【0024】

燃料電池システム１０は、エアクリーナ５２を備えている。エアクリーナ５２は、ケース５３と、エレメント５４と、を有している。エレメント５４は、ケース５３内に収容されている。エレメント５４は、外部からケース５３内に吸入される空気がエレメント５４を通過することにより、空気に含まれる異物を捕捉する。したがって、ケース５３内においてエレメント５４を通過した後の空気は異物が除去されている。

【0025】

エアクリーナ５２は、第１接続口５５と、第２接続口５６と、を有している。第１接続口５５及び第２接続口５６は、ケース５３におけるエレメント５４よりも下流側に位置する部分に設けられている。

【0026】

吸入通路５０は、例えば、配管である。吸入通路５０の第１端は、エアクリーナ５２の第１接続口５５に接続されている。吸入通路５０の第２端は、電動圧縮機１２の吸入口１２ａに接続されている。吸入通路５０を流れる空気は、エアクリーナ５２によって清浄化されている。したがって、エアクリーナ５２は、吸入通路５０に流れる空気を清浄化する。そして、吸入通路５０を流れる空気は、吸入口１２ａを介してインペラ室１８に吸入される。したがって、吸入通路５０は、圧縮部１４に空気を吸入する。吸入通路５０の上流端は、第１接続口５５に接続されている。吸入通路５０の下流端は、電動圧縮機１２の吸入口１２ａに接続されている。

【0027】

燃料電池システム１０は、供給通路５１を備えている。供給通路５１は、例えば、配管である。供給通路５１の第１端は、電動圧縮機１２の吐出口１２ｂに接続されている。供給通路５１の第２端は、燃料電池スタック１１の供給口１１ａに接続されている。そして、圧縮部１４によって圧縮された空気は、吐出口１２ｂ、供給通路５１、及び供給口１１ａを介して燃料電池スタック１１に供給される。

【0028】

燃料電池システム１０は、流量センサ６０を備えている。流量センサ６０は、吸入通路５０に設けられている。流量センサ６０は、吸入通路５０を流れる空気の流量を検出可能に構成されている。したがって、流量センサ６０は、吸入通路５０を流れる空気の流量を検出する。

【0029】

燃料電池システム１０は、制御部６１を備えている。制御部６１は、例えば、１つ以上の専用のハードウェア回路、及び／又は、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って動作する１つ以上のプロセッサ（制御回路）によって実現することができる。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含み、メモリは、例えば、各種処理をプロセッサに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリ即ちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。

【0030】

制御部６１は、流量センサ６０に電気的に接続されている。制御部６１には、流量センサ６０により検出された空気の流量に関する情報が送信される。制御部６１は、モータ１５に電気的に接続されている。制御部６１は、モータ１５の駆動を制御する。制御部６１には、流量センサ６０により検出される流量に基づいてモータ１５の駆動を制御する制御プログラムが予め記憶されている。したがって、制御部６１は、流量センサ６０により検出される流量に基づいてモータ１５の駆動を制御する。

【0031】

制御部６１には、アクセルペダルの操作態様等に基づいて燃料電池スタック１１に要求される要求発電量を算出する算出プログラムが予め記憶されている。そして、制御部６１は、算出プログラムによって算出した要求発電量に基づいて、燃料電池スタック１１に供給される空気の目標流量を導出する。よって、制御部６１には、燃料電池スタック１１に要求される要求発電量と、燃料電池スタック１１に供給される空気の目標流量と、が関係付けられたマップが予め記憶されている。

【0032】

制御部６１には、流量センサ６０により検出される空気の流量が燃料電池スタック１１に供給される空気の目標流量となるようにモータ１５の駆動を制御する制御プログラムが予め記憶されている。したがって、制御部６１は、流量センサ６０により検出される空気の流量が燃料電池スタック１１に供給される空気の目標流量となるようにモータ１５の駆動を制御する。

【0033】

燃料電池システム１０は、冷却通路７０を備えている。冷却通路７０は、第１冷却配管７１と、第２冷却配管７２と、を有している。第１冷却配管７１の第１端は、エアクリーナ５２の第２接続口５６に接続されている。第１冷却配管７１の第２端は、電動圧縮機１２の導入口１２ｃに接続されている。第２冷却配管７２の第１端は、電動圧縮機１２の排出口１２ｄに接続されている。第２冷却配管７２の第２端は、圧力調整弁３０に接続されている。エアクリーナ５２からの空気は、第２接続口５６、第１冷却配管７１、導入口１２ｃ、モータ室１７、排出口１２ｄ、及び第２冷却配管７２を介して圧力調整弁３０に流れる。したがって、冷却通路７０の上流端は、第２接続口５６に接続されている。

【0034】

＜圧力調整弁＞
図２に示すように、圧力調整弁３０は、弁ハウジング３１と、ソレノイドコイル３２と、固定鉄心３３と、付勢ばね３４と、弁部材３５と、を備えている。弁ハウジング３１は、筒状である。弁ハウジング３１は、ソレノイドコイル３２、固定鉄心３３、付勢ばね３４、及び弁部材３５を収容する。

【0035】

弁ハウジング３１は、ソレノイド室３６と、弁室３７と、弁孔３８と、弁座３９と、拡径孔４０と、を有している。ソレノイド室３６、弁室３７、弁孔３８、弁座３９、及び拡径孔４０は、弁ハウジング３１に形成されている。

【0036】

弁室３７は、ソレノイド室３６に連通している。弁室３７は、ソレノイド室３６に対して、弁ハウジング３１の軸方向で並んで配置されている。弁孔３８は、弁室３７におけるソレノイド室３６とは反対側の端部に連通している。したがって、弁孔３８は、弁室３７に連通している。ソレノイド室３６の軸線、弁室３７の軸線、及び弁孔３８の軸線は、弁ハウジング３１の軸線に一致している。

【0037】

弁座３９は、弁室３７における弁孔３８の周囲に設けられている。拡径孔４０は、弁孔３８における弁室３７とは反対側の端部に連通している。拡径孔４０の第１端は、弁孔３８に連通している。拡径孔４０の第２端は、弁ハウジング３１の外面に開口している。拡径孔４０の第２端には、第２排出配管２２の第１端が接続されている。したがって、拡径孔４０の第２端は、圧力調整弁３０の出口３０ｂである。拡径孔４０は、拡径孔４０の第１端から第２端に向かうにつれて孔径が徐々に拡径している。

【0038】

ソレノイドコイル３２、固定鉄心３３、及び付勢ばね３４は、ソレノイド室３６に収容されている。固定鉄心３３は、柱状である。固定鉄心３３は、弁ハウジング３１の内部に固定されている。固定鉄心３３の軸線は、弁ハウジング３１の軸線に一致している。ソレノイドコイル３２は、固定鉄心３３の周囲に設けられている。

【0039】

弁部材３５は、圧力調整弁３０の弁体４１と、可動鉄心４２と、フランジ部４３と、を有している。弁体４１と可動鉄心４２とは一体化されている。可動鉄心４２は、柱状である。固定鉄心３３と可動鉄心４２とは、固定鉄心３３の軸線と可動鉄心４２の軸線とが一致した状態で、弁ハウジング３１の内部に配置されている。可動鉄心４２の第１端は、固定鉄心３３に対して、可動鉄心４２の軸方向で対向している。可動鉄心４２の第１端面は、固定鉄心３３に接離可能である。

【0040】

可動鉄心４２の第２端は、ソレノイド室３６から弁室３７内に突出している。可動鉄心４２の第２端には、弁体４１が連結されている。弁体４１は、弁室３７内に収容されている。したがって、弁室３７は、弁体４１を収容する。弁体４１は、例えば、ゴム製である。弁体４１は、弁座３９に着座可能に構成されている。したがって、弁座３９には、弁体４１が着座する。弁体４１は、弁座３９に対して接離可能である。弁体４１は、弁室３７内を往復動可能である。

【0041】

フランジ部４３は、可動鉄心４２の外周面から環状に突出している。フランジ部４３は、ソレノイド室３６内に配置されている。付勢ばね３４は、フランジ部４３と固定鉄心３３との間に介在されている。付勢ばね３４は、例えば、コイルばねである。付勢ばね３４の第１端は、固定鉄心３３に支持されている。付勢ばね３４の第２端は、フランジ部４３に支持されている。付勢ばね３４は、弁体４１が弁座３９に接近する方向へ弁部材３５を付勢する。

【0042】

ソレノイドコイル３２は、制御部６１に電気的に接続されている。制御部６１は、ソレノイドコイル３２に対して電力が供給可能になっている。そして、例えば、制御部６１におけるソレノイドコイル３２に対する電力の供給が行われると、付勢ばね３４の付勢力に抗して、可動鉄心４２が固定鉄心３３に吸着される。これにより、弁部材３５が固定鉄心３３に向けて移動するとともに、弁体４１が弁座３９に対して離間する。その結果、圧力調整弁３０が開弁状態となる。

【0043】

一方で、例えば、制御部６１におけるソレノイドコイル３２に対する電力の供給が停止されると、付勢ばね３４の付勢力によって、弁体４１が弁座３９に接近する方向へ弁部材３５が付勢される。これにより、弁部材３５が弁座３９に向けて移動するとともに、弁体４１が弁座３９に着座する。その結果、圧力調整弁３０が閉弁状態となる。

【0044】

弁ハウジング３１は、第１導入通路４４と、第２導入通路４５と、を有している。第１導入通路４４の第１端には、第１排出配管２１の第２端が接続されている。したがって、第１導入通路４４の第１端は、圧力調整弁３０の入口３０ａである。第１導入通路４４の第２端は、弁室３７に連通している。

【0045】

第１導入通路４４、弁室３７、弁孔３８、及び拡径孔４０は、第１排出配管２１及び第２排出配管２２と共に排出通路２０を構成している。そして、燃料電池スタック１１から排出される空気は、第１排出配管２１、第１導入通路４４、弁室３７、弁孔３８、拡径孔４０、及び第２排出配管２２を介して大気へ排出される。なお、弁室３７に流れ込む空気の一部は、ソレノイド室３６に流れ込む。ソレノイド室３６に流れ込む空気の圧力は、フランジ部４３の両端面にそれぞれ作用する。これにより、ソレノイド室３６に流れ込んで弁部材３５に作用する空気の圧力は相殺されている。

【0046】

弁体４１と弁座３９との間の隙間が小さくなって、圧力調整弁３０の弁開度が小さくなるほど、燃料電池スタック１１内の圧力が高くなる。一方で、弁体４１と弁座３９との隙間が大きくなって、圧力調整弁３０の弁開度が大きくなるほど、燃料電池スタック１１内の圧力が小さくなる。したがって、圧力調整弁３０は、排出通路２０に設けられるとともに排出通路２０の通路断面積を調整して燃料電池スタック１１内の圧力を調整する。

【0047】

なお、制御部６１には、燃料電池スタック１１内の圧力が目標圧力となるように、圧力調整弁３０の弁開度を調整する弁開度調整プログラムが予め記憶されている。そして、制御部６１は、弁開度調整プログラムによって、圧力調整弁３０のソレノイドコイル３２に供給される電力量を調整することにより、圧力調整弁３０の弁開度を調整する。

【0048】

第２導入通路４５の第１端には、第２冷却配管７２の第２端が接続されている。第２導入通路４５は、弁孔３８に連通している。したがって、冷却通路７０は、第２導入通路４５を介して弁孔３８に連通している。そして、エアクリーナ５２からの空気は、第２接続口５６、第１冷却配管７１、導入口１２ｃ、モータ室１７、排出口１２ｄ、第２冷却配管７２、及び第２導入通路４５を介して弁孔３８に流れる。したがって、冷却通路７０は、吸入通路５０における流量センサ６０よりも上流側の空気をモータ室１７を経由して排出通路２０における圧力調整弁３０の弁体４１よりも下流側の部分に流す。

【0049】

＜エジェクタ＞
燃料電池システム１０は、エジェクタ８０を備えている。エジェクタ８０は、ノズル部８１と、吸引部８２と、ディフューザ部８３と、を有している。ノズル部８１は、弁体４１と弁座３９との間の隙間により構成されている。そして、ノズル部８１は、弁体４１と弁座３９との間の隙間を通過する空気の圧力を速度に変換する。吸引部８２は、弁孔３８により構成されている。そして、吸引部８２では、ノズル部８１によって空気の圧力が速度に変換されることにより負圧が発生する。これにより、吸引部８２は、冷却通路７０からの空気を吸引する。ディフューザ部８３は、拡径孔４０により構成されている。したがって、ディフューザ部８３は、弁孔３８における弁室３７とは反対側の端部に連通している。そして、ディフューザ部８３は、弁孔３８を通過した空気を昇圧させて大気へ排出する。このように、本実施形態では、圧力調整弁３０の構成の一部がエジェクタ８０として機能している。

【0050】

［実施形態の作用］
次に、本実施形態の作用について説明する。
弁体４１が弁座３９から離間した状態において、弁室３７から弁孔３８に流れ込む空気は、弁体４１と弁座３９との間の隙間により構成されるノズル部８１を通過する際に圧力が速度に変換される。ノズル部８１によって空気の圧力が速度に変換されることにより、弁孔３８により構成される吸引部８２において負圧が発生するとともに冷却通路７０からの空気が吸引部８２に吸引される。そして、吸引部８２からの空気は、ディフューザ部８３において昇圧されながら大気へ排出される。

【0051】

このように、ノズル部８１は、燃料電池スタック１１から排出された空気の圧力を速度に変換する。そして、吸引部８２では、ノズル部８１によって空気の圧力が速度に変換されることにより負圧が発生する。これにより、吸入通路５０における流量センサ６０よりも上流側の空気が、冷却通路７０を介して吸引部８２に引き込まれる。冷却通路７０を流れる空気はモータ室１７を経由するため、モータ１５が空気によって冷却される。ディフューザ部８３は、吸引部８２を通過した空気を昇圧させて大気へ排出する。

【0052】

［実施形態の効果］
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）ノズル部８１は、燃料電池スタック１１から排出された空気の圧力を速度に変換する。そして、ノズル部８１によって空気の圧力が速度に変換されることにより吸引部８２で負圧が発生する。これにより、吸入通路５０における流量センサ６０よりも上流側の空気が、冷却通路７０を介して吸引部８２に引き込まれる。冷却通路７０を流れる空気は圧縮部１４を経由せずに、モータ室１７を経由するため、モータ１５を空気によって冷却することができる。そして、吸引部８２を通過した空気は、ディフューザ部８３によって昇圧されて大気へ排出される。したがって、圧縮部１４によって圧縮された空気の一部をモータ室１７内へ導入する必要が無い。その結果、燃料電池スタック１１に供給される空気の流量が、流量センサ６０により検出される空気の流量よりも少なくなってしまうことが回避される。そして、制御部６１は、流量センサ６０により検出される空気の流量が燃料電池スタック１１に供給される空気の目標流量となるようにモータ１５の駆動を制御する。したがって、例えば、制御部６１が、流量センサ６０により検出される空気の流量が目標流量よりも多くなるようにモータ１５の駆動を制御する必要が無い。よって、流量センサ６０により検出される空気の流量を目標流量に対して多くし過ぎてしまうといったことが無く、回転軸１３の回転数を無駄に高くしてしまうことが無い。したがって、モータ１５を駆動させるための消費電力が無駄に消費してしまうことを回避することができる。以上により、モータ１５を駆動させるための消費電力を無駄に消費してしまうことを回避しつつも、モータ１５を空気によって冷却することができる。

【0053】

（２）弁体４１が弁座３９から離間した状態において、弁室３７から弁孔３８に流れ込む空気は、弁体４１と弁座３９との間の隙間により構成されるノズル部８１を通過する際に圧力が速度に変換される。ノズル部８１によって空気の圧力が速度に変換されることにより、弁孔３８により構成される吸引部８２において負圧が発生するとともに冷却通路７０からの空気が吸引部８２に吸引される。そして、吸引部８２からの空気は、ディフューザ部８３において昇圧されながら大気へ排出される。このように、圧力調整弁３０の構成の一部をエジェクタ８０として機能させることにより、圧力調整弁３０とは別にエジェクタ８０を排出通路２０に別途設ける必要が無いため、燃料電池システム１０全体をコンパクトにすることができる。

【0054】

（３）吸入通路５０の上流端は、エアクリーナ５２の第１接続口５５に接続されている。冷却通路７０の上流端は、エアクリーナ５２の第２接続口５６に接続されている。これによれば、吸入通路５０及び冷却通路７０をエアクリーナ５２からそれぞれ独立して設けることができる。したがって、例えば、冷却通路７０の上流端が、吸入通路５０におけるエアクリーナ５２と流量センサ６０との間の部分に接続されている場合に比べると、吸入通路５０における流量センサ６０の上流側の部分を流れる空気の流れを安定させることができる。したがって、吸入通路５０を流れる空気の流量を流量センサ６０により精度良く検出することができる。

【0055】

［変更例］
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0056】

○ 実施形態において、圧力調整弁３０とは別にエジェクタ８０を排出通路２０に別途設けてもよい。この場合、エジェクタ８０は、排出通路２０における圧力調整弁３０よりも下流側の部分に設けられている。

【0057】

○ 実施形態において、例えば、冷却通路７０の上流端が、吸入通路５０におけるエアクリーナ５２と流量センサ６０との間の部分に接続されていてもよい。要は、冷却通路７０は、吸入通路５０における流量センサ６０よりも上流側の空気を、モータ室１７を経由して吸引部８２に流すことが可能な構成であればよい。

【0058】

○ 実施形態において、圧縮部１４は、インペラでなくてもよく、例えば、固定スクロール及び旋回スクロールからなるスクロール式であってもよい。したがって、電動圧縮機１２は、遠心圧縮機に限らず、例えば、スクロール型圧縮機であってもよい。要は、電動圧縮機１２は、回転軸１３を回転させるモータ１５を有するものであればよい。

【0059】

○ 実施形態において、燃料電池システム１０は、燃料電池車に搭載されていなくてもよい。要は、燃料電池システム１０は、車両に搭載されるものに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0060】

１０…燃料電池システム、１１…燃料電池スタック、１２…電動圧縮機、１３…回転軸、１４…圧縮部、１５…モータ、１６…ハウジング、１７…モータ室、２０…排出通路、３０…圧力調整弁、３７…弁室、３８…弁孔、３９…弁座、４１…弁体、５０…吸入通路、５２…エアクリーナ、５５…第１接続口、５６…第２接続口、６０…流量センサ、６１…制御部、７０…冷却通路、８０…エジェクタ、８１…ノズル部、８２…吸引部、８３…ディフューザ部。

【図1】

【図2】