特開 2024-31277 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】P2024031277

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20240229BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20240229BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 N

H01M8/10 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022134732

(22)【出願日】2022-08-26

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100191134

【弁理士】

【氏名又は名称】千馬 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(74)【代理人】

【識別番号】100180448

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 亨祐

(72)【発明者】

【氏名】堀内 悠平

【テーマコード（参考）】

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H126BB06

5H127AA06

5H127AB04

5H127AC01

5H127BA02

5H127BA22

5H127BA28

5H127BA33

5H127BA58

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB34

5H127BB37

5H127EE25

(57)【要約】      （修正有）

【課題】燃料電池スタックと加湿器とが生成水を介して電気的に接続することを防止する。
【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池スタック（１２）と、所定の機器（６２）とを備える。前記機器には、燃料電池スタックから排出された排出ガスを受けるガス受入部（８２）が形成される。燃料電池スタックのガス出口（４０ｂ）とガス受入部とは、配管（７０）を介して接続される。配管における下流開口（９４）の内部には、絶縁体からなる中継管（１００）の上流端部（１０２）が挿入される。中継管は、上流端部よりも外径が小さな中空突出部（１１６）を有する。中空突出部は、上流端部よりも排出ガスの流通方向における上流（配管の内方）に突出する。
【選択図】図３

【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た排出ガスが送られる機器と、前記燃料電池スタックと前記機器とを接続する配管とを備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックに、前記排出ガスが排出されるガス出口が形成され、且つ前記機器に、前記排出ガスを受けるガス受入部が形成され、前記配管は、前記ガス出口から前記ガス受入部に向かって延在し、
前記配管と前記ガス受入部との間に、絶縁体からなる中継管が介在し、
前記中継管の上流端部は、前記配管の下流開口の内部に挿入され、
前記中継管と前記配管との間に、前記中継管の前記上流端部と、前記配管の内壁との間をシールするシール部材が設けられ、
前記中継管に、前記上流端部よりも前記排出ガスの流通方向における上流に突出し、且つ前記上流端部よりも外径が小さい中空突出部が設けられた燃料電池システム。

【請求項2】

請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記中継管の内径は、前記中空突出部で最小であり、前記排出ガスの流通方向における下流に向かうにつれて大きくなる燃料電池システム。

【請求項3】

請求項２記載の燃料電池システムにおいて、前記配管に、前記排出ガスと一緒に流通する水分を排出するドレイン孔が形成されている燃料電池システム。

【請求項4】

請求項３記載の燃料電池システムにおいて、前記配管の内壁に、前記水分を前記ドレイン孔に導く案内溝が形成されている燃料電池システム。

【請求項5】

請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記中継管が弾性体からなる燃料電池システム。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記機器が加湿器であ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、燃料電池スタックを含む燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能且つ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する燃料電池に関する研究開発が行われている。また、地球環境に与える負荷を軽減するため、自動車の排気ガス規制が一段と進んでいる。以上の観点から、自動車において、内燃機関に代替して燃料電池システムを搭載することが試みられている。燃料電池システムでは、ＣＯ₂、ＳＯ_X及びＮＯ_X等が排出されることがないからである。

【0003】

燃料電池システムは、複数個の単位セルが積層された燃料電池スタックを備える。燃料電池スタックが運転されるとき、単位セルのアノード電極に燃料ガスが供給され、且つ単位セルのカソード電極に酸化剤ガスが供給される。カソード電極では、電極反応によって水が生成される。従って、カソード電極からは、余剰の酸化剤ガスと、生成水とが一緒に排出される。以下、カソード電極から排出された余剰の酸化剤ガスを、カソードオフガスと表記する。

【0004】

カソードオフガスは、例えば、特許文献１に記載されるように加湿器に送られる。加湿器の内部には、多孔質膜が設けられている。カソードオフガス中の生成水は、多孔質膜によって酸化剤ガスと分離される。ここで、加湿器には、カソード電極に新たに供給される酸化剤ガスが流通する。酸化剤ガスには、カソードオフガスから分離された生成水が供与される。生成水によって湿潤状態となった酸化剤ガスは、加湿器からカソード電極に供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７－７９１５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

単位セルを構成するセパレータは、導電体である。また、加湿器を構成する容器の素材は、典型的には金属である。すなわち、容器も導電体である。生成水は単位セルから溶出する導電性イオンを含んでいるので、該生成水も導電体である。従って、燃料電池スタックから加湿器にわたって連続的に生成水が付着していると、生成水を介して燃料電池スタックから加湿器に電流が流れることが可能である。燃料電池システムが自動車に搭載される場合、電流がさらに車体に流れることも可能である。

【0007】

そこで、燃料電池スタックと加湿器とが生成水を介して電気的に接続することを防止する必要がある。

【0008】

本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一実施形態によれば、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た排出ガスが送られる機器と、前記燃料電池スタックと前記機器とを接続する配管とを備える燃料電池システムであって、前記燃料電池スタックに、前記排出ガスが排出されるガス出口が形成され、且つ前記機器に、前記排出ガスを受けるガス受入部が形成され、前記配管は、前記ガス出口から前記ガス受入部に向かって延在し、前記配管と前記ガス受入部との間に、絶縁体からなる中継管が介在し、前記中継管の上流端部は、前記配管の下流開口の内部に挿入され、前記中継管と前記配管との間に、前記中継管の前記上流端部と、前記配管の内壁との間をシールするシール部材が設けられ、前記中継管に、前記上流端部よりも前記排出ガスの流通方向における上流に突出し、且つ前記上流端部よりも外径が小さい中空突出部が設けられた燃料電池システムが提供される。

【発明の効果】

【0010】

本発明においては、中継管の一部である上流端部から、同じく中継管の一部である中空突出部が突出する。ここで、中継管と配管との間には、上流端部の外壁と配管の内壁との間をシールするシール部材が設けられる。すなわち、上流端部の外壁は、シール部材を介して配管の内壁に当接する。その一方で、中空突出部の外径は、上流端部の外径よりも小さい。従って、中空突出部の外壁は、配管の内壁から離間する。これにより、配管の内壁と中空突出部の外壁との間にポケットが形成される。

【0011】

配管内の水（液水）は、一般的に、帯状又は筋状に連なった状態で配管の内壁に沿って流動する。従って、配管内を流動した水は、排出ガスによって配管から吹き飛ばされて液滴となった状態で、配管の内壁から中空突出部の内部に進入する。又は、水は、前記ポケットに進入した後、中空突出部の外壁の端部から排出ガスによって吹き飛ばされる。このときも、水は、液滴となって中空突出部の内部に進入する。ここで、「液滴」はミストを含む。

【0012】

すなわち、中継管の内部に進入した水は、配管内の水から分断されている。このため、配管内の水と、中継管の内部に進入した水とが電気的に絶縁される。また、中継管は電気絶縁体である。

【0013】

以上のような理由から、燃料電池スタックと所定の機器とが、水を介して電気的に接続されることが防止される。換言すれば、燃料電池スタックから前記機器に電流が流れることを回避することができる。燃料電池システムが自動車の車体に搭載されたときには、車体に電流が流れることも回避される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、燃料電池システムの概略システム図である。

【図2】図２は、燃料電池スタックにおけるカソードオフガスの出口と、機器（加湿器）におけるカソードオフガスの入口との接続部分の概略側面断面図である。

【図3】図３は、図２の要部拡大図である。

【図4】図４は、図３中のＩＶ－ＩＶ線から見た一部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下において、アノードオフガスは、図１に示す燃料電池スタック１２のアノード電極２２から排出された余剰の燃料ガスを意味する。カソードオフガスは、燃料電池スタック１２のカソード電極２４から排出された余剰の酸化剤ガスを意味する。また、「上流」及び「下流」は、それぞれ、カソードオフガスの流通方向における上流及び下流を表す。

【0016】

はじめに、図１に示す燃料電池システム１０につき説明する。なお、図１は、燃料ガス及び酸化剤ガスの流通過程等の理解を容易にするために簡素化されている。従って、図１に示される方向が、実際の燃料電池システム１０における方向に一致しているとは限らない。また、図１では、バルブ又はバイパスライン等が省略されている。

【0017】

燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２を備える。燃料電池スタック１２は、複数個の単位セル１４が積層されることで構成される。単位セル１４は、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１６が第１セパレータ１８と第２セパレータ２０との間に挟まれることで構成される。ＭＥＡ１６は、アノード電極２２とカソード電極２４との間に電解質膜２６が挟まれることで構成される。第１セパレータ１８及び第２セパレータ２０の素材は、例えば、金属である。電解質膜２６の素材は、例えば、水分を含むパーフルオロスルホン酸等の固体高分子である。

【0018】

第１セパレータ１８には、第１ガス流路３０が形成される。第１ガス流路３０には、アノード電極２２に供給される水素ガス（燃料ガス）が流通する。第２セパレータ２０には、第２ガス流路３２が形成される。第２ガス流路３２には、カソード電極２４に供給される圧縮エア（酸化剤ガス）が流通する。互いに隣接する単位セル１４において、第１セパレータ１８と第２セパレータ２０との間には、不図示の冷却媒体流路が形成される。冷却媒体流路には、冷却媒体が流通する。

【0019】

燃料電池スタック１２には、第１水素入口３４ａ、第２水素入口３４ｂ、第１水素出口３６ａ及び第２水素出口３６ｂが形成される。燃料電池スタック１２には、第１エア入口３８ａ、第２エア入口３８ｂ、第１エア出口４０ａ、第２エア出口４０ｂが形成される。すなわち、燃料電池スタック１２において、水素ガスの入口及び出口はそれぞれ２個である。同様に、圧縮エアの入口及び出口もそれぞれ２個である。水素入口及びエア入口は単数個であってもよい。

【0020】

第１水素入口３４ａ及び第２水素入口３４ｂは、第１ガス流路３０の入口に連通する。該第１ガス流路３０の出口は、第１水素出口３６ａ及び第２水素出口３６ｂに連通する。第１エア入口３８ａ及び第２エア入口３８ｂは、第２ガス流路３２の入口に連通する。該第２ガス流路３２の出口は、第１エア出口４０ａ及び第２エア出口４０ｂに連通する。

【0021】

燃料電池システム１０は、高圧タンク５０と、エゼクタ５２とを備える。高圧タンク５０には、水素ガスが充填されている。エゼクタ５２は、アノード電極２２に水素ガスを供給するための機器である。エゼクタ５２と燃料電池スタック１２との間には、第１供給マニホールド５４が設けられる。第１供給マニホールド５４は、エゼクタ５２から送られた水素ガスを二方向に分配する。一方向に分配された水素ガスは、第１水素入口３４ａに向かう。残る一方向に分配された水素ガスは、第２水素入口３４ｂに向かう。

【0022】

燃料電池スタック１２には、第１排気マニホールド５６を介して気液分離器５８が接続される。第１水素出口３６ａ及び第２水素出口３６ｂからそれぞれ排出されたアノードオフガスは、第１排気マニホールド５６で集合して気液分離器５８に送られる。アノードオフガスは、気液分離器５８において水素ガスと水とに分離される。水素ガスは、エゼクタ５２に戻された後にアノード電極２２に再供給される。

【0023】

燃料電池システム１０は、エアポンプ６０と、加湿器６２と、循環ポンプ６４とをさらに備える。エアポンプ６０は、例えば、大気を圧縮して圧縮エアを生成する。燃料電池スタック１２と加湿器６２とは、第２供給マニホールド６８及び第２排気マニホールド７０を介して接続される。エアポンプ６０によって得られた圧縮エアには、加湿器６２において、燃料電池スタック１２の発電時に生成された水（後述する生成水ＰＷ）が供与される。これにより、圧縮エアが湿潤状態となる。湿潤状態となった圧縮エアは、第２供給マニホールド６８により二方向に分配される。一方向に分配された圧縮エアは、第１エア入口３８ａに向かう。残る一方向に分配された圧縮エアは、第２エア入口３８ｂに向かう。なお、循環ポンプ６４を省略してもよい。

【0024】

第１エア出口４０ａ及び第２エア出口４０ｂからそれぞれ排出されたカソードオフガスは、第２排気マニホールド７０で集合して加湿器６２に送られる。カソードオフガス中の水は、加湿器６２において圧縮エアから分離される。圧縮エアは、例えば、循環ポンプ６４によってカソード電極２４に再供給される。一方、水は、上記したように、エアポンプ６０から送られた新たな圧縮エアに供与される。

【0025】

燃料電池システム１０は、制御装置７２によって制御される。このように構成される燃料電池システム１０は、例えば、自動車の車体に搭載される。

【0026】

図２は、燃料電池スタック１２におけるカソードオフガスの出口と、加湿器６２におけるカソードオフガスの入口との接続部分の概略側面断面図である。上記したように、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と加湿器６２とを接続する第２排気マニホールド７０を備える。加湿器６２は、燃料電池スタック１２から排出されたカソードオフガスの流通方向において、燃料電池スタック１２の下流に接続される機器に相当する。また、第２排気マニホールド７０は配管に相当する。

【0027】

上記したように、燃料電池スタック１２には、第１エア出口４０ａ及び第２エア出口４０ｂ（双方ともガス出口）が形成される。その一方で、加湿器６２には給気口８０が形成される。加湿器６２には、ガス受入部８２が設けられる。ガス受入部８２は、図２の左右方向に沿って延在する第１部分８４ａと、給気口８０を覆う第２部分８４ｂとを有する。図２の要部を拡大した図３に示すように、第１部分８４ａの内部には、該第１部分８４ａの内部を狭小化するように、環状ストッパ部８６が設けられている。第２部分８４ｂは、給気口８０の直上で第１部分８４ａに対して略９０°折曲され、該給気口８０に向かう。このことから理解されるように、ガス受入部８２は略Ｌ字形状をなす。

【0028】

第２排気マニホールド７０は、第１エア出口４０ａ及び第２エア出口４０ｂからガス受入部８２に向かって延在する形状である（図２参照）。具体的に、第２排気マニホールド７０は、第１エア出口４０ａに接続される第１導入部８８ａと、第２エア出口４０ｂに接続される第２導入部８８ｂと、集合部９０とを有する。本実施形態では、第１導入部８８ａは第２導入部８８ｂの重力方向下方に位置し、且つ集合部９０は上下方向に沿って延在する。

【0029】

第１導入部８８ａ及び第２導入部８８ｂは、集合部９０に個別に連なる。集合部９０において、第１導入部８８ａの近傍にはドレイン孔９２が形成される。ドレイン孔９２にドレインチューブ９３を接続してもよい。

【0030】

集合部９０において、第２導入部８８ｂから約１８０°離間した位置には、下流開口９４が形成される。集合部９０は、下流開口９４が形成された接続筒９１を有する。接続筒９１に中継管１００が挿入される。接続筒９１は、中継管１００を囲む。第１導入部８８ａ及び第２導入部８８ｂに流入したカソードオフガスは、集合部９０を流通して下流開口９４に向かう。集合部９０の内壁において、下流開口９４の近傍には、図４の紙面手前に向かって突出する突出壁９５ａ、９５ｂが設けられている。突出壁９５ａと突出壁９５ｂとの間には、案内溝９６が形成される。案内溝９６は、集合部９０の延在方向である上下方向に沿って延在する幅広な溝である。なお、図３には、突出壁９５ａのみが示されている。

【0031】

図３に示すように、ガス受入部８２には、上流開口９８が形成されている。上流開口９８は、カソードオフガスの流通方向において、第２排気マニホールド７０の下流開口９４よりも下流に位置する。ただし、上流開口９８は、カソードオフガスの流通方向において、給気口８０よりも上流である。すなわち、上流開口９８は、第２排気マニホールド７０の下流開口９４と、加湿器６２の給気口８０との間に位置する。

【0032】

第２排気マニホールド７０とガス受入部８２とは、中継管１００を介して接続される。ここで、中継管１００は絶縁体からなる。なお、中継管１００は、弾性体であることが好ましい。この場合、中継管１００は、圧縮応力を受けたときには十分に圧縮され、圧縮応力が取り除かれたときには容易に元の形状に復元する。中継管１００の素材の好適な具体例には、ゴム、エラストマー又は樹脂等が挙げられる。

【0033】

図３に示すように、中継管１００は、上流端部１０２と、中間部１０４と、下流端部１０６とを有する。若干大径なフランジ状の上流端部１０２には、周方向に沿って延在する第１環状溝１０８が形成される。第１環状溝１０８には、弾性を示す第１シール部材１１０が装着される。第１シール部材１１０は、上流端部１０２の外周壁と、第２排気マニホールド７０の集合部９０における下流開口９４近傍の内壁との間をシールする。

【0034】

若干大径なフランジ状の下流端部１０６は、環状ストッパ部８６に当接する。これにより、中継管１００がガス受入部８２に対して相対的に位置決めされる。下流端部１０６には、周方向に沿って延在する第２環状溝１１２が形成される。第２環状溝１１２には、弾性を示す第２シール部材１１４が装着される。第２シール部材１１４は、下流端部１０６の外周壁と、ガス受入部８２における上流開口９８の近傍の内壁との間をシールする。上流端部１０２及び下流端部１０６の外径は、互いに略等しい。

【0035】

中継管１００は、上流端部１０２から突出した中空突出部１１６をさらに有する。中空突出部１１６の突出方向は、カソードオフガスの流通方向における上流方向である。このため、中空突出部１１６は、カソードオフガスの流通方向において、上流端部１０２（及び第１シール部材１１０）よりも上流に位置する。中空突出部１１６の外径は、上流端部１０２の外径よりも小さい。このため、第２排気マニホールド７０における集合部９０の内壁と、中空突出部１１６の外周壁との間に、環状ポケット１１８が形成される。

【0036】

中空突出部１１６の突端１１６ａの外周部は、その全周に亘って接続筒９１の内壁から離間する。環状ポケット１１８は、中空突出部１１６の突端１１６ａから下流端部１０６に向かって凹む環状溝である。環状ポケット１１８は、カソードオフガスの流通方向における上流に向かって開口する。上流端部１０２の一端面（環状の側面）が、環状ポケット１１８の溝底部を構成する。

【0037】

中継管１００の内径は、燃料電池スタック１２を向く最上流の中空突出部１１６で最も小さく、且つ上流端部１０２から中間部１０４に向かうにつれて徐々に大きくなる。中継管１００の内径は、加湿器６２を向く下流端部１０６で最大である。すなわち、中継管１００の内径は、上流で小さく下流で大きい。なお、中空突出部１１６の内径は略一定であり、下流端部１０６の内径も略一定である。

【0038】

本実施形態に係る燃料電池システム１０は、基本的には以上のように構成される。次に、燃料電池システム１０の作用効果について説明する。

【0039】

燃料電池システム１０を組み上げるとき、加湿器６２のガス受入部８２の上流開口９８に中継管１００の下流端部１０６が挿入される（図３参照）。下流端部１０６の端面は、ガス受入部８２の内部に設けられた環状ストッパ部８６に当接する。この当接により、中継管１００がガス受入部８２に対して相対的に位置決めされる。その一方で、燃料電池スタック１２に第２排気マニホールド７０が取り付けられる。次に、第２排気マニホールド７０における集合部９０の下流開口９４に、中継管１００の中空突出部１１６が挿入される。この状態で、燃料電池スタック１２、第２排気マニホールド７０及び加湿器６２が、例えば、自動車の車体に位置決め固定される。

【0040】

ここで、第２排気マニホールド７０等の寸法（内径等）が、公称値よりも公差の範囲内で大きい場合がある。このとき、中継管１００が弾性に基づいて若干圧縮される。このため、燃料電池スタック１２、第２排気マニホールド７０及び加湿器６２のそれぞれの連結部（ボルト穴等）の位置と、車体の連結部（ボルト穴等）の位置とを容易に合わせることができる。従って、燃料電池システム１０を車体に搭載する作業が容易である。

【0041】

燃料電池スタック１２を運転するときには、高圧タンク５０（図１参照）から水素ガスが供給される。水素ガスは、エゼクタ５２を通過して第１供給マニホールド５４に流入する。水素ガスは、第１供給マニホールド５４内で二方向に分配された後、第１水素入口３４ａ及び第２水素入口３４ｂから第１ガス流路３０に流入する。水素ガスは、第１ガス流路３０を流通する最中にアノード電極２２に接触して酸化反応を起こす。余剰の水素ガス（アノードオフガス）は、水分を含んだ状態で、第１ガス流路３０から第１水素出口３６ａ又は第２水素出口３６ｂを経て、第１排気マニホールド５６に排出される。

【0042】

第１排気マニホールド５６内では、第１水素出口３６ａから排出されたアノードオフガスと、第２水素出口３６ｂから排出されたアノードオフガスとが合流する。その後、気液分離器５８において、アノードオフガス中の水と水素ガスとが分離される。水分が除去された水素ガスは、エゼクタ５２に流れる。エゼクタ５２において、高圧タンク５０から供給された新たな水素ガスと、気液分離器５８から排出された水素ガスとが合流する。合流した水素ガスは、上記と同様の経路から、第１ガス流路３０に流入する。以降は、上記の循環が繰り返される。

【0043】

その一方で、エアポンプ６０から圧縮エアが供給される。圧縮エアは、加湿器６２内を流通する。このとき、圧縮エアに水分が供与される。すなわち、圧縮エアの湿度が上昇する。圧縮エアは第２供給マニホールド６８に流入し、該第２供給マニホールド６８内で二方向に分配される。その後、圧縮エアは、第１エア入口３８ａ及び第２エア入口３８ｂから第２ガス流路３２に流入する。圧縮エア中の酸素は、第２ガス流路３２を流通する最中にカソード電極２４に接触して還元反応を起こす。この還元反応において、水が生成される。この水は、生成水ＰＷである。

【0044】

生成水ＰＷは、余剰の圧縮エア（カソードオフガス）と一緒に、第２ガス流路３２から第１エア出口４０ａ又は第２エア出口４０ｂを経て、第２排気マニホールド７０に排出される。具体的に、第１エア出口４０ａから排出されたカソードオフガス及び生成水ＰＷは、図２に示す第１導入部８８ａを経て集合部９０に流入する。第２エア出口４０ｂから排出されたカソードオフガス及び生成水ＰＷは、図２に示す第２導入部８８ｂを経て集合部９０に流入する。集合部９０において、第１エア出口４０ａから排出されたカソードオフガスと、第２エア出口４０ｂから排出されたカソードオフガスとが合流する。

【0045】

合流したカソードオフガスは、給気口８０を介して加湿器６２内に流入する。加湿器６２において、カソードオフガスが図示しない多孔質膜を通過するとき、圧縮エアと生成水ＰＷとが分離される。すなわち、圧縮エアの湿度が低下する。圧縮エアの全部又は一部は、循環ポンプ６４（図１参照）によって加湿器６２に戻される。その途中で、圧縮エアと、エアポンプ６０から送られた新たな圧縮エアとが合流する。合流した圧縮エアは、加湿器６２に流入する。このとき、上記と同様に圧縮エアに生成水ＰＷが水分として供与される。水分が供与された圧縮エアは、上記と同様の経路から、第２ガス流路３２に流入する。以降は、上記の循環が繰り返される。

【0046】

ここで、カソードオフガスは、上記したように生成水ＰＷを含んでいる。従って、第２排気マニホールド７０内には、図２に示すように、生成水ＰＷが流入する。カソードオフガスが給気口８０に向かって流れているので、生成水ＰＷは、カソードオフガスから、給気口８０に向かう方向の圧力を受ける。従って、生成水ＰＷは、集合部９０の下流開口９４に向かって流動する。燃料電池スタック１２が運転される最中、カソード電極２４において、生成水ＰＷが反応生成物として継続的に生成される。従って、生成水ＰＷは、第２排気マニホールド７０の内壁に沿って、例えば、帯状又は筋状に連なる。

【0047】

本実施形態においては、集合部９０の下流開口９４に中継管１００の中空突出部１１６が挿入されている。中空突出部１１６の外径は、集合部９０の内径よりも小さい。このため、第２排気マニホールド７０の内壁を伝った生成水ＰＷは、環状ポケット１１８に一旦貯留される。環状ポケット１１８内の生成水ＰＷにカソードオフガスが接触すると、生成水ＰＷの一部が環状ポケット１１８から押し出され、中空突出部１１６の外壁を伝って中空突出部１１６の開口に到達する。カソードオフガスが中空突出部１１６の開口を介して該中空突出部１１６の内部に流入しているので、生成水ＰＷの一部がカソードオフガスによって中空突出部１１６の内部に吹き飛ばされる。これに伴い、生成水ＰＷの一部が分断されて液滴水ＤＷとなる。

【0048】

又は、環状ポケット１１８外の生成水ＰＷが、カソードオフガスによって中空突出部１１６の内部に吹き飛ばされる。このことによっても、生成水ＰＷの一部が分断されて液滴水ＤＷとなる。以上のように、生成水ＰＷの一部は、液滴水ＤＷとして中空突出部１１６の内部に進入する。

【0049】

上記したように、中継管１００の内径は、カソードオフガスの流通方向（液滴水ＤＷの進行方向）において最上流に位置する中空突出部１１６で最小である。このため、中空突出部１１６の上流開口において、カソードオフガスの流速が大きくなる。すなわち、中空突出部１１６の上流開口において負圧が生じ易くなる。その結果、生成水ＰＷが、中継管１００の内部に比較的急速に吸引される。この吸引によっても、生成水ＰＷの一部が分断されて液滴水ＤＷとなる。

【0050】

以上のように、本実施形態によれば、生成水ＰＷの連なりが中継管１００によって断たれる。また、中継管１００は絶縁体からなる。従って、燃料電池スタック１２と加湿器６２とが、電気的に絶縁された状態となる。このため、生成水ＰＷに含まれる導電性のイオンの濃度が高く、該生成水ＰＷの導電度が大きい場合であっても、電流が中継管１００よりも下流に流れることが回避される。これにより、加湿器６２又は車体等に電流が流れることを防止することができる。

【0051】

液滴水ＤＷの一部は、給気口８０を介して加湿器６２の内部に流入する。加湿器６２の内部の液滴水ＤＷは、上記と同様に、エアポンプ６０から供給された新たな圧縮エアに供与される。液滴水ＤＷの残りは、中継管１００の内部で集合して集合水ＣＷを形成する。集合水ＣＷが一定量以上となると、集合水ＣＷが中空突出部１１６の開口から集合部９０に流出する。なお、給気口８０の最下端は、中空突出部１１６の開口の最下端よりも高位置である。これにより、集合水ＣＷが給気口８０から加湿器６２の内部に流入することが防止される。

【0052】

その一方で、環状ポケット１１８に貯留された生成水ＰＷの一部が、環状ポケット１１８から集合部９０に流出する。集合部９０に流出した生成水ＰＷは、中空突出部１１６の開口から集合部９０に流出した集合水ＣＷに合流する。

【0053】

上記したように、集合部９０の内壁には案内溝９６（図２～図４参照）が形成されている。集合部９０に流出した生成水ＰＷ及び集合水ＣＷは、例えば、案内溝９６における突出壁９５ａ、９５ｂの近傍を伝って集合部９０内を下降する。下降した生成水ＰＷ及び集合水ＣＷは、ドレイン孔９２及びドレインチューブ９３を介して第２排気マニホールド７０の外部に排出される。なお、図４には、環状ポケット１１８に向かって上昇する生成水ＰＷは示していない。

【0054】

図４に仮想線で示すように、接続筒９１及び集合部９０の内壁を切り欠くようにして傾斜溝１２０を形成してもよい。この場合、環状ポケット１１８内の生成水ＰＷが、傾斜溝１２０を伝って案内溝９６に移動し易くなる。

【0055】

以上説明したように、本実施形態は、燃料電池スタック（１２）と、前記燃料電池スタックから排出された排出ガスが送られる機器（６２）と、前記燃料電池スタックと前記機器とを接続する配管（７０）とを備える燃料電池システム（１０）であって、前記燃料電池スタックに、前記排出ガスが排出されるガス出口（４０ａ、４０ｂ）が形成され、且つ前記機器に、前記排出ガスを受けるガス受入部（８２）が形成され、前記配管は、前記ガス出口から前記ガス受入部に向かって延在し、前記配管と前記ガス受入部との間に、絶縁体からなる中継管（１００）が介在し、前記中継管の上流端部（１０２）は、前記配管の下流開口（９４）の内部に挿入され、前記中継管と前記配管との間に、前記中継管の前記上流端部と、前記配管の内壁との間をシールするシール部材（１１０）が設けられ、前記中継管に、前記上流端部よりも前記排出ガスの流通方向における上流に突出し、且つ前記上流端部よりも外径が小さい中空突出部（１１６）が設けられた燃料電池システムを開示する。

【0056】

中継管において、上流端部から中空突出部が突出する。上流端部には、該上流端部の外壁と配管の内壁との間をシールするシール部材が設けられる。且つ中空突出部の外径は、上流端部の外径よりも小さい。従って、中空突出部の外壁は、配管の内壁から離間する。このことに基づいて、中空突出部の外壁と、配管の内壁との間にポケットが形成される。

【0057】

配管内の水は、一般的に、帯状又は筋状に連なった状態で配管の内壁に沿って流動する。従って、配管内を流動した水は、排出ガスによって配管から吹き飛ばされて液滴となった状態で、中空突出部の内部に進入する。又は、水は、前記ポケットに進入した後、中空突出部の外壁の端部から、排出ガスによって吹き飛ばされる。このときも、水は、液滴となって中空突出部の内部に進入する。

【0058】

すなわち、中継管の内部に進入した水（液滴）は、配管内の水から分断されている。このため、配管内の水と、中継管の内部に進入した水とが電気的に絶縁される。また、中継管は絶縁体である。

【0059】

以上のような理由から、燃料電池スタックと所定の機器とが、水を介して電気的に接続されることが防止される。このため、仮に生成水の導電度が高くなった場合であっても、燃料電池スタックから前記機器（加湿器等）に電流が流れることを回避することができる。燃料電池システムが自動車の車体に搭載されたときには、車体に電流が流れることも回避される。

【0060】

本実施形態は、前記中継管の内径は、前記中空突出部で最小であり、前記排出ガスの流通方向における下流に向かうにつれて大きくなる燃料電池システムを開示する。

【0061】

この構成によれば、排出ガスの流速が中空突出部の上流開口近傍で大きくなる。このため、水が中空突出部の内部に比較的急速に吸引される。この吸引によって、生成水の一部が一層容易に分断される。すなわち、配管内の水と、中継管の内部に進入した水とを電気的に絶縁することが一層容易となる。

【0062】

本実施形態は、前記配管に、前記排出ガスと一緒に流通する水分を排出するドレイン孔（９２）が形成されている燃料電池システムを開示する。

【0063】

配管内の余剰の水は、ドレイン孔を介して配管の外部に排出される。すなわち、前記機器の内部に流入しない余剰の水を、ドレイン孔によって配管の外部に排出することができる。

【0064】

本実施形態は、前記配管の内壁に、前記水分を前記ドレイン孔に導く案内溝（９６）が形成されている燃料電池システムを開示する。

【0065】

余剰の水は、案内溝を伝ってドレイン孔に向かう。すなわち、案内溝によって余剰の水がドレイン孔に効率よく導かれる。このため、余剰の水を配管の外部に効率よく排出することができる。

【0066】

本実施形態は、前記中継管が弾性体からなる燃料電池システムを開示する。

【0067】

燃料電池スタック、配管又は機器等の寸法が、公称値よりも公差の範囲内で大きい場合がある。このような場合、中継管が弾性に基づいて若干圧縮される。このため、燃料電池スタック、配管及び機器におけるそれぞれの連結部（ボルト穴等）の位置と、燃料電池システムの搭載対象の連結部（ボルト穴等）の位置とを容易に合わせることができる。従って、燃料電池システムを搭載対象に搭載する作業が容易である。搭載対象は、例えば、自動車の車体である。

【0068】

燃料電池スタックでは、カソード電極における還元反応で水が生成される。すなわち、カソードオフガスは多量の生成水を含む。生成水を含んだカソードオフガスは、加湿器に送られる。このように、燃料電池システムにおいて、カソードオフガスは、燃料電池スタックを上流とし、且つ加湿器を下流として流れる。従って、この場合、燃料電池スタックと加湿器とが、生成水を介して電気的に接続されることが回避される。

【0069】

このことから理解されるように、前記機器の具体例としては加湿器が挙げられる。すなわち、本実施形態は、前記機器が加湿器である燃料電池システムを開示する。

【0070】

なお、本発明は、上述した開示に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得る。

【符号の説明】

【0071】

１０…燃料電池システム １２…燃料電池スタック
１４…単位セル ２２…アノード電極
２４…カソード電極 ２６…電解質膜
３０…第１ガス流路 ３２…第２ガス流路
３４ａ…第１水素入口 ３４ｂ…第２水素入口
３６ａ…第１水素出口 ３６ｂ…第２水素出口
３８ａ…第１エア入口 ３８ｂ…第２エア入口
４０ａ…第１エア出口 ４０ｂ…第２エア出口
５０…高圧タンク ５４…第１供給マニホールド
５６…第１排気マニホールド ６０…エアポンプ
６２…加湿器 ６４…循環ポンプ
６８…第２供給マニホールド ７０…第２排気マニホールド
８０…給気口 ８２…ガス受入部
８８ａ…第１導入部 ８８ｂ…第２導入部
９０…集合部 ９２…ドレイン孔
９４…下流開口 ９６…案内溝
９８…上流開口 １００…中継管
１０２…上流端部 １０６…下流端部
１０８…第１環状溝 １１０…第１シール部材
１１２…第２環状溝 １１４…第２シール部材
１１６…中空突出部 １１８…環状ポケット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】