特許 7063724 燃料電池システム用の排気排水ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-25

(45)【発行日】2022-05-09

(54)【発明の名称】燃料電池システム用の排気排水ユニット

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20220426BHJP

   F16K 49/00 20060101ALI20220426BHJP

   F16K 27/00 20060101ALI20220426BHJP

   B60K 13/04 20060101ALI20220426BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20220426BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 N

F16K49/00 B

F16K27/00 A

B60K13/04 Z

H01M8/10 101

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018100350

(22)【出願日】2018-05-25

(65)【公開番号】P2019204731

(43)【公開日】2019-11-28

【審査請求日】2020-12-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【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】110002572

【氏名又は名称】特許業務法人平木国際特許事務所

(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】柏木 幸一

(72)【発明者】

【氏名】奥野 仁

【審査官】橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０４１５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１３５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２６２８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７０９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１４７４４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２６２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２４３７２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ２７／００－２７／１２

３１／０６－３１／１１

３９／００－５１／０２

Ｈ０１Ｍ ８／００－８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池システム用の排気排水ユニットであって、
燃料電池より排出される燃料オフガスから生成水を分離する気液分離器と、
前記気液分離器の下流に配置される排気排水弁と、
前記気液分離器及び前記排気排水弁と一体化される樹脂製のユニット本体と、
を備え、
前記ユニット本体の内部には、前記気液分離器と前記排気排水弁とを連通するとともに前記排気排水弁側の端部に弁座が設けられる第１流路と、前記排気排水弁を介して前記第１流路と連通する第２流路と、前記第１流路及び前記第２流路のうち少なくとも一方を取り囲む温水流路とがそれぞれ設けられ、
前記温水流路は、前記第１流路及び前記第２流路とそれぞれ連通していないことを特徴とする燃料電池システム用の排気排水ユニット。

【請求項2】

前記第１流路の中心線と前記第２流路の中心線とはオフセットされており、
前記温水流路は、前記第１流路と前記第２流路とをそれぞれ取り囲むように設けられている請求項１に記載の燃料電池システム用の排気排水ユニット。

【請求項3】

前記排気排水弁は、その軸方向が横向きになるように配置されている請求項１又は２に記載の燃料電池システム用の排気排水ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池システム用の排気排水ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池システムとして、複数の燃料電池セルが積層される燃料電池と、燃料電池に水素などの燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、燃料電池から排出された燃料オフガスを燃料ガス供給経路に還流させる循環経路とを備えるものが知られている。このような構造を有する燃料電池システムでは、燃料オフガスの中に燃料電池の電気化学反応によって生成された生成水が含まれており、生成水を除去するために、燃料オフガスと生成水とを分離する気液分離器と、分離した生成水を外部に排出する排気排水弁とを有する排気排水ユニットが用いられている。

【0003】

排気排水ユニットとして、例えば下記特許文献１に記載のように、排気排水弁のバルブボディと気液分離器とが別体とされたものがある。この排気排水ユニットでは、氷点下時に生成水の残留に起因した排気排水ユニットの凍結を防止するために、バルブボディを金属製とし、更にバルブボディに該バルブボディを貫通する冷媒流路を設け、冷媒流路を流れる冷媒の熱でバルブボディを昇温させる対策を取っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００８－２４３７２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

この種の排気排水ユニットは、コスト削減及び小型化を図るために、樹脂材料を用いて排気排水弁と気液分離器とを一体化することが検討されている。しかしながら、上述した排気排水弁のバルブボディと気液分離器とを樹脂材料で一体化した場合、金属材料と比べて樹脂材料の熱伝導率が低くなるので、排気排水ユニットの凍結防止ができなくなる問題が生じる。

【0006】

本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、樹脂材料を用いても凍結防止を実現できる燃料電池システム用の排気排水ユニット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】

本発明に係る燃料電池システム用の排気排水ユニットは、燃料電池より排出される燃料オフガスから生成水を分離する気液分離器と、前記気液分離器の下流に配置される排気排水弁と、前記気液分離器及び前記排気排水弁と一体化される樹脂製のユニット本体と、を備え、前記ユニット本体の内部には、前記気液分離器と前記排気排水弁とを連通するとともに前記排気排水弁側の端部に弁座が設けられる第１流路と、前記排気排水弁を介して前記第１流路と連通する第２流路と、前記第１流路及び前記第２流路のうち少なくとも一方を取り囲む温水流路とがそれぞれ設けられていることを特徴としている。

【0008】

本発明に係る燃料電池システム用の排気排水ユニットでは、ユニット本体の内部に第１流路、第２流路、第１流路及び第２流路のうち少なくとも一方を取り囲む温水流路がそれぞれ設けられているので、温水流路を流れる温水で第１流路又は／及び第２流路を温めることができ、氷点下時に生成水の残留に起因する排気排水ユニットの凍結を防止することができる。しかも、ユニット本体は樹脂材料によって形成されるので、コストの削減を図ることができる。その結果、樹脂材料を用いても排気排水ユニットの凍結防止を実現することができる。

【0009】

本発明に係る燃料電池システム用の排気排水ユニットにおいて、前記第１流路の中心線と前記第２流路の中心線とはオフセットされており、前記温水流路は、前記第１流路と前記第２流路とをそれぞれ取り囲むように設けられていることが好ましい。このようにすれば、温水流路と第１流路との熱交換面積、及び温水流路と第２流路との熱交換面積をそれぞれ増やすことができるので、第１流路及び第２流路を効率良く昇温させることができ、排気排水ユニットの凍結防止効果を高めることができる。

【0010】

本発明に係る燃料電池システム用の排気排水ユニットにおいて、前記排気排水弁は、その軸方向が横向きになるように配置されていることが好ましい。このようにすれば、排気排水ユニット全体の高さを抑えることができるので、排気排水ユニットの小型化を図ることができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、樹脂材料を用いても排気排水ユニットの凍結防止を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】排気排水ユニットを備える燃料電池システムを示す概略構成図である。

【図2】排気排水ユニットを模式的に示す縦断面図である。

【図3】排気排水ユニット内の温水流路、一次側排水流路及び二次側排水流路を模式的に示す縦断面図である。

【図4】排気排水ユニット内の温水流路及び二次側排水流路を模式的に示す横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本発明に係る燃料電池システム用の排気排水ユニット（以下、「燃料電池システム用の排気排水ユニット」を「排気排水ユニット」と略する）の実施形態について説明するが、その前に図１を基に排気排水ユニットが適用される燃料電池システムの構成を説明する。なお、燃料電池システムは、車両、船舶、航空機、電車等の駆動源、或いは建物の発電設備として使用することができるが、ここでは、車両に搭載されて車両の駆動源とした例を説明する。

【0014】

図１は排気排水ユニットを備える燃料電池システムを示す概略構成図である。図１に示すように、燃料電池システム１は、主に、燃料電池１０と、燃料電池１０に空気等の酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給系２０と、燃料電池１０に水素等の燃料ガスを供給する燃料ガス供給系３０と、燃料電池１０に冷媒を供給する冷媒供給系４０とを備えている。

【0015】

燃料電池１０は、複数の燃料電池セルを積層してなるセルスタックであり、固体高分子電解質型燃料電池を構成する。図示しないが、燃料電池セルは、例えばイオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側触媒層（アノード電極）及びカソード側触媒層（カソード電極）とからなる膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を有する。更に、燃料電池セルは、ＭＥＡを挟持する一対のセパレータ（すなわち、アノード側セパレータ及びカソード側セパレータ）を有する。

【0016】

また、ＭＥＡの両側には、燃料ガス若しくは酸化剤ガスを提供するとともに電気化学反応によって生じた電気を集電するためのガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion Layer）が更に形成される場合がある。このとき、ＧＤＬが両側に配置された膜電極接合体は、ＭＥＧＡ（Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly）と称される。ＭＥＧＡは、更に上述のアノード側セパレータ及びカソード側セパレータによって挟持されている。

【0017】

酸化剤ガス供給系２０は、例えば、燃料電池１０のカソード電極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給経路２１と、燃料電池セルで電気化学反応に供された後の酸化オフガス（すなわち、未消費の酸化剤ガス）を燃料電池１０から排出する酸化剤ガス排出経路２２と、酸化剤ガスを燃料電池１０を介さずにバイパスして酸化剤ガス排出経路２２へと流通させるバイパス経路２３とを有する。酸化剤ガス供給経路２１、酸化剤ガス排出経路２２及びバイパス経路２３は、例えばホース、配管、パイプ及び継手部材等によってそれぞれ構成されている。

【0018】

酸化剤ガス供給経路２１には、上流側から、エアクリーナ２４、エアコンプレッサ２５、インタクーラ２６等が設けられている。一方、酸化剤ガス排出経路２２には、マフラ２７等が備えられている。なお、酸化剤ガス供給経路２１のエアクリーナ２４には、例えば、図示しない大気圧センサ、エアフローメータ等が設けられている。

【0019】

エアクリーナ２４は、外部から取り込まれた空気中の塵埃を除去する。エアコンプレッサ２５は、エアクリーナ２４を介して導入された酸化剤ガスを圧縮し、圧縮された酸化剤ガスをインタクーラ２６に供給する。インタクーラ２６は、エアコンプレッサ２５から供給された酸化剤ガスを通過させるときに、例えば冷媒との熱交換によって酸化剤ガスを冷却し、更に燃料電池１０のカソード電極に供給する。

【0020】

また、酸化剤ガス供給経路２１には、インタクーラ２６と燃料電池１０との間の酸化剤ガスの流れを遮断するための入口弁２１Ｖが設けられている。入口弁２１Ｖは、例えば、インタクーラ２６から燃料電池１０へ向かう酸化剤ガスの流れによって開弁して酸化剤ガスを流すとともに、燃料電池１０からインタクーラ２６へ向かう酸化剤ガスの流れによって閉弁して酸化剤ガスの流れを遮断する逆止弁である。

【0021】

バイパス経路２３は、一端が酸化剤ガス供給経路２１のインタクーラ２６の下流側に接続され、他端が酸化剤ガス排出経路２２に接続されている。言い換えれば、バイパス経路２３は、酸化剤ガス供給経路２１のインタクーラ２６の下流側から、酸化剤ガス排出経路２２に向けて分岐接続されている。バイパス経路２３には、エアコンプレッサ２５によって供給され、インタクーラ２６によって冷却されて排出された酸化剤ガスが、燃料電池１０をバイパスして酸化剤ガス排出経路２２へ向けて流れる。このバイパス経路２３には、該バイパス経路２３を流れる酸化剤ガスの流量を調整するためのバイパス弁２３Ｖが設けられている。

【0022】

酸化剤ガス排出経路２２において、マフラ２７は、酸化剤ガス排出経路２２に流れる酸化オフガスを、例えば気相と液相とに分離して外部に排出する。また、酸化剤ガス排出経路２２には、燃料電池１０に供給される酸化剤ガスの背圧を調整するための調圧弁２２Ｖが設けられる。調圧弁２２Ｖの下流側には、上述のバイパス経路２３が接続されている。

【0023】

一方、燃料ガス供給系３０は、例えば、水素等の高圧の燃料ガスを貯留する燃料ガスタンク３１と、燃料ガスタンク３１からの燃料ガスを燃料電池１０のアノード電極へ供給する燃料ガス供給経路３２と、燃料電池１０から排出された燃料オフガス（すなわち、未消費の燃料ガス）を燃料ガス供給経路３２に還流させる循環経路３３と、後述する気液分離器５１を介して循環経路３３に分岐接続される排出経路３４とを有する。燃料ガス供給経路３２、循環経路３３及び排出経路３４は、例えばホース、配管、パイプ及び継手部材等によってそれぞれ構成されている。

【0024】

燃料ガス供給経路３２には、燃料ガス供給経路３２を開閉する遮断弁３２Ｖと、燃料ガス供給経路３２を流れる燃料ガスの圧力を調整するためのレギュレータ３５と、調圧された燃料ガスを燃料電池１０へ向けて供給するためのインジェクタ３６とが設けられている。遮断弁３２Ｖを開くと、燃料ガスタンク３１に貯留された高圧の燃料ガスが燃料ガス供給経路３２に流出し、レギュレータ３５やインジェクタ３６により減圧されて、燃料電池１０のアノード電極に供給される。

【0025】

循環経路３３には、上流側（すなわち、燃料電池１０側）から、気液分離器５１及び排気排水弁５２等を備える排気排水ユニット５０と、水素循環ポンプ３７とが順に配置されている。気液分離器５１は、循環経路３３と接続されており、循環経路３３を流れる燃料オフガスに含まれる生成水を気液分離し、分離した生成水を貯留するとともに、分離した燃料オフガスを水素循環ポンプ３７側に送る。水素循環ポンプ３７は、気液分離器５１で気液分離した燃料オフガスを加圧して燃料ガス供給経路３２に循環させる。

【0026】

排出経路３４は、排気排水ユニット５０の下流側に配置されている。排出経路３４の一端は排気排水ユニット５０の二次側排水流路５３２（後述する）と接続され、他端は酸化剤ガス排出経路２２と接続されている。

【0027】

一方、冷媒供給系４０は、例えば、ラジエータ４２と燃料電池１０との間で冷媒を循環させる冷媒循環経路４１と、該冷媒循環経路４１に設けられたウォーターポンプ４３とを有する。ウォーターポンプ４３は、冷媒循環経路４１の冷媒循環往路４１ａに配置されており、冷媒を加圧して燃料電池１０に供給する。冷媒としては、例えばエチレングリコールを含む水が用いられる。そして、冷媒循環経路４１を流れる冷媒は、燃料電池１０を通過する際に、電気化学反応により生じた熱を吸収し温められ、更にラジエータ４２を通過するときに放熱することで、冷却される。

【0028】

また、冷媒循環経路４１の冷媒循環復路４１ｂには、空調ヒータ４４が接続されている。

【0029】

以上のように構成された燃料電池システム１において、燃料電池１０は、酸化剤ガス供給系２０からカソード電極に供給された酸化剤ガスと、燃料ガス供給系３０からアノード電極に供給された燃料ガスとの電気化学反応によって発電を行う。そして、電気化学反応に伴ってカソード電極で水が生成される（すなわち、生成水）。生成された生成水の多くはカソード電極側から排出されるが、一部の生成水は電解質膜を透過してアノード電極側に移動し、燃料オフガスに混入する。燃料オフガスに混入される生成水（言い換えれば、燃料オフガスに含まれる生成水）は、上述の気液分離器５１で分離される。

【0030】

また、燃料電池１０では、カソード電極とアノード電極の圧力差によって、カソード電極側の酸化剤ガスの一部は、電解質膜を透過してアノード電極側に移動する。このため、酸化剤ガスに含まれる窒素ガスが燃料オフガスに混入し、燃料オフガスとともに循環経路３３を介して燃料ガス供給経路３２に還流され、燃料電池１０に供給される。そして、燃料電池１０を流れる窒素の濃度が上昇すると、燃料電池１０の発電性能を低下させてしまうため、窒素を燃料オフガスとともに定期的に外部に排出する必要がある。従って、燃料電池システム１では、排気排水弁５２を介して定期的に燃料オフガス及び窒素を外部に排出する。このため、排気排水弁５２は、生成水を排出する排水弁として機能すると同時に、燃料オフガス及び窒素を排出する排気弁としても機能する。

【0031】

以下、図２～図４を参照して上述した排気排水ユニット５０の構成を詳細に説明する。図２は排気排水ユニットを模式的に示す縦断面図であり、図３は排気排水ユニット内の温水流路、一次側排水流路及び二次側排水流路を模式的に示す縦断面図であり、図４は排気排水ユニット内の温水流路及び二次側排水流路を模式的に示す横断面図である。排気排水ユニット５０は、上述の気液分離器５１と、気液分離器５１の下流に配置される上述の排気排水弁５２と、気液分離器５１及び排気排水弁５２と一体化される樹脂製のユニット本体５３とを備えている。

【0032】

排気排水弁５２は、電磁駆動式の開閉弁であって、弁室５２３と、弁室５２３内に配置されるゴム製の弁体５２１と、弁体５２１が固定される弁軸５２２と、弁軸５２２を所定のストロークで往復移動させるためのアクチュエータ５２４とを有する。図２に示すように、排気排水弁５２は、その軸Ｌ３方向が横向きになるように配置されている。そして、弁体５２１は、アクチュエータ５２４の駆動で軸Ｌ３方向に沿って往復移動され、後述する弁座５４，５５と接離可能となっている。なお、ここでの横向きとは、車両の左右方向又は車両の前後方向を意味する。

【0033】

ユニット本体５３は、気液分離器５１と排気排水弁５２とを連結するように、気液分離器５１及び排気排水弁５２と一体的に取り付けられている。このユニット本体５３は、樹脂成型によって一つの部品として形成されても良く、或いは個別に作製した複数の部品を組み立てることにより形成されても良い。

【0034】

ユニット本体５３は、例えば硬い樹脂材料によって内部に複数の空所を有するように形成されている。樹脂材料としては、例えばポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリスチレン、ポリエチレン等が挙げられる。図２に示すように、ユニット本体５３の内部には、気液分離器５１の下流に配置されて空所からなる一次側排水流路（第１流路）５３１と、排気排水弁５２の下流に配置されて空所からなる二次側排水流路（第２流路）５３２と、一次側排水流路５３１と二次側排水流路５３２とを取り囲むように配置されて空所からなる温水流路５３３とがそれぞれ設けられている。

【0035】

一次側排水流路５３１は、例えば円筒状を呈しており、横向きになるように気液分離器５１と排気排水弁５２との間に延設し、気液分離器５１と排気排水弁５２とを連通している。一次側排水流路５３１の気液分離器５１側の端部は、気液分離器５１の底部と接続され、一次側排水流路５３１の排気排水弁５２側の端部は、排気排水弁５２の弁室５２３と接続されている。また、一次側排水流路５３１の排気排水弁５２側の端部には、排気排水弁５２の弁体５２１が着座できる弁座５４が設けられている。

【0036】

二次側排水流路５３２は、例えば段付きの筒状を呈しており（図３参照）、排気排水弁５２を介して一次側排水流路５３１と連通している。より具体的には、二次側排水流路５３２は、該二次側排水流路５３２の一端部である方向転換流路５３２ａを介して排気排水弁５２の弁室５２３と連通している。方向転換流路５３２ａは一次側排水流路５３１の延設方向と平行に配置されており、該方向転換流路５３２ａの端部には、弁体５２１が着座できる弁座５５が設けられている。そして、二次側排水流路５３２における方向転換流路５３２ａとは反対側の他端部は、上述の排出経路３４と連通している。

【0037】

本実施形態では、一次側排水流路５３１の端部に設けられた弁座５４と、方向転換流路５３２ａの端部に設けられた弁座５５とは、排気排水弁５２の弁体５２１が同時に着座できるように、弁体５２１に対して同じ距離で配置されている。すなわち、弁体５２１は、一次側排水流路５３１の端部に設けられた弁座５４に当接して着座すると、同時に方向転換流路５３２ａの端部に設けられた弁座５５にも着座することになる。これによって、一次側排水流路５３１及び二次側排水流路５３２は、同時に閉鎖される。一方、弁体５２１は弁座５４と弁座５５から離間すると、一次側排水流路５３１及び二次側排水流路５３２は同時に開放される。

【0038】

そして、一次側排水流路５３１及び二次側排水流路５３２は同時に開放されると（すなわち、排気排水弁５２の開弁時）、気液分離器５１内の生成水は、図２の矢印に示すように、一次側排水流路５３１、弁室５２３、方向転換流路５３２ａを順に流れて、二次側排水流路５３２に流入する。

【0039】

一方、温水流路５３３は、一次側排水流路５３１と二次側排水流路５３２とをそれぞれ取り囲むように配置されている。この温水流路５３３は、例えば一次側排水流路５３１と二次側排水流路５３２との間の部分を刳り貫くように形成されており、一次側排水流路５３１及び二次側排水流路５３２のそれぞれとの接触面積（言い換えれば、熱交換面積）をより大きく確保するために、不規則な形状となっている。

【0040】

ユニット本体５３は、ユニット本体５３から外方に突出する温水流入管５６と温水流出管５７とを更に備えている。温水流入管５６及び温水流出管５７は、それぞれ温水流路５３３と接続されている。このため、図２及び図４の白抜き矢印に示すように、温水は温水流入管５６を介して温水流路５３３の内部に流れ込み、一次側排水流路５３１及び二次側排水流路５３２の周囲を流れながらこれらの排水流路を温め、温水流出管５７を介して外部に流出する。

【0041】

温水流路５３３を流れる温水は、排気排水ユニット５０と上述の空調ヒータ４４との間に設けられた温水循環経路４５を介して供給されている（図１参照）。温水流入管５６は温水循環経路４５の温水循環往路４５ａと接続され、温水流出管５７は温水循環経路４５の温水循環復路４５ｂと接続されている。

【0042】

ここで、温水循環復路４５ｂは、更に水素循環ポンプ３７を経由して空調ヒータ４４に戻るように形成されることが好ましい（図１参照）。このようにすれば、水素循環ポンプ３７も温めることができるので、水素循環ポンプ３７の結露を防止する効果を奏する。

【0043】

また、本実施形態では、氷点下時に生成水の残留に起因した二次側排水流路５３２等の凍結を防止するために、二次側排水流路５３２は水平方向に対して傾斜するように配置されている。具体的には、図３に示すように、二次側排水流路５３２は、水平方向に対して後下がりになるように配置されている。そして、水平方向に対する傾斜角度αは、以下の理由で約１０度と設定されることが好ましい。

【0044】

すなわち、寒冷地で車両が前下がりの状態で駐車することを想定し、路面に対する駐車傾斜角度は、車両の前後方向において約９度、車両の左右方向において約８度と設計されることがある。傾斜角度αを約１０度と設定すれば、仮に車両を最大駐車傾斜角度（すなわち９度）で前下がりの状態で駐車した場合であっても、二次側排水流路５３２は水平方向に対して傾斜する（ここでは傾斜角度が１度）状態を確保できるので、生成水が二次側排水流路５３２に溜まらずに外部に流出できる。

【0045】

また、本実施形態では、一次側排水流路５３１の中心線Ｌ１と二次側排水流路５３２の中心線Ｌ２とはオフセットされている。具体的には、図３に示すように、高さ方向（すなわち、車両の高さ方向）において、一次側排水流路５３１の中心線Ｌ１の位置は、二次側排水流路５３２の中心線Ｌ２の位置よりも所定距離ｈ（オフセット量ｈともいう）高い。

【0046】

以上の構成を有する排気排水ユニット５０では、ユニット本体５３の内部に一次側排水流路５３１、二次側排水流路５３２、一次側排水流路５３１及び二次側排水流路５３２を取り囲む温水流路５３３がそれぞれ設けられているので、温水流路５３３を流れる温水で一次側排水流路５３１及び二次側排水流路５３２を効率良く温めることができ、一次側排水流路５３１及び二次側排水流路５３２の凍結を抑制し、氷点下時に生成水の残留に起因する排気排水ユニット５０の凍結を防止することができる。しかも、ユニット本体５３は樹脂材料によって形成されるので、金属製の場合と比べてコストの削減を図ることができる。その結果、樹脂材料を用いても排気排水ユニット５０の凍結防止を実現することができる。

【0047】

また、一次側排水流路５３１の中心線Ｌ１と二次側排水流路５３２の中心線Ｌ２とは高さ方向においてオフセットされているので、温水流路５３３と一次側排水流路５３１との熱交換面積、及び温水流路５３３と二次側排水流路５３２との熱交換面積をそれぞれ増やすことができ、排気排水ユニット５０の凍結防止効果を高めることができる。特に、これによって、温水流路５３３と一次側排水流路５３１との距離、とりわけ温水流路５３３と一次側排水流路５３１の端部に設けられた弁座５４との距離を短縮することが可能になる（例えば、一次側排水流路５３１の直上位置まで温水流路５３３を設けることが可能になる）ので、弁座５４を含めた一次側排水流路５３１を好適に昇温させることができる。そして、弁座５４を昇温させることにより、該弁座５４に着座する弁体５２１を間接的に温めることができるので、弁体５２１の凍結を防止でき、着座時におけるシール不良の発生を抑制することができる。

【0048】

また、排気排水弁５２は、その軸Ｌ３方向が横向きになるように配置されているので、排気排水ユニット５０全体の高さを抑えることができ、排気排水ユニット５０の小型化を図ることができる。更に、ユニット本体５３は気液分離器５１及び排気排水弁５２と一体化されるので、従来のようなバルブボディを設ける必要がなくなり、排気排水ユニット５０の小型化を一層図り易くなる。更に、バルブボディを設ける必要がなくなることに伴い、バルブボディと気液分離器とのシール性を保つシール部材等を省くことができるので、コスト削減を実現することができる。

【0049】

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述の実施形態では、温水流路５３３は一次側排水流路５３１及び二次側排水流路５３２の双方を取り囲んで昇温させる例を説明したが、これに限らずに、温水流路５３３は一次側排水流路５３１及び二次側排水流路５３２うち少なくとも一方を取り囲むように形成されても良い。

【0050】

また、上述の実施形態では、一次側排水流路５３１の中心線Ｌ１と二次側排水流路５３２の中心線Ｌ２とがオフセットされた例を挙げて説明したが、オフセットせずに、一次側排水流路５３１の中心線Ｌ１と二次側排水流路５３２の中心線Ｌ２とにより規定される平面に一次側排水流路５３１及び二次側排水流路５３２を配置しても良い。このようにすれば、規定される平面に平行に温水を流入させることが可能になり、排気排水ユニット５０の高さを更に抑える効果を期待できる。

【符号の説明】

【0051】

１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
２０ 酸化剤ガス供給系
３０ 燃料ガス供給系
４０ 冷媒供給系
５０ 排気排水ユニット
５１ 気液分離器
５２ 排気排水弁
５３ ユニット本体
５４，５５ 弁座
５６ 温水流入管
５７ 温水流出管
５２１ 弁体
５２２ 弁軸
５２３ 弁室
５２４ アクチュエータ
５３１ 一次側排水流路（第１流路）
５３２ 二次側排水流路（第２流路）
５３２ａ 方向転換流路
５３３ 温水流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】