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JP2007103203A - Fuel cell system - Google Patents

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Publication number
JP2007103203A
JP2007103203A JP2005292826A JP2005292826A JP2007103203A JP 2007103203 A JP2007103203 A JP 2007103203A JP 2005292826 A JP2005292826 A JP 2005292826A JP 2005292826 A JP2005292826 A JP 2005292826A JP 2007103203 A JP2007103203 A JP 2007103203A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
fuel cell
flow
circulation path
cell system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005292826A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Tanabe
彰 田辺
Masanori Morita
正紀 森田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2005292826A priority Critical patent/JP2007103203A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

【課題】燃料電池の起動時、パージ時、低負荷発電時等に、供給ガスが逆流することを抑制可能であると共に、オフガス循環路に設けられ、供給ガスが逆流することを抑制する流体流通制限部材が、低温時に凍結することを抑制することが可能な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池2と、燃料電池2に供給される供給ガスを流通させるガス供給路22と、燃料電池2から排出されたオフガスを流通させて再び燃料電池2に供給するオフガス循環路23と、ガス供給路22とオフガス循環路23との合流点に配設され、供給ガスとオフガスとを混合するエジェクタ24を備え、オフガス循環路23に設けられ、オフガス循環路23を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能である流通路44を有すると共に、前記順方向の流れに対する抵抗が、前記逆方向の流れに対する抵抗よりも小さい流体流通制限部材40を備えてなる燃料電池システム1である。
【選択図】図1
Fluid flow that can suppress backflow of supply gas at the time of start-up, purging, low load power generation, etc. of a fuel cell and is provided in an off-gas circulation path to suppress backflow of supply gas Provided is a fuel cell system in which a limiting member can be prevented from freezing at a low temperature.
SOLUTION: A fuel cell 2, a gas supply passage 22 through which a supply gas supplied to the fuel cell 2 is circulated, and an off gas circulation passage 23 through which off gas discharged from the fuel cell 2 is circulated and supplied to the fuel cell 2 again. And an ejector 24 that mixes the supply gas and the off-gas, and is provided in the off-gas circulation path 23, and the gas that flows through the off-gas circulation path 23 is supplied to the gas supply path 22 and the off-gas circulation path 23. The fuel cell system 1 includes a fluid passage restriction member 40 that has a flow passage 44 that can flow in the forward direction and the reverse direction, and that has a resistance to the forward flow that is smaller than a resistance to the reverse flow. is there.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、燃料電池システムにかかり、燃料電池への供給ガスと、オフガス循環路から供給されるオフガスとを混合するエジェクタを備え、前記オフガス循環路に、ガスが逆流することを抑制する流体流通制限部材を備えてなる燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and includes an ejector that mixes a supply gas to a fuel cell and an off gas supplied from an off gas circulation path, and prevents fluid from flowing back into the off gas circulation path. The present invention relates to a fuel cell system including a limiting member.

従来から、電解質膜の両側にアノードとカソードとを備え、アノードに燃料ガス(例えば、水素を含むガス)を供給し、カソードに酸化ガス(例えば、酸素を含むガス、通常は空気)を供給して、これらのガスによる電気化学反応により電力を発生させる燃料電池が使用されている。このような燃料電池を備えた燃料電池システムでは、燃料電池に供給された燃料ガスの全てが電気化学反応に使用されるわけではなく、当該燃料電池から排出された燃料オフガスには、未反応の燃料ガスが含まれている。このため、燃費向上の目的で燃料オフガスを回収し、燃料オフガス循環路を介して燃料ガス供給路に合流させ、新鮮な燃料ガスと混合して再度燃料電池に供給している。   Conventionally, an anode and a cathode are provided on both sides of an electrolyte membrane, a fuel gas (for example, a gas containing hydrogen) is supplied to the anode, and an oxidizing gas (for example, a gas containing oxygen, usually air) is supplied to the cathode. Fuel cells that generate electric power through electrochemical reactions using these gases have been used. In the fuel cell system including such a fuel cell, not all of the fuel gas supplied to the fuel cell is used for the electrochemical reaction, and the fuel off-gas discharged from the fuel cell is unreacted. Contains fuel gas. Therefore, for the purpose of improving fuel efficiency, the fuel off-gas is collected, merged with the fuel gas supply path via the fuel off-gas circulation path, mixed with fresh fuel gas, and supplied to the fuel cell again.

このような燃料電池システムでは、エジェクタによって燃料オフガスを循環させるものがあるが、燃料電池の起動時や低負荷発電時、あるいは燃料オフガス排出時等に、燃料オフガスが逆流することを抑制する目的で、燃料オフガス循環路に逆流防止弁(逆止弁)を配設している。(例えば、特許文献1参照)。   Some of such fuel cell systems circulate the fuel off-gas with an ejector. However, for the purpose of suppressing the back-flow of the fuel off-gas at the time of starting the fuel cell, during low-load power generation, or when discharging the fuel off-gas. In addition, a check valve (check valve) is provided in the fuel off-gas circulation path. (For example, refer to Patent Document 1).

また、燃料オフガス循環路から分岐したバイパス路に逆流防止手段(逆止弁)を配設し、この逆流防止手段の開閉を制御する燃料電池システムも紹介されている。(例えば、特許文献2参照)。
特開2003−203661号公報 特開2004−152529号公報 特開2005−16412号公報 特開2002−313289号公報 特開2004−162878号公報
In addition, a fuel cell system is also introduced in which a backflow prevention means (check valve) is provided in a bypass path branched from the fuel offgas circulation path and the opening and closing of the backflow prevention means is controlled. (For example, refer to Patent Document 2).
JP 2003-203661 A JP 2004-152529 A JP 2005-16412 A JP 2002-313289 A JP 2004-162878 A

しかしながら、特許文献1に記載された逆流防止弁(逆止弁)は、弁体と弁座との接触面積(シール面積)が大きいため、低温時に両者の接触部分が凍結する虞があり、改善の余地がある。また、特許文献2に記載されているように、逆流防止手段(逆止弁)の開閉を制御する場合、構成が複雑になる。   However, the backflow prevention valve (check valve) described in Patent Document 1 has a large contact area (seal area) between the valve body and the valve seat. There is room for. Further, as described in Patent Document 2, when the opening / closing of the backflow prevention means (check valve) is controlled, the configuration becomes complicated.

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、燃料電池の起動時、パージ時、低負荷発電時等に、供給ガスが逆流することを抑制可能であると共に、オフガス循環路に設けられ、供給ガスが逆流することを抑制する流体流通制限部材が、低温時に凍結することを抑制することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to prevent the supply gas from flowing backward at the start of the fuel cell, at the time of purging, at the time of low load power generation, and the like and provided in the off-gas circulation path. Another object of the present invention is to provide a fuel cell system in which the fluid flow restriction member that suppresses the backflow of the supply gas can suppress freezing at low temperatures.

この目的を達成するため本発明は、燃料電池と、当該燃料電池に供給される供給ガスを流通させるガス供給路と、当該燃料電池から排出されたオフガスを流通させて再び前記燃料電池に供給するオフガス循環路と、前記ガス供給路とオフガス循環路との合流点に配設され、前記供給ガスと前記オフガスとを混合するエジェクタと、を備えてなる燃料電池システムであって、前記オフガス循環路に設けられ、当該オフガス循環路を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能である流通路を有すると共に、前記順方向の流れに対する抵抗が、前記逆方向の流れに対する抵抗よりも小さい流体流通制限部材を備えてなる燃料電池システムを提供するものである。   In order to achieve this object, the present invention provides a fuel cell, a gas supply path for distributing a supply gas supplied to the fuel cell, and an off-gas discharged from the fuel cell for supply to the fuel cell again. A fuel cell system comprising: an off-gas circulation path; and an ejector that is disposed at a junction of the gas supply path and the off-gas circulation path and that mixes the supply gas and the off-gas, wherein the off-gas circulation path A fluid passage that is capable of flowing gas flowing through the off-gas circulation path in the forward direction and the reverse direction, and has a resistance to the forward flow that is smaller than a resistance to the reverse flow. A fuel cell system provided with a limiting member is provided.

この構成を備えた燃料電池システムは、オフガス循環路に、当該オフガス循環路を流通するガスの順方向の流れに対する抵抗が、当該ガスの逆方向の流れに対する抵抗よりも小さい流体流通制限部材が配設されているため、供給ガスやオフガスが、当該オフガス循環路を逆流することを抑制することができる。また、前記流体流通制限部材は、前記流通路を介してガスを流通させるため、ガスの流れを完全に封止することがないため、順方向の流れに対する圧損を小さくすることができると共に、流体流通制限部材が凍結することを抑制することができる。   In the fuel cell system having this configuration, a fluid flow restricting member having a resistance to a forward flow of gas flowing through the off-gas circulation path is smaller than a resistance to a reverse flow of the gas. Therefore, the supply gas and off gas can be prevented from flowing back through the off gas circulation path. Further, since the fluid flow restriction member circulates the gas through the flow passage, the gas flow is not completely sealed, so that the pressure loss with respect to the forward flow can be reduced. Freezing of the flow restriction member can be suppressed.

前記流体流通制限部材は、弁体と、弁座とを備え、前記弁体に前記流通路を形成した構成を備えることができる。このように構成することで、弁体と、弁座との接触面積を、前記流通路の存在によって小さくすることができる。したがって、流体流通制限部材が凍結することをさらに抑制することができる。   The fluid flow restriction member may include a valve body and a valve seat, and may have a configuration in which the flow passage is formed in the valve body. By comprising in this way, the contact area of a valve body and a valve seat can be made small by presence of the said flow path. Therefore, it is possible to further prevent the fluid flow restriction member from freezing.

前記弁体は、前記オフガス循環路を画定する内壁よりも撥水性の高い材料で形成することができる。このように構成することで、弁体への水滴の付着を抑制することができ、さらに凍結することを抑制することができる。   The valve body can be formed of a material having higher water repellency than an inner wall that defines the off-gas circulation path. By comprising in this way, adhesion of the water droplet to a valve body can be suppressed, and also freezing can be suppressed.

また、前記弁体は、前記流体流通制限部材が、通常時に開状態(常開)となるよう配設することができる。このように、前記流体流通制限部材を通常時に開状態にしておくことで、前記利点に加え、圧損をさらに小さくすることができる。   Further, the valve body can be arranged such that the fluid flow restriction member is in an open state (normally open) at a normal time. Thus, by keeping the fluid flow restriction member in an open state at normal times, in addition to the advantages, the pressure loss can be further reduced.

そしてまた、前記弁体には、前記流通路の一部を画定し且つ前記弁座に当接する複数の当接部を形成することができる。このように構成することで、当接部と弁座との接触面積が、弁体と弁座との接触面積となるため、当該接触面積を小さくすることができる。したがって、さらに流体流通制限部材が凍結することを抑制することができる。   The valve body may be formed with a plurality of abutting portions that define a part of the flow passage and abut against the valve seat. By comprising in this way, since the contact area of a contact part and a valve seat becomes a contact area of a valve body and a valve seat, the said contact area can be made small. Therefore, it is possible to further prevent the fluid flow restriction member from freezing.

また、本発明にかかる流体流通制限部材は、前記オフガス循環路を流通するガスの方向に応じて変形可能に構成することができる。このように構成することで、流体流通制限部材は、例えば、従来の逆止弁のような駆動部分を有さないため、凍結することを抑制することができる。   Further, the fluid flow restriction member according to the present invention can be configured to be deformable according to the direction of the gas flowing through the off-gas circulation path. By comprising in this way, since the fluid distribution control member does not have a drive part like the conventional check valve, for example, it can suppress freezing.

前記流体流通制限部材は、前記順方向の流れの上流側の外形が、下流側の外形よりも大きい構成を備えることができる。すなわち、流体流通制限部材のガスの流れ方向に沿った断面の外形が、前記順方向の流れの上流側の辺が長く、下流側の辺が短い略台形状となる構成を備えることができる。このように構成することで、ガスの順方向の流れに対する抵抗を、逆方向の流れに対する抵抗よりも、さらに効率よく小さくすることができる。   The fluid flow restriction member may include a configuration in which an upstream outer shape of the forward flow is larger than a downstream outer shape. That is, the outer shape of the cross section along the gas flow direction of the fluid flow restriction member can have a configuration in which the upstream side of the forward flow is long and the downstream side is short trapezoidal. By comprising in this way, the resistance with respect to the forward flow of gas can be made still smaller efficiently than the resistance with respect to the reverse flow.

また、流体流通制限部材が、前記オフガス循環路を流通するガスの方向に応じて変形可能である場合の一実施態様としては、前記流体流通制限部材を、前記順方向の流れに応じて、前記流通路の開口面積を拡張し、前記逆方向の流れに応じて、前記流通路の開口面積を縮小するよう構成することができる。   Further, as an embodiment in which the fluid flow restriction member can be deformed according to the direction of the gas flowing through the off-gas circulation path, the fluid flow restriction member is formed according to the forward flow. The opening area of the flow passage can be expanded and the opening area of the flow passage can be reduced according to the flow in the reverse direction.

そしてまた、前記流通路の開口面積を、前記オフガス循環路を流通するガスの方向に応じて、拡張または縮小させる構成の場合の一実施態様としては、前記流通路を開閉部材によって画定した構成とし、この開閉部材を、前記順方向の流れに応じて、開方向に回動して前記流通路の開口面積を拡張し、前記逆方向の流れに応じて、閉方向に回動して前記流通路の開口面積を縮小するよう構成することができる。   In addition, as an embodiment of the configuration in which the opening area of the flow passage is expanded or reduced in accordance with the direction of the gas flowing through the off-gas circulation path, the flow passage is defined by an opening / closing member. The opening / closing member is rotated in the opening direction in accordance with the forward flow to expand the opening area of the flow passage, and is rotated in the closing direction in response to the reverse flow. The opening area of the road can be reduced.

さらにまた、前記開閉部材は、一端を支点とし、他端を自由端として回動すると共に、前記オフガス循環路を流通するガスの方向に対し、前記閉方向に向けて傾斜させた構成とすることもできる。このように構成することで、ガスが逆方向に流れた際に、当該ガスで前記開閉部材を押圧し易くなり、当該開閉部材を閉方向にさらに回動させ易くすることができる。   Furthermore, the opening / closing member is configured to rotate with one end as a fulcrum and the other end as a free end, and is inclined toward the closing direction with respect to the direction of gas flowing through the off-gas circulation path. You can also. With this configuration, when the gas flows in the reverse direction, it is easy to press the opening / closing member with the gas, and the opening / closing member can be further easily rotated in the closing direction.

そしてまた、本発明にかかる燃料電池システムは、前記流通路を複数備えることもできる。   The fuel cell system according to the present invention can also include a plurality of the flow passages.

本発明にかかる燃料電池システムは、オフガス循環路に、オフガス循環路を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能である流通路を有すると共に、前記ガスの順方向の流れに対する抵抗が、当該ガスの逆方向の流れに対する抵抗よりも小さい流体流通制限部材を配設した構成を備えているため、供給ガスやオフガスがオフガス循環路を逆流することを抑制することができる。また、前記順方向の流れに対する圧損を小さくすることができ、流体流通制限部材が凍結することをさらに抑制することができる。この結果、信頼性が高く、発電を効率よく行うことが可能な燃料電池システムを提供することができる。   In the fuel cell system according to the present invention, the off-gas circulation path has a flow path through which the gas flowing through the off-gas circulation path can flow in the forward direction and the reverse direction, and the resistance to the forward flow of the gas is Since a configuration in which a fluid flow restriction member having a resistance smaller than the resistance to the reverse flow of the gas is provided, it is possible to suppress the supply gas and the off gas from flowing back through the off gas circulation path. Moreover, the pressure loss with respect to the forward flow can be reduced, and the fluid flow restriction member can be further prevented from freezing. As a result, it is possible to provide a fuel cell system that is highly reliable and can efficiently generate power.

次に、本発明の好適な実施の形態にかかる燃料電池システムについて図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施例にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。なお、本実施の形態では、燃料電池システムのオフガス循環路を通過するガスが順方向に流れる際の上流側を「上流」、下流側を「下流」として説明する。
(実施の形態1)
Next, a fuel cell system according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, embodiment described below is the illustration for demonstrating this invention, and this invention is not limited only to these Examples. Therefore, the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist thereof. In the present embodiment, the upstream side when the gas passing through the off-gas circulation path of the fuel cell system flows in the forward direction is described as “upstream”, and the downstream side is described as “downstream”.
(Embodiment 1)

図1は、本発明の実施の形態1にかかる燃料電池システムの主要部を示す図、図2は、図1に示す燃料電池システムのオフガス循環路内に配設された流体流通制限部材を示す斜視図であり、オフガスが順方向に流れている状態を示す図、図3は、図1に示す燃料電池システムのオフガス循環路内に配設された流体流通制限部材を透視して示す斜視図であり、オフガスが逆方向に流れている状態を示す図である。なお、図2及び図3では、オフガス循環路を断面で示してある。   1 is a diagram showing a main part of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 shows a fluid flow restricting member disposed in an off-gas circulation path of the fuel cell system shown in FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a state in which off-gas flows in the forward direction, and FIG. 3 is a perspective view showing a fluid flow restricting member disposed in the off-gas circulation path of the fuel cell system shown in FIG. It is a figure which shows the state in which off-gas is flowing in the reverse direction. 2 and 3, the off-gas circulation path is shown in cross section.

図1〜図3に示すように、実施の形態1にかかる燃料電池システム1は、酸化ガス(酸素を含むガス、通常は空気)及び燃料ガス(水素を含むガス)の供給を受けて電力を発生する燃料電池2を備えている。燃料電池2は、例えば固体分子電解質型からなり、多数のセルを積層したスタック構造として構成されている。燃料電池システム1は、燃料電池2に反応ガスとしての酸化ガスを供給する酸化ガス配管系3と、燃料電池2に反応ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系4と、を具備している。   As shown in FIGS. 1 to 3, the fuel cell system 1 according to the first embodiment is supplied with an oxidant gas (a gas containing oxygen, usually air) and a fuel gas (a gas containing hydrogen) to generate electric power. A fuel cell 2 is provided. The fuel cell 2 is made of, for example, a solid molecular electrolyte type, and is configured as a stack structure in which a large number of cells are stacked. The fuel cell system 1 includes an oxidizing gas piping system 3 that supplies an oxidizing gas as a reactive gas to the fuel cell 2, and a hydrogen gas piping system 4 that supplies a hydrogen gas as a reactive gas to the fuel cell 2. Yes.

酸化ガス配管系3は、加湿器11により加湿された酸化ガスを燃料電池2に供給する酸化ガス供給路12と、燃料電池2から排出された酸素オフガスを加湿器11に導く排出流路13と、加湿器11から燃焼器に酸素オフガスを導くための排気流路14と、が設けられている。酸化ガス供給路12には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器11に圧送するコンプレッサ15が設けられている。   The oxidizing gas piping system 3 includes an oxidizing gas supply passage 12 that supplies the oxidizing gas humidified by the humidifier 11 to the fuel cell 2, and a discharge passage 13 that guides the oxygen off-gas discharged from the fuel cell 2 to the humidifier 11. And an exhaust passage 14 for introducing oxygen off-gas from the humidifier 11 to the combustor. The oxidizing gas supply path 12 is provided with a compressor 15 that takes in the oxidizing gas in the atmosphere and pumps it to the humidifier 11.

水素ガス配管系4は、高圧の水素ガスを貯留した水素供給源となる水素タンク21と、水素タンク21の水素ガス(水素供給ガス)を燃料電池2に供給する水素ガス供給路22と、燃料電池2から排出された水素オフガスを水素ガス供給路22に戻すためのオフガス循環路23と、水素ガス供給路22とオフガス循環路23との接続部分(合流点)に設けられ、オフガス循環路23の水素オフガスを水素ガス供給路22に還流させるエジェクタ24と、エジェクタ24にパイロット圧として水素オフガスの圧力を導入する導入通路25と、オフガス循環路23に配設され排出水素を外部へ放出する水素排気弁26と、を具備している。そして、エジェクタ24によって、水素タンク21からの水素供給ガスに燃料電池2の燃料ガス出口からの水素オフガス(燃料オフガス)が合流され、この合流後の混合水素ガス(混合燃料ガス)が燃料電池2に供給される。   The hydrogen gas piping system 4 includes a hydrogen tank 21 serving as a hydrogen supply source storing high-pressure hydrogen gas, a hydrogen gas supply path 22 for supplying hydrogen gas (hydrogen supply gas) from the hydrogen tank 21 to the fuel cell 2, a fuel The off-gas circulation path 23 for returning the hydrogen off-gas discharged from the battery 2 to the hydrogen gas supply path 22 and the connecting portion (confluence) between the hydrogen gas supply path 22 and the off-gas circulation path 23 are provided. Of the hydrogen off-gas to the hydrogen gas supply passage 22, an introduction passage 25 for introducing the hydrogen off-gas pressure as a pilot pressure into the ejector 24, and hydrogen that is disposed in the off-gas circulation passage 23 and discharges discharged hydrogen to the outside. And an exhaust valve 26. The ejector 24 joins the hydrogen supply gas from the hydrogen tank 21 with the hydrogen offgas (fuel offgas) from the fuel gas outlet of the fuel cell 2, and the mixed hydrogen gas (mixed fuel gas) after the merging is the fuel cell 2. To be supplied.

水素ガス供給路22は、エジェクタ24の上流側に位置し、水素供給ガスをエジェクタ24に導く流路である主流流路22aと、エジェクタ24の下流側に位置し、混合水素ガスを燃料電池2に導く流路である混合流路22bを備えて構成されている。主流流路22aには、その上流側から順に、これを開閉するシャットバルブ31と、水素供給ガスの圧力を調整するレギュレータ32と、が介設されている。また、実施の形態1では、オフガス循環路23として、円筒形の配管を使用した。   The hydrogen gas supply path 22 is located on the upstream side of the ejector 24, is located on the downstream side of the ejector 24, and the main flow path 22a that is a flow path for guiding the hydrogen supply gas to the ejector 24. And a mixing channel 22b which is a channel leading to the liquid crystal. A shut valve 31 that opens and closes the main flow path 22a and a regulator 32 that adjusts the pressure of the hydrogen supply gas are provided in this order from the upstream side. In the first embodiment, a cylindrical pipe is used as the off-gas circulation path 23.

オフガス循環路23の導入通路25との接続点Aよりも下流側(エジェクタ24側)には、オフガス循環路23を流通するガス(水素オフガス等)を順方向及び逆方向に流通可能である流通路44を有すると共に、オフガス循環路23を流通するガスの順方向の流れに対する抵抗が、オフガス循環路23を流通するガスの逆方向の流れに対する抵抗よりも小さい流体流通制限部材40が配設されている。   A flow that allows the gas (hydrogen offgas, etc.) flowing through the offgas circulation path 23 to flow in the forward and reverse directions downstream of the connection point A with the introduction passage 25 of the offgas circulation path 23 (on the ejector 24 side). A fluid flow restricting member 40 having a path 44 and having a resistance to a forward flow of gas flowing through the off-gas circulation path 23 smaller than a resistance to a reverse flow of gas flowing through the off-gas circulation path 23 is disposed. ing.

通常時、オフガス循環路23を流通する水素オフガスは、流体流通制限部材40を介してエジェクタ24に吸引される。また、オフガス循環路23を流通する水素オフガスの圧力は、導入通路25を経てエジェクタ24にパイロット圧として導入される。   Normally, the hydrogen off-gas flowing through the off-gas circulation path 23 is sucked into the ejector 24 via the fluid flow restriction member 40. Further, the pressure of the hydrogen off gas flowing through the off gas circulation path 23 is introduced as a pilot pressure into the ejector 24 through the introduction path 25.

流体流通制限部材40は、特に図2及び図3に示すように、リング状のベース41と、一端がベース41に取り付けられた3つの開閉部材42a、42b及び42cを備えて構成されている。ベース41は、オフガス循環路23の内径と同じ外径を有しており、その外周面43が、オフガス循環路23の内壁23aに接した状態で取り付けられている。この流体流通制限部材40の外形(外観上のプロファイル)は、上流側が下流側よりも大きい構成となっている。   As shown in FIGS. 2 and 3 in particular, the fluid flow restriction member 40 includes a ring-shaped base 41 and three opening / closing members 42 a, 42 b, and 42 c each having one end attached to the base 41. The base 41 has the same outer diameter as the inner diameter of the off-gas circulation path 23, and the outer peripheral surface 43 is attached in a state of being in contact with the inner wall 23 a of the off-gas circulation path 23. The fluid flow restriction member 40 has an outer shape (appearance profile) that is larger on the upstream side than on the downstream side.

開閉部材42a、42b及び42cは、側面から見て略台形状を有しており、それぞれが同じ形状を備えている。これらの開閉部材42a、42b及び42cは、図2に示すように、通常の状態で、内側に傾斜した状態でベース41に取り付けられており、ベース41との接続部分を支点として回動可能となっている。そして、開閉部材42a、42b及び42cは、互いの間に隙間が形成されており、この隙間が、オフガス循環路23を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能である、すなわち、オフガス循環路23の上流側と下流側とを連通させる流通路44を画定している。この流通路44(隙間)は、開閉部材42a、42b及び42cが回動して、完全に閉状態となった際にも存在し、オフガス循環路23を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能となっている。   The open / close members 42a, 42b, and 42c have a substantially trapezoidal shape when viewed from the side, and each has the same shape. As shown in FIG. 2, these open / close members 42a, 42b and 42c are attached to the base 41 in a normal state and inclined inward, and can be turned around a connecting portion with the base 41 as a fulcrum. It has become. The opening / closing members 42a, 42b, and 42c are formed with gaps therebetween, and the gaps can circulate the gas flowing through the off-gas circulation path 23 in the forward direction and the reverse direction, that is, off-gas circulation. A flow passage 44 is defined that communicates the upstream side and the downstream side of the passage 23. This flow passage 44 (gap) is also present when the open / close members 42a, 42b, and 42c are rotated to be completely closed, and the gas flowing through the off-gas circulation path 23 is forward and backward. Distribution is possible.

なお、実施の形態1では、開閉部材42a、42b及び42cを樹脂やゴム等の弾性部材で形成し、開閉部材42a、42b及び42cに、オフガス循環路23を流通するガスによる圧力がかかった際に、開閉部材42a、42b及び42cが弾性変形することで、ベース41との接続部分を支点として回動して開閉されるようにした。   In the first embodiment, the opening / closing members 42a, 42b, and 42c are formed of an elastic member such as resin or rubber, and pressure is applied to the opening / closing members 42a, 42b, and 42c by the gas flowing through the off-gas circulation path 23. In addition, the opening / closing members 42a, 42b, and 42c are elastically deformed, so that the opening / closing members are rotated and opened using the connection portion with the base 41 as a fulcrum.

この構成を備えた燃料電池システム1は、燃料電池2に燃料ガス及び酸化ガスが供給されると、
アノード電極側では、 H2→2H++2e-
カソード電極側では、 (1/2)O2+2H++2e-→H2
燃料電池全体としては、 H2+(1/2)O2→H2
の反応が起こる。この電気化学反応により、アノード電極側では、生成水と共に、未反応の水素が混入された水素オフガスが、水素排出口(図示せず)を介してオフガス循環路23に排出される。そして、不要な水素オフガスは、所望のタイミングで水素排気弁26から外部に排出され、生成水等の水は、図示しない排水口から外部に排出される。
When the fuel cell and the oxidant gas are supplied to the fuel cell 2 in the fuel cell system 1 having this configuration,
On the anode side, H 2 → 2H + + 2e
On the cathode side, (1/2) O 2 + 2H + + 2e → H 2 O
As a whole fuel cell, H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O
Reaction occurs. By this electrochemical reaction, on the anode electrode side, hydrogen offgas mixed with unreacted hydrogen is discharged to the offgas circulation path 23 through a hydrogen discharge port (not shown) together with the generated water. Unnecessary hydrogen off-gas is discharged to the outside from the hydrogen exhaust valve 26 at a desired timing, and water such as generated water is discharged to the outside from a drain port (not shown).

オフガス循環路23に排出された水素オフガスは、エジェクタ24の動力によって、オフガス循環路23を順方向(図1及び図2に矢印Xで示す方向)に流れる。この時、流体流通制限部材40の開閉部材42a、42b及び42cは、開状態となっており、水素オフガスの順方向の流れによって、開閉部材42a、42b及び42cがさらに開方向に押され、流通路44の開口面積を最大にする。したがって、流通路44を介して水素オフガスが下流側(矢印X方向)に流れる際の抵抗が小さくなり、水素オフガスは効率よく循環する。また、流体流通制限部材40は、従来の逆止弁の弁体のような駆動部分を有さないため、凍結したり、摩耗したりすることを抑制することができる。   The hydrogen off-gas discharged to the off-gas circulation path 23 flows in the forward direction (the direction indicated by the arrow X in FIGS. 1 and 2) by the power of the ejector 24. At this time, the open / close members 42a, 42b, and 42c of the fluid flow restriction member 40 are in an open state, and the open / close members 42a, 42b, and 42c are further pushed in the open direction by the forward flow of hydrogen off-gas. The opening area of the path 44 is maximized. Accordingly, the resistance when the hydrogen off-gas flows downstream (in the direction of the arrow X) via the flow passage 44 is reduced, and the hydrogen off-gas circulates efficiently. Moreover, since the fluid flow restriction member 40 does not have a driving portion like the valve body of the conventional check valve, it can be prevented from being frozen or worn.

一方、水素タンク21から供給される水素供給ガスは、エジェクタ24の動力によって、水素タンク21から供給される水素供給ガスが、シャットバルブ31及びレギュレータ32を介して、オフガス循環路23からの水素オフガスと合流され、燃料電池2に供給される。   On the other hand, the hydrogen supply gas supplied from the hydrogen tank 21 is supplied from the hydrogen tank 21 via the shut valve 31 and the regulator 32 by the power of the ejector 24. And is supplied to the fuel cell 2.

ここで、仮に、エジェクタ24の動力によって、主流流路22aから供給される水素供給ガスの流量が増加する、あるいは、オフガス循環路23を循環する水素オフガスの循環量が減少し、水素オフガス及び/または供給水素ガスが、オフガス循環路23を逆方向(図3に矢印Yで示す方向)に流れた際は、この逆方向の流れによって、流体流通制限部材40の開閉部材42a、42b及び42cが上流側に向けて押され、図3に示すように、開閉部材42a、42b及び42cが閉方向に回動するよう変形し、流通路44の開口面積が縮小する(狭くなる)。したがって、流通路44を介して上流側(矢印Y方向)に流れるガスの抵抗が大きくなり、ガスが逆流することを抑制することができる。この時も、前記と同様に、流体流通制限部材40が駆動部分を有さないため、凍結したり、摩耗したりすることを抑制することができる。さらに、この時、流体流通制限部材40は、逆方向に流れるガスを完全に封止することがないため、順方向の流れに対する圧損を小さくすることもできる。   Here, if the power of the ejector 24 increases, the flow rate of the hydrogen supply gas supplied from the main flow passage 22a increases, or the circulation amount of the hydrogen offgas circulating in the offgas circulation passage 23 decreases, and the hydrogen offgas and / or Alternatively, when the supply hydrogen gas flows through the off-gas circulation path 23 in the reverse direction (the direction indicated by the arrow Y in FIG. 3), the flow in the reverse direction causes the opening and closing members 42a, 42b, and 42c of the fluid circulation restriction member 40 to As shown in FIG. 3, the opening / closing members 42 a, 42 b and 42 c are deformed so as to rotate in the closing direction, and the opening area of the flow passage 44 is reduced (narrowed). Therefore, the resistance of the gas flowing upstream (in the arrow Y direction) via the flow passage 44 is increased, and the reverse flow of the gas can be suppressed. Also at this time, similarly to the above, since the fluid flow restriction member 40 does not have a driving portion, it is possible to suppress freezing or wear. Further, at this time, the fluid flow restriction member 40 does not completely seal the gas flowing in the reverse direction, so that the pressure loss with respect to the forward flow can be reduced.

なお、実施の形態1では、流体流通制限部材40が、3つの開閉部材42a、42b及び42cを回動させて開閉する構成を備えた場合について説明したが、これに限らず、流体流通制限部材40は、オフガス循環路23を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能である流通路44を有し、オフガス循環路23を流通するガスの順方向の流れに対する抵抗が、逆方向の流れに対する抵抗よりも小さくなる構成を備えていれば、例えば、図4〜図6に示す構成等、他の構成を備えていてもよい。   In the first embodiment, the case where the fluid flow restriction member 40 is configured to open and close by rotating the three open / close members 42a, 42b, and 42c is not limited to this, but the fluid flow restriction member is not limited thereto. 40 has a flow passage 44 through which the gas flowing through the off-gas circulation path 23 can flow in the forward direction and the reverse direction, and the resistance to the forward flow of the gas flowing through the off-gas circulation path 23 is a reverse flow. Other configurations such as the configurations shown in FIGS. 4 to 6 may be provided as long as the configuration is smaller than the resistance to the above.

具体的には、図4〜図6に示す流体流通制限部材50は、リング状のベース41と、ベース41の表面に形成されたメッシュ状部材51から構成されており、このメッシュ状部材51は、複数のメッシュ部52から形成されている。各々のメッシュ部52は、図5及び図6に示すように、略正方形に開口された複数の開口部53を有し、この略正方形の開口部53を画定する縁部である4つの辺には、開閉部材52a、52b、52c及び52dが各々取り付けられている。   Specifically, the fluid flow restriction member 50 shown in FIGS. 4 to 6 includes a ring-shaped base 41 and a mesh-like member 51 formed on the surface of the base 41. The plurality of mesh portions 52 are formed. As shown in FIGS. 5 and 6, each mesh portion 52 has a plurality of openings 53 that are opened in a substantially square shape, and has four sides that are edges that define the substantially square opening 53. Opening and closing members 52a, 52b, 52c and 52d are respectively attached.

開閉部材52a、52b、52c及び52dは、略台形状を有しており、それぞれが同じ形状を備えている。これらの開閉部材52a、52b、52c及び52dは、図5に示すように、通常の状態で、内側に傾斜した状態で開口部53を画定する縁部に各々取り付けられており、縁部との接続部分を支点として回動可能となっている。そして、開閉部材52a、52b、52c及び52dは、互いの間に隙間が形成されており、この隙間が、オフガス循環路23を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能である流通路54となっている。この流通路54(隙間)は、開閉部材52a、52b、52c及び52dが回動して、完全に閉状態となった際にも形成され、オフガス循環路23を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能となっている。   The opening / closing members 52a, 52b, 52c and 52d have a substantially trapezoidal shape, and each has the same shape. As shown in FIG. 5, these opening / closing members 52a, 52b, 52c and 52d are each attached to an edge portion defining the opening 53 in an inclined state in the normal state. The connecting portion can be turned as a fulcrum. The opening / closing members 52a, 52b, 52c, and 52d are formed with gaps therebetween, and the gaps allow the gas flowing through the off-gas circulation path 23 to flow in the forward direction and the reverse direction. It has become. This flow passage 54 (gap) is also formed when the open / close members 52a, 52b, 52c and 52d are turned into a completely closed state, and the gas flowing through the off-gas circulation passage 23 is forward and reverse. Distribution is possible in the direction.

この流体流通制限部材50も、流体流通制限部材40と同様に、通常の状態では、開閉部材52a、52b、52c及び52dは、開状態となっている。そして、エジェクタ24の動力によって水素オフガスが順方向に流れると、この水素オフガスの順方向の流れによって、開閉部材52a、52b、52c及び52dが開方向に押され、流通路54を最大にする。したがって、流通路54を介して水素オフガスが下流側に流れる際の抵抗が小さくなり、水素オフガスは効率よく循環する。   Similarly to the fluid flow restriction member 40, the fluid flow restriction member 50 is in the open state in the open / close members 52a, 52b, 52c and 52d in a normal state. When the hydrogen off-gas flows in the forward direction by the power of the ejector 24, the forward flow of the hydrogen off-gas pushes the opening / closing members 52a, 52b, 52c and 52d in the opening direction, thereby maximizing the flow passage 54. Therefore, the resistance when the hydrogen offgas flows downstream through the flow passage 54 is reduced, and the hydrogen offgas circulates efficiently.

また、前記と同様に、仮に水素オフガス及び/または供給水素ガスが、オフガス循環路23を逆方向に流れた際は、この逆方向の流れによって、開閉部材52a、52b、52c及び52dが上流側に向けて押され、図6に示すように、開閉部材52a、52b、52c及び52dが閉方向に回動するよう変形し、流通路54が狭くなる。したがって、流通路54を介して上流側に流れるガスの抵抗が大きくなり、ガスが逆流することを抑制することができる。   Similarly to the above, when the hydrogen off gas and / or the supplied hydrogen gas flow in the off gas circulation path 23 in the reverse direction, the flow in the reverse direction causes the opening / closing members 52a, 52b, 52c and 52d to be upstream. As shown in FIG. 6, the opening / closing members 52a, 52b, 52c and 52d are deformed so as to rotate in the closing direction, and the flow passage 54 becomes narrow. Therefore, the resistance of the gas flowing upstream via the flow passage 54 is increased, and the reverse flow of the gas can be suppressed.

なお、流体流通制限部材50の場合も流体流通制限部材40と同様に、流体流通制限部材50が駆動部分を有さないため、凍結したり、摩耗したりすることを抑制することができる。さらに、流体流通制限部材50は、逆方向に流れるガスを完全に封止することがないため、順方向の流れに対する圧損を小さくすることもできる。   In the case of the fluid flow restriction member 50, similarly to the fluid flow restriction member 40, since the fluid flow restriction member 50 does not have a drive portion, it can be prevented from being frozen or worn. Furthermore, since the fluid flow restriction member 50 does not completely seal the gas flowing in the reverse direction, the pressure loss with respect to the forward flow can be reduced.

そしてまた、実施の形態1では、3つの開閉部材、あるいは4つの開閉部材を備えた流体流通制限部材40または50について説明したが、これに限らず、開閉部材は、1つあるいは2つ、または5つ以上であってもよい。また、開閉部材を設けずに、流体流通制限部材を、オフガス循環路23を流通するガスの方向に応じて変形させることで、流通路のサイズを変化させる等して、順方向の流れに対する抵抗が、逆方向の流れに対する抵抗よりも小さくなるようにしてもよい。   In the first embodiment, the fluid flow restriction member 40 or 50 having three opening / closing members or four opening / closing members has been described. However, the present invention is not limited to this, and the number of opening / closing members is one or two, or There may be five or more. Further, without providing an opening / closing member, the fluid flow restriction member is deformed in accordance with the direction of the gas flowing through the off-gas circulation path 23, thereby changing the size of the flow path, etc. However, it may be smaller than the resistance to the flow in the reverse direction.

(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2にかかる燃料電池システムについて図面を参照して説明する、なお、実施の形態2では、実施の形態1で説明した燃料電池システムと同様の部材には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Embodiment 2)
Next, a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the second embodiment, the same members as those in the fuel cell system described in the first embodiment are the same. The detailed description is abbreviate | omitted.

図7は、実施の形態2にかかる燃料電池システムの主要部を示す図、図8は、図7に示す燃料電池システムのオフガス循環路内に配設された流体流通制限部材を示す断面図であり、オフガスが順方向に流れている状態を示す図、図9は、図7に示す燃料電池システムのオフガス循環路内に配設された流体流通制限部材を示す断面図であり、オフガスが逆方向に流れている状態を示す図である。   FIG. 7 is a view showing the main part of the fuel cell system according to the second embodiment, and FIG. 8 is a cross-sectional view showing a fluid flow restricting member disposed in the off-gas circulation path of the fuel cell system shown in FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a fluid flow restricting member disposed in the off-gas circulation path of the fuel cell system shown in FIG. 7, and the off-gas is reversed. It is a figure which shows the state which is flowing in the direction.

実施の形態2にかかる燃料電池システム10の、実施の形態1にかかる燃料電池システム1との異なる点は、流体流通制限部材の構成である。すなわち、図8及び図9に示すように、実施の形態2にかかる流体流通制限部材60は、実施の形態1と同様に、オフガス循環路23の導入通路25との接続点Aよりも下流側(エジェクタ24側)に配設されており、弁体61と、弁座62と、弁体61を弁座62に向けて付勢するコイルバネ63と、を備えて構成されている。   The difference between the fuel cell system 10 according to the second embodiment and the fuel cell system 1 according to the first embodiment is the configuration of the fluid flow restriction member. That is, as shown in FIGS. 8 and 9, the fluid flow restriction member 60 according to the second embodiment is downstream of the connection point A with the introduction passage 25 of the off-gas circulation path 23, as in the first embodiment. (Ejector 24 side) It is provided with the valve body 61, the valve seat 62, and the coil spring 63 which urges | biases the valve body 61 toward the valve seat 62, and is comprised.

オフガス循環路23の流体流通制限部材60が配設される位置には、弁体61が、オフガス循環路23を流通するガスの上下流方向に移動可能となるように収容する弁体収容部65が形成されている。この弁体収容部65は、オフガス循環路23の径よりも大きな径を有し、上流側(図8及び図9でいう下部)が、湾曲した凹状になっている。弁体収容部65の上流側のオフガス循環路23に連通している部分には、コイルバネ63が固定されている。また、弁体収容部65の下流側(図8及び図9でいう上部)のオフガス循環路23に連通している部分には、オフガス循環路23と弁体収容部65との径の差を画定する段差部66が形成されている。   At a position where the fluid circulation restriction member 60 of the off gas circulation path 23 is disposed, the valve body 61 accommodates the valve body 61 so as to be movable in the upstream and downstream direction of the gas flowing through the off gas circulation path 23. Is formed. This valve body accommodating part 65 has a diameter larger than the diameter of the off-gas circulation path 23, and the upstream side (lower part in FIG. 8 and FIG. 9) has a curved concave shape. A coil spring 63 is fixed to a portion communicating with the off-gas circulation path 23 on the upstream side of the valve body housing portion 65. Further, in the portion communicating with the off-gas circulation path 23 on the downstream side (the upper portion in FIGS. 8 and 9) of the valve body housing portion 65, the difference in diameter between the off-gas circulation path 23 and the valve body housing portion 65 is shown. A demarcating step 66 is formed.

弁体61は、略半球状を有する略半球部61aと、略半球部61aから互いに間隔をおいて立設された脚部61b、61c及び61dから構成されている。この弁体61は、略半球部61aがコイルバネ63に固定されており、通常の状態では、コイルバネ63の付勢力によって、脚部61b及び61dの先端面が、段差部66に当接した状態(図8参照)となっており、したがって、段差部66の一部によって弁座62が構成されている。そして、脚部61b、61c及び61dの間に形成された隙間によって、オフガス循環路23の上流側と下流側とを連通させる流通路64が形成されている。すなわち、脚部61b、61c及び61dが、流通路64の一部を画定することになる。   The valve body 61 includes a substantially hemispherical portion 61a having a substantially hemispherical shape, and leg portions 61b, 61c, and 61d standing upright from the substantially hemispherical portion 61a. In the valve body 61, the substantially hemispherical portion 61a is fixed to the coil spring 63. In a normal state, the tip surfaces of the leg portions 61b and 61d are in contact with the step portion 66 by the urging force of the coil spring 63 ( Therefore, the valve seat 62 is constituted by a part of the step portion 66. A flow passage 64 that connects the upstream side and the downstream side of the off-gas circulation path 23 is formed by a gap formed between the leg portions 61b, 61c, and 61d. That is, the legs 61b, 61c and 61d define a part of the flow path 64.

また、この状態の際、コイルバネ63の螺旋形状によって画定される隙間は、オフガス循環路23を流通するガスが、順方向に適切に流れることができる程度の大きさの隙間となっている。したがって、弁体61は、通常の状態及びガスが順方向に流れる際に、ノーマルオープンの位置にある。   Further, in this state, the gap defined by the spiral shape of the coil spring 63 is a gap that is large enough to allow the gas flowing through the off-gas circulation path 23 to flow properly in the forward direction. Therefore, the valve body 61 is in a normally open position when the normal state and gas flow in the forward direction.

なお、弁体61は、撥水性の高い素材で構成することが、弁体61への水滴の付着を抑制し、さらに凍結することを抑制することから好ましい。このため、実施の形態2では、弁体61を、オフガス循環路23を画定する内壁23aよりも撥水性の高い材料で形成した。   In addition, it is preferable that the valve body 61 is made of a material having high water repellency from the viewpoint of suppressing adhesion of water droplets to the valve body 61 and further preventing freezing. For this reason, in Embodiment 2, the valve body 61 is formed of a material having higher water repellency than the inner wall 23 a that defines the off-gas circulation path 23.

この流体流通制限部材60は、エジェクタ24の動力によって水素オフガスが順方向に流れると、図8に示すように、脚部61b及び61dの先端面が、段差部66に当接した状態で、水素オフガスが下流側(図8に示す矢印X方向)に向けて流れる。この時、弁体61は、水素オフガスが当たる部分が略半球状となっているため、水素オフガスが下流側に流れる際の抵抗が小さくなる。さらに、弁体61には流通路64が形成されているため、水素オフガスは、この流通路64を介して下流側に流れる結果、抵抗がさらに小さくなり、水素オフガスは効率よく循環する。また、弁体61と弁座62との接触面積は、脚部61b及び61dの先端面と、弁座62との接触面積となるため、従来の逆止弁に比べ、弁座62と弁体61との接触面積を大幅に小さくすることができるため、流体流通制限部材60が凍結し難く、仮に凍結したとしても、弁座62の作動不良が生じ難くなる。   When the hydrogen off-gas flows in the forward direction by the power of the ejector 24, the fluid flow restricting member 60 is in a state where the tip surfaces of the leg portions 61b and 61d are in contact with the stepped portion 66 as shown in FIG. Off-gas flows toward the downstream side (in the direction of arrow X shown in FIG. 8). At this time, the valve body 61 has a substantially hemispherical portion where the hydrogen off gas strikes, so that the resistance when the hydrogen off gas flows downstream is reduced. Further, since the flow passage 64 is formed in the valve body 61, the hydrogen off-gas flows downstream through the flow passage 64. As a result, the resistance is further reduced, and the hydrogen off-gas circulates efficiently. Further, the contact area between the valve body 61 and the valve seat 62 is the contact area between the tip surfaces of the leg portions 61b and 61d and the valve seat 62, so that the valve seat 62 and the valve body are compared with the conventional check valve. Since the contact area with 61 can be greatly reduced, the fluid flow restricting member 60 is difficult to freeze, and even if it freezes, the valve seat 62 is less likely to malfunction.

また、実施の形態1と同様に、仮に水素オフガス及び/または供給水素ガスが、オフガス循環路23を逆方向(図9に示す矢印Y方向)に流れた際は、この逆方向の流れによって、コイルバネ63の付勢力に逆らって、弁体61が上流方向(図9に示す矢印Y方向)に押され、図9に示すようにコイルバネ63に密着した状態でコイルバネ63を押し縮める。したがって、コイルバネ63の螺旋形状によって画定される隙間が狭くなり、流通路64を介して上流側に流れるガスの抵抗が大きくなり、ガスが逆流することを抑制することができる。このように、流体流通制限部材60は、オフガス循環路23を流通するガスの順方向の流れに対する抵抗が、逆方向の流れに対する抵抗よりも小さいという特徴を有している。さらに、流体流通制限部材60は、逆方向に流れるガスを完全に封止することがないため、順方向の流れに対する圧損を小さくすることもできる。   Similarly to the first embodiment, when the hydrogen off gas and / or the supplied hydrogen gas flows through the off gas circulation path 23 in the reverse direction (the arrow Y direction shown in FIG. 9), Against the urging force of the coil spring 63, the valve body 61 is pushed in the upstream direction (the direction of the arrow Y shown in FIG. 9), and the coil spring 63 is pressed and contracted in close contact with the coil spring 63 as shown in FIG. Accordingly, the gap defined by the helical shape of the coil spring 63 is narrowed, the resistance of the gas flowing upstream through the flow passage 64 is increased, and the backflow of gas can be suppressed. As described above, the fluid circulation restriction member 60 has a feature that the resistance to the forward flow of the gas flowing through the off-gas circulation path 23 is smaller than the resistance to the backward flow. Furthermore, since the fluid flow restriction member 60 does not completely seal the gas flowing in the reverse direction, the pressure loss with respect to the forward flow can be reduced.

なお、実施の形態2では、略半球部61aと、略半球部61aから互いに間隔をおいて立設された脚部61b、61c及び61dから構成された弁体61を例にとって説明したが、これに限らず、弁体は、オフガス循環路23を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能である流通路を有すると共に、前記順方向の流れに対する抵抗が、前記逆方向の流れに対する抵抗よりも小さくなるよう駆動すれば、例えば、図10や図11に示すような他の構成を備えていてもよい。   In the second embodiment, the valve body 61 including the substantially hemispherical portion 61a and the leg portions 61b, 61c, and 61d standing from the substantially hemispherical portion 61a is described as an example. The valve body has a flow passage through which the gas flowing through the off-gas circulation path 23 can flow in the forward direction and the reverse direction, and the resistance to the forward flow is greater than the resistance to the reverse flow. For example, another configuration as shown in FIG. 10 or FIG. 11 may be provided.

具体的には、図10に示す弁体71は、略球体状の略球体部71aと、略球体部71aから互いに間隔をおいて立設された4つの脚部71b、71c、71d及び71eから構成されている。この弁体71の場合、脚部71b、71c、71d及び71eの間に形成された隙間によって、オフガス循環路23の上流側と下流側とを連通させる流通路が形成され、図10に示す矢印X方向、あるいはその逆方向にガスが流通する。また、略球体部71aの脚部71b、71c、71d及び71eが形成されている側とは反対側がコイルバネ63(図8及び図9参照)に固定される。そして、この弁体71を備えた流体流通制限部材も、前述した流体流通制限部材60と同様に、オフガス循環路23を流通するガスの順方向の流れに対する抵抗が、逆方向の流れに対する抵抗よりも小さいという特徴を有している。   Specifically, the valve body 71 shown in FIG. 10 includes a substantially spherical body portion 71a and four leg portions 71b, 71c, 71d, and 71e that are erected at a distance from the substantially spherical body portion 71a. It is configured. In the case of this valve body 71, a flow passage that connects the upstream side and the downstream side of the off-gas circulation path 23 is formed by a gap formed between the leg portions 71b, 71c, 71d, and 71e, and an arrow shown in FIG. Gas flows in the X direction or in the opposite direction. Further, the side of the substantially spherical body 71a opposite to the side where the legs 71b, 71c, 71d and 71e are formed is fixed to the coil spring 63 (see FIGS. 8 and 9). And the fluid flow restricting member provided with this valve body 71 also has a resistance to the forward flow of the gas flowing through the off-gas circulation path 23 as compared to the resistance to the reverse flow, like the fluid flow restricting member 60 described above. Is also small.

また、図11に示すように、略半球部61aと、略半球部61a状に設けたメッシュ状の円筒形部材82から構成した弁体81を用いてもよい。この場合、円筒形部材82のメッシュ(複数の開口部)が、オフガス循環路23の上流側と下流側とを連通させる流通路となる。なお、弁体81の動作は、弁体61と同様であり、この弁体81を備えた流体流通制限部材も、前述した流体流通制限部材60と同様に、オフガス循環路23を流通するガスの順方向の流れに対する抵抗が、逆方向の流れに対する抵抗よりも小さいという特徴を有している。   In addition, as shown in FIG. 11, a valve body 81 composed of a substantially hemispherical portion 61a and a mesh-shaped cylindrical member 82 provided in a substantially hemispherical portion 61a shape may be used. In this case, the mesh (a plurality of openings) of the cylindrical member 82 serves as a flow path that connects the upstream side and the downstream side of the off-gas circulation path 23. The operation of the valve body 81 is the same as that of the valve body 61, and the fluid flow restricting member provided with the valve body 81 is similar to the fluid flow restricting member 60 described above. It has the feature that the resistance to the forward flow is smaller than the resistance to the reverse flow.

本発明の実施の形態1にかかる燃料電池システムの主要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of the fuel cell system concerning Embodiment 1 of this invention. 図1に示す燃料電池システムのオフガス循環路内に配設された流体流通制限部材を示す斜視図であり、オフガスが順方向に流れている状態を示す図である。FIG. 2 is a perspective view showing a fluid flow restricting member disposed in an off gas circulation path of the fuel cell system shown in FIG. 1 and showing a state in which off gas flows in a forward direction. 図1に示す燃料電池システムのオフガス循環路内に配設された流体流通制限部材を透視して示す斜視図であり、オフガスが逆方向に流れている状態を示す図である。FIG. 2 is a perspective view showing a fluid flow restricting member disposed in an off-gas circulation path of the fuel cell system shown in FIG. 1 in a transparent manner, and showing a state where off-gas flows in the reverse direction. 本発明の他の実施の形態にかかる燃料電池システムのオフガス循環路内に配設された流体流通制限部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fluid distribution control member arrange | positioned in the off-gas circuit of the fuel cell system concerning other embodiment of this invention. 図4に示す流体流通制限部材の一部を拡大して示す図であり、オフガスが順方向に流れている状態を示す図である。It is a figure which expands and shows a part of fluid distribution restriction member shown in Drawing 4, and is a figure showing the state where off gas is flowing forward. 図4に示す流体流通制限部材の一部を拡大して示す図であり、オフガスが逆方向に流れている状態を示す図である。It is a figure which expands and shows a part of fluid distribution restriction member shown in Drawing 4, and is a figure showing the state where off gas is flowing in the reverse direction. 本発明の実施の形態2にかかる燃料電池システムの主要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of the fuel cell system concerning Embodiment 2 of this invention. 図7に示す燃料電池システムのオフガス循環路内に配設された流体流通制限部材を示す断面図であり、オフガスが順方向に流れている状態を示す図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a fluid flow restricting member disposed in an off-gas circulation path of the fuel cell system shown in FIG. 7, and showing a state in which off-gas flows in the forward direction. 図7に示す燃料電池システムのオフガス循環路内に配設された流体流通制限部材を示す断面図であり、オフガスが逆方向に流れている状態を示す図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a fluid flow restriction member disposed in an off-gas circulation path of the fuel cell system shown in FIG. 7 and showing a state in which off-gas flows in the reverse direction. 本発明の他の実施の形態にかかる流体流通制限部材の構成要素である弁体の斜視図である。It is a perspective view of the valve body which is a component of the fluid distribution control member concerning other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態にかかる流体流通制限部材の構成要素である弁体の側面図である。It is a side view of the valve body which is a component of the fluid distribution restriction member concerning other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、10…燃料電池システム、2…燃料電池、21…水素タンク、22…水素ガス供給路、23…オフガス循環路、24…エジェクタ、40、50、60…流体流通制限部材、41…ベース、42a〜42d…開閉部材、44、54、64…流通路、51…メッシュ状部材、52…メッシュ部、52a〜52e…開閉部材、53…開口部、61、71、81…弁体、61a、71a…略半球部、61b〜61d、71b〜71e…脚部、62…弁座、63…コイルバネ、65…弁体収容部、82…円筒形部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 10 ... Fuel cell system, 2 ... Fuel cell, 21 ... Hydrogen tank, 22 ... Hydrogen gas supply path, 23 ... Off-gas circulation path, 24 ... Ejector, 40, 50, 60 ... Fluid distribution restriction member, 41 ... Base, 42a-42d ... Opening / closing member, 44, 54, 64 ... Flow passage, 51 ... Mesh member, 52 ... Mesh part, 52a-52e ... Opening / closing member, 53 ... Opening part, 61, 71, 81 ... Valve body, 61a, 71a: substantially hemispherical part, 61b to 61d, 71b to 71e ... leg part, 62 ... valve seat, 63 ... coil spring, 65 ... valve body accommodating part, 82 ... cylindrical member

Claims (10)

燃料電池と、当該燃料電池に供給される供給ガスを流通させるガス供給路と、当該燃料電池から排出されたオフガスを流通させて再び前記燃料電池に供給するオフガス循環路と、前記ガス供給路とオフガス循環路との合流点に配設され、前記供給ガスと前記オフガスとを混合するエジェクタと、を備えてなる燃料電池システムであって、
前記オフガス循環路に設けられ、当該オフガス循環路を流通するガスを順方向及び逆方向に流通可能である流通路を有すると共に、前記順方向の流れに対する抵抗が、前記逆方向の流れに対する抵抗よりも小さい流体流通制限部材を備えてなる燃料電池システム。
A fuel cell, a gas supply path for circulating a supply gas supplied to the fuel cell, an off-gas circulation path for circulating off-gas discharged from the fuel cell and supplying the fuel cell again, and the gas supply path; An ejector that is disposed at a junction with an off-gas circulation path and that mixes the supply gas and the off-gas,
The flow path is provided in the off-gas circulation path and allows the gas flowing through the off-gas circulation path to flow in the forward direction and the reverse direction, and the resistance to the forward flow is greater than the resistance to the reverse flow. A fuel cell system comprising a small fluid flow restriction member.
前記流体流通制限部材は、弁体と、弁座とを備え、前記弁体に前記流通路を形成してなる請求項1記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the fluid flow restriction member includes a valve body and a valve seat, and the flow passage is formed in the valve body. 前記弁体は、前記オフガス循環路を画定する内壁よりも撥水性の高い材料で形成されてなる請求項2記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 2, wherein the valve body is formed of a material having higher water repellency than an inner wall that defines the off-gas circulation path. 前記弁体は、前記流体流通制限部材が、通常時に開状態となるよう配設されてなる請求項2または請求項3記載の燃料電池システム。   4. The fuel cell system according to claim 2, wherein the valve body is disposed so that the fluid flow restriction member is normally opened. 5. 前記弁体に、前記流通路の一部を画定し且つ前記弁座に当接する複数の当接部を形成してなる請求項2ないし請求項4のいずれか一項に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 2 to 4, wherein the valve body is formed with a plurality of abutting portions that define a part of the flow passage and abut against the valve seat. 前記流体流通制限部材は、前記オフガス循環路を流通するガスの方向に応じて変形可能である請求項1記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the fluid flow restriction member is deformable according to a direction of gas flowing through the off-gas circulation path. 前記流体流通制限部材は、前記順方向の流れの上流側の外形が、下流側の外形よりも大きい請求項6記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 6, wherein the fluid flow restriction member has an upstream outer shape larger than a downstream outer shape of the forward flow. 前記流体流通制限部材は、前記順方向の流れに応じて、前記流通路の開口面積を拡張し、前記逆方向の流れに応じて、前記流通路の開口面積を縮小する請求項6または請求項7記載の燃料電池システム。   The fluid flow restriction member expands an opening area of the flow passage according to the forward flow and reduces an opening area of the flow passage according to the reverse flow. 8. The fuel cell system according to 7. 前記流通路は、開閉部材によって画定されてなり、当該開閉部材は、前記順方向の流れに応じて、開方向に回動して前記流通路の開口面積を拡張し、前記逆方向の流れに応じて、閉方向に回動して前記流通路の開口面積を縮小する請求項8記載の燃料電池システム。   The flow passage is defined by an opening / closing member, and the opening / closing member rotates in an opening direction in accordance with the forward flow to expand an opening area of the flow passage, thereby causing the flow in the reverse direction. The fuel cell system according to claim 8, wherein the fuel cell system is rotated in a closing direction to reduce an opening area of the flow passage. 前記開閉部材は、一端を支点とし、他端を自由端として回動すると共に、前記オフガス循環路を流通するガスの方向に対し、前記閉方向に向けて傾斜してなる請求項9記載の燃料電池システム。


The fuel according to claim 9, wherein the opening / closing member rotates with one end as a fulcrum and the other end as a free end, and is inclined toward the closing direction with respect to the direction of gas flowing through the off-gas circulation path. Battery system.


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