JP2018152181A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】凍結によって可動機構が動作不能になることを抑制できる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池スタックから排出された空気の排気エネルギを回収する電動タービン３０を備える。電動タービン３０は、タービン室５０と、吸入室５２との間を繋ぐ連通路５３と、連通路５３に面するダイヤフラム６１と、ダイヤフラム６１を弾性変形させる可動機構７０と、可動機構７０を収容した収容室６０と、を備える。収容室６０はダイヤフラム６１によって連通路５３から隔離されている。また、ダイヤフラム６１とタービンハウジング３４とは第１溶接部６２ａ及び第２溶接部６２ｂによってシールされている。【選択図】図３

Description

本発明は、車両に搭載される燃料電池システムに関する。

水素と空気中の酸素とを化学反応させて発電を行う燃料電池スタックを有する燃料電池システムを搭載した車両が実用化されている。燃料電池システムにおいては、燃料電池スタックから排出される空気の排気エネルギを、回生機が備えるタービンホイールを回転させることで回収する技術がある。

また、燃料電池システムにおいては、燃料電池スタック内の湿度調整のために、燃料電池スタックへ供給する空気の圧力を調整している。燃料電池スタックへ供給する空気の圧力調整は、回生機におけるタービンホイールを収容したタービン室に繋がる流路の流路断面積を調整して行われる。

例えば特許文献１に開示されているように、回生機として、可変ノズル型のターボチャージャを備えた燃料電池システムにおいては、ノズルによって流路断面積を調整している。詳細には、ターボチャージャの排気ガス導入口から導入された排気ガスは、複数のノズルを通ってタービンホイールに導入される。各ノズルは、開度を変更するためのベーンを備える。ベーンは、回動軸に一体の動翼を備え、回動軸がタービンホイールから所定距離離れた場所に回動自在に支持されている。また、各ベーンは制御装置によって駆動可能である。そして、制御装置によりベーンを回動させてノズルの開度が調整されると、燃料電池スタックに供給される空気の圧力が調整される。

特開２０００−３１５５１０号公報

ところで、燃料電池システムにおいては、発電により燃料電池スタックで発生した水分が、燃料電池スタックから空気と共に排出される。特許文献１において、排出された空気に含まれる水分が、ノズルにおけるベーンの回動軸と、回動軸の軸支部との間に侵入する場合がある。この状態で燃料電池システムが停止し、燃料電池システムが氷点下環境下に置かれると、ベーンの回動軸と、回動軸の軸支部との間に侵入した水分が凍結し、ベーンが回動不能になる場合がある。すると、燃料電池システムの低温起動（氷点下起動）時には、ノズルが回動せず、ノズルによる圧力調整ができなくなる。

本発明の目的は、凍結によって可動機構が動作不能になることを抑制できる燃料電池システムを提供することにある。

上記問題点を解決するための燃料電池システムは、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された空気が供給される燃料電池と、前記燃料電池から排出された空気の排気エネルギを回収する回生機と、を備えた燃料電池システムであって、前記回生機は、ハウジングと、前記ハウジングに設けられ、前記燃料電池から排出された空気を前記ハウジング内に取り込むための吸入口と、前記ハウジングに軸支され、前記吸入口から前記ハウジング内に取り込まれた空気によって回転するタービンホイールと、前記ハウジング内に区画され、前記タービンホイールを収容したタービン室と、前記ハウジング内に区画され、前記タービン室と、前記吸入口とを接続する空気流路の少なくとも一部を構成する連通路と、前記燃料電池に供給される空気の圧力を調整する圧力調整部と、を備え、前記圧力調整部は、前記連通路を区画する状態で前記ハウジングに設けられた弾性部材と、前記連通路の流路断面積を調整するために前記弾性部材を弾性変形させる可動機構と、前記ハウジング内に区画され、前記可動機構を収容した収容室とを備え、前記収容室と前記連通路とは、前記弾性部材によって隔てられるとともに、前記収容室は、前記弾性部材と前記ハウジングとの間に設けたシール部によってシールされていることを要旨とする。

これによれば、可動機構によって弾性部材を弾性変形させ、弾性部材によって連通路の流路断面積を調整することで、圧縮機から燃料電池に供給される空気の圧力が調整される。このような圧力調整部を備えた回生機の空気流路には、燃料電池から排出された空気が流入する。燃料電池から排出された空気には、燃料電池で生成された水分が含まれるが、シール部によるシールによって、空気流路に流入した空気が、連通路から収容室に侵入することを抑制できる。このため、可動機構が、水分を含む空気に曝されることが抑制され、可動機構に水分が付着することを抑制できる。その結果、燃料電池システムの運転が停止された後、燃料電池が氷点下環境下に置かれても、水分の凍結によって可動機構が動作不能になることを抑制できる。よって、燃料電池システムの低温起動（氷点下起動）時には、可動機構及び弾性部材を動作させて圧力調整が可能になる。

また、燃料電池システムについて、前記シール部は金属製の前記ハウジングと金属製の前記弾性部材を溶接して形成されていてもよい。
これによれば、弾性部材のハウジングへの固定と、シール部の形成とを併せて行うことができる。

また、燃料電池システムについて、前記弾性部材はダイヤフラムであってもよい。
これによれば、ダイヤフラムは薄板状であるため、ハウジングとダイヤフラムとの溶接が行いやすく、シール部を形成しやすい。

本発明によれば、凍結によって可動機構が動作不能になることを抑制できる。

実施形態における燃料電池システムの概略構成図。 実施形態における電動タービンを示す部分断面図。 可動機構、ダイヤフラム、及びシール部を示す部分断面図。 連通路を絞った状態を示す部分断面図。 弾性部材としてのベローズを採用した電動タービンを示す部分断面図。 連通路の別例を示す部分断面図。

以下、燃料電池システムを具体化した一実施形態を図１〜図４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車両（燃料電池車）に搭載されている。
図１に示すように、燃料電池システム１０は、燃料電池としての燃料電池スタック１１と、吸入口１２ａから供給された空気を圧縮して吐出口１２ｂから吐出する圧縮機１２とを備えている。圧縮機１２は、電動モータで駆動するターボ式の電動圧縮機である。燃料電池スタック１１は、複数のセルを直列に積層して構成されている。燃料電池スタック１１は、図示しない水素供給部から供給された水素と、圧縮機１２によって供給された空気中の酸素とを化学反応させて発電を行う。

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、燃料電池車は、アクセル開度に応じた車速で走行する。

図２に示すように、燃料電池システム１０は、回生機としての電動タービン３０を備える。電動タービン３０では、燃料電池スタック１１から排出された空気の排気エネルギが機械的エネルギとして取り出され、電動タービン３０の電動モータＭが発電機として機能して電動モータＭに回生電力が発生する。電動モータＭに発生した回生電力は、図示しないバッテリに蓄電され、例えば、走行用モータの電力源として用いられる。

図１に示すように、燃料電池システム１０は、外部から空気が流入する圧縮機配管２０を備えている。圧縮機配管２０は、圧縮機１２の吸入口１２ａに接続されている。また、燃料電池システム１０は、圧縮機１２の吐出口１２ｂと燃料電池スタック１１との間を繋ぐ第１配管２１を備えている。また、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１１と電動タービン３０の吸入口３０ａとの間を繋ぐ接続配管２５を備えている。電動タービン３０の吸入口３０ａは、電動タービン３０において、燃料電池スタック１１から排出された空気の入口である。また、燃料電池システム１０は、電動タービン３０の排出口３０ｂに接続される第２配管２２を備えている。

図２に示すように、電動タービン３０は、ハウジング３２と、電動モータＭと、タービンホイール３１と、圧力調整部２９と、を備える。
電動タービン３０は、該電動タービン３０の外郭を構成するものであって、電動モータＭ、タービンホイール３１及び圧力調整部２９が収容されたハウジング３２を備えている。ハウジング３２は、例えば全体として略筒状（詳細には円筒状）となっている。

ハウジング３２は、電動モータＭが収容されたモータハウジング３３と、空気が吐出される排出口３０ｂが形成されたタービンハウジング３４と、モータハウジング３３とタービンハウジング３４との間に設けられたプレート３５と、を備えている。排出口３０ｂは、ハウジング３２の軸線方向の一端に設けられている。排出口３０ｂから見てハウジング３２の軸線方向に、タービンハウジング３４、プレート３５、及びモータハウジング３３の順に配列されている。モータハウジング３３、プレート３５及びタービンハウジング３４は金属製であり、例えば、アルミニウム製である。

タービンハウジング３４は、本体部３４ｄにおけるプレート３５側とは反対側の一端面３４ａから突出したボス３４ｅを有している。ボス３４ｅは、本体部３４ｄの貫通孔４１の周縁部から立設している。排出口３０ｂは、ボス３４ｅによって形成された開口であり、貫通孔４１と連通している。

タービンハウジング３４は、貫通孔４１の径方向外側に円環状の収容室用凹部５４を備える。また、タービンハウジング３４は、収容室用凹部５４よりも径方向外側に円環状の吸入室５２を備える。吸入室５２は、電動タービン３０の吸入口３０ａに連通している。そして、タービンハウジング３４において、軸線方向の他端面３４ｂに、弾性部材としてのダイヤフラム６１が接合されて収容室用凹部５４が閉塞され、収容室用凹部５４とダイヤフラム６１とにより収容室６０が区画されている。また、電動タービン３０は、ダイヤフラム６１が接合された状態のタービンハウジング３４と、タービンハウジング３４に組付けられたプレート３５とによって区画された連通路５３を備えている。この連通路５３は、吸入室５２に連通している。

プレート３５は、円板状であり、軸線方向の両板面３５ａ，３５ｂのうち、第１板面３５ａがモータハウジング３３側に位置しており、第２板面３５ｂがタービンハウジング３４側に位置している。プレート３５は、第２板面３５ｂから軸線方向に円形状に凹む凹部３６を備えている。

また、プレート３５は、凹部３６にてプレート３５を軸線方向に貫通し、モータハウジング３３内とタービンハウジング３４内とを連通する回転軸挿通孔３５ｃを備えている。回転軸挿通孔３５ｃには、回転軸３９が挿通されている。回転軸３９の一部は、回転軸挿通孔３５ｃを介してタービンハウジング３４内に配置されている。回転軸挿通孔３５ｃを区画する内周面と回転軸３９の周面との間には、シール部材４０が設けられている。

タービンホイール３１は、該タービンホイール３１の回転軸線方向に延び、かつ、回転軸３９が挿通された挿通孔３１ｃを有している。タービンホイール３１は、回転軸３９における貫通孔４１内に突出している部分が挿通孔３１ｃに挿通された状態で、回転軸３９と一体回転するように同回転軸３９に取り付けられている。

タービンホイール３１は、貫通孔４１内に配置されており、貫通孔４１の内壁面４２とプレート３５の第２板面３５ｂとによって区画されたタービン室５０に収容されている。つまり、ハウジング３２はタービンホイール３１が収容されたタービン室５０を有している。タービン室５０と排出口３０ｂとは連通している。また、タービン室５０と吸入口３０ａとは、吸入室５２と連通路５３によって接続されている。よって、吸入室５２と連通路５３は、タービン室５０と吸入口３０ａを接続する空気流路５５を構成している。

タービンハウジング３４は、収容室用凹部５４と貫通孔４１とを隔てる円筒状の第１区画壁３７を備えるとともに、収容室用凹部５４と吸入室５２とを隔てる第２区画壁３８を備えている。

タービンハウジング３４は、他端面３４ｂのうち、第１区画壁３７の先端面に円環状の第１端面３７ｃを有する。タービンハウジング３４は、他端面３４ｂのうち、第２区画壁３８の先端面に円環状の第２端面３８ｃを有する。第１端面３７ｃと第２端面３８ｃは、タービンハウジング３４の軸線方向において同じ位置にある。

図２又は図３に示すように、上記収容室６０は、タービンハウジング３４の他端面３４ｂから円筒状に凹む形状である。収容室６０は、収容室用凹部５４をダイヤフラム６１で閉塞して区画されている。弾性部材としてのダイヤフラム６１は、金属の薄板製及び円盤状である。ダイヤフラム６１は、中央部に開口部６１ａを有する。ダイヤフラム６１の内周縁部６１ｂと、タービンハウジング３４の第１端面３７ｃとは、第１溶接部６２ａによって接合されている。第１溶接部６２ａは、回転軸３９回りの全周に亘って、ダイヤフラム６１の内周縁部６１ｂと第１区画壁３７の第１端面３７ｃとを溶接している。第１溶接部６２ａは円環状である。

また、ダイヤフラム６１の外周縁部６１ｃと、タービンハウジング３４の第２端面３８ｃとは、第２溶接部６２ｂによって接合されている。第２溶接部６２ｂは、回転軸３９回りの全周に亘って、ダイヤフラム６１の外周縁部６１ｃと第２区画壁３８の第２端面３８ｃとを溶接している。第２溶接部６２ｂは円環状である。ダイヤフラム６１とタービンハウジング３４とは溶接され、結果として、収容室６０は連通路５３から区画されている。収容室６０は、第１溶接部６２ａ及び第２溶接部６２ｂによって気密にシールされている。本実施形態では、第１溶接部６２ａ及び第２溶接部６２ｂがタービンハウジング３４とダイヤフラム６１との間に設けたシール部となっている。

連通路５３は、ダイヤフラム６１を含むタービンハウジング３４の他端面３４ｂと、プレート３５の第２板面３５ｂとによって区画された流路である。連通路５３の一部はダイヤフラム６１によって区画されている。連通路５３は、タービン室５０よりもタービンホイール３１の径方向外側に配置されており、タービンホイール３１を囲むように環状（詳細には円環状）に形成されている。ダイヤフラム６１は、流路形成面６１ｄの全面が第２板面３５ｂに対向している。本実施形態では、プレート３５の第２板面３５ｂが、ハウジング３２が備える流路形成面として機能し、ダイヤフラム６１の流路形成面６１ｄと共に連通路５３を区画する。また、ダイヤフラム６１は、タービンハウジング３４の軸線方向において、収容室６０と連通路５３との間に介在し、収容室６０と連通路５３とを隔てている。

電動タービン３０において、吸入室５２には、燃料電池スタック１１から排出された空気が流入する。吸入室５２から連通路５３に流入した空気はタービン室５０に流入する。そして、タービン室５０に流入した空気によりタービンホイール３１が回転され、空気の排気エネルギが機械的エネルギとして取り出される。タービン室５０に流入した空気は、排出口３０ｂから排出される。

次に、電動タービン３０に内蔵された圧力調整部２９について説明する。圧力調整部２９は、上述した収容室６０と、連通路５３と、ダイヤフラム６１と、ダイヤフラム６１を弾性変形させる可動機構７０と、を備えている。

電動タービン３０が備える可動機構７０は、収容室６０に収容されている。可動機構７０は、連通路５３の流路断面積を調整するためにダイヤフラム６１を弾性変形させる。可動機構７０は、ステッピングモータ７１を備える。ステッピングモータ７１は、第２区画壁３８の内周面３８ａに固定された円筒状のステータ７２と、ステータ７２の内周側に配設された円筒状のロータ７３とを有する。

ステータ７２は、円筒状のステータコアと、ステータコアに形成されたティースに巻回されたコイルとを有している。ロータ７３は、収容室用凹部５４の底面５４ａに対向した一端面７３ａからダイヤフラム６１に対向した他端面７３ｂまで一定の内径を有する。ロータ７３は、一端面７３ａから軸線方向の途中位置まで一定の外径を有し、この途中位置までステータ７２の内周面に対向している。ロータ７３は、上記途中位置より他端面７３ｂに至る外周面にネジ溝７４を備える。

可動機構７０は、ロータ７３のネジ溝７４に図示しないボールを介して螺着された円筒状の押圧部材７５を備える。押圧部材７５は内周面にネジ溝７５ａを備える。また、押圧部材７５は、図示しない回り止め機構により、タービンハウジング３４の軸線方向へ移動可能な状態に回り止めされている。そして、ステータ７２のコイルが通電されることによりロータ７３が回転すると、ロータ７３の回転運動は、ボールを介して押圧部材７５の直線運動に変換され、押圧部材７５は、回り止め機構により回り止めされつつ、タービンハウジング３４の軸線方向に移動する。押圧部材７５の先端面７５ｂはダイヤフラム６１の流路形成面６１ｄとは反対側の押圧面６１ｅに接触している。

図３に示すように、押圧部材７５の先端面７５ｂが、第１区画壁３７の第１端面３７ｃ及び第２区画壁３８の第２端面３８ｃと同一平面上にある場合、押圧部材７５によるダイヤフラム６１の押圧は無く、ダイヤフラム６１は平坦である。押圧部材７５によるダイヤフラム６１の押圧が無い状態では、空気流路５５において、連通路５３の流路断面積が最大となる。なお、連通路５３の流路断面積とは、連通路５３をハウジング３２の軸線方向に沿う断面で見たときの、ダイヤフラム６１の流路形成面６１ｄと、この流路形成面６１ｄに対向した第２板面３５ｂとの間に形成される連通路５３の断面積のことである。

本実施形態では、ロータ７３を第１の方向に回転させると、押圧部材７５はダイヤフラム６１に向けて移動する。図４に示すように、ダイヤフラム６１が押圧部材７５によって押圧されると、ダイヤフラム６１が弾性変形する。その結果、ダイヤフラム６１の流路形成面６１ｄが、プレート３５の第２板面３５ｂに近付く。すると、連通路５３の流路断面積が小さくなる。ロータ７３の回転数を制御し、押圧部材７５の突出量を制御することで、第２板面３５ｂに向けたダイヤフラム６１の突出量が制御され、連通路５３の流路断面積が調整される。

第２板面３５ｂに向けてダイヤフラム６１が突出した状態で、ロータ７３を第１の方向とは逆の第２の方向に回転させると、ダイヤフラム６１を押圧した押圧部材７５はダイヤフラム６１から離れる方向に向けて移動する。そして、図３に示すように、押圧部材７５の先端面７５ｂが、第１区画壁３７の第１端面３７ｃ及び第２区画壁３８の第２端面３８ｃと同一平面上にまで移動すると、押圧部材７５によるダイヤフラム６１の押圧が解除される。すると、ダイヤフラム６１が原形状に復帰して連通路５３の流路断面積が最大となる。

図１に示すように、燃料電池システム１０は、制御装置８０を備える。制御装置８０は、可動機構７０のステッピングモータ７１を制御する。制御装置８０は、燃料電池スタック１１における湿度に基づいて、燃料電池スタック１１に供給する空気の圧力を算出する。そして、算出された空気の圧力となるように、制御装置８０は、可動機構７０を制御して連通路５３における流路断面積を調整する。

例えば、燃料電池スタック１１の湿度が高い場合には、燃料電池スタック１１へ供給する空気の圧力を低くする。この場合は、連通路５３の流路断面積を大きくする。制御装置８０は、ステッピングモータ７１を制御してロータ７３を第２方向へ回転させ、押圧部材７５によるダイヤフラム６１の押圧量を減らす。

一方、燃料電池スタック１１の湿度が低い場合には、燃料電池スタック１１へ供給する空気の圧力を高くする。この場合は、連通路５３の流路断面積を小さくする。制御装置８０は、ステッピングモータ７１を制御してロータ７３を第１方向へ回転させ、押圧部材７５によるダイヤフラム６１の押圧量を増やす。

次に、燃料電池システム１０の作用を記載する。
燃料電池システム１０においては、発電により燃料電池スタック１１で発生した水分が空気とともに燃料電池スタック１１から排出される。水分を含む空気は、接続配管２５を介して電動タービン３０に至り、空気流路５５の入口である吸入口３０ａからハウジング３２内に取り込まれ、吸入室５２を介して連通路５３に流入する。可動機構７０を収容した収容室６０は、ダイヤフラム６１によって連通路５３から隔離され、ダイヤフラム６１とタービンハウジング３４とを接合した部分は、第１溶接部６２ａ及び第２溶接部６２ｂによってシールされている。このため、水分を含む空気が、収容室６０に侵入することが抑制される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）連通路５３に流入した空気が、連通路５３から収容室６０に侵入することを抑制でき、可動機構７０に水分が付着することを抑制できる。その結果、燃料電池システム１０の運転が停止され、氷点下環境下に置かれても、凍結によって可動機構７０が動作不能になることを抑制できる。よって、燃料電池システム１０の低温起動（氷点下起動）時には、可動機構７０を動作させ、ダイヤフラム６１及び可動機構７０による圧力調整が可能になる。

（２）弾性部材として金属の薄板製のダイヤフラム６１を採用した。このため、金属製であるタービンハウジング３４の第１端面３７ｃ及び第２端面３８ｃと、ダイヤフラム６１とを第１溶接部６２ａ及び第２溶接部６２ｂによって接合できる。よって、ダイヤフラム６１のタービンハウジング３４への固定と、第１溶接部６２ａ及び第２溶接部６２ｂの形成とを併せて行うことができる。また、溶接によってダイヤフラム６１とタービンハウジング３４との間をシールできるため、シール性を持たせるための構造を簡単に形成できる。

（３）連通路５３の一部は、ダイヤフラム６１の流路形成面６１ｄと、プレート３５の第２板面３５ｂとの間に区画されている。よって、連通路５３の一部は、ダイヤフラム６１によって直接区画される。このため、連通路５３の流路断面積をダイヤフラム６１の出没によって直接調整でき、空気の圧力調整が調整しやすい。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ ダイヤフラム６１とタービンハウジング３４は、溶接以外の方法でシールされていてもよい。例えば、ダイヤフラム６１の内周縁部６１ｂと、第１区画壁３７の第１端面３７ｃとの間、及びダイヤフラム６１の外周縁部６１ｃと、第２区画壁３８の第２端面３８ｃとの間にＯリングといったシール部材を介在させてダイヤフラム６１をタービンハウジング３４に固定し、Ｏリングをシール部としてもよい。この場合、第１端面３７ｃ及び第２端面３８ｃに円環状の溝を凹設し、その溝にＯリングを装着した状態で、ダイヤフラム６１をタービンハウジング３４に接合する。

又は、ダイヤフラム６１の内周縁部６１ｂ及び外周縁部６１ｃをゴムでコーティングし、そのゴムでコーティングした部分を第１区画壁３７の第１端面３７ｃ及び第２区画壁３８の第２端面３８ｃに接触させた状態で、ダイヤフラム６１から第１端面３７ｃ及び第２端面３８ｃにビス等を螺入する。その結果、ゴムでコーティングした部分がタービンハウジング３４に押し当てられた状態で、ダイヤフラム６１がタービンハウジング３４に固定される。そして、ゴムのコーティング部をシール部としてもよい。

○ ダイヤフラム６１を弾性変形させて連通路５３の流路断面積を調整することができれば、可動機構７０の構成は適宜変更してもよい。例えば、可動機構７０を、ステッピングモータ７１におけるロータ７３の回転運動をカム、レバーを介して直線運動に変換する機構としてもよい。

又は、可動機構７０のステッピングモータ７１に変えて、収容室６０に流体圧シリンダを内蔵し、流体圧シリンダのシリンダチューブに対し出没可能なロッドによってダイヤフラム６１を押圧し、弾性変形させてもよい。

○ 弾性部材は、ダイヤフラム６１ではなく、金属製のベローズ９０であってもよい。図５に示すように、ベローズ９０は、収容室６０を連通路５３から隔離する円環状の隔離部９１と、隔離部９１の内周縁から立設された蛇腹部９２と、を備える。ベローズ９０の蛇腹部９２は、その先端部９２ａが第１区画壁３７の外周面に第１溶接部９０ａによって接合されている。第１溶接部９０ａは、蛇腹部９２及び第１区画壁３７の周方向の全体に亘って形成されている。また、隔離部９１の外周縁部は第２区画壁３８の第２端面３８ｃに第２溶接部９０ｂによって接合されている。第２溶接部９０ｂは、第２区画壁３８の周方向の全体に亘って形成されている。

ベローズ９０の隔離部９１は、プレート３５の第２板面３５ｂに対向する面に流路形成面９１ａを備え、流路形成面９１ａの反対側に押圧面９１ｂを備える。そして、ベローズ９０の流路形成面９１ａとプレート３５の第２板面３５ｂとの間に連通路５３が区画されている。また、収容室６０は、ベローズ９０によって連通路５３から隔離されるとともに、第１溶接部９０ａ及び第２溶接部９０ｂによって気密にシールされている。よって、第１溶接部９０ａ及び第２溶接部９０ｂがシール部となる。

この形態において、ロータ７３を第１の方向に回転させると、押圧部材７５はベローズ９０の隔離部９１に向けて移動する。隔離部９１が押圧部材７５によって押圧されると、隔離部９１の流路形成面９１ａが、プレート３５の第２板面３５ｂに近付く。このとき、蛇腹部９２が伸張する。すると、連通路５３の流路断面積が小さくなる。

隔離部９１が突出した状態で、ロータ７３を第１の方向とは逆の第２の方向に回転させると、隔離部９１を押圧した押圧部材７５は隔離部９１から離れる方向に向けて移動するとともに、伸張した蛇腹部９２が収縮する。そして、押圧部材７５の先端面７５ｂが、第１区画壁３７の第１端面３７ｃ及び第２区画壁３８の第２端面３８ｃと同位置平面上にまで移動すると、押圧部材７５による隔離部９１の押圧が解除される。すると、連通路５３の流路断面積が最大となる。

○ 弾性部材を、金属の薄板製のダイヤフラム６１やベローズ９０に具体化したが、弾性部材はゴムや、可撓性を有する樹脂製のダイヤフラムやベローズであってもよい。この場合、ダイヤフラムやベローズは、タービンハウジング３４に対し、融着等で接合し、融着部をシール部としてもよい。

○ 実施形態では、連通路５３の一部は、ダイヤフラム６１の流路形成面６１ｄと、プレート３５の第２板面３５ｂとで区画されていたが、これに限らない。例えば、図６に示すように、吸入室５２をプレート３５の厚み内に区画し、この吸入室５２とタービン室５０との間を、プレート３５内に区画した連通路５３で繋いでもよい。この場合、連通路５３は、回転軸３９回りで円錐台状に形成され、ダイヤフラム６１は、連通路５３におけるタービン室５０側の端部付近に一部が面することになる。また、連通路５３及び吸入室５２から空気流路５５が構成される。さらに、タービンホイール３１を斜流タービンに変更することが好ましく、このように構成すると、吸入室５２からタービン室５０への空気の流入が滑らかになる。

○ 実施形態では、回生機として電動タービン３０に具体化したが、これに限らない。例えば、回生機は、電動モータＭを備えない構成とし、回転軸３９において、タービンホイール３１が一体化された端部とは反対の端部にコンプレッサホイールを一体化する。そして、燃料電池スタック１１から排出された空気でタービンホイール３１とともに回転するコンプレッサホイールで空気を圧縮し、圧縮された空気を圧縮機１２に供給して、圧縮機１２による空気の圧縮を補助してもよい。

○ 実施形態では、連通路５３を空気流路５５の一部としたが、例えば、吸入室５２が無い場合は、吸入口３０ａとタービン室５０とを連通路５３で繋ぎ、空気流路の全部を連通路５３としてもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記シール部は、前記弾性部材と前記ハウジングとを溶接した溶接部である。
（ロ）前記回生機は電動タービンである。

（ハ）前記可動機構は、ステッピングモータと、該ステッピングモータのロータの回転によって前記弾性部材に対し接離する押圧部材とを含む。

１０…燃料電池システム、１１…燃料電池としての燃料電池スタック、１２…圧縮機、２９…圧力調整部、３０…回生機としての電動タービン、３０ａ…吸入口、３１…タービンホイール、３２…ハウジング、５０…タービン室、５３…連通路、５５…空気流路、６０…収容室、６１…弾性部材としてのダイヤフラム、９０…弾性部材としてのベローズ、６２ａ，９０ａ…シール部としての第１溶接部、６２ｂ，９０ｂ…シール部としての第２溶接部、７０…可動機構。

Claims (3)

1. 空気を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機によって圧縮された空気が供給される燃料電池と、
   前記燃料電池から排出された空気の排気エネルギを回収する回生機と、を備えた燃料電池システムであって、
   前記回生機は、
   ハウジングと、
   前記ハウジングに設けられ、前記燃料電池から排出された空気を前記ハウジング内に取り込むための吸入口と、
   前記ハウジングに軸支され、前記吸入口から前記ハウジング内に取り込まれた空気によって回転するタービンホイールと、
   前記ハウジング内に区画され、前記タービンホイールを収容したタービン室と、
   前記ハウジング内に区画され、前記タービン室と、前記吸入口とを接続する空気流路の少なくとも一部を構成する連通路と、
   前記燃料電池に供給される空気の圧力を調整する圧力調整部と、を備え、
   前記圧力調整部は、
   前記連通路を区画する状態で前記ハウジングに設けられた弾性部材と、
   前記連通路の流路断面積を調整するために前記弾性部材を弾性変形させる可動機構と、
   前記ハウジング内に区画され、前記可動機構を収容した収容室とを備え、
   前記収容室と前記連通路とは、前記弾性部材によって隔てられるとともに、前記収容室は、前記弾性部材と前記ハウジングとの間に設けたシール部によってシールされていることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記シール部は金属製の前記ハウジングと金属製の前記弾性部材を溶接して形成されている請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記弾性部材はダイヤフラムである請求項２に記載の燃料電池システム。