特許 6972910 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法

(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】6972910

(24)【登録日】2021年11月8日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20211111BHJP

   H01M 8/2475 20160101ALI20211111BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20211111BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 Z

   H01M8/2475

   H01M8/04 J

   !H01M8/12 101

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-205272(P2017-205272)

(22)【出願日】2017年10月24日

(65)【公開番号】特開2019-79678(P2019-79678A)

(43)【公開日】2019年5月23日

【審査請求日】2020年8月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】特許業務法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宇佐美 孝忠

【審査官】 橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０９１００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２９０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７２２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２８１８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０８７７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１０３１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２３４７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９１３１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００−８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料ガスおよび酸化剤ガスで発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池を含む高温領域を取り囲むように設けられた断熱材と、
前記断熱材を収容し、前記断熱材の外部に低温領域を有する筐体と、
前記低温領域に配置され、前記燃料電池の発電に用いられる機器と、
前記酸化剤ガスを前記筐体の外部から前記低温領域に導入する酸化剤ガス導入路と、
前記低温領域に導入された前記酸化剤ガスを前記断熱材の内部に導入して前記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給路と、
前記酸化剤ガス導入路に配置された酸化剤ガス導入装置と、
前記低温領域における前記酸化剤ガス供給路に配置され、前記低温領域に導入された前記酸化剤ガスを吸入する酸化剤ガス吸入装置と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。

【請求項2】

前記酸化剤ガス導入装置は、前記筐体の外部に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記酸化剤ガス導入装置は、前記筐体の内部の前記低温領域に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記断熱材の周囲と前記筐体の内面との間に前記低温領域と連続する空間が形成される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池システム。

【請求項5】

前記機器は、前記低温領域に位置する前記酸化剤ガス導入路の開口部、または前記低温領域に位置する前記酸化剤ガス供給路の開口部の近傍に配置される、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池システム。

【請求項6】

前記機器は、前記低温領域における前記酸化剤ガス導入路の吹き出し方向の延長線上、または前記低温領域における前記酸化剤ガス供給路の吸い込み方向の延長線上に配置される、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池システム。

【請求項7】

前記低温領域における前記酸化剤ガス導入路の開口部に配置され、前記低温領域に導入された前記酸化剤ガスの流れ方向を変更する流路変更手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池システム。

【請求項8】

燃料ガスおよび酸化剤ガスで発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池を含む高温領域を取り囲むように設けられた断熱材と、
前記断熱材を収容し、前記断熱材の外部に低温領域を有する筐体と、
前記低温領域に配置され、前記燃料電池の発電に用いられる機器と、
前記低温領域に導入された前記酸化剤ガスを前記断熱材の内部に導入して前記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給路と、
を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
酸化剤ガス導入装置を用いて前記酸化剤ガスを前記筐体の外部から前記低温領域に導入し、
前記低温領域に導入された前記酸化剤ガスを前記断熱材の内部に導入して前記燃料電池に供給し、
前記低温領域における前記酸化剤ガス供給路に配置された酸化剤ガス吸入装置を用いて前記低温領域に導入された前記酸化剤ガスを吸入する、
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

固体酸化物形燃料電池（SOFC：Solid Oxide Fuel Cell）や溶融炭酸塩形燃料電池等の比較的高温で動作する燃料電池を備えた燃料電池システムのハウジング内部において、外部への放熱を抑制すべく、燃料電池と、燃料電池の運転に用いる改質装置等の周辺装置とを含む燃料電池モジュール等を断熱材で囲んだ高温領域と、燃料電池の運転に要する電気部品等が配置される低温領域とが存在する。

【0003】

ここで、上記のハウジングは、一定の気密性能を有しているため、高温領域からの伝熱により低温領域が昇温する。このため、低温領域に配置された電気部品等には所定の耐熱性能が求められる。求められる耐熱性能が満たせない場合は、低温領域の昇温を抑制するための冷却装置等が必要になる。

【0004】

例えば、国際公開２０１２−１２８３６８には、燃料電池及び改質装置を含む燃料電池モジュールを断熱材に収容した燃料電池システムの一例が提案されている。この燃料電池システムでは、ハウジング内において、断熱材の周囲に低温領域と区画された空間を設け、その空間に空気を流すことにより高温領域から低温領域への伝熱を抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開２０１２−１２８３６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、ハウジング内において、断熱材と低温領域との間に空気を流すための空間を設けるので、ハウジング内の構造が複雑になり、製造コストが増加するという問題がある。

【0007】

本発明は、製造コストの増加を抑制しつつ、より簡素な構成により、高温領域からの伝熱によって低温領域が昇温することを抑制できる燃料電池システム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】

【0008】

本発明による燃料電池システムによれば、燃料ガスおよび酸化剤ガスで発電を行う燃料電池と、燃料電池を含む高温領域を取り囲むように設けられた断熱材と、断熱材を収容し、断熱材の外部に低温領域を有する筐体とを備える。そして、燃料電池システムはさらに、低温領域に配置され、燃料電池の発電に用いられる機器と、酸化剤ガスを筐体の外部から低温領域に導入する酸化剤ガス導入路と、低温領域に導入された酸化剤ガスを断熱材の内部に導入して燃料電池に供給する酸化剤ガス供給路と、酸化剤ガス導入路に配置された酸化剤ガス導入装置と、低温領域における酸化剤ガス供給路に配置され、低温領域に導入された酸化剤ガスを吸入する酸化剤ガス吸入装置と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、酸化剤ガス導入路の開口部と、酸化剤ガス供給路の開口部とを低温領域に配置するだけの簡素な構成により空気の流れを形成するので、製造コストの増加を抑制しつつ、高温領域からの伝熱によって低温領域が昇温することを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。

【図2】図２は、第２実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。

【図3】図３は、第３実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。

【図4A】図４Ａは、第４実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。

【図4B】図４Ｂは、図４Ａで示した第４実施形態に係る燃料電池システムの変形例を示す概略構成図である。

【図4C】図４Ｃは、図４Ａ、Ｂで示した第４実施形態に係る燃料電池システムの変形例を示す概略構成図である。

【図4D】図４Ｄは、図４Ａ〜Ｃで示した第４実施形態に係る燃料電池システムの変形例を示す概略構成図である。

【図4E】図４Ｅは、図４Ａ〜Ｄで示した第４実施形態に係る燃料電池システムの変形例を示す概略構成図である。

【図5A】図５Ａは、第５実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。

【図5B】図５Ｂは、図５Ａで示した第５実施形態に係る燃料電池システムの変形例を示す概略構成図である。

【図6A】図６Ａは、第６実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。

【図6B】図６Ｂは、図６Ａで示した第６実施形態に係る燃料電池システムの変形例を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

−第１実施形態−
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システム１００の概略構成図である。

【0012】

本実施形態に係る燃料電池システム１００は例えば車両等に搭載される。図示するように、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１と、燃料電池１が発電するために必要な補機類２と、空気導入路３と、ブロア４と、空気供給路５と、燃料供給路６と、電気通路７と、排気管８と、筐体９とを含んで構成される。なお、図示する各構成はあくまでも概略図であって、各構成の形状や上下左右の方向を特定する趣旨ではない。

【0013】

燃料電池スタック１（以下、単に「燃料電池１」という）は、複数の燃料電池または燃料電池の単位セルを積層して構成される。本実施形態では、発電源である燃料電池を構成する単位セルは、固体酸化物形燃料電池（SOFF：Solid Oxide Fuel Cell）である。すなわち、燃料電池１は、例えば、８００℃〜１０００℃の好適な作動温度で燃料及び酸化剤（空気）の供給を受けて発電を行う。

【0014】

補機類２は、燃料電池１が発電するために必要となる機器類のうち、発電時に加熱する、あるいは加熱される機器類である。具体的には、本実施形態の補機類２は、例えば蒸発器、熱交換器、改質器、燃焼器（排気燃焼器）等を含む。

【0015】

蒸発器は、燃料供給路６に設けられ、燃料供給路６を介して供給された燃料を気化させ、熱交換器に供給する。なお、蒸発器は、後述する排気燃焼器から排出される排気の熱を利用して燃料を気化させる。

【0016】

熱交換器は、空気供給路５、および燃料供給路６にそれぞれ設けられる。空気供給路５に設けられる熱交換器は、排気燃焼器から排出される排気の熱を利用して空気を加熱する。燃料供給路６に設けられる熱交換器は、蒸発器よりも下流側において排気燃焼器と隣接して配置され、排気燃焼器から伝熱してくる熱を利用して、蒸発器において気化した燃料をさらに加熱する。

【0017】

改質器は、図示しない燃料タンク等の燃料貯留部から燃料供給路６を介して供給される改質前の燃料を、改質用触媒によって燃料電池１の発電に用いるために適切な状態の燃料ガスに改質する。改質器で改質された燃料は、燃料電池１に供給され、発電に利用される。

【0018】

排気燃焼器は、不図示の排出通路を介して燃料電池１から排出されるアノードオフガスとカソードオフガスを触媒燃焼させ、二酸化炭素や水を主成分とする燃焼ガス（排気ガス）を生成する。なお、上述のとおり、排気燃焼器は熱交換器と隣接する様に配置されるため、排気燃焼器の触媒燃焼による熱は熱交換器に伝熱され、伝熱された熱は燃料を加熱するために利用される。排気燃焼器で生成された排気ガスは、排気管８を介して筐体９の外部へ排出される。

【0019】

以上が補機類２の具体例である。燃料電池１および補機類２は、上述のとおり高い熱を発するので、外部への放熱を抑制するために断熱材１０の内部に収容される。換言すると、断熱材１０は、燃料電池１および補機類２の放熱を抑制するために、燃料電池１および補機類２を取り囲むように設けられる。なお、図１における断熱材１０は矩形形状であるが、実際の形状はこれに限られない。燃料電池１および補機類２を取り囲むように設けられる限り、断熱材１０の形状は特に限定されない。

【0020】

断熱材１０は、例えばシリカ系セラミックス等の断熱材料で構成される。断熱材１０が筐体９の内部において燃料電池１および補機類２を取り囲むように設けられることにより、燃料電池１および補機類２の熱が外部へ放熱するのを抑制することができる。この断熱材１０で取り囲まれた領域を以下では「高温領域Ｈ」と称する。

【0021】

一方で、筐体９の内部における断熱材１０の外側の領域を、以下では「低温領域Ｌ」と称する。すなわち、本実施形態の燃料電池システム１００が備える筐体９は、断熱材１０により区画された高温領域Ｈと低温領域Ｌとを有している。筐体９は、燃料電池システム１００のハウジングであって、例えば、ステンレス又はステンレスに類する熱伝導率および水密性を有する所望の金属材料により形成される。なお、本実施形態の筐体９は、断熱材１０を構成する材料よりも高い熱伝導率を有する材料で構成されることが好ましい。これにより低温領域を低温に維持できる。

【0022】

空気導入路３は、筐体９の外部から筐体９の内部に空気（酸化剤ガス、カソードガス）を導入するための通路（例えば配管）である。空気導入路３の筐体９の内部側の開口部３ａ（導入開口部３ａ）は、低温領域Ｌに配置される。

【0023】

また、空気導入路３は、空気導入装置としてのブロア４を備える、本実施形態のブロア４は、筐体９の外部に配置される。これにより、筐体９の外気を空気導入路３を介して筐体９内に積極的に導入することができる。ここで、筐体９は、通常常温領域に設置されるので、筐体９の近傍の外気は、断熱材１０の内部（高温領域Ｈ）の温度よりも低い。このため、筐体９の外気が筐体９の内部に導入されることにより、筐体９の内部の温度を高温領域Ｈよりも低くすることができる。

【0024】

すなわち、ブロア４を用いて筐体９の外気を一定の気密性を有する筐体９の内部に空気導入路３を介して導入することにより、筐体９の内部における断熱材１０の外側の領域（低温領域Ｌ）を、高温領域Ｈよりも温度の低い状態に保つことができる。また、ブロア４を用いることにより、筐体９内に導入する空気量を増加させることができるので、低温領域Ｌの冷却効果を高めることができるとともに、後述する空気供給路５を介して燃料電池１に供給される空気量を増加させることができる。

【0025】

またさらに、ブロア４を用いて筐体９へ導入する空気量を増加させることにより、筐体９の内部を加圧し、大気圧よりも高い正圧にすることができるので、筐体９の外部から内部へ水や埃等が侵入し難くし、筐体９の水密性をより向上させることができる。なお、空気導入手段としては、ブロアに限らず、ファンやコンプレッサ等でもよい。

【0026】

空気供給路５は、筐体９の外部から空気導入路３を介して導入された低温領域Ｌ内の空気を断熱材１０内に導入するとともに、補機類２（熱交換器等）を介して燃料電池１に供給するための通路である。そのため、空気供給路５の断熱材１０の外側の開口部５ａ（供給開口部５ａ）は、低温領域Ｌに配置される。また、空気供給路５は、空気を燃料電池１へ供給するために必要な空気供給用部品５ｃを備える。空気供給用部品５ｃは、例えば空気の流量を調整するバルブ等である。空気供給用部品５ｃは、低温領域Ｌに配置される。

【0027】

燃料供給路６は、筐体９の外部に設けられた不図示の燃料タンクに貯蔵された燃料を筐体９内の低温領域Ｌを通して断熱材１０内に導入するとともに、補機類２（蒸発器、改質器等）を介して燃料電池１に供給するための通路である。また、燃料供給路６は、燃料を燃料電池１へ供給するために必要な燃料供給用部品６ｃを備える。燃料供給用部品６ｃは、例えば燃焼器に燃料を供給するためのインジェクタ等である。燃料供給用部品６ｃは、低温領域Ｌに配置される。

【0028】

電気通路７は、筐体９の外部に設けられた不図示の電源からの電気を燃料電池１および補機類２に供給するための電源線、および、燃料電池１および補機類２を制御するための制御信号を送信するための信号線などが通るための通路である。また、電気通路７には、燃料電池１および補機類２を動作させ、制御するために必要な電気部品（電装品）７ｃを備える。電気部品７ｃは、例えば燃料電池システムを統括するコントローラや、電力を変換するためのインバータ等である。電気部品７ｃは、低温領域Ｌに配置される。

【0029】

なお、上記の空気供給用部品５ｃ、燃料供給用部品６ｃ、および電気部品７ｃも燃料電池１の発電に用いられる機器であるため、一般的にはいわゆる「補機類」に含まれる。しかしながら、空気供給用部品５ｃ、燃料供給用部品６ｃ、および電気部品７ｃ等の低温領域Ｌに配置される機器は、低温ないし常温であることが望ましく、加熱を要求されないので、本明細書における「補機類２」には含まれない。また、本実施形態における低温領域Ｌに配置される機器は、空気供給用部品５ｃ、燃料供給用部品６ｃ、および電気部品７ｃの少なくとも一つ以上であればよい。

【0030】

また、図示しないが、筐体９において空気供給路５、燃料供給路６、および電気通路７が通る孔には、筐体９の気密性あるいは水密性を高めるためのシール材が設けられていてもよい。シール材は、例えば、車両用のリップパッキン、スクィーズドパッキン（Ｏリング）、又はガスケット等である。

【0031】

上述のとおり、低温領域Ｌには、筐体９の外部から高温領域Ｈよりも低い低温の空気が導入され、導入された空気は、供給開口部５ａまで流れて断熱材１０の内部に配置された燃料電池１へ供給される。すなわち、低温領域Ｌでは、上記文献に開示されたような構造よりも簡素な構成によって、導入開口部３ａから供給開口部５ａまでの低温な空気の流れが形成される。

【0032】

また、上記文献に開示された構造では、断熱材の周囲に空気を流すための空間を設けているが、当該空間の構造的な複雑さに起因する圧力損失により空気の流れが妨げられる場合があった。しかしながら、本実施形態では、低温領域Ｌにおいて導入開口部３ａと供給開口部５ａとを配置するだけの簡素な構成により空気の流れを形成しているので、従来のような圧力損失が生じることによって空気の流れが妨げられることがない。

【0033】

そして、筐体９の内部に導入された低温の空気は、低温領域Ｌに配置された空気供給用部品５ｃ、燃料供給用部品６ｃ、および、電気部品７ｃ（以下これらをまとめて「内部部品」という）と、断熱材１０の外表面の少なくとも一部と接して熱交換し、それらの温度を低下させることができる。このように、本実施形態の燃料電池システム１００は、従来に比べて簡素な構成により低温領域Ｌでの低温な空気の流れを形成することによって、製造コストを増加させることなく、高温領域Ｈから内部部品等への伝熱を抑制するとともに、内部部品を冷却することができる。

【0034】

以上、第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、燃料ガスおよび酸化剤ガスで発電を行う燃料電池１と、燃料電池１を含む高温領域Ｈを取り囲むように設けられた断熱材１０と、断熱材１０を収容し、断熱材１０の外部に低温領域Ｌを有する筐体９と、低温領域Ｌに配置され、燃料電池１の発電に用いられる機器と、酸化剤ガスを筐体９の外部から低温領域Ｌに導入する酸化剤ガス導入路（空気導入路３）と、低温領域Ｌに導入された酸化剤ガスを断熱材１０の内部に導入して燃料電池１に供給する酸化剤ガス供給路（空気供給路５）と、酸化剤ガス導入路（空気導入路３）に配置された酸化剤ガス導入装置（ブロア４）と、を備える。これにより、空気導入路３の導入開口部３ａと、空気供給路５の供給開口部５ａとを低温領域Ｌに配置するだけの簡素な構成により空気の流れを形成するので、製造コストの増加を抑制しつつ、高温領域Ｈからの伝熱によって低温領域Ｌが昇温することを抑制することができる。

【0035】

また、第１実施形態の燃料電池システムによれば、酸化剤ガス導入装置としてのブロア４は、筐体９の外部に配置される。これにより、ブロア４により筐体９の内部スペースが狭められないので、筐体９内のレイアウト性を向上することができる。または、筐体９をより小型化することができる。

【0036】

−第２実施形態−
以下、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0037】

図２は、第２実施形態の燃料電池システム２００を説明する概略構成図である。燃料電池システム２００が燃料電池システム１００と異なる点は、ブロア４の配置である。

【0038】

図示するとおり、本実施形態のブロア４は、筐体９の内部の低温領域Ｌに配置される。これにより、ブロア４が筐体９の外部に配置されることにより外部環境にさらされる場合に比べて、ブロア４の防水性を向上させることができる。結果として、ブロア４が雨などによって濡れることを防止するための防水構造等を別個に設ける必要がなくなるので、燃料電池システム２００の構造を複雑化させることなく、燃料電池システム２００全体の防水性を向上させることができる。

【0039】

以上、第２実施形態の燃料電池システム２００によれば、ブロア４は、筐体９の内部には配置される。これにより、燃料電池システム２００の構造を複雑化させることなく、燃料電池システム２００全体の防水性を向上させることができる。

【0040】

−第３実施形態−
以下、第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0041】

図３は、第３実施形態の燃料電池システム３００を説明する概略構成図である。燃料電池システム３００が燃料電池システム１００、２００と異なる点は、筐体９の内部における断熱材１０の配置に以下の限定を加えた点である。

【0042】

すなわち、燃料電池システム３００に係る断熱材１０は、断熱材１０の周囲と筐体９の内面との間に、低温領域Ｌと連続（連通）する空間が形成されるように設けられる。ここでの「断熱材１０の周囲」とは、断熱材１０の接地面（重力方向における下側の面）以外の面、または、接地面も含む全面である。なお、「断熱材１０の周囲」を接地面も含む全面とする場合は、例えば、接地面にスペーサ等の空間確保用部材を設ける、あるいは断熱材１０を筐体９の内部において上からつるし接地面を浮かせる等することで、接地面と筐体９との間において低温領域Ｌと連続する空間を確保することができる。

【0043】

これにより、断熱材１０の外面と低温領域Ｌとの接触面をより広くすることができるので、断熱材１０の外面の温度をより低下させることができる。結果として、高温領域Ｈから内部部品等への伝熱をより抑制することができるとともに、内部部品をより効率的に冷却することができる。

【0044】

以上、第３実施形態の燃料電池システム３００によれば、断熱材１０の周囲と筐体９の内面との間に低温領域Ｌと連続する空間が形成される。これにより、低温領域Ｌの空気と断熱材１０の外面との接触面をより広くすることができるので、断熱材１０の外面の温度をより低下させることができる。

【0045】

−第４実施形態−
以下、第４実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0046】

図４Ａ〜図４Ｅは、第４実施形態の燃料電池システム４００を説明する概略構成図である。燃料電池システム４００が燃料電池システム１００〜３００と異なる点は、導入開口部３ａ、供給開口部５ａ、燃料供給用部品６ｃ、および電気部品７ｃの配置関係に以下の限定を加えた点である。なお、以下では、燃料供給用部品６ｃと、電気部品７ｃとをまとめて「被冷却部品」とも称する。

【0047】

本実施形態に係る被冷却部品は、導入開口部３ａの近傍、または、供給開口部５ａの近傍、もしくは、導入開口部３ａおよび供給開口部５ａにおけるそれぞれの空気の流れ方向の延長線上に配置される。

【0048】

図４Ａ、４Ｂは、被冷却部品が導入開口部３ａの近傍に配置された燃料電池システム４００を示す概略構成図である。図４Ａではブロア４が筐体９の外部に配置されており、図４Ｂではブロア４が筐体９の内部に配置されている。

【0049】

図示するとおり、被冷却部品が導入開口部３ａの吹き出し口の近く、もしくは空気導入路３の導入開口部３ａから吹出される空気の流れ方向（吹き出し方向）に沿って延びる延長線上に配置されると、被冷却部品の表面を流れる空気量が増加する（図中の点線矢印参照）。その結果、被冷却部品の表面と空気との熱交換がより効率よく行われるので、被冷却部品をより効果的に冷却することができる。なお、同図における被冷却部品は、導入開口部３ａに近い順に、電気部品７ｃ、燃料供給用部品６ｃと配置されているが、逆の配置であってもよい。また、駆動中により温度が高くなる部品、あるいは耐熱性能がより低い部品が導入開口部３ａにより近づくように配置してもよい。

【0050】

図４Ｃ、図４Ｄは、被冷却部品が供給開口部５ａの近傍に配置された燃料電池システム４００を示す概略構成図である。図４Ｃではブロア４が筐体９の外部に配置されており、図４Ｂではブロア４が筐体９の内部に配置されている。

【0051】

図示するとおり、被冷却部品が供給開口部５ａの吸い込み口の近く、もしくは空気供給路５の供給開口部５ａから吸入される空気の流れ方向（吸い込み方向）に沿って延びる延長線上に配置されると、被冷却部品の表面を流れる空気量が増加する（図中の点線矢印参照）。その結果、被冷却部品の表面と空気との熱交換が効率よく行われるので、被冷却部品を効果的に冷却することができる。なお、同図における被冷却部品は、供給開口部５ａに近い順に、燃料供給用部品６ｃ、電気部品７ｃと配置されているが、逆の配置であってもよい。また、駆動中により温度が高くなる部品、あるいは耐熱性能がより低い部品を供給開口部５ａにより近づくように配置してもよい。なお、導入開口部３ａと供給開口部５ａとを結ぶ線上に配置されるのであれば、燃料供給用部品６ｃおよび電気部品７ｃのいずれか一方が導入開口部３ａおよび供給開口部５ａのいずれか一方に近づくように配置される必要は必ずしもなく、それぞれ均等な距離に配置されてもよい。

【0052】

また、図４Ｅで示すように、導入開口部３ａと供給開口部５ａとを、その開口面が向かい合うように構成するとともに、被冷却部品を導入開口部３ａと供給開口部５ａとを結ぶ直線上に配置してもよい。このように配置することにより、被冷却部品全体の表面を流れる空気量がより増加するので（図中の点線矢印参照）、被冷却部品の表面と空気との熱交換がより効率よく行われ、被冷却部品を効果的に冷却することができる。

【0053】

以上、第４実施形態の燃料電池システム４００によれば、被冷却部品は、低温領域Ｌに位置する導入開口部３ａ、または低温領域Ｌに位置する供給開口部５ａの近傍に配置される。これにより、被冷却部品の表面を流れる空気量が増加するので、被冷却部品の表面と空気との熱交換がより効率よく行われ、被冷却部品をより効果的に冷却することができる。

【0054】

また、第４実施形態の燃料電池システム４００によれば、低温領域Ｌにおける導入開口部３ａの吹き出し方向の延長線上、または低温領域Ｌにおける供給開口部５ａの吸い込み方向の延長線上に配置される。これにより、被冷却部品の表面を流れる空気量が増加するので、被冷却部品の表面と空気との熱交換がより効率よく行われ、被冷却部品をより効果的に冷却することができる。

【0055】

−第５実施形態−
以下、第５実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0056】

図５Ａ、図５Ｂは、第５実施形態の燃料電池システム５００を説明する概略構成図である。燃料電池システム５００が燃料電池システム１００〜４００と異なる点は、導入開口部３ａに空気の流れ方向を変更するためのスワラ１１をさらに設けた点である。

【0057】

図５Ａではブロア４が筐体９の外部に配置されており、図５Ｂではブロア４が筐体９の内部に配置されている。いずれの態様であっても、導入開口部５ａにスワラ１１を備えることにより、導入開口部５ａから吹出される空気の流れ方向、および、流量を制御することができる。これにより、被冷却部品に対する空気の流れ方向および流量を適切に調整することができるので、被冷却部品に対する冷却効果を向上させることができる。

【0058】

また、スワラ１１によって導入開口部５ａからの空気の流れ方向を制御することができるので、被冷却部品の配置、空気導入路３の設置場所、および、導入開口部５ａの開口面を向ける方向等のレイアウトに関する自由度を向上させることができる。

【0059】

なお、空気の流れ方向を変更する手段としては、スワラ１１に限らず、プロペラやノズル等であってもよい。

【0060】

以上、第５実施形態の燃料電池システム５００は、低温領域Ｌにおける導入開口部３ａに配置され、低温領域Ｌに導入された空気の流れ方向を変更するスワラ１１をさらに備える。これにより、被冷却部品に対する空気の流れ方向および流量を適切に調整することができるので、被冷却部品に対する冷却効果を向上させることができる。

【0061】

−第６実施形態−
以下、第６実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0062】

図６Ａ、図６Ｂは、第６実施形態の燃料電池システム６００を説明する概略構成図である。燃料電池システム６００が燃料電池システム１００〜５００と異なる点は、低温領域Ｌにおける空気供給路５に、低温領域Ｌの空気を積極的に吸入するための空気吸入手段をさらに設けた点である。

【0063】

図６Ａは、空気吸入装置としてブロア１２を設けた燃料電池システム６００を説明する概略構成図である。空気供給路５にブロア１２が設けられることにより、空気供給路５に吸入される低温領域Ｌの空気量を増加させることができる。これにより、燃料電池１への空気供給量を増加させることができる。また、低温領域Ｌを流れる空気の量あるいは速さを増加させることができるので、内部部品の冷却効果を向上させることができる。

【0064】

また、ブロア１２によって空気供給路５へ吸引される空気量を増加させることによって、筐体９内における低温領域Ｌの圧力を低くすることができる。その結果、ブロア１２を備えず、筐体９の内部が強い正圧状態となり得る場合と比べて、筐体９の耐圧性能を軽減し、シール構造を簡素化することができる。これにより、筐体９をより軽量化することができるとともに、筐体９の製造コストを低減することができる。

【0065】

図６Ｂは、空気吸入装置としてジェットポンプ１３を設けた燃料電池システム６００を説明する概略構成図である。空気供給手段としてジェットポンプ１３を用いる場合は、ジェットポンプ１３は、図示するとおり、空気導入路３と空気供給路５とに接続される。そして、ジェットポンプ１３は、空気導入路３からジェットポンプ１３を介して空気供給路５へ空気が流れる際に、いわゆるベンチュリ効果によって低温領域Ｌの空気を吸入する。これにより、ブロア１２と同様、空気供給路５に吸入される低温領域Ｌの空気量を増加させることができる。

【0066】

以上、第６実施形態の燃料電池システム６００によれば、低温領域Ｌにおける空気供給路５に配置され、低温領域Ｌに導入された空気を吸入する吸入手段（ブロア１２、またはジェットポンプ１３）をさらに備える。これにより、低温領域Ｌを流れる空気の量あるいは速さを増加させることができるので、内部部品の冷却効果を向上させることができる。

【0067】

以上が、本発明が適用される各実施形態の詳細である。ただし、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。上記実施形態に対し、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内で様々な変更及び修正が可能である。

【0068】

例えば、上記実施形態では、燃料電池１が固体酸化物形燃料電池により構成される例を説明した。しかしながら、燃料電池１は、固体高分子形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、又はりん酸形燃料電池等の作動時に発熱を伴う他の種類の燃料電池により構成してもよい。

【0069】

なお、上記の各実施形態は、矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせ可能である。

【符号の説明】

【0070】

１…燃料電池
２…補機類
３…酸化剤ガス導入路（空気導入路）
３ａ…開口部（導入開口部）
４…酸化剤ガス導入装置（ブロア）
５…酸化剤ガス供給路（空気供給路）
５ａ…開口部（供給開口部）
７ｃ…機器（電気部品）
９…筐体
１０…断熱材
１１…流路変更手段（スワラ）
１２…酸化剤ガス吸入装置（ブロア）
１３…酸化剤ガス吸入装置（ジェットポンプ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】