特開 2024-34142 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024034142

(43)【公開日】2024-03-13

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20240306BHJP

   H01M 8/2475 20160101ALI20240306BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20240306BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 Z

H01M8/2475

H01M8/10 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022138196

(22)【出願日】2022-08-31

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】明本 斉

(72)【発明者】

【氏名】垣見 洋輔

(72)【発明者】

【氏名】富本 尚也

(72)【発明者】

【氏名】立川 克之

(72)【発明者】

【氏名】中村 健

【テーマコード（参考）】

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H126BB06

5H126FF10

5H127AA06

5H127AB04

5H127BA02

5H127BA28

5H127BA33

5H127BA39

5H127BA57

5H127BA58

5H127BA59

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB26

5H127BB37

5H127BB39

5H127BB40

5H127CC07

5H127EE02

5H127EE03

5H127EE04

5H127EE24

5H127EE29

(57)【要約】

【課題】燃料電池スタックから排出される排ガスが供給流路に流入することを抑制する。
【解決手段】燃料電池システム１０は、酸素ガスと燃料ガスとの反応によって発電を行う燃料電池スタック２１、酸素ガスを含む気体を燃料電池スタック２１に供給する供給流路３４、及び燃料電池スタック２１から排ガスが排出される排出流路３７を有する燃料電池ユニット１１と、燃料電池ユニット１１を収容する筐体１２と、を備える。供給流路３４には、筐体１２の内部に開口し、気体を筐体１２の内部から供給流路３４に流入させる流入口３１が形成されている。排出流路３７には、筐体１２の内部に開口し、排ガスを排出流路３７から流出させる流出口３９が形成されている。流入口３１は、流出口３９よりも重力方向Ｚの下方に位置する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸素ガスと燃料ガスとの反応によって発電を行う燃料電池スタック、前記酸素ガスを含む気体を前記燃料電池スタックに供給する供給流路、及び前記燃料電池スタックから排ガスが排出される排出流路を有する燃料電池ユニットと、
前記燃料電池ユニットを収容する筐体と、を備える燃料電池システムであって、
前記供給流路には、前記筐体の内部に開口し、前記気体を前記筐体の内部から前記供給流路に流入させる流入口が形成され、
前記排出流路には、前記筐体の内部に開口し、前記排ガスを前記排出流路から流出させる流出口が形成され、
前記流入口は、前記流出口よりも重力方向の下方に位置することを特徴とする燃料電池システム。

【請求項2】

前記排出流路には、前記燃料電池スタックの内部に開口し、前記燃料電池スタックの内部から前記排出流路に前記排ガスを排出させる排出口が形成され、
前記排出口と前記流出口との間の前記排出流路は、前記重力方向における前記流出口以上の位置にある請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記流入口から前記流出口に向かう前記気体の流れを前記筐体の内部に発生させるファンを備える請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記筐体は、上壁と、前記上壁よりも前記重力方向の下方に位置する下壁と、前記上壁と前記下壁とを繋ぐ筒状の側壁と、を備え、
前記供給流路は、前記流入口に位置し、前記流入口から前記供給流路に流入する前記気体から異物を除去可能なエアクリーナを備え、
前記流入口は、前記重力方向において前記下壁よりも前記上壁に近い位置にある請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載の燃料電池システムは、燃料電池スタック、供給流路、及び排出流路を有する燃料電池ユニットを備える。燃料電池スタックは、酸素ガスと燃料ガスとの反応によって発電を行う。供給流路は、酸素ガスを含む気体を燃料電池スタックに供給する。排出流路には、燃料電池スタックから排ガスが排出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－７３３０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

燃料電池ユニットが筐体に収容される燃料電池システムにおいては、レイアウトの制約等の理由から、供給流路の流入口と排出流路の流出口とを筐体の内部に開口させる場合がある。流入口を介して、筐体の内部から供給流路に気体が流入する。流出口を介して、排出流路から排ガスが流出する。供給流路から燃料電池スタックに供給された気体から酸素ガスが燃料電池スタックにて消費される。そのため、流出口を介して排出流路から流出する排ガスの酸素濃度は、筐体の内部の気体の酸素濃度よりも低くなる。こうした排ガスが供給流路に流入すると、燃料電池スタックに供給される気体の酸素濃度が低下することにより燃料電池スタックの性能低下が生じるおそれがある。そのため、供給流路への排ガスの流入を抑制することが望まれていた。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決する燃料電池システムは、酸素ガスと燃料ガスとの反応によって発電を行う燃料電池スタック、前記酸素ガスを含む気体を前記燃料電池スタックに供給する供給流路、及び前記燃料電池スタックから排ガスが排出される排出流路を有する燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットを収容する筐体と、を備える燃料電池システムであって、前記供給流路には、前記筐体の内部に開口し、前記気体を前記筐体の内部から前記供給流路に流入させる流入口が形成され、前記排出流路には、前記筐体の内部に開口し、前記排ガスを前記排出流路から流出させる流出口が形成され、前記流入口は、前記流出口よりも重力方向の下方に位置することを特徴とする。

【0006】

上記構成によれば、供給流路から燃料電池スタックに供給された気体から酸素ガスが燃料電池スタックにて消費される。そのため、流出口を介して排出流路から流出する排ガスの酸素濃度は、筐体の内部の気体の酸素濃度よりも低くなる。また、発電に伴う燃料電池スタックの発熱を排ガスが受けることにより、排ガスの温度は筐体の内部の気体の温度よりも高くなる。こうした酸素濃度や温度の違いによって、排ガスよりも酸素濃度の高い気体は、流出口を介して排出流路から流出する排ガスよりも筐体の内部の重力方向の下方に位置することになる。流入口は流出口より重力方向の下方に位置するため、排ガスよりも酸素濃度の高い気体を流入口から供給流路に流入させることができる。したがって、燃料電池スタックから排出される排ガスが供給流路に流入することを抑制できる。

【0007】

燃料電池システムにおいて、前記排出流路には、前記燃料電池スタックの内部に開口し、前記燃料電池スタックの内部から前記排出流路に前記排ガスを排出させる排出口が形成され、前記排出口と前記流出口との間の前記排出流路は、前記重力方向における前記流出口以上の位置にあってもよい。

【0008】

上記構成によれば、燃料電池スタックでの発電によって生成される水が排ガスには含まれるが、この水が排出口から流出口に向かって排出流路を流れやすい。したがって、排ガス中の水を流出口から好適に排出できる。

【0009】

燃料電池システムにおいて、前記流入口から前記流出口に向かう前記気体の流れを前記筐体の内部に発生させるファンを備えてもよい。
上記構成によれば、筐体の内部に流出口から流入口に向かう気体の流れが発生する場合よりも、流出口から流出する排ガスが流入口に向かいにくい。したがって、燃料電池スタックから排出される排ガスが供給流路に流入することをさらに抑制できる。

【0010】

燃料電池システムにおいて、前記筐体は、上壁と、前記上壁よりも前記重力方向の下方に位置する下壁と、前記上壁と前記下壁とを繋ぐ筒状の側壁と、を備え、前記供給流路は、前記流入口に位置し、前記流入口から前記供給流路に流入する前記気体から異物を除去可能なエアクリーナを備え、前記流入口は、前記重力方向において前記下壁よりも前記上壁に近い位置にあってもよい。

【0011】

上記構成によれば、流入口が重力方向において上壁よりも下壁に近い位置にある場合よりも、流入口の位置が筐体の内部での上方に位置する。そのため、エアクリーナのメンテナンスを行う際に、筐体の内部を立ったまま無理のない姿勢で上方から覗き込むことができ、作業者が作業を行える。また、仮に、流入口が重力方向において上壁よりも下壁に近い位置にある場合には、例えば筐体の側壁に設けたメンテナンス用の開口を介してエアクリーナのメンテナンスを行うことが考えられる。こうした場合と比較して、上記構成によれば、作業者がかがんだ無理な姿勢で作業しなくて済む。したがって、エアクリーナのメンテナンスにおける作業効率を向上させることができる。

【発明の効果】

【0012】

この発明によれば、燃料電池スタックから排出される排ガスが供給流路に流入することを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】フォークリフトを示す側面図である。

【図2】筐体を示す斜視図である。

【図3】燃料電池ユニットを示す概略図である。

【図4】第１実施形態の燃料電池システムを示す断面図である。

【図5】第２実施形態の燃料電池システムを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［第１実施形態］
以下、燃料電池システムを具体化した第１実施形態を図面にしたがって説明する。
＜燃料電池システム＞
図１に示すように、燃料電池システム１０は、燃料電池ユニット１１と、燃料電池ユニット１１を収容する筐体１２と、を備えている。燃料電池システム１０は、フォークリフトＦに搭載されている。なお、燃料電池システム１０は、フォークリフトＦ以外の産業車両に適用してもよいし、さらに、産業車両以外の車両、例えば乗用車、バス、トラック等に適用してもよい。

【0015】

＜筐体＞
図１及び図２に示すように、筐体１２は、上壁１２ｂと、下壁１２ａと、側壁１２ｃと、を備えている。側壁１２ｃは、上壁１２ｂと下壁１２ａとを繋ぐ筒状である。なお、筐体１２が水平面上に置かれているものとして重力方向をＺ軸で示し、水平面に沿う方向をＸ軸とＹ軸で示す。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、互いに直交する。重力方向を以下では重力方向Ｚともいう。Ｘ軸の延びる方向を第１方向Ｘともいい、Ｙ軸の延びる方向を第２方向Ｙともいう。

【0016】

図２に示すように、下壁１２ａは、上壁１２ｂよりも重力方向Ｚの下方に位置する。下壁１２ａと上壁１２ｂとは重力方向Ｚにおいて対向する。側壁１２ｃは、第１方向Ｘにおいて互いに対向する第１側壁１２ｄ及び第２側壁１２ｅを備えている。第１側壁１２ｄには、通気口１２ｆが複数形成されている。通気口１２ｆは、第１側壁１２ｄを貫通する貫通孔である。

【0017】

上壁１２ｂの少なくとも一部は、筐体１２から取り外し可能であってもよい。本実施形態では、上壁１２ｂの全体が筐体１２から取り外し可能である。筐体１２から上壁１２ｂを取り外すことにより、筐体１２の上部が開口する。この上部の開口を介して、筐体１２の内部の部材のメンテナンスが可能となる。

【0018】

側壁１２ｃの一部は、側壁１２ｃのその他の部分から取り外し可能であってもよい。側壁１２ｃのうちで取り外し可能な部分を小壁部１２ｇという。本実施形態の小壁部１２ｇは、第１側壁１２ｄにおける重力方向Ｚの下方に位置している。小壁部１２ｇは、第１側壁１２ｄの一部を構成する。小壁部１２ｇが側壁１２ｃから取り外されることで、第１側壁１２ｄの一部が開口する。この開口を介して、筐体１２の内部の部材のメンテナンスが可能となる。

【0019】

＜フォークリフト＞
図１に示すように、フォークリフトＦは、座席Ｆａを有している。フォークリフトＦは、座席Ｆａの下方に収容部Ｆｂを有している。収容部Ｆｂには燃料電池システム１０が収容されている。フォークリフトＦは、燃料電池システム１０の燃料電池ユニット１１により発電された電力により動作する。

【0020】

燃料電池システム１０がフォークリフトＦに搭載された状態で、フォークリフトＦの左右方向が第１方向Ｘに一致し、かつフォークリフトＦの前後方向が第２方向Ｙに一致するように、筐体１２は位置している。筐体１２の上壁１２ｂは、フォークリフトＦの座席Ｆａの下方に位置する。

【0021】

図３に示すように、フォークリフトＦは、負荷９１と、電力変換部９２と、キースイッチ９３と、を備える。負荷９１は、電力によって駆動する装置である。負荷９１は、例えば、電力によって駆動する電動機である。この電動機の駆動によってフォークリフトＦは走行する。

【0022】

電力変換部９２は、燃料電池ユニット１１から電力変換部９２に入力された電力を変換して出力する。電力変換部９２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及びインバータを含む。電力変換部９２から出力された電力は負荷９１に供給される。これにより負荷９１は駆動する。

【0023】

キースイッチ９３は、フォークリフトＦのユーザによって操作される。ユーザによる操作によって、キースイッチ９３はオンとオフとで切り替えられる。以下の説明において、キースイッチ９３がオフされることをキーオフと称し、キースイッチ９３がオンされることをキーオンと称する場合がある。

【0024】

＜燃料電池ユニット＞
燃料電池ユニット１１は、カソード系３０と、アノード系６０と、冷却系７０と、希釈器６９と、制御部８０と、を有する。燃料電池ユニット１１は、燃料電池スタック２１を有する。燃料電池スタック２１は、例えば、固体高分子形燃料電池である。燃料電池スタック２１は、複数の燃料電池セル２２を備える。燃料電池セル２２は、アノードガスが供給されるアノード極と、カソードガスが供給されるカソード極と、アノード極とカソード極との間に配置されている電解質膜と、を備える。燃料電池セル２２は、セパレータによって挟まれている。

【0025】

カソード系３０は、カソードガスが流れるカソード流路２３を備える。カソード流路２３は、例えば、燃料電池スタック２１におけるカソード極に向かい合うセパレータに設けられている。

【0026】

アノード系６０は、アノードガスが流れるアノード流路２６を備える。アノード流路２６は、例えば、燃料電池スタック２１におけるアノード極に向かい合うセパレータに設けられている。アノード流路２６は、アノード導入口２７と、アノード排出口２８と、を備える。アノードガスは、アノード導入口２７からアノード流路２６に流入し、アノード排出口２８からアノード流路２６外に流出する。

【0027】

アノード流路２６を流れるアノードガスと、カソード流路２３を流れるカソードガスと、が反応することにより、燃料電池スタック２１は発電を行う。カソードガスは、酸素ガスである。アノードガスは、燃料ガスである。したがって、燃料電池スタック２１は、酸素ガスと燃料ガスとの反応によって発電を行う。燃料ガスとしては、例えば、水素ガスを挙げることができる。

【0028】

アノード系６０は、タンク６１と、アノードガス供給部６２と、供給路６３と、循環路６４と、気液分離器６５と、循環ポンプ６６と、排気排水弁６７と、を備える。
タンク６１は、アノードガスを貯留している。アノードガス供給部６２には、タンク６１からアノードガスが供給される。アノードガス供給部６２は、燃料電池スタック２１に供給されるアノードガスの量を調整するための部材である。燃料電池スタック２１に供給されるアノードガスの量は、アノードガス供給部６２を制御することで調整可能である。アノードガス供給部６２としては、例えば、インジェクタなどの電磁弁を用いることができる。

【0029】

供給路６３は、アノードガス供給部６２とアノード導入口２７とを接続している。アノードガス供給部６２から噴射されたアノードガスは、供給路６３を通じて燃料電池スタック２１に供給される。

【0030】

循環路６４は、アノード排出口２８と供給路６３とを接続している。循環路６４には、アノード排ガスが流れる。アノード排ガスは、未反応のアノードガスと、生成水と、を含む。生成水とは、燃料電池スタック２１での発電によって生成される水である。循環路６４は、アノード排ガスに含まれる未反応のアノードガスを供給路６３に戻すための通路である。

【0031】

気液分離器６５は、循環路６４に設けられている。気液分離器６５は、アノード排ガスをアノードガスと生成水とに分離する。アノード排ガスから分離された生成水は、気液分離器６５に貯留される。

【0032】

循環ポンプ６６は、循環路６４に設けられている。循環ポンプ６６は、気液分離器６５によってアノード排ガスから分離されたアノードガスを供給路６３に供給する。これにより、アノードガスが循環する。

【0033】

排気排水弁６７は、気液分離器６５に接続されている。排気排水弁６７は、開状態と閉状態に切り替えられる。排気排水弁６７が開状態になると、気液分離器６５から生成水が排出される。排気排水弁６７は、気液分離器６５に貯留される生成水の量が閾値を上回った場合に閉状態から開状態に切り替えられてもよい。排気排水弁６７は、所定の時間間隔毎に閉状態から開状態に切り替えられてもよい。

【0034】

気液分離器６５は、希釈器６９に接続されている。排気排水弁６７が開状態になると、気液分離器６５に貯留された生成水及びアノード排ガスが希釈器６９に供給される。
カソード系３０は、供給流路３４、及び排出流路３７を備える。言い換えると、燃料電池ユニット１１は、供給流路３４、及び排出流路３７を有する。カソード系３０は、電動圧縮機３２と、インタークーラ３３と、封止弁４０と、調圧弁４１と、を備える。

【0035】

図３及び図４に示すように、供給流路３４には流入口３１が形成されている。流入口３１は、例えば供給流路３４の上流端に位置する。流入口３１は、筐体１２の内部に開口する。流入口３１は、酸素を含む気体Ｇ１を筐体１２の内部から供給流路３４に流入させるものである。

【0036】

供給流路３４は、エアクリーナ３１ａを備える。エアクリーナ３１ａは、流入口３１に位置する。エアクリーナ３１ａは、流入口３１から供給流路３４に流入する気体Ｇ１から異物を除去可能である。流入口３１に流入した気体Ｇ１は、エアクリーナ３１ａを通って電動圧縮機３２に供給される。

【0037】

電動圧縮機３２は、電動モータによって駆動する。電動圧縮機３２は、燃料電池スタック２１に気体Ｇ１を供給する。詳細には、電動圧縮機３２は、流入口３１から供給流路３４に流入された気体Ｇ１を圧縮して燃料電池スタック２１に供給する。これにより、供給流路３４は、酸素ガスを含む気体Ｇ１を燃料電池スタック２１に供給する。電動圧縮機３２から燃料電池スタック２１に供給された気体Ｇ１は、カソード流路２３を流れる。

【0038】

インタークーラ３３には、電動圧縮機３２から吐出された気体Ｇ１が供給される。インタークーラ３３は、電動圧縮機３２から供給された気体Ｇ１を冷却する。インタークーラ３３によって冷却された後の気体Ｇ１が燃料電池スタック２１に供給される。

【0039】

供給流路３４には、カソード導入口２４が形成されている。カソード導入口２４は、例えば、供給流路３４の下流端に位置する。カソード導入口２４は、燃料電池スタック２１の内部に開口する。カソード導入口２４を介して、供給流路３４とカソード流路２３とが接続されている。カソード導入口２４を介して、供給流路３４からカソード流路２３に気体Ｇ１が流出する。

【0040】

供給流路３４は、第１供給流路３５と、第２供給流路３６と、を含む。第１供給流路３５は、流入口３１、電動圧縮機３２、及びインタークーラ３３を接続している。第２供給流路３６は、インタークーラ３３とカソード流路２３とを接続している。

【0041】

排出流路３７には、排出口としてのカソード排出口２５が形成されている。カソード排出口２５は、例えば、排出流路３７の上流端に位置する。カソード排出口２５は、燃料電池スタック２１の内部に開口する。カソード排出口２５を介して、排出流路３７とカソード流路２３とが接続されている。カソード排出口２５を介して、カソード流路２３から排出流路３７に排ガスＧ２が流入する。すなわち、カソード排出口２５は、燃料電池スタック２１の内部から排出流路３７に排ガスＧ２を排出させるものである。排出流路３７には、燃料電池スタック２１から排ガスＧ２が排出される。排出流路３７は、排ガスＧ２が流れる通路である。排ガスＧ２は、燃料電池スタック２１から排出されるカソードガスであって、生成水を含んだカソードガスである。供給流路３４から燃料電池スタック２１に供給された気体Ｇ１に含まれる酸素ガスの一部が燃料電池スタック２１の発電に消費される。これにより、燃料電池スタック２１から排出流路３７に排出される排ガスＧ２の酸素濃度は、気体Ｇ１の酸素濃度よりも低い。

【0042】

希釈器６９は、排出流路３７に設けられる。これにより、排出流路３７は、カソード流路２３と希釈器６９とを接続している。排ガスＧ２は、排出流路３７から希釈器６９に排出される。希釈器６９は、気液分離器６５から供給されたアノード排ガスを排ガスＧ２によって希釈して排出する。

【0043】

排出流路３７には流出口３９が形成されている。流出口３９は、排出流路３７のうち、希釈器６９よりも下流側に位置する。流出口３９は、例えば排出流路３７の下流端に位置する。流出口３９は、筐体１２の内部に開口する。流出口３９は、排ガスＧ２を排出流路３７から流出させるものである。流出口３９からは、希釈器６９にて排ガスＧ２によって希釈されたアノード排ガスも排出される。

【0044】

封止弁４０は、供給流路３４に設けられている。本実施形態の封止弁４０は、第２供給流路３６に設けられている。封止弁４０は、第１供給流路３５に設けられていてもよい。封止弁４０は、例えば供給流路３４を封止するバタフライ弁である。封止弁４０は、開状態と閉状態とに切り替えられる。封止弁４０が開状態になると、供給流路３４を介してカソード流路２３に気体Ｇ１が供給される。

【0045】

調圧弁４１は、排出流路３７に設けられている。調圧弁４１は、例えばバタフライ弁である。調圧弁４１の開度が調整されることにより、燃料電池スタック２１の内圧が調整される。調圧弁４１の開度が小さいほど、燃料電池スタック２１の内圧が高まる。封止弁４０及び調圧弁４１が全閉にされると、カソード流路２３が封止される。

【0046】

図３に示すように、冷却系７０は、冷媒循環路７１と、熱交換器７２と、冷媒ポンプ７４と、を備える。冷却系７０は、ファン７３を備える。すなわち、燃料電池システム１０は、ファン７３を備える。

【0047】

冷媒循環路７１は、燃料電池スタック２１と熱交換器７２とを接続している。冷媒ポンプ７４は、冷媒循環路７１に冷媒を循環させる。冷媒としては、例えば、水、不凍液、又は空気が用いられる。冷媒ポンプ７４は、電動モータによって駆動する。

【0048】

熱交換器７２は、例えば、ラジエータである。熱交換器７２は、外気と冷媒との間で熱交換を行ってもよい。ファン７３は、電動モータによって回転する。ファン７３は、熱交換器７２に向けて送風を行う。ファン７３からの送風によって、熱交換器７２の内部の冷媒の冷却効率が高められる。熱交換器７２で冷却された冷媒が冷媒循環路７１によって燃料電池スタック２１に供給されることで、燃料電池スタック２１は冷却される。

【0049】

図４に示すように、熱交換器７２は、筐体１２の第２側壁１２ｅに配置されている。熱交換器７２は、燃料電池スタック２１の側方に配置されている。ファン７３が回転することにより、筐体１２の外部から通気口１２ｆを介して筐体１２の内部に外気が吸入される。筐体１２の内部、すなわち燃料電池ユニット１１の周囲には、通気口１２ｆからファン７３に向かう気体Ｇ１の流れＷが発生する。本実施形態の流れＷは、筐体１２の内部で第１方向Ｘに向かうものである。

【0050】

図３に示すように、制御部８０は、プロセッサ８１と、記憶部８２と、を備える。記憶部８２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）を含む。記憶部８２は、処理をプロセッサ８１に実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。記憶部８２、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。制御部８０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェア回路によって構成されていてもよい。処理回路である制御部８０は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等の１つ以上のハードウェア回路、或いは、それらの組み合わせを含み得る。

【0051】

制御部８０は、燃料電池システム１０の制御を行う。例えば、制御部８０は、燃料電池スタック２１の出力電力［ｋＷ］を制御する。燃料電池スタック２１の出力電力は、燃料電池スタック２１に供給されるカソードガスの量と、燃料電池スタック２１に供給されるアノードガスの量と、によって変化する。燃料電池スタック２１の出力電力は、燃料電池スタック２１の発電電力である。制御部８０は、アノードガス供給部６２を制御することで、燃料電池スタック２１へのアノードガスの供給量を制御する。制御部８０は、電動圧縮機３２を制御することで、燃料電池スタック２１へのカソードガスの供給量を制御する。

【0052】

制御部８０は、例えば、封止弁４０及び調圧弁４１の開度を制御するとともに、ファン７３の回転を制御する。制御部８０は、キースイッチ９３のオンとオフとを判定可能である。制御部８０は、フォークリフトＦがキーオフされると、アノードガスの供給、及びカソードガスの供給を停止することによって燃料電池スタック２１の発電を停止する。制御部８０は、アノード流路２６を封止することによって、アノードガスの供給を停止する。アノード流路２６の封止は、排気排水弁６７を閉状態に維持することで行われる。制御部８０は、カソード流路２３を封止することによって、カソードガスの供給を停止する。カソード流路２３の封止は、封止弁４０及び調圧弁４１を閉状態に維持することで行われる。

【0053】

制御部８０は、フォークリフトＦがキーオンされると、アノードガスの供給、及びカソードガスの供給を行うことによって燃料電池スタック２１の発電を行う。カソードガスの供給が行われる際、制御部８０は、封止弁４０を開状態に維持するとともに、調圧弁４１の開度を調整する。

【0054】

＜筐体内部での流入口及び流出口の位置＞
図４に示すように、流入口３１は、流出口３９よりも重力方向Ｚの下方に位置する。供給流路３４のうち、流入口３１と電動圧縮機３２との間の部分は、例えば、電動圧縮機３２から流入口３１に向けて第１方向Ｘとは反対方向に延びている。流入口３１は、第１方向Ｘとは反対方向に向けて開口している。

【0055】

流入口３１は、筐体１２の第１側壁１２ｄと第１方向Ｘに対向している。より詳細には、流入口３１は、第１側壁１２ｄのうち、小壁部１２ｇに対向している。そのため、小壁部１２ｇが側壁１２ｃから取り外されることによる第１側壁１２ｄの開口を介して、流入口３１に位置するエアクリーナ３１ａのメンテナンスが可能である。

【0056】

筐体１２の通気口１２ｆと流入口３１とは、第１方向Ｘにおいて互いに対向していない。第１側壁１２ｄへの通気口１２ｆの形成位置と、流入口３１の位置とは、重力方向Ｚに互いにずれている。

【0057】

排出流路３７は、カソード排出口２５から流出口３９に向けて第１方向Ｘに延びている。本実施形態において、カソード排出口２５と流出口３９との間の排出流路３７は、重力方向Ｚにおける同じ高さで延びている。したがって、カソード排出口２５と流出口３９との間の排出流路３７は、重力方向Ｚにおける流出口３９と同じ高さの位置にある。

【0058】

流出口３９は、ファン７３と第１方向Ｘに対向している。流出口３９は、第１方向Ｘに向けて開口している。したがって、流入口３１と流出口３９とは、互いに反対方向に向けて開口している。

【0059】

流入口３１は、第１方向Ｘにおいて、第２側壁１２ｅよりも第１側壁１２ｄに近い位置にある。流出口３９は、第１方向Ｘにおいて、第１側壁１２ｄよりも第２側壁１２ｅに近い位置にある。筐体１２の内部において、燃料電池スタック２１よりも第１方向Ｘ側に流出口３９が位置し、燃料電池スタック２１よりも第１方向Ｘとは反対側に流入口３１が位置している。流出口３９は、流入口３１から第１方向Ｘに離れた位置にある。

【0060】

ファン７３の回転によって筐体１２の内部に生じる気体Ｇ１の流れＷは、第１方向Ｘに向かうものである。そのため、気体Ｇ１の流れＷの方向は、流入口３１から流出口３９に向かう方向と一致する。言い換えると、ファン７３は、流入口３１から流出口３９に向かう気体Ｇ１の流れを筐体１２の内部に発生させている。

【0061】

［第１実施形態の作用］
次に、第１実施形態での作用について説明する。
供給流路３４から燃料電池スタック２１に供給された気体Ｇ１から酸素ガスが燃料電池スタック２１にて消費される。そのため、流出口３９を介して排出流路３７から流出する排ガスＧ２の酸素濃度は、筐体１２の内部の気体Ｇ１の酸素濃度よりも低くなる。また、発電に伴う燃料電池スタック２１の発熱を排ガスＧ２が受けることにより、排ガスＧ２の温度は筐体１２の内部の気体Ｇ１の温度よりも高くなる。こうした酸素濃度や温度の違いによって、排ガスＧ２よりも酸素濃度の高い気体Ｇ１は、流出口３９を介して排出流路３７から流出する排ガスＧ２よりも筐体１２の内部の重力方向Ｚの下方に位置することになる。流入口３１は流出口３９より重力方向Ｚの下方に位置するため、排ガスＧ２よりも酸素濃度の高い気体Ｇ１が、流入口３１から供給流路３４に流入しやすい。

【0062】

［第１実施形態の効果］
第１実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１－１）流入口３１は、流出口３９よりも重力方向Ｚの下方に位置する。そのため、排ガスＧ２よりも酸素濃度の高い気体Ｇ１を流入口３１から供給流路３４に流入させることができる。したがって、燃料電池スタック２１から排出される排ガスＧ２が供給流路３４に流入することを抑制できる。

【0063】

燃料電池システム１０において、制約により筐体１２の内部に流入口３１や流出口３９を設ける場合がある。例えば、燃料電池システム１０を搭載する対象に供給流路３４や排出流路３７を配置したり、流入口３１や流出口３９を開口させたりするのが困難な場合や、排ガスＧ２を当該対象から直接排出させると、水素濃度が規定値を超えるおそれがある場合が考えられる。そのような制約があって、筐体１２の内部に流入口３１および流出口３９を設けても、排ガスＧ２が供給流路３４に流入することを抑制できる。

【0064】

（１－２）排出流路３７には、燃料電池スタック２１の内部に開口し、燃料電池スタック２１の内部から排出流路３７に排ガスＧ２を流入させるカソード排出口２５が形成されている。カソード排出口２５と流出口３９との間の排出流路３７は、重力方向Ｚにおける流出口３９以上の位置にある。燃料電池スタック２１での発電によって生成される水が排ガスＧ２には含まれるが、この水がカソード排出口２５から流出口３９に向かって排出流路３７を流れやすい。したがって、排ガスＧ２中の水を流出口３９から好適に排出できる。

【0065】

（１－３）流入口３１から流出口３９に向かう気体Ｇ１の流れＷを筐体１２の内部に発生させるファン７３を備える。そのため、筐体１２の内部に流出口３９から流入口３１に向かう気体Ｇ１の流れが発生する場合よりも、流出口３９から流出する排ガスＧ２が流入口３１に向かいにくい。したがって、燃料電池スタック２１から排出される排ガスＧ２が供給流路３４に流入することをさらに抑制できる。

【0066】

［第２実施形態］
以下、燃料電池システムを具体化した第２実施形態を図面にしたがって説明する。本実施形態では、筐体１２の内部における流入口３１及び流出口３９の位置が第１実施形態とは異なっている。こうした第１実施形態との相違点を中心に以下では説明する。第１実施形態と同じ構成については説明を適宜省略する。

【0067】

図５に示すように、本実施形態における流入口３１は、第１実施形態での流入口３１よりも筐体１２の内部での上部に位置している。流入口３１は、重力方向Ｚにおいて下壁１２ａよりも上壁１２ｂに近い位置にある。上壁１２ｂが筐体１２から取り外されることによる筐体１２の上部の開口を介して、流入口３１に位置するエアクリーナ３１ａのメンテナンスが可能である。流出口３９も同様に、重力方向Ｚにおいて下壁１２ａよりも上壁１２ｂに近い位置にある。これにより、本実施形態においても、流入口３１は流出口３９よりも重力方向Ｚの下方に位置する。また、本実施形態の第１側壁１２ｄからは、小壁部１２ｇが省略されている。

【0068】

第１実施形態と同様に、本実施形態においても、ファン７３の回転によって、流入口３１から流出口３９に向かう気体Ｇ１の流れが筐体１２の内部に発生する。カソード排出口２５と流出口３９との間の排出流路３７は、重力方向Ｚにおける流出口３９と同じ高さの位置にある。

【0069】

第２実施形態によれば第１実施形態と同様の作用を奏することができる。
［第２実施形態の効果］
第２実施形態によれば、第１実施形態の効果と同様の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。

【0070】

（２－１）供給流路３４は、流入口３１に位置し、流入口３１から供給流路３４に流入する気体Ｇ１から異物を除去可能なエアクリーナ３１ａを備える。流入口３１は、重力方向Ｚにおいて下壁１２ａよりも上壁１２ｂに近い位置にある。そのため、流入口３１が重力方向Ｚにおいて上壁１２ｂよりも下壁１２ａに近い位置にある場合よりも、流入口３１の位置が筐体１２の内部での上方に位置する。そのため、エアクリーナ３１ａのメンテナンスを行う際に、筐体１２の内部を立ったまま無理のない姿勢で上方から覗き込むことができ、作業者が作業を行える。また、仮に、流入口３１が重力方向Ｚにおいて上壁１２ｂよりも下壁１２ａに近い位置にある場合には、例えば筐体１２の側壁１２ｃに設けたメンテナンス用の開口を介してエアクリーナ３１ａのメンテナンスを行うことが考えられる。こうした場合と比較して、本実施形態によれば、作業者がかがんだ無理な姿勢で作業しなくて済む。したがって、エアクリーナ３１ａのメンテナンスにおける作業効率を向上させることができる。

【0071】

［変更例］
実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0072】

○ 第２実施形態において、流入口３１は、重力方向Ｚにおいて上壁１２ｂよりも下壁１２ａに近い位置にあってもよい。流出口３９は、重力方向Ｚにおいて上壁１２ｂよりも下壁１２ａに近い位置にあってもよい。

【0073】

○ エアクリーナ３１ａは、流入口３１以外の供給流路３４の部分に設けられてもよい。供給流路３４からエアクリーナ３１ａを省略してもよい。
○ 筐体１２は、上壁１２ｂと、下壁１２ａと、側壁１２ｃと、を備える形状に限らない。要するに筐体１２によって燃料電池ユニット１１を収容可能であれば、筐体１２の形状は変更可能である。

【0074】

○ 筐体１２は収容するのは燃料電池ユニット１１の一部であってもよい。例えば、供給流路３４の一部が筐体１２に収容され、その他の供給流路３４の部分が筐体１２の外部に位置してもよい。この場合も、流入口３１は筐体１２の内部に開口する。例えば、排出流路３７の一部が筐体１２に収容され、その他の排出流路３７の部分が筐体１２の外部に位置してもよい。この場合も、流出口３９は筐体１２の内部に開口する。

【0075】

○ ファン７３が筐体１２の内部に発生させる気体Ｇ１の流れＷは、流入口３１から流出口３９に向かう方向以外の方向に流れるものであってもよい。この場合、ファン７３と通気口１２ｆとの位置関係を調整することにより、筐体１２の内部に発生する気体Ｇ１の流れＷの方向を調整できる。

【0076】

○ 流入口３１が開口する方向は、第１方向Ｘとは反対方向に限らない。
○ 第１実施形態において、流入口３１は小壁部１２ｇと対向していなくてもよい。この場合も、例えば小壁部１２ｇの近くに流入口３１を設ければ、小壁部１２ｇが側壁１２ｃから取り外されることによる第１側壁１２ｄの開口を介して、流入口３１に位置するエアクリーナ３１ａのメンテナンスが可能である。

【0077】

○ 流出口３９は、第１方向Ｘとは異なる方向に向けて開口してもよい。流出口３９はファン７３と対向していなくてもよい。
○ 流入口３１の開口する方向と、流出口３９の開口する方向と、は互いに反対方向でなくてもよい。

【0078】

○ 流出口３９は、流入口３１から第２方向Ｙに離れた位置にあってもよい。流出口３９は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙの少なくとも一方向において、流入口３１と同位置にあってもよい。要するに、流出口３９は、少なくとも重力方向Ｚにおいて流入口３１から離れていればよい。

【0079】

○ 燃料電池システム１０からファン７３を省略してもよい。この場合、筐体１２への通気口１２ｆの形成も省略してもよい。
○ カソード排出口２５と流出口３９との間の排出流路３７のうち、少なくとも一部は、重力方向Ｚにおける流出口３９より上方に位置してもよい。要するに、カソード排出口２５と流出口３９との間の排出流路３７は、重力方向Ｚにおける流出口３９以上の位置にあればよい。

【0080】

○ カソード排出口２５と流出口３９との間の排出流路３７のうち、少なくとも一部は、重力方向Ｚにおける流出口３９より下方に位置してもよい。
○ 燃料電池システム１０は、定置式の発電装置として用いられてもよい。

【0081】

実施形態は、以下の付記に記載する構成を含む。
＜付記１＞
酸素ガスと燃料ガスとの反応によって発電を行う燃料電池スタック、前記酸素ガスを含む気体を前記燃料電池スタックに供給する供給流路、及び前記燃料電池スタックから排ガスが排出される排出流路を有する燃料電池ユニットと、
前記燃料電池ユニットを収容する筐体と、を備える燃料電池システムであって、
前記供給流路には、前記筐体の内部に開口し、前記気体を前記筐体の内部から前記供給流路に流入させる流入口が形成され、
前記排出流路には、前記筐体の内部に開口し、前記排ガスを前記排出流路から流出させる流出口が形成され、
前記流入口は、前記流出口よりも重力方向の下方に位置することを特徴とする燃料電池システム。

【0082】

＜付記２＞
前記排出流路には、前記燃料電池スタックの内部に開口し、前記燃料電池スタックの内部から前記排出流路に前記排ガスを排出させる排出口が形成され、
前記排出口と前記流出口との間の前記排出流路は、前記重力方向における前記流出口以上の位置にある＜付記１＞に記載の燃料電池システム。

【0083】

＜付記３＞
前記流入口から前記流出口に向かう前記気体の流れを前記筐体の内部に発生させるファンを備える＜付記１＞又は＜付記２＞に記載の燃料電池システム。

【0084】

＜付記４＞
前記筐体は、上壁と、前記上壁よりも前記重力方向の下方に位置する下壁と、前記上壁と前記下壁とを繋ぐ筒状の側壁と、を備え、
前記供給流路は、前記流入口に位置し、前記流入口から前記供給流路に流入する前記気体から異物を除去可能なエアクリーナを備え、
前記流入口は、前記重力方向において前記下壁よりも前記上壁に近い位置にある＜付記１＞～＜付記３＞のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【符号の説明】

【0085】

Ｇ１…気体、Ｇ２…排ガス、Ｗ…流れ、Ｚ…重力方向、１０…燃料電池システム、１１…燃料電池ユニット、１２…筐体、１２ａ…下壁、１２ｂ…上壁、１２ｃ…側壁、２１…燃料電池スタック、２５…（排出口としての）カソード排出口、３１…流入口、３１ａ…エアクリーナ、３４…供給流路、３７…排出流路、３９…流出口、７３…ファン。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】