特開 2024-58426 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】P2024058426

(43)【公開日】2024-04-25

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04746 20160101AFI20240418BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20240418BHJP

   H01M 8/04537 20160101ALI20240418BHJP

   H01M 8/04014 20160101ALI20240418BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20240418BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04746

H01M8/04 J

H01M8/04 Z

H01M8/04537

H01M8/04014

H01M8/10 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022165773

(22)【出願日】2022-10-14

(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】中村 健

(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】垣見 洋輔

(72)【発明者】

【氏名】明本 斉

【テーマコード（参考）】

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H126BB06

5H127AA06

5H127AB04

5H127AC02

5H127BA02

5H127BA22

5H127BA28

5H127BA33

5H127BA39

5H127BA57

5H127BA58

5H127BA59

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB26

5H127BB37

5H127BB39

5H127BB40

5H127CC07

5H127DB66

5H127DC76

5H127EE02

5H127EE03

5H127EE29

(57)【要約】

【課題】吸気口からのオフガスの吸入を抑制する。
【解決手段】燃料電池システム１０は、燃料電池スタック２１と、気体を吸入する吸気口３１と、オフガスを排出させる排気口３９と、冷却機構７０と、を備える。冷却機構７０は、冷媒を気体と熱交換させるラジエータ７２と、流れ方向に流れる送風を発生させるラジエータファン７３と、燃料電池スタック２１に冷媒を循環させる冷媒流路７１と、サーモスタット７５と、を有する。冷媒流路７１は、ラジエータ７２を経由して冷媒が流れる第１流路７１ｃと、ラジエータ７２を経由せずに冷媒が流れる第２流路７１ｄと、を含む。サーモスタット７５は、冷媒が流れる流路を第１流路７１ｃと第２流路７１ｄとで切り替える。吸気口３１は、流れ方向において、排気口３９よりも上流に配置される。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック２１による発電の実行中、ラジエータファン７３による送風の発生を継続させる。
【選択図】図２

【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と、
前記燃料電池スタックに供給するための前記酸素ガスを含む気体を前記燃料電池スタックの外部から吸入する吸気口と、
前記燃料電池スタックから排出されるオフガスを前記燃料電池スタックの外部に排出させる排気口と、
前記燃料電池スタックを冷媒によって冷却する冷却機構と、を備える燃料電池システムであって、
前記冷却機構は、
前記冷媒を前記気体と熱交換させるラジエータと、
流れ方向に流れる送風を発生させることにより前記ラジエータに前記気体を供給するラジエータファンと、
前記ラジエータを経由して前記冷媒が流れる第１流路と、前記ラジエータを経由せずに前記冷媒が流れる第２流路と、を含み、前記燃料電池スタックに前記冷媒を循環させる冷媒流路と、
前記冷媒の温度が所定温度以上であるときは前記冷媒が前記第１流路を流れて前記燃料電池スタックに循環し、前記冷媒の温度が前記所定温度未満であるときは前記冷媒が前記第２流路を流れて前記燃料電池スタックに循環するように、前記冷媒が流れる流路を前記第１流路と前記第２流路とで切り替える切替手段と、を有し、
前記吸気口は、前記流れ方向において、前記排気口よりも上流に配置され、
前記燃料電池スタックによる発電の実行中、前記ラジエータファンによる前記送風の発生を継続させることを特徴とする燃料電池システム。

【請求項2】

前記ラジエータファンは、回転軸と、前記回転軸の軸線に直交する直交方向に前記回転軸から延びるブレードと、を有し、
前記ブレードは、前記直交方向における前記ブレードの最外縁が軌跡円を描くように前記回転軸と共に回転し、
前記排気口は、前記軌跡円を前記流れ方向において延長した範囲内に位置する請求項１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】

燃料電池システムとしては、燃料電池スタックと、吸気口と、排気口と、を備えるものが知られている。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。吸気口は、燃料電池スタックに供給するための酸素ガスを含む気体を燃料電池スタックの外部から吸入する。排気口は、燃料電池スタックから排出されるオフガスを燃料電池スタックの外部に排出させる。

【0003】

特許文献１に記載の燃料電池システムは、燃料電池スタックを冷媒によって冷却する冷却機構を備える。冷却機構は、冷媒を気体と熱交換させるラジエータと、送風を発生させることによりラジエータに気体を供給するラジエータファンと、有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－２２２１５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

吸気口から燃料電池スタックに供給された気体のうち、酸素ガスが燃料電池スタックにて消費される。そのため、酸素ガスが燃料電池スタックにて消費された分だけ、排気口から排出されるオフガスの酸素濃度は低くなる。こうしたオフガスが吸気口から吸入されると、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、吸気口からのオフガスの吸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】

【0006】

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と、前記燃料電池スタックに供給するための前記酸素ガスを含む気体を前記燃料電池スタックの外部から吸入する吸気口と、前記燃料電池スタックから排出されるオフガスを前記燃料電池スタックの外部に排出させる排気口と、前記燃料電池スタックを冷媒によって冷却する冷却機構と、を備える燃料電池システムであって、前記冷却機構は、前記冷媒を前記気体と熱交換させるラジエータと、流れ方向に流れる送風を発生させることにより前記ラジエータに前記気体を供給するラジエータファンと、前記ラジエータを経由して前記冷媒が流れる第１流路と、前記ラジエータを経由せずに前記冷媒が流れる第２流路と、を含み、前記燃料電池スタックに前記冷媒を循環させる冷媒流路と、前記冷媒の温度が所定温度以上であるときは前記冷媒が前記第１流路を流れて前記燃料電池スタックに循環し、前記冷媒の温度が前記所定温度未満であるときは前記冷媒が前記第２流路を流れて前記燃料電池スタックに循環するように、前記冷媒が流れる流路を前記第１流路と前記第２流路とで切り替える切替手段と、を有し、前記吸気口は、前記流れ方向において、前記排気口よりも上流に配置され、前記燃料電池スタックによる発電の実行中、前記ラジエータファンによる前記送風の発生を継続させることを特徴とする。

【0007】

上記構成によれば、吸気口は、流れ方向において、排気口よりも上流に配置されている。そのため、送風は吸気口から排気口に向かうように流れる。燃料電池スタックによる発電の実行中、ラジエータファンによる送風の発生が継続される。そのため、吸気口から排気口に向かって流れる送風の発生は、燃料電池スタックによる発電が実行されている間で継続される。燃料電池スタックによる発電の実行中は、排気口から排出されるオフガスが吸気口に向かいにくい。したがって、吸気口からのオフガスの吸入を抑制できる。

【0008】

燃料電池システムにおいて、前記ラジエータファンは、回転軸と、前記回転軸の軸線に直交する直交方向に前記回転軸から延びるブレードと、を有し、前記ブレードは、前記直交方向における前記ブレードの最外縁が軌跡円を描くように前記回転軸と共に回転し、前記排気口は、前記軌跡円を前記流れ方向において延長した範囲内に位置するとよい。

【0009】

上記構成によれば、ラジエータファンによって発生する送風は、軌跡円を流れ方向において延長した範囲にて流れ方向への流れが強まる傾向にある。そのため、排気口を範囲内に位置させることによって、排気口から排出されたオフガスを、送風によって吸気口から遠ざけることができる。したがって、吸気口からのオフガスの吸入をさらに抑制できる。

【発明の効果】

【0010】

この発明によれば、吸気口からのオフガスの吸入を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】燃料電池システムを示す斜視図である。

【図2】燃料電池システムを示す概略図である。

【図3】ラジエータファンを示す断面図である。

【図4】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】

【0012】

以下、燃料電池システムを具体化した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は産業車両に搭載されている。産業車両は、例えば、フォークリフト又はトーイングトラクタである。なお、図面では、燃料電池システム１０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。

【0013】

燃料電池システム１０は、燃料電池ユニット１１と、筐体１２と、を備えている。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。筐体１２の内部には、収容空間Ｓが形成されている。収容空間Ｓは、上壁１２ｂ、下壁１２ａ、及び側壁１２ｃによって区画形成されている。筐体１２は、収容空間Ｓに燃料電池ユニット１１を収容する。

【0014】

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。

【0015】

第１側壁１２ｄには、第１通気口１２ｆが形成されている。第１側壁１２ｄに形成される第１通気口１２ｆの数は、１つであってもよいし、複数であってもよい。本実施形態の第１通気口１２ｆは、第１側壁１２ｄに複数形成されている。第１通気口１２ｆは、第１側壁１２ｄを貫通する貫通孔である。第１通気口１２ｆを介して、筐体１２の内外は連通されている。

【0016】

第２側壁１２ｅには、第２通気口１２ｇが形成されている。第２側壁１２ｅに形成される第２通気口１２ｇの数は、１つであってもよいし、複数であってもよい。本実施形態の第２通気口１２ｇは、第２側壁１２ｅに１つ形成されている。第２通気口１２ｇは、第２側壁１２ｅを貫通する貫通孔である。第２通気口１２ｇを介して、筐体１２の内外は連通されている。第１通気口１２ｆと第２通気口１２ｇとは、第１方向Ｘにおいて互いに対向している。

【0017】

図２に示すように、燃料電池システム１０は、負荷９１と、電力変換部９２と、キースイッチ１３と、を備える。燃料電池ユニット１１から電力変換部９２に電力が入力される。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。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産業車両は走行する。電力変換部９２から出力された電力が負荷９１に供給されることにより、負荷９１は駆動する。

【0018】

キースイッチ１３は、産業車両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１３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１３がオフされることをキーオフと称し、キースイッチ１３がオンされることをキーオンと称する場合がある。

【0019】

燃料電池ユニット１１は、カソード系３０と、アノード系６０と、希釈器６９と、制御部８０と、を備える。燃料電池ユニット１１は、燃料電池スタック２１と、冷却機構７０と、を備える。すなわち、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック２１と、冷却機構７０と、を備える。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を有する。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。

【0020】

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。カソード流路２３は、カソード導入口２４と、カソード排出口２５と、を備える。カソードガスは、カソード導入口２４からカソード流路２３に流入し、カソード排出口２５からカソード流路２３外に流出する。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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、アノードオフガスが流れる。アノードオフガスは、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、アノードオフ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。

【0026】

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、アノードオフガスをアノードガスと生成水とに分離する。アノードオフ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。

【0027】

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によってアノードオフ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。

【0028】

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。

【0029】

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オフガスが希釈器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。カソード系３０は、吸気口３１と、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、排気口３９と、を備える。すなわち、燃料電池システム１０は、吸気口３１と、排気口３９と、を備える。

【0030】

吸気口３１は、供給流路３４に形成されている。吸気口３１は、例えば供給流路３４の上流端に位置する。吸気口３１は、燃料電池スタック２１に供給するための酸素ガスを含む気体Ｇ１を燃料電池スタック２１の外部から吸入するものである。なお、気体Ｇ１は例えば空気である。吸気口３１から供給流路３４に気体Ｇ１が流入する。供給流路３４は、気体Ｇ１が流れる流路である。吸気口３１には不図示のエアクリーナが設けられていてもよい。エアクリーナは、吸気口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。

【0031】

電動圧縮機３２は、不図示の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、吸気口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。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。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が流れる。

【0032】

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。

【0033】

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、吸気口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。

【0034】

排出流路３７は、カソード排出口２５を介してカソード流路２３と接続されている。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にオフガスとしてのカソードオフガスＧ２が流入する。排出流路３７には、燃料電池スタック２１からカソードオフガスＧ２が排出される。排出流路３７は、カソードオフガスＧ２が流れる流路である。

【0035】

カソードオフガス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に排出されるカソードオフガスＧ２の酸素濃度は、燃料電池スタック２１に供給される気体Ｇ１の酸素濃度よりも低い。

【0036】

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。カソードオフガス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オフガスをカソードオフガスＧ２によって希釈して排出する。

【0037】

排気口３９は、排出流路３７に形成されている。排気口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。排気口３９は、例えば排出流路３７の下流端に位置する。排気口３９を介して、排出流路３７からカソードオフガスＧ２が流出される。すなわち、排気口３９は、燃料電池スタック２１から排出されるカソードオフガスＧ２を燃料電池スタック２１の外部に排出させるものである。排気口３９からは、希釈器６９にてカソードオフガスＧ２による希釈によって水素ガスの濃度が低下したアノードオフガスも排出される。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。制御部８０は、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。

【0043】

制御部８０は、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。また、制御部８０は、キースイッチ１３のオンとオフとを判定可能である。

【0044】

＜冷却機構＞
冷却機構７０は、ラジエータ７２と、ラジエータファン７３と、冷媒流路７１と、切替手段としてのサーモスタット７５と、を備える。冷却機構７０は冷媒ポンプ７４を備える。冷媒ポンプ７４は、冷媒流路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、不図示のモータによって駆動する。

【0045】

＜ラジエータ及びラジエータファン＞
ラジエータ７２は、冷媒を気体Ｇ１と熱交換させる。ラジエータファン７３は、回転軸７３ａと、ブレード７３ｂと、を有する。回転軸７３ａは電動モータ７３ｃによって回転する。電動モータ７３ｃの駆動が制御されることにより、回転軸７３ａの回転速度を調整できる。回転軸７３ａの軸線を回転軸７３ａの軸線Ｌともいう。

【0046】

図３に示すように、本実施形態の回転軸７３ａの軸線Ｌは、第１方向Ｘに延びる。ブレード７３ｂは、回転軸７３ａの軸線Ｌに直交する直交方向Ｄに回転軸７３ａから延びる。なお、直交方向Ｄは、第２方向Ｙ及び重力方向Ｚに相当する。ブレード７３ｂは、回転軸７３ａの周方向に複数並んでいる。ブレード７３ｂは、回転軸７３ａの回転に伴って回転する。ブレード７３ｂは、直交方向Ｄにおけるブレード７３ｂの最外縁７３ｄが軌跡円Ｃ１を描くように回転軸７３ａと共に回転する。

【0047】

図４に示すように、ラジエータ７２は、筐体１２の第２側壁１２ｅに配置されている。ラジエータ７２及びラジエータファン７３は、燃料電池スタック２１の側方に配置されている。ラジエータファン７３は、第１方向Ｘにおいて筐体１２の第２通気口１２ｇと対向するように位置する。ラジエータファン７３は筐体１２の内部に配置されている。

【0048】

ラジエータファン７３が回転することにより、筐体１２の外部から第１通気口１２ｆを介して筐体１２の内部に酸素ガスを含む気体Ｇ１が吸入される。ラジエータファン７３の回転に伴って筐体１２の内部に吸入される気体Ｇ１は、筐体１２の外部の空気である。ラジエータファン７３の回転に伴って、第１通気口１２ｆから第２通気口１２ｇに向かう気体Ｇ１の流れが発生する。これにより、第１通気口１２ｆからラジエータファン７３に向かう方向である流れ方向Ｗ１に気体Ｇ１が流れるため、流れ方向Ｗ１に流れる送風Ｗが発生する。本実施形態の流れ方向Ｗ１は第１方向Ｘと同じ方向である。本実施形態のラジエータファン７３は、ラジエータファン７３に向けて引き込まれる送風Ｗを発生させる。送風Ｗは、流れ方向Ｗ１に流れることによってラジエータ７２に向けて流れる。すなわち、ラジエータファン７３は、流れ方向Ｗ１に流れる送風Ｗを発生させることによりラジエータ７２に気体Ｇ１を供給する。ラジエータファン７３からの送風Ｗによって、ラジエータ７２の内部の冷媒の冷却効率が高められる。これにより、ラジエータ７２で冷却された冷媒が燃料電池スタック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２に示すように、制御部８０が電動モータ７３ｃの駆動を制御することにより、ラジエータファン７３は回転する。本実施形態においては、制御部８０は、燃料電池スタック２１による発電が開始されたことを条件に、ラジエータファン７３の回転を開始させる。制御部８０は、燃料電池スタック２１による発電が開始されてから燃料電池スタック２１による発電が停止されるまで、ラジエータファン７３の回転を継続させる。制御部８０は、燃料電池スタック２１による発電が停止されたことを条件に、ラジエータファン７３の回転を停止させる。したがって、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック２１による発電の実行中、ラジエータファン７３による送風Ｗの発生を継続させる。

【0050】

なお、燃料電池スタック２１による発電の実行中とは、キーオンされてからキーオフされるまでの間のうちで、燃料電池スタック２１による発電が行われる期間に相当する。燃料電池スタック２１による発電の実行中は、吸気口３１から気体Ｇ１が吸入されるとともに、燃料電池スタック２１に気体Ｇ１が供給される。そのため、吸気口３１から気体Ｇ１が吸入されている間、ラジエータファン７３は送風Ｗを発生させる。

【0051】

制御部８０によってラジエータファン７３の回転速度が調整されることにより、送風Ｗの風速ＳＰ［ｍ/ｓｅｃ］が調整されてもよい。この場合、例えば、風速ＳＰが以下式１を満たすように、制御部８０はラジエータファン７３の回転速度を調整する。

【0052】

風速ＳＰ×開口面積Ａ×駆動時間Ｔ＞システム容積Ｖ…（式１）

上記式１において、開口面積Ａ［ｍ^２］は筐体１２に形成された全ての第１通気口１２ｆの開口面積の和である。駆動時間Ｔ［ｓｅｃ］は、例えば、燃料電池スタック２１の発電が行われる最短の期間であり、あらかじめ設定された所定値である。システム容積Ｖ［ｍ^３］は、筐体１２の収容空間Ｓの大きさである。風速ＳＰは、上記式１を満たすように予め設定された値であってもよい。

【0053】

＜冷媒流路＞
冷媒流路７１は、燃料電池スタック２１に冷媒を循環させるものである。冷却機構７０は、燃料電池スタック２１を冷媒によって冷却する。冷媒流路７１は、流出流路７１ａと、流入流路７１ｂと、を有する。冷媒は、燃料電池スタック２１から流出流路７１ａに流出する。冷媒は、流入流路７１ｂから燃料電池スタック２１に流入する。本実施形態の冷媒ポンプ７４は流入流路７１ｂに設けられている。冷媒ポンプ７４は流出流路７１ａに設けられてもよい。

【0054】

冷媒流路７１は、第１流路７１ｃと、第２流路７１ｄと、を含む。第１流路７１ｃ及び第２流路７１ｄの各々は、流出流路７１ａの下流端と流入流路７１ｂの上流端とに接続される。第１流路７１ｃは、ラジエータ７２を経由して冷媒が流れる流路である。そのため、流出流路７１ａ、第１流路７１ｃ、及び流入流路７１ｂの順で冷媒が流れると、ラジエータ７２と燃料電池スタック２１との間で冷媒が循環される。

【0055】

第２流路７１ｄは、ラジエータ７２を経由せずに冷媒が流れる流路である。そのため、流出流路７１ａ、第２流路７１ｄ、及び流入流路７１ｂの順で冷媒が流れると、ラジエータ７２を経由せずに冷媒が燃料電池スタック２１に循環される。なお、第２流路７１ｄは、送風Ｗが当たらない位置に設けられる等、第２流路７１ｄを流れる冷媒が送風Ｗによって冷却されない態様となっている。

【0056】

＜切替手段＞
切替手段としてのサーモスタット７５は、第１流路７１ｃの下流端と、第２流路７１ｄの下流端と、流入流路７１ｂの上流端と、の接続部分に位置している。サーモスタット７５は、冷媒の温度に応じて開閉することにより冷媒の流れを切り替える。

【0057】

冷媒流路７１からサーモスタット７５に至る冷媒の温度が所定温度Ｔｐ以上であるときは、サーモスタット７５は第１流路７１ｃを開状態とするとともに第２流路７１ｄを閉状態にする。すなわち、サーモスタット７５は、冷媒の温度が所定温度Ｔｐ以上であるときは冷媒が第１流路７１ｃを流れて燃料電池スタック２１に循環するように、冷媒が流れる流路を第１流路７１ｃに切り替える。

【0058】

冷媒流路７１からサーモスタット７５に至る冷媒の温度が所定温度Ｔｐ未満であるときは、サーモスタット７５は第２流路７１ｄを開状態とするとともに第１流路７１ｃを閉状態にする。すなわち、サーモスタット７５は、冷媒の温度が所定温度Ｔｐ未満であるときは冷媒が第２流路７１ｄを流れて燃料電池スタック２１に循環するように、冷媒が流れる流路を第２流路７１ｄに切り替える。

【0059】

なお、所定温度Ｔｐとは、所定温度Ｔｐ未満の冷媒が燃料電池スタック２１に供給される場合に、過冷却によって燃料電池スタック２１の出力に影響が生じるおそれのある温度である。所定温度Ｔｐは、実験等によって予め設定された値である。

【0060】

＜冷媒の温度と冷媒が流れる流路との関係＞
送風Ｗを発生させる時間が長いほど、ラジエータ７２による冷媒の冷却が促進されることによって冷媒の温度が低下する。燃料電池スタック２１による発電の実行中、ラジエータファン７３による送風Ｗの発生を継続させる時間が長時間になると、冷媒の温度が所定温度Ｔｐ未満になるおそれがある。

【0061】

本実施形態によれば、冷媒の温度が所定温度Ｔｐ以上であるとき、切替手段としてのサーモスタット７５は、冷媒が流れる流路を第１流路７１ｃに切り替える。これにより、冷媒の温度が所定温度Ｔｐ以上であるとき、冷媒は流出流路７１ａ、第１流路７１ｃ、及び流入流路７１ｂの順で流れた後、流入流路７１ｂから燃料電池スタック２１に流入する。冷媒の温度が所定温度Ｔｐ以上である場合には、ラジエータ７２を経由して冷媒が燃料電池スタック２１に循環する。ラジエータ７２での気体Ｇ１との熱交換によって冷却された冷媒を、燃料電池スタック２１に循環させることができる。冷媒によって燃料電池スタック２１を冷却させることができる。

【0062】

本実施形態によれば、冷媒の温度が所定温度Ｔｐ未満であるとき、切替手段としてのサーモスタット７５は、冷媒が流れる流路を第２流路７１ｄに切り替える。これにより、冷媒の温度が所定温度Ｔｐ未満であるとき、冷媒は流出流路７１ａ、第２流路７１ｄ、及び流入流路７１ｂの順で流れた後、流入流路７１ｂから燃料電池スタック２１に流入する。冷媒の温度が所定温度Ｔｐ未満である場合には、ラジエータ７２を経由せずに冷媒が燃料電池スタック２１に循環する。ラジエータ７２での気体Ｇ１との熱交換による冷却を受けない冷媒を、燃料電池スタック２１に循環させることができる。冷媒が所定温度Ｔｐ未満である間は、第２流路７１ｄを冷媒が流れる状態が継続される。これにより、ラジエータ７２での冷却を冷媒が受けない状態が継続されるため、冷媒の温度を所定温度Ｔｐ以上まで上昇させることができる。したがって、所定温度Ｔｐ未満の冷媒が、燃料電池スタック２１に長時間供給されることが抑制される。

【0063】

＜送風の詳細＞
図３及び図４に示すように、ラジエータファン７３によって発生する送風Ｗは、特定領域での流れ方向Ｗ１への流れが他の領域よりも強まる傾向にある。本実施形態での特定領域とは、送風Ｗの上流ほど大きくなるように、軌跡円Ｃ１を流れ方向Ｗ１において延長した領域である。

【0064】

上記特定領域の一部を範囲Ｃ２という。範囲Ｃ２とは、上記特定領域内において、軌跡円Ｃ１を流れ方向Ｗ１において延長した空間であって、かつ第１方向Ｘに延びる円筒状の空間である。そのため、ラジエータファン７３によって発生する送風Ｗは、範囲Ｃ２においても、流れ方向Ｗ１への流れが強まる傾向にある。範囲Ｃ２は、筐体１２の収容空間Ｓの一部を含む。詳細には、範囲Ｃ２は、筐体１２の外部のうちで第１側壁１２ｄの付近、第１側壁１２ｄと第２側壁１２ｅとの間、及び筐体１２の外部のうちで第２側壁１２ｅの付近に延びている。

【0065】

＜吸気口及び排気口の位置＞
図４に示すように、本実施形態において、吸気口３１及び排気口３９は、筐体１２の内部に開口している。これにより、筐体１２の内部の気体Ｇ１が、吸気口３１から供給流路３４に流入する。排気口３９を介して排出流路３７から流出するカソードオフガスＧ２は、排気口３９から筐体１２の内部に排出される。

【0066】

排気口３９は、ラジエータファン７３に向けて開口している。そのため、排気口３９から排出されるカソードオフガスＧ２は、ラジエータファン７３の回転に伴って生じる送風Ｗの流れによって攪拌されやすい。カソードオフガスＧ２は、筐体１２の収容空間Ｓにて気体Ｇ１と混合されることによって希釈される。こうして希釈されたカソードオフガスＧ２は、ラジエータファン７３の回転に伴って、第２通気口１２ｇを介して筐体１２の内部から筐体１２の外部に排出される。

【0067】

本実施形態の排気口３９は、吸気口３１よりも重力方向Ｚの下方に位置している。吸気口３１は、第１側壁１２ｄに向けて開口している。
吸気口３１は、流れ方向Ｗ１において、排気口３９よりも上流に配置されている。本実施形態においては、流れ方向Ｗ１の上流から、第１通気口１２ｆ、吸気口３１、排気口３９、ラジエータファン７３、及び第２通気口１２ｇの順でこれらが位置している。

【0068】

排気口３９は、軌跡円Ｃ１を流れ方向Ｗ１において延長した範囲Ｃ２内に位置する。本実施形態の吸気口３１は、範囲Ｃ２内に位置する。吸気口３１は、範囲Ｃ２外に位置していてもよい。

【0069】

［実施形態の作用］
次に、実施形態の作用について説明する。
吸気口３１から燃料電池スタック２１に供給された気体Ｇ１のうち、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、排気口３９を介して排出流路３７から流出するオフガスとしてのカソードオフガスＧ２の酸素濃度は、吸気口３１から流入する気体Ｇ１の酸素濃度よりも低くなる。

【0070】

吸気口３１は、流れ方向Ｗ１において、排気口３９よりも上流に配置されている。そのため、送風Ｗは吸気口３１から排気口３９に向かうように流れる。燃料電池スタック２１による発電の実行中、ラジエータファン７３による送風Ｗの発生が継続される。そのため、吸気口３１から排気口３９に向かって流れる送風Ｗの発生は、燃料電池スタック２１による発電が実行されている間で継続される。

【0071】

［実施形態の効果］
実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）ラジエータファン７３は、流れ方向Ｗ１に流れる送風Ｗを発生させることによりラジエータ７２に気体Ｇ１を供給する。吸気口３１は、流れ方向Ｗ１において、排気口３９よりも上流に配置されている。燃料電池スタック２１による発電の実行中、ラジエータファン７３による送風Ｗの発生を継続させている。そのため、燃料電池スタック２１による発電の実行中は、排気口３９から排出されるカソードオフガスＧ２が吸気口３１に向かいにくい。したがって、吸気口３１からのカソードオフガスＧ２の吸入を抑制できる。

【0072】

（２）ブレード７３ｂは、ブレード７３ｂの最外縁７３ｄが軌跡円Ｃ１を描くように回転軸７３ａと共に回転する。排気口３９は、軌跡円Ｃ１を流れ方向Ｗ１において延長した範囲Ｃ２内に位置する。ラジエータファン７３によって発生する送風Ｗは、範囲Ｃ２にて流れ方向Ｗ１への流れが強まる傾向にある。そのため、排気口３９を範囲Ｃ２内に位置させることによって、排気口３９から排出されたカソードオフガスＧ２を、送風Ｗによって吸気口３１から遠ざけることができる。したがって、吸気口３１からのカソードオフガスＧ２の吸入をさらに抑制できる。

【0073】

（３）サーモスタット７５は、冷媒の温度が所定温度Ｔｐ以上であるときは冷媒が第１流路７１ｃを流れて燃料電池スタック２１に循環するように、冷媒が流れる流路を第１流路７１ｃに切り替える。これにより、冷媒の温度が所定温度Ｔｐ以上である場合には、ラジエータ７２を経由して冷媒が燃料電池スタック２１に循環する。冷媒によって燃料電池スタック２１を冷却させることができる。サーモスタット７５は、冷媒の温度が所定温度Ｔｐ未満であるときは冷媒が第２流路７１ｄを流れて燃料電池スタック２１に循環するように、冷媒が流れる流路を第２流路７１ｄに切り替える。これにより、冷媒の温度が所定温度Ｔｐ未満である場合には、ラジエータ７２を経由せずに冷媒が燃料電池スタック２１に循環する。冷媒が所定温度Ｔｐ未満である間は、第２流路７１ｄを冷媒が流れる状態が継続されるため、冷媒の温度を所定温度Ｔｐ以上まで上昇させることができる。したがって、所定温度Ｔｐ未満の冷媒が燃料電池スタック２１に供給されることによる燃料電池スタック２１の過冷却を抑制できる。

【0074】

［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。

【0075】

○ 排気口３９は、ラジエータファン７３に向けて開口するものに限らない。例えば、排気口３９は、第２側壁１２ｅのうちでラジエータファン７３と隣接しない部分に向けて対向してもよいし、第２側壁１２ｅ以外の筐体１２の部分に向けて開口してもよい。

【0076】

○ 吸気口３１は、第１側壁１２ｄに向けて開口するものに限らない。例えば、吸気口３１は、第１側壁１２ｄ以外の筐体１２の部分に向けて開口してもよい。
○ 排気口３９は、吸気口３１よりも重力方向Ｚの上方に位置していてもよい。吸気口３１及び排気口３９の重力方向Ｚにおける位置は、互いに同じ位置であってもよい。

【0077】

○ 吸気口３１及び排気口３９の少なくとも一方は、筐体１２の外部に位置してもよい。この場合も、吸気口３１は、流れ方向Ｗ１において、排気口３９よりも上流に配置されている。

【0078】

○ 排気口３９は、範囲Ｃ２外に位置してもよい。この変更例を上記実施形態に採用する場合、例えば、送風Ｗの流れ方向Ｗ１への流れが他の領域よりも強まる傾向にある特定領域に排気口３９を位置させてもよい。この特定領域外に排気口３９を位置させてもよい。

【0079】

○ ラジエータファン７３は、ラジエータファン７３から押し出される送風Ｗを発生させてもよい。なお、この場合も、ラジエータファン７３によって発生する送風Ｗは、軌跡円Ｃ１を流れ方向Ｗ１において延長した範囲Ｃ２にて流れ方向Ｗ１への流れが強まる傾向にある。そのため、排気口３９を範囲Ｃ２内に位置させることにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、この変更例を上記実施形態に採用する場合、例えば、第２通気口１２ｇから第１通気口１２ｆへと流れる送風Ｗが発生する。

【0080】

○ ラジエータファン７３が発生させる送風Ｗの流れ方向Ｗ１は、第１方向Ｘとは反対方向であってもよいし、第１方向Ｘと第１方向Ｘとは反対方向との両方向とも異なる方向であってもよい。この場合も、ラジエータファン７３は、流れ方向Ｗ１に流れる送風Ｗを発生させることによりラジエータ７２に気体Ｇ１を供給する。また、この場合、ラジエータファン７３、第１通気口１２ｆ、及び第２通気口１２ｇの位置関係を調整することによって、送風Ｗの流れ方向Ｗ１を変更してもよい。

【0081】

○ ラジエータファン７３の回転軸７３ａの軸線Ｌは、第１方向Ｘとは異なる方向に延びていてもよい。ブレード７３ｂが回転軸７３ａから延びる直交方向Ｄは、第２方向Ｙ及び重力方向Ｚとは異なる方向であってもよい。

【0082】

○ 燃料電池システム１０でのラジエータ７２の設置位置は、筐体１２の第２側壁１２ｅに限らない。例えば、ラジエータ７２は、第２側壁１２ｅ以外の筐体１２の部分に設置されてもよい。この場合、ラジエータ７２の設置位置に応じて、ラジエータファン７３の設置位置を変更してもよい。

【0083】

○ 上記実施形態と同様に第１流路７１ｃと第２流路７１ｄとで冷媒が流れる流路をサーモスタット７５によって切り替え可能であれば、サーモスタット７５の設置位置を適宜変更可能である。例えば、サーモスタット７５は、第１流路７１ｃの上流端と、第２流路７１ｄの上流端と、流出流路７１ａの下流端と、の接続部分に位置してもよい。

【0084】

○ 冷却機構７０は、サーモスタット７５にかえて電動弁を切替手段として有してもよい。この場合の電動弁は、冷媒の温度が所定温度Ｔｐ以上であるときは冷媒が第１流路７１ｃを流れて燃料電池スタック２１に循環するように、冷媒が流れる流路を第１流路７１ｃに切り替える。電動弁は、冷媒の温度が所定温度Ｔｐ未満であるときは冷媒が第２流路７１ｄを流れて燃料電池スタック２１に循環するように、冷媒が流れる流路を第２流路７１ｄに切り替える。また、燃料電池システム１０は冷媒流路７１を流れる冷媒の温度を検出する温度センサを備えるとともに、この温度センサによって検出された冷媒の温度に応じて制御部８０が電動弁を駆動させてもよい。

【0085】

○ 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、収容空間Ｓが筐体１２の内部に形成され、かつ収容空間Ｓに燃料電池ユニット１１を収容可能な形状であれば、筐体１２の形状を変更可能である。

【0086】

○ 燃料電池システム１０から筐体１２を省略してもよい。
○ 燃料電池システム１０は、燃料電池スタック２１による発電の実行中に加えて、燃料電池スタック２１による発電の停止中にも、ラジエータファン７３による送風Ｗの発生を継続させてもよい。この場合、例えば、キーオンされてからキーオフされるまでの間で制御部８０がラジエータファン７３の回転を継続させることにより、ラジエータファン７３による送風Ｗの発生を継続させる。

【0087】

○ 燃料電池システム１０は、乗用車、船舶、鉄道などに搭載されていてもよい。
○ 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。

【符号の説明】

【0088】

Ｃ１…軌跡円、Ｃ２…範囲、Ｄ…直交方向、Ｇ１…気体、Ｇ２…（オフガスとしての）カソードオフガス、Ｌ…軸線、Ｔｐ…所定温度、Ｗ…送風、Ｗ１…流れ方向、１０…燃料電池システム、２１…燃料電池スタック、３１…吸気口、３９…排気口、７０…冷却機構、７１…冷媒流路、７１ｃ…第１流路、７１ｄ…第２流路、７２…ラジエータ、７３…ラジエータファン、７３ａ…回転軸、７３ｂ…ブレード、７３ｄ…最外縁、７５…（切替手段としての）サーモスタット。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】