特許 7483598 燃料電池システム

(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】

(24)【登録日】2024-05-07

(45)【発行日】2024-05-15

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20240508BHJP

   H01M 8/249 20160101ALI20240508BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20240508BHJP

   H01M 8/04014 20160101ALI20240508BHJP

   H01M 8/2475 20160101ALI20240508BHJP

   B60L 58/31 20190101ALI20240508BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20240508BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 N

H01M8/249

H01M8/00 Z

H01M8/04014

H01M8/04 J

H01M8/04 Z

H01M8/2475

B60L58/31

H01M8/12 101

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020205205

(22)【出願日】2020-12-10

(65)【公開番号】P2022092401

(43)【公開日】2022-06-22

【審査請求日】2023-08-07

(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

(73)【特許権者】

【識別番号】507308902

【氏名又は名称】ルノー エス．ア．エス．

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＡＵＬＴ Ｓ．Ａ．Ｓ．

【住所又は居所原語表記】１２２－１２２ ｂｉｓ， ａｖｅｎｕｅ ｄｕ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｌｅｃｌｅｒｃ， ９２１００ Ｂｏｕｌｏｇｎｅ－Ｂｉｌｌａｎｃｏｕｒｔ， Ｆｒａｎｃｅ

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】礒田 博之

(72)【発明者】

【氏名】筑後 隼人

(72)【発明者】

【氏名】臼田 昌弘

【審査官】大内 俊彦

(56)【参考文献】

【文献】特表２０２０－５１７０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２２１６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－６０７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１１６３６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１２９３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－９５３４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／００－ ８／２４９５

Ｂ６０Ｌ ５０／００－５８／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の燃料電池スタックと、
少なくとも２つの前記燃料電池スタックの間に配置される補機構造体と、
前記燃料電池スタックから排出されるオフガスを燃焼する排気燃焼器と、
前記排気燃焼器により燃焼された燃焼ガスと前記燃料電池スタックに供給する空気及び燃料の少なくとも一方とを用いて熱交換する熱交換器と、を備える車両用の燃料電池システムであって、
前記補機構造体は、前記燃料電池スタックに供給する空気及び燃料が流れるガス供給流路と、前記燃料電池スタックのオフガスが流れるオフガス流路と、前記排気燃焼器及び前記熱交換器の少なくとも一方と、を内蔵し、
前記補機構造体は、複数の面を有する構造体であって、当該複数の面のうち、車両走行時の走行風が吹き当たることによる放熱量が最も多くなる放熱面を有しており、
前記オフガス流路は、前記放熱面に沿って形成される部分を有する、
燃料電池システム。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記複数の燃料電池スタックは、第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックを含み、
前記補機構造体は、前記排気燃焼器を内蔵するとともに、前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックとの間に配置され、
前記オフガス流路は、前記第１の燃料電池スタック内のガス流路と前記第２の燃料電池スタック内のガス流路とを直接連結する連結路と、前記第１の燃料電池スタック及び前記第２の燃料電池スタックのオフガスを前記排気燃焼器に供給する燃焼ガス供給路とを含む、
燃料電池システム。

【請求項3】

請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記連結路は、前記放熱面に沿って形成される、
燃料電池システム。

【請求項4】

請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記燃焼ガス供給路は、前記放熱面に沿って形成される、
燃料電池システム。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記オフガス流路における前記放熱面に沿って形成される部分は、前記放熱面の面方向に広く、前記放熱面に垂直な方向に狭い扁平した形状である、
燃料電池システム。

【請求項6】

請求項３に記載の燃料電池システムであって、
前記連結路は、前記第１の燃料電池スタック内のアノード流路と前記第２の燃料電池スタック内のアノード流路とを連結するアノード連結路と、前記第１の燃料電池スタック内のカソード流路と前記第２の燃料電池スタック内のカソード流路とを連結するカソード連結路と、を含み、
前記アノード連結路は、前記放熱面の左右両端近傍において前記放熱面に沿って形成され、
前記カソード連結路は、前記放熱面の面方向に広く、前記放熱面に垂直な方向に狭い扁平した形状であるとともに、前記放熱面に沿って、前記放熱面の中央から前記放熱面の左右両端近傍に形成された前記アノード連結路に近接する位置まで延在するように形成された、
燃料電池システム。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記補機構造体は、前記熱交換器を内蔵し、
前記オフガス流路における前記放熱面に沿って形成される部分は、前記放熱面側から見て前記補機構造体内の前記熱交換器を覆うように形成された、
燃料電池システム。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記補機構造体は、前記燃料電池スタックを保持する保持面を有し、
前記燃料電池スタックは、前記補機構造体の前記保持面と接する接続面を有し、前記接続面と前記保持面とが接することで前記補機構造体に保持される、
燃料電池システム。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタック及び前記補機構造体を収容する筐体をさらに備え、
前記補機構造体は、前記筐体に締結固定される、
燃料電池システム。

【請求項10】

請求項９に記載の燃料電池システムであって、
前記筐体は、少なくとも前記補機構造体の前記放熱面を覆うように前記補機構造体を収容する、
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には、複数の燃料電池が積層される燃料電池スタックを上下２段に積層した燃料電池システムが開示されている。この燃料電池システムでは、上下２段の燃料電池スタックと、これら燃料電池スタック同士を連通させるガス供給管を筐体で覆い、下段の燃料電池スタックの下方に燃焼器や熱交換器等の補機を配置している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－２２１６３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の燃料電池システムでは、燃焼器の一部が筐体の外部に露出している。そのため、燃焼器が放熱し、燃料電池システム起動時等にシステムを早期に始動できない虞がある。

【0005】

本発明は、上記の問題に鑑みたものであり、燃焼器等の温度低下を抑制可能な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】

【0006】

本発明の一態様によれば、複数の燃料電池スタックと、少なくとも２つの燃料電池スタックの間に配置される補機構造体と、燃料電池スタックから排出されるオフガスを燃焼する排気燃焼器と、排気燃焼器により燃焼された燃焼ガスと燃料電池スタックに供給する空気及び燃料の少なくとも一方とを用いて熱交換する熱交換器と、を備える車両用の燃料電池システムが提供される。補機構造体は、燃料電池スタックに供給する空気及び燃料が流れるガス供給流路と、燃料電池スタックのオフガスが流れるオフガス流路と、排気燃焼器及び熱交換器の少なくとも一方と、を内蔵する。また、補機構造体は、複数の面を有する構造体であって、当該複数の面のうち、車両走行時の走行風が吹き当たることによる放熱量が最も多くなる放熱面を有しており、オフガス流路は、放熱面に沿って形成される部分を有する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、オフガス流路は、補機構造体における放熱量が最も多くなる放熱面に沿って形成される部分を有する。即ち、温度が高いオフガスが流れるオフガス流路を、温度低下が最も大きい放熱面に沿って形成している。このため、放熱面からの温度低下が抑制され、補機構造体に内蔵された排気燃焼器や熱交換器等の補機が、周囲の温度低下により放熱することを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池システムの概略構成図である。

【図2a】図２ａは、補機構造体の上面斜視図である。

【図2b】図２ｂは、補機構造体の底面斜視図である。

【図3a】図３ａは、補機構造体内部のガス流路を説明する模式図である。

【図3b】図３ｂは、補機構造体内部のガス流路を説明する模式図である。

【図4】図４は、補機構造体の前面に沿ったガス流路を説明する模式図である。

【図5a】図５ａは、補機構造体の正面図である。

【図5b】図５ｂは、補機構造体の上面図である。

【図6】図６は、燃料電池システムを車両前方に搭載した例を示す斜視図である。

【図7】図７は、変形例による燃料電池システムを示す模式図である。

【図8】図８は、変形例による燃料電池システムを示す模式図である。

【図9】図９は、変形例による補機構造体のガス流路を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面等を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

【0010】

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池システム１００の概略構成図である。燃料電池システム１００は、車両等に搭載され、燃料電池スタック１（１ａ，１ｂ）に対して発電に必要となる燃料ガス（アノードガス）及び酸化剤ガス（カソードガス）を供給し、燃料電池スタック１を車両走行用の電動モータ等の電気負荷に応じて発電させるシステムである。

【0011】

図１に示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１（第１の燃料電池スタック１ａ及び第２の燃料電池スタック１ｂ）、ガス流路及び補機を内蔵する補機構造体２等から構成される。燃料電池スタック１及び補機構造体２は、例えば、車体前方の原動機室に配置される。

【0012】

第１及び第２の燃料電池スタック１ａ，１ｂは、それぞれ複数の燃料電池または燃料電池単位セルを積層して構成され、アノードガスとカソードガスの供給を受けて発電する。燃料電池スタック１ａ，１ｂの発電源である個々の燃料電池は、例えば固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）であり、高温で稼働する。

【0013】

第１の燃料電池スタック１ａと第２の燃料電池スタック１ｂとは、補機構造体２を介して積層されている。即ち、燃料電池システム１００は、２段に積層された燃料電池スタック１（１ａ，１ｂ）を含み、積層された第１の燃料電池スタック１ａと第２の燃料電池スタック１ｂとの間には、補機構造体２が介在している。

【0014】

また、第１の燃料電池スタック１ａは、上端にエンドプレート１１ａを有し、第２の燃料電池スタック１ｂは、下端にエンドプレート１１ｂを有している。エンドプレート１１ａ，１１ｂは、向かい合う一対の側面１１１ａ，１１１ｂに、それぞれボルト用の孔が設けられたフランジ１２ａ，１２ｂを２つずつ備える。フランジ１２ａ，１２ｂは、後述する補機構造体２に設けられたフランジ２２ａ，２２ｂに対向する位置に設けられる。このエンドプレート１１ａに設けられたフランジ１２ａと、補機構造体２に設けられたフランジ２２ａとは、フランジ１２ａ及びフランジ２２ａに設けられたボルト用の孔を貫通する通しボルト２１ａによりボルト締めされている。これにより、第１の燃料電池スタック１ａと補機構造体２とは締結固定される。同様に、エンドプレート１１ｂに設けられたフランジ１２ｂと、補機構造体２に設けられたフランジ２２ｂとは、フランジ１２ｂ及びフランジ２２ｂに設けられたボルト用の孔を貫通する通しボルト２１ｂによりボルト締めされ、これにより、第２の燃料電池スタック１ｂと補機構造体２とは締結固定される。

【0015】

補機構造体２は、前面２３、前面２３に接続する第１の側面２４、第１の側面２４に対向する第２の側面２５、前面２３に対向する後面２６、上面２７、底面２８を有する略直方体状の構造体で、金属等の塊から成る。本実施形態においては、補機構造体２の前面２３は、燃料電池システム１００が搭載される車両の前方方向を向いている。

【0016】

また、補機構造体２は、燃料電池システム１００のガス流路と、補機としての燃焼器（排気燃焼器）一体型の熱交換器３（図３ａ、図３ｂを参照）を内蔵する。なお、ここでいう内蔵とは、すべてが補機構造体２の内部にある場合だけでなく、構成部品の一部は補機構造体２の外部に出ているが補機構造体２に固定されているような場合も含む。補機構造体２に内蔵されるガス流路は、補機構造体２の第１の側面２４を介して燃料供給管４及び空気供給管５に接続し、補機構造体２の底面２８を介して排気管６に接続している。なお、補機構造体２の内部構造の詳細は後述する。

【0017】

補機構造体２は、前述の通り、第１の燃料電池スタック１ａと第２の燃料電池スタック１ｂとの間に介在し、上面（保持面）２７が第１の燃料電池スタック１ａの底面（接続面）に接し、底面（保持面）２８が第２の燃料電池スタック１ｂの上面（接続面）に接している。これにより、第１及び第２の燃料電池スタック１ａ，１ｂは、補機構造体２に保持される。このように、補機構造体２は、２つの燃料電池スタック１ａ，１ｂの一方側端部の台座（エンドプレート）としての機能を兼ねている。

【0018】

また、補機構造体２は、第１の側面２４と、第１の側面２４に対向する第２の側面２５に、それぞれボルト用の孔が設けられたフランジ２２ａ，２２ｂを２つずつ備える。フランジ２２ａは、補機構造体２の側面２４，２５の上部に設けられ、エンドプレート１１ａのフランジ１２ａと対向するように形成されている。一方、フランジ２２ｂは、補機構造体２の側面２４，２５の下部に設けられ、エンドプレート１１ｂのフランジ１２ｂと対向するように形成されている。前述のとおり、フランジ１２ａとフランジ２２ａ、及びフランジ１２ｂとフランジ２２ｂは、それぞれ通しボルト２１ａ，２１ｂによりボルト締めされ、これにより、第１及び第２の燃料電池スタック１ａ，１ｂと補機構造体２とは締結固定される。即ち、第１及び第２の燃料電池スタック１ａ，１ｂは、補機構造体２と面接触することで補機構造体２に保持されるとともに、通しボルト２１ａ，２１ｂにより補機構造体２に締結固定されている。

【0019】

なお、燃料電池スタック１ａ，１ｂと補機構造体２との締結構造は上記の方法に限るものではなく、燃料電池スタック１ａ，１ｂを補機構造体２に固定できれば、既知の如何なる方法を用いてもよい。

【0020】

燃料供給管４、空気供給管５及び排気管６はいずれも補機構造体２外部の配管（外部配管）であり、補機構造体２の外部から補機構造体２内のガス流路に接続している。燃料供給管４は、燃料電池スタック１に供給する燃料ガス（アノードガス）を補機構造体２内のガス流路に供給する配管である。空気供給管５は、燃料電池スタック１に供給する空気（カソードガス）を補機構造体２内のガス流路に供給する配管である。排気管６は、燃料電池スタック１からのオフガスを外部に排出する配管である。燃料供給管４及び空気供給管５は、補機構造体２の第１の側面２４を介して補機構造体２内のガス流路に接続し、排気管６は、補機構造体２の底面２８を介して補機構造体２内のガス流路に接続している。

【0021】

図２ａは、補機構造体２と第１の燃料電池スタック１ａとを取り外した状態における、補機構造体２の上面２７方向から見た斜視図（補機構造体２の上面斜視図）である。また、図２ｂは、補機構造体２と第２の燃料電池スタック１ｂとを取り外した状態における、補機構造体２の底面２８方向から見た斜視図（補機構造体２の底面斜視図）である。

【0022】

補機構造体２は、燃料電池スタック１に供給する燃料及び空気が流れるガス供給流路である燃料供給路（アノードガス供給流路）７１及び空気供給路（カソードガス供給流路）７２を内蔵する。燃料供給路７１は、第１の燃料電池スタック１ａに燃料ガスを供給する流路であり、空気供給路７２は、第２の燃料電池スタック１ｂに空気（カソードガス）を供給する流路である。

【0023】

図２ａ及び図２ｂに示すように、燃料供給路７１は、補機構造体２の上面２７において開口し、空気供給路７２は、補機構造体２の底面２８において開口している。燃料供給路７１は、補機構造体２と第１の燃料電池スタック１ａとを締結した状態において、補機構造体２の上面２７及び第１の燃料電池スタック１ａの底面（接続面）を介して第１の燃料電池スタック１ａ内のガス流路に連結する。空気供給路７２は、補機構造体２と第２の燃料電池スタック１ｂとを締結した状態において、補機構造体２の底面２８及び第２の燃料電池スタック１ｂの上面（接続面）を介して第２の燃料電池スタック１ｂ内のガス流路に連結する。

【0024】

また、補機構造体２は、オフガス流路７３を内蔵する。オフガス流路７３は、アノード連結路７３１、カソード連結路７３２、アノードオフガス流路７３３、カソードオフガス流路７３４及び燃焼ガス排出流路７３５を含む。

【0025】

アノード連結路７３１及びカソード連結路７３２は、第１の燃料電池スタック１ａ内のガス流路と、第２の燃料電池スタック１ｂ内のガス流路とを連結する連結路である。アノード連結路７３１は、第１の燃料電池スタック１ａにおいて一部が用いられた燃料ガス（アノードガス）を、第１の燃料電池スタック１ａから第２の燃料電池スタック１ｂに供給する流路である。カソード連結路７３２は、第２の燃料電池スタック１ｂにおいて一部が用いられた空気（カソードガス）を第２の燃料電池スタック１ｂから第１の燃料電池スタック１ａに供給する流路である。

【0026】

アノードオフガス流路７３３及びカソードオフガス流路７３４は、第１の燃料電池スタック１ａ及び第２の燃料電池スタック１ｂのオフガスを燃焼器一体型熱交換器３に供給する燃焼ガス供給路である。アノードオフガス流路７３３は、第２の燃料電池スタック１ｂからのアノードオフガスが流れる流路であり、カソードオフガス流路７３４は、第１の燃料電池スタック１ａからのカソードオフガスが流れる流路である。アノードオフガス流路７３３及びカソードオフガス流路７３４は、いずれも補機構造体２内の燃焼器一体型熱交換器３に連結する。

【0027】

燃焼ガス排出流路７３５は、燃焼器一体型熱交換器３内で燃焼された排ガスが流れる流路である。

【0028】

図２ａ及び図２ｂに示すように、カソードオフガス流路７３４は、補機構造体２の上面２７において開口し、アノードオフガス流路７３３及び燃焼ガス排出流路７３５は、補機構造体２の底面２８において開口している。また、アノード連結路７３１及びカソード連結路７３２は、補機構造体２の上面２７及び底面２８において開口している。カソードオフガス流路７３４は、補機構造体２と第１の燃料電池スタック１ａとを締結した状態において、補機構造体２の上面２７及び第１の燃料電池スタック１ａの底面（接続面）２８を介して第１の燃料電池スタック１ａ内のカソードオフガスが流れる通路に連結する。アノードオフガス流路７３３は、補機構造体２と第２の燃料電池スタック１ｂとを締結した状態において、補機構造体２の底面２８及び第２の燃料電池スタック１ｂの上面（接続面）を介して第２の燃料電池スタック１ｂ内のアノードオフガスが流れる通路に連結する。燃焼ガス排出流路７３５は、補機構造体２の底面２８を介して排気管６（図１を参照）に連結する。アノード連結路７３１及びカソード連結路７３２は、補機構造体２と第１の燃料電池スタック１ａとを締結した状態において、補機構造体２の上面２７及び第１の燃料電池スタック１ａの底面（接続面）２８を介して第１の燃料電池スタック１ａ内のガス流路に連結する。また、アノード連結路７３１及びカソード連結路７３２は、補機構造体２と第２の燃料電池スタック１ｂとを締結した状態において、補機構造体２の底面２８及び第２の燃料電池スタック１ｂの上面（接続面）を介して第２の燃料電池スタック１ｂ内のガス流路に連結する。

【0029】

このように、補機構造体２に内蔵される燃料供給路７１、空気供給路７２及びオフガス流路７３は、補機構造体２の保持面（上面２７，底面２８）及び燃料電池スタック１の接続面を介して燃料電池スタック１に接続される。これにより、補機構造体２外部の配管から補機構造体２内のガス流路を介して燃料ガス及び空気を燃料電池スタック１に供給し、燃料電池スタック１からのオフガスを補機構造体２内のガス流路を介して外部に排出することができる。

【0030】

具体的には、外部配管から燃料供給路７１に供給された燃料ガスは、補機構造体２の上面２７を介して第１の燃料電池スタック１ａに供給され、その一部が用いられた後、第１の燃料電池スタック１ａから補機構造体２の上面２７を介してアノード連結路７３１（オフガス流路７３）に供給される。アノード連結路７３１に供給された燃料ガス（アノードガス）は、補機構造体２の底面２８を介して第２の燃料電池スタック１ｂに供給される。第２の燃料電池スタック１ｂに用いられたアノードガスは、アノードオフガスとして第２の燃料電池スタック１ｂから補機構造体２の底面２８を介してアノードオフガス流路７３３（オフガス流路７３）に流入する。アノードオフガス流路７３３に流入したアノードオフガスは、アノードオフガス流路７３３から燃焼器一体型熱交換器３（図３ａ、図３ｂを参照）に供給される。なお、燃料電池スタック１内のアノード流路には改質触媒が塗られており、これにより、燃料ガスは、燃料電池スタック１内で改質される。

【0031】

一方、外部配管から空気供給路７２に供給された空気（カソードガス）は、補機構造体２の底面２８を介して第２の燃料電池スタック１ｂに供給され、その一部が用いられた後、第２の燃料電池スタック１ｂから補機構造体２の底面２８を介してカソード連結路７３２（オフガス流路７３）に供給される。カソード連結路７３２に供給された空気（カソードガス）は、補機構造体２の上面２７を介して第１の燃料電池スタック１ａに供給される。第１の燃料電池スタック１ａに用いられたカソードガスは、カソードオフガスとして補機構造体２の上面２７を介してカソードオフガス流路７３４（オフガス流路７３）に流入する。カソードオフガス流路７３４に流入したカソードオフガスは、カソードオフガス流路７３４から燃焼器一体型熱交換器３（図３ａ、図３ｂを参照）に供給される。

【0032】

燃焼器一体型熱交換器３（図３ａ、図３ｂを参照）に供給されたアノードオフガス及びカソードオフガスは、燃焼器一体型熱交換器３内で混合されて燃焼され、燃焼された排ガスは燃焼ガス排出流路７３５から補機構造体２の底面２８を介して排気管６（図１を参照）に排出される。

【0033】

以上のとおり、燃料電池システム１００においては、補機構造体２に内蔵されるガス流路を介して燃料電池スタック１に燃料及び空気が供給され、燃料電池スタック１からのオフガスは補機構造体２に内蔵された燃焼器一体型熱交換器３において燃焼される。

【0034】

ところで、車両用の燃料電池システムにおいて、排気燃焼器等の補機が放熱し、温度が低下すると、燃料電池システム起動時等にシステムを早期に始動できなくなる虞や、当該補機の性能が低下する虞がある。例えば、排気燃焼器等に車両走行時の走行風が吹き当たるような場合、排気燃焼器等が放熱しやすく、好ましくない。また、走行風が直接吹き当たらなくても、放熱量が大きくなる箇所から温度が低下していき、温度低下が排気燃焼器等の周囲まで伝達されることで、排気燃焼器等の放熱量が大きくなる場合もある。そこで本実施形態では、オフガス流路７３を補機構造体２における放熱量が最も多くなる面（放熱面）に沿って形成することとした。即ち、燃料電池スタック１からのオフガスは高温であるため、高温のオフガスが流れるオフガス流路７３を、放熱面に沿って形成することで、放熱面からの温度低下が抑制される。これにより、補機構造体に内蔵された排気燃焼器や熱交換器等の補機の放熱が抑制されるため、補機の温度低下が抑制される。

【0035】

なお、本実施形態においては、燃料電池システム１００は車体前方の原動機室に配置されるため、走行風は車両の前方向から吹き当たる。従って、車両の前方向を向いた前面２３が放熱面となる。

【0036】

図３ａ及び図３ｂは、補機構造体２内部のガス流路を説明する模式図であり、補機構造体２の内部構成を取り出した図である。図３ａは補機構造体２の上面斜視図、図３ｂは補機構造体２の底面斜視図である。

【0037】

図３ａ及び図３ｂに示すように、補機構造体２は、補機としての燃焼器一体型熱交換器３と、ガス供給流路としての燃料供給路７１及び空気供給路７２と、オフガス流路７３とを内蔵する。補機構造体２は、これらの補機３、ガス供給流路７１，７２、オフガス流路７３に対し、金属等が鋳込まれて形成される。

【0038】

燃料供給路７１は、外部から燃料供給管４を介して補機構造体２に供給される燃料ガスを第１の燃料電池スタック１ａに供給するための流路であり、補機構造体２の後面２６に沿って形成される。燃料供給路７１は、直線部７１ａと、直線部７１ａから分岐する２つの湾曲部７１ｂとを有している。直線部７１ａの一端は、燃料供給路７１の入口７１１であり、補機構造体２の第１の側面２４を介して燃料供給管４（図１を参照）に接続している。燃料供給路７１と燃料供給管４とが接続する部分は、フランジ（図示しない）等により固定されている。一方、直線部７１ａの他端は閉塞されている。２つの湾曲部７１ｂは、直線部７１ａの両端付近においてそれぞれ直線部７１ａから分岐し、湾曲状に伸びている。各湾曲部７１ｂの直線部７１ａと接続する側とは反対側の端部は、燃料供給路７１の出口７１２であり、補機構造体２の上面（保持面）２７を介して第１の燃料電池スタック１ａに接続している。外部から供給される燃料ガスは、入口７１１から燃料供給路７１に流入し、直線部７１ａ及び湾曲部７１ｂを介して出口７１２から第１の燃料電池スタック１ａに供給される。

【0039】

空気供給路７２は、空気供給管５を介して補機構造体２に供給される外部からの空気を、燃焼器一体型熱交換器３により熱交換（加熱）して燃料電池スタック１に供給するための流路である。空気供給路７２は、一端（入口）７２１が補機構造体２の第１の側面２４を介して空気供給管５（図１を参照）に接続し、他端（出口）７２２は、補機構造体２の底面２８を介して第２の燃料電池スタック１ｂに接続している。なお、空気供給路７２と空気供給管５とが接続する部分は、フランジ（図示しない）等により固定されている。

【0040】

また、空気供給路７２は、入口７２１と出口７２２との間の中間部分において、燃焼器一体型熱交換器３を通る。補機構造体２の外部から供給される空気は、空気供給路７２の入口７２１から空気供給路７２に流入し、中間部分において燃焼器一体型熱交換器３に流入する。後述するように、燃焼器一体型熱交換器３に流入した空気は、燃焼器一体型熱交換器３内において熱交換（加熱）され、出口７２２から第２の燃料電池スタック１ｂに供給される。

【0041】

オフガス流路７３は、連結路であるアノード連結路７３１及びカソード連結路７３２と、燃焼ガス供給路であるアノードオフガス流路７３３及びカソードオフガス流路７３４と、燃焼ガス排出流路７３５とを含む。

【0042】

アノード連結路７３１は、第１の燃料電池スタック１ａにおいて一部が使用された燃料ガス（アノードガス）を第２の燃料電池スタック１ｂに供給する流路であり、第１の燃料電池スタック１ａ内のアノード流路と第２の燃料電池スタック１ｂ内のアノード流路とを直接連結する。アノード連結路７３１は、補機構造体２の前面２３の左右両端近傍にそれぞれ形成され、補機構造体２の上面２７と底面２８の間を前面２３に沿って直線的に形成される。アノード連結路７３１の一端は、アノード連結路７３１の入口７３１１であり、補機構造体２の上面２７を介して第１の燃料電池スタック１ａ内のアノード流路に接続している。アノード連結路７３１の他端は、アノード連結路７３１の出口７３１２であり、補機構造体２の底面２８を介して第２の燃料電池スタック１ｂ内のアノード流路に接続している。このように、アノード連結路７３１は、第１の燃料電池スタック１ａ内のアノード流路と第２の燃料電池スタック１ｂ内のアノード流路とを、補機構造体２の前面２３に沿って直線的に直接連結する。従って、第１の燃料電池スタック１ａと第２の燃料電池スタック１ｂとの間を連結する経路が最短化され、省スペース化及び部品点数を削減することができる。燃料供給路７１から第１の燃料電池スタック１ａに供給された燃料ガスは、アノード連結路７３１の入口７３１１からアノード連結路７３１に流入し、アノード連結路７３１の出口７３１２から第２の燃料電池スタック１ｂに供給される。

【0043】

カソード連結路７３２は、第２の燃料電池スタック１ｂにおいて一部が使用された空気（カソードガス）を第１の燃料電池スタック１ａに供給する流路であり、第１の燃料電池スタック１ａ内のカソード流路と第２の燃料電池スタック１ｂ内のカソード流路とを直接連結する。カソード連結路７３２は、補機構造体２の前面２３の中央から、前面２３の左右両端近傍に形成されたアノード連結路７３１に近接する位置まで延在するように形成される。また、カソード連結路７３２は、補機構造体２の上面２７と底面２８の間を、前面２３に沿って直線的に形成される。カソード連結路７３２の一端は、カソード連結路７３２の入口７３２１であり、補機構造体２の底面２８を介して第２の燃料電池スタック１ｂ内のカソード流路に接続している。カソード連結路７３２の他端は、カソード連結路７３２の出口７３２２であり、補機構造体２の上面２７を介して第１の燃料電池スタック１ａ内のカソード流路に接続している。このように、カソード連結路７３２は、第１の燃料電池スタック１ａ内のカソード流路と第２の燃料電池スタック１ｂ内のカソード流路とを直線的に直接連結する。従って、第１の燃料電池スタック１ａと第２の燃料電池スタック１ｂとの間を連結する経路が最短化され、省スペース化及び部品点数を削減することができる。空気供給路７２から第２の燃料電池スタック１ｂに供給された空気は、カソード連結路７３２の入口７３２１からカソード連結路７３２に流入し、カソード連結路７３２の出口７３２２から第１の燃料電池スタック１ａに供給される。

【0044】

本実施形態においては、燃料電池スタック１及び補機構造体２は、車体前方に配置される。このため、車両走行時の走行風は補機構造体２の前方から補機構造体２の前面２３に吹き当たり、補機構造体２においては、前面２３の放熱量が最も多くなる。上記のとおり、オフガス流路７３であるアノード連結路７３１及びカソード連結路７３２は、補機構造体２の前面２３に沿って形成されている。このように、高温のオフガスが流れるオフガス流路７３が、補機構造体２において放熱量が最も多い放熱面（前面２３）に沿って形成されているため、放熱面（前面２３）からの温度低下が抑制される。従って、補機構造体２に内蔵された燃焼器一体型熱交換器３の放熱が抑制され、燃焼器一体型熱交換器（補機）３の温度低下が抑制される。

【0045】

また、補機構造体２の前面２３に沿って形成されるアノード連結路７３１（オフガス流路７３）及びカソード連結路７３２（オフガス流路７３）は、第１の燃料電池スタック１ａと第２の燃料電池スタック１ｂとを直接連結している。即ち、前面２３に沿って形成されるオフガス流路７３に断続される部分が無いため、放熱面（前面２３）と燃焼器一体型熱交換器（排気燃焼器及び熱交換器）３との間に放熱パスが生じない。従って、放熱面（前面２３）に向かって燃焼器一体型熱交換器（排気燃焼器及び熱交換器）３が放熱することが抑制され、燃焼器一体型熱交換器（補機）３の温度低下が抑制される。

【0046】

アノードオフガス流路７３３は、第２の燃料電池スタック１ｂからのアノードオフガスを燃焼器一体型熱交換器３に供給するための流路（燃焼ガス供給路）である。アノードオフガス流路７３３は、補機構造体２の後面２６に沿って形成される。アノードオフガス流路７３３の一端（入口）７３３１は、補機構造体２の底面２８を介して第２の燃料電池スタック１ｂに接続し、他端（出口）は燃焼器一体型熱交換器３に接続されている。第２の燃料電池スタック１ｂからのアノードオフガスは、アノードオフガス流路７３３の入口７３３１からアノードオフガス流路７３３に流入し、アノードオフガス流路７３３の出口から燃焼器一体型熱交換器３に供給される。

【0047】

カソードオフガス流路７３４は、第１の燃料電池スタック１ａからのカソードオフガスを燃焼器一体型熱交換器３に供給するための流路（燃焼ガス供給路）である。カソードオフガス流路７３４は、補機構造体２の後面２６に沿って形成される。カソードオフガス流路７３４は、一端（入口）７３４１が補機構造体２の上面２７を介して第１の燃料電池スタック１ａに接続し、他端（出口）は、燃焼器一体型熱交換器３に接続している。第１の燃料電池スタック１ａからのカソードオフガスは、カソードオフガス流路７３４の入口７３４１からカソードオフガス流路７３４に流入し、カソードオフガス流路７３４の出口から燃焼器一体型熱交換器３に供給される。

【0048】

燃焼ガス排出流路７３５は、後述する燃焼器一体型熱交換器３において生成された燃焼ガスを外部に排出する流路である。燃焼ガス排出流路７３５は、一端（入口）は燃焼器一体型熱交換器３に接続され、他端（出口）７３５２は補機構造体２の底面２８を介して排気管６（図１を参照）に接続されている。なお、燃焼ガス排出流路７３５と排気管６とが接続する部分は、フランジ（図示しない）等により固定されている。

【0049】

燃焼器一体型熱交換器３は、熱交換器を排気燃焼器に一体化した補機であり、プレートを積層して構成される。燃焼器一体型熱交換器３は、空気供給路７２に接続する流路と、アノードオフガス流路７３３、カソードオフガス流路７３４及び燃焼ガス排出流路７３５に接続する流路とを備える。燃焼器一体型熱交換器３には、アノードオフガス流路７３３及びカソードオフガス流路７３４から、アノードオフガス及びカソードオフガスがそれぞれ供給され、これらのガスは燃焼器一体型熱交換器３内で混合される。アノードオフガスとカソードオフガスとの混合ガスは、燃焼器一体型熱交換器３内で燃焼され、高温の燃焼ガスが生成される。また、燃焼器一体型熱交換器３には、空気供給路７２から空気（カソードガス）が供給される。燃焼器一体型熱交換器３に供給された空気（カソードガス）は、燃焼器一体型熱交換器３において生成された前述の燃焼ガスを用いて熱交換される。これにより、燃料電池スタック１に供給される空気（カソードガス）が加熱される。燃焼器一体型熱交換器３において加熱された空気（カソードガス）は、空気供給路７２から第２の燃料電池スタック１ｂに供給される。一方、燃焼器一体型熱交換器３において生成された燃焼ガスは、空気（カソードガス）と熱交換された後、燃焼ガス排出流路７３５に排出される。燃焼ガス排出流路７３５に排出された燃焼ガスは、補機構造体２の底面２８を介して燃焼ガス排出流路７３５に接続する排気管６から燃料電池システム１００が搭載される車両等の外部に排出される。

【0050】

このように、燃焼器と熱交換器とを一体化した燃焼器一体型熱交換器３を用いて、燃焼器一体型熱交換器３内で燃焼器が熱交換器を直接昇温させているため、燃焼器から熱交換器への経路が不要になる、または経路を短縮できる。

【0051】

なお、燃焼器一体型熱交換器３内におけるアノードオフガス流路７３３及びカソードオフガス流路７３４が供給される流路には、燃焼触媒が塗られており、これにより、混合ガスの燃焼が促進される。

【0052】

以上のとおり、本実施形態においては、オフガス流路７３が放熱面（前面２３）に沿って形成されているため、放熱面（前面２３）からの温度低下が抑制され、補機構造体２に内蔵された燃焼器一体型熱交換器３の放熱が抑制される。

【0053】

また、燃焼器一体型熱交換器３を内蔵する補機構造体２が、積層する２つの燃料電池スタック１ａ，１ｂの間に配置されているため、燃焼器一体型熱交換器３の温度が低下しにくく、燃焼器一体型熱交換器３の温度を保温することができる。

【0054】

また、ガス流路と、燃焼器一体型熱交換器３とを補機構造体２に内蔵させて一体化しているため、燃料電池システム１００全体の部品数や組み立て工程数を削減することができる。

【0055】

また、燃料電池スタック１ａ，１ｂを保持する補機構造体２にガス流路を内蔵しているため、燃料電池スタック１ａ，１ｂに接続するガス流路の流路長が短縮され、燃料電池スタック１ａ，１ｂに到達するまでの間に燃料や空気がガス流路から放熱することを抑制できる。

【0056】

なお、補機構造体２に内蔵される燃焼器一体型熱交換器３及び各ガス流路は、上記の構成に限られるものではない。オフガス流路７３が放熱面（前面２３）に沿って形成される部分を有していれば、補機構造体２内における各ガス流路の取り回しや補機（燃焼器一体型熱交換器３）の配置は如何なるものであってもよい。

【0057】

また、本実施形態では、補機構造体２に金属等を鋳込ませて燃焼器一体型熱交換器３及び各ガス流路を内蔵させているが、必ずしもこれに限られず、既知の如何なる方法を用いてこれらを補機構造体２に内蔵させてもよい。

【0058】

図４は、補機構造体２の上面斜視図であり、補機構造体２の前面２３に沿ったガス流路を説明する模式図である。図４では、補機構造体２内の構成について、連結路（アノード連結路７３１、カソード連結路７３２）及び燃焼器一体型熱交換器３のみを破線で示している。

【0059】

図４に示すように、アノード連結路７３１は、補機構造体２の上下方向（上面２７と底面２８とを垂直に結ぶ方向）に長く、左右方向（第１の側面２４と第２の側面２５とを垂直に結ぶ方向）に短い形状に構成される。また、アノード連結路７３１は、補機構造体２の前面２３の左右両端近傍において、前面２３に沿って、補機構造体２の上面２７から底面２８まで形成される。一方、カソード連結路７３２は、補機構造体２の前面２３の面方向に広く、前面２３に垂直な方向に狭い、扁平した形状に構成される。カソード連結路７３２は、前面２３に沿って、補機構造体２の上面２７から底面２８まで形成されるとともに、前面２３の中央から前面２３の左右両端近傍に形成されたアノード連結路７３１に近接する位置まで延在するように形成される。このように、前面２３に沿って形成されるカソード連結路７３２が、補機構造体２において最も放熱量の多い前面２３の面方向に広く、前面２３に垂直な方向に狭い扁平した形状を有しているため、走行風の吹き付けによる燃焼器一体型熱交換器３の放熱を広く抑制することができる。また、カソード連結路７３２を補機構造体２の前面２３の両端に形成されたアノード連結路７３１に近接する位置まで延在させているため、前面２３への走行風の吹き付けによる燃焼器一体型熱交換器３の放熱を最大限抑制することができる。さらに、前面２３に垂直な方向に狭い形状であるため、省スペース化も実現される。

【0060】

図５ａは補機構造体２の正面図、即ち、補機構造体２を前面２３（放熱面）側から見た図であり、図５ｂは補機構造体２の上面図、即ち、補機構造体２を上面２７側から見た図である。図４と同様に、図５ａ、図５ｂにおいても、補機構造体２内の構成について、連結路（アノード連結路７３１、カソード連結路７３２）及び燃焼器一体型熱交換器３のみを破線で示している。

【0061】

図５ａ及び図５ｂに示すように、補機構造体２の前面２３（放熱面）に沿って形成されるカソード連結路７３２は、前面２３側から見て、補機構造体２の上下方向及び左右方向のいずれにおいても燃焼器一体型熱交換器３より大きい。即ち、カソード連結路７３２は、補機構造体２の前面２３側から見て、燃焼器一体型熱交換器３を覆うように形成されている。このように、前面２３（放熱面）側から見て、カソード連結路７３２（オフガス流路７３）により燃焼器一体型熱交換器３が覆われているため、走行風の吹き付けによる温度低下が燃焼器一体型熱交換器３に伝達することが確実に防止される。また、燃焼器一体型熱交換器３を通過する空気（カソードガス）や燃焼ガスの温度が低下することも確実に防止される。

【0062】

図６は、燃料電池システム１００を車両前方に搭載した例を示す斜視図である。

【0063】

図６に示すように、補機構造体２は、筐体８１に収容され、筐体８１はブラケット８２を介して燃料電池システム１００が搭載される車両のサイドメンバー８３に取り付けられる。なお、図示を省略するが、補機構造体２に保持される燃料電池スタック１も同様に筐体８１に収容される。

【0064】

筐体８１は、燃料電池スタック１及び補機構造体２の車両前方側を収容するとともに補機構造体２が取り付けられるトレー形状の前側ケース８１１と、燃料電池スタック１及び補機構造体２の車両後方側を収容するとともに前側ケース８１１と接続する後側ケース８１２と、を備える。補機構造体２の前面２３は、前側ケース８１１の外側からボルトなどの複数の締結部材８１３により筐体８１に締結固定されている。前側ケース８１１と後側ケース８１２は互いの開口部を合わせて接続されるが、後側ケース８１２の開口部の一部は開口しており、その開口した部分から補機構造体２に接続された燃料供給管４、空気供給管５が延出している。

【0065】

筐体８１におけるサイドメンバー８３と略同じ高さとなる位置からは、ケース側ブラケット８２１が延出している。一方、サイドメンバー８３のケース側ブラケット８２１に対抗する位置には車両側ブラケット８２２が取り付けられている。そして、ケース側ブラケット８２１が車両側ブラケット８２２にねじ止めされることで筐体８１がサイドメンバー８３に固定される。これにより、補機構造体２を収容する筐体８１が車両に固定される。

【0066】

ところで、車両に燃料電池スタックを直接取り付ける場合、補強部材が必要となる。これに対し、本実施形態においては、上下に燃料電池スタック１ａ，１ｂを保持する補機構造体２を筐体８１に収容し、筐体８１に補機構造体２を締結するとともに、筐体８１を車両に締結している。ここで、筐体８１は補強部材として機能する。このため、燃料電池スタック１ａ，１ｂ及び補機構造体２を筐体８１に収容して車両に取り付ける本実施形態では、複数の燃料電池スタック１ａ，１ｂを車両に取り付けるための補強部材が不要となる。従って、燃料電池スタック１ａ，１ｂを車両に直接取り付ける場合に比べ、部品点数を削減することができる。

【0067】

また、筐体８１の前側ケース８１１は、補機構造体２の前面２３（放熱面）を覆う。これにより、補機構造体２内の燃焼器一体型熱交換器３の放熱をさらに抑制することができる。

【0068】

なお、補機構造体２を筐体８１に締結固定する方法及び筐体８１を車両に固定する方法は上記に限られず、既知の如何なる方法を用いてもよい。また、筐体８１の構成も上記に限られず、燃料電池スタック１及び補機構造体２を収容し、且つ外部配管（燃料供給管４、空気供給管５）と補機構造体２とを接続可能に構成されていれば、既知の如何なる構成であってもよい。

【0069】

上記した実施形態に係る燃料電池システム１００によれば、以下の効果を得ることができる。

【0070】

燃料電池システム１００は、２つの燃料電池スタック１ａ，１ｂの間に配置される補機構造体２を備える。補機構造体２は、燃焼器一体型熱交換器（排気燃焼器及び熱交換器）３と、燃料電池スタック１に供給する空気及び燃料が流れるガス供給流路７１，７２と、燃料電池スタック１のオフガスが流れるオフガス流路７３を内蔵する。補機構造体２は、車両走行時の走行風が吹き当たることによる放熱量が最も多くなる放熱面（前面２３）を有し、オフガス流路７３は、放熱面（前面２３）に沿って形成される部分を有する。このように、温度が高いオフガスが流れるオフガス流路７３を、温度低下が最も大きい放熱面（前面２３）に沿って形成している。このため、放熱面（前面２３）からの温度低下が抑制され、補機構造体２に内蔵された燃焼器一体型熱交換器（排気燃焼器及び熱交換器）３等の補機が、周囲の温度低下により放熱することを抑制できる。

【0071】

また、燃焼器一体型熱交換器３を内蔵する補機構造体２を２つの燃料電池スタック１ａ，１ｂの間に配置しているため、燃焼器一体型熱交換器３の温度は低下しにくい。即ち、燃焼器一体型熱交換器３の温度を保温することができる。

【0072】

また、２つの燃料電池スタック１ａ，１ｂの間に配置される補機構造体２に、燃焼器一体型熱交換器３とガス流路７１～７３を内蔵させて一体化しているため、燃料電池システム１００全体を小型化できるとともに、部品数や組み立て工程数を削減することができる。即ち、燃料電池システム１００を省スペース化及び低コスト化することができる。

【0073】

燃料電池システム１００は、燃焼器一体型熱交換器（排気燃焼器及び熱交換器）３と、ガス供給流路７１，７２と、オフガス流路７３とを内蔵する補機構造体２を備える。オフガス流路７３は、第１の燃料電池スタック１ａ内のガス流路と第２の燃料電池スタック１ｂ内のガス流路とを直接連結する連結路７３１，７３２と、燃料電池スタック１（１ａ，１ｂ）のオフガスを燃焼器一体型熱交換器（排気燃焼器）３に供給する燃焼ガス供給路７３３，７３４とを含む。そして、連結路７３１，７３２は補機構造体２の放熱面（前面２３）に沿って形成される。このように、温度が高いガスが流れる連結路７３１，７３２（オフガス流路７３）を、温度低下が最も大きい放熱面（前面２３）に沿って形成している。このため、放熱面（前面２３）からの温度低下が抑制され、補機構造体２に内蔵された燃焼器一体型熱交換器（排気燃焼器及び熱交換器）３等の補機が、周囲の温度低下により放熱することを抑制できる。

【0074】

また、放熱面（前面２３）に沿って形成される連結路７３１，７３２は、２つの燃料電池スタック１ａ，１ｂを直接連結するため、放熱面（前面２３）と燃焼器一体型熱交換器（排気燃焼器及び熱交換器）３との間に放熱パスが生じない。従って、放熱面（前面２３）に向かって燃焼器一体型熱交換器（排気燃焼器及び熱交換器）３が放熱することを抑制できる。

【0075】

燃料電池システム１００は、オフガス流路７３における放熱面（前面２３）に沿って形成されるカソード連結路７３２が、放熱面（前面２３）の面方向に広く、放熱面（前面２３）に垂直な方向に狭い扁平した形状である。従って、放熱面（前面２３）に対する走行風の吹き付けによる燃焼器一体型熱交換器３の放熱を広く抑制することができる。また、放熱面（前面２３）に垂直な方向に狭い形状であるため、省スペース化が実現される。

【0076】

燃料電池システム１００は、アノード連結路７３１は、放熱面（前面２３）の左右両端近傍において放熱面に沿って形成される。また、カソード連結路７３２は、放熱面（前面２３）に沿って、放熱面（前面２３）の中央から放熱面（前面２３）の左右両端近傍に形成されたアノード連結路７３１に近接する位置まで延在するように形成される。このように、カソード連結路７３２を放熱面（前面２３）の中央から放熱面（前面２３）の左右両端近傍まで延在させているため、前面２３への走行風の吹き付けによる燃焼器一体型熱交換器３の放熱を最大限抑制することができる。

【0077】

燃料電池システム１００は、オフガス流路７３における放熱面（前面２３）に沿って形成されるカソード連結路７３２が、放熱面（前面２３）側から見て補機構造体２内の燃焼器一体型熱交換器（熱交換器）３を覆うように形成される。これにより、車両の走行風の吹き付けによる温度低下が燃焼器一体型熱交換器３に伝達することが確実に防止される。また、燃焼器一体型熱交換器３を通過する空気（カソードガス）や燃焼ガスの温度が低下することも確実に防止される。

【0078】

燃料電池システム１００は、燃焼器一体型熱交換器（排気燃焼器及び熱交換器）３及びガス流路７１～７３を内蔵する補機構造体２が、燃料電池スタック１を保持する保持面２７，２８を有する。また、燃料電池スタック１は、保持面２７，２８と接する接続面を有し、接続面と保持面２７，２８とが接することで補機構造体２に保持される。このように、燃焼器一体型熱交換器（排気燃焼器及び熱交換器）３及びガス流路７１～７３を内蔵する補機構造体２によって、燃料電池スタック１を保持するため、構成部品が削減され、燃料電池システム１００を小型化することができる。

【0079】

また、燃料電池スタック１を保持する補機構造体２にガス流路７１～７３を内蔵しているため、燃料電池スタック１に接続するガス流路７１～７３の流路長が短縮される。これにより、燃料電池スタック１に到達するまでの間に燃料や空気がガス流路７１～７３から放熱することを抑制できる。

【0080】

燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１ａ，１ｂ及び補機構造体２を収容する筐体８１を備え、補機構造体２は筐体８１に締結固定される。筐体８１は補強部材として機能するため、燃料電池スタック１ａ，１ｂ及び補機構造体２を筐体８１に収容して車両に取り付ける本実施形態では、複数の燃料電池スタック１ａ，１ｂを車両に取り付けるための補強部材が不要となる。従って、燃料電池スタック１ａ，１ｂを車両に直接取り付ける場合に比べ、部品点数を削減することができる。

【0081】

燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１ａ，１ｂ及び補機構造体２を収容する筐体８１を備え、筐体８１は、補機構造体２の放熱面（前面２３）を覆うように補機構造体２を収容する。これにより、補機構造体２に車両の走行風が吹き付けることにより補機構造体２内の燃焼器一体型熱交換器３が放熱することをさらに抑制することができる。

【0082】

なお、本実施形態においては、燃料電池システム１００を車体前方の原動機室に配置する構成としたが、燃料電池システム１００の搭載位置はこれに限られない。例えば、燃料電池システム１００を車体の床下に配置してもよい。この場合、走行風は車両の下面方向から吹き当たるため、補機構造体２における車両の下面を向いた面が放熱面となる。従って、オフガス流路７３は、当該面（放熱面）に沿って形成される部分を有するように構成される。

【0083】

また、本実施形態においては、熱交換器を排気燃焼器に一体化した燃焼器一体型熱交換器３を補機構造体２に内蔵する構成としたが、熱交換器と排気燃焼器をそれぞれ別の構成として補機構造体２に内蔵してもよい。また、熱交換器と排気燃焼器を別の構成とした場合、熱交換器及び排気燃焼器のいずれも補機構造体２に内蔵することが好ましいが、熱交換器及び排気燃焼器の一方を補機構造体２に内蔵する構成であってもよい。

【0084】

また、本実施形態においては、補機としての燃焼器一体型熱交換器３を補機構造体２に内蔵する構成としたが、補機構造体２に内蔵する補機類はこれらに限られない。例えば、改質器等を補機構造体２に内蔵してもよい。本実施形態では、燃料ガスの改質を燃料電池スタック１内で行う構成としたが、この場合、燃料ガスの改質は改質器により行われる。

【0085】

また、本実施形態においては、燃焼器一体型熱交換器３内で燃焼された燃料電池スタック１のオフガス（燃焼ガス）と、空気供給路７２からの空気とを用いて燃焼器一体型熱交換器３内で熱交換する構成としたが必ずしもこれに限られない。例えば、燃料供給路７１が燃焼器一体型熱交換器３に接続するような構成にして、燃焼ガスと燃料供給路７２からの燃料とを用いて熱交換する構成としてもよい。即ち、燃焼器一体型熱交換器（熱交換器）３は、燃焼器一体型熱交換器（燃焼器）３内で燃焼された燃焼ガスと燃料電池スタック１に供給する空気及び燃料の少なくとも一方とを用いて熱交換する構成であればよい。

【0086】

また、本実施形態においては、燃料電池システム１００が２つの燃料電池スタック１ａ，１ｂを備える構成としたが、燃料電池スタック１の個数は２つに限られず、３つ以上の燃料電池スタック１を備えていてもよい。例えば、図７に示すように、４つの燃料電池スタック１ａ～１ｄの中心に補機構造体２を配置するような構成であってもよい。

【0087】

また、本実施形態においては、第１の燃料電池スタック１ａと第２の燃料電池スタック１ｂとを補機構造体２を介して積層する構成としたが、第１の燃料電池スタック１ａと第２の燃料電池スタック１ｂとは必ずしも積層させなくてもよい。例えば、図８に示すように、補機構造体２の上面２７に複数の燃料電池スタック１（１ａ，１ｂ）を保持するような構成であってもよい。

【0088】

また、本実施形態においては、アノード連結路７３１及びカソード連結路７３２を補機構造体２の放熱面（前面２３）に沿って形成しているが、必ずしもこれに限られず、オフガス流路７３が放熱面に沿って形成される部分を有していればよい。例えば、図９に示すように、燃料電池スタック１ａ，１ｂのオフガスを燃焼器一体型熱交換器（排気燃焼器）３に供給する燃焼ガス供給路（アノードオフガス流路７３３及びカソードオフガス流路７３４）を放熱面（前面２３）に沿って形成してもよい。なお、図９は、変形例による補機構造体２のガス流路を示す模式図であり、補機構造体２の側面図である。図９において、補機構造体２内の構成は、燃焼ガス供給路（アノードオフガス流路７３３及びカソードオフガス流路７３４）、アノード連結路７３１及び燃焼器一体型熱交換器３のみを破線で示している。燃焼ガス供給路（アノードオフガス流路７３３及びカソードオフガス流路７３４）を流れるオフガスは、２つの燃料電池スタック１ａ，１ｂの両方において用いられた後のオフガスであるため、連結路７３１，７３２を流れるガスよりもさらに高温である。従って、燃焼ガス供給路によって放熱面（前面２３）からの温度低下がより抑制され、補機構造体２に内蔵された燃焼器一体型熱交換器（排気燃焼器及び熱交換器）３等の補機が周囲の温度低下により放熱することをより抑制できる。

【0089】

また、省スペース化等の観点から、アノード連結路７３１及びカソード連結路７３２は、本実施形態のように燃料電池スタック１ａ，１ｂを直線的に連結する構造として経路を最短化することが好ましいが、必ずしもこれに限られない。補機構造体２の放熱面に沿って形成された部分を有していれば、アノード連結路７３１及びカソード連結路７３２は、一方のみが直線的に構成されていてもよく、また、どちらも直線的ではない構成であってもよい。

【0090】

また、補機構造体２の放熱面と燃焼器一体型熱交換器３との間に放熱パスを生じさせないために、アノード連結路７３１及びカソード連結路７３２は、本実施形態のように燃料電池スタック１ａ，１ｂを直接連結することが好ましいが、必ずしもこれに限られない。補機構造体２の放熱面に沿って形成された部分を有していれば、アノード連結路７３１及びカソード連結路７３２は、燃料電池スタック１ａ，１ｂを直接には連結していなくてもよい。

【0091】

また、本実施形態においては、アノード連結路７３１を補機構造体２の上下方向に長く、左右方向に短い形状にし、カソード連結路７３２を補機構造体２の前面２３の面方向に広く、前面２３に垂直な方向に狭い、扁平した形状にしたが、必ずしもこれに限られない。例えば、本実施形態とは逆に、カソード連結路７３２を補機構造体２の上下方向に長く、左右方向に短い形状にし、アノード連結路７３１を補機構造体２の前面２３の面方向に広く、前面２３に垂直な方向に狭い、扁平した形状にしてもよい。また、本実施形態においては、アノード連結路７３１は、補機構造体２の前面２３の左右両端近傍に形成し、カソード連結路７３２は前面２３の中央から前面２３の左右両端近傍に延在するように形成したが、これも例えばカソード連結路７３２を前面の左右両端付近に、アノード連結路７３１を前面の中央に形成するようにしてもよい。即ち、補機構造体２の前面２３に沿って形成されていれば、連結路はどのように形成してもよい。

【0092】

また、本実施形態においては、補機構造体２内のガス流路に接続する外部配管を燃料供給管４、空気供給管５、排気管６としたが、外部配管はこれらに限られない。例えば、外部配管として、燃料電池システム１００起動時に燃焼器一体型熱交換器（燃焼器）３に燃料ガスを供給するための燃焼用燃料供給管を設けて、補機構造体２に、燃焼用燃料供給管と燃焼器一体型熱交換器（燃焼器）３とを接続する燃焼用燃料供給路を内蔵させてもよい。この場合、燃料電池システム１００の起動時には、燃焼用燃料供給管から燃焼用燃料供給路を介して燃焼器一体型熱交換器（燃焼器）３に燃料ガスが供給される。これにより、燃焼器一体型熱交換器（燃焼器）３内にアノードオフガスが供給されていない燃料電池システム１００の起動時においても、燃焼器一体型熱交換器（燃焼器）３に燃料が供給され、燃焼器一体型熱交換器（燃焼器）３内において空気と燃料の混合ガスが燃焼される。即ち、燃料電池システム１００が暖機される。また、外部配管として、空気を熱交換させずに燃料電池スタック１に供給するためのバイパス空気供給管を設けて、補機構造体２に、燃焼器一体型熱交換器（熱交換器）３を経由せずにバイパス空気供給管と空気供給路７２の出口７２２付近とを接続するバイパス空気供給路を内蔵させてもよい。これにより、バイパス空気供給管から供給された空気は、熱交換（加熱）されずに空気供給路７２に供給される。従って、燃焼器一体型熱交換器（熱交換器）３により熱交換（加熱）された空気と、熱交換（加熱）されていない空気とが混合した空気が空気供給路７２から燃料電池スタック１に供給される。従って、補機構造体２の外部において、燃料電池システム１００の制御部（図示しない）によりバイパス空気供給管に供給される空気の量を調節することで、燃料電池スタック１に供給される空気の温度を調節することができる。さらに、外部配管として、燃料ガスに酸素を供給するためのＰＯＸ用配管を設けて、補機構造体２にＰＯＸ用配管に接続するＰＯＸ用流路を内蔵させてもよい。

【0093】

以上、本発明の実施形態について説明したが、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。

【符号の説明】

【0094】

１ 燃料電池スタック
１ａ 第１の燃料電池スタック
１ｂ 第２の燃料電池スタック
２ 補機構造体
３ 燃焼器一体型熱交換器（排気燃焼器、熱交換器）
４ 燃料供給管（外部配管）
５ 空気供給管（外部配管）
６ 排気管（外部配管）
７１ 燃料供給路
７２ 空気供給路
７３ オフガス流路
７３１ アノード連結路（連結路）
７３２ カソード連結路（連結路）
７３３ アノードオフガス流路（燃焼ガス供給路）
７３４ カソードオフガス流路（燃焼ガス供給路）
７３５ 燃焼ガス排出流路
８１ 筐体
１００ 燃料電池システム

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3a】

【図3b】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】