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(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】2024-08-05
(45)【発行日】2024-08-14
(54)【発明の名称】空冷式燃料電池システム
(51)【国際特許分類】
H01M 8/04955 20160101AFI20240806BHJP
H01M 8/0432 20160101ALI20240806BHJP
H01M 8/04228 20160101ALI20240806BHJP
H01M 8/04014 20160101ALI20240806BHJP
H01M 8/10 20160101ALN20240806BHJP
【ＦＩ】
H01M8/04955
H01M8/0432
H01M8/04228
H01M8/04014
H01M8/10 101
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2021092787
(22)【出願日】2021-06-02
(65)【公開番号】P2022185251
(43)【公開日】2022-12-14
【審査請求日】2023-03-23
(73)【特許権者】
【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】100104499
【弁理士】
【氏名又は名称】岸本 達人
(74)【代理人】
【識別番号】100101203
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100129838
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 典輝
(72)【発明者】
【氏名】野々山 順朗
【審査官】大内 俊彦
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－２１６７８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－２５２９３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１０６８３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１９２９７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１１６８６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平８－３１４４２（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】
空冷式燃料電池システムであって、前記空冷式燃料電池システムは、燃料電池、
第１温度取得部、
第２温度取得部、
制御部、を備え、
前記燃料電池は、金属製の冷却フィンを有し、
前記第１温度取得部は、前記燃料電池の冷却用空気入口の近傍、且つ、前記冷却フィンと離間した位置に配置され、
前記第２温度取得部は、前記冷却フィンと当接するように配置され、
前記制御部は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度を監視し、
前記制御部は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の差が所定の温度閾値以上の時、又は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの昇温速度の差が所定の昇温速度閾値以上の時に、前記燃料電池の発電を停止することを特徴とする空冷式燃料電池システム。
【請求項2】
前記空冷式燃料電池システムは、さらに前記空冷式燃料電池システムの外部から空気を取り入れる、空気導入部、反応用空気を前記燃料電池に供給する、反応用空気供給部、
前記反応用空気供給部と前記燃料電池の反応用空気入口とを接続する反応用空気供給流路、
前記燃料電池の反応用空気出口と前記外部とを接続する反応用空気排出流路、
前記空気導入部と前記燃料電池の前記冷却用空気入口とを接続する冷却用空気供給流路、
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部、
前記燃料ガス供給部と前記燃料電池の燃料ガス入口とを接続する燃料ガス供給流路、
前記燃料電池の燃料ガス出口と前記外部とを接続する燃料オフガス排出流路を備え、
前記燃料電池は、反応用空気マニホールドと冷却用空気マニホールドとが独立した構造を備え、
前記反応用空気供給流路は、前記反応用空気供給部の下流且つ前記燃料電池の前記反応用空気入口の上流の領域に第１バルブを有し、
前記反応用空気排出流路は、前記燃料電池の前記反応用空気出口の下流に第２バルブを有し、
前記燃料ガス供給流路は、前記燃料電池の前記燃料ガス入口の上流に第３バルブを有し、
前記燃料オフガス排出流路は、前記燃料電池の前記燃料ガス出口の下流に第４バルブを有し、
前記制御部は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の差が所定の温度閾値以上の時、又は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの昇温速度の差が所定の昇温速度閾値以上の時に、前記第１バルブ、前記第２バルブ、前記第３バルブ、及び、前記第４バルブの開度を小さくする、請求項１に記載の空冷式燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、空冷式燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【0002】
燃料電池（ＦＣ）は、１つの単セル（以下、セルと記載する場合がある）又は複数の単セルを積層した燃料電池スタック（以下、単にスタックと記載する場合がある）で構成され、水素等の燃料ガスと酸素等の酸化剤ガスとの電気化学反応によって電気エネルギーを取り出す発電装置である。なお、実際に燃料電池に供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスは、酸化・還元に寄与しないガスとの混合物である場合が多い。特に酸化剤ガスは酸素を含む空気である場合が多い。
なお、以下では、燃料ガスや酸化剤ガスを、特に区別することなく単に「反応ガス」あるいは「ガス」と呼ぶ場合もある。また、単セル、及び、単セルを積層した燃料電池スタックのいずれも、燃料電池と呼ぶ場合がある。
なお、以下では、燃料ガスや酸化剤ガスを、特に区別することなく単に「反応ガス」あるいは「ガス」と呼ぶ場合もある。また、単セル、及び、単セルを積層した燃料電池スタックのいずれも、燃料電池と呼ぶ場合がある。
【0003】
燃料電池車両（以下車両と記載する場合がある）に車載されて用いられる燃料電池に関して、様々な技術が提案されている。
例えば特許文献１では、ＦＣスタックの吸気側と排気側の温度の均一化による冷却効率が改善された新規な空冷式燃料電池ユニットが開示されている。
例えば特許文献１では、ＦＣスタックの吸気側と排気側の温度の均一化による冷却効率が改善された新規な空冷式燃料電池ユニットが開示されている。
【0004】
特許文献２では、適切なセル温度の検出が可能な燃料電池が開示されている。
【0005】
特許文献３では、発電能力の低下を招くさまざまな異常を局所レベルで早期に検知することができ、異常原因の特定や対処を速やかに行なうことが可能となる燃料電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１８－１０６８３１号公報
【文献】特開２０１８－１１６８６１号公報
【文献】特開２００８－１２３９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
燃料電池においては、燃料電池を構成する部材の材質にもよるが、通常は１００℃以下の温度に制御することが安定的な発電を行なうために必要とされている。したがって、発電反応が効率よく行なわれていること、および部材に問題が発生するような高温になっていないことを確認するためには、温度をより正確に把握することの重要性は高いものといえる。
上記特許文献１では、望ましい発電状態を維持するための制御であり、過昇温などの異常状態に陥るかどうかの判定およびその対処ができない。
上記特許文献１では、望ましい発電状態を維持するための制御であり、過昇温などの異常状態に陥るかどうかの判定およびその対処ができない。
【0008】
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、熱暴走を抑制できる空冷式燃料電池システムを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示の空冷式燃料電池システムは、空冷式燃料電池システムであって、
前記空冷式燃料電池システムは、燃料電池、
第１温度取得部、
第２温度取得部、
制御部、を備え、
前記燃料電池は、金属製の冷却フィンを有し、
前記第１温度取得部は、前記燃料電池の冷却用空気入口の近傍、且つ、前記冷却フィンと離間した位置に配置され、
前記第２温度取得部は、前記冷却フィンと当接するように配置され、
前記制御部は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度を監視し、
前記制御部は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の差が所定の温度閾値以上の時、又は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの昇温速度の差が所定の昇温速度閾値以上の時に、前記燃料電池の発電を停止することを特徴とする。
前記空冷式燃料電池システムは、燃料電池、
第１温度取得部、
第２温度取得部、
制御部、を備え、
前記燃料電池は、金属製の冷却フィンを有し、
前記第１温度取得部は、前記燃料電池の冷却用空気入口の近傍、且つ、前記冷却フィンと離間した位置に配置され、
前記第２温度取得部は、前記冷却フィンと当接するように配置され、
前記制御部は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度を監視し、
前記制御部は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の差が所定の温度閾値以上の時、又は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの昇温速度の差が所定の昇温速度閾値以上の時に、前記燃料電池の発電を停止することを特徴とする。
【0010】
本開示の空冷式燃料電池システムにおいては、前記空冷式燃料電池システムは、さらに前記空冷式燃料電池システムの外部から空気を取り入れる、空気導入部、
前記反応用空気を前記燃料電池に供給する、反応用空気供給部、
前記反応用空気供給部と前記燃料電池の反応用空気入口とを接続する反応用空気供給流路、
前記燃料電池の反応用空気出口と前記外部とを接続する反応用空気排出流路、
前記空気導入部と前記燃料電池の冷却用空気入口とを接続する冷却用空気供給流路、
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部、
前記燃料ガス供給部と前記燃料電池の燃料ガス入口とを接続する燃料ガス供給流路、
前記燃料電池の燃料ガス出口と外部とを接続する燃料オフガス排出流路を備え、
前記燃料電池は、反応用空気マニホールドと冷却用空気マニホールドとが独立した構造を備え、
前記反応用空気供給流路は、前記反応用空気供給部の下流且つ前記燃料電池の前記反応用空気入口の上流の領域に第１バルブを有し、
前記反応用空気排出流路は、前記燃料電池の前記反応用空気出口の下流に第２バルブを有し、
前記燃料ガス供給流路は、前記燃料電池の前記燃料ガス入口の上流に第３バルブを有し、
前記燃料オフガス排出流路は、前記燃料電池の前記燃料ガス出口の下流に第４バルブを有し、
前記制御部は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の差が所定の温度閾値以上の時、又は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの昇温速度の差が所定の昇温速度閾値以上の時に、前記第１バルブ、前記第２バルブ、前記第３バルブ、及び、前記第４バルブの開度を小さくしてもよい。
前記反応用空気を前記燃料電池に供給する、反応用空気供給部、
前記反応用空気供給部と前記燃料電池の反応用空気入口とを接続する反応用空気供給流路、
前記燃料電池の反応用空気出口と前記外部とを接続する反応用空気排出流路、
前記空気導入部と前記燃料電池の冷却用空気入口とを接続する冷却用空気供給流路、
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部、
前記燃料ガス供給部と前記燃料電池の燃料ガス入口とを接続する燃料ガス供給流路、
前記燃料電池の燃料ガス出口と外部とを接続する燃料オフガス排出流路を備え、
前記燃料電池は、反応用空気マニホールドと冷却用空気マニホールドとが独立した構造を備え、
前記反応用空気供給流路は、前記反応用空気供給部の下流且つ前記燃料電池の前記反応用空気入口の上流の領域に第１バルブを有し、
前記反応用空気排出流路は、前記燃料電池の前記反応用空気出口の下流に第２バルブを有し、
前記燃料ガス供給流路は、前記燃料電池の前記燃料ガス入口の上流に第３バルブを有し、
前記燃料オフガス排出流路は、前記燃料電池の前記燃料ガス出口の下流に第４バルブを有し、
前記制御部は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の差が所定の温度閾値以上の時、又は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの昇温速度の差が所定の昇温速度閾値以上の時に、前記第１バルブ、前記第２バルブ、前記第３バルブ、及び、前記第４バルブの開度を小さくしてもよい。
【発明の効果】
【0011】
本開示の空冷式燃料電池システムによれば、熱暴走を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
本開示の空冷式燃料電池システムは、空冷式燃料電池システムであって、
前記空冷式燃料電池システムは、燃料電池、
第１温度取得部、
第２温度取得部、
制御部、を備え、
前記燃料電池は、金属製の冷却フィンを有し、
前記第１温度取得部は、前記燃料電池の冷却用空気入口の近傍、且つ、前記冷却フィンと離間した位置に配置され、
前記第２温度取得部は、前記冷却フィンと当接するように配置され、
前記制御部は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度を監視し、
前記制御部は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の差が所定の温度閾値以上の時、又は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの昇温速度の差が所定の昇温速度閾値以上の時に、前記燃料電池の発電を停止することを特徴とする。
前記空冷式燃料電池システムは、燃料電池、
第１温度取得部、
第２温度取得部、
制御部、を備え、
前記燃料電池は、金属製の冷却フィンを有し、
前記第１温度取得部は、前記燃料電池の冷却用空気入口の近傍、且つ、前記冷却フィンと離間した位置に配置され、
前記第２温度取得部は、前記冷却フィンと当接するように配置され、
前記制御部は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度を監視し、
前記制御部は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の差が所定の温度閾値以上の時、又は、前記第１温度取得部と前記第２温度取得部とで取得されたそれぞれの昇温速度の差が所定の昇温速度閾値以上の時に、前記燃料電池の発電を停止することを特徴とする。
【0014】
空冷式燃料電池は水冷式燃料電池に比べて、燃料電池の熱容量が小さく、空気は熱伝達が悪いため、冷却流量の低下などの異常時に、過昇温のリスクが大きい。これを迅速に検知して安全に燃料電池の発電を制御することが重要である。
水冷式燃料電池では、水の熱伝達がよく、燃料電池の熱容量が大きいため、昇温速度が遅く、空冷式燃料電池のような早急の検知の必要性が低い。
本開示によれば、燃料電池に当接しない空気の温度と燃料電池内部の温度との温度差を監視することで、より正確に発電中の燃料電池内部の異常を検出しやすくし、その温度差から燃料電池の異常の有無を判定する。
本開示により、空冷式燃料電池内外の温度差または昇温速度の差を正確に把握することができるため、冷媒の熱容量が小さい空冷式燃料電池での過昇温を素早く検知することができ、熱暴走を未然に防止するか、又は、熱暴走を抑制することができる。
空冷式燃料電池では、燃料電池外での空気の温度の測定では、熱伝達が悪く異常検知に時間がかかる。本開示によれば、金属製の冷却フィンに温度センサを直接接触させる構造とすることにより、冷却用空気の供給が停止された場合でも、冷却フィンの温度を直接測定することにより、精度良く燃料電池の温度を把握することができる。
水冷式燃料電池では、水の熱伝達がよく、燃料電池の熱容量が大きいため、昇温速度が遅く、空冷式燃料電池のような早急の検知の必要性が低い。
本開示によれば、燃料電池に当接しない空気の温度と燃料電池内部の温度との温度差を監視することで、より正確に発電中の燃料電池内部の異常を検出しやすくし、その温度差から燃料電池の異常の有無を判定する。
本開示により、空冷式燃料電池内外の温度差または昇温速度の差を正確に把握することができるため、冷媒の熱容量が小さい空冷式燃料電池での過昇温を素早く検知することができ、熱暴走を未然に防止するか、又は、熱暴走を抑制することができる。
空冷式燃料電池では、燃料電池外での空気の温度の測定では、熱伝達が悪く異常検知に時間がかかる。本開示によれば、金属製の冷却フィンに温度センサを直接接触させる構造とすることにより、冷却用空気の供給が停止された場合でも、冷却フィンの温度を直接測定することにより、精度良く燃料電池の温度を把握することができる。
【0015】
本開示の燃料電池システムは、空冷式燃料電池システムである。
空冷式燃料電池システムは、冷媒として空気を用いる。本開示においては、冷媒としての空気を冷却用空気と称する場合がある。本開示においては、酸化剤ガスとしての空気を反応用空気と称する場合がある。
空冷式燃料電池システムは、冷媒として空気を用いる。本開示においては、冷媒としての空気を冷却用空気と称する場合がある。本開示においては、酸化剤ガスとしての空気を反応用空気と称する場合がある。
【0016】
空冷式燃料電池システムは、燃料電池、第１温度取得部、第２温度取得部、制御部等を備える。
【0017】
燃料電池は、通常、単セルを有する。
燃料電池は、単セルを１つのみ有するものであってもよいし、単セルを複数個積層した積層体である燃料電池スタックであってもよい。
単セルの積層数は特に限定されず、例えば、２～数百個であってもよく、２０～６００個であってもよく、４０～２００個であってもよい。
燃料電池スタックは、単セルの積層方向の両端にエンドプレート、集電板、加圧板等を備えていてもよい。
燃料電池は、単セルを１つのみ有するものであってもよいし、単セルを複数個積層した積層体である燃料電池スタックであってもよい。
単セルの積層数は特に限定されず、例えば、２～数百個であってもよく、２０～６００個であってもよく、４０～２００個であってもよい。
燃料電池スタックは、単セルの積層方向の両端にエンドプレート、集電板、加圧板等を備えていてもよい。
【0018】
燃料電池の単セルは、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）を有していてもよい。燃料電池の単セルは、膜電極ガス拡散層接合体を挟持する第１セパレータ及び第２セパレータを有していてもよい。
【0019】
膜電極ガス拡散層接合体は、第１ガス拡散層、第１触媒層、電解質膜、第２触媒層、及び、第２ガス拡散層をこの順に有する。
膜電極ガス拡散層接合体は、具体的には、アノード側ガス拡散層及び、アノード触媒層及び、電解質膜及び、カソード触媒層及び、カソード側ガス拡散層をこの順に有する。
膜電極ガス拡散層接合体は、具体的には、アノード側ガス拡散層及び、アノード触媒層及び、電解質膜及び、カソード触媒層及び、カソード側ガス拡散層をこの順に有する。
【0020】
第１触媒層と第２触媒層は、一方がカソード触媒層であり、もう一方がアノード触媒層である。
カソード（酸化剤極）は、カソード触媒層及びカソード側ガス拡散層を含む。
アノード（燃料極）は、アノード触媒層及びアノード側ガス拡散層を含む。
第１触媒層及び第２触媒層をまとめて触媒層と称する。カソード触媒層及びアノード触媒層をまとめて触媒層と称する。
カソード（酸化剤極）は、カソード触媒層及びカソード側ガス拡散層を含む。
アノード（燃料極）は、アノード触媒層及びアノード側ガス拡散層を含む。
第１触媒層及び第２触媒層をまとめて触媒層と称する。カソード触媒層及びアノード触媒層をまとめて触媒層と称する。
【0021】
第１ガス拡散層と第２ガス拡散層は、一方がカソード側ガス拡散層であり、もう一方がアノード側ガス拡散層である。
第１ガス拡散層は、第１触媒層がカソード触媒層の場合はカソード側ガス拡散層であり、第１触媒層がアノード触媒層の場合はアノード側ガス拡散層である。
第２ガス拡散層は、第２触媒層がカソード触媒層の場合はカソード側ガス拡散層であり、第２触媒層がアノード触媒層の場合はアノード側ガス拡散層である。
第１ガス拡散層と第２ガス拡散層をまとめてガス拡散層又は拡散層と称する。カソード側ガス拡散層及びアノード側ガス拡散層をまとめてガス拡散層又は拡散層と称する。
ガス拡散層は、ガス透過性を有する導電性部材等であってもよい。
導電性部材としては、例えば、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、並びに、金属メッシュ、及び、発泡金属などの金属多孔質体等が挙げられる。
第１ガス拡散層は、第１触媒層がカソード触媒層の場合はカソード側ガス拡散層であり、第１触媒層がアノード触媒層の場合はアノード側ガス拡散層である。
第２ガス拡散層は、第２触媒層がカソード触媒層の場合はカソード側ガス拡散層であり、第２触媒層がアノード触媒層の場合はアノード側ガス拡散層である。
第１ガス拡散層と第２ガス拡散層をまとめてガス拡散層又は拡散層と称する。カソード側ガス拡散層及びアノード側ガス拡散層をまとめてガス拡散層又は拡散層と称する。
ガス拡散層は、ガス透過性を有する導電性部材等であってもよい。
導電性部材としては、例えば、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、並びに、金属メッシュ、及び、発泡金属などの金属多孔質体等が挙げられる。
【0022】
燃料電池は、触媒層とガス拡散層との間にマイクロポーラス層（ＭＰＬ）を有していてもよい。マイクロポーラス層は、ＰＴＦＥ等の撥水性樹脂とカーボンブラック等の導電性材料との混合物を含んでいてもよい。
【0023】
電解質膜は、固体高分子電解質膜であってもよい。固体高分子電解質膜としては、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜等のフッ素系電解質膜、及び、炭化水素系電解質膜等が挙げられる。電解質膜としては、例えば、ナフィオン膜（デュポン社製）等であってもよい。
【0024】
第１セパレータと第２セパレータは、一方がカソード側セパレータであり、もう一方がアノード側セパレータである。
第１セパレータは、第１触媒層がカソード触媒層の場合はカソード側セパレータであり、第１触媒層がアノード触媒層の場合はアノード側セパレータである。
第２セパレータは、第２触媒層がカソード触媒層の場合はカソード側セパレータであり、第２触媒層がアノード触媒層の場合はアノード側セパレータである。
第１セパレータと第２セパレータをまとめてセパレータと称する。アノード側セパレータとカソード側セパレータとをまとめてセパレータと称する。
膜電極ガス拡散層接合体は、第１セパレータと第２セパレータにより挟持される。
セパレータは、反応ガス及び冷媒等の流体を単セルの積層方向に流通させるための供給孔及び排出孔を有していてもよい。冷媒としては、気体の場合は、冷却用の空気等を用いることができる。
供給孔は、燃料ガス供給孔、酸化剤ガス供給孔、及び、冷媒供給孔等が挙げられる。
排出孔は、燃料ガス排出孔、酸化剤ガス排出孔、及び、冷媒排出孔等が挙げられる。
セパレータは、１つ以上の燃料ガス供給孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス供給孔を有していてもよく、必要に応じて１つ以上の冷媒供給孔を有していてもよく、１つ以上の燃料ガス排出孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス排出孔を有していてもよく、必要に応じて１つ以上の冷媒排出孔を有していてもよい。
セパレータは、ガス拡散層に接する面に反応ガス流路を有していてもよい。また、セパレータは、ガス拡散層に接する面とは反対側の面に燃料電池の温度を一定に保つための冷媒流路を有していてもよい。
セパレータがアノード側セパレータである場合は、１つ以上の燃料ガス供給孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス供給孔を有していてもよく、必要に応じて１つ以上の冷媒供給孔を有していてもよく、１つ以上の燃料ガス排出孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス排出孔を有していてもよく、必要に応じて１つ以上の冷媒排出孔を有していてもよく、アノード側セパレータは、アノード側ガス拡散層に接する面に燃料ガス供給孔から燃料ガス排出孔に燃料ガスを流す燃料ガス流路を有していてもよく、必要に応じてアノード側ガス拡散層に接する面とは反対側の面に冷媒供給孔から冷媒排出孔に冷媒を流す冷媒流路を有していてもよい。
セパレータがカソード側セパレータである場合は、１つ以上の燃料ガス供給孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス供給孔を有していてもよく、必要に応じて１つ以上の冷媒供給孔を有していてもよく、１つ以上の燃料ガス排出孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス排出孔を有していてもよく、必要に応じて１つ以上の冷媒排出孔を有していてもよく、カソード側セパレータは、カソード側ガス拡散層に接する面に酸化剤ガス供給孔から酸化剤ガス排出孔に酸化剤ガスを流す酸化剤ガス流路を有していてもよく、必要に応じてカソード側ガス拡散層に接する面とは反対側の面に冷媒供給孔から冷媒排出孔に冷媒を流す冷媒流路を有していてもよい。
セパレータは、ガス不透過の導電性部材等であってもよい。導電性部材としては、例えば、熱硬化樹脂、熱可塑樹脂、樹脂繊維等の樹脂材、及び、カーボン粉末、カーボン繊維等のカーボン材を含む混合物をプレス成形したカーボンコンポジット材、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン、及び、プレス成形した金属（例えば、チタン、鉄、アルミニウム、及び、ＳＵＳ等）板等であってもよい。また、セパレータが集電機能を備えるものであってもよい。
セパレータの形状は、長方形、横長６角形、横長８角形、円形、長丸形状等であってもよい。
第１セパレータは、第１触媒層がカソード触媒層の場合はカソード側セパレータであり、第１触媒層がアノード触媒層の場合はアノード側セパレータである。
第２セパレータは、第２触媒層がカソード触媒層の場合はカソード側セパレータであり、第２触媒層がアノード触媒層の場合はアノード側セパレータである。
第１セパレータと第２セパレータをまとめてセパレータと称する。アノード側セパレータとカソード側セパレータとをまとめてセパレータと称する。
膜電極ガス拡散層接合体は、第１セパレータと第２セパレータにより挟持される。
セパレータは、反応ガス及び冷媒等の流体を単セルの積層方向に流通させるための供給孔及び排出孔を有していてもよい。冷媒としては、気体の場合は、冷却用の空気等を用いることができる。
供給孔は、燃料ガス供給孔、酸化剤ガス供給孔、及び、冷媒供給孔等が挙げられる。
排出孔は、燃料ガス排出孔、酸化剤ガス排出孔、及び、冷媒排出孔等が挙げられる。
セパレータは、１つ以上の燃料ガス供給孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス供給孔を有していてもよく、必要に応じて１つ以上の冷媒供給孔を有していてもよく、１つ以上の燃料ガス排出孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス排出孔を有していてもよく、必要に応じて１つ以上の冷媒排出孔を有していてもよい。
セパレータは、ガス拡散層に接する面に反応ガス流路を有していてもよい。また、セパレータは、ガス拡散層に接する面とは反対側の面に燃料電池の温度を一定に保つための冷媒流路を有していてもよい。
セパレータがアノード側セパレータである場合は、１つ以上の燃料ガス供給孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス供給孔を有していてもよく、必要に応じて１つ以上の冷媒供給孔を有していてもよく、１つ以上の燃料ガス排出孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス排出孔を有していてもよく、必要に応じて１つ以上の冷媒排出孔を有していてもよく、アノード側セパレータは、アノード側ガス拡散層に接する面に燃料ガス供給孔から燃料ガス排出孔に燃料ガスを流す燃料ガス流路を有していてもよく、必要に応じてアノード側ガス拡散層に接する面とは反対側の面に冷媒供給孔から冷媒排出孔に冷媒を流す冷媒流路を有していてもよい。
セパレータがカソード側セパレータである場合は、１つ以上の燃料ガス供給孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス供給孔を有していてもよく、必要に応じて１つ以上の冷媒供給孔を有していてもよく、１つ以上の燃料ガス排出孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス排出孔を有していてもよく、必要に応じて１つ以上の冷媒排出孔を有していてもよく、カソード側セパレータは、カソード側ガス拡散層に接する面に酸化剤ガス供給孔から酸化剤ガス排出孔に酸化剤ガスを流す酸化剤ガス流路を有していてもよく、必要に応じてカソード側ガス拡散層に接する面とは反対側の面に冷媒供給孔から冷媒排出孔に冷媒を流す冷媒流路を有していてもよい。
セパレータは、ガス不透過の導電性部材等であってもよい。導電性部材としては、例えば、熱硬化樹脂、熱可塑樹脂、樹脂繊維等の樹脂材、及び、カーボン粉末、カーボン繊維等のカーボン材を含む混合物をプレス成形したカーボンコンポジット材、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン、及び、プレス成形した金属（例えば、チタン、鉄、アルミニウム、及び、ＳＵＳ等）板等であってもよい。また、セパレータが集電機能を備えるものであってもよい。
セパレータの形状は、長方形、横長６角形、横長８角形、円形、長丸形状等であってもよい。
【0025】
燃料電池は、各供給孔が連通した入口マニホールド、及び、各排出孔が連通した出口マニホールド等のマニホールドを有していてもよい。
入口マニホールドは、アノード入口マニホールド、反応用空気入口マニホールド（カソード入口マニホールド）、及び、冷却用空気入口マニホールド等が挙げられる。
出口マニホールドは、アノード出口マニホールド、反応用空気出口マニホールド（カソード出口マニホールド）、及び、冷却用空気出口マニホールド等が挙げられる。
本開示においては、反応用空気入口マニホールド（カソード入口マニホールド）、及び、反応用空気出口マニホールド（カソード出口マニホールド）は、まとめて反応用空気マニホールドという。
本開示においては、冷却用空気入口マニホールド、及び、冷却用空気出口マニホールドは、まとめて冷却用空気マニホールドという。
燃料電池は、反応用空気マニホールドと冷却用空気マニホールドとが独立した構造を備える。
入口マニホールドは、アノード入口マニホールド、反応用空気入口マニホールド（カソード入口マニホールド）、及び、冷却用空気入口マニホールド等が挙げられる。
出口マニホールドは、アノード出口マニホールド、反応用空気出口マニホールド（カソード出口マニホールド）、及び、冷却用空気出口マニホールド等が挙げられる。
本開示においては、反応用空気入口マニホールド（カソード入口マニホールド）、及び、反応用空気出口マニホールド（カソード出口マニホールド）は、まとめて反応用空気マニホールドという。
本開示においては、冷却用空気入口マニホールド、及び、冷却用空気出口マニホールドは、まとめて冷却用空気マニホールドという。
燃料電池は、反応用空気マニホールドと冷却用空気マニホールドとが独立した構造を備える。
【0026】
本開示においては、燃料ガス、及び、酸化剤ガスをまとめて反応ガスと称する。アノードに供給される反応ガスは、燃料ガスであり、カソードに供給される反応ガスは酸化剤ガスである。燃料ガスは、主に水素を含有するガスであり、水素であってもよい。酸化剤ガスは酸素、空気、乾燥空気等であってもよい。
【0027】
燃料電池は樹脂フレームを備えていてもよい。
樹脂フレームは、膜電極ガス拡散層接合体の外周に配置され、且つ、第１セパレータと第２セパレータとの間に配置されてもよい。
また、樹脂フレームは、クロスリークや膜電極ガス拡散層接合体の触媒層同士の電気的短絡を防ぐための部材であってもよい。
樹脂フレームは、骨格部と、開口部と、供給孔と、排出孔を有していてもよい。
骨格部は、膜電極ガス拡散層接合体と接続する樹脂フレームの主要部分である。
開口部は、膜電極ガス拡散層接合体の保持領域であり、膜電極ガス拡散層接合体を収納するために骨格部の一部を貫通する貫通孔である。開口部は、樹脂フレームにおいて、膜電極ガス拡散層接合体の周囲（外周部）に骨格部が配置される位置に配置されていればよく、樹脂フレームの中央に有していてもよい。
供給孔及び排出孔は、反応ガス及び冷媒等を単セルの積層方向に流通させる。樹脂フレームの供給孔は、セパレータの供給孔と連通するように位置合わせされて配置されていてもよい。樹脂フレームの排出孔は、セパレータの排出孔と連通するように位置合わせされて配置されていてもよい。
樹脂フレームは、枠状のコア層と、コア層の両面に設けられた枠状の二つのシェル層、即ち、第１シェル層と第２シェル層とを含んでいてもよい。
第１シェル層及び第２シェル層は、コア層と同様に、コア層の両面に枠状に設けられていてもよい。
樹脂フレームは、膜電極ガス拡散層接合体の外周に配置され、且つ、第１セパレータと第２セパレータとの間に配置されてもよい。
また、樹脂フレームは、クロスリークや膜電極ガス拡散層接合体の触媒層同士の電気的短絡を防ぐための部材であってもよい。
樹脂フレームは、骨格部と、開口部と、供給孔と、排出孔を有していてもよい。
骨格部は、膜電極ガス拡散層接合体と接続する樹脂フレームの主要部分である。
開口部は、膜電極ガス拡散層接合体の保持領域であり、膜電極ガス拡散層接合体を収納するために骨格部の一部を貫通する貫通孔である。開口部は、樹脂フレームにおいて、膜電極ガス拡散層接合体の周囲（外周部）に骨格部が配置される位置に配置されていればよく、樹脂フレームの中央に有していてもよい。
供給孔及び排出孔は、反応ガス及び冷媒等を単セルの積層方向に流通させる。樹脂フレームの供給孔は、セパレータの供給孔と連通するように位置合わせされて配置されていてもよい。樹脂フレームの排出孔は、セパレータの排出孔と連通するように位置合わせされて配置されていてもよい。
樹脂フレームは、枠状のコア層と、コア層の両面に設けられた枠状の二つのシェル層、即ち、第１シェル層と第２シェル層とを含んでいてもよい。
第１シェル層及び第２シェル層は、コア層と同様に、コア層の両面に枠状に設けられていてもよい。
【0028】
コア層は、ガスシール性、絶縁性を有する構造部材であればよく、燃料電池の製造工程での熱圧着時の温度条件下でも構造が変化しない材料により形成されていてもよい。具体的には、コア層の材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、シクロオレフィン、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、ＰＰＳＵ（ポリフェニルスルホン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、エポキシ樹脂等の樹脂等であってもよい。コア層の材料は、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、フッ素系ゴム、シリコン系ゴム等のゴム材であってもよい。
コア層の厚さは、絶縁性を担保する観点から、５μｍ以上であってもよく、３０μｍ以上であってもよく、セル厚さを低減する観点から、２００μｍ以下であってもよく、１５０μｍ以下であってもよい。
コア層の厚さは、絶縁性を担保する観点から、５μｍ以上であってもよく、３０μｍ以上であってもよく、セル厚さを低減する観点から、２００μｍ以下であってもよく、１５０μｍ以下であってもよい。
【0029】
第１シェル層及び第２シェル層は、コア層とアノード側セパレータ及びカソード側セパレータとを接着してシール性を確保するために、他の物質との接着性が高く、熱圧着時の温度条件下で軟化し、コア層よりも粘度及び融点が低い性質を有していてもよい。具体的には、第１シェル層及び第２シェル層は、ポリエステル系及び変性オレフィン系等の熱可塑性樹脂であってもよく、変性エポキシ樹脂である熱硬化性樹脂であってもよい。第１シェル層及び第２シェル層は、接着剤層と同種の樹脂であってもよい。
第１シェル層を構成する樹脂と第２シェル層を構成する樹脂とは、同種の樹脂であってもよく、異なる種類の樹脂であってもよい。コア層の両面にシェル層を設けることで、樹脂フレームと２つのセパレータとの間の加熱プレスによる接着が容易になる。
第１シェル層及び第２シェル層のそれぞれのシェル層の厚さは、接着性を担保する観点から、５μｍ以上であってもよく、２０μｍ以上であってもよく、セル厚さを低減する観点から、１００μｍ以下であってもよく、４０μｍ以下であってもよい。
第１シェル層を構成する樹脂と第２シェル層を構成する樹脂とは、同種の樹脂であってもよく、異なる種類の樹脂であってもよい。コア層の両面にシェル層を設けることで、樹脂フレームと２つのセパレータとの間の加熱プレスによる接着が容易になる。
第１シェル層及び第２シェル層のそれぞれのシェル層の厚さは、接着性を担保する観点から、５μｍ以上であってもよく、２０μｍ以上であってもよく、セル厚さを低減する観点から、１００μｍ以下であってもよく、４０μｍ以下であってもよい。
【0030】
樹脂フレームにおいて、第１シェル層及び第２シェル層は、それぞれアノード側セパレータ及びカソード側セパレータと接着する部分にのみに設けられていてもよい。コア層の一方の面に設けられた第１シェル層は、カソード側セパレータと接着していてもよい。コア層の他方の面に設けられた第２シェル層は、アノード側セパレータと接着していてもよい。そして、樹脂フレームは、一対のセパレータにより挟持されてもよい。
【0031】
燃料電池は隣り合う２つの単セルの間にガスケットを備えていてもよい。
ガスケットは、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）ゴム、シリコンゴム、熱可塑性エラストマー樹脂等を材料として用いてもよい。
ガスケットは、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）ゴム、シリコンゴム、熱可塑性エラストマー樹脂等を材料として用いてもよい。
【0032】
燃料電池は、金属製の冷却フィンを有する。金属としては、Ａｌ、Ｔｉ、ＳＵＳ等が挙げられる。燃料電池は隣り合う２つの単セルの間に冷却フィンを備えていてもよい。
セパレータが例えば、カーボンコンポジット材の場合、金属材の場合よりも熱伝導が悪い。これを補うために金属製の冷却フィンを設けることにより、燃料電池内部の広範囲の異常発熱を検知することができる。
冷却フィンは、冷媒流路として機能する複数の凹溝を有するコルゲート状の板であってもよい。
冷却フィンは例えば、金属板をコルゲート状に折り曲げ加工されたもの等を用いることができる。冷却フィンは、表面に銀、ニッケル、カーボン等の導電処理がされていてもよい。
冷却フィンの凹溝は、折り曲げ加工により形成してもよい。
凹溝の深さは例えば、１．０～２．０ｍｍであってもよい。
折り曲げ加工は、例えば凹溝深さ１．０～２．０ｍｍ、幅１．０～２．０ｍｍのピッチで凹凸成型してもよい。
冷却フィンは、互いに隣り合う２つの単セルの間に配置されていれば、隣り合う２つの単セルの間の面方向の少なくとも一部の領域に配置されていてもよい。
冷却フィンは、面方向において隣り合う２つの単セルの間の少なくともＭＥＧＡと対向する領域に配置されていてもよい。
冷却フィンは、面方向において隣り合う２つの単セルの間のガスケットが配置される領域以外の領域に配置されていてもよい。
冷却フィンは単セル外形から突出した突出部を有していてもよい。
冷却フィンの形状は、長方形、横長６角形、横長８角形、円形、長丸形状等であってもよい。
セパレータが例えば、カーボンコンポジット材の場合、金属材の場合よりも熱伝導が悪い。これを補うために金属製の冷却フィンを設けることにより、燃料電池内部の広範囲の異常発熱を検知することができる。
冷却フィンは、冷媒流路として機能する複数の凹溝を有するコルゲート状の板であってもよい。
冷却フィンは例えば、金属板をコルゲート状に折り曲げ加工されたもの等を用いることができる。冷却フィンは、表面に銀、ニッケル、カーボン等の導電処理がされていてもよい。
冷却フィンの凹溝は、折り曲げ加工により形成してもよい。
凹溝の深さは例えば、１．０～２．０ｍｍであってもよい。
折り曲げ加工は、例えば凹溝深さ１．０～２．０ｍｍ、幅１．０～２．０ｍｍのピッチで凹凸成型してもよい。
冷却フィンは、互いに隣り合う２つの単セルの間に配置されていれば、隣り合う２つの単セルの間の面方向の少なくとも一部の領域に配置されていてもよい。
冷却フィンは、面方向において隣り合う２つの単セルの間の少なくともＭＥＧＡと対向する領域に配置されていてもよい。
冷却フィンは、面方向において隣り合う２つの単セルの間のガスケットが配置される領域以外の領域に配置されていてもよい。
冷却フィンは単セル外形から突出した突出部を有していてもよい。
冷却フィンの形状は、長方形、横長６角形、横長８角形、円形、長丸形状等であってもよい。
【0033】
第１温度取得部は、燃料電池の冷却用空気入口の近傍、且つ、冷却フィンと離間した位置に配置される。
第１温度取得部は、外部から流入した冷却用空気の温度を測定する。
第１温度取得部は、制御部と電気的に接続され、制御部は、第１温度取得部によって測定された外部から流入した冷却用空気の温度を検知する。
第１温度取得部は、従来公知の温度センサ、温度計等を用いることができる。
第１温度取得部が燃料電池の部材に接触していると、燃料電池の昇温に引きずられて温度が変化してしまう。そのため、第１温度取得部は、外部から流入した冷却用空気の温度を正確に測定するために、燃料電池の部材から熱的に離間させて配置する。
第１温度取得部は、冷却用空気の燃料電池システム内への流入温度と等価なものが測定できれば、その配置位置は特に限定されない。
第１温度取得部は、外部から流入した冷却用空気の温度を測定する。
第１温度取得部は、制御部と電気的に接続され、制御部は、第１温度取得部によって測定された外部から流入した冷却用空気の温度を検知する。
第１温度取得部は、従来公知の温度センサ、温度計等を用いることができる。
第１温度取得部が燃料電池の部材に接触していると、燃料電池の昇温に引きずられて温度が変化してしまう。そのため、第１温度取得部は、外部から流入した冷却用空気の温度を正確に測定するために、燃料電池の部材から熱的に離間させて配置する。
第１温度取得部は、冷却用空気の燃料電池システム内への流入温度と等価なものが測定できれば、その配置位置は特に限定されない。
【0034】
第２温度取得部は、冷却フィンと当接するように配置される。
第２温度取得部は、燃料電池の温度を測定する。
第２温度取得部が燃料電池の部材から離れている場合は、熱伝導が遅く、冷媒の空気を介している場合、冷却用空気の流量が低下した際は、特に熱伝導が遅くなる。そこで、第２温度取得部は、熱伝導の良い金属製の冷却フィンに接触させることで、冷却フィン周囲の単セルの温度を迅速に取得することができる。
第２温度取得部は、制御部と電気的に接続され、制御部は、第２温度取得部によって測定された燃料電池の温度を検知する。
第２温度取得部は、従来公知の温度センサ、温度計等を用いることができる。
第２温度取得部の取り付け位置は、燃料電池端部に配置される集電板付近では熱容量が大きく、燃料電池の温度変化への追従が遅れるため、端から２セル以上内側の単セルの間に配置される冷却フィンと当接するように配置してもよい。第２温度取得部は、単セルの間に配置される冷却フィンとセパレータのリブの当接部位との間に挿入してもよい。
第２温度取得部の取り付け位置は、冷却フィンの第１セパレータ側であってもよく、第２セパレータ側であってもよい。
第２温度取得部の取り付け位置は、単セル間の隙間が狭くて第２温度取得部が挿入できない場合等は、冷却フィンに単セル外形から突出させた突出部を設け、冷却フィンの突出部に取り付けてもよい。
第２温度取得部は、複数個配置してもよい。第２温度取得部は、複数個配置したほうが、より温度検出精度が向上し、燃料電池の部分的な異常等も検知することができる。
第２温度取得部は、燃料電池の温度が最高温度になる位置付近に設置してもよい。
第２温度取得部は、燃料電池の温度を測定する。
第２温度取得部が燃料電池の部材から離れている場合は、熱伝導が遅く、冷媒の空気を介している場合、冷却用空気の流量が低下した際は、特に熱伝導が遅くなる。そこで、第２温度取得部は、熱伝導の良い金属製の冷却フィンに接触させることで、冷却フィン周囲の単セルの温度を迅速に取得することができる。
第２温度取得部は、制御部と電気的に接続され、制御部は、第２温度取得部によって測定された燃料電池の温度を検知する。
第２温度取得部は、従来公知の温度センサ、温度計等を用いることができる。
第２温度取得部の取り付け位置は、燃料電池端部に配置される集電板付近では熱容量が大きく、燃料電池の温度変化への追従が遅れるため、端から２セル以上内側の単セルの間に配置される冷却フィンと当接するように配置してもよい。第２温度取得部は、単セルの間に配置される冷却フィンとセパレータのリブの当接部位との間に挿入してもよい。
第２温度取得部の取り付け位置は、冷却フィンの第１セパレータ側であってもよく、第２セパレータ側であってもよい。
第２温度取得部の取り付け位置は、単セル間の隙間が狭くて第２温度取得部が挿入できない場合等は、冷却フィンに単セル外形から突出させた突出部を設け、冷却フィンの突出部に取り付けてもよい。
第２温度取得部は、複数個配置してもよい。第２温度取得部は、複数個配置したほうが、より温度検出精度が向上し、燃料電池の部分的な異常等も検知することができる。
第２温度取得部は、燃料電池の温度が最高温度になる位置付近に設置してもよい。
【0035】
空冷式燃料電池システムは、空気系として空気導入部を備える。
空冷式燃料電池システムは、空気導入部を備えていてもよい。空気導入部は、空冷式燃料電池システムの外部から空気を取り入れる。
空気導入部は、例えば、吸気口等であってもよい。
空気導入部には、圧損体が設けられていてもよい。圧損体としては、フィルター等が挙げられる。
空冷式燃料電池システムは、空気導入部を備えていてもよい。空気導入部は、空冷式燃料電池システムの外部から空気を取り入れる。
空気導入部は、例えば、吸気口等であってもよい。
空気導入部には、圧損体が設けられていてもよい。圧損体としては、フィルター等が挙げられる。
【0036】
空気導入部は、空気分配部を備えていてもよい。空気分配部は、外部から取り入れた空気を、燃料電池に導入する前に、反応用空気と冷却用空気とに分配する。なお、空気導入部として、反応用空気を外部から取り入れる反応用空気導入部と冷却用空気を外部から取り入れる冷却用空気導入部を有する場合は、空気分配部は必ずしも必要ではない。
空気分配部が空気を分配する反応用空気と冷却用空気との分配比は、流量比で１：２０～１：５０であってもよい。
空気分配部は空気を取り込むことが可能なハウジング等であってもよい。ハウジングの材質は特に限定されず、金属、樹脂、炭素系材料等であってもよい。
空気分配部が空気を分配する反応用空気と冷却用空気との分配比は、流量比で１：２０～１：５０であってもよい。
空気分配部は空気を取り込むことが可能なハウジング等であってもよい。ハウジングの材質は特に限定されず、金属、樹脂、炭素系材料等であってもよい。
【0037】
燃料電池システムは、燃料電池の冷却系を備える。
冷却系は、冷却用空気供給流路を備えていてもよい。
冷却用空気供給流路は、空気導入部と燃料電池の冷却用空気入口とを接続する。冷却用空気入口は、冷媒供給孔、冷却用空気入口マニホールド等であってもよい。
冷却系は、冷却用空気排出流路を備えていてもよい。
冷却用空気排出流路は、燃料電池の冷却用空気出口と外部とを接続する。冷却用空気出口は、冷媒排出孔、冷却用空気出口マニホールド等であってもよい。
冷却用空気排出流路は、冷媒駆動部を有してもよい。
冷媒駆動部は、制御部と電気的に接続される。冷媒駆動部は、制御部からの制御信号に従って駆動される。冷媒駆動部は、制御部によって冷媒駆動部から燃料電池に供給される冷媒の流量を制御される。これにより燃料電池の温度が制御されてもよい。
冷媒駆動部は、エアポンプ、エアコンプレッサー、エアブロワー、エアファン等が挙げられる。
冷却系は冷却用空気の出口側に冷媒駆動部を設置することで、燃料電池の冷却用空気マニホールド内の圧力を大気圧以下とすることができる。
冷却系はバルブを持たない大気開放構造とし、冷却用空気を外気圧と等圧（例えば－０．０１～－０．３ ｋＰａＧ）にすることで、燃料電池の構造への差圧ストレスを防ぐことができ、安価で軽量のハウジング部材を使用することができる。冷却用空気供給流路、冷却用空気排出流路は、具体的には配管であってもよい。
冷却系は、冷却用空気供給流路を備えていてもよい。
冷却用空気供給流路は、空気導入部と燃料電池の冷却用空気入口とを接続する。冷却用空気入口は、冷媒供給孔、冷却用空気入口マニホールド等であってもよい。
冷却系は、冷却用空気排出流路を備えていてもよい。
冷却用空気排出流路は、燃料電池の冷却用空気出口と外部とを接続する。冷却用空気出口は、冷媒排出孔、冷却用空気出口マニホールド等であってもよい。
冷却用空気排出流路は、冷媒駆動部を有してもよい。
冷媒駆動部は、制御部と電気的に接続される。冷媒駆動部は、制御部からの制御信号に従って駆動される。冷媒駆動部は、制御部によって冷媒駆動部から燃料電池に供給される冷媒の流量を制御される。これにより燃料電池の温度が制御されてもよい。
冷媒駆動部は、エアポンプ、エアコンプレッサー、エアブロワー、エアファン等が挙げられる。
冷却系は冷却用空気の出口側に冷媒駆動部を設置することで、燃料電池の冷却用空気マニホールド内の圧力を大気圧以下とすることができる。
冷却系はバルブを持たない大気開放構造とし、冷却用空気を外気圧と等圧（例えば－０．０１～－０．３ ｋＰａＧ）にすることで、燃料電池の構造への差圧ストレスを防ぐことができ、安価で軽量のハウジング部材を使用することができる。冷却用空気供給流路、冷却用空気排出流路は、具体的には配管であってもよい。
【0038】
燃料電池システムは、酸化剤ガス系（反応用空気系）を備える。
酸化剤ガス系は、反応用空気供給部、反応用空気供給流路、反応用空気排出流路、反応用空気バイパス流路、バイパス弁、反応用空気流量センサ等を備えていてもよい。反応用空気供給流路、反応用空気排出流路、反応用空気バイパス流路は、具体的には配管であってもよい。
反応用空気供給部は、燃料電池に反応用空気を供給する。具体的には、反応用空気供給部は、燃料電池のカソードに反応用空気を供給する。
酸化剤ガス系の密閉体積は燃料ガス系の密閉体積の５倍以下であってもよい。
酸化剤ガス系は、反応用空気供給部、反応用空気供給流路、反応用空気排出流路、反応用空気バイパス流路、バイパス弁、反応用空気流量センサ等を備えていてもよい。反応用空気供給流路、反応用空気排出流路、反応用空気バイパス流路は、具体的には配管であってもよい。
反応用空気供給部は、燃料電池に反応用空気を供給する。具体的には、反応用空気供給部は、燃料電池のカソードに反応用空気を供給する。
酸化剤ガス系の密閉体積は燃料ガス系の密閉体積の５倍以下であってもよい。
【0039】
反応用空気供給部としては、例えば、エアポンプ、エアコンプレッサー、エアブロワー、エアファン等が挙げられる。
酸化剤ガス系は反応用空気を燃料電池に導入する前に独立した反応用空気供給部を備える。冷却系と酸化剤ガス系のそれぞれの系に独立して冷媒駆動部、反応用空気供給部を備えることにより、冷却用空気と反応用空気の流量を独立して制御することができ、排水性の制御、湿度の制御を精度よく行うことができ、燃料電池の発電性能を向上させることができる。
反応用空気供給部は、制御部と電気的に接続される。反応用空気供給部は、制御部からの制御信号に従って駆動される。反応用空気供給部は、制御部によって反応用空気供給部からカソードに供給される反応用空気の流量及び圧力からなる群より選ばれる少なくとも１つを制御されてもよい。
酸化剤ガス系は反応用空気を燃料電池に導入する前に独立した反応用空気供給部を備える。冷却系と酸化剤ガス系のそれぞれの系に独立して冷媒駆動部、反応用空気供給部を備えることにより、冷却用空気と反応用空気の流量を独立して制御することができ、排水性の制御、湿度の制御を精度よく行うことができ、燃料電池の発電性能を向上させることができる。
反応用空気供給部は、制御部と電気的に接続される。反応用空気供給部は、制御部からの制御信号に従って駆動される。反応用空気供給部は、制御部によって反応用空気供給部からカソードに供給される反応用空気の流量及び圧力からなる群より選ばれる少なくとも１つを制御されてもよい。
【0040】
反応用空気供給流路は、反応用空気供給部と燃料電池の反応用空気入口とを接続する。反応用空気供給流路は、反応用空気供給部から燃料電池のカソードへの反応用空気の供給を可能にする。反応用空気入口は、酸化剤ガス供給孔、カソード入口マニホールド等であってもよい。反応用空気供給流路は、空気分配部から分岐していてもよい。
反応用空気供給流路は、反応用空気供給部の下流且つ燃料電池の反応用空気入口の上流の領域に第１バルブを有する。
第１バルブは、燃料電池の反応用空気入口に直接配置されていてもよい。
第１バルブは、反応用空気供給部の上流に配置されていてもよい。
第１バルブは、制御部と電気的に接続され、制御部によって第１バルブが開弁されることにより、反応用空気を反応用空気供給流路から燃料電池の反応用空気入口へ供給する。
反応用空気供給流路には、反応用空気供給部の上流に圧損体が設けられていてもよい。圧損体としては、フィルター等が挙げられる。反応用空気供給流路に設けられる圧損体は、空気導入部に設けられる圧損体よりも、圧損の高い、よりきめの細かいフィルター等を用いてもよい。空気導入系全体を清浄化すると、燃料電池のエネルギー損失が大きくなるが、酸化剤ガス系のみを清浄化することで、燃料電池のエネルギー損失を抑制することができる。また、よりきめの細かいフィルターを用いるため、冷却用空気のコンタミネーションを減らすことができ、燃料電池の耐久性を向上させることができる。
反応用空気供給流路は、反応用空気供給部の下流且つ燃料電池の反応用空気入口の上流の領域に第１バルブを有する。
第１バルブは、燃料電池の反応用空気入口に直接配置されていてもよい。
第１バルブは、反応用空気供給部の上流に配置されていてもよい。
第１バルブは、制御部と電気的に接続され、制御部によって第１バルブが開弁されることにより、反応用空気を反応用空気供給流路から燃料電池の反応用空気入口へ供給する。
反応用空気供給流路には、反応用空気供給部の上流に圧損体が設けられていてもよい。圧損体としては、フィルター等が挙げられる。反応用空気供給流路に設けられる圧損体は、空気導入部に設けられる圧損体よりも、圧損の高い、よりきめの細かいフィルター等を用いてもよい。空気導入系全体を清浄化すると、燃料電池のエネルギー損失が大きくなるが、酸化剤ガス系のみを清浄化することで、燃料電池のエネルギー損失を抑制することができる。また、よりきめの細かいフィルターを用いるため、冷却用空気のコンタミネーションを減らすことができ、燃料電池の耐久性を向上させることができる。
【0041】
反応用空気排出流路は、燃料電池の反応用空気出口と空冷式燃料電池システムの外部とを接続する。反応用空気排出流路は、燃料電池のカソードから排出される反応用空気の空冷式燃料電池システムの外部への排出を可能にする。反応用空気出口は、酸化剤ガス排出孔、カソード出口マニホールド等であってもよい。
反応用空気排出流路は、燃料電池の反応用空気出口の下流に第２バルブを有する。第２バルブは封止弁であってもよく、酸化剤ガス圧力調整弁であってもよい。
第２バルブは、制御部と電気的に接続され、制御部によって第２バルブが開弁されることにより、反応用空気を反応用空気排出流路から外部へ排出する。また、第２バルブの開度を調整することにより、カソードに供給される反応用空気圧力（カソード圧力）を調整してもよい。
反応用空気排出流路は、燃料電池の反応用空気出口の下流に第２バルブを有する。第２バルブは封止弁であってもよく、酸化剤ガス圧力調整弁であってもよい。
第２バルブは、制御部と電気的に接続され、制御部によって第２バルブが開弁されることにより、反応用空気を反応用空気排出流路から外部へ排出する。また、第２バルブの開度を調整することにより、カソードに供給される反応用空気圧力（カソード圧力）を調整してもよい。
【0042】
反応用空気バイパス流路は、反応用空気供給流路から分岐し、燃料電池を迂回し、反応用空気供給流路の分岐部と反応用空気排出流路の合流部とを接続する。
反応用空気バイパス流路には、バイパス弁が配置される。
バイパス弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によってバイパス弁が開弁されることにより、燃料電池への反応用空気の供給が不要な場合に燃料電池を迂回して反応用空気を反応用空気排出流路から外部へ排出することができる。第１バルブは、３方弁とすることで、バイパス弁を兼ねることができる。
反応用空気バイパス流路には、バイパス弁が配置される。
バイパス弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によってバイパス弁が開弁されることにより、燃料電池への反応用空気の供給が不要な場合に燃料電池を迂回して反応用空気を反応用空気排出流路から外部へ排出することができる。第１バルブは、３方弁とすることで、バイパス弁を兼ねることができる。
【0043】
反応用空気流量センサは、反応用空気供給流路に配置されてもよい。
反応用空気流量センサは、酸化剤ガス系内の反応用空気の流量を検出する。反応用空気流量センサは、制御部と電気的に接続される。制御部は、反応用空気流量センサで検出した反応用空気の流量からエアコンプレッサーの回転数を推定してもよい。反応用空気流量センサは、反応用空気供給流路の反応用空気供給部よりも上流に配置されていてもよい。
反応用空気流量センサは、従来公知の流量計等を採用することができる。
反応用空気流量センサは、酸化剤ガス系内の反応用空気の流量を検出する。反応用空気流量センサは、制御部と電気的に接続される。制御部は、反応用空気流量センサで検出した反応用空気の流量からエアコンプレッサーの回転数を推定してもよい。反応用空気流量センサは、反応用空気供給流路の反応用空気供給部よりも上流に配置されていてもよい。
反応用空気流量センサは、従来公知の流量計等を採用することができる。
【0044】
酸化剤ガス系は入口側反応用空気供給部と第２バルブにより、燃料電池の反応用空気マニホールド内は大気圧以上の圧力（例えば５～１５ ｋＰａＧ）とすることができる。
酸化剤ガス系の第２バルブにより、反応用空気の圧力を上げることができるので、酸素分圧向上と燃料電池の乾燥防止により燃料電池の性能を向上させることができる。
酸化剤ガス系と冷却系を分離しない場合には、反応用空気の流量の約３０倍の冷却用空気の圧力も上げる必要が生じ、エネルギー損失は３０倍以上となる。
酸化剤ガス系の第２バルブにより、反応用空気の圧力を上げることができるので、酸素分圧向上と燃料電池の乾燥防止により燃料電池の性能を向上させることができる。
酸化剤ガス系と冷却系を分離しない場合には、反応用空気の流量の約３０倍の冷却用空気の圧力も上げる必要が生じ、エネルギー損失は３０倍以上となる。
【0045】
燃料電池システムは、燃料ガス系を備える。
燃料ガス系は、燃料電池に燃料ガスを供給する。
燃料ガス系は燃料ガス供給部を備える。
燃料ガス供給部は、燃料ガスを燃料電池のアノードに供給する。
燃料ガス供給部としては、例えば、燃料タンク等が挙げられ、具体的には、液体水素タンク、圧縮水素タンク等が挙げられる。
燃料ガス供給部は、制御部と電気的に接続される。燃料ガス供給部は、制御部からの制御信号に従って、燃料ガス供給部の主止弁の開閉が制御されることにより燃料ガスの燃料電池への供給のＯＮ／ＯＦＦが制御されてもよい。
燃料ガス系は、燃料電池に燃料ガスを供給する。
燃料ガス系は燃料ガス供給部を備える。
燃料ガス供給部は、燃料ガスを燃料電池のアノードに供給する。
燃料ガス供給部としては、例えば、燃料タンク等が挙げられ、具体的には、液体水素タンク、圧縮水素タンク等が挙げられる。
燃料ガス供給部は、制御部と電気的に接続される。燃料ガス供給部は、制御部からの制御信号に従って、燃料ガス供給部の主止弁の開閉が制御されることにより燃料ガスの燃料電池への供給のＯＮ／ＯＦＦが制御されてもよい。
【0046】
燃料ガス系は、燃料ガス供給流路を備える。燃料ガス供給流路は、具体的には配管であってもよい。
燃料ガス供給流路は、燃料ガス供給部と燃料電池の燃料ガス入口とを接続する。燃料ガス供給流路は、燃料電池のアノードへの燃料ガスの供給を可能にする。燃料ガス入口は、燃料ガス供給孔、アノード入口マニホールド等であってもよい。
燃料ガス供給流路は、燃料電池の燃料ガス入口の上流に第３バルブを有する。
第３バルブは、燃料電池の燃料ガス入口に直接配置されていてもよい。
第３バルブは、エジェクタの上流に配置されていてもよい。
第３バルブは、制御部と電気的に接続され、制御部によって第３バルブが開弁されることにより、燃料ガスを燃料ガス供給流路から燃料電池の燃料ガス入口へ供給する。
燃料ガス供給流路は、燃料ガス供給部と燃料電池の燃料ガス入口とを接続する。燃料ガス供給流路は、燃料電池のアノードへの燃料ガスの供給を可能にする。燃料ガス入口は、燃料ガス供給孔、アノード入口マニホールド等であってもよい。
燃料ガス供給流路は、燃料電池の燃料ガス入口の上流に第３バルブを有する。
第３バルブは、燃料電池の燃料ガス入口に直接配置されていてもよい。
第３バルブは、エジェクタの上流に配置されていてもよい。
第３バルブは、制御部と電気的に接続され、制御部によって第３バルブが開弁されることにより、燃料ガスを燃料ガス供給流路から燃料電池の燃料ガス入口へ供給する。
【0047】
燃料ガス供給流路には、エジェクタが配置されていてもよい。
エジェクタは、例えば、燃料ガス供給流路上の循環流路との合流部に配置されていてもよい。エジェクタは、燃料ガスと循環ガスとを含む混合ガスを燃料電池のアノードに供給する。エジェクタとしては、従来公知のエジェクタを採用することができる。
エジェクタは、例えば、燃料ガス供給流路上の循環流路との合流部に配置されていてもよい。エジェクタは、燃料ガスと循環ガスとを含む混合ガスを燃料電池のアノードに供給する。エジェクタとしては、従来公知のエジェクタを採用することができる。
【0048】
燃料ガス供給流路の燃料ガス供給部とエジェクタとの間の領域には、調圧弁及び中圧水素センサが配置されていてもよい。
調圧弁は、燃料ガス供給部からエジェクタに供給される燃料ガスの圧力を調節する。
調圧弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によって調圧弁の開閉及び開度等を制御されることにより、エジェクタに供給される燃料ガスの圧力を調整してもよい。
中圧水素センサは、制御部と電気的に接続され、制御部は、中圧水素センサによって測定された燃料ガスの圧力を検知し、検知した圧力から調圧弁の開閉及び開度等を制御することにより、エジェクタに供給される燃料ガスの圧力を調整してもよい。
調圧弁は、燃料ガス供給部からエジェクタに供給される燃料ガスの圧力を調節する。
調圧弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によって調圧弁の開閉及び開度等を制御されることにより、エジェクタに供給される燃料ガスの圧力を調整してもよい。
中圧水素センサは、制御部と電気的に接続され、制御部は、中圧水素センサによって測定された燃料ガスの圧力を検知し、検知した圧力から調圧弁の開閉及び開度等を制御することにより、エジェクタに供給される燃料ガスの圧力を調整してもよい。
【0049】
燃料ガス系は、燃料オフガス排出流路を備える。燃料オフガス排出流路は、具体的には配管であってもよい。
燃料オフガス排出流路は、燃料電池の燃料ガス出口と燃料電池システムの外部とを接続する。
燃料オフガス排出流路には、燃料ガス出口と燃料電池システムの外部との間の領域に気液分離器が配置されていてもよい。
燃料オフガス排出流路は、循環流路から気液分離器を介して分岐していてもよい。
燃料オフガス排出流路は、燃料電池の燃料ガス出口から排出される燃料オフガスを燃料電池システムの外部に排出する。燃料ガス出口は、燃料ガス排出孔、アノード出口マニホールド等であってもよい。
燃料オフガス排出流路は、燃料電池の燃料ガス出口と燃料電池システムの外部とを接続する。
燃料オフガス排出流路には、燃料ガス出口と燃料電池システムの外部との間の領域に気液分離器が配置されていてもよい。
燃料オフガス排出流路は、循環流路から気液分離器を介して分岐していてもよい。
燃料オフガス排出流路は、燃料電池の燃料ガス出口から排出される燃料オフガスを燃料電池システムの外部に排出する。燃料ガス出口は、燃料ガス排出孔、アノード出口マニホールド等であってもよい。
【0050】
燃料オフガス排出流路は、燃料電池の燃料ガス出口の下流に第４バルブ（燃料オフガス排出弁、排気排水弁）を有する。
第４バルブは、燃料電池の燃料ガス出口に直接配置されていてもよい。
第４バルブは、燃料オフガス排出流路の気液分離器よりも下流に配置されていてもよい。
第４バルブは、燃料オフガス及び水分等を外部（系外）へ排出することを可能にする。なお、外部とは、燃料電池システムの外部であってもよく、車両の外部であってもよい。
第４バルブは、制御部と電気的に接続され、制御部によって第４バルブの開閉を制御されることにより、燃料オフガスの外部への排出流量及び水分（液水）の排水流量を調整してもよい。また、第４バルブの開度を調整することにより、燃料電池のアノードに供給される燃料ガス圧力（アノード圧力）を調整してもよい。
燃料オフガスは、アノードにおいて未反応のまま通過した燃料ガス及び、カソードで生成した生成水がアノードに到達した水分等を含んでいてもよい。燃料オフガスは、触媒層及び電解質膜等で生成した腐食物質及び、掃気時にアノードに供給されてもよい酸化剤ガス等を含む場合がある。
第４バルブは、燃料電池の燃料ガス出口に直接配置されていてもよい。
第４バルブは、燃料オフガス排出流路の気液分離器よりも下流に配置されていてもよい。
第４バルブは、燃料オフガス及び水分等を外部（系外）へ排出することを可能にする。なお、外部とは、燃料電池システムの外部であってもよく、車両の外部であってもよい。
第４バルブは、制御部と電気的に接続され、制御部によって第４バルブの開閉を制御されることにより、燃料オフガスの外部への排出流量及び水分（液水）の排水流量を調整してもよい。また、第４バルブの開度を調整することにより、燃料電池のアノードに供給される燃料ガス圧力（アノード圧力）を調整してもよい。
燃料オフガスは、アノードにおいて未反応のまま通過した燃料ガス及び、カソードで生成した生成水がアノードに到達した水分等を含んでいてもよい。燃料オフガスは、触媒層及び電解質膜等で生成した腐食物質及び、掃気時にアノードに供給されてもよい酸化剤ガス等を含む場合がある。
【0051】
燃料ガス系は、循環流路を備えてもよい。循環流路は、具体的には配管であってもよい。
循環流路は、燃料電池の燃料ガス出口とエジェクタとを接続してもよい。
循環流路は、燃料オフガス排出流路から分岐し、燃料ガス供給流路に配置されるエジェクタと接続することにより燃料ガス供給流路と合流してもよい。
循環流路は、燃料オフガス排出流路から気液分離器を介して分岐し、燃料ガス供給流路に配置されるエジェクタと接続することにより燃料ガス供給流路と合流してもよい。
循環流路は、燃料電池の燃料ガス出口から排出された燃料ガスである燃料オフガスを回収し、循環ガスとして燃料電池に供給することを可能にする。
循環流路は、燃料電池の燃料ガス出口とエジェクタとを接続してもよい。
循環流路は、燃料オフガス排出流路から分岐し、燃料ガス供給流路に配置されるエジェクタと接続することにより燃料ガス供給流路と合流してもよい。
循環流路は、燃料オフガス排出流路から気液分離器を介して分岐し、燃料ガス供給流路に配置されるエジェクタと接続することにより燃料ガス供給流路と合流してもよい。
循環流路は、燃料電池の燃料ガス出口から排出された燃料ガスである燃料オフガスを回収し、循環ガスとして燃料電池に供給することを可能にする。
【0052】
循環流路には、ガス循環ポンプが配置されていてもよい。ガス循環ポンプは、燃料オフガスを循環ガスとして循環させる。ガス循環ポンプは、制御部と電気的に接続され、制御部によってガス循環ポンプの駆動のオン・オフ及び回転数等を制御されることにより、循環ガスの流量を調整してもよい。
【0053】
循環流路には、気液分離器（アノード気液分離器）が配置されていてもよい。
気液分離器は、燃料オフガス排出流路と循環流路との分岐点に配置されていてもよい。したがって、燃料ガス出口から気液分離器までの流路は、燃料オフガス排出流路であってもよく、循環流路であってもよい。
気液分離器は、燃料オフガス排出流路の第４バルブよりも上流に配置される。
気液分離器は、燃料ガス出口から排出される燃料ガスである燃料オフガスと水分（液水）を分離する。これにより、燃料オフガスを循環ガスとして循環流路に戻してもよいし、不要なガス及び水分等を燃料オフガス排出流路の排気排水弁を開弁して外部に排出してもよい。また、気液分離器により、余分な水分が循環流路に流れることを抑制することができるため、当該水分による循環ポンプ等の凍結の発生を抑制することができる。
気液分離器は、燃料オフガス排出流路と循環流路との分岐点に配置されていてもよい。したがって、燃料ガス出口から気液分離器までの流路は、燃料オフガス排出流路であってもよく、循環流路であってもよい。
気液分離器は、燃料オフガス排出流路の第４バルブよりも上流に配置される。
気液分離器は、燃料ガス出口から排出される燃料ガスである燃料オフガスと水分（液水）を分離する。これにより、燃料オフガスを循環ガスとして循環流路に戻してもよいし、不要なガス及び水分等を燃料オフガス排出流路の排気排水弁を開弁して外部に排出してもよい。また、気液分離器により、余分な水分が循環流路に流れることを抑制することができるため、当該水分による循環ポンプ等の凍結の発生を抑制することができる。
【0054】
燃料電池システムは、二次電池を備えていてもよい。
二次電池（バッテリ）は、充放電可能なものであればよく、例えば、ニッケル水素二次電池、及び、リチウムイオン二次電池等の従来公知の二次電池が挙げられる。また、二次電池は、電気二重層コンデンサ等の蓄電素子を含むものであってもよい。二次電池は、複数個を直列に接続した構成であってもよい。二次電池は、電動機及びエアコンプレッサー等に電力を供給する。二次電池は、例えば、車両の外部の電源から充電可能になっていてもよい。二次電池は、燃料電池の出力により充電されてもよい。二次電池の充放電は、制御部によって制御されてもよい。
二次電池（バッテリ）は、充放電可能なものであればよく、例えば、ニッケル水素二次電池、及び、リチウムイオン二次電池等の従来公知の二次電池が挙げられる。また、二次電池は、電気二重層コンデンサ等の蓄電素子を含むものであってもよい。二次電池は、複数個を直列に接続した構成であってもよい。二次電池は、電動機及びエアコンプレッサー等に電力を供給する。二次電池は、例えば、車両の外部の電源から充電可能になっていてもよい。二次電池は、燃料電池の出力により充電されてもよい。二次電池の充放電は、制御部によって制御されてもよい。
【0055】
制御部は、物理的には、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等の演算処理装置と、ＣＰＵで処理される制御プログラム及び制御データ等を記憶するＲＯＭ（リードオンリーメモリー）、並びに、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）等の記憶装置と、入出力インターフェースとを有するものである。また、制御部は、例えば、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等の制御装置であってもよい。
制御部は、車両に搭載されていてもよいイグニッションスイッチと電気的に接続されていてもよい。制御部はイグニッションスイッチが切られていても外部電源により動作可能であってもよい。
制御部は、車両に搭載されていてもよいイグニッションスイッチと電気的に接続されていてもよい。制御部はイグニッションスイッチが切られていても外部電源により動作可能であってもよい。
【0056】
制御部は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度を監視する。制御部は、燃料電池の運転中に第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度を監視してもよい。
制御部は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の差が所定の温度閾値以上の時、又は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの昇温速度の差が所定の昇温速度閾値以上の時に、燃料電池の発電を停止する。
第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の温度差、または昇温速度差を見ることで、燃料電池の異常判定を行うことができる。
異常時は燃料電池温度の上昇に伴い、第１温度取得部で取得された温度Ｔ１と第２温度取得部で取得された温度Ｔ２との温度差ΔＴ１２が急激に大きくなる。ΔＴ１２が異常判定の閾値に達した時に速やかに異常と判定することができる。異常検知の特性値として、昇温速度（温度グラフの傾き）を用いても、同様の結論となる。
制御部は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の差が所定の温度閾値以上の時、又は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの昇温速度の差が所定の昇温速度閾値以上の時に、燃料電池の発電を停止する。
第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の温度差、または昇温速度差を見ることで、燃料電池の異常判定を行うことができる。
異常時は燃料電池温度の上昇に伴い、第１温度取得部で取得された温度Ｔ１と第２温度取得部で取得された温度Ｔ２との温度差ΔＴ１２が急激に大きくなる。ΔＴ１２が異常判定の閾値に達した時に速やかに異常と判定することができる。異常検知の特性値として、昇温速度（温度グラフの傾き）を用いても、同様の結論となる。
【0057】
制御部は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の差が所定の温度閾値以上の時、又は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの昇温速度の差が所定の昇温速度閾値以上の時に、第１バルブ、第２バルブ、第３バルブ、及び、第４バルブの開度を判定時の開度よりも小さくしてもよい。
制御部は、燃料電池の発電停止時に、第１バルブ、第２バルブ、第３バルブ、及び、第４バルブを閉弁してもよい。
所定の温度閾値、所定の昇温速度閾値は、燃料電池の性能、発電状態（発熱量）に応じて適宜設定してもよい。
制御部は、燃料電池の発電停止時に、第１バルブ、第２バルブ、第３バルブ、及び、第４バルブを閉弁してもよい。
所定の温度閾値、所定の昇温速度閾値は、燃料電池の性能、発電状態（発熱量）に応じて適宜設定してもよい。
【0058】
図１は、本開示の燃料電池の一部の一例を示す分解斜視図である。
燃料電池は、単セル１１と冷却フィン１５とガスケット１６を有する集合体１８を含む。
単セル１１は、第１セパレータ１２、ＭＥＧＡを開口部に収容する樹脂フレーム１４、第２セパレータ１３をこの順に有する。
冷却フィン１５は、単セル１１の第２セパレータ１３の面上の各ガスケット１６が配置されている領域以外の領域であって、ＭＥＧＡと対向する領域に配置されている。
各ガスケット１６は、第２セパレータ１３の冷却フィン１５側の面の各マニホールド１７の周囲に配置されている。
第１セパレータ１２、樹脂フレーム１４、第２セパレータ１３には、矢印で示すように酸化剤ガスである反応用空気又は燃料ガスである水素が流通可能なマニホールド１７である酸化剤ガス供給孔、酸化剤ガス排出孔、燃料ガス供給孔、燃料ガス排出孔が設けられている。
冷却フィン１５には、矢印で示すように冷媒である冷却用空気が流通可能な冷媒流路となる複数の凹溝が設けられている。
冷却フィン１５には、冷却用空気の流れ方向の下流の端部に第２温度取得部Ｔ２が配置されている。
なお、燃料電池は、側面を冷媒が流れる構造を有していてもよい。
燃料電池は、単セル１１と冷却フィン１５とガスケット１６を有する集合体１８を含む。
単セル１１は、第１セパレータ１２、ＭＥＧＡを開口部に収容する樹脂フレーム１４、第２セパレータ１３をこの順に有する。
冷却フィン１５は、単セル１１の第２セパレータ１３の面上の各ガスケット１６が配置されている領域以外の領域であって、ＭＥＧＡと対向する領域に配置されている。
各ガスケット１６は、第２セパレータ１３の冷却フィン１５側の面の各マニホールド１７の周囲に配置されている。
第１セパレータ１２、樹脂フレーム１４、第２セパレータ１３には、矢印で示すように酸化剤ガスである反応用空気又は燃料ガスである水素が流通可能なマニホールド１７である酸化剤ガス供給孔、酸化剤ガス排出孔、燃料ガス供給孔、燃料ガス排出孔が設けられている。
冷却フィン１５には、矢印で示すように冷媒である冷却用空気が流通可能な冷媒流路となる複数の凹溝が設けられている。
冷却フィン１５には、冷却用空気の流れ方向の下流の端部に第２温度取得部Ｔ２が配置されている。
なお、燃料電池は、側面を冷媒が流れる構造を有していてもよい。
【0059】
図２は、本開示の燃料電池の一部の一例を示す断面模式図である。
図２に示すように冷却フィン１５は隣り合う単セル１１の間に配置されている。
第１温度取得部Ｔ１は、冷却系４０の冷却用空気の燃料電池よりも上流に配置されている。
冷却フィン１５には、冷却用空気の流れ方向の下流の端部に複数個の第２温度取得部Ｔ２が配置されている。
第２温度取得部Ｔ２は、燃料電池の積層方向端部に配置される集電板１９から２セル以上内側の単セルの間に配置される冷却フィン１５と当接するように配置されている。
複数の第２温度取得部Ｔ２の内の１つは、冷却フィン１５とセパレータのリブの当接部位との間に挿入されている。
複数の第２温度取得部Ｔ２の内の１つは、燃料電池の外端部から冷却用空気の流路方向に突出させた突出部を有する冷却フィン１５の当該突出部に配置されている。
第１温度取得部Ｔ１、第２温度取得部Ｔ２は、制御部６０と電気的に接続されている。
図２に示すように冷却フィン１５は隣り合う単セル１１の間に配置されている。
第１温度取得部Ｔ１は、冷却系４０の冷却用空気の燃料電池よりも上流に配置されている。
冷却フィン１５には、冷却用空気の流れ方向の下流の端部に複数個の第２温度取得部Ｔ２が配置されている。
第２温度取得部Ｔ２は、燃料電池の積層方向端部に配置される集電板１９から２セル以上内側の単セルの間に配置される冷却フィン１５と当接するように配置されている。
複数の第２温度取得部Ｔ２の内の１つは、冷却フィン１５とセパレータのリブの当接部位との間に挿入されている。
複数の第２温度取得部Ｔ２の内の１つは、燃料電池の外端部から冷却用空気の流路方向に突出させた突出部を有する冷却フィン１５の当該突出部に配置されている。
第１温度取得部Ｔ１、第２温度取得部Ｔ２は、制御部６０と電気的に接続されている。
【0060】
図３は、本開示の空冷式燃料電池システムの一例を示す概略構成図である。
図３に示す空冷式燃料電池システムは、燃料電池１０、空気系２０、酸化剤ガス系３０、冷却系４０、燃料ガス系５０、制御部６０、第１温度取得部Ｔ１、第２温度取得部Ｔ２を有する。
空気系２０は、フィルター及び空気分配部を備えた空気導入部２１を有する。
空気導入部２１で取り込まれた空気は、空気分配部によって酸化剤ガス系３０、冷却系４０に分配される。
酸化剤ガス系３０は、フィルター３１、反応用空気供給部３２、反応用空気供給流路３３、反応用空気排出流路３４、第１バルブ３５、第２バルブ３６を有する。
反応用空気供給流路３３には、空気の流れ方向に沿ってフィルター３１、反応用空気供給部３２、第１バルブ３５が配置される。
反応用空気排出流路３４には、第２バルブ３６が配置される。
冷却系４０は、冷却用空気供給流路４１、冷却用空気排出流路４２、冷媒駆動部４３を有する。
燃料ガス系５０は、燃料ガス供給部５１、燃料ガス供給流路５２、燃料オフガス排出流路５３、循環流路５４、気液分離器５５、ガス循環ポンプ５６、第３バルブ（インジェクタ等）５７、第４バルブ（パージ弁等）５８を有する。
第１温度取得部Ｔ１は、冷却用空気供給流路４１に配置され、流入した冷却用空気の温度を測定する。
第１温度取得部Ｔ１は、制御部６０と電気的に接続され、制御部６０は、第１温度取得部Ｔ１によって測定された流入した冷却用空気の温度を検知する。
第２温度取得部Ｔ２は、冷却フィンと当接するように燃料電池１０に配置され、燃料電池１０の温度を測定する。
第２温度取得部Ｔ２は、燃料電池１０の温度を取得し、制御部６０は、第２温度取得部Ｔ２が取得した燃料電池１０の温度を検知する。
図３に示す空冷式燃料電池システムは、燃料電池１０、空気系２０、酸化剤ガス系３０、冷却系４０、燃料ガス系５０、制御部６０、第１温度取得部Ｔ１、第２温度取得部Ｔ２を有する。
空気系２０は、フィルター及び空気分配部を備えた空気導入部２１を有する。
空気導入部２１で取り込まれた空気は、空気分配部によって酸化剤ガス系３０、冷却系４０に分配される。
酸化剤ガス系３０は、フィルター３１、反応用空気供給部３２、反応用空気供給流路３３、反応用空気排出流路３４、第１バルブ３５、第２バルブ３６を有する。
反応用空気供給流路３３には、空気の流れ方向に沿ってフィルター３１、反応用空気供給部３２、第１バルブ３５が配置される。
反応用空気排出流路３４には、第２バルブ３６が配置される。
冷却系４０は、冷却用空気供給流路４１、冷却用空気排出流路４２、冷媒駆動部４３を有する。
燃料ガス系５０は、燃料ガス供給部５１、燃料ガス供給流路５２、燃料オフガス排出流路５３、循環流路５４、気液分離器５５、ガス循環ポンプ５６、第３バルブ（インジェクタ等）５７、第４バルブ（パージ弁等）５８を有する。
第１温度取得部Ｔ１は、冷却用空気供給流路４１に配置され、流入した冷却用空気の温度を測定する。
第１温度取得部Ｔ１は、制御部６０と電気的に接続され、制御部６０は、第１温度取得部Ｔ１によって測定された流入した冷却用空気の温度を検知する。
第２温度取得部Ｔ２は、冷却フィンと当接するように燃料電池１０に配置され、燃料電池１０の温度を測定する。
第２温度取得部Ｔ２は、燃料電池１０の温度を取得し、制御部６０は、第２温度取得部Ｔ２が取得した燃料電池１０の温度を検知する。
【0061】
図４は、本開示の空冷式燃料電池システムの別の一例を示す概略構成図である。図４において図３と同じ構成については同じ番号を付し、その説明は省略する。
図４の空冷式燃料電池システムでは、空気系２０は、酸化剤ガス系３０に空気を供給する反応用空気導入部２２、冷却系４０に空気を供給する冷却用空気導入部２３を有する。反応用空気導入部２２、冷却用空気導入部２３は、それぞれフィルターを有する。
酸化剤ガス系３０、冷却系４０は、それぞれ大気からフィルターを通して空気を取り込む。
酸化剤ガス系３０は、フィルター３１、反応用空気供給部３２、反応用空気供給流路３３、反応用空気排出流路３４、第１バルブ３５、第２バルブ３６、反応用空気バイパス流路３７を有する。
反応用空気供給流路３３には、空気の流れ方向に沿ってフィルター３１、反応用空気供給部３２、第１バルブ３５が配置される。第１バルブ３５は三方弁であり、燃料電池１０を迂回して反応用空気を反応用空気バイパス流路３７から反応用空気排出流路３４に流すことを可能にする。
反応用空気排出流路３４には、第２バルブ３６が配置される。
燃料ガス系５０は、燃料ガス供給部５１、燃料ガス供給流路５２、燃料オフガス排出流路５３、循環流路５４、気液分離器５５、第３バルブ（インジェクタ等）５７、第４バルブ（パージ弁等）５８、エジェクタ５９を有する。
複数の第２温度取得部Ｔ２が、冷却フィンと当接するように燃料電池１０に配置されている。
図４の空冷式燃料電池システムでは、空気系２０は、酸化剤ガス系３０に空気を供給する反応用空気導入部２２、冷却系４０に空気を供給する冷却用空気導入部２３を有する。反応用空気導入部２２、冷却用空気導入部２３は、それぞれフィルターを有する。
酸化剤ガス系３０、冷却系４０は、それぞれ大気からフィルターを通して空気を取り込む。
酸化剤ガス系３０は、フィルター３１、反応用空気供給部３２、反応用空気供給流路３３、反応用空気排出流路３４、第１バルブ３５、第２バルブ３６、反応用空気バイパス流路３７を有する。
反応用空気供給流路３３には、空気の流れ方向に沿ってフィルター３１、反応用空気供給部３２、第１バルブ３５が配置される。第１バルブ３５は三方弁であり、燃料電池１０を迂回して反応用空気を反応用空気バイパス流路３７から反応用空気排出流路３４に流すことを可能にする。
反応用空気排出流路３４には、第２バルブ３６が配置される。
燃料ガス系５０は、燃料ガス供給部５１、燃料ガス供給流路５２、燃料オフガス排出流路５３、循環流路５４、気液分離器５５、第３バルブ（インジェクタ等）５７、第４バルブ（パージ弁等）５８、エジェクタ５９を有する。
複数の第２温度取得部Ｔ２が、冷却フィンと当接するように燃料電池１０に配置されている。
【0062】
図５は、本開示の空冷式燃料電池システムの制御の一例を示すフローチャートである。
制御部は、燃料電池の運転中に第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度を監視する。
制御部は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の差が所定の温度閾値以上であるか否か、又は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの昇温速度の差が所定の昇温速度閾値以上であるか否かを判定する。
制御部は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の差が所定の温度閾値以上の時、又は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの昇温速度の差が所定の昇温速度閾値以上の時に、第１バルブ、第２バルブ、第３バルブ、及び、第４バルブの開度を判定時の開度よりも小さくするか、又は、燃料電池の発電を停止する。制御部は、燃料電池の発電停止時に、第１バルブ、第２バルブ、第３バルブ、及び、第４バルブを閉弁してもよい。一方、制御部は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の差が所定の温度閾値未満であるか、又は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの昇温速度の差が所定の昇温速度閾値未満であるときは、制御を終了するか、現状を維持してもよい。
制御部は、燃料電池の運転中に第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度を監視する。
制御部は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の差が所定の温度閾値以上であるか否か、又は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの昇温速度の差が所定の昇温速度閾値以上であるか否かを判定する。
制御部は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の差が所定の温度閾値以上の時、又は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの昇温速度の差が所定の昇温速度閾値以上の時に、第１バルブ、第２バルブ、第３バルブ、及び、第４バルブの開度を判定時の開度よりも小さくするか、又は、燃料電池の発電を停止する。制御部は、燃料電池の発電停止時に、第１バルブ、第２バルブ、第３バルブ、及び、第４バルブを閉弁してもよい。一方、制御部は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの温度の差が所定の温度閾値未満であるか、又は、第１温度取得部と第２温度取得部とで取得されたそれぞれの昇温速度の差が所定の昇温速度閾値未満であるときは、制御を終了するか、現状を維持してもよい。
【0063】
過昇温が見られた場合、反応空気系のバルブを封止してもよい。これにより燃料電池の酸素欠により燃料電池の電圧が低下し、安全に燃料電池の発電を停止することができる。また、燃料電池の劣化を抑えることができる。燃料電池内で発火した場合でも、酸素が遮断されることで、延焼を防ぐことができる。
封止された燃料ガス系の水素モル数が、封止された反応空気系の酸素モル数の２倍よりも大きくなることにより、燃料電池システム内の酸素が消費され、燃料電池の電圧が下がる。また、燃料電池内が水素リッチな状態で封止されているため、燃料電池の劣化の進行を遅くすることができる。酸素を完全に消費するために、反応空気系を封止した後、所定の時間、燃料ガスの供給は継続して、ある程度酸素の消費が進んでから、燃料ガス系を封止してもよい。すなわち、第１バルブ及び第２バルブを閉じた後、所定時間経過後に第３バルブ及び第４バルブを閉じてもよい。
封止された燃料ガス系の水素モル数が、封止された反応空気系の酸素モル数の２倍よりも大きくなることにより、燃料電池システム内の酸素が消費され、燃料電池の電圧が下がる。また、燃料電池内が水素リッチな状態で封止されているため、燃料電池の劣化の進行を遅くすることができる。酸素を完全に消費するために、反応空気系を封止した後、所定の時間、燃料ガスの供給は継続して、ある程度酸素の消費が進んでから、燃料ガス系を封止してもよい。すなわち、第１バルブ及び第２バルブを閉じた後、所定時間経過後に第３バルブ及び第４バルブを閉じてもよい。
【符号の説明】
【0064】
１０ 燃料電池
１１ 単セル
１２ 第１セパレータ
１３ 第２セパレータ
１４ 樹脂フレーム
１５ 冷却フィン
１６ ガスケット
１７ マニホールド
１８ 集合体
１９ 集電板
２０ 空気系
２１ 空気導入部
２２ 反応用空気導入部
２３ 冷却用空気導入部
３０ 酸化剤ガス系
３１ フィルター
３２ 反応用空気供給部
３３ 反応用空気供給流路
３４ 反応用空気排出流路
３５ 第１バルブ
３６ 第２バルブ
３７ 反応用空気バイパス流路
４０ 冷却系
４１ 冷却用空気供給流路
４２ 冷却用空気排出流路
４３ 冷媒駆動部
５０ 燃料ガス系
５１ 燃料ガス供給部
５２ 燃料ガス供給流路
５３ 燃料オフガス排出流路
５４ 循環流路
５５ 気液分離器
５６ ガス循環ポンプ
５７ 第３バルブ
５８ 第４バルブ
５９ エジェクタ
６０ 制御部
Ｔ１ 第１温度取得部
Ｔ２ 第２温度取得部
１１ 単セル
１２ 第１セパレータ
１３ 第２セパレータ
１４ 樹脂フレーム
１５ 冷却フィン
１６ ガスケット
１７ マニホールド
１８ 集合体
１９ 集電板
２０ 空気系
２１ 空気導入部
２２ 反応用空気導入部
２３ 冷却用空気導入部
３０ 酸化剤ガス系
３１ フィルター
３２ 反応用空気供給部
３３ 反応用空気供給流路
３４ 反応用空気排出流路
３５ 第１バルブ
３６ 第２バルブ
３７ 反応用空気バイパス流路
４０ 冷却系
４１ 冷却用空気供給流路
４２ 冷却用空気排出流路
４３ 冷媒駆動部
５０ 燃料ガス系
５１ 燃料ガス供給部
５２ 燃料ガス供給流路
５３ 燃料オフガス排出流路
５４ 循環流路
５５ 気液分離器
５６ ガス循環ポンプ
５７ 第３バルブ
５８ 第４バルブ
５９ エジェクタ
６０ 制御部
Ｔ１ 第１温度取得部
Ｔ２ 第２温度取得部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
