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公開番号2024106497
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-08
出願番号2023010778
出願日2023-01-27
発明の名称燃料電池
出願人トヨタ自動車株式会社,株式会社アイシン
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H01M 8/04119 20160101AFI20240801BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】燃料電池スタックに供給する酸化ガスを加湿する加湿器は、乾燥すると加湿性能が低下し、その後に湿潤化処理しても回復しない。
【解決手段】加湿器を、酸化ガスの供給をシャットする弁と燃料電池スタックの間の供給経路と、燃料電池スタックと酸化したガスの排出をシャットする弁の間の排出経路の双方に接続する。供給シャットと排出シャット弁の双方は、車両の運転停止時に閉弁されて加湿器内の酸化ガスを大気から封止する。運転停止中は加湿器が封止空間内に置かれ、乾燥から守られる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
車両に搭載される燃料電池であって、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに接続されているとともに前記燃料電池スタックに酸化ガスを供給する供給経路と、
前記供給経路に配置されている供給シャット弁と、
前記燃料電池スタックに接続されているとともに前記燃料電池スタックで酸化したガスを排出する排出経路と、
前記排出経路に配置されている排出シャット弁と、
加湿器を備えており、
前記加湿器が、前記供給シャット弁から前記燃料電池スタックの間の前記供給経路と、前記燃料電池スタックと前記排出シャット弁の間の前記排出経路の双方に接続されており、
前記供給シャットと前記排出シャット弁の双方は、前記車両の運転停止時に閉弁されて前記加湿器内の酸化ガスを大気から封止することを特徴とする燃料電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書では、燃料ガスと酸化ガスが反応して発電する燃料電池を開示する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池では、燃料ガス（例えば水素ガス）と酸化ガス（例えば空気）が燃料電池スタックで反応して発電する。特許文献１に記載されているように、酸化ガスが乾燥している場合に比して酸化ガスが湿っている（水蒸気を含んでいる）場合の方が、燃料電池反応が効率的に進行することがある。特許文献１の技術では、酸化ガスを燃料電池スタックに供給する経路に加湿器を配置している。
【０００３】
燃料ガスが酸化ガスによって酸化されると水蒸気が発生する。特許文献１の技術では、酸化したガスの排出経路を加湿器に導き、燃料電池反応で発生した水蒸気を加湿に利用する。
【０００４】
燃料電池スタックには、酸化ガスの供給経路と酸化したガスの排出経路が接続されている。供給経路には供給シャット弁が設けられ、排出経路には排出シャット弁が設けられている。燃料電池スタックの運転中は、供給シャット弁と排出シャット弁の双方が開かれ、酸化ガスが燃料電池スタックに供給され、酸化したガスが燃料電池スタックから排出される。
【０００５】
特許文献１の技術では、燃料電池スタックの運転を停止する際には、供給シャット弁と排出シャット弁の双方を閉じ、供給シャット弁から燃料電池スタックを経由して排出シャット弁に至るまでの範囲を大気から封止する。大気から封止することによって、運転停止中の燃料電池スタックが大気に晒されて劣化することを防止する。また大気から封止された空間のその後の圧力変化を観察することによって供給シャット弁と排出シャット弁の正常異常を判別する。
【０００６】
特許文献１の技術では、図３に模式的に示すように、燃料電池スタック４に酸化ガスを供給する経路１４ａに加湿器１０を配置している。また燃料電池スタック４で酸化したガスを排出する経路１４ｄを加湿器１０に導き、燃料電池反応で発生した水蒸気を加湿に利用する。酸化ガスの供給経路１４ａには供給シャット弁６が設けられ、酸化したガスの排出経路１４ｄには排出シャット弁８が設けられている。燃料電池スタック４の運転中は、供給シャット弁６と排出シャット弁８の双方が開弁され、酸化ガスが燃料電池スタック４に供給され、酸化したガスが燃料電池スタック４から排出される。燃料電池スタック４の運転を停止する際は、供給シャット弁６と排出シャット弁８の双方を閉弁し、供給シャット弁６から燃料電池スタック４を経由して排出シャット弁８に至るまでの範囲を大気から封止する。大気から封止することによって、運転停止中の燃料電池スタック４は大気から封止され、運転停止中の燃料電池スタック４が大気に晒されて劣化することを防止する。また大気から封止された空間内の圧力変化を観察することによって供給シャット弁６と排出シャット弁８の正常異常を判別する。なお図３において、２ａは燃料ガスの供給経路であり、２ｂは反応後のガスの排出経路であり、１２は大気を圧縮するコンプレッサーである。
【０００７】
特許文献１の技術では、供給シャット弁６と排出シャット弁８によって大気から封止される範囲の外側に加湿器１０を配置している。
【０００８】
特許文献２の技術では、供給シャット弁６と燃料電池スタック４の間に加湿器１０を配置している。ただし、酸化したガスの排出経路は加湿器１０に導かれておらず、燃料電池反応で発生した水蒸気を加湿に利用するものでない。加湿用純水をタンクに蓄えておく方式であり、本明細書で開示する燃料電池とは方式が異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２００９－８７６５２号公報
特開２００４－２９６３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１の技術では、加湿器１０が封止空間の外側に配置されていることから、燃料電池スタック４の運転停止中に加湿器１０の内部が乾燥しやすい。燃料電池スタック４の運転停止直後には、燃料電池スタック４と加湿器１０が高温となっており、その熱の影響によって加湿器１０の内部が急速に乾燥し、加湿器１０が高温・絶乾状態になりやすい。
（【００１１】以降は省略されています）

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