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公開番号2024135718
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-04
出願番号2023046548
出願日2023-03-23
発明の名称燃料電池システム
出願人トヨタ紡織株式会社
代理人個人,個人
主分類H01M 8/04 20160101AFI20240927BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】外部からのエネルギーを必要とすることなく、キャニスターの加熱と燃料電池スタックの冷却との両方を効率的に行うことができる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システム11は、燃料ガスが充填されたキャニスター27を保持するキャニスターホルダ13と、燃料電池スタック12とを備える。燃料電池スタック12は、燃料ガス供給孔17と、燃料ガス排出孔18と、酸化剤ガス供給孔19と、酸化剤ガス排出孔20と、冷却用流体供給孔21と、冷却用流体排出孔22とを備える。キャニスターホルダ13は、流入口29と流出口31とを有した内部流路33を備える。燃料電池システム11は、キャニスター27と燃料ガス供給孔17とを連通する第1連通管34と、酸化剤ガス排出孔20と流入口29とを連通する第2連通管35と、流出口31と冷却用流体供給孔21とを連通する第3連通管36とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
燃料ガスが充填されたキャニスターを収容した状態で保持する金属製のキャニスターホルダと、前記キャニスターから供給される前記燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されることによって発電を行う燃料電池スタックとを備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックは、前記燃料ガスが供給される燃料ガス供給孔と、前記燃料ガスが排出される燃料ガス排出孔と、前記酸化剤ガスが供給される酸化剤ガス供給孔と、前記酸化剤ガスが排出される酸化剤ガス排出孔と、冷却用流体が供給される冷却用流体供給孔と、前記冷却用流体が排出される冷却用流体排出孔とを備え、
前記キャニスターホルダは、流入口と流出口とを有した内部流路を備え、
前記キャニスターと前記燃料ガス供給孔とを連通する第１連通管と、前記酸化剤ガス排出孔と前記流入口とを連通する第２連通管と、前記流出口と前記冷却用流体供給孔とを連通する第３連通管と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
続きを表示（約 140 文字）【請求項２】
前記流入口は、前記流出口よりも上側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記冷却用流体供給孔は、前記冷却用流体排出孔よりも下側に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項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。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池システムでは、ボンベ内の水素を連続して燃料電池へ供給すると、ボンベ内からの水素の放出に伴う吸熱反応によってボンベが冷却される。このため、ボンベ内から燃料電池へ供給される水素の流量が減少してしまう。一方、燃料電池で連続的に発電を行うと、燃料電池が発熱する。このため、燃料電池による発電効率が低下してしまう。
【０００３】
そこで、従来、燃料電池システムとして、例えば特許文献１に示すものが知られている。こうした燃料電池システムは、システム筐体を備えている。システム筐体は、内部空間を上下に仕切るように設けられた２つの保持棚を備えている。下側の保持棚の下方には、燃料電池スタックが配置されている。下側の保持棚の上には、水素ボンベが配置されている。上側の保持棚の上には、燃料電池スタックに空気を供給する空気ポンプが配置されている。
【０００４】
燃料電池スタックの周囲には、燃料電池スタックを囲む燃料電池ガイドが配置されている。燃料電池ガイドの内側には、燃料電池スタックを冷却するための通風路が設けられている。燃料電池ガイドの上下には、それぞれ開口部が設けられている。燃料電池ガイドの上側の開口部には、送風方向が上向きとなるファンが配置されている。下側の保持棚には、通気口が設けられている。
【０００５】
そして、燃料電池スタックでの発電により燃料電池スタックの温度が上昇すると、ファンが駆動されるので、燃料電池ガイドの下側の開口部から空気が吸引される。この吸引された空気は、通風路を通過することによって、燃料電池スタックを冷却する。燃料電池スタックを冷却することによって燃料電池スタックの排熱を含んだ空気は、ファンにより、通気口を介して水素ボンベの表面に供給される。これにより、水素ボンベが加熱される。
【０００６】
このように、上述の燃料電池システムでは、ファンの駆動により、燃料電池スタックを空冷するとともに、燃料電池スタックを空冷するときの燃料電池スタックの排熱を利用して水素ボンベを加熱している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１６－１８１３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述のような燃料電池システムでは、水素ボンベの加熱と燃料電池スタックの冷却との両方を行うために、外部エネルギーによって動作するファンが必要不可欠である。したがって、外部エネルギーを必要とすることなく、水素ボンベの加熱と燃料電池スタックの冷却との両方を行うことができる燃料電池システムが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する燃料電池システムは、燃料ガスが充填されたキャニスターを収容した状態で保持する金属製のキャニスターホルダと、前記キャニスターから供給される前記燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されることによって発電を行う燃料電池スタックとを備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池スタックは、前記燃料ガスが供給される燃料ガス供給孔と、前記燃料ガスが排出される燃料ガス排出孔と、前記酸化剤ガスが供給される酸化剤ガス供給孔と、前記酸化剤ガスが排出される酸化剤ガス排出孔と、冷却用流体が供給される冷却用流体供給孔と、前記冷却用流体が排出される冷却用流体排出孔とを備え、前記キャニスターホルダは、流入口と流出口とを有した内部流路を備え、前記キャニスターと前記燃料ガス供給孔とを連通する第１連通管と、前記酸化剤ガス排出孔と前記流入口とを連通する第２連通管と、前記流出口と前記冷却用流体供給孔とを連通する第３連通管と、を備えることを要旨とする。
【００１０】
通常、キャニスター内の燃料ガスを第１連通管及び燃料ガス供給孔を介して連続して燃料電池スタックへ供給すると、キャニスター内からの燃料ガスの放出に伴う吸熱反応によってキャニスターが冷却される。このため、キャニスター内から燃料電池スタックへ供給される燃料ガスの流量が減少する。一方、燃料電池スタックで連続的に発電を行うと、燃料電池スタックが発熱するので、燃料電池スタックによる発電効率が低下する。この点、上記構成によれば、酸化剤ガス供給孔から燃料電池スタックへ供給された酸化剤ガスは、燃料電池スタック内で加熱された後、酸化剤ガス排出孔、第２連通管、及び流入口を介して内部流路に流れ込む。内部流路に流れ込んだ酸化剤ガスは、内部流路を流れる過程でキャニスターホルダを介してキャニスターと熱交換する。これにより、キャニスターが加熱されるとともに、酸化剤ガスが冷却される。内部流路で冷却された酸化剤ガスは、流出口及び第３連通管を介して冷却用流体供給孔から冷却用流体として燃料電池スタック内に流れ込むとともに燃料電池スタックと熱交換する。これにより、燃料電池スタックが冷却されるとともに、冷却用流体が加熱される。燃料電池スタック内で加熱された冷却用流体は、冷却用流体排出孔から排出される。したがって、外部からのエネルギーを必要とすることなく、キャニスターの加熱と燃料電池スタックの冷却との両方を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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