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公開番号2025020596
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-13
出願番号2023124078
出願日2023-07-31
発明の名称空冷式の燃料電池システム
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 8/04746 20160101AFI20250205BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ケースの大型化や複雑化を抑制しつつ、低温時の燃料電池の運転性能に優れる空冷式の燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池、水素系、反応空気系、及び、冷却空気系を備え、前記燃料電池システムは、ケースを有し、前記ケースは、前記燃料電池を収容し、前記ケースは、前記燃料電池を基準に、前記ケース内の前記冷却空気の流れ方向に、上流側スペースと下流側スペースを有し、前記冷却空気系は、前記下流側スペースに、前記冷却空気の流れを生じさせる冷却空気送風手段を有し、前記反応空気系は、前記上流側スペースに反応空気吸気口と、反応空気送風手段と、を有し、所定の切り替え条件が生じた場合、前記燃料電池システムは、前記冷却空気送風手段の駆動を停止して、前記反応空気送風手段を駆動させて、前記ケース内の前記冷却空気の流れを逆流させる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
空冷式の燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは、燃料電池、前記燃料電池に水素を供給する水素系、前記燃料電池に反応空気を供給する反応空気系、及び、前記燃料電池に冷却空気を供給する冷却空気系を備え、
前記燃料電池は、前記反応空気と前記冷却空気とが独立した流路構造の反応空気流路と冷却空気流路を有し、
前記燃料電池システムは、ケースを有し、
前記ケースは、前記燃料電池を収容し、
前記ケースは、前記燃料電池を基準に、前記ケース内の前記冷却空気の流れ方向に、上流側スペースと下流側スペースを有し、
前記冷却空気系は、前記下流側スペースに、前記冷却空気の流れを生じさせる冷却空気送風手段を有し、
前記反応空気系は、前記上流側スペースに反応空気吸気口と、反応空気送風手段と、を有し、
所定の切り替え条件が生じた場合、前記燃料電池システムは、前記冷却空気送風手段の駆動を停止して、前記反応空気送風手段を駆動させて、前記ケース内の前記冷却空気の流れを逆流させる、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】
前記所定の切り替え条件が、外気温が所定の温度未満の時、前記燃料電池の電圧振幅値が所定値以上の時、及び、前記燃料電池の面内の冷却空気入口温度と冷却空気出口温度との温度差が所定値以上の時からなる群より選ばれる少なくとも１つである、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】
本開示は、空冷式の燃料電池システムに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１－５において開示されるような燃料電池（ＦＣ）に関して様々な技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１８５２４８号公報
特開２０１５－５２０５００号公報
特開２００１－０１５１３６号公報
特開２０２２－１８５２５１号公報
特開２０２２－１８５２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術では、冷却空気を循環させるためには、ケースを大型化する必要がある。または、逆回転可能な冷却ファンや機械的な構造の追加が必要である。
【０００５】
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ケースの大型化や複雑化を抑制しつつ、低温時の燃料電池の運転性能に優れる空冷式の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】
【０００６】
本開示においては、空冷式の燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは、燃料電池、前記燃料電池に水素を供給する水素系、前記燃料電池に反応空気を供給する反応空気系、及び、前記燃料電池に冷却空気を供給する冷却空気系を備え、
前記燃料電池は、前記反応空気と前記冷却空気とが独立した流路構造の反応空気流路と冷却空気流路を有し、
前記燃料電池システムは、ケースを有し、
前記ケースは、前記燃料電池を収容し、
前記ケースは、前記燃料電池を基準に、前記ケース内の前記冷却空気の流れ方向に、上流側スペースと下流側スペースを有し、
前記冷却空気系は、前記下流側スペースに、前記冷却空気の流れを生じさせる冷却空気送風手段を有し、
前記反応空気系は、前記上流側スペースに反応空気吸気口と、反応空気送風手段と、を有し、
所定の切り替え条件が生じた場合、前記燃料電池システムは、前記冷却空気送風手段の駆動を停止して、前記反応空気送風手段を駆動させて、前記ケース内の前記冷却空気の流れを逆流させる、ことを特徴とする燃料電池システムを提供する。
【０００７】
本開示においては、前記所定の切り替え条件が、外気温が所定の温度未満の時、前記燃料電池の電圧振幅値が所定値以上の時、及び、前記燃料電池の面内の冷却空気入口温度と冷却空気出口温度との温度差が所定値以上の時からなる群より選ばれる少なくとも１つであってもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の燃料電池システムは、ケースの大型化や複雑化を抑制しつつ、低温時の燃料電池の運転性能に優れる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示の燃料電池システムが備える燃料電池の単セルの一例を示す分解斜視模式図である。
本開示の燃料電池システムの通常運転時の一例を示すシステム構成図である。
本開示の燃料電池システムの温度均一化運転時の一例を示すシステム構成図である。
通常運転時のセル内温度分布の一例を示す模式図である。
温度均一化運転時のセル内温度分布の一例を示す模式図である。
本開示の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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本開示の実施に必要な事柄（例えば、本開示を特徴付けない燃料電池システムの一般的な構成および製造プロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本開示は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
また、図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。
本開示において、燃料電池のアノードに供給されるガスは、燃料ガス（アノードガス）であり、燃料電池のカソードに供給されるガスは酸化剤ガス（カソードガス）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、酸素を含有するガスであり、酸素、空気（エア）等であってもよい。本開示において、酸化剤ガスとしての空気を反応空気（反応エア）と称し、冷却ガスとしての空気を冷却空気（冷却エア）と称する。
（【００１１】以降は省略されています）

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