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公開番号2025102073
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-08
出願番号2023219283
出願日2023-12-26
発明の名称燃料電池システム
出願人株式会社アイシン
代理人弁理士法人アイテック国際特許事務所
主分類H01M 8/04 20160101AFI20250701BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】発電モジュールごとの発電量のばらつきを抑制する。
【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池モジュールと水素供給系と循環系とを備える。燃料電池モジュールは、燃料電池スタックと燃焼部とこれらを収容するモジュールケースとを含む。水素供給系は、燃料電池モジュールの水素入口に接続される水素供給ラインと、水素供給ラインに設けられる水素ブロワと、を含む。循環系は、熱交換器と、燃料電池モジュールの燃焼ガス入口に接続される燃焼ガスラインと、水素供給ラインに接続される還流ラインと、を含み、燃料電池モジュールから熱交換器を通過した水素オフガスを燃焼ガスラインと還流ラインとに分配する。燃料電池モジュールと水素供給系および循環系とは、一対一に対応するように複数設けられ、各還流ラインの長さは、それぞれ同じであり、各水素供給ラインにおける水素ブロワよりも下流側の長さは、それぞれ同じである。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される酸化剤ガスとにより発電する燃料電池スタックと、燃焼ガス入口から導入される可燃ガスを燃焼させる燃焼部と、当該燃料電池スタックと当該燃焼部とを収容する断熱性のモジュールケースと、を含む燃料電池モジュールと、
前記アノードの入口につながる前記燃料電池モジュールの水素入口と水素供給源とに接続される水素供給ラインと、前記水素供給ラインに設けられる水素ブロワと、を含む水素供給系と、
前記アノードの出口につながる前記燃料電池モジュールの水素オフガス出口に接続される水素オフガスラインと、前記水素オフガスラインに設けられる熱交換器と、前記燃料電池モジュールの前記燃焼ガス入口に接続される燃焼ガスラインと、前記水素供給ラインに接続される還流ラインと、を含み、前記アノードの出口から排出されて前記熱交換器を通過した水素オフガスを前記燃焼ガスラインと前記還流ラインとに分配する循環系を備え、前記水素供給系は、前記水素供給ラインにおける前記水素ブロワの上流側に設けられるガバナを含み、
前記還流ラインは、前記水素オフガスラインから分岐して前記水素供給ラインにおける前記水素ブロワと前記ガバナとの間に接続され、
前記燃料電池モジュールは、複数設けられ、
前記水素供給系および前記循環系は、それぞれ前記燃料電池モジュールに対して一対一に対応するように複数設けられ、
前記複数の循環系の各還流ラインの長さは、それぞれ同じであり、
前記複数の水素供給系の各水素供給ラインにおける前記水素ブロワよりも下流側の長さは、それぞれ同じである、
燃料電池システム。
続きを表示（約 900 文字）【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記水素オフガスラインは、前記熱交換器の下流側の第１分岐点で前記還流ラインと前記燃焼ガスラインとに分岐し、
前記循環系は、前記還流ラインに設けられたオリフィスを含み、
前記熱交換器を通過した水素オフガスは、前記オリフィスによって所定の分配率で前記還流ラインと前記燃焼ガスラインとに分配される、
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、
前記水素ブロワ、前記オリフィスおよび前記燃料電池モジュールの燃焼ガス入口は、前記第１分岐点よりも上方に位置する、
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、
前記熱交換器の下流側の第２分岐点で前記水素オフガスラインから分岐し、前記熱交換器で水素オフガスが凝縮することで得られる凝縮水が流れる凝縮水ラインを備え、
前記第２分岐点は、前記第１分岐点と同じ位置または前記第１分岐点よりも下方に位置する、
燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムであって、
凝縮水を貯留する凝縮水タンクを備え、
前記第２分岐点は、前記熱交換器の水素オフガス出口よりも下方に位置し、
前記凝縮水タンクは、前記第２分岐点よりも下方に位置し、
前記凝縮水ラインは、前記第２分岐点から下方に延在して前記凝縮水タンクに接続される、
燃料電池システム。
【請求項６】
請求項４に記載の燃料電池システムであって、
前記第２分岐点は、前記水素オフガスラインにおける前記熱交換器の下流側かつ前記第１分岐点の上流側に設けられる、
燃料電池システム。
【請求項７】
請求項４に記載の燃料電池システムであって、
前記熱交換器の水素オフガス入口は、前記燃料電池モジュールの水素オフガス出口よりも下方に位置する、
燃料電池システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書は、燃料電池システムについて開示する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池システムとしては、セルスタックと、セルスタックおよび燃焼器を収容する高温ハウジングと、燃料ガスポンプの作動によりセルスタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路と、セルスタックからの燃料オフガスを高温ハウジング外へ導いた後、再び高温ハウジング内に導入して燃焼器に供給する燃料オフガス送給流路と、燃料オフガス送給流路の中間部位（高温ハウジングの外）に配設された第２熱交換器と、燃料オフガス送給流路の第２熱交換器の下流側から分岐して燃料ガス供給流路における燃料ガスポンプと第２絞り部材との間に接続されるリサイクル流路と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池システムでは、セルスタックからの燃料オフガスは、第２熱交換器にて冷却された後に燃焼器に送給され、第２熱交換器から燃焼器に送給される燃料オフガスの一部は、燃料ガスポンプの作動により発生する負圧によりリサイクル流路を通して燃料ガス供給流路に戻される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許７２２１６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したセルスタックや燃焼器、燃料オフガス送給流路、第２熱交換器、リサイクル流路等を含む発電モジュールを複数備えるユニットを構成したり、当該ユニットを複数備えるシステムを構成したりする場合、モジュールごとやユニットごとに発電量がばらつくおそれがある。
【０００５】
本開示の燃料電池システムは、複数の発電モジュールを備える場合に、モジュールごとの発電量のばらつきを抑制することができる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】
本開示の燃料電池システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本開示の燃料電池システムは、
アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される酸化剤ガスとにより発電する燃料電池スタックと、燃焼ガス入口から導入される可燃ガスを燃焼させる燃焼部と、当該燃料電池スタックと当該燃焼部とを収容する断熱性のモジュールケースと、を含む燃料電池モジュールと、
前記アノードの入口につながる前記燃料電池モジュールの水素入口と水素供給源とに接続される水素供給ラインと、前記水素供給ラインに設けられる水素ブロワと、を含む水素供給系と、
前記アノードの出口につながる前記燃料電池モジュールの水素オフガス出口に接続される水素オフガスラインと、前記水素オフガスラインに設けられる熱交換器と、前記燃料電池モジュールの前記燃焼ガス入口に接続される燃焼ガスラインと、前記水素供給ラインに接続される還流ラインと、を含み、前記アノードの出口から排出されて前記熱交換器を通過した水素オフガスを前記燃焼ガスラインと前記還流ラインとに分配する循環系を備え、
前記水素供給系は、前記水素供給ラインにおける前記水素ブロワの上流側に設けられるガバナを含み、
前記還流ラインは、前記水素オフガスラインから分岐して前記水素供給ラインにおける前記水素ブロワと前記ガバナとの間に接続され、
前記燃料電池モジュールは、複数設けられ、
前記水素供給系および前記循環系は、それぞれ前記燃料電池モジュールに対して一対一に対応するように複数設けられ、
前記複数の循環系の各還流ラインの長さは、それぞれ同じであり、
前記複数の水素供給系の各水素供給ラインにおける前記水素ブロワよりも下流側の長さは、それぞれ同じである、ことを要旨とする。
【０００８】
この本開示の燃料電池システムでは、複数の燃料電池モジュールを備えると共に、燃料電池モジュールに対して一対一に対応するように水素供給系（水素供給ライン、水素ブロワを含む）および循環系（還流ラインを含む）が複数設けられた燃料電池システムにおいて、複数の循環系の各還流ラインの長さをそれぞれ同じとし、複数の水素供給系の各水素供給ラインにおける水素ブロワよりも下流側の長さをそれぞれ同じとする。これにより、燃料電池モジュールごとの水素供給ラインを流れるガスの圧力と流量とを同一にすることができる。この結果、燃料電池モジュールごとの発電量のバラツキを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
燃料電池システムの外観斜視図である。
燃料電池システムが備える燃料電池ユニットの内部斜視図である。
燃料電池ユニットの内部側面図である。
燃料電池ユニットのフレームを除く内部斜視図である。
燃料電池ユニットのフレームを除く内部上面図である。
燃料電池ユニットのフレームを除く内部側面図である。
燃料電池システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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