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公開番号2025130422
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-08
出願番号2024027575
出願日2024-02-27
発明の名称燃料電池ユニット
出願人株式会社豊田自動織機
代理人個人,個人
主分類H01M 8/04 20160101AFI20250901BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】大型化することなく、燃料電池スタックを水冷しつつ、空冷部品を空冷できる燃料電池ユニットを提供すること。
【解決手段】燃料電池スタック22は、冷却水配管を流れる冷却水との熱交換により水冷可能であるとともに、電動エアコンプレッサ23、DC/DCコンバータ81、及びインバータ装置82は、第1ファン27によって発生するエアによって空冷可能である。第1ファン27は、当該第1ファン27によって発生するエアの流れる方向に、電動エアコンプレッサ23、DC/DCコンバータ81、及びインバータ装置82と並んで設置されるとともに、筐体40の内部空間Sを挟んで吸気口62aと反対側に設置されている。燃料電池スタック22に対し、電動エアコンプレッサ23、DC/DCコンバータ81、及びインバータ装置82は、筐体40の高さ方向の異なる位置に配置されている。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックのカソード極に酸素を供給する電動エアコンプレッサと、
前記燃料電池スタックの出力電力を変圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記電動エアコンプレッサを駆動させるインバータ装置と、
前記燃料電池スタック、前記電動エアコンプレッサ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び前記インバータ装置を収容する筐体と、
前記筐体の内部空間と外部とを連通させるために前記筐体に設けられた吸気口と、
前記筐体における前記内部空間を挟んだ前記吸気口と反対側に設置され、前記吸気口を通じて前記内部空間にエアの流れを発生させるファンと、を有する燃料電池ユニットであって、
前記燃料電池スタックは、冷却水配管を流れる冷却水との熱交換により水冷可能であるとともに、
前記電動エアコンプレッサ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び前記インバータ装置は、前記内部空間を流れるエアによって空冷可能であり、
前記電動エアコンプレッサ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び前記インバータ装置は、前記エアの流れ方向に前記ファンと並んで前記筐体に設置されるとともに、
前記燃料電池スタックは、
前記ファン、前記電動エアコンプレッサ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び前記インバータ装置に対し、前記筐体の高さ方向の異なる位置に配置されていることを特徴とする燃料電池ユニット。
続きを表示（約 610 文字）【請求項２】
前記電動エアコンプレッサ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び前記インバータ装置は、前記高さ方向において、前記燃料電池スタックの下方に配置され、前記ファン及び前記吸気口は、前記高さ方向において前記燃料電池スタックより下方に配置されている請求項１に記載の燃料電池ユニット。
【請求項３】
前記筐体の底板の上面に立設された脚部、及び当該脚部に支持された長板状の支持部を有するラック部を備え、
前記燃料電池スタックは、前記支持部によって前記高さ方向における前記底板より上方に支持され、
前記燃料電池ユニットは、前記冷却水を前記冷却水配管に送るウォータポンプを前記高さ方向における前記燃料電池スタックの下方に有し、
前記電動エアコンプレッサは、前記高さ方向において、前記長板状の前記支持部より下方であり、かつ前記支持部によって上方から覆われない位置に配置されている請求項２に記載の燃料電池ユニット。
【請求項４】
前記ファンを第１ファンとすると、
前記燃料電池スタックに向けたエアの流れを発生させる第２ファンをさらに有し、
前記第２ファンは、当該第２ファンによって発生するエアの流れ方向に前記燃料電池スタックと並ぶ位置であり、かつ前記内部空間を挟んで前記筐体における前記吸気口と反対側に設置されている請求項２又は請求項３に記載の燃料電池ユニット。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池ユニットに関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に開示の燃料電池システムは、筐体に収容された燃料電池スタックを有する。燃料電池スタックは発電時に発熱するため、燃料電池スタックの水冷のために、筐体にはラジエータが設置されるとともに、ラジエータでの冷却水の冷却効率を向上させるファンが設置されている。
【０００３】
また、特許文献１に開示の燃料電池システムは、燃料電池スタックの出力電力を変圧するＤＣ／ＤＣコンバータを有する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、燃料電池スタックの出力電力を変換する際に発熱する。特許文献１の燃料電池システムは、ファンの駆動によってラジエータに向けて送られる空気によってＤＣ／ＤＣコンバータを空冷する。なお、燃料電池システムには、ＤＣ／ＤＣコンバータの他にも空冷が必要とされる空冷部品が搭載されているのは周知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－１０２０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１の燃料電池システムは、燃料電池スタックの水冷のためにラジエータ及びファンを用いているとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータの空冷のためにファンを用いているため、燃料電池システムが大型化している。このため、大型化することなく、燃料電池スタックを水冷しつつ、ＤＣ／ＤＣコンバータといった空冷部品を空冷できる燃料電池ユニットが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するための燃料電池ユニットは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックのカソード極に酸素を供給する電動エアコンプレッサと、前記燃料電池スタックの出力電力を変圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記電動エアコンプレッサを駆動させるインバータ装置と、前記燃料電池スタック、前記電動エアコンプレッサ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び前記インバータ装置を収容する筐体と、前記筐体の内部空間と外部とを連通させるために前記筐体に設けられた吸気口と、前記筐体における前記内部空間を挟んだ前記吸気口と反対側に設置され、前記吸気口を通じて前記内部空間にエアの流れを発生させるファンと、を有する燃料電池ユニットであって、前記燃料電池スタックは、冷却水配管を流れる冷却水との熱交換により水冷可能であるとともに、前記電動エアコンプレッサ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び前記インバータ装置は、前記内部空間を流れるエアによって空冷可能であり、前記電動エアコンプレッサ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び前記インバータ装置は、前記エアの流れ方向に前記ファンと並んで前記筐体に設置されるとともに、前記燃料電池スタックは、前記ファン、前記電動エアコンプレッサ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び前記インバータ装置に対し、前記筐体の高さ方向の異なる位置に配置されていることを要旨とする。
【０００７】
これによれば、燃料電池スタックは、冷却水との熱交換により水冷される。また、電動エアコンプレッサ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及びインバータ装置は、エアの流れ方向においてファンと並べて配置されている。このため、ファンの駆動によって筐体の内部空間に発生するエアの流れにより、電動エアコンプレッサ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及びインバータ装置は、好適に空冷される。そして、水冷される燃料電池スタックと、電動エアコンプレッサ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及びインバータ装置とが、高さ方向に区別して配置されている。例えば、燃料電池スタック、電動エアコンプレッサ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及びインバータ装置が、高さ方向にランダムに分散して配置されている場合と比べると、電動エアコンプレッサ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及びインバータ装置を好適に空冷しつつ、燃料電池スタックも好適に水冷できる。そして、燃料電池スタックの水冷に必要なラジエータを燃料電池ユニットが有していなくても、燃料電池スタックを好適に水冷しつつ、電動エアコンプレッサ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及びインバータ装置のいずれも好適に空冷できる。以上により、燃料電池ユニットは、大型化することなく、燃料電池スタックを水冷しつつ、電動エアコンプレッサ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及びインバータ装置を空冷できる。
【０００８】
燃料電池ユニットについて、前記電動エアコンプレッサ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び前記インバータ装置は、前記高さ方向において、前記燃料電池スタックの下方に配置され、前記ファン及び前記吸気口は、前記高さ方向において前記燃料電池スタックより下方に配置されていてもよい。
【０００９】
これによれば、電動エアコンプレッサ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及びインバータ装置から発生した熱は、上昇する。このため、電動エアコンプレッサ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及びインバータ装置を内部空間における上部に配置する場合と比べると、これら電動エアコンプレッサ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及びインバータ装置に熱が篭もりにくくなる。そして、筐体の下部では、ファンの駆動によって、吸気口からファンに向けてエアの流れが発生する。このエアの流れによって、電動エアコンプレッサ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及びインバータ装置を空冷できる。したがって、電動エアコンプレッサ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及びインバータ装置を効率良く空冷できる。
【００１０】
燃料電池ユニットについて、前記筐体の底板の上面に立設された脚部、及び当該脚部に支持された長板状の支持部を有するラック部を備え、前記燃料電池スタックは、前記支持部によって前記高さ方向における前記底板より上方に支持され、前記燃料電池ユニットは、前記冷却水を前記冷却水配管に送るウォータポンプを前記高さ方向における前記燃料電池スタックの下方に有し、前記電動エアコンプレッサは、前記高さ方向において、前記長板状の前記支持部より下方であり、かつ前記支持部によって上方から覆われない位置に配置されていてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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