(57)【要約】  エアフローシステムを有する燃料電池システムは、第一の熱ゾーンと、第二の熱ゾーンと、該第一の熱ゾーンと第二の熱ゾーンとの間に設けられた送風機とを含む。該第一の熱ゾーンは、該燃料電池システムの吸気口に接続されている。該第二の熱ゾーンは、該燃料電池システムの排気口に接続されている。該送風機は、該第一の熱ゾーンから空気を引き込んで、該空気を該第二の熱ゾーンに供給するように構成されている。
2021536103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置を収容するハウジングボックスであって、
前記ハウジングボックスの第一の外壁に設けられた吸気口に接続された第一の熱ゾーンと、
前記ハウジングボックスの第二の外壁に設けられた排気口に接続された第二の熱ゾーンと、
前記第一の熱ゾーンと前記第二の熱ゾーンとの間に設けられ、該第一の熱ゾーンから空気を引き込むように構成され、および該第二の熱ゾーンに該空気を供給するように構成された送風機と、を備えるハウジングボックス。
【請求項２】
前記第二の熱ゾーンは、前記送風機を通ることを除いて、前記第一の熱ゾーンと隔離されたガスフローであることを特徴とする請求項１に記載のハウジングボックス。
【請求項３】
前記第二の熱ゾーンの温度レベルは、前記送風機が作動しているときの前記第一の熱ゾーンの温度レベルよりも高いことを特徴とする、請求項１に記載のハウジングボックス。
【請求項４】
前記第二の熱ゾーンの圧力レベルは、前記送風機が作動しているときの前記第一の熱ゾーンの圧力レベルよりの高いことを特徴とする、請求項１に記載のハウジングボックス。
【請求項５】
前記吸気口は、前記装置の外部から前記第一の熱ゾーンに前記空気を引き込むように構成され、
前記排気口は、前記第二の熱ゾーンからの前記空気を排気するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のハウジングボックス。
【請求項６】
前記第一の熱ゾーン内に設けられた一つ以上のパワーエレクトロニクスコンポーネントと、
前記第二の熱ゾーン内に設けられた、一つ以上の発電用の燃料処理コンポーネントと、をさらに備え、
前記第二の熱ゾーンの温度レベルが、前記送風機が作動しているときの前記第一の熱ゾーンの温度レベルよりも高いことを特徴とする、請求項１に記載のハウジングボックス。
【請求項７】
前記装置は、前記一つ以上の燃料処理コンポーネントを有する燃料電池システムを備え、
前記一つ以上の燃料処理コンポーネントは、
改質油を燃料電池スタックに供給するように構成された一つ以上のバランスオブプラント（ＢＯＰ）コンポーネントと、
前記一つ以上のＢＯＰコンポーネントから供給された前記改質油に基づいて発電するように構成された前記燃料電池スタックと、を備えることを特徴とする、請求項６に記載のハウジングボックス。
【請求項８】
前記一つ以上のＢＯＰコンポーネントは、燃料改質器、化学反応器、ガスケット、ポンプ、センサ、加湿器、熱交換器およびバーナーのうちの少なくとも一つを備えることを特徴とする、請求項７に記載のハウジングボックス。
【請求項９】
フロースイッチユニットによって測定された空気風量が予め設定された要件を満たさない場合に、前記装置の作動を遮断するためにスイッチを切るように、および該空気風量が該予め設定された要件を満たす場合には、該装置の該作動を維持するためにスイッチが入るように構成された前記フロースイッチユニットをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のハウジングボックス。
【請求項１０】
前記フロースイッチユニットは、フラッパーまたは差圧スイッチの少なくとも一方を備えることを特徴とする、請求項９に記載のハウジングボックス。
【請求項１１】
前記第一の熱ゾーンと前記第二の熱ゾーンとの間に、断熱材料で形成された隔離壁をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のハウジングボックス。
【請求項１２】
前記第二の熱ゾーンは、第一のサブゾーンと、制御されるのに必要なその温度レベルが該第一のサブゾーンとは異なっている第二のサブゾーンと、を備え、
前記第一のサブゾーンおよび前記第二のサブゾーンは、断熱材料で形成された別の隔離壁を介して分けられていることを特徴とする、請求項１に記載のハウジングボックス。
【請求項１３】
前記装置は、一つ以上の燃料処理コンポーネントを有する燃料電池システムを備え、
前記一つ以上の燃料処理コンポーネントは、
改質油を燃料電池スタックに供給するように構成された一つ以上のＢＯＰコンポーネントと、
前記一つ以上のＢＯＰコンポーネントから供給された前記改質油に基づいて発電するように構成された前記燃料電池スタックと、を備え、
前記燃料電池スタックは前記第一のサブゾーン内に設けられ、前記ＢＯＰコンポーネントは前記第二のサブゾーン内に設けられることを特徴とする、請求項１２に記載のハウジングボックス。
【請求項１４】
前記第一の熱ゾーンは、前記吸気口から前記送風機までＬ字状に及んでおり、前記第二の熱ゾーンは、該送風機から前記排気口まで直線状に及んでいることを特徴とする、請求項１に記載のハウジングボックス。
【請求項１５】
前記第一の外壁および前記第二の外壁は同じ平面上に配設され、
前記第一の熱ゾーンは、前記吸気口から前記送風機までＬ字状に及び、および前記第二の熱ゾーンは、該送風機から前記排気口まで第一の方向に及んでいることを特徴とする、請求項１に記載のハウジングボックス。
【請求項１６】
前記第一の外壁に設けられた別の吸気口に接続された第三の熱ゾーンをさらに備え、
該第三の熱ゾーンは、該別の吸気口から前記送風機まで別のＬ字状に及んでいることを特徴とする、請求項１５に記載のハウジングボックス。
【請求項１７】
前記第二の熱ゾーンは、前記第一の熱ゾーンと前記第三の熱ゾーンとの間に配設されることを特徴とする、請求項１６に記載のハウジングボックス。
【請求項１８】
前記ＢＯＰコンポーネントは、送風機、ファン、燃料制御弁、燃料安全遮断弁およびセンサのうちの少なくとも一つを備え、
前記一つ以上の燃料処理コンポーネントは、
サーミスタ、熱電対およびスイッチのうちの少なくとも一つを備える一つ以上の別のＢＯＰコンポーネントであって、前記第一のサブゾーン内に設けられている該別のＢＯＰコンポーネントをさらに備えることを特徴とする、請求項１３に記載のハウジングボックス。
【請求項１９】
前記装置は、一つ以上の燃料処理コンポーネントを有する燃料電池システムを備え、
前記一つ以上の燃料処理コンポーネントは、
サーミスタ、熱電対およびスイッチのうちの少なくとも一つを備えるＢＯＰコンポーネントの第一の群と、
送風機、ファン、燃料制御弁、燃料安全遮断弁およびセンサのうちの少なくとも一つを備えるＢＯＰコンポーネントの第二の群と、を備え、
前記ＢＯＰコンポーネントの第一の群は、前記第一のサブゾーン内に設けられ、および前記ＢＯＰコンポーネントの第二の群は、前記第二のサブゾーン内に設けられることを特徴とする、請求項１２に記載のハウジングボックス。
【請求項２０】
前記吸気口は、周囲の空気がそこを通って前記第一の熱ゾーンに取り込まれる屋外空間まで及んでいる吸気ダクトに結合されることを特徴とする、請求項１に記載の前記ハウジングボックスに収容される前記装置。
【請求項２１】
前記排気口は、前記第二の熱ゾーンの前記空気が、そこを通って排出される屋外空間まで及んでいる排気ダクトに結合されることを特徴とする、請求項１に記載の前記ハウジングボックスに収容される前記装置。
【請求項２２】
空気の流れを装置に供給する方法であって、
前記装置のハウジングボックス内に、第一の熱ゾーンおよび第二の熱ゾーンを設けることと、
前記第一の熱ゾーンと第二の熱ゾーンとの間に送風機を設けることと、
前記第一の熱ゾーン内に、一つ以上のパワーエレクトロニクスコンポーネントを設けることと、
前記第二の熱ゾーン内に、一つ以上の燃料処理コンポーネントを設けることと、
を含む方法。
【請求項２３】
前記第一の熱ゾーンは、前記ハウジングボックスの第一の外壁に設けられた吸気口に接続され、前記第二の熱ゾーンは、該ハウジングボックスの第二の外壁に設けられた排気口に接続されることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第二の熱ゾーンの温度レベルは、前記送風機が作動しているときの前記第一の熱ゾーンの温度レベルよりも高いことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記第二の熱ゾーンの圧力レベルは、前記送風機が作動しているときの前記第一の熱ゾーンの圧力レベルよりも高いことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記装置内にフロースイッチユニットを設けることと、
前記フロースイッチユニットによって測定された空気風量が、予め設定された要件を満たさない場合には、前記装置の動作を遮断することと、
前記空気風量が、前記予め設定された要件を満たす場合には、前記装置の前記動作を維持することと、をさらに含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記フロースイッチユニットは、フラッパーまたは差圧スイッチの少なくとも一方を備えることを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
断熱材料で形成された隔離壁を、前記第一の熱ゾーンと第二の熱ゾーンとの間に設けることをさらに含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
断熱材料で形成された別の隔離壁を用いて、前記第二の熱ゾーンを、少なくとも第一のサブゾーンと第二のサブゾーンとに分けることをさらに含み、
制御されるのに必要な第二のサブゾーンの温度レベルは、第一のサブゾーンとは異なることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記一つ以上の燃料処理コンポーネントの燃料電池スタックを第一のサブゾーン内に設けることと、
前記一つ以上の燃料処理コンポーネントの一つ以上のＢＯＰコンポーネントを第二のサブゾーン内に設けることと、をさらに含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項３１】
前記第一の熱ゾーンを設けることは、該第一の熱ゾーンを、前記吸気口から前記送風機までＬ字状に延在させることを含み、前記第二の熱ゾーンを設けることは、該第二の熱ゾーンを、該送風機から前記排気口まで直線状に延在させることを含むことを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この特許出願は、２０１８年８月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／７２４，９８３号の利益を主張するものであり、該出願の開示全体が本願明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
技術分野
本開示は、異なる種類のコンポーネントのために最適化された異なる熱ゾーンを有する燃料電池システムに関し、およびより具体的には、強制送風システムに関し、または、温度冷却風または混合用空気を該燃料電池システムに供給する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
これまで、強制送風システムは、燃料改質器または燃料電池システム等の燃料消費型装置が、高温によって誤作動したり、損傷を受けたりするのを防ぐために、または、該装置の意図する動作に適した所望の熱環境を維持するために、該装置における温度冷却または燃料希釈用に開発されてきた。
【０００４】
一般的には、強制気流を生成するために送風機が利用されている。多くの場合、該送風機は、不必要な雑音を生じるように、または、気流効率を低下させるように、該送風機のハウジングの外壁に配設されるか、または、装置内の特定のコンポーネントの上または周りに局所的に配置される。しかし、該装置内の空気が流れる流路のサイズ、形状または構成、該空気の流路内の送風機の位置、および／またはそれらの熱的要件に従ったコンポーネントの配置について、デザイン（または設計ルール）に対しての配慮がなされていないため、冷却または希釈効率を最大化することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、新たな送風システム、または、該装置のさまざまな種類のコンポーネントを考慮した熱的要件または希釈要件を満たすように気流を装置に供給する方法に対する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概要
該本開示の上述ならびに他の特徴および利点は、以下の図面、説明、詳細な例示的実施形態および特許請求の範囲から、より完全に理解されるであろう。
【０００７】
該本開示の一つの態様によれば、装置を収容するハウジングボックスが備えられる。該ハウジングボックスは、第一の熱ゾーンと、第二の熱ゾーンと、送風機とを含む。該第一の熱ゾーンは、該ハウジングボックスの第一の外壁に設けられた吸気口に接続されている。該第二の熱ゾーンは、該ハウジングボックスの第二の外壁に設けられた排気口に接続されている。該送風機は、該第一の熱ゾーンと該第二の熱ゾーンとの間に設けられ、および該第一の熱ゾーンから空気を引き込んで、該空気を該第二の熱ゾーンに供給するように構成されている。
【０００８】
一つの実施形態において、該第二の熱ゾーンは、該送風機を通ることを除いて、該第一の熱ゾーンと隔離されたガスフローである。
【０００９】
一つの実施形態において、該第二の熱ゾーンの温度レベルは、該送風機が作動しているときの該第一の熱ゾーンの温度レベルよりも高い。
【００１０】
一つの実施形態において、該第二の熱ゾーンの圧力レベルは、該送風機が作動しているときの該第一の熱ゾーンの圧力レベルよりも高い。
【００１１】
一つの実施形態において、該吸気口は、該装置の外部から該第一の熱ゾーンに該空気を引き込むように構成されている。該排気口は、該第二の熱ゾーンから該空気を排出するように構成されている。
【００１２】
一つの実施形態において、該ハウジングボックスは、該第一の熱ゾーン内に設けられた一つ以上のパワーエレクトロニクスコンポーネントと、該第二の熱ゾーン内に設けられた、一つ以上の発電用の燃料処理コンポーネントとをさらに含む。
【００１３】
一つの実施形態において、該装置は、該一つ以上の燃料処理コンポーネントを備えた燃料電池システムを含む。該一つ以上の燃料処理コンポーネントは、改質油を燃料電池スタックに供給するように構成された一つ以上のバランスオブプラント（ＢＯＰ）コンポーネントと、該一つ以上のＢＯＰコンポーネントから供給された該改質油に基づいて発電するように構成された該燃料電池スタックとを含む。
【００１４】
一つの実施形態において、該一つ以上のＢＯＰコンポーネントは、燃料改質器、化学反応器、ガスケット、ポンプ、センサ、加湿器、熱交換器およびバーナーのうちの少なくとも一つを含む。
【００１５】
一つの実施形態において、該ハウジングボックスは、フロースイッチユニットによって測定された空気風量が予め設定された要件を満たさない場合に、該装置の作動を遮断するためにスイッチを切るように、および該空気風量が該予め設定された要件を満たす場合に、該装置の該作動を維持するためにスイッチが入るように構成された該フロースイッチユニットをさらに含む。
【００１６】
一つの実施形態において、該フロースイッチユニットは、フラッパーまたは差圧スイッチの少なくとも一方を含む。
【００１７】
一つの実施形態において、該ハウジングボックスは、該第一の熱ゾーンと該第二の熱ゾーンとの間に、断熱材料で形成された隔離壁をさらに含む。
【００１８】
一つの実施形態において、該第二の熱ゾーンは、第一のサブゾーンと、制御されるのに必要なその温度レベルが第一のサブゾーンとは異なっている第二のサブゾーンとを含む。該第一のサブゾーンと該第二のサブゾーンは、断熱材料で形成された別の隔離壁を介して分けられている。
【００１９】
一つの実施形態において、該装置は、該一つ以上の燃料処理コンポーネントを有する燃料電池システムを備えている。該一つ以上の燃料処理コンポーネントは、改質油を燃料電池スタックに供給するように構成された一つ以上のＢＯＰコンポーネントと、該一つ以上のＢＯＰコンポーネントから供給された該改質油に基づいて発電するように構成された該燃料電池スタックとを含む。該燃料電池スタックは、該第一のサブゾーン内に設けられ、該ＢＯＰコンポーネントは、該第二のサブゾーン内に設けられている。
【００２０】
一つの実施形態において、該第一の熱ゾーンは、該吸気口から該送風機までＬ字状に及んでおり、また、該第二の熱ゾーンは、該送風機から該排気口まで直線状に及んでいる。
【００２１】
一つの実施形態において、該吸気口は、周囲の空気が、それを介して該第一の熱ゾーンに取り込まれる、屋外空間まで及んでいる吸気ダクトに結合されている。
【００２２】
一つの実施形態において、該排気口は、該第二の熱ゾーンの該空気が、それを介して排気される、屋外空間まで及んでいる排気ダクトに結合されている。
【００２３】
該本開示の別の態様によれば、気流を装置に供給する方法が提供される。該方法は、該装置のハウジングボックス内に、第一の熱ゾーンと第二の熱ゾーンを設けることと、該第一の熱ゾーンと該第二の熱ゾーンとの間に送風機を設けることと、該第一の熱ゾーン内に、一つ以上のパワーエレクトロニクスコンポーネントを設けることと、該第二の熱ゾーン内に、一つ以上の燃料処理コンポーネントを設けることとを含む。
【００２４】
一つの実施形態において、該第一の熱ゾーンは、該ハウジングボックスの第一の外壁に設けられた吸気口に接続され、および該第二の熱ゾーンは、該ハウジングボックスの第二の外壁に設けられた排気口に接続されている。
【００２５】
一つの実施形態において、該第二の熱ゾーンの温度レベルは、該送風機が作動しているときの該第一の熱ゾーンの温度レベルよりも高い。
【００２６】
一つの実施形態において、該第二の熱ゾーンの圧力レベルは、該送風機が作動しているときの該第一の熱ゾーンの圧力レベルよりも高い。
【００２７】
一つの実施形態において、該方法は、該装置内にフロースイッチユニットを設けることと、該フロースイッチユニットによって測定された空気風量が予め設定された要件を満たさない場合に、該装置の作動を遮断することと、該空気風量が該予め設定された要件を満たす場合には、該装置の該作動を維持することとをさらに含む。
【００２８】
一つの実施形態において、該フロースイッチユニットは、フラッパーまたは差圧スイッチの少なくとも一方を含む。
【００２９】
一つの実施形態において、該方法は、断熱材料で形成された隔離壁を、該第一の熱ゾーンと該第二の熱ゾーンとの間に設けることをさらに含む。
【００３０】
一つの実施形態において、該方法は、断熱材料で形成された別の隔離壁を用いて、該第二の熱ゾーンを、少なくとも第一のサブゾーンと第二のサブゾーンとに分けることをさらに含む。制御されるのに必要な該第二のサブゾーンの温度レベルは、該第一のサブゾーンとは異なっている。
【００３１】
一つの実施形態において、該方法は、該第一のサブゾーン内に、該一つ以上の燃料処理コンポーネントの燃料電池スタックを設けることと、該第二のサブゾーン内に、該一つ以上の燃料処理コンポーネントの一つ以上のＢＯＰコンポーネントを設けることとをさらに含む。
【００３２】
一つの実施形態において、該第一の熱ゾーンを設けることは、該第一の熱ゾーンを、該吸気口から該送風機までＬ字状に及ぼすことを含む。該第二の熱ゾーンを設けることは、該第二の熱ゾーンを、該送風機から該排気口まで直線状に及ぼすことを含む。
【００３３】
以下で説明する図面は、例示にすぎないことを理解すべきである。該図面は、必ずしも縮尺通りではなく、該本開示の原理を説明するために概して強調が施されている。該図面は、決して該本開示の範囲を限定しようとするものではない。類似の数字は、概ね同様の部材を指すものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本開示の例示的な実施形態による実施例の燃料電池システムの斜視図である。
【図２Ａ】図１の該燃料電池システムの平面図である。
【図２Ｂ】送風機およびそれを通る空気が流れる流路に関連するコールドゾーンおよびホットゾーンを示す図２Ａの該平面図の単純化したレイアウトを示した図である。
【図２Ｃ】該本開示の例示的な実施形態による燃料電池システムの平面図の単純化したレイアウトを示した図である。
【図２Ｄ】図２Ｃの該レイアウトの背面図である。
【図２Ｅ】該本開示の例示的な実施形態による燃料電池システムの平面図の単純化したレイアウトを示した図である。
【図２Ｆ】図２Ｅの該レイアウトの背面図である。
【図２Ｇ】該本開示の例示的な実施形態による燃料電池システムの平面図の単純化したレイアウトを示した図である。
【図２Ｈ】図２Ｇの該レイアウトの背面図である。
【図３Ａ】該本開示の例示的な実施形態による、フラッパーを用いて実施した実施例のフロースイッチユニットのブロック図である。
【図３Ｂ】該本開示の例示的な実施形態による、差圧スイッチを用いて実施した実施例のフロースイッチユニットのブロック図である。
【図４】該コールドゾーンをより詳細に示す、該燃料電池システムの前方壁から見た場合の図１の該燃料電池システムの斜視図である。
【図５Ａ】二つのサブ熱ゾーンを含めて該ホットゾーンをより詳細に示す、該燃料電池システムの後方壁から見た場合の図１の該燃料電池システムの斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａの平面Ｂ−Ｂ’に沿った該燃料電池システムの垂直断面図である。
【図６Ａ】該本開示の例示的な実施形態による、送風機に関連する該コールド熱ゾーンおよびホット熱ゾーンの寸法を示す図１の該燃料電池システムの実施例の平面レイアウトを示した図である。
【図６Ｂ】該本開示の例示的な実施形態による、送風機に関連する該ホット熱ゾーンの該サブ熱ゾーンの寸法を示す図１の該燃料電池システムの実施例の平面レイアウトを示した図である。
【図７】該本開示の例示的な実施形態による燃料電池システム内に強制気流を供給する方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本開示による装置（例えば、燃料消費型装置）が、該装置内のさまざまな種類の要素またはコンポーネントに必要な異なる熱制御レベルに最適に適合するために、別々の熱ゾーンを備えた強制気流システムを有することを利用していることが現時点で既に分かっている。該本開示の実施形態によれば、該熱ゾーンは、送風機によって分けることができる。
【００３６】
本願明細書で用いられている「燃料消費型装置」という用語は、参照により、その開示全体が本願明細書に組み込まれる、２０１８年８月３０日に出願された本出願人の米国仮特許出願第６２／７２４，９９３号明細書に記載されているような、任意の種類の燃料に基づいて作動する任意の装置を指す。
【００３７】
単に実施例として、該燃料消費型装置は、限定するものではないが、燃焼機関、または、車両、発電機等を含む任意の種類の装置、および燃料電池システムの燃料電池改質器を含んでもよい。
【００３８】
「燃料」という表現は、任意の種類の液体燃料および気体燃料を含むと理解されるべきである。
【００３９】
説明のため、該本開示は、該強制気流システムを要する該装置の実施例にすぎない燃料消費型装置（より具体的には、燃料電池システム）に関して説明するが、該本開示の該範囲または例示的な実施形態は、該装置に限定されない。例えば、該本開示の該範囲は、異なる熱冷却要件を有する発熱コンポーネントを含む該装置を収容する何らかの装置またはハウジングボックスに拡大することができるため、比較的高い冷却要件を有するコンポーネント（例えば、ＣＰＵ）は、該送風機（例えば、図２Ａの符号１２０）の後ろに配設された熱ゾーン（例えば、図２Ａの符号２１０Ａ）内に配置することができ、一方、比較的低い冷却要件を有する他のコンポーネント（例えば、Ｉ／Ｏ、ネットワークインタフェース）は、該送風機の前に配設された別の熱ゾーン（例えば、図２Ａの符号１１０ａ）内に配置することができる。
【００４０】
例えば、該燃料電池システムは、一つ以上の燃料電池スタック等の発電用の一つ以上の発電用のサブシステムと、バランスオブプラント（ＢＯＰ）コンポーネントと、電力調整、通信等用の他の電子（または、電気）コンポーネントとを含むことができる。
【００４１】
該燃料電池スタックは、複数の燃料電池を含む。各燃料電池は、その中で起きる電気化学反応による直流（ＤＣ）の形で発電することができる。個々の燃料電池は、典型的には、直列で結合されて燃料電池スタックになっている。本願明細書で用いられる該「バランスオブプラント（ＢＯＰ）」という用語は、該燃料電池スタックが電力を生成するための該燃料電池システムのすべてのサポートコンポーネントおよび補助システムを指すものとする。例えば、該ＢＯＰコンポーネントは、限定するものではないが、燃料改質器、化学反応器、ガスケット、ポンプ、センサ、加湿器、熱交換器、バーナー、送風機、ファン、スイッチ、リレー、サーミスタ、熱電対、反応物導管、制御装置等を含んでもよい。
【００４２】
例えば、参照により、その開示全体が本願明細書に組み込まれる米国特許第９，６２７，７００号明細書および同第９，６２７，７０１号明細書に記載されているように、該燃料改質器は、改質油（例えば、水素濃度が高い改質油）を該燃料電池スタックに供給するように構成することができ、該燃料電池スタックは、発電を最大化するために比較的高い熱環境で作動することを要する。さらに、十分な量の気流が該燃料電池スタックおよび／または該ＢＯＰコンポーネントに供給されることが必要なため、該気流を、例えば、燃料と空気の混合物および水素濃度の高い改質油を生成するために燃料と混合するのに、または、該システムの安全要件を満たすように該燃料を希釈する目的で用いることができる。さらに、該燃料電池システムの他の電子コンポーネントは、冷却されるのに必要な発熱源として機能することができる。
【００４３】
すなわち、燃料電池システムを構成する個々のコンポーネントの種類または機能により必要な異なる熱環境が存在していてもよい。これらの要件を考慮して、改良された新たな強制気流システムが燃料電池システムに対して提供される。
【００４４】
文法的な同義語を含む、「含む（include）」、「含む（includes）」、「含んでいる（including）」、「有する（have）」、「有する（has）」、「有している（having）」、「含む（contain）」、「含む（contains）」または「含んでいる（containing）」という用語の使用は、一般的に、制限がなくかつ非限定的であると、例えば、具体的に明記されていない限り、挙げられていない追加的な要素またはステップを除外しないものと理解すべきであり、または、文脈から理解すべきである。
【００４５】
本願明細書における単数形、例えば、「一つの（a）」、「一つの（an）」および「該（the）」の該使用は、具体的に明記されていない限り、複数を含むものとする（逆もまた同様）。
【００４６】
いくつかの動作を実行するためのステップの順番または順序は、該本開示が実施可能のままである限り重要ではないことを理解すべきである。例えば、本願明細書に記載されている該方法は、別段の指示がない限り、または、文脈と明らかに矛盾しない限り、任意の適当な順番で実行することができる。また、二つ以上のステップを同時に実施することができる。
【００４７】
本願明細書に記載されている任意のおよびすべての実施例、または例示的な言葉、例えば、「等（such as）」の使用は、単に該本開示をより良好に明らかにすることが意図されており、および主張されていない限り、本発明の該範囲に対する限定をもたらすものではない。本明細書における言葉は、該本開示の実施に必須であるとして任意の非請求の要素を指すと解釈されるべきではない。
【００４８】
「少なくとも一つの」、「一つ以上の」および「および／または」という言い回しは、実施時において、接続的であり、かつ選言的である制限のない表現である。例えば、「Ａ、ＢおよびＣのうちの少なくとも一つ」、「Ａ、ＢまたはＣのうちの少なくとも一つ」、「Ａ、ＢおよびＣのうちの一つ以上」、「Ａ、ＢまたはＣのうちの一つ以上」および「Ａ、Ｂおよび／またはＣ」という表現の各々は、Ａだけ、Ｂだけ、Ｃだけ、ＡとＢ共に、ＡとＣ共に、ＢとＣ共に、または、ＡとＢとＣ共に、を意味する。
【００４９】
本願明細書で用いられている「スイッチを入れる」という用語は、電力が電気的接続を介して流れることができるように、両終点間の電気的接続を作用させるために、スイッチシステム、スイッチユニット、スイッチ等が閉じられるという動作を指すものとする。また、本願明細書で用いられている「スイッチを切る」という用語は、電力を該電気的接続を介して流すことができないように、両終点間の電気的接続を作用させないために、該スイッチシステム、該スイッチユニット、該スイッチ等が開かれるという動作を指すものとする。したがって、該本開示全体を通して、「スイッチを入れる」と「閉じられる」という用語は、言い換え可能に用いられ、および「スイッチを切る」と「開く」という用語は、言い換え可能に用いられる。
【００５０】
該説明の全体を通して、「ホットゾーン」および「コールドゾーン」という用語が用いられている。これらの用語は、本質的に相対的であり、および異なる温度要件が必要なゾーンを指すことができる。したがって、「ホットゾーン」は、発熱コンポーネントが収容され、および他のシステムコンポーネントよりもより広範な冷却を要するゾーンを指すことができる。それに対して、「コールドゾーン」は、コンポーネントが発熱してもしなくてもよく、および冷却を要しても要しなくてもよいが、「ホットゾーン」内の該コンポーネントよりも冷却を必要としないゾーンを指すことができる。
【００５１】
図１は、該本開示の例示的な実施形態による燃料電池システムのハウジングボックス１０の外壁を示す実施例の燃料電池システム１の斜視図である。図２Ａは、図１の該燃料電池システムの平面図である。図２Ｂは、該本開示の例示的な実施形態による、送風機１２０およびそれを通る空気が流れる流路１５０に関連するコールドゾーンおよびホットゾーンを示す図２Ａの該平面図の単純化したレイアウトである。図２Ｃは、該本開示の例示的な実施形態による燃料電池システムの平面図の単純化したレイアウトである。図２Ｄは、図２Ｃの該レイアウトの背面図である。図２Ｅは、該本開示の例示的な実施形態による燃料電池システムの平面図の単純化したレイアウトである。図２Ｆは、図２Ｅの該レイアウトの背面図である。
【００５２】
次に、図１を参照すると、該燃料電池システム１は、該ハウジングボックス１０の六つの外壁によって包囲されている。該ハウジングボックス１０は、すべての該外壁が、吸気口１００および排気口２００を除いて、圧力、温度等的に該外部からシールされるように構成することができる。該吸気口１００は、一つの外壁（例えば、前方壁）に配置することができ、および新鮮なおよび／または冷たい空気（例えば、周囲の空気）をそれを介して該燃料電池システム１の該ハウジングボックス１０に取り込むことができる一つ以上の開口部を有するように構成することができる。同様に、該排気口２００は、該ホットゾーン２１０内で生成された熱い空気またはガスをそれを介して該燃料電池システム１の該外部へ排気することができる一つ以上の開口部を有するように設けることができる。
【００５３】
次に、図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、該燃料電池システム１は、送風機１２０および二つの熱ゾーンと、該送風機１２０を介して隔てられているコールドゾーン１１０およびホットゾーン２１０を含むように構成することができる。例えば、該送風機１２０は該コールドゾーン１１０と該ホットゾーン２１０との間に設けて、該ゾーン１１０とゾーン２１０を隔てることができる。一つの実施形態において、該送風機１２０は、電気ファン（例えば、ＥＢＭ ＰＡＢＳＴ ＲＥＲ １６０）を用いて実施することができる。特に図２Ｂを参照すると、該送風機１２０が駆動される場合、空気が流れる流路１５０は、該コールドゾーン１１０、該送風機１２０および該ホットゾーン２１０を順に介して該吸気口１００から該排気口２００までの経路に沿って形成することができる。該吸気口１００と該排気口２００は、該空気が流れる流路１５０の両端部に配置してもよい。
【００５４】
次に図２Ａを参照すると、該コールドゾーン１１０は、冷却される必要がある電子コンポーネントが配置されている、該空気が流れる流路１５０の上流部に対応させることができる。該電子コンポーネントは、限定するものではないが、電力変換または調整コンポーネント１１１、通信用電子回路１１２等を含むことができる。該コールドゾーン１１０内においては、新鮮なまたは冷たい空気（流れ）を該吸気口１００に引き込んで、該電子コンポーネント１１１および１１２越しに有効な強制対流を生成して、それらの温度を下げることができる。図２Ｂに示すように、一つの実施形態において、該コールドゾーン１１０は、該吸気口１００から該送風機１２０までのＬ字状経路を形成するように、方向Ｄ１およびＤ２に及んでいてもよい。
【００５５】
該ホットゾーン２１０は、燃料電池スタック２１１およびＢＯＰコンポーネント２１２が配置されている、該空気が流れる流路１５０の下流部に対応させることができるため、該ホットゾーン２１０の温度は、該コールドゾーン１１０と比較して比較的高く、その結果、熱い空気またはガスは、該燃料電池システム１の該排気口２００を通って排気されることとなる。一つの実施形態において、該ホットゾーン２１０は、該送風機１２０から該排気口２００までＤ１およびＤ２と反対方向に直線状に及んでいてもよい。該本開示の該図面において、該方向Ｄ１、Ｄ２およびＤ３は、互いに直角になっている。
【００５６】
したがって、該空気が流れる流路１５０の経路全体は、図２Ｂに示すように、Ｕ字状にすることができ、そのことは、該燃料電池システム（例えば、符号１）のすべての所要のコンポーネントの、該ハウジングボックス（例えば、符号１０）の限られた空間内での展開を可能にし、より大きな設計柔軟性を実現できる。しかし、該本開示の例示的な実施形態は、それらに限定されず、および該空気が流れる流路は、ボックス全体の寸法または形状等の設計要件を満たすように、適応的に設計することができ、また、対応する吸気口および排気口の位置および構造は、それに応じて変えてもよい。
【００５７】
次に、図２Ｃおよび図２Ｄを参照すると、一つの実施形態において、吸気口１００ａおよび排気口２００ａは、燃料電池システムの同じ後部に配置することができる。図２Ｄにより具体的に示すように、該吸気口１００ａは、空気が、該吸気口１００ａを通って該燃料電池システムに引き込まれて、該送風機１２０を介して該排気口２００ａを通って流出して、空気が流れる流路１５０ａを形成するように、該排気口２００ａの横に配置することができる。例えば、該送風機１２０が駆動される場合、該空気が流れる流路１５０ａは、該吸気口１００ａから、該コールドゾーン１１０ａ、該送風機１２０および該ホットゾーン２１０を順に介した該排気口２００ａまでの経路に沿って形成することができる。該空気が流れる流路１５０ａの経路全体は、図２Ｃに示すように、Ｕ字状にしてもよい。
【００５８】
次に、図２Ｅおよび図２Ｆを参照すると、一つの実施形態においては、二つの吸気口１００ｂ１および１００ｂ２と排気口２００ｂを、燃料電池システムの該同じ後部に配置することができる。図２Ｅにより具体的に示すように、空気が、二つの吸気口１００ｂ１および１００ｂ２を通って該燃料電池システムに引き込まれて、該送風機１２０を介してそれぞれ該排気口２００ｂを通って流出して、それぞれ二つの空気が流れる流路１５０ｂ１および１５０ｂ２を形成するように、該二つの吸気口１００ｂ１および１００ｂ２を、該排気口２００ｂの両側に配置することができる。例えば、該送風機１２０が駆動される場合、該空気が流れる流路１５０ｂ１は、該吸気口１００ｂ１から、順に該コールドゾーン１１０ｂ１、該送風機１２０および該ホットゾーン２１０を介した該排気口２００ｂまでの経路に沿って形成することができ、さらに、該空気が流れる流路１５０ｂ２は、該吸気口１００ｂ２から、順に該コールドゾーン１１０ｂ２、該送風機１２０および該ホットゾーン２１０を介した該排気口２００ｂまでの経路に沿って形成することができる。各空気が流れる流路１５０ｂ１または１５０ｂ２の該経路全体は、図２Ｅに示すように、Ｕ字状にすることができる。
【００５９】
次に、図２Ｇおよび図２Ｈを参照すると、一つの実施形態において、二つの吸気口１００ｂ１および１００ｂ２と該排気口２００ｂは、燃料電池システムの該同じ後部に配置することができる。図２Ｅにより具体的に示すように、該二つの吸気口１００ｂ１および１００ｂ２は、空気が、二つの吸気口１００ｂ１および１００ｂ２を通って該燃料電池システムに引き込まれて、該送風機１２０を介してそれぞれ該排気口２００ｂを通って流出して、二つの空気が流れる流路１５０ｂ１および１５０ｂ２をそれぞれ形成するように、該排気口２００ｂの両側に配置することができる。例えば、該送風機１２０が駆動される場合、該空気が流れる流路１５０ｂ１は、該吸気口１００ｂ１から、順に該コールドゾーン１１０ｂ１、該送風機１２０および該ホットゾーン２１０を介した該排気口２００ｂまでの経路に沿って形成することができ、さらに、該空気が流れる流路１５０ｂ２は、該吸気口１００ｂ２から、順に該コールドゾーン１１０ｂ２、該送風機１２０および該ホットゾーン２１０を介した該排気口２００ｂまでの経路に沿って形成することができる。各空気が流れる流路１５０ｂ１または１５０ｂ２の該経路全体は、図２Ｇに示すように、Ｕ字状にすることができる。また、この構成は、吸気口１００ｂ１および１００ｂ２を通るより冷たい吸気が排気口２００ｂを取り囲んでいるため、排気口２００ｂを通って排出された排気の冷却ももたらすであろう。
【００６０】
図２Ｄおよび図２Ｆには、各吸気口１００ａ、１００ｂ１または１００ｂ２の全体の形状が、垂直方向Ｄ３に中心を置いた四辺形であることが図示されているが、該本開示の例示的な実施形態はこれに限定されない。例えば、各吸気口の全体の形状は、円形または任意の多角形にすることができ、および／または該吸気口１００ａ、１００ｂ１、１００ｂ２は、より有効な吸入動作を確実にするために、該コールドゾーン１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２の領域全体をカバーするように拡大することができる（例えば、図２Ｈを参照）。
【００６１】
次に、図２Ａから図２Ｈを参照すると、一つの実施形態において、該吸気口１００、１００ａ、１００ｂ１、１００ｂ２および該排気口２００、２００ａまたは２００ｂは、図１に示すように、ダクト等のさらなる通気コンポーネントに結合されることなく完結されるように構成することができる。しかし、該燃料電池システムが、通気が制限されている屋内空間またはエンクロージャ内に設置されているいくつかの環境においては、該吸気口１００、１００ａ、１００ｂ１、１００ｂ２および／または該排気口２００、２００ａまたは２００ｂは、該空気が流れる流路を介した換気を強めるために、対応するダクト（図示せず）にさらに結合することができる。例えば、該吸気口１００、１００ａ、１００ｂ１または１００ｂ２は、該新鮮なまたは冷たい空気を該屋外空間から取り込むことができるように、該屋外空間または他の何らかの空間まで延びている吸気ダクト（図示せず）にさらに結合することができる。図１には、該吸気口（例えば、符号１００）が、該吸気ダクトへの何らかの結合支持コンポーネントを要することなく、該燃料電池システム１の該前方壁に配置された複数の小さな開口部を有していることが図示されているが、該本開示による該吸気口のサイズ、形状、位置および／または構成は、それらに限定されない。さらに、該排気口２００、２００ａまたは２００ｂは、それを通る該熱い空気またはガスのより有効な排気のために、該屋外空間まで延びている排気ダクト（図示せず）にさらに結合することができる。吸気口１００、１００ａ、１００ｂ１、１００ｂ２、該吸気ダクト、該排気口２００、２００ａまたは２００ｂおよび該排気ダクトを含むすべての該通気関連コンポーネントは、該排気物／流出物が、該屋内／エンクロージャ空間または該燃料電池システムの該ハウジングボックス内へ戻ることを防ぐように完全に密封してもよい。
【００６２】
上述したように、該コールドゾーン１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２は、該吸気口１００、１００ａ、１００ｂ１または１００ｂ２を通って引き込まれた冷たいまたは新鮮な空気によって冷まされるために、該電子（または、電気）コンポーネントが配置されている箇所とすることができる。電子（または、電気）コンポーネントは、例えば、該燃料電池スタック２１１から生成された電気の電力調整および電力変換に対処するパワーエレクトロニクス１１１と、他の通信電子コンポーネント２１２とを含んでもよい。例えば、該パワーエレクトロニクス１１１は、パワーインバータ、電力変換器、バッテリ等を含んでもよい。
【００６３】
さらに、該ホットゾーン２１０は、該燃料電池スタック２１１および該ＢＯＰコンポーネント２１２が配置されている箇所とすることができる。該送風機１２０を、該コールドゾーン１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２と該ホットゾーン２１０との間に配設して、該コールドゾーン１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２と該ホットゾーン２１０を隔てることができる。該送風機１２０は、該コールドゾーン１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２を通る空気の流れを引き込んで、該空気を該ホットゾーン２１０に向かって吹くように構成されている。
【００６４】
図２Ａから図２Ｆに関連する実施形態例において、該コールドゾーン１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２および該ホットゾーン２１０は、該ホットゾーン２１０が、該送風機１２０を通ることを除いて、該コールドゾーン１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２から隔離されたガス（または、空気）フローであるように、該送風機１２０および隔離壁３１０、３１０ａ、３１０ｂ１または３１０ｂ２を介して隔てられ、例えば、該コールドゾーン１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２と該ホットゾーン２１０との間には、該送風機１２０を通ることを除いて、ガスまたは空気のやりとりはない。
【００６５】
さらに、該燃料電池システムの該ハウジングボックス（例えば、符号１０）は、該吸気口１００、１００ａ、１００ｂ１または１００ｂ２および該排気口２００、２００ａまたは２００ｂを通ることを除いて、ガス（または、空気）の該外部からの遮断のために設計することができる。該隔離壁３１０、３１０ａ、３１０ｂ１または３１０ｂ２は、該排気口２００、２００ａまたは２００ｂが該送風機１２０まで形成されている該左側の側壁から該方向Ｄ１に延びていてもよい。該隔離壁３１０、３１０ａ、３１０ｂ１または３１０ｂ２は、該ホットゾーン２１０と、該コールドゾーン１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１ｂ２との間の熱伝達を防ぐために、断熱材料で形成することができる。したがって、さらに図２Ａから図２Ｆを参照すると、該送風機１２０および該隔離壁３１０、３１０ａ、３１０ｂ１または３１０ｂ２を介した該隔離は、該二つのゾーン１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２と、ゾーン２１０との間に圧力差を生じさせて、それらの間の熱分離を強め、それによって、各熱ゾーンに対する独立した熱制御を可能にすることができる。
【００６６】
好ましくは、該コールドゾーン１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２および該ホットゾーン２１０は、該送風機１２０が作動しているときに、該ホットゾーン２１０の圧力が、該コールドゾーン１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２の圧力よりも高くすることができるように、互いに密封されている。例えば、該送風機１２０が作動している場合、該ホットゾーン２１０の該圧力は上昇する可能性があり（例えば、正の差圧＋ΔＰ）、また、該コールドゾーン１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２の該圧力は低下する可能性がある（例えば、負の差圧−ΔＰ）。単に例示として、該コールドゾーン１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２と該ホットゾーン２１０との間の所望の圧力差は、０．２２〜０．３ＷＣとすることができる。より具体的には、該ホットゾーン２１０のこのような比較的高い圧力は、該ホットゾーン２１０内で生成された熱い空気またはガスの、該排気口２００、２００ａまたは２００ｂを介した該外部への排気を容易にすることができる。
【００６７】
米国特許第９，６２７，７００号明細書および同第９，６２７，７０１号明細書に記載されている送風機と同様に、該本開示による該送風機１２０は、空気または酸素含有ガスを、燃料改質器（図示せず）の導管に、または、該燃料改質器の種々のヒータ、気化器、点火器、反応ユニット等を用いて、燃料と混合されて、燃料・空気混合物および水素濃度の高い改質油を生成するための空気の供給を必要とする他の何らかの同様の機能コンポーネントまたは要素に取り込むことができる。該空気または酸素含有ガスは、該システムの安全要件を満たすように、該燃料を希釈するのに用いることができる。
【００６８】
該送風機１２０は、該水素濃度の高い改質油を該燃料電池スタック２１１へ移動させるのを補助することができる。該燃料電池スタック２１１は、複数の燃料電池を含んでいる。燃料電池スタックによる電力量またはエネルギー効率は、燃料電池のタイプ、電池のサイズ、該電池が作動する温度（例えば、作動温度）、および該電池に供給されるガスの圧力等のいくつかの要因に依存する可能性がある。例えば、燃料電池のエネルギー効率は、一般に、４０％〜６０％であることが分かっているが、廃熱がコジェネレーションスキームで捕捉される場合は、８００℃〜１２００℃の範囲の作動温度で、効率を８５％上げることができる。
【００６９】
次に、図２Ａから図２Ｈを参照すると、該コールドゾーン１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２と該ホットゾーン２１０との間での該送風機１２０の配置は、以下の通り、いくつかの技術的利点をもたらす。まず第一に、該送風機１２０は、高温の該空気またはガスが該ＢＯＰコンポーネント２１２および／または該燃料電池スタック２１１から生成される該ホットゾーン２１０の該上流に配設されているため、熱い空気またはガスが、該ホットゾーン２１０から該送風機１２０へ逆流することはなく、その結果、モータの寿命の低下、または、該モータの早期故障を生じる可能性のある、該ホットゾーン２１０からのそのような熱い空気またはガスによって、該送風機１２０が損傷を受けることが防止される。さらに、該コールドゾーン１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２と該ホットゾーン２１０との間に配設された該送風機１２０は、該ホットゾーン２１０の該熱い空気またはガスが、該コールドゾーン１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２へ逆流することを防ぐことができるため、該コールドゾーン１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２の該温度は、該ホットゾーン２１０の該高温に影響を及ぼされずに、該コールドゾーンの温度低下が容易になる。加えて、該送風機１２０は、該ハウジングボックス（例えば、符号１０）の内部に配設されているため、それに応じて、該送風機１２０から生じる雑音レベルを低減することができる。
【００７０】
一つの実施形態においては、一つ以上の安全センサおよび／またはスイッチを、該空気が流れる流路１５０、１５０ａ、１５０ｂ１または１５０ｂ２内に、好ましくは、該コールドゾーン１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２、該ホットゾーン２１０の該送風機１２０の近傍におよび／またはこれらの両方に設けてもよい。単に例示として、図２Ａに示すように、フロースイッチユニット１１３を、該コールドゾーン１１０内の該送風機１２０の該近傍に設けることができる。２０１８年８月３０日に出願された本出願人の米国仮特許出願第６２／７２４，９９３号明細書は、電源ノードと燃料安全遮断弁との間に接続された安全制御スイッチングアセンブリについて記載している。該本開示の一つの実施形態において、該安全制御スイッチングアセンブリは、各々が、対応する安全関連環境条件に基づいてスイッチがオンオフされる、直列に接続されたスイッチユニットを含む。例えば、該スイッチユニットのうちの少なくとも一つ（例えば、図２Ａの符号１１３）のスイッチが切られているときには、該安全制御スイッチングアセンブリは、燃料安全遮断弁への電源供給を中断して、安全動作のために燃料消費型装置への燃料供給を遮断することができる。図２Ａに例示的に図示されている該フロースイッチユニット１１３は、該安全制御スイッチングアセンブリに組み込まれている該スイッチユニットのうちの一つとして用いることができる。該フロースイッチユニット１１３は、十分な量の空気が該ホットゾーン２１０へ流れているか否かに基づいて、スイッチをオンオフすることができる。例えば、予め設定されたレベル未満の該空気の量が検出されたときに、該フロースイッチユニット１１３は、スイッチを切って、該燃料安全遮断弁（例えば、図５Ａおよび図５Ｂの符号２１７）または該燃料電池システム１の他の何らかの安全関連コンポーネントを遮断して、該安全動作を確保することができる。該空気の量が該予め設定されたレベル以上の場合には、該フロースイッチユニット１１３のスイッチを入れて該燃料電池システム１を作用させて、該燃料電池システム１への該燃料の供給を中断することなく維持することができる。
【００７１】
次に、実施例のフロースイッチユニット１１３ａのブロック図を示す図３Ａを参照すると、該フロースイッチユニット１１３ａは、該送風機１２０に流入する空気の量（または、空気の流速）を測定するフラップ型流量計４１２（「フラッパー」と呼ぶ）を用いて実施することができる。
【００７２】
単に例示として、該フラッパー４１２は、リレーコイル４１３と常時開スイッチ４１４との間に配置することができる。該リレーコイル４１３は、電源４１１に直接または間接的に接続された一つの端末ノードと、該フラッパー４１２を介してアースＧＮＤに接続された別の端末ノードとを有している。該常時開スイッチ４１４は、端末ノードＮ１およびＮ２間を接続して、該燃料安全遮断弁２１７に電力を供給するために、常時開いたままであり、該リレーコイル４１３に電流が流れたときに、スイッチが入るように切り替えられる（例えば、閉じられる）機械的スイッチである。
【００７３】
該フラッパー４１２が配設されている箇所の該空気風量が、予め設定された空気風量閾値以上である場合、該フラッパー４１２は、その両端末ノード間の電気的接続をオンにするように、一方の端末ノードを他方の端末ノードへスナップさせるように構成されている。さらに、該空気風量が、予め設定された空気風量閾値未満である場合は、該フラッパー４１２は、該端末ノード間の電気的接続を切るように構成されている。
【００７４】
例えば、該フラッパー４１２のスイッチが入っているときは、電流は、該リレーコイル４１３の両端末ノードを流れて、それらの周りに磁界を発生させ、および該常時開スイッチ４１４を強制的に閉じるため、該フロースイッチユニット１１３ａ全体のスイッチが入れられることになる。該フラッパー４１２が開いている場合は、電流は該リレーコイル４１３を流れず、その結果、該常時開スイッチ４１４は開いたままとなる。
【００７５】
別法として、図３Ａに示すような、該リレーコイル４１３および該常時開スイッチ４１４を備えた構成を有する代わりに、該フラッパー４１２自体を、該端末ノードＮ１およびＮ２間に配設して、該燃料安全遮断弁２１７の動作を制御してもよい。
【００７６】
次に、実施例のフロースイッチユニット１１３ｂのブロック図を示す図３Ｂを参照すると、該フロースイッチユニット１１３ｂは、差圧スイッチ４１５を用いて実施することができる。該差圧スイッチ４１５は、該フラッパー４１２と実質的に同じに、または、該フラッパーの近傍に必要に応じて配置することができる。該差圧スイッチ４１５は、該コールドゾーン（例えば、符号１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２）と該ホットゾーン（例えば、符号２１０）との間の圧力差を測定する一つ以上のセンサを用いて実施することができる。上述したように、該送風機１２０が作動している場合、該二つのゾーン（例えば、符号１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２、および符号２１０）間に差圧が生じる。該空気が良好に流れれば流れるほど、該コールドゾーンと該ホットゾーンとの間の該差圧がより大きくなり、逆もまた同様であり、その結果、該差圧スイッチ４１５によって測定された該差圧は、該空気が、該空気が流れる流路（例えば、符号１５０、１５０ａ、１５０ｂ１または１５０ｂ２）に沿って、どれほど良好に流れているかについての指標とすることができることは正しく認識されるであろう。したがって、該差圧スイッチ４１５は、該コールドゾーンと該ホットゾーンとの間の該差圧が、予め設定された差圧閾値未満であるときは、スイッチが切られるように、そうでない場合は、該スイッチ４１５が入るように構成することができる。一つの態様において、該差圧スイッチ４１５は、図３Ｂに示すように、該スイッチユニット１１３ｂに組み込むことができ、その構成および動作は、該フラッパー４１２に代わって、該差圧スイッチ４１５が用いられることを除いて、図３Ａのものと実質的に同様であり、またはそれに近い。したがって、便宜上、重複説明は省くものとする。
【００７７】
さらに、図３Ｂに示すように、該リレーコイル４１３および該常時開スイッチ４１４を備えた該構成を有する代わりに、該差圧スイッチ４１５自体を、該端末ノードＮ１およびＮ２間に配設して、該燃料安全遮断弁２１７の該動作を制御してもよい。
【００７８】
引き続き一つの実施形態において、空気風量（例えば、空気流量または空気の流速）を測定する一つ以上のセンサ（図示せず）を関心のある位置に追加的に配置することができ、または、該フラッパー４１２および／または該差圧スイッチ４１５よりは、該センサを配置することができる。この場合、米国特許第９，６２７，７００号明細書および同第９，６２７，７０１号明細書に記載されているように、該センサは、該空気風量に関する測定結果を、一つ以上のプロセッサを含む制御装置（図示せず）へ送ることができ、そして、該制御装置は、該センサから提供された該結果に基づいて、該燃料の供給を遮断するか否かを支持するために、該燃料安全遮断弁の動作を制御することができる。
【００７９】
一つの実施例のシナリオにおいて、制御装置に関連する該フラッパー４１２、該差圧スイッチ４１５またはセンサのうちのいずれか一つ、および／またはこれらの組合せは、該吸気ダクトおよび／または該空気が流れる流路（例えば、符号１５０）を通る該空気の流れを遮断する問題（例えば、該吸気ダクト内での目詰まり）があるか否かを識別するのに用いることができる。
【００８０】
図４は、該コールドゾーン（例えば、符号１１０）をより詳細に示す、図１の該燃料電池システム１を、その前方パネルから見た場合の該システムの斜視図である。図５Ａは、二つのサブホットゾーンを含む該ホットゾーン２１０をより詳細に示す、図１の該燃料電池システム１を、その後方壁から見た場合の該システムの斜視図である。図５Ｂは、図５Ａの平面Ｂ−Ｂ’に沿った該燃料電池システム１の垂直断面図である。
【００８１】
次に、図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、該ホットゾーン２１０は、該サブホットゾーンに関する異なる温度要件を考慮して、該サブホットゾーン２１０ａおよび２１０ｂに別々の空気送給を提供する少なくとも一つの分離内部壁５１０を介して、少なくとも二つのサブホットゾーン２１０ａおよび２１０ｂにさらに分けることができる。例えば、該送風機１２０によって生成された空気の流れは、該分離壁５１０を介して二つの空気の流れに分けることができるため、一方の空気の流れは、空気が燃料と混合されることを実行でき、または、燃料の希釈のために空気を供給することができ、また、別の空気の流れは、該燃料電池スタック２１１に隣接する該ＢＯＰコンポーネント２１２の周りのより冷たい環境を維持するのに利用することができる。
【００８２】
該燃料電池システム１の該動作中、該サブホットゾーン２１０ａの温度は、該サブゾーン２１０ｂよりも高くなるように維持することができる。例えば、該燃料電池スタック２１１は、より高いエネルギー効率のために、比較的高い作動温度（例えば、約８００℃〜１，２００℃）を要する可能性があり、一方、反応器ユニットまたは他の何らかの放熱部材等の他のＢＯＰコンポーネントは、該サブホットゾーン２１０ａの該温度よりも低い温度に維持されることを要する。そのため、一つの実施形態において、該燃料電池スタック２１１、およびサーミスタ、熱電対、スイッチ等のいくつかのＢＯＰコンポーネントは、該サブホットゾーン２１０ａ内に配置することができ、ＣＰＯＸまたは反応物送風機、ファン、燃料制御弁、燃料安全遮断弁、センサ等の他のＢＯＰコンポーネントは、該サブホットゾーン２１０ｂ内に配置することができる。いくつかの実施形態において、制御電子装置および高感度の電気部品は、該サブホットゾーン２１０ｂ内に配置することができる。一つの実施形態において、該分離壁５１０は、断熱材料で形成することができるため、該サブホットゾーン２１０ａおよび２１０ｂ間の熱交換は、抑えるかまたは少なくすることができる。
【００８３】
したがって、該燃料電池システム１を取り囲んでいる該ハウジングボックス１０は、少なくとも二つ（例えば、符号１１０および２１０）または三つの別々の熱ゾーン（例えば、符号１１０、２１０ａおよび２１０ｂ）を有することができ、各ゾーンの温度レベルは、独立して制御することができ、その結果、該燃料電池システム１のさまざまな種類のコンポーネントに関して与えられた異なる温度要件を満たすことが容易になる。
【００８４】
該ホットゾーン２１０の該二つのサブホットゾーン２１０ａおよび２１０ｂが該垂直方向Ｄ３に沿って分けられていることが図５Ａおよび図５Ｂに図示されているが、該本開示の例示的な実施形態は、それらに限定されない。例えば、該ホットゾーン２１０のサブホットゾーンは二つ以上にすることができ、および／または該サブゾーンは、他の別の方向（例えば、方向Ｄ２）に沿って分けることができる。
【００８５】
次に、図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、該本開示の例示的な実施形態による該燃料電池システム１の該送風機１２０に関連する上記の三つの熱ゾーン（例えば、１１０、２１０ａおよび２１０ｂ）の実施例の寸法が示されている。図６Ａは、該平面図のレイアウトの寸法を示す。図示されているように、該ボックス１０の該方向Ｄ２およびＤ１における長さは、〜３００ｍｍおよび〜４５０ｍｍであり、例えば、該方向Ｄ２における該長さと、該方向Ｄ１における該長さの比は、１：〜１．５である。
【００８６】
該方向Ｄ１およびＤ２によって形成される平面内で、該ホットゾーン２１０および該送風機１２０の各々は、四辺形形状になるように、またはそれに近くなるように形成され、該コールドゾーン１１０ａは、Ｌ字状になるように形成される。
【００８７】
該ボックス１０の該後方壁（図６Ａの上部を参照）は、〜５０ｍｍの長さを有する該コールドゾーン１１０と、〜５０ｍｍの長さを有する該送風機１２０と、該方向Ｄ１において〜３５０ｍｍの長さを有する該ホットゾーン２１０とに分けることができる。該ボックス１０の該前方壁（図６Ａの底部を参照）に関して、該コールドゾーン１１０は、Ｌ字形状を形成するように延在し、その内側面は、それぞれ該方向Ｄ１およびＤ２において、〜４００ｍｍおよび〜２２５ｍｍの長さを有している。左側の壁部は、〜７５ｍｍの長さを有する該コールドゾーン１１０と、〜２２５ｍｍの長さを有する該ホットゾーン２１０とに分けることができる。
【００８８】
図６Ｂは、図２Ａの線Ａ−Ａ’に沿った垂直断面図のレイアウトの寸法を示す。図示されているように、上方のサブホットゾーン２１０ａおよび下方のサブホットゾーン２１０ｂは、それぞれ該垂直方向Ｄ３において、〜２００ｍｍおよび〜７０ｍｍの長さを有するように形成されている。
【００８９】
図６Ａおよび図６Ｂに関連して記載されている該熱ゾーン１１０、２１０ａおよび２１０ｂおよび該送風機１２０の該寸法は実施例にすぎず、それらの絶対寸法、または、それらの間の容積、面積および／または長さの相対比は、各ゾーンに対して制御されるシステムの熱要件に従って、異ならせて設計することができることを正しく認識すべきである。
【００９０】
図６Ａおよび図６Ｂに示す該実施例の寸法に基づいて、該コールドゾーン１１０および該ホットゾーン２１０の容積は、それぞれ、例えば、〜１２，１５０ｃｍ３および〜２１，６２５ｃｍ３になると計算することができるため、該コールドゾーン１１０と該ホットゾーン２１０の容積比は、１：〜１．７８になる。さらに、該ホットゾーン２１０内において、該サブホットゾーン２１０ａおよび２１０ｂの該容積は、それぞれ、例えば、１６，０１８ｃｍ３および〜５，６０６ｃｍ３になり、それらの間の該サブホットゾーン２１０ｂと該サブホットゾーン２１０ａの容積比は、１：〜２．８５となる。
【００９１】
図７は、本開示の例示的な実施形態による、燃料電池システムに強制的な空気の流れを供給し、および該システムを駆動する方法を説明するフローチャートである。
【００９２】
次に、図１、図２Ａから図２Ｅ、図３Ａ、図３Ｂ、図４、図５および図７を参照すると、エアフローシステムを提供するステップとして、該方法は、燃料電池システム（例えば、図１の符号１）のハウジングボックスを、該コールドゾーン（例えば、符号１１０、１１０ａ、１１０ｂ１または１１０ｂ２）および該ホットゾーン（例えば、符号２１０）等の少なくとも二つの熱ゾーンに分けることを含むことができる（Ｓ７１０）。一つの実施形態において、該ホットゾーンは、少なくとも二つのサブホットゾーン（例えば、図５Ａの符号２１０ａおよび２１０ｂ）にさらに分けることができる。該方法は、送風機（例えば、図２Ａの符号１２０）を該コールドゾーンと該ホットゾーンとの間に配置して、該コールドゾーンおよび該ホットゾーンを横断して空気の流れを供給すること（Ｓ７２０）と、パワーエレクトロニクス（例えば、図２Ａの符号１１１）等の電子（または、電気）コンポーネントおよび／または他の何らかの制御または通信関連のコンポーネント（例えば、図２Ａの符号１１２）を該コールドゾーン内に配置すること（Ｓ７３０）と、一つ以上の燃料電池スタック（例えば、図２Ａの符号２１１）およびＢＯＰコンポーネント（図２Ａの符号２１３）を該ホットゾーン内に配置すること（Ｓ７４０）と、をさらに含む。一つの実施形態において、該燃料電池スタックは、サブホットゾーン（例えば、図５の符号２１０ａ）内に配置することができ、該ＢＯＰコンポーネントは、サブホットゾーン（例えば、図５の符号２１０ｂ）内に配置することができる。該方法は、一つ以上のフロースイッチ（例えば、図２Ａ、図３Ａおよび図３Ｂの符号１１３、１１３ａ、１１３ｂ、４１２および／または４１５）または一つ以上のエアフローセンサを、該送風機の前の位置または近傍に配置することをさらに含む（Ｓ７５０）。
【００９３】
さらに、該燃料電池システムを駆動するステップとして、該方法は、該送風機を駆動すること（Ｓ８１０）と、該フロースイッチまたは該センサによって、空気風量（または、空気流量または空気の流速）を測定すること（Ｓ８２０）と、測定した空気風量が、予め設定されたエアフローの要件を満たすと判断すること（Ｓ８３０）と、該測定した空気風量が該予め設定されたエアフロー要件を満たす場合に、該燃料電池システムの動作を維持すること（Ｓ８４０）、すなわち、はい（ＹＥＳ）の場合と、該測定した空気風量が該予め設定された要件を満たさない場合に、該燃料電池システムの該動作を遮断すること（Ｓ８５０）、すなわち、いいえ（ＮＯ）の場合と、をさらに含む。該予め設定されたエアフロー要件は、測定した空気風量が、予め設定された閾値以上であることを含んでもよい。該燃料電池システムの該動作の遮断は、燃料安全遮断弁を制御することにより、または、該燃料安全遮断弁への電力接続を断つことによって、該燃料の供給を遮断することを含んでもよい。
【００９４】
該本開示は、本開示の趣旨または本質的な特徴から逸脱することなく、他の具体的な形態における実施形態を包含する。そのため、上記の実施形態は、本願明細書に記載されている該本開示を限定するというよりも、例示されたすべての点において考慮されるべきである。したがって、本発明の範囲は、上記の説明によってではなく、添付クレームによって示されており、該クレームの等価性の意味および範囲内にあるすべての変更例は、本発明に含まれることが意図されている。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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