(57)【要約】【課題】  燃料電池システムのコストダウン及びシステム簡略化を図る。【解決手段】  水素と空気中の酸素とを電気化学反応させて電気エネルギを発生させる燃料電池１と、燃料電池１を冷却する冷却水と空気との熱交換を行う燃料電池冷却用熱交換器３ａと、燃料電池１および燃料電池冷却用熱交換器３ａに空気を供給する１つの空気供給装置２とを備え、１つの空気供給装置２のみによって燃料電池１および燃料電池冷却用熱交換器３ａに空気を供給する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と空気中の酸素とを電気化学反応させて電気エネルギを発生させる燃料電池（１）と、
前記燃料電池（１）を冷却する冷却水と空気との熱交換を行う燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）と、
前記燃料電池（１）および前記燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）に空気を供給する１つの空気供給装置（２）とを備え、
前記１つの空気供給装置（２）のみによって前記燃料電池（１）および前記燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）に空気が供給されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
空気流れ上流側から下流側に向かって、前記燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）、前記空気供給装置（２）、前記燃料電池（１）の順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】
前記燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）以外の、他の熱交換器（３ｂ）を備え、
前記他の熱交換器（３ｂ）に前記１つの空気供給装置（２）から空気が供給されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）および前記他の熱交換器（３ｂ）が、同一のダクト（４）内に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）と前記空気供給装置（２）との間に、空気を清浄化するエアフィルタを備えることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記空気供給装置（２）と前記燃料電池（１）との間に、空気を清浄化するエアフィルタを備えることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
車両に搭載される燃料電池システムであって、
前記燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）と前記空気供給装置（２）との間に、前記燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）を通過する空気の量を調整する開閉弁（５）を備えることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記冷却水の温度、前記燃料電池（１）に供給される空気の量、および車両の走行速度のうちの少なくとも１つに基づいて、前記開閉弁（５）の開度が制御されることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記開閉弁（５）は、ラム圧利用による前記燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）を通過する空気の量の増大の為に用いられることを特徴とする請求項７または８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、水素と酸素の電気化学反応により電気エネルギを発生する燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の従来の燃料電池システムは、燃料電池にカソードエアを供給する空気供給装置（コンプレッサ、ブロワ、スーパーチャージャー等）と、燃料電池冷却用熱交換器に送風する熱交換器用ファンとを備え、熱交換器用ファンによる冷却風の一部を、燃料電池のカソードエアとして用いるようにしている。
【特許文献１】特開２００２−１６５３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池システムは、空気供給装置および熱交換器用ファンをともに備えているため、燃料電池システムが複雑で、高コストである。
【０００４】
本発明は上記点に鑑みて、燃料電池システムのコストダウン及びシステム簡略化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、水素と空気中の酸素とを電気化学反応させて電気エネルギを発生させる燃料電池（１）と、燃料電池（１）を冷却する冷却水と空気との熱交換を行う燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）と、燃料電池（１）および燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）に空気を供給する１つの空気供給装置（２）とを備え、１つの空気供給装置（２）のみによって燃料電池（１）および燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）に空気が供給されることを特徴とする。
【０００６】
これによると、従来の燃料電池システムにおける空気供給装置および熱交換器用ファンの機能を、１つの空気供給装置のみによって達成するため、燃料電池システムの構成部品点数を削減することができ、ひいてはコストダウン及びシステム簡略化を図ることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、空気流れ上流側から下流側に向かって、燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）、空気供給装置（２）、燃料電池（１）の順に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
ところで、空気供給装置がコンプレッサタイプの場合は吐出空気が高温になるが、請求項２に記載の発明では、その高温空気は燃料電池冷却用熱交換器に流入しないので、燃料電池冷却用熱交換器の放熱性能に悪影響を与えない。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）以外の、他の熱交換器（３ｂ）を備え、他の熱交換器（３ｂ）に１つの空気供給装置（２）から空気が供給されることを特徴とする。
【００１０】
これによると、他の熱交換器用ファンも不要になるため、一層のコストダウン及びシステム簡略化を図ることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明のように、燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）および他の熱交換器（３ｂ）を、同一のダクト（４）内に配置することができる。
【００１２】
空気供給装置が例えばコンプレッサタイプの場合は、請求項５に記載の発明のように、燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）と空気供給装置（２）との間に、空気を清浄化するエアフィルタを備えるのが望ましく、空気供給装置が例えばブロワタイプの場合は、請求項６に記載の発明のように、空気供給装置（２）と燃料電池（１）との間に、空気を清浄化するエアフィルタを設けてもよい。
【００１３】
請求項７に記載の発明では、車両に搭載される燃料電池システムであって、燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）と空気供給装置（２）との間に、燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）を通過する空気の量を調整する開閉弁（５）を備えることを特徴とする。
【００１４】
これによると、燃料電池冷却用熱交換器を通過する空気の量を調整して、燃料電池を冷却する冷却水の温度を適切な温度に調整することができる。
【００１５】
請求項８に記載の発明のように、冷却水の温度、燃料電池（１）に供給される空気の量、および車両の走行速度のうちの少なくとも１つに基づいて、開閉弁（５）の開度を制御することができる。
【００１６】
請求項９に記載の発明のように、開閉弁（５）は、ラム圧利用による燃料電池冷却用熱交換器（３ａ）を通過する空気の量の増大の為に用いることができる。
【００１７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の一実施形態について説明する。図１は一実施形態に係る燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車の全体構成を模式的に示す図であり、この燃料電池自動車は、燃料電池を電源として走行する電気自動車である。
【００１９】
図１に示すように、燃料電池自動車は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池（ＦＣスタック）１を備えている。燃料電池１は、図示しないインバータ等の電気機器に電力を供給するように構成されている。インバータは、燃料電池１から供給された直流電流を交流電流に変換して走行用モータに供給してモータを駆動する。
【００２０】
燃料電池１には、空気供給装置２により燃料電池カソード側（空気側）に空気が送られるようになっている。空気供給装置２は、具体的には、ブロワ、コンプレッサあるいはスーパーチャージャーである。
【００２１】
燃料電池１は、発電の際の電気化学反応により熱が発生するため、燃料電池システムには燃料電池１で発生した熱を系外に放出するための冷却システムが設けられている。この冷却システムには、燃料電池１を冷却する冷却水（以下、燃料電池冷却水という）と空気との熱交換を行う燃料電池冷却用熱交換器３ａが含まれている。
【００２２】
この燃料電池冷却用熱交換器３ａは、車両前方部に配置され、走行時にラム圧が作用するようになっている。また、燃料電池冷却用熱交換器３ａは、空気供給装置２の吸気が全て燃料電池冷却用熱交換器３ａを通過するようにさせるためのダクト４に収納されている。
【００２３】
ダクト４には、燃料電池冷却用熱交換器３ａとともに他の熱交換器３ｂも収納されている。他の熱交換器３ｂとしては、走行用モータを含む電気機器を冷却する冷却水と空気との熱交換を行う電気機器用ラジエータ、空気供給装置２を冷却する冷却水と空気との熱交換を行う空気供給装置用ラジエータ、エアコン用のガスクーラあるいはコンデンサ等の熱交換器があり、これらのうちの少なくとも１つがダクト４に収納されている。
【００２４】
以下、燃料電池冷却用熱交換器３ａおよび他の熱交換器３ｂを総称する場合は、熱交換器３という。
【００２５】
ダクト４には開口部４１が形成されており、この開口部４１は開閉弁５にて開閉されるようになっている。この開閉弁５は、開口部４１を開閉することにより、熱交換器３を通過する空気の量を調整するものであり、燃料電池冷却水の温度、燃料電池１に供給される空気の量、車両の走行速度等に基づいて、作動が制御されるようになっている。
【００２６】
上記構成において、燃料電池１の運転中には、空気供給装置２が作動して、燃料電池カソード側に空気が送られる。この空気は、熱交換器３→空気供給装置２→燃料電池１の順に流れ、熱交換器３を通過する際に冷却水等と熱交換する。
【００２７】
低負荷（燃料電池１の発電量小）時のように、燃料電池１の発熱が少なくて、燃料電池冷却用熱交換器３ａからの放熱により燃料電池冷却水の温度が低くなりすぎた場合は、開閉弁５を作動させて開口部４１を開く。これにより、空気供給装置２が吸い込む空気の一部は開口部４１から導入され、したがって、熱交換器３を通過する空気の量が減少し、燃料電池冷却用熱交換器３ａの放熱量が減少して、燃料電池冷却水の温度が適温に調節される。
【００２８】
高負荷（燃料電池１の発電量大）時には、燃料電池１の発熱が多いため開閉弁５を作動させて開口部４１を閉じる。これにより、空気供給装置２が吸い込む空気の全てが熱交換器３を通過し、燃料電池冷却用熱交換器３ａの放熱量が増加して、燃料電池冷却水の温度が適温に調節される。
【００２９】
また、高負荷時であっても、走行速度が所定速度以上のときには、開閉弁５を作動させて開口部４１を開き、ラム圧を利用して熱交換器３を通過する空気の量を増加させる。
【００３０】
上記実施形態では、従来の燃料電池システムにおける空気供給装置および熱交換器用ファンの機能を、１つの空気供給装置２のみによって達成するため、燃料電池システムの構成部品点数を削減することができ、ひいてはコストダウン及びシステム簡略化を図ることができる。
【００３１】
空気供給装置２がコンプレッサタイプの場合は吐出空気が高温になるが、熱交換器３は燃料電池１よりも空気流れ上流側に配置しているため、空気供給装置２が吐出した高温の空気は熱交換器３に流入せず、したがって熱交換器３の放熱性能に悪影響を与えない。
【００３２】
（他の実施形態）
上記実施形態では、自動車用燃料電池システムを例にとったが、定置式燃料電池システムにおいても同様の効果を得ることができる。
【００３３】
また、熱交換器３と空気供給装置２との間に、空気を清浄化するエアフィルタを設置してもよいし、あるいは空気供給装置２と燃料電池１との間にエアフィルタを設置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車の模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…燃料電池、２…空気供給装置、３ａ…燃料電池冷却用熱交換器。
【図１】
2005251521.tif 000003