(57)【要約】【課題】スタックの温度のばらつきを低減することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】スタックの側壁面１９に沿って通風路カバー２２を設け、スタックと通風路カバーとの間に通風路２５を形成し、通風路に空気を導入する冷却ファンを設ける。通風路は、吸気開口および排気開口の開口面積よりも、送風方向における中央付近の断面積が小さくなるように構成される。吸気開口および排気開口よりも中央付近において送風の速度が速くなり、スタックの中央部分を重点的に冷却し、温度のばらつきを低減する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の積層方向に単セルを複数個積層して構成され、所定の積層方向に沿って延びる複数の側壁面を有するスタックと、
前記複数の側壁面の内の少なくとも１つの側壁面との間に通風路を形成するガイド部材と、
前記通風路に空気を導入するファンとを備え、
前記通風路は一端に吸気開口と他端に排気開口とを有し、
前記吸気開口と前記排気開口との間に位置する前記通風路の特定部分の断面積が、前記吸気開口と前記排気開口との少なくとも一方の開口面積よりも小さくなるように構成されたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記通風路の前記吸気開口及び前記排気開口の少なくとも一方に向かって、前記特定部分から前記通風路の断面積が大きくなるように、前記ガイド部材が折れ曲がっ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】
前記特定部分から前記吸気開口及び前記排気開口の少なくとも一方に向かって、前記単セルは、前記所定の積層方向および前記通風路の送風方向と直交する方向の外形の長さが小さくな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】
前記通風路の前記特定部分は、前記通風路の送風方向の中央部分であり、前記特定部分の断面積が前記通風路の最小断面積であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記吸気開口から前記特定部分までの距離よりも、前記排気開口から前記特定部分までの距離のほうが短いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記単セルは冷却フィンを備え、
前記通風路の送風方向が、前記所定の積層方向と直交することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
内部に水素吸蔵合金を収容した水素貯蔵容器を備え、
前記水素貯蔵容器は、前記通風路の送風方向において、前記排気開口の下流側に配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記スタックに空気を供給する空気ポンプを備え、
前記空気ポンプは、前記通風路の送風方向において、前記排気開口の下流側に配置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記通風路の断面積は、前記特定部分から前記排気開口に向かって大きくなり、
前記ファンが、前記吸気開口より前記排気開口に近い位置に配置され、かつ、前記スタックから外方に離れて配置され、
前記ファンの回転軸線が前記通風路の送風方向に進むにつれて、送風方向から外方に離れるように前記ファンが配置さ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。
【請求項１０】
前記ファンが前記排気開口に配置され、
前記ガイド部材には、前記通風路の送風方向の中央位置に位置する換気口が設けられたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記ファンは複数の軸流ファンを含み、
前記軸流ファンの回転方向が、隣り合う前記軸流ファンの回転方向とは異なることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項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、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、複数の単セルが積層されたスタックを冷却する燃料電池システムが提案されている。このシステムにおいて、冷却フィンと、冷却フィンの端面に平行に配置された板バネの内壁面との隙間に、冷媒である空気が流され、スタックが冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−７７４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、単セルは端部に近いほど周囲の大気と接触する面積が広いために放熱し易く、中心部分に近いほど放熱し難い。このため、単セルにおいて場所によって温度のばらつきが生じる。特許文献１に記載の燃料電池システムは、スタックの冷却性能を高める構造を有するが、温度のばらつきを低減させる手段を備えていない。このため、特許文献１に記載の燃料電池システムにおいて、スタックの温度にばらつきが生ずる問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、スタックの温度のばらつきを低減することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために、請求項１記載の燃料電池システムは、所定の積層方向に単セルを複数個積層して構成され、所定の積層方向に沿って延びる複数の側壁面を有するスタックと、前記複数の側壁面の内の少なくとも１つの側壁面との間に通風路を形成するガイド部材と、前記通風路に空気を導入するファンとを備え、前記通風路は一端に吸気開口と他端に排気開口とを有し、前記吸気開口と前記排気開口との間に位置する前記通風路の特定部分の断面積が、前記吸気開口と前記排気開口との少なくとも一方の開口面積よりも小さくなるように構成されたことを特徴とするものである。
【０００７】
また、請求項２記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムであって、更に前記通風路の前記吸気開口及び前記排気開口の少なくとも一方に向かって、前記特定部分から前記通風路の断面積が大きくなるように、前記ガイド部材が折れ曲がっていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項３記載の燃料電池システムは、請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、更に前記特定部分から前記吸気開口及び前記排気開口の少なくとも一方に向かって、前記単セルは、前記所定の積層方向および前記通風路の送風方向と直交する方向の外形長さが小さくなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項４記載の燃料電池システムは、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、更に前記通風路の前記特定部分は、前記通風路の送風方向の中央部分であり、前記特定部分の断面積が前記通風路の最小断面積であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項５記載の燃料電池システムは、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、更に前記吸気開口から前記特定部分までの距離よりも、前記排気開口から前記特定部分までの距離のほうが短いことを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項６記載の燃料電池システムは、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、更に前記単セルは冷却フィンを備え、前記通風路の送風方向が、前記所定の積層方向と直交することを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項７記載の燃料電池システムは、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、更に内部に水素吸蔵合金を収容した水素貯蔵容器を備え、前記水素貯蔵容器は、前記通風路の送風方向において、前記排気開口の下流側に配置されることを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項８記載の燃料電池システムは、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、更に前記スタックに空気を供給する空気ポンプを備え、前記空気ポンプは、前記通風路の送風方向において、前記排気開口の下流側に配置されることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項９記載の燃料電池システムは、請求項７または８に記載の燃料電池システムであって、更に前記通風路の断面積は、前記特定部分から前記排気開口に向かって大きくなり、前記ファンが、前記吸気開口より前記排気開口に近い位置に配置され、かつ、前記スタックから外方に離れて配置され、前記ファンの回転軸線が前記通風路の送風方向に進むにつれて、送風方向から外方に離れるように前記ファンが配置されることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項１０記載の燃料電池システムは、請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、更に前記ファンが前記排気開口に配置され、前記ガイド部材には、前記通風路の送風方向の中央位置に位置する換気口が設けられたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項１１記載の燃料電池システムは、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、更に前記ファンは複数の軸流ファンを含み、前記軸流ファンの回転方向が、隣り合う前記軸流ファンの回転方向とは異なることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の燃料電池システムによれば、通風路の特定部分の断面積が吸気開口と排気開口との少なくとも一方の開口面積よりも小さくなるため、特定部分において風速が速くなり、冷却効果が高くなる。このため、スタックの一部分を重点的に冷却でき、スタックの温度のばらつきを低減することができる。
【００１８】
また、請求項２記載の燃料電池システムによれば、ガイド部材が折れ曲がっていることにより、開口部の断面積が大きくなるため、開口部付近において風速が遅くなり、冷却効果が低くなる。このため、スタックの端部を冷却し過ぎることがなく、スタックの温度のばらつきを低減することができる。
【００１９】
また、請求項３記載の燃料電池システムによれば、開口部付近で単セルの外形の長さが小さくなることにより、開口部の断面積が大きくなるため、開口部付近において風速が遅くなり、冷却効果が低くなる。このため、スタックの端部を冷却し過ぎることがなく、スタックの温度のばらつきを低減することができる。
【００２０】
また、請求項４記載の燃料電池システムによれば、通風路の送風方向の中央部分を重点的に冷却することができ、スタックの温度のばらつきを低減することができる。
【００２１】
また、請求項５記載の燃料電池システムによれば、通風路に導入された空気は、通風路を通る間にスタックから吸熱し、排気開口に近くなるほど温度が上がる。スタックと空気の温度差が少なくなると冷却機能が低下してしまうが、スタック中央よりも排気開口側で風速を早くすることにより、冷却機能の低下を補うことができ、スタックの温度のばらつきを低減することができる。
【００２２】
また、請求項６記載の燃料電池システムによれば、単セルに備えられた冷却フィンに沿って送風することで冷却機能を高めることができる。
【００２３】
また、請求項７記載の燃料電池システムによれば、水素吸蔵合金は水素を放出する際の反応が吸熱反応であるが、スタックからの排熱を利用して水素貯蔵容器を加熱することができ、水素の放出を促進させることができる。
【００２４】
また、請求項８記載の燃料電池システムによれば、空気ポンプが、スタックからの排熱により温められた空気を取り込むことができるため、安定した装置の運転が可能となる。また、スタックの放熱機能が高い場合は、より高温の空気を取り込むことができるため、より安定した装置の運転が可能となる。
【００２５】
また、請求項９記載の燃料電池システムによれば、スタックからの排熱により温められた空気を、全体的に広く水素貯蔵容器と空気ポンプとに伝えることができるため、水素の放出を促進させ、安定した装置の運転が可能となる。
【００２６】
また、請求項１０記載の燃料電池システムによれば、通風路に導入された空気は、通風路を通る間にスタックから吸熱し、排気開口に近くなるほど温度が上がる。スタックと空気の温度差が少なくなると冷却機能が低下してしまうが、換気口から新たに空気を吸引することにより空気の温度上昇を抑え、冷却機能を維持できる。
【００２７】
また、請求項１１記載の燃料電池システムによれば、軸流ファンから発生する旋回流が隣り合うファンの旋回流とぶつかり合うことがなく、送風効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態の燃料電池システムの全体を正面から表した図面である。
【図２】本発明の第１実施形態の燃料電池６の詳細を表した図面である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に従って切断し、矢印方向に見た断面を表した図面である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線に従って切断し、矢印方向に見た断面を表した図面である。
【図５】本発明の第２実施形態の燃料電池６の断面を表した図面であって、図３に相当する図面である。
【図６】本発明の第３実施形態の燃料電池６の断面を表した図面であって、図３に相当する図面である。
【図７】本発明の第４実施形態の燃料電池６の断面を表した図面であって、図３に相当する図面である。
【図８】本発明の第５実施形態の燃料電池６の断面を表した図面であって、図３に相当する図面である。
【図９】本発明の第６実施形態の燃料電池６を上面から表した状態であり、６つの軸流ファンの回転方向を表した図面である。
【図１０】本発明の第１変形例の燃料電池６の断面を表した図面であって、図３に相当する図面である。
【図１１】本発明の第２変形例の燃料電池６の断面を表した図面であって、図３に相当する図面である。
【図１２】本発明の第３変形例の燃料電池６の断面を表した図面であって、図３に相当する図面である。
【図１３】本発明の第４変形例の燃料電池６の断面を表した図面であって、図３に相当する図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
＜第１実施形態＞
本発明の燃料電池システムは、例えば信号機などに設置され、災害などによる停電時において非常用電源として使用される。
【００３０】
以下、本発明の第１実施形態について図１を参照して説明する。
【００３１】
＜燃料電池システムの全体構成＞
燃料電池システム１は、システム筐体２を備える。システム筐体２は、内部に横板４と横板５とを備える。横板４の下方には燃料電池６が配置される。横板４上には水素貯蔵容器７が配置される。横板５上には空気ポンプ８が配置される。
【００３２】
＜システム筐体＞
システム筐体２は正面に開閉可能な扉１０と、上面に開閉式の上蓋１２を備える。上蓋１２は複数の排気口１３を備える。
【００３３】
＜水素貯蔵容器＞
水素貯蔵容器７は水素吸蔵合金を内蔵し、水素を貯蔵する。水素貯蔵容器７は水素配管１４に連結され、燃料電池６に水素を供給する。また、水素貯蔵容器７は、水素配管１４との接続を取り外すことにより着脱が可能であり、交換作業も容易に行うことができる。
【００３４】
＜空気ポンプ＞
空気ポンプ８は空気配管１５に接続され、燃料電池６に空気を供給する。
【００３５】
＜燃料電池＞
次に、燃料電池６の詳細を、図２〜４を参照して説明する。
【００３６】
燃料電池６の内部にはスタック１６が配置される。スタック１６は、固体高分子型の燃料電池の単セル１７を所定の積層方向ＳＤに複数枚積層し、積層方向ＳＤの両端に１枚ずつ端板２０を配置したものである。２枚の端板２０は、各単セル１７を積層方向ＳＤの両側から加圧し、図示しないボルトにより互いに締結される。
【００３７】
単セル１７は、膜／電極接合体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟み込んで構成された単位電池であり、上下に長い長方形の形状である。セパレータは端部に冷却フィン１８を備える。側壁面１９は各単セル１７の冷却フィン１８の先端により形成される面である。
【００３８】
燃料電池６は、２枚の端板２０を介してシステム筐体２の底面に固定される。
【００３９】
端板２０の前後には、横ガイド２１が設置される。横ガイド２１は端板２０に固定される。スタック１６の前後には、通風路カバー２２が配置される。通風路カバー２２は、側壁面１９から隙間をあけて配置され、隙間には通風路２５が形成される。通風路カバー２２の四隅は、横ガイド２１に固定される。
【００４０】
通風路カバー２２の上部は、上方に向かって側壁面１９から離れる方向に鈍角に折れ曲がり、上端部の左右の両端はそれぞれ横ガイド２１の上端部に固定される。また、通風路カバー２２の下部は、側壁面１９から外方に離れる方向に向かって直角に折れ曲がり、下端部の左右の両端はそれぞれ横ガイド２１の下端部に固定される。通風路カバー２２の送風方向ＦＤにおける中央部は、平面であり、側壁面１９と平行に配置される。
【００４１】
通風路２５の下部には吸気開口２７が形成される。吸気開口２７は、通風路２５の一端であって、側壁面１９の下端部と通風路カバー２２との間に形成される空間である。また、通風路２５の上部には排気開口２８が形成される。排気開口２８は、通風路２５の他端であって、側壁面１９の上端部と通風路カバー２２との間に形成される空間である。
【００４２】
通風路２５の送風方向ＦＤにおける断面積は、通風路２５の中央部分よりも吸気開口２７および排気開口２８のほうが大きい。通風路２５は、中央部分の断面積が最も小さい。尚、中央部分とは、中央線を含む付近の所定範囲を示す。
【００４３】
スタック１６の上方には上カバー２４が配置される。上カバー２４は、薄板形状であり両端部が折れ曲がっている。両端部は、通風路カバー２２と共に横ガイド２１の上端部に固定される。上カバー２４は、中央の平面がスタック１６の上面と平行に配置され、平面には横３列×縦２列の６個の開口が設けられ、開口位置に合わせて６個の冷却ファン２６が配列される。
【００４４】
６個の冷却ファン２６は、すべて同じ種類の軸流ファンであり、送風方向はすべて上向きで、羽の回転方向もすべて同一方向である。冷却ファン２６が通風路２５内の空気を排気開口２８から吸引することにより、吸気開口２７から通風路２５に空気が導入される。
【００４５】
上カバー２４と端板２０との間には横カバー２３が配置される。横カバー２３は端板２０の上面に固定され、上カバー２４と端板２０との間の隙間を塞ぐ。
【００４６】
燃料電池システム１は、図示しない別体の電力制御装置と接続される。電力制御装置は二次電池、ＣＰＵ、及び各種制御回路などを含み、燃料電池システム１全体を制御する。
【００４７】
次に、本実施形態の燃料電池システム１の動作について説明する。
【００４８】
本発明における燃料電池システムは、例えば災害などによる停電時において非常用電源として使用される。商用電源が遮断されると、二次電池の電力によって弁動作がなされ、水素貯蔵容器７が水素配管１４を通してスタック１６に水素を供給する。また、空気ポンプ８が動作して空気を吸引し、空気配管１５を通してスタック１６に空気を供給する。
【００４９】
スタック１６は水素と空気中の酸素とを燃料として発電し、電気を電力制御装置に供給する。スタック１６は、発電に伴って熱を発する。
【００５０】
スタック１６の温度が上昇すると、冷却ファン２６が動作し、排気開口２８から通風路２５内の空気を吸引することにより、吸気開口２７から通風路２５に空気を導入し、スタック１６を冷却する。冷却ファン２６は、スタック１６の温度が十分に高くなった後で動作させるのが望ましく、動作温度としては４５℃以上が望ましい。動作温度が所定の温度範囲よりも低くなった場合には、冷却ファン２６を停止することもできる。また、動作温度に応じて冷却ファン２６の回転数や風量を調整するようにしてもよい。
【００５１】
スタック１６の温度は、温度計などを用いて測定し、その結果を電力制御装置に送信することで冷却ファン２６の動作を制御することができる。
【００５２】
冷却ファン２６が動作すると、吸気開口２７から空気が導入され、通風路２５に送風される。通風路２５の送風方向ＦＤにおける断面積は、吸気開口２７及び排気開口２８よりも中央部分のほうが小さいため、中央部分において送風の速度が速くなる。このため、単セル１７の下端部および上端部よりも中央部の放熱量が多くなり、中央部分が重点的に冷却されるため、スタック１６全体の温度のばらつきを低減させることができる。
【００５３】
空気が通風路２５を通過するとき、スタック１６からの熱が伝わり空気が昇温する。排気開口２８から排出された空気は、冷却ファン２６の動作により上昇して水素貯蔵容器７に伝わり、水素貯蔵容器７を加熱する。水素貯蔵容器７は、加熱されることで効果的に水素を放出してスタック１６に供給することが可能となる。また、排気開口２８から排出された空気は、空気ポンプ８に伝わる。スタック１６に供給する空気の温度が高いほど、空気加湿性能が増加し、燃料電池の性能が向上する。水素貯蔵容器７と空気ポンプ８とが加熱された後、空気は排気口１３を通って燃料電池システム１外に排気される。
【００５４】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について図５を参照して説明する。本実施形態では、通風路カバー２２ａの形状と単セル１７ａの形状とが第１の実施形態とは異なる。第１実施形態では通風路カバー２２の上端部と下端部とが側壁面１９から離れる方向に向かって、外側に曲がっているために通風路２５の断面積が変化しているが、本実施形態では、単セル１７ａの長さ寸法が変化することにより断面積が変化している。なお、単セル１７ａと通風路カバー２２ａとを除く構成と、燃料電池システム１の動作については、上述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００５５】
通風路カバー２２ａは薄板形状であり、側壁面１９から隙間をあけて配置され、隙間には通風路２５が形成される。
【００５６】
通風路カバー２２ａは、上端部の左右の両端はそれぞれ横ガイド２１の上端部に固定される。また、下端部の左右の両端はそれぞれ横ガイド２１の下端部に固定される。
【００５７】
単セル１７ａは、送風方向ＦＤの中央部から上端部に向かって、積層方向ＳＤおよび送風方向ＦＤと直交する外形の長さが小さくなる。また、中央部から下端部に向かって、積層方向ＳＤおよび送風方向ＦＤと直交する外形の長さが小さくなる。各単セル１７ａは冷却フィン１８を備え、側壁面１９は冷却フィン１８の先端により形成される平面である。
【００５８】
側壁面１９は、通風路カバー２２ａと平行な側面と、側面と上面をつなぐ斜面と、側面と下面をつなぐ斜面と、から成る。
【００５９】
この場合でも、第１実施形態と同様にスタック１６全体の温度のばらつきを低減させることができる。
【００６０】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について図６を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態とは通風路カバー２２ｂの形状が異なる。なお、通風路カバー２２ｂを除く構成と、燃料電池システム１の動作については、上述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００６１】
通風路カバー２２ｂの端部は、上方に向かって側壁面１９から離れる方向に鈍角に折れ曲がり、上端部の左右の両端はそれぞれ横ガイド２１の上端部に固定される。また、通風路カバー２２ｂの下部は、下方に向かって側壁面１９から離れる方向に、上部よりも更に大きな角度で折れ曲がり、下端部の左右の両端はそれぞれ横ガイド２１の下端部に固定される。単セル１７の上端部から通風路カバー２２ｂの上部の折れ曲がり位置までの距離よりも、単セル１７の下端部からから通風路カバー２２ｂの下部の折れ曲がり位置までの距離のほうが長い。通風路カバー２２ｂの送風方向ＦＤにおける中央部は、平面であり、側壁面１９と平行に配置される。
【００６２】
冷却ファン２６が動作すると、吸気開口２７から空気が吸引され、通風路２５に送風される。吸気開口２７から送風方向ＦＤの中央部分に向かって通風路２５の断面積が小さくなるため、送風の速度が速くなり、単セル１７の下端部よりも中央部の放熱量が多くなる。また、通風路２５の中央部分から排気開口２８に向かって通風路２５の断面積が大きくなるため、送風の速度が遅くなり、単セル１７の上端部よりも中央部の放熱量が多くなる。
【００６３】
通風路２５に導入された空気は、通風路２５を通る間にスタック１６から吸熱し、排気開口２８に近くなるほど温度が上がる。空気の温度が上がるとスタック１６と空気の温度差が少なくなり冷却機能が低下してしまうが、本実施形態では、通風路２５の送風方向ＦＤにおいて最も風速が早くなる範囲の中心が、スタック１６の中央よりも下流側に位置しているため、冷却機能の低下を補うことができ、スタック１６全体の温度のばらつきを低減させることができる。
【００６４】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について図７を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態とは上カバー２４ａの形状と冷却ファン２６の配置向きとが異なる。なお、上カバー２４ａと冷却ファン２６とを除く構成と、燃料電池システム１の動作については、上述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００６５】
スタック１６の上方には上カバー２４ａが配置される。上カバー２４ａは、２つの斜面を備えた山型の形状であり、両端部は、通風路カバー２２と共に横ガイド２１の上端部に固定される。上カバー２４ａは、斜面にはそれぞれ３個の開口が設けられ、開口位置に合わせて６個の冷却ファン２６が、回転軸線がスタック１６の外方に離れるように、斜面に沿って配置される。
【００６６】
６個の冷却ファン２６は、すべて同じ種類の軸流ファンであり、羽の回転方向もすべて同一方向である。冷却ファン２６により、上方に向かってスタック１６から離れる方向に送風され、通風路２５に空気が導入される。
【００６７】
この場合でも、第１実施形態と同様にスタック１６全体の温度のばらつきを低減させることができる。
【００６８】
また、冷却ファン２６の軸方向を外方に向けることにより、通風路２５を通過した空気が外方に広がりながらスタック１６の上方に向かって流れ、水素貯蔵容器７と空気ポンプ８とを、全体的に広く加熱することができる。
【００６９】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態について図８を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態とは通風路カバー２２ｃの形状が異なる。なお、通風路カバー２２ｃを除く構成と、燃料電池システム１の動作については、上述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００７０】
通風路カバー２２ｃの上部は、上方に向かって側壁面１９から離れる方向に鈍角に折れ曲がり、上端部の左右の両端はそれぞれ横ガイド２１の上端部に固定される。また、通風路カバー２２ｃの下部は、側壁面１９から外方に離れる方向に向かって直角に折れ曲がり、下端部の左右の両端はそれぞれ横ガイド２１の下端部に固定される。通風路カバー２２ｃの送風方向ＦＤにおける中央部は、平面であり、側壁面１９と平行に配置される。通風路カバー２２ｃは、通風路２５の送風方向ＦＤの中央部分に、換気口２９を備える。換気口２９は１箇所でも複数でもよく、通風路２５に異物が入ることを防止するためにフィルタ等を設けることが望ましい。また、換気口２９の位置は中央の点でもよく、中央の点を含む付近でもよい。
【００７１】
冷却ファン２６が動作すると、吸気開口２７から空気が吸引され、通風路２５に送風される。吸気開口２７から送風方向ＦＤの中央に向かって通風路２５の断面積が小さくなるため、送風の速度が速くなり、単セル１７の下端部よりも中央部の放熱量が多くなる。また、通風路２５の中央から排気開口２８に向かって通風路２５の断面積が大きくなるため、送風の速度が遅くなり、単セル１７の上端部よりも中央部の放熱量が多くなる。
【００７２】
また、通風路２５に導入された空気は、通風路２５を通る間にスタック１６から吸熱し、排気開口２８に近くなるほど温度が上がる。空気の温度が上がるとスタック１６と空気の温度差が少なくなり冷却機能が低下してしまうが、本実施形態では、換気口２９から新たに空気を吸引し温度上昇を抑える。このため、スタック１６全体の温度のばらつきを低減させることができる。
【００７３】
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態について図９を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態とは２種類の冷却ファン２６ａ、２６ｂの回転方向が異なる。なお、冷却ファン２６ａ、２６ｂを除く構成と、燃料電池システム１の動作については、上述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００７４】
上カバー２４は、３個の冷却ファン２６ａと、冷却ファン２６ａとは羽の向きが反対の３個の冷却ファン２６ｂを備える。冷却ファン２６ａと冷却ファン２６ｂとは交互に設置される。冷却ファン２６ａと冷却ファン２６ｂとは、送風方向はすべて上向きであるが、羽の向きが反対であるため回転方向ＲＤが逆である。
【００７５】
軸流ファンは旋回流を発生させるが、隣り合うファンと回転方向を交互に配置することにより、隣り合う旋回流がぶつかることを防ぐ。このため、送風効率が上がり、冷却機能を高めることができる。
【００７６】
以上のように、本実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態に加えうる変更の例について説明する。
【００７７】
例えば図１０で示すように、通風路カバー２２ｄは、上端部と下端部とが側壁面１９から離れる方向に、曲線を描いて折れ曲がってもよい。この場合も上記同様に、通風路２５は送風方向ＦＤの中央付近で断面積が小さくなり、風速が早くなる。このため、単セル１７の中央部分を重点的に冷却でき、スタック１６全体の温度のばらつきを低減させることができる。また、図１１で示すように、通風路カバー２２ｅは、上端部と下端部が側壁面１９から離れる方向に、階段状に直角に折れ曲がってもよい。この場合も上記同様の効果を得る。
【００７８】
また、例えば図１２で示すように、単セル１７ｂは、送風方向ＦＤの中央部から上端部に向かって、積層方向ＳＤおよび送風方向ＦＤと直交する長さが曲線を描くように小さくなり、中央部から下端部に向かって、積層方向ＳＤおよび送風方向ＦＤと直交する長さが曲線を描くように小さくなってもよい。各単セル１７ｂは冷却フィン１８を備え、側壁面１９は冷却フィン１８の先端から成る曲面である。この場合も上記同様に、通風路２５は送風方向ＦＤの中央付近で断面積が小さくなり、風速が早くなる。このため、単セルの中央部分を重点的に冷却でき、スタック１６全体の温度のばらつきを低減させることができる。また、図１３で示すように、単セル１７ｃは、送風方向ＦＤの中央部から上端部に向かって、積層方向ＳＤおよび送風方向ＦＤと直交する長さが階段状に小さくなり、中央部から下端部に向かって、積層方向ＳＤおよび送風方向ＦＤと直交する長さが階段状に小さくなってもよい。この場合も上記同様の効果を得る。
【００７９】
側壁面１９は冷却フィン１８の先端を含む面であり、平面、曲面、または凹凸のある面であってもよい。
【００８０】
また、冷却ファンは、吸気開口側に設置される軸流ファンであってもよい。この場合でも、吸気開口から空気を送り込むことにより通風路に空気が導入される。または吸気開口と排気開口との両方に設置される軸流ファンであっても良い。この場合でも通風路に空気が導入され、上記同様の効果を得る。
【００８１】
また、冷却ファンは、吸気開口側または排気開口側またはその両方に設置される遠心ファンであってもよい。この場合でも通風路に空気が導入され、上記同様の効果を得る。
【００８２】
また、単セル１７は、積層方向ＳＤと送風方向ＦＤが平行になる向きで配置してもよい。この場合でも上記同様の効果を得る。
【符号の説明】
【００８３】
１  燃料電池システム
２  システム筐体
６  燃料電池
７  水素貯蔵容器
８  空気ポンプ
１６  スタック
１７  単セル
１９  側壁面
２０  端板
２２  通風路カバー
２４  上カバー
２５  通風路
２６  冷却ファン
２７  吸気開口
２８  排気開口
ＳＤ  積層方向
ＦＤ  送風方向
ＲＤ  回転方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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