JP2019079680A - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジング内部と外部との圧力差を小さくし、ハウジングの小型化、低コスト化を実現する技術を提供することを目的とする。【解決手段】燃料ガスおよび酸化剤ガスで発電を行う燃料電池と、燃料電池を取り囲むように設けられた断熱材と、燃料電池と断熱材とを収容する筐体とを備える。さらに、燃料電池システムは、酸化剤ガスを筐体の外部から断熱材の内部に導入して燃料電池に供給する酸化剤ガス供給路と、酸化剤ガス供給路に配置された酸化剤ガス供給装置と、筐体の内部かつ断熱材の外部の領域における酸化剤ガス供給路に配置され、当該領域に酸化剤ガスを導入する酸化剤ガス導入部と、燃料電池からの排気を筐体の外部に排出するための排気通路と、前述の領域における排気通路上に配置され、当該領域に導入された酸化剤ガスを吸引する酸化剤ガス吸引装置と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法に関する。

固体酸化物形燃料電池（SOFC：Solid Oxide Fuel Cell）や溶融炭酸塩形燃料電池等の比較的高温で動作する燃料電池を備えた燃料電池システムのハウジング内部において、外部への放熱を抑制すべく、燃料電池を断熱材で囲んだ高温領域と、燃料電池の運転に要する電気部品等が配置される領域とが存在する。

燃料電池を含む高温領域をハウジング内部に配置する燃料電池システムでは、燃料電池システムの運転の観点からハウジング内部を冷却する必要がある。また、このような燃料電池システムでは、設置場所の事情等により、ハウジングの気密性の確保が要求される場合がある。

そこで、国際公開２０１２−０９１０３１では、ハウジングの内部に高温となる発電部と、ブロアとを有し、当該ブロアによって、ハウジングの外部と連通する空気導入路から外部の空気を吸引するとともに、吸引した空気を発電部周辺に形成された冷却空気流路を介して発電部へ供給している。これにより、ハウジング内に外気を導入しながらも、ハウジングの気密性を確保しつつ発電部からの放熱を抑制し、ハウジング内の冷却を行っている。

国際公開２０１２−０９１０３１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された構造では、空気導入路の圧損によりハウジング内部の圧力が下がり、負圧が大きくなるので、ハウジング内部と外部とに大きな圧力差が発生する。その結果、ハウジングの耐圧設計要求が高まり、ハウジングが大型化、重量化して製造コストの増大につながるという問題がある。

本発明は、ハウジング内に外気を導入しながらも、ハウジング内部と外部との圧力差を小さくし、ハウジングの小型化、低コスト化を実現する技術を提供することを目的とする。

本発明による燃料電池システムによれば、燃料ガスおよび酸化剤ガスで発電を行う燃料電池と、燃料電池を取り囲むように設けられた断熱材と、燃料電池と断熱材とを収容する筐体とを備える。そして、燃料電池システムはさらに、酸化剤ガスを筐体の外部から断熱材の内部に導入して燃料電池に供給する酸化剤ガス供給路と、酸化剤ガス供給路に配置された酸化剤ガス供給装置と、筐体の内部かつ断熱材の外部の領域における酸化剤ガス供給路に配置され、当該領域に酸化剤ガスを導入する酸化剤ガス導入部と、燃料電池からの排気を筐体の外部に排出するための排気通路と、前述の領域における排気通路上に配置され、当該領域に導入された酸化剤ガスを吸引する酸化剤ガス吸引装置と、を備える。

本発明によれば、筐体の内部かつ断熱材の外部の領域に導入される空気量と、当該領域から排出される空気量とを制御し、筐体の内部と外部との圧力差を小さくすることができるので、筐体の耐圧設計要求に対する製造コストの増加を抑制することができる。

図１は、第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。 図２は、第２実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。 図３は、第３実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。 図４は、第４実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。 図５は、第５実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。 図６は、一実施形態に係る燃料電池システムの変形例の概略構成図である。 図７は、一実施形態に係る燃料電池システムの変形例の概略構成図である。

−第１実施形態−
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システム１００の概略構成図である。

本実施形態に係る燃料電池システム１００は例えば車両等に搭載される。図示するように、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１と、断熱材２と、空気供給路３と、空気導入路４と、ブロア５と、燃料供給路６と、排気通路７と、吸引装置８と、吸引口９と、筐体１０とを含んで構成される。なお、図示する各構成はあくまでも概略図であって、各構成の形状や上下左右の方向を規定する趣旨ではない。

燃料電池スタック１（以下、単に「燃料電池１」という）は、複数の燃料電池または燃料電池の単位セルを積層して構成される。本実施形態では、発電源である燃料電池１を構成する単位セルは、固体酸化物形燃料電池（SOFC：Solid Oxide Fuel Cell）である。すなわち、燃料電池１は、例えば、８００℃〜１０００℃の好適な作動温度で燃料ガス及び酸化剤ガス（空気）の供給を受けて発電を行う。

断熱材２は、例えばシリカ系セラミックス等の断熱材量で構成される。断熱材２が筐体１０の内部において燃料電池１を取り囲むように設けられることにより、燃料電池１の熱が外部へ放熱するのを抑制することができる。この断熱材２で取り囲まれた領域を以下では「高温領域Ｈ」と称する。

一方で、筐体１０の内部における断熱材２の外側の領域を、以下では「低温領域Ｌ」と称する。すなわち、本実施形態の燃料電池システム１００が備える筐体１０は、断熱材２により区画された高温領域Ｈと低温領域Ｌとを有している。なお、筐体１０は、燃料電池システム１００のハウジングであって、例えば、ステンレス又はステンレスに類する熱伝導率および水密性を有する所望の金属材料により形成される。また、筐体１０は、断熱材２を構成する材料よりも高い熱伝導率を有する材料で構成されることが好ましい。これにより低温領域を低温に維持できる。

また、図示していないが、本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池１が発電するために必要となる機器（補機類）を備える。燃料電池１が発電するために必要となる補機類のうち、発電時に加熱する、あるいは加熱される補機類は、断熱材２内の高温領域Ｈに配置される。より具体的には、例えば、蒸発器、熱交換器、改質器、燃焼器（排気燃焼器）等の補機類は、高温領域Ｈに配置される。燃料電池１および高温となる補機類が断熱材２により区画された高温領域Ｈに配置されることにより、これらの熱が外部へ放熱することを抑制することができる。

一方、燃料電池１が発電するために必要となる補機類のうち、低温ないし常温であることが望ましく、加熱を要求されない機器は、低温領域Ｌに配置される。より具体的には、例えば、燃料電池システムを統括するコントローラや電力を変換するためのインバータ等の電気部品や、燃焼器に燃料を供給するためのインジェクタ等は、低温領域Ｌに配置される。

空気供給路３は、筐体１０の外部から筐体１０の内部（低温領域Ｌ）に空気（酸化剤ガス、カソードガス）を導入するとともに、断熱材２の内部に配置された燃料電池１に不図示の補機類（熱交換器等）を介して空気を供給するための流路（例えば配管）である。空気供給路３は、筐体１０の外部からの空気の一部を低温領域Ｌに導入するための空気導入路４を備える。

空気導入路４は、低温領域Ｌにおける空気供給路３に配置され、筐体１０の外部からの空気を低温領域Ｌに導入するための空気導入部として機能する。本実施形態の空気導入路４は、低温領域Ｌにおいて空気供給路３から分岐する管である。より詳細には、空気導入路４は、空気供給路３内の流路と連通して分岐した流路であり、その開口部が低温領域Ｌ内に位置する様に構成された配管である。ただし、低温領域Ｌに空気を導入するための空気導入部としては、必ずしも管状である必要はなく、低温領域Ｌにおいて空気供給路３に設けられた孔であってもよい。

また、空気供給路３は、空気供給装置としてのブロア５を備える、本実施形態のブロア５は、筐体１０の外部に配置される。空気供給路３において、空気導入路４との分岐位置の上流にブロア５が配置されることにより、筐体１０の外気を空気供給路３を介して燃料電池１へ積極的に供給できるとともに、空気導入路４を介して筐体１０内に積極的に導入することができる。なお、空気導入装置としては、ブロアに限らず、ファンやコンプレッサ等でもよい。

このように、燃料電池システム１００は、ブロア５から供給される空気の一部を筐体１０の内部かつ断熱材２の外側の領域（低温領域Ｌ）に積極的に導入できるように構成される。これにより、燃料電池システム１００は、低温領域Ｌに導入される空気量と、後述する吸引装置８によって吸引されて筐体１０の外部に排出される空気量とのバランスを調整することにより、筐体１０内の圧力を調整することが可能となる。詳細は後述する。

なお、筐体１０は、通常常温領域に設置されるので、筐体１０の近傍の外気は、断熱材２の内部（高温領域Ｈ）の温度よりも通常低くなる。このため、筐体１０の外気が筐体１０の内部に導入されることにより、筐体１０の内部における断熱材２の外側の領域の温度を高温領域Ｈよりも低くすることができる。

燃料供給路６は、筐体１０の外部に設けられた不図示の燃料タンクに貯蔵された燃料を筐体１０内の低温領域Ｌを通して断熱材２内に導入するとともに、不図示の補機類（蒸発器、改質器等）を介して燃料電池１に供給するための通路である。

排気通路７は、燃料電池１からの排ガス（オフガス）を筐体１０の外部に排出するための排気管である。排気通路７は、低温領域Ｌ内の空気を吸引し、吸引した空気を排気通路７を介して筐体１０の外部へ排出するための吸引装置８を備える。

吸引装置８は、低温領域Ｌにおける排気通路７に配置され、排気通路７の流路内に筐体１０内の空気を吸引するための空気吸引手段として機能する。本実施形態の吸引装置８は、例えばジェットポンプである。空気吸引手段としてジェットポンプを用いる場合は、燃料電池１からの排ガスがジェットポンプを介して筐体１０の外部へ流れる際に、いわゆるベンチュリ効果によって低温領域内の空気が吸引口９から吸入される。これにより、低温領域Ｌ内の空気を排気通路７を介して筐体１０の外部へ積極的に排出することができる。なお、空気吸引手段としては、ジェットポンプに限られず、低温領域Ｌの空気を排気通路７を介して排出可能に構成されたポンプ、ブロア、またはコンプレッサ等であってもよい。

このように、本実施形態の燃料電池システム１００は、ブロア５から供給される空気の一部を低温領域Ｌに積極的に導入できるように構成された空気導入路４と、低温領域Ｌ内の空気を積極的に吸引し筐体１０の外部へ排出できるように構成された吸引装置８とを備える。これにより、燃料電池システム１００は、筐体１０内に導入される空気量と筐体１０外に排出される空気量とのバランスを制御することができる。これにより、筐体１０の内部と外部の圧力差を小さくすることができるので、筐体１０の耐圧構造を簡素化することができ、筐体１０をより小型化、軽量化することが可能となる。その結果、燃料電池システムの製造コストを低減することができる。

また、本実施形態の燃料電池システム１００は、筐体１０内における低温領域Ｌの圧力を、筐体１０の外部の圧力（大気圧）を基準とする所定の圧力範囲内に収まるように制御してもよい。所定の圧力範囲内とは、耐圧性能の観点から、筐体１０の内部と外部との圧力差に起因して要求される設計事項が生じないか、生じたとしても、筐体１０の内部と外部との圧力差が無い場合に比べて製造コストの増加を生じさせない程度の圧力範囲内をいう。換言すると、所定の圧力範囲内とは、耐圧構造、あるいは製造コストの観点から筐体１０の内部と外部との圧力差を実質的に無視できる圧力範囲内である。なお、「要求される設計事項」とは、例えば、筐体１０の剛性および強度を増大させるために更に必要となる構造および部材などに関する設計事項や、気密性および水密性を向上させるために更に必要となる設計事項など、耐圧構造全般に関する設計事項である。

このように、燃料電池システム１００における筐体１０の内部と外部の圧力差が所定の範囲内に収まるように制御されることにより、筐体１０の耐圧構造を筐体１０の内部と外部との圧力差が無い場合と同様に簡素化することができる。そのため、従来に比べて筐体１０をより小型化、軽量化することが可能となり、製造コストを低減することができる。

なお、本実施形態の筐体１０の内部の圧力は、大気圧よりも高い正圧に制御されてもよい。具体的には、空気導入路４から導入される空気量よりも吸引装置８から吸引される空気量が小さくなるように制御することにより、筐体１０の内部の圧力を正圧にすることができる。これにより、筐体１０の外部から内部へ水や埃等が侵入し難くし、筐体１０の水密性をより向上させることができる。なお、ここでの正圧は上記の所定の圧力範囲内における上限値に収まる正圧であることが望ましい。

他方、本実施形態の筐体１０の内部の圧力は、大気圧よりも低い負圧に制御されてもよい。具体的には、空気導入路４から低温領域Ｌに導入される空気量を制限すればよい。例えば、空気供給路３を介して燃料電池１に供給される空気量（流量）を、空気導入路４を介して低温領域Ｌに導入される空気量よりも大きくすればよい。具体的手段としては、空気導入路４の断面積（流路径）を、空気導入路が分岐する位置における空気供給路３の断面積（流路径）よりも小さく設定する。

これにより、低温領域Ｌに導入される空気の量が燃料電池１に供給される空気の量よりも小さく制限されるので、筐体１０の内部の圧力を負圧に制御しやすくなる。このようにして低温領域Ｌの圧力を負圧に制御することにより、筐体１０内の圧力を昇圧するのに比べて、ブロア５の消費電力を小さくすることができる。なお、ここでの負圧は上記の所定の圧力範囲内における下限値に収まる負圧であることが望ましい。

以上、第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、燃料ガスおよび酸化剤ガス（空気）で発電を行う燃料電池１と、燃料電池１を取り囲むように設けられた断熱材２と、燃料電池１と断熱材２とを収容する筐体１０とを備え、さらに、酸化剤ガスを筐体１０の外部から断熱材２の内部に導入して燃料電池１に供給する酸化剤ガス供給路（空気供給路３）と、空気供給路３に配置された酸化剤ガス供給装置（ブロア５）と、筐体１０の内部かつ断熱材２の外部の領域（低温領域Ｌ）における空気供給路３に配置され、低温領域Ｌに空気を導入する酸化剤ガス導入部（空気導入路４）と、燃料電池１からの排気（排ガス）を筐体１０の外部に排出するための排気通路７と、低温領域Ｌにおける排気通路７上に配置され、低温領域Ｌに導入された空気を吸引する酸化剤ガス吸引装置（吸引装置８）と、を備える。

これにより、筐体の内部かつ断熱材の外部の領域に導入される空気量と、当該領域から排出される空気量とを制御し、筐体の内部と外部との圧力差を小さくすることができる。その結果、従来に比べて筐体１０をより小型化、軽量化することが可能となり、筐体１０の耐圧設計要求に対する製造コストの増加を抑制することができる。

また、第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、筐体１０内の圧力は、大気圧を基準とする所定の圧力範囲内に収まるように調整される。これにより、筐体１０の耐圧構造を筐体１０の内部と外部との圧力差が無い場合と同様に簡素化することができるので、従来に比べて筐体１０をより小型化、軽量化することが可能となり、筐体１０の耐圧設計要求に対する製造コストの増加を回避することができる。

また、第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、筐体１０内の圧力を正圧にしてもよい。これにより、筐体１０の外部から内部へ水や埃等が侵入し難くし、筐体１０の水密性をより向上させることができる。

また、第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、燃料電池１に供給される空気の流量は、空気導入路４から低温領域Ｌに導入される空気の流量よりも大きい。これにより、低温領域Ｌに導入される空気の量が燃料電池１に供給される空気の量よりも小さく制限されるので、筐体１０の内部の圧力を負圧に制御することができる。その結果、筐体１０内の圧力を昇圧するのに比べて、ブロア５の消費電力を小さくすることができる。

また、第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、空気導入路４は、低温領域Ｌにおいて空気供給路３から分岐する管であって、管の断面積は、管が分岐する位置における空気供給路３の断面積よりも小さい。これにより、バルブ等の他の部品をさらに要することなく筐体１０内の圧力を負圧にすることができる。

−第２実施形態−
以下、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図２は、第２実施形態の燃料電池システム２００を説明する概略構成図である。燃料電池システム２００が燃料電池システム１００と異なる点は、吸引装置８が開閉弁１１を備える点である。

開閉弁１１は、吸引装置８が吸引口９から低温領域Ｌの空気を吸引する際の流路を開閉する弁である。排気通路７に配置された吸引装置８が開閉弁１１を備えることで、吸引口９から排気通路７へ連通する流路を開閉することができる。これにより、開閉弁１１を閉弁することにより筐体１０の外部から排気通路７を介して低温領域Ｌまで続く流路を断絶することができるので、排気通路７における吸引装置８の下流側から低温領域Ｌへ水蒸気や水等が逆流することを防止することができる。

また、開閉弁１１を開閉制御することで、排気通路７を介して筐体１０の外部に排出される筐体１０内の空気量を調整することができるので、空気導入路４から導入される空気量に応じて開閉弁１１の開閉を調整することにより筐体１０内の圧力を制御することができる。

開閉弁１１は、公知の弁が採用されればよい。具体的には、圧力差で駆動する機械式圧力弁（差圧制御弁）、温度差で駆動するバイメタル弁、または、電気駆動弁としてのソレノイド（電磁弁）やステッピングモータ（電動弁）などであればよく、本実施形態においては特に限定されない。

例えば、開閉弁１１として差圧制御弁を採用した場合は、入り口圧力と出口圧力、すなわち、筐体１０の内部圧力と外部圧力の差圧を一定に自動で調整するように構成することができる。また、バイメタル弁の開閉は熱により制御されるので、所定温度より低いと閉弁し、所定温度より高いと開弁するように構成できる。したがって、開閉弁１１にバイメタル弁を採用した場合は、燃料電池１の運転中は、その排ガスにより排気通路７の温度が上昇するので開閉弁が自動で開き、燃料電池１が停止すると、排気が止まり、排気通路７の温度が低下するので、開閉弁１１が自動で閉まるように構成することができる。また、開閉弁１１として電気駆動弁が採用されてよい。その場合は、電気駆動弁の駆動源としての電力は、例えば筐体１０の外部に配置された不図示の電源から、図示しない電装ライン（電気配線）を介して供給される。

以上、第２実施形態の燃料電池システム２００によれば、吸引装置８は、空気の吸引量を制御するための開閉弁１１を備える。これにより、開閉弁１１を閉弁することにより筐体１０の外部から排気通路７を介して低温領域Ｌまでの流路を断絶することができるので、排気通路７における吸引装置８の下流側から低温領域Ｌへ水蒸気や水等が逆流することを防止することができる。また、空気導入路４から導入される空気量に応じて開閉弁１１の開閉を調整することにより筐体１０内の圧力を制御することができる。

−第３実施形態−
以下、第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図３は、第３実施形態の燃料電池システム３００を説明する概略構成図である。燃料電池システム３００が燃料電池システム１００と異なる点は、空気導入路４が開閉弁１２を備える点である。

開閉弁１２は、空気導入路４が筐体１０の外部からの空気を低温領域Ｌに導入する際の流路を開閉可能な弁である。空気導入路４が開閉弁１２を備えることで、筐体１０の外部から空気供給路３および空気導入路４を介して筐体１０の内部へ連通する流路を開閉制御することができる。これにより、空気導入路４を介して筐体１０の内部に導入される空気量を調整することができるので、吸引装置８から吸引される空気量に応じて開閉弁１２の開閉を調整することにより筐体１０内の圧力を制御することができる。

なお、開閉弁１２は、第２実施形態の説明において上述したのと同様に、公知の弁を採用すればよい。具体的には、例えば、圧力差で駆動する機械式圧力弁（差圧制御弁）、電気駆動弁としてのソレノイド（電磁弁）やステッピングモータ（電動弁）などであればよく、本実施形態においては特に限定されない。

以上、第３実施形態の燃料電池システム３００によれば、空気導入路４は、空気の導入量を制御するための開閉弁１２を備える。これにより、空気導入路４を介して筐体１０の内部に導入される空気量を調整することができるので、吸引装置８から吸引される空気量に応じて開閉弁１２の開閉を調整することにより筐体１０内の圧力を制御することができる。

−第４実施形態−
以下、第４実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図４は、第４実施形態の燃料電池システム４００を説明する概略構成図である。燃料電池システム４００が燃料電池システム１００と異なる点は、吸引口９の配置に以下の限定を加えた点である。

すなわち、燃料電池システム４００が備える吸引口９は、排気通路７の少なくとも排出口１３よりも重力方向における高い位置にて開口するように配置される。これにより、排出口１３から水が侵入した場合でも、バルブ等の追加の部材を要することなく筐体１０内に水が侵入することを防止することができる。

以上、第４実施形態の燃料電池システム４００によれば、吸引装置８は、空気を吸引する吸引口９を有し、吸引口９は、排気通路７の排出口１３よりも高い位置で開口するように構成される。これにより、排出口１３から水が侵入した場合でも、バルブ等の追加の部材を要することなく筐体１０内に水が侵入することを防止することができる。

−第５実施形態−
以下、第５実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５は、第５実施形態の燃料電池システム５００を説明する概略構成図である。燃料電池システム５００が燃料電池システム１００と異なる点は、低温領域Ｌにおける電気部品１４の配置に以下の限定を加えた点である。

電気部品１４は、燃料電池システムを構成する電気部品であって、燃料電池１、および上述した不図示の補機類を動作させ、制御するために必要な電気部品（電装品）である。また、電気部品１４は、例えば、燃料電池システムを統括するコントローラや、電力を変換するためのインバータ等である。また、低温領域Ｌに上述した電気駆動弁やコンプレッサ等が配置される場合は、それらを駆動するために必要な電気部品も含まれる。

そして、電気部品１４は、低温領域Ｌにおいて以下のように配置される。すなわち、電気部品１４は、空気導入路４の開口部（導入口１５）の近傍、または、吸引口９の近傍、もしくは、導入口１５および吸引口９におけるそれぞれの空気の流れ方向の延長線上に配置される。

図５では、導入口１５と吸引口９とを、その開口面が向かい合うように構成するとともに、電気部品１４が導入口１５と吸引口９とを結ぶ直線上に配置された例を示している。電気部品１４がこのように配置されることにより、電気部品１４の表面を流れる空気量が増加するので（図中の一点鎖線矢印参照）、電気部品１４の表面と空気との熱交換が効率よく行われ、電気部品１４を効果的に冷却することができる。

なお、電気部品１４の配置は図示する位置に限られない。電気部品１４は、導入口１５または吸引口９の近く、もしくは、導入口１５から吹出される空気の流れ方向（吹き出し方向）または吸引口９から吸入される空気の流れ方向（吸い込み方向）に沿って延びる延長線上のいずれかに配置されれば良い。また、そのように配置される際における導入口１５および吸引口９の開口面の方向は、図５あるいは上述した図１から４で図示する方向に限られず、特に限定されない。また、図５における電気部品１４は一箇所に固めて配置されているが、電気部品１４が複数の電気部品を含む場合は、上述の規定の範囲内において分散して配置されてもよい。

以上、第５実施形態の燃料電池システム５００によれば、燃料電池システムを構成する電気部品１４が配置され、電気部品１４は、空気導入路４の開口部（導入口１５）、または、吸引装置８の吸引口９の近傍に配置される。これにより、電気部品１４の表面を流れる空気量が増加するので、電気部品１４の表面と空気との熱交換が効率よく行われ、電気部品１４をより効果的に冷却することができる。

また、第５実施形態の燃料電池システム５００によれば、電気部品１４は、導入口１５の吹き出し方向の延長線上、または吸引口９の吸い込み方向の延長線上に配置される。これにより、電気部品１４の表面を流れる空気量が増加するので、電気部品１４の表面と空気との熱交換がより効率よく行われ、電気部品１４をより効果的に冷却することができる。

以上が、本発明が適用される各実施形態の詳細である。ただし、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。上記実施形態に対し、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内で様々な変更及び修正が可能である。

例えば、上記実施形態では、燃料電池１が固体酸化物形燃料電池により構成される例を説明した。しかしながら、燃料電池１は、固体高分子形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、又はりん酸形燃料電池等の作動時に発熱を伴う他の種類の燃料電池により構成してもよい。

また、上記実施形態に係る空気導入装置（ブロア５）は、筐体１０の外部に配置される必要は必ずしもなく、図６に示す変形例のように、筐体１０の内部（低温領域Ｌ）に配置されてもよい。これにより、ブロア５が筐体１０の外部に配置されることにより外部環境にさらされる場合に比べて、ブロア５の防水性を向上させることができる。結果として、ブロア５が雨などによって濡れることを防止するための防水構造等を別個に設ける必要がなくなるので、燃料電池システム１００の構造を複雑化させることなく、燃料電池システム全体の防水性を向上させることができる。

また、上記実施形態に係る空気導入路４および吸引装置８は、その全体が低温領域Ｌに収まるように配置される必要は必ずしもなく、図７に示す変形例のように配置されてもよい。すなわち、空気導入路４は、その導入口１５が低温領域Ｌ内に位置していればよく、空気供給路３からの分岐点が筐体１０の外部に位置していてもよい。また、吸引装置８は、吸引口９が低温領域Ｌ内に位置する限り、筐体１０の外部に配置されていてもよい。

なお、上記の各実施形態および変形例は、矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせ可能である。

１…燃料電池
２…断熱材
３…酸化剤ガス供給路（空気供給路）
４…酸化剤ガス導入部（空気導入路）
５…酸化剤ガス供給装置（ブロア５）
７…排気通路
８…酸化剤ガス吸引装置（吸引装置）
９…吸引口
１０…筐体
１１…開閉弁
１２…開閉弁
１３…排出口
１４…電気部品
１５…空気導入路の開口部（導入口）

Claims (11)

1. 燃料ガスおよび酸化剤ガスで発電を行う燃料電池と、
   前記燃料電池を取り囲むように設けられた断熱材と、
   前記燃料電池と前記断熱材とを収容する筐体と、
   前記酸化剤ガスを前記筐体の外部から前記断熱材の内部に導入して前記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給路と、
   前記酸化剤ガス供給路に配置された酸化剤ガス供給装置と、
   前記筐体の内部かつ前記断熱材の外部の領域における前記酸化剤ガス供給路に配置され、前記領域に前記酸化剤ガスを導入する酸化剤ガス導入部と、
   前記燃料電池からの排気を前記筐体の外部に排出するための排気通路と、
   前記領域における前記排気通路上に配置され、前記領域に導入された前記酸化剤ガスを吸引する酸化剤ガス吸引装置と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記筐体内の圧力は、大気圧を基準とする所定の圧力範囲内に収まるように調整される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記筐体内の圧力は正圧である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの流量は、前記酸化剤ガス導入部から前記領域に導入される前記酸化剤ガスの流量よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
5. 前記酸化剤ガス導入部は、前記領域において前記酸化剤ガス供給路から分岐する管であって、
   前記管の断面積は、前記管が分岐する位置における前記酸化剤ガス供給路の断面積よりも小さい、
   ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記酸化剤ガス吸引装置は、前記酸化剤ガスの吸引量を制御するための開閉弁を備える、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
7. 前記酸化剤ガス導入部は、前記酸化剤ガスの導入量を制御するための開閉弁を備える、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
8. 前記酸化剤ガス吸引装置は、前記酸化剤ガスを吸引する吸引口を有し、
   前記吸引口は、前記排気通路の排出口よりも高い位置で開口するように構成される、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
9. 前記領域には、前記燃料電池システムを構成する電気部品が配置され、
   前記電気部品は、前記酸化剤ガス導入部の開口部、または、前記酸化剤ガス吸引装置の吸引口の近傍に配置される、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
10. 前記領域には、前記燃料電池システムを構成する電気部品が配置され、
    前記電気部品は、前記酸化剤ガス導入部の吹き出し方向の延長線上、または前記酸化剤吸引装置の吸引口における吸い込み方向の延長線上に配置される、
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
11. 燃料ガスおよび酸化剤ガスで発電を行う燃料電池と、
    前記燃料電池を取り囲むように設けられた断熱材と、
    前記燃料電池と前記断熱材とを収容する筐体と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
    酸化剤ガス供給装置を用いて前記酸化剤ガスを前記筐体の外部から前記断熱材の内部に導入して前記燃料電池に供給するとともに、前記筐体の内部かつ前記断熱材の外部の領域に導入し、
    吸引した前記領域に挿入された前記酸化剤ガスを前記燃料電池からの排気とともに前記筐体の外部に排出する、
    ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。

Images