JP2016122536A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】小型化できる燃料電池システムを提供すること。
【解決手段】ファン５４と、ファン５４の送風方向の下流側に配置されるラジエータ５５と、ラジエータ５５の送風方向の下流側に配置され、ラジエータ５５により冷却される燃料電池３とを備え、燃料電池３は、ラジエータ５５を通過するファン５４からの送風を受けるように、ラジエータ５５の近傍に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、電解質膜と、電解質膜を挟んで対向するアノードおよびカソードとを備える単位セルが積層されるセルスタックを備えており、アノードに燃料が供給され、カソードに空気が供給されることにより、電気化学反応が生じ、それによって発電している。

このような燃料電池システムでは、ラジエータとファンとを備え、ファンからラジエータに送風することによりラジエータを冷却するとともに、ラジエータとセルスタックとの間において、冷却水を循環させることにより、セルスタックを冷却することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−９９２７３号公報

近年、単位セルの発電能力の向上に伴って、セルスタックが高温になる場合がある。セルスタックの温度が高くなると、それに伴い、ラジエータの冷却性能（熱交換容量）を向上させる必要がある。そうすると、ラジエータ、ひいては、燃料電池システムが大型化し、とりわけ、燃料電池システムを車載する際には不具合を生じる。

本発明の目的は、小型化できる燃料電池システムを提供することにある。

本発明の燃料電池システムは、ファンと、前記ファンの送風方向の下流側に配置されるラジエータと、前記ラジエータの前記送風方向の下流側に配置され、前記ラジエータにより冷却される燃料電池とを備え、前記燃料電池は、前記ラジエータを通過する前記ファンからの送風を受けるように、前記ラジエータの近傍に配置されていることを特徴としている。

本発明の燃料電池システムでは、ファンからの送風によりラジエータだけでなく燃料電池も冷却することができる。

そのため、要求されるラジエータの冷却性能を低減することができ、その結果、ラジエータ、ひいては、燃料電池システムを小型化することができる。

図１は、本発明の燃料電池システムの一実施形態を示す概略構成図である。 図２は、図１に示す燃料電池システムの要部拡大図である。

１．電動車両の全体構成
図１に示すように、電動車両１は、モータ４２を動力源とし、燃料電池３およびバッテリ４４を電源としてモータ４２を駆動させる電動車両である。電動車両１は、燃料電池システム２を搭載している。

燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、空気給排部５と、制御部７と、動力部８とを備えている。

（１）燃料電池
燃料電池３は、電動車両１の前端部に配置されている。

燃料電池３は、燃料成分を含む液体燃料が直接供給される直接液体燃料形燃料電池であり、カチオン交換型燃料電池またはアニオン交換型燃料電池として構成されている。

燃料成分としては、例えば、メタノールなどのアルコール類、ジメチルエーテルなどのエーテル類、ヒドラジンなどのヒドラジン類などが挙げられ、好ましくは、アルコール類およびヒドラジン類が挙げられ、さらに好ましくは、ヒドラジン類が挙げられる。

液体燃料としては、燃料成分をそのまま用いてもよいが、燃料成分を、例えば、水などで希釈して用いることができる。

燃料電池３は、燃料電池セル１１を備えている。なお、燃料電池３は、複数の燃料電池セル１１が積層されたスタック構造として構成される。

燃料電池セル１１は、膜電極接合体１２と、燃料供給部材１３、空気供給部材１４とを備えている。

膜電極接合体１２は、電解質膜１５と、アノード電極１６と、カソード電極１７とを備えている。

電解質膜１５は、カチオン交換型またはアニオン交換型の高分子電解質膜から形成されている。

アノード電極１６は、電解質膜１５の厚み方向一方側の表面に、薄層として積層されている。アノード電極１６は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。なお、アノード電極１６は、触媒担体を用いずに、触媒から、直接形成することもできる。

カソード電極１７は、電解質膜１５に対してアノード電極１６の反対側、すなわち、電解質膜１５の厚み方向他方側の表面に、薄層として積層されている。カソード電極１７は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。なお、カソード電極１７は、触媒担体を用いずに、触媒から、直接形成することもできる。

燃料供給部材１３は、膜電極接合体１２の厚み方向一方側に配置されている。燃料供給部材１３は、ガス不透過性の導電性材料から形成されている。燃料供給部材１３には、燃料流路１８が形成されている。なお、膜電極接合体１２と燃料供給部材１３との間には、図示しないガス拡散層が介在されている。

燃料流路１８は、燃料供給部材１３の厚み方向他方面に形成されている。燃料流路１８は、燃料供給部材１３の厚み方向他方面から厚み方向一方へ凹む凹溝であり、幅方向に折り返されながら、上下方向に延びる葛折り形状に形成されている。燃料流路１８は、アノード電極１６に向かい合っている。

空気供給部材１４は、膜電極接合体１２の厚み方向他方側に配置されている。空気供給部材１４は、ガス不透過性の導電性材料から形成されている。空気供給部材１４には、空気流路１９が形成されている。なお、膜電極接合体１２と空気供給部材１４との間には、図示しないガス拡散層が介在されている。

空気流路１９は、空気供給部材１４の厚み方向一方面に形成されている。空気流路１９は、空気供給部材１４の厚み方向一方面から厚み方向他方へ凹む凹溝であり、幅方向に折り返されながら、上下方向に延びる葛折り形状に形成されている。空気流路１９は、カソード電極１７に向かい合っている。

（２）燃料給排部
燃料給排部４は、第１タンク２１（原料タンク）、第２タンク２２（濃度調整タンク）、第１燃料供給ライン２３、第１ポンプ２８、開閉弁２９、第２燃料供給ライン２４、第２ポンプ３１、還流ライン２６、気液分離器３２および排気ライン２７を備えている。

第１タンク２１は、上記した液体燃料を貯蔵する。

第１タンク２１内における液体燃料の燃料成分濃度は、燃料成分の種類によっても異なるが、燃料成分がヒドラジンである場合には、例えば、１質量％以上、好ましくは、５質量％以上であり、例えば、６０質量％以下、好ましくは、４０質量％以下である。

第２タンク２２には、第１タンク２１からの液体燃料が希釈された状態で貯蔵されている。第２タンク２２には、図示しない温度センサーが設けられている。

第２タンク２２内における液体燃料の燃料成分濃度は、第１タンク２１内における液体燃料の燃料成分濃度よりも低い。より具体的には、第２タンク２２内における液体燃料の燃料成分濃度は、電動車両１の走行状態に応じて調整されるが、電動車両１が一定の速度で走行している場合には、例えば、１質量％以上、好ましくは、５質量％以上であり、例えば、２０質量％以下、好ましくは、１５質量％以下である。

第１燃料供給ライン２３は、第１タンク２１から第２タンク２２へ液体燃料を供給するための配管である。第１燃料供給ライン２３の供給方向上流端は、第１タンク２１の下端部に接続されている。第１燃料供給ライン２３の供給方向下流端は、第２タンク２２の下端部に接続されている。

第１ポンプ２８は、第１燃料供給ライン２３の途中に介在されている。第１ポンプ２８としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが挙げられる。

開閉弁２９は、第１燃料供給ライン２３の途中において、第１タンク２１と第１ポンプ２８との間に介在されている。開閉弁２９としては、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が挙げられる。

第２燃料供給ライン２４は、第２タンク２２内の液体燃料を燃料流路１８に供給するための配管である。第２燃料供給ライン２４の供給方向上流端は、第２タンク２２の下端部に接続されている。第２燃料供給ライン２４の供給方向下流端は、燃料流路１８の下端部（供給口）に連通するように、燃料供給部材１３の下端部に接続されている。

第２ポンプ３１は、第２燃料供給ライン２４の途中に介在されている。第２ポンプ３１としては、上記した第１ポンプ２８と同様の送液ポンプが挙げられる。

第２ポンプ３１の最大吐出量は、例えば、５Ｌ／分以上、好ましくは、１０Ｌ／分以上であり、また、例えば、１００Ｌ／分以下、好ましくは、４０Ｌ／分以下である。

還流ライン２６は、燃料流路１８から排出された液体燃料を第２タンク２２に還流するための配管である。還流ライン２６の還流方向上流端は、燃料流路１８の上端部（排出口）に連通するように、燃料供給部材１３の上端部に接続されている。還流ライン２６の還流方向下流端は、第２タンク２２の上端部に接続されている。これにより、第２タンク２２から、第２燃料供給ライン２４、燃料流路１８および還流ライン２６を順次介して第２タンク２２に戻る循環ラインが形成される。

気液分離器３２は、還流ライン２６の途中に介在されている。気液分離器３２は、燃料電池３の燃料流路１８から排出された排出液中の液体燃料と、ガス（気体）とを分離する。

排気ライン２７は、気液分離器３２で分離されたガスを排気するための配管である。排気ライン２７の排気方向上流端は、気液分離器３２に接続されている。排気ライン２７の排気方向下流端は、大気開放されている。なお、排気ライン２７の途中には、ガスを無害化および無臭化するための図示しない浄化装置が介在されている。

（３）空気給排部
空気給排部５は、空気供給ライン３３と、エアポンプ３５と、空気排出ライン３４とを備えている。

空気供給ライン３３は、空気流路１９内に空気を供給するための配管である。空気供給ライン３３の供給方向上流端は、大気開放されている。空気供給ライン３３の供給方向下流端は、空気流路１９の上端部（供給口）に連通するように、空気供給部材１４の上端部に接続されている。なお、空気供給ライン３３は、図２に示すように、後述する導風部５２の上方に配置されており、燃料電池３近傍において、後述する導風部５２の外部と内部とを連通し、その供給方向下流端が燃料電池３に接続するように配置されている。

エアポンプ３５は、空気供給ライン３３の途中に介在され、後述する導風部５２の上方に配置されている。エアポンプ３５としては、例えば、エアコンプレッサなどの公知の送気ポンプが挙げられる。

空気排出ライン３４は、空気流路１９から空気を排出するための配管である。空気排出ライン３４の排出方向上流端は、空気流路１９の下端部（排出口）に連通するように、空気供給部材１４の下端部に接続されている。空気排出ライン３４の排出方向下流端は、大気開放されている。なお、空気排出ライン３４は、後述する導風部５２の下方に配置されており、燃料電池３近傍において、後述する導風部５２の外部と内部とを連通し、その排出方向上流端が燃料電池３に接続するするように配置されている。

（４）制御部
制御部７は、ＥＣＵ４１を備えている。

ＥＣＵ４１は、電動車両１における電気的な制御を実行するコントロールユニット（すなわち、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータから構成されている。ＥＣＵ４１は、第１ポンプ２８、開閉弁２９、第２ポンプ３１、ファン５７、冷却ポンプ６２およびエアポンプ３５に電気的に接続されており、それらを制御する。また、ＥＣＵ４１には、第２タンク２２の温度センサー（図示せず）からの電気信号が入力される。

（５）動力部
動力部８は、電動車両１の前端部において、いわゆるエンジンルーム内に配置されている。動力部８は、モータ４２と、インバータ４３と、バッテリ４４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４５とを備えている。

モータ４２は、燃料電池３に電気的に接続されている。モータ４２は、燃料電池３またはバッテリ４４から出力される電気エネルギーを電動車両１の駆動力として機械エネルギーに変換する。モータ４２としては、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機などの公知の三相電動機などが挙げられる。

インバータ４３は、配線により、燃料電池３とモータ４２との間に電気的に接続されている。インバータ４３は、燃料電池３で発電された直流電力を交流電力に変換する。インバータ４３としては、例えば、公知のインバータ回路が組み込まれた電力変換装置などが挙げられる。

バッテリ４４は、燃料電池３とモータ４２との間の配線に電気的に接続されている。バッテリ４４としては、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池などの公知の二次電池などが挙げられる。バッテリ４４は、燃料電池３からの電力を蓄電可能、かつ、モータ４２に電力を供給可能である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４５は、配線により、燃料電池３とインバータ４３との間に電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４５は、ＥＣＵ４１にも電気的に接続されており、ＥＣＵ４１の制御により、燃料電池３の出力電圧を昇圧または降圧し、燃料電池３の電力およびバッテリ４４の入出力電力を調整する。
２．発電動作
次いで、図１を参照しながら、燃料電池システム２における発電について説明する。

電動車両１のイグニッションスイッチがオンされると、まず、ＥＣＵ４１の制御により、開閉弁２９が開放され、冷却ポンプ６２が停止した状態で、第２ポンプ３１、および、エアポンプ３５が駆動される。

このとき、第２ポンプ３１の吐出量は、例えば、４０Ｌ／分である。また、エアポンプ３５の吐出量は、例えば、１０００Ｌ／分である。

すると、第２タンク２２内の液体燃料は、第２燃料供給ライン２４を介して燃料電池３の燃料流路１８に供給される。

燃料流路１８に供給された液体燃料は、アノード電極１６と接触しながら燃料流路１８内を下側から上側へ流れて、還流ライン２６へ排出される。

なお、第１タンク２１内の液体燃料は、ＥＣＵ４１の制御によって第１ポンプ２８の送液量が調整されることにより、第２タンク２２内の液体燃料の燃料成分濃度を調整するように、第２燃料供給ライン２４を介して、逐次、第２タンク２２に供給される。

また、電動車両１の外部からの空気は、空気供給ライン３３を介して、燃料電池３の空気流路１９に供給される。なお、空気は、酸素および水蒸気（つまり、水）を含んでいる。また、空気供給ライン３３は、図２に示すように、後述する導風部５２の上方にあるため、その導風部５２の内部の送風により、空気供給ライン３３内の空気は、温度が高くなることはない。

空気流路１９に供給された空気は、カソード電極１７と接触しながら空気流路１９内を上側から下側へ流れて空気排出ライン３４へ排出される。なお、空気排出ライン３４は、図２に示すように、後述する導風部５２の下方にあるため、その導風部５２の内部の送風により、空気供給ライン３３内の空気は冷却されない。すなわち、空気排出ライン３４内の空気は、後述する燃料電池３での反応により温度が高いまま（例えば、６０℃）空気排出ライン３４から電動車両１の外部へ排出される。

このとき、燃料電池３では、電解質膜１５がアニオン交換型の高分子電解質膜であり、燃料成分がヒドラジンである場合には、下記反応式（１）〜（３）で表される電気化学反応が生じ、発電が行なわれる。
（１） Ｎ_２Ｈ_４＋４ＯＨ⁻→Ｎ_２＋４Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻ （アノード電極１６での反応）
（２） Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻ （カソード電極１７での反応）
（３） Ｎ_２Ｈ_４＋Ｏ_２→Ｎ_２＋２Ｈ_２Ｏ （燃料電池３全体での反応）
なお、電解質膜１５がアニオン交換型の高分子電解質膜であり、燃料成分がメタノールである場合には、下記反応式（４）〜（６）で表される電気化学反応が生じ、発電が行なわれる。
（４） ＣＨ_３ＯＨ＋６ＯＨ⁻→ＣＯ_２＋５Ｈ_２Ｏ＋６ｅ⁻ （アノード電極１６での反応）
（５） Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻ （カソード電極１７での反応）
（６） ＣＨ_３ＯＨ＋３／２Ｏ_２→ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ （燃料電池３全体での反応）
これらの反応により、アノード電極１６において燃料成分（Ｎ_２Ｈ_４またはＣＨ_３ＯＨ）が消費され、カソード電極１７において酸素（Ｏ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）が消費されるとともに、生成物の一例としての水（Ｈ_２Ｏ）およびガス（Ｎ_２またはＣＯ_２）が生成され、起電力（ｅ⁻）が発生される。発生した起電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４５によって変圧され、インバータ４３により三相交流電力に変換された後、モータ４２に供給されて、電動車両１の車輪を駆動させる機械エネルギーに変換される。なお、機械エネルギーに変換されなかった余剰の電力は、バッテリ４４に蓄電される。

そして、燃料電池３から還流ライン２６に排出された排出液は、上記の電気化学反応において残存した燃料成分と、上記の電気化学反応により生成する水とが含まれており、気液分離器３２において、ガス成分（上記電気化学反応により生じるガス（Ｎ_２またはＣＯ_２））と分離されて、第２タンク２２に供給される。

そして、第２タンク２２に供給された排出液は、再度、第２燃料供給ライン２４を介して燃料電池３の燃料流路１８に供給される。

このようにして、燃料電池システム２において発電されるが、この燃料電池システム２では、発電の際、燃料電池３が発熱する。その燃料電池３、ひいては、燃料電池システム２を冷却するため、冷却部６を備えている。

その冷却部６の構成、および、燃料電池システム２の冷却方法について、図２を参照して、以下で詳述する。
３．冷却部の詳細
冷却部６は、電動車両１のフロントエンドモジュール５０の後側に配置されており、導風部５２と、ファン５４と、ラジエータ５５と、冷却ライン６１と、冷却ポンプ６２とを備えている。

フロントエンドモジュール５０は、フロントグリル５１、ヘッドランプ（図示せず）およびバンパー（図示せず）を備えており、電動車両１の前端部に配置されている。

フロントグリル５１は、電動車両１の前面部に配置される吸気口であり、空気を前側から冷却部６に取り込めるようにメッシュ状に形成されている。

導風部５２と、ファン５４と、ラジエータ５５とは、電動車両１のフロントエンドモジュール５０に設けられている。

導風部５２は、図２に示すように、略角筒形状に形成されており、前後方向において開口され、フロントエンドモジュール５０と連続して設けられている。導風部５２は、その前端部が、フロントグリル５１の吸気口を囲んでいる。導風部５２は、前後方向に延びる上壁、下壁および両側壁を備えている。導風部５２の上壁は、フロントグリル５１の上端縁から後方に延び、導風部５２の下壁は、前側から順に第１下壁５２Ａ、第２下壁５２Ｂおよび第３下壁５２Ｃを備え、フロントグリル５１の下端縁から後方に延びている。なお、図示していないが、導風部５２の両側壁は、フロントグリル５１の左右（前後方向および上下方向に直交する方向）両端縁から後方に延びている。

第１下壁５２Ａに対して、第３下壁５２Ｃは上方に配置されている。

第２下壁５２Ｂは、前端部が第１下壁５２Ａの後端部に接続し、前側から後側に向かうに従って上方に傾斜しており、その後端部が、第３下壁５２Ｃに接続している。

導風部５２は、ファン５４、ラジエータ５５および燃料電池３を収容している。つまり、ファン５４、ラジエータ５５および燃料電池３は、導風部５２の上壁と下壁との間に配置されている。

ファン５４は、フロントグリル５１の後側に配置され、導風部５２の第１下壁５２Ａの上方に配置されている。ファン５４は、回転することにより、フロントグリル５１の吸気口から取り込んだ空気を前側から後側へと送風し、ラジエータ５５および燃料電池３にその空気を送っている。ファン５４としては、特に限定されず、公知のファンを適用することができる。

ラジエータ５５は、ファン５４の後側（送風方向の下流側）に配置され、導風部５２の第１下壁５２Ａの上方に配置されている。ラジエータ５５としては、特に限定されず、公知のラジエータを適用することができる。ラジエータ５５は、複数のチューブ（図示せず）を有するラジエータコア（図示せず）を備え、冷却ライン６１を介して供給される第２タンク２２内の液体燃料を、複数のチューブ（図示せず）を通過するときに、空気との熱交換によって冷却する。

燃料電池３は、ラジエータ５５の後側（送風方向の下流側）に配置され、その前側が導風部５２の第２下壁５２Ｂの上方に、その後側が導風部５２の第３下壁５２Ｃの上方に配置されている。そして、燃料電池３は、ラジエータ５５を通過するファン５４からの送風を受けるように、ラジエータ５５の近傍に配置されている。

なお、フロントグリル５１の前後方向における投影面は、ファン５４、ラジエータ５５および燃料電池３の前後方向における投影面と重なっており、ファン５４およびラジエータ５５の前後方向における投影面は、燃料電池３の前後方向における投影面に重なっている。

ラジエータ５５の後端部と燃料電池３の前端部との距離は、例えば、３ｃｍ以上であり、また、例えば、３０ｃｍ以下である。

ラジエータ５５の後端部と燃料電池３の前端部との距離が上記範囲内であれば、燃料電池３の温度を比較的均一に保ちながら、燃料電池３を冷却することができる。

そのため、燃料電池３の温度を正確に管理することができる。

冷却ライン６１は、図１を参照して、第２タンク２２内の液体燃料をラジエータ５４に通過させた後、ラジエータ５５を通過した液体燃料を第２タンク２２に再供給するための配管である。つまり、冷却ライン６１は、第２タンク２２内の液体燃料を循環させる配管である。冷却ライン６１は、ラジエータ５５よりも通過方向上流側に配置される上流側ライン６３と、ラジエータ５５よりも通過方向下流側に配置される下流側ライン６４とを備えている。

上流側ライン６３の通過方向上流端は、第２タンク２２における高温の液体燃料が滞留している部分、具体的には、還流ライン２６の還流方向下流端が接続されている部分の近傍に接続されている。上流側ライン６３の通過方向下流端は、ラジエータ５５の流入口５６に接続されている。

下流側ライン６４の通過方向上流端は、ラジエータ５５の流出口５７に接続されている。下流側ライン６４の通過方向下流端は、第２タンク２２における低温の液体燃料が滞留している部分、具体的には、第１燃料供給ライン２３の供給方向下流端が接続されている部分の近傍に接続されている。

冷却ポンプ６２は、上流側ライン６３の途中に介在されている。冷却ポンプ６２としては、上記した第１ポンプ２８と同様の送液ポンプが挙げられる。なお、冷却ポンプ６２は、下流側ライン６４の途中に介在させることもできる。

冷却ポンプ６２の最大吐出量は、第２ポンプ３１の最大吐出量よりも少なく、例えば、１Ｌ／分以上、好ましくは、２Ｌ／分以上であり、また、例えば、２０Ｌ／分以下、好ましくは、１０Ｌ／分以下である。
４．燃料電池システムの冷却方法
次いで、冷却部６による燃料電池システム２の冷却方法について詳述する。

燃料電池３から排出された液体燃料が第２タンク２２に供給されると、ＥＣＵ４１の制御により、冷却ポンプ６２が駆動される。

このとき、冷却ポンプ６２の吐出量は、例えば、１０Ｌ／分である。

冷却ポンプ６２が駆動されると、第２タンク２２内の液体燃料は、冷却ライン６１の上流側ライン６３を介してラジエータ５５の流入口５６に供給される。

ラジエータ５５の流入口５６に供給された液体燃料は、ラジエータコア（図示せず）の複数のチューブ（図示せず）に分かれて供給され、複数のチューブ（図示せず）をラジエータ５５の下側から上側に通過するときに、電動車両１の前方向からフロントグリル５１から冷却部６に取り込まれた空気によって冷却（熱交換）される。

ラジエータ５５に到達した空気の温度は、電動車両１の外部の気温（外気温）と同じである。

このとき、第２タンク２２に設けられる温度センサーにより、第２タンク２２内の液体燃料の温度が所定の温度（例えば、６０℃）を超過していた場合には、ＥＣＵ４１の制御により、ファン５４が駆動して、冷却部６には、さらなる空気が取り込まれる。そして、その空気によりラジエータ５５がさらに冷却（熱交換）される。

これにより、ラジエータ５５内の液体燃料の温度は、例えば、４０℃以上、例えば、６０℃未満に調整される。

ラジエータ５５を冷却し、ラジエータ５５と熱交換した空気は、拡散またはファン５４による送風により、燃料電池３を通過して、燃料電池３が冷却（熱交換）される。

燃料電池３に到達した空気の温度は、ラジエータ５５に到達した空気の温度よりも高く、燃料電池３の温度よりは低い。

このとき、図２に示すように、導風部５２の下壁として、前側から後側に向かうに従って上方に傾斜した第２下壁５２Ｂが形成されていることにより、ファン５４から送風され、ラジエータ５５を通過した空気は、第２下壁５２Ｂに沿って、燃料電池３の周辺部を確実に通過する。

その後、ラジエータ５５で冷却された液体燃料は、ラジエータ５５の流出口５７から、冷却ライン６１の下流側ライン６４を介して、再度、第２タンク２２に供給される。

これにより、第２タンク２２内の液体燃料の温度は、具体的には、６０℃以上、好ましくは、６５℃以上、例えば、７０℃以下に調整される。

なお、第２タンク２２内の液体燃料の温度が所定の温度（例えば、４０℃）未満になった場合には、ＥＣＵ４１の制御により、ファン５４が停止する。

そして、そのように冷却された第２タンク２２内の液体燃料が供給されること、および、ラジエータ５５で暖められた空気の送風により、燃料電池３（燃料電池セル１１）の温度は、電動車両１の走行に十分な電力を発電可能となる定常運転において、具体的には、７０℃以上、好ましくは、７５℃以上、例えば、８０℃以下に調整される。

すなわち、燃料電池３は、ラジエータ５５および冷却部６内の空気により冷却されている。

なお、電動車両１の定速走行に十分な電力は、電動車両１の重量や、モータ４２の出力などのバランスを考慮して適宜設定されるが、例えば、５ｋＷ以上、好ましくは、１０ｋＷ以上、例えば、２０ｋＷ以下、好ましくは、１５ｋＷ以下である。
５．作用効果
この燃料電池システム２によれば、図１に示すように、第２タンク２２内の液体燃料を燃料電池３に供給する第２燃料供給ライン２４および第２ポンプ３１と、第２タンク２２内の液体燃料を循環させる冷却ライン６１と、冷却ライン６１に介在されるラジエータ５５と、第２タンク２２内の液体燃料をラジエータ５５に搬送する冷却ポンプ６２とを備えている。

そのため、第２タンク２２内の液体燃料を、ラジエータ５５で冷却し、冷却された液体燃料を、第２燃料供給ライン２４を介して燃料電池３に供給して、燃料電池３を冷却することができる。

これにより、第２タンク２２からの燃料供給により、燃料電池３における発電と、燃料電池３の冷却とを同時に実現することができる。その結果、燃料電池３の小型化を図ることができる。

また、この燃料電池システム２によれば、図１に示すように、ファン５４と、ファン５４の送風方向の下流側に配置されるラジエータ５５と、ラジエータ５５の送風方向の下流側に配置され、ラジエータ５５により冷却される燃料電池３とを備え、燃料電池３は、ラジエータ５５を通過するファン５４からの送風を受けるように、ラジエータ５５の近傍に配置されている。

そのため、ファン５４からの送風によりラジエータ５５だけでなく、燃料電池３も冷却することができる。

これにより、要求されるラジエータ５５の冷却性能を低減することができ、その結果、ラジエータ５５、ひいては、燃料電池システム２を小型化することができる。

また、燃料電池３は、ファン５４からの送風を、その前側（送風方向の上流側）でのみ受けるため、フロントグリル５１により取り込んだ空気（例えば、２０℃）をその温度のまま送風して、燃料電池３を冷却すると、燃料電池３の送風方向上流側のみが急激に冷却され、燃料電池３の送風方向上流側と送風方向下流側とで、温度差が生じ、液体燃料および燃料電池３の正確な温度管理に不具合を生じる場合がある。

しかし、この燃料電池システム２によれば、ファン５４から送風された空気は、ラジエータ５５を通過し、すぐに燃料電池３に到達する。

そのため、送風された空気は、ラジエータ５５により暖められ、暖められたまま（例えば、４０℃）燃料電池３に到達し、暖められ燃料電池３に到達した空気は、ラジエータ５５に到達した空気の温度より高く、燃料電池３の温度よりも低いため、燃料電池３の送風方向上流側は、その空気により比較的緩やかに冷却される。

これにより、燃料電池３の送風方向上流側と送風方向下流側との温度差は、ラジエータ５５を通過させずに送風して燃料電池３を冷却した場合と比べて小さくなる。

その結果、燃料電池３を送風により冷却できながら、燃料電池３の送風方向上流側を冷却しすぎず、液体燃料および燃料電池３の温度を比較的均一のままにすることができるため、液体燃料および燃料電池３の温度を正確に管理することができる。

また、この燃料電池システム２によれば、導風部５２により、ラジエータ５５を通過したファン５４からの送風を、燃料電池３に誘導することができる。

そのため、ファン５４からの送風を、燃料電池３に効率よく当てることができ、その結果、燃料電池３を効率よく冷却することができる。

なお、本実施形態においては、ラジエータ５５に循環させる冷却媒体として、液体燃料を用いたが、別途、冷却水用の流路を燃料電池システム２内に形成し、燃料電池３とラジエータ５５との間を冷却水で循環させてもよい。

また、本実施形態においては、導風部５２の下壁として、前側から後側に向かうに従って上方に傾斜した第２下壁５２Ｂを形成したが、前後方向に開口されており、燃料電池３にファン５４からの送風ができる限り当たるようにできれば、導風部５２の筒の形状については、特に制限されない。

２ 燃料電池システム
３ 燃料電池
４ 燃料給排部
５ 空気給排部
６ 冷却部
１６ アノード電極
１７ カソード電極
２２ 第２タンク
２４ 第２燃料供給ライン
３１ 第２ポンプ
５０ フロントエンドモジュール
５１ フロントグリル
５２ 導風部
５４ ファン
５５ ラジエータ
６１ 冷却ライン
６２ 冷却ポンプ

Claims (1)

1. ファンと、
   前記ファンの送風方向の下流側に配置されるラジエータと、
   前記ラジエータの前記送風方向の下流側に配置され、前記ラジエータにより冷却される燃料電池と
   を備え、
   前記燃料電池は、前記ラジエータを通過する前記ファンからの送風を受けるように、前記ラジエータの近傍に配置されていることを特徴とする、燃料電池システム。

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