JP2019164948A

JP2019164948A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP2019164948A
Application number: JP2018053032A
Authority: JP
Inventors: 高基中川; Takaki Nakagawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2019-09-26
Anticipated expiration: 2038-03-20
Also published as: JP7077699B2

Abstract

【課題】ボルテックスチューブにおける冷気と暖気との分離性能の低下を抑制できる燃料電池システムを得る。【解決手段】本燃料電池システム１０では、膨張機３６における水素の断熱膨張の過程で水素の内部エネルギーが出力軸３８の回転に供され、これによって、コンプレッサ６４が駆動される。コンプレッサ６４は、外気Ｗ２を吸引して圧縮し、ボルテックスチューブ７６へ供給する。このため、ボルテックスチューブ７４における冷気Ｗ５と暖気Ｗ４との分離性能の低下を抑制できる【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池スタックを構成するセルのアノードには水素を含んだ燃料ガスが供給され、セルのカソードには酸化剤としての酸素を含んだ空気が供給される。セルでは、水素と酸素との電気化学反応によって発電されると共に、カソード側からは、水素と酸素との電気化学反応によって生成された水と、水素との反応に供された酸素以外の成分のガスが排出される。このカソード側から排出されたガスが供給ガスとしてボルテックスチューブへ供給され、ボルテックスチューブから排出された冷気及び暖気の一方によって燃料電池スタックを冷却又は加熱することも考えられている（一例として、下記特許文献１を参照）。

一方で、ボルテックスチューブに供給される供給ガスに水分が含まれていると、ボルテックスチューブにおける冷気と暖気との分離性能が低下することが知られている。

特開２００８−２２６６７６号公報

本発明は、上記事実を考慮して、ボルテックスチューブにおける冷気と暖気との分離性能の低下を抑制できる燃料電池システムを得ることが目的である。

請求項１に記載の燃料電池システムは、燃料ガスの水素と酸化剤ガスの酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池の燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックへの前記燃料ガスの供給路に設けられ、高圧状態の前記燃料ガスが供給されることによって前記燃料ガスが膨張されて減圧される膨張機と、前記燃料ガスが前記膨張機で減圧されることで生じるエネルギーによって駆動され、駆動されることによって外気を吸引すると共に、前記外気を圧縮して排気するコンプレッサと、前記コンプレッサから排気された前記外気が供給ガスとして供給され、前記供給ガスを前記供給ガスよりも高温の暖気と前記供給ガスよりも低温の冷気とに分離するボルテックスチューブと、前記燃料電池スタックを冷却する冷媒の流路に設けられると共に、前記ボルテックスチューブから供給された前記冷気と前記冷媒との間で熱交換されることによって前記冷媒を冷却可能なラジエータと、を備えている。

請求項１に記載の燃料電池システムでは、燃料ガスが膨張機で膨張されて減圧されることで生じるエネルギーによってコンプレッサが駆動され、コンプレッサによって吸引された外気は、圧縮されて排気される。このようにコンプレッサから排気された外気は、供給ガスとしてボルテックスチューブへ供給される。ボルテックスチューブにおいて供給ガスは、暖気と冷気とに分離され、この冷気は、ラジエータへ供給される。ラジエータには、冷媒の流路に設けられており、ボルテックスチューブから供給された冷気と冷媒との間で熱交換されることによって冷媒が冷却され、この冷媒によって燃料電池スタックが冷却される。

ここで、本燃料電池システムでは、コンプレッサによって圧縮された外気が供給ガスとしてボルテックスチューブに供給される。このため、供給ガスに含まれる水分量が多くなることを抑制でき、ボルテックスチューブにおける供給ガスの分離性能の低下を抑制できる。

なお、以上の請求項１に記載の燃料電池システムは、車両の車両後側部分に設けられ、前記暖気を車両後側へ噴出する暖気噴出部を備える構成にしてもよい。

このような構成の燃料電池システムでは、ボルテックスチューブにおいて供給ガスとしての外気が分離されることによって形成された暖気は、暖気噴出部から噴出される。ここで、暖気噴出部は、車両の車両後側部分に設けられ、暖気は、暖気噴出部から車両後側へ噴出される。これによって、車両走行時に車両表面を空気が流れることによって車両背面の車両後側で乱流が発生することを抑制できる。

以上、説明したように、請求項１に記載の燃料電池システムでは、ボルテックスチューブにおける冷気と暖気との分離性能の低下を抑制できる。

本発明の一実施の形態に係る燃料電池システムの構成を示す水素、冷却液等の回路図である。本発明の一実施の形態に係る燃料電池システムが適用された車両の側面図である。

次に、本発明の一実施の形態について説明する。なお、図２において矢印ＦＲは、本実施の形態に係る燃料電池システム１０が適用された車両１２の車両前側を示し、矢印ＵＰは、車両上側を示す。但し、図１における紙面左右方向、紙面上下方向等と、車両１２を基準とする各方向とは基本的に関係ない。

＜本実施の形態の構成＞
図１に示されるように、本実施の形態に係る燃料電池システム１０は、燃料電池を構成する燃料電池スタック１４を備えている。燃料電池スタック１４は、複数のセルを備えている。燃料ガスとしての水素がセルの正極（アノード、燃料極）と正極側のセパレータとの間を流れ、酸化剤としての酸素を含む空気がセルの負極（カソード、空気極）と負極側のセパレータとの間を流れることによって電気化学反応が生じ、これによって、発電される。

燃料電池スタック１４は、車両１２に搭載された駆動ドライバを介して駆動装置としての車両駆動モータへ電気的に接続されており、燃料電池スタック１４から車両駆動モータへ電力が供給されることによって車両駆動モータが駆動される。車両駆動モータの出力軸は、車両１２の駆動輪１６（図２参照）へ機械的に接続されており、車両駆動モータの駆動力が駆動輪１６へ伝わることによって車両１２は、走行できる。

また、燃料電池スタック１４のセルの近傍には、冷却液流路１８が配置されており、冷却液流路１８には冷媒としての冷却液が流れる。冷却液は、例えば、水に凍結防止剤、防腐剤等の添加剤が添加されることによって形成されている。燃料電池スタック１４のセルにおける水素と酸素との電気化学反応は、発熱を伴うが、冷却液が燃料電池スタック１４のセルの近傍を通過した際にセルと冷却液との間で熱が交換されることによってセルが冷却される。

この冷却液流路１８の両端は、熱交換器又は第１熱交換器としてのラジエータ２０へ接続されており、冷却液は、ラジエータ２０を通過する。図２に示されるように、ラジエータ２０は、例えば、車両１２のエンジンルーム内におけるラジエータグリルの車両後側に配置される。車両が走行すると、走行風Ｗ１（図２参照）がラジエータグリルを通ってエンジンルーム内に入る。このようにエンジンルーム内に入った走行風Ｗ１がラジエータ２０を通過する。走行風Ｗ１がラジエータ２０を通過した際に、走行風Ｗ１とラジエータ２０を通過する冷却液との間で熱が交換されることによって、冷却液が冷却される。

一方、本燃料電池システム１０は、タンク２２を備えている。タンク２２には、上述した燃料ガスとしての水素が高圧の状態で貯蔵されている。タンク２２の、例えば、口金部分には仕切弁２４が設けられている。仕切弁２４の排出ポートには、供給路としての燃料ガス流路２６を構成するメイン流路２８の一端が接続されている。メイン流路２８の他端は、燃料電池スタック１４の正極側の供給ポートへ接続されており、タンク２２は、仕切弁２４及びメイン流路２８を介して燃料電池スタック１４へ接続されている。

メイン流路２８の中間部には、第１調圧弁３０が設けられている。第１調圧弁３０の供給ポートは、メイン流路２８によって仕切弁２４の排出ポートへ接続されている。第１調圧弁３０は、例えば、減圧弁によって構成されている。第１調圧弁３０よりもメイン流路２８の下流側での水素（すなわち、第１調圧弁３０の排出ポートから流れ出る水素）の圧力は、第１調圧弁３０によって一定に保たれている。また、メイン流路２８における第１調圧弁３０の供給ポートと仕切弁２４の排出ポートとの間には、第１圧力センサ３２が接続されており、例えば、タンク２２内の水素の圧力等が第１圧力センサ３２によって検出されている。

一方、第１調圧弁３０の排出ポートは、メイン流路２８によって第１制御弁３４の供給ポートへ接続されており、第１制御弁３４よりも下流側での水素（すなわち、第１制御弁３４の排出ポートから流れ出る水素）の流量が第１制御弁３４によって制御されている。第１制御弁３４の排出ポートは、メイン流路２８によって膨張機３６の供給ポートへ接続されており、第１制御弁３４を流れた水素は、メイン流路２８を流れて膨張機３６へ供給される。膨張機３６へ供給された水素は、膨張機３６において断熱膨張されて減圧される。膨張機３６は、出力軸３８を備えており、膨張機３６における水素の断熱膨張の過程で水素の内部エネルギーは、出力軸３８の回転に供される。これにより、水素の温度は、断熱膨張の過程で下がる。

膨張機３６の排出ポートは、メイン流路２８によって第２熱交換器４０へ接続されており、膨張機３６にて減圧、膨張された水素は、第２熱交換器４０へ供給される。第２熱交換器４０には、冷却液流路１８の一部が配置されている。燃料電池スタック１４を通った冷却液は、第２熱交換器４０を流れ、第２熱交換器４０では、水素と冷却液との間で熱交換が行なわれる。第２熱交換器４０の膨張機３６とは反対側には、サブタンク４２が設けられている。サブタンク４２は、メイン流路２８によって第２熱交換器４０に接続されており、第２熱交換器４０を通った水素は、サブタンク４２に蓄えられる。

サブタンク４２の第２熱交換器４０とは反対側には、第１インジェクタ４４が設けられており、第１インジェクタ４４のサブタンク４２とは反対側には、エジェクタ４６が設けられている。サブタンク４２、第１インジェクタ４４、エジェクタ４６は、メイン流路２８によって接続され、更に、エジェクタ４６は、メイン流路２８によって燃料電池スタック１４の正極側の供給ポートへ接続されている。サブタンク４２に蓄えられた水素は、第１インジェクタ４４及びエジェクタ４６によって燃料電池スタック１４の正極側の供給ポートへ流れて燃料電池スタック１４のセルの正極（アノード、燃料極）と正極側のセパレータとの間へ流れる。また、メイン流路２８におけるサブタンク４２と第１インジェクタ４４との間には、第２圧力センサ４８が設けられており、サブタンク４２内の水素の圧力等が第２圧力センサ４８によって検出されている。

一方、燃料電池スタック１４の正極側の排出ポートには、排気流路５０の一端へ接続されている。排気流路５０の他端は、上記のエジェクタ４６へ接続されている。排気流路５０の中間部には、気液分離器５２が設けられており、燃料電池スタック１４の正極側の排出ポートから排出された排気は、気液分離器５２に流れる。

気液分離器５２の液体排出ポートは、排水弁５４へ接続されており、燃料電池スタック１４の正極側の排出ポートからの排気に含まれる水分は、排水弁５４から排出される。これに対して、気液分離器５２の気体排出ポートは、排気流路５０を介してエジェクタ４６へ接続されている。気液分離器５２において水分が分離された排気は、エジェクタ４６へ流れ、第１インジェクタ４４からエジェクタ４６へ流れた水素と共に燃料電池スタック１４の正極側の供給ポートへ流れる。

また、メイン流路２８における仕切弁２４と第１調圧弁３０との間には、メイン流路２８と共に燃料ガス流路２６を構成するバイパス流路５６の一端が接続されている。バイパス流路５６には、第２制御弁５８が設けられており、バイパス流路５６の第２制御弁５８よりも一端側は、第２制御弁５８の供給ポートへ接続されている。第２制御弁５８が開放されてメイン流路２８の第１制御弁３４が閉塞される（すなわち、第１制御弁３４を介して流れる水素の流量が「０」になる）と、水素は、バイパス流路５６を流れる。

バイパス流路５６の第２制御弁５８よりも他端側には、第２調圧弁６０が設けられており、第２制御弁５８の排出ポートと第２調圧弁６０の供給ポートとがバイパス流路５６によって接続されている。第２調圧弁６０は、例えば、減圧弁によって構成されている。第２調圧弁６０よりもバイパス流路５６の下流側での水素（すなわち、第２調圧弁６０の排出ポートから流れ出る水素）の圧力は、第２調圧弁６０によって一定に保たれている。

バイパス流路５６の第２制御弁５８よりも他端側には、第２インジェクタ６２が設けられており、更に、バイパス流路５６の第２インジェクタ６２よりも他端側は、メイン流路２８における第１インジェクタ４４とエジェクタ４６との間に接続され、第２調圧弁６０の排出ポートから流れ出た水素は、第２インジェクタ６２を通ってエジェクタ４６へ流れる。すなわち、本実施の形態では、第２制御弁５８が開放されてメイン流路２８の第１制御弁３４が閉塞されると、水素は、バイパス流路５６を流れ、更に、エジェクタ４６を介して燃料電池スタック１４の正極側の供給ポートへ流れる。

一方、本燃料電池システム１０は、コンプレッサ６４を備えている。コンプレッサ６４は、入力軸６６を備えている。入力軸６６は、回転力伝達機構の一態様であるタイミングベルト６８を介して膨張機３６の出力軸３８へ機械的に連結されている。膨張機３６の出力軸３８の回転力は、タイミングベルト６８を介してコンプレッサ６４の入力軸６６へ伝達される。膨張機３６の出力軸３８の回転力がコンプレッサ６４の入力軸６６へ伝達されることによってコンプレッサ６４が駆動される。

コンプレッサ６４は、吸気部７０と排気部７２とを備えており、コンプレッサ６４が駆動されると、外気Ｗ２が吸気部７０から吸入される。この吸気部７０は、燃料ガス流路２６及び冷却液流路１８の系外とされ、また、燃料電池スタック１４の負極側の排出ポートへも接続されていない。吸気部７０で吸入された外気Ｗ２は、コンプレッサ６４にて圧縮されて圧縮空気Ｗ３としてコンプレッサ６４の排気部７２から排出される。

コンプレッサ６４の排気部７２は、ボルテックスチューブ７４の供給口７６へ接続されており、コンプレッサ６４からの圧縮空気Ｗ３は、ボルテックスチューブ７４の供給口７６からボルテックスチューブ７４内に入る。圧縮空気Ｗ３は、螺旋状の第１螺旋気流となってボルテックスチューブ７４の中心軸方向一方（図１の矢印Ａ方向）の側へ流れ、第１螺旋気流の一部は、ボルテックスチューブ７４の暖気排出部７８から排出される。

暖気排出部７８から排出されなかった第１螺旋気流は、螺旋状の第２螺旋気流となって第１螺旋気流の内側（ボルテックスチューブ７４の中心軸側）をボルテックスチューブ７４の中心軸方向他方（図１の矢印Ｂ方向）の側へ流れ、ボルテックスチューブ７４の冷気排出部８０から排出される。このように圧縮空気Ｗ３が第１螺旋気流、第２螺旋気流となってボルテックスチューブ７４内を流れると、第１螺旋気流と第２螺旋気流との間で熱交換が行なわれる。これによって、ボルテックスチューブ７４の暖気排出部７８からは、外気Ｗ２よりも高温の暖気Ｗ４が排出され、ボルテックスチューブ７４の冷気排出部８０からは、外気Ｗ２よりも低温の冷気Ｗ５が排出される。

ボルテックスチューブ７４の冷気排出部８０には、冷気流路８２の一端が接続されており、冷気排出部８０から排出された冷気Ｗ５は、冷気流路８２の内側を冷気流路８２の他端側へ流れる。冷気流路８２の他端には、冷気ノズル８４が設けられている。図１及び図２に示されるように、冷気ノズル８４は、車両１２のエンジンルーム内におけるラジエータ２０の車両前下側に配置されており、冷気ノズル８４は、ラジエータ２０の車両前側の空間Ｓ（図１参照）に冷気Ｗ５を噴射できる。

一方、ボルテックスチューブ７４の暖気排出部７８には、暖気流路８６の一端が接続されており、暖気排出部７８から排出された暖気Ｗ４は、暖気流路８６の内側を暖気流路８６の他端側へ流れる。暖気流路８６の他端には、暖気ノズル８８が設けられている。図２に示されるように、暖気ノズル８８は、車両１２の車両後側端部又は車両後側端部近傍に配置されており、暖気ノズル８８は、車両１２の車両後側へ暖気Ｗ４を噴射できる。

＜本実施の形態の作用、効果＞
次に、本実施の形態の作用並びに効果について説明する。

本燃料電池システム１０では、第２制御弁５８が閉塞されて第１制御弁３４が開放されると、第１制御弁３４での弁開度に応じた流量の水素が燃料ガス流路２６のメイン流路２８を流れる。第１制御弁３４を流れた水素は、膨張機３６へ供給され、水素は、膨張機３６において断熱膨張されて減圧される。さらに、この膨張機３６における水素の断熱膨張の過程で水素の内部エネルギーは、出力軸３８の回転に供される。これにより、水素の温度は、断熱膨張の過程で下がる。

このようにして、膨張機３６において減圧、膨張された水素は、第２熱交換器４０へ供給され、第２熱交換器４０において、水素は、冷却液流路１８を流れる冷却液との間で熱交換されてサブタンク４２に蓄えられる。サブタンク４２から第１インジェクタ４４を介してエジェクタ４６へ流れた水素は、燃料電池スタック１４の正極側の供給ポートへ流れて燃料電池スタック１４のセルの正極と正極側のセパレータとの間へ流れる。この状態で、空気がセルの負極と負極側のセパレータとの間を流れると、空気に含まれる酸素と水素とで電気化学反応が生じ、これによって発電される。

このようにして燃料電池スタック１４で生じた電力が、車両１２に搭載された駆動ドライバを介して駆動装置としての車両駆動モータへ供給されることによって車両駆動モータが駆動され、車両１２の駆動輪１６（図２参照）が回転される。これによって、車両１２は、走行できる。

一方、上記のように、膨張機３６における水素の断熱膨張の過程で水素の内部エネルギーは、膨張機３６の出力軸３８の回転に供される。これによって出力軸３８が回転されると、出力軸３８の回転力は、タイミングベルト６８によってコンプレッサ６４の入力軸６６へ伝達され、入力軸６６が回転される。これによって、コンプレッサ６４が駆動されると、外気Ｗ２がコンプレッサ６４の吸気部７０から吸入される。

吸気部７０で吸入された外気Ｗ２は、コンプレッサ６４にて圧縮されて圧縮空気Ｗ３となる。この圧縮空気Ｗ３は、コンプレッサ６４の排気部７２から排出され、ボルテックスチューブ７４の供給口７６へ供給される。圧縮空気Ｗ３がボルテックスチューブ７４の供給口７６からボルテックスチューブ７４内に入り、圧縮空気Ｗ３が、第１螺旋気流及び第２螺旋気流となってボルテックスチューブ７４内を流れることによって、ボルテックスチューブ７４の冷気排出部８０から外気Ｗ２よりも低温の冷気Ｗ５が排出される。ボルテックスチューブ７４の冷気排出部８０から排出された冷気Ｗ５は、冷気流路８２を流れて冷気ノズル８４から噴射される。

ここで、冷気ノズル８４は、車両１２のエンジンルーム内におけるラジエータ２０の車両前下側に配置されており、冷気Ｗ５は、冷気ノズル８４によってラジエータ２０の車両前側の空間Ｓへ噴射される。この状態で、車両１２が車両前側へ走行していると、車両前側から走行風Ｗ１がラジエータ２０の車両前側に配置されたラジエータグリル（図示省略）及びラジエータ２０の車両前側の空間Ｓを通ってラジエータ２０へ流れる。

このように、走行風Ｗ１が空間Ｓを通ってラジエータ２０へ流れることによって、冷気ノズル８４から空間Ｓへ噴射された冷気Ｗ５が走行風Ｗ１に合流され、冷気Ｗ５は、走行風Ｗ１と共にラジエータ２０へ流れる。このように、走行風Ｗ１と共にラジエータ２０へ流れた冷気Ｗ５がラジエータ２０を通過した際に、ラジエータ２０内を流れる冷却液と冷気Ｗ５との間で熱交換されることによって、冷却液を効果的に冷却できる。

しかも、車両１２は、燃料電池スタック１４で発電された電力によって駆動輪１６を回転させる所謂「燃料電池車」である。このような燃料電池車は、一般的に、ガソリンを燃料とする所謂「ガソリン車」に比べてラジエータ２０での温度勾配が低いという特徴を有する。このため、上記にように走行風Ｗ１と共に冷気Ｗ５がラジエータ２０を通過して冷却液との間で熱交換が行なわれることによって、ラジエータ２０での冷却液の冷却効果を高めることができる。

ところで、ボルテックスチューブ７４の供給口７６に供給される圧縮空気Ｗ３は、コンプレッサ６４の吸気部７０から吸入された外気Ｗ２である。コンプレッサ６４の吸気部７０は、燃料ガス流路２６及び冷却液流路１８の系外とされ、また、燃料電池スタック１４の負極側の排出ポートへも接続されていない。

このため、燃料電池スタック１４の正極側の排出ポートや燃料電池スタック１４の負極側の排出ポートから排出された水分を多く含んだ排気が、コンプレッサ６４の吸気部７０から吸入されることを抑制できる。これによって、コンプレッサ６４の吸気部７０から吸入される外気Ｗ２、ひいては、コンプレッサ６４で圧縮された圧縮空気Ｗ３の水分量が多くなることを抑制できる。

このため、圧縮空気Ｗ３が第１螺旋気流、第２螺旋気流となってボルテックスチューブ７４内を流れる際に、第１螺旋気流と第２螺旋気流との間で効果的に熱交換でき、効率よく冷気Ｗ５を生成できる（すなわち、ボルテックスチューブ７４における暖気Ｗ４と冷気Ｗ５との分離性能の低下を抑制できる）。これによって、ラジエータ２０での冷却液の冷却効率を向上できる。

また、上述した圧縮空気Ｗ３を作るためのコンプレッサ６４は、膨張機３６の出力軸３８の回転力がコンプレッサ６４の入力軸６６へ伝達されることによって駆動される。このように、燃料電池スタック１４にて発電された電力や、車両１２に搭載されたバッテリーの電力は、コンプレッサ６４の駆動のためには用いられていない。このため、コンプレッサ６４を駆動させることによる車両１２の燃費の悪化を抑制できる。

さらに、燃料電池スタック１４での水素の消費量が多くなると、膨張機３６での出力軸３８の回転量は、大きくなる。すなわち、燃料電池スタック１４での発電量が大きく、燃料電池スタック１４での発熱量が高くなるほど、膨張機３６での出力軸３８の回転量が大きくなり、多くの冷気Ｗ５が生成される。このため、燃料電池スタック１４での発熱量が高い状態で冷却液流路１８を流れる冷却液を効率よく冷却できる。

一方、ボルテックスチューブ７４内に入った圧縮空気Ｗ３が第１螺旋気流及び第２螺旋気流となってボルテックスチューブ７４内を流れ、第１螺旋気流と第２螺旋気流との間で熱交換されるとボルテックスチューブ７４の暖気排出部７８から外気Ｗ２よりも高温の暖気Ｗ４が排出される。ボルテックスチューブ７４の暖気排出部７８から排出された暖気Ｗ４は、暖気流路８６を流れ、車両１２の車両後側端部又は車両後側端部近傍に配置された暖気ノズル８８から車両１２の車両後側へ噴射される。

ところで、車両１２の走行状態では、車両１２の車体表面に沿って車両前側から車両後側へ気流Ｗ６が流れる。このような気流Ｗ６が、車両１２の車両後側端部よりも車両後側へ流れると、車両１２の車両後側端部よりも車両後側では、乱流が発生する可能性がある。このような乱流が発生すると、車両１２の抗力係数が高くなり、例えば、車両１２の燃費が悪くなる。

ここで、本実施の形態では、車両１２の車両後側端部又は車両後側端部近傍に配置された暖気ノズル８８から暖気Ｗ４が車両１２の車両後側へ噴射される。これによって、車両１２の車両後側端部よりも車両後側における乱流の発生を抑制できる。これによって、車両１２の抗力係数が高くなることを抑制でき、例えば、車両１２の燃費の悪化を抑制できる。このように、車両１２の燃費の悪化を抑制できることによって、燃料電池スタック１４での発熱を抑制でき、冷却液流路１８を流れる冷却液による冷却負荷の増加を抑制できる。

なお、本実施の形態では、燃料ガス流路２６は、メイン流路２８の他にバイパス流路５６を備える構成であった。しかしながら、燃料ガス流路２６がバイパス流路５６を備えず、メイン流路２８のみで構成されてもよい。

また、本実施の形態では、膨張機３６の出力軸３８の回転力を回転力伝達機構としてのタイミングベルト６８によってコンプレッサ６４の入力軸６６に伝達してコンプレッサ６４を駆動させる構成であった。しかしながら、回転力伝達機構は、チェーンであってもよいし、歯車であってもよい。すなわち、回転力伝達機構は、膨張機３６の出力軸３８の回転力をコンプレッサ６４の入力軸６６に伝達できる構成であれば、その具体的な態様に限定されるものではない。

さらに、本実施の形態では、膨張機３６の出力軸３８の回転力を回転力伝達機構としてのタイミングベルト６８によってコンプレッサ６４の入力軸６６に伝達する構成であった。しかしながら、例えば、回転力伝達機構を設けずに、膨張機３６の出力軸３８とコンプレッサ６４の入力軸６６とを直接結合してもよい。

また、本実施の形態では、冷気ノズル８４が車両１２のエンジンルーム内におけるラジエータ２０の車両前下側に配置された構成であった。しかしながら、冷気ノズル８４は、ラジエータ２０の車両前上側に配置される構成であってもよいし、ラジエータ２０の車両前左側やラジエータ２０の車両前右側に配置される構成であってもよい。すなわち、冷気ノズル８４は、ラジエータ２０の車両前側の空間Ｓに冷気Ｗ５を噴射できる位置に配置される構成であれば、その具体的な態様に限定されるものではない。

さらに、本実施の形態では、コンプレッサ６４の吸気部７０の配置位置について詳細には言及していない。しかしながら、本発明の主旨を考慮すると、吸気部７０は、燃料電池スタック１４の負極側の排出ポートからの排気を外部へ放出するための排気放出部から離れて配置されることが好ましい。このため、一例としては、コンプレッサ６４の吸気部７０が、車両１２の車両前側のエンジンルーム内に配置されるのであれば、排気放出部は、車両１２の車両後側部分に配置される構成にしてもよい。このような構成にすることで、排気放出部から放出された水分を含む排気がコンプレッサ６４の吸気部７０から吸入されることを効果的に抑制できる。

また、本実施の形態では、暖気ノズル８８は、車両１２の車両後側端部又は車両後側端部近傍に配置され、暖気Ｗ４は、暖気ノズル８８から車両１２の車両後側へ噴射される構成であった。しかしながら、暖気ノズル８８は、車両１２の車両前後方向中間部等に設けられてもよいし、暖気ノズル８８からの暖気Ｗ４の噴射方向は、車両上側、車両下側、車両左側、車両右側等であってもよい。すなわち、暖気ノズル８８の配置位置、暖気ノズル８８からの暖気Ｗ４の噴射方向に関しては、特に限定されることはない。

１０燃料電池システム
１４燃料電池スタック
２０ラジエータ
２６燃料ガス流路（供給路）
３６膨張機
６４コンプレッサ
７４ボルテックスチューブ

Claims

燃料ガスの水素と酸化剤ガスの酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池の燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックへの前記燃料ガスの供給路に設けられ、高圧状態の前記燃料ガスが供給されることによって前記燃料ガスが膨張されて減圧される膨張機と、
前記燃料ガスが前記膨張機で減圧されることで生じるエネルギーによって駆動され、駆動されることによって外気を吸引すると共に、前記外気を圧縮して排気するコンプレッサと、
前記コンプレッサから排気された前記外気が供給ガスとして供給され、前記供給ガスを前記供給ガスよりも高温の暖気と前記供給ガスよりも低温の冷気とに分離するボルテックスチューブと、
前記燃料電池スタックを冷却する冷媒の流路に設けられると共に、前記ボルテックスチューブから供給された前記冷気と前記冷媒との間で熱交換されることによって前記冷媒を冷却可能なラジエータと、
を備える燃料電池システム。