JP2022191099A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】リアクトルの冷却性能を確保するための費用を低減できる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池システム１０において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０のスイッチング部３６は、放熱部３２をコンバータ用ブラケット５０に対向させて当該コンバータ用ブラケット５０に取り付けられている。また、リアクトル３５は、筐体１１の内部での気流の流れ方向Ｆにおいてスイッチング部３６よりも下流でコンバータ用ブラケット５０に取り付けられている。放熱部３２とコンバータ用ブラケット５０との間には、筐体１１の内部での気流の流れ方向Ｆに延びる通風路７０が画成されている。通風路７０の入口７０ａは、筐体１１の内部での気流の流れ方向Ｆの放熱部３２よりも上流に配置されている。通風路７０の出口７０ｂは、筐体１１の内部での気流の流れ方向Ｆの放熱部３２よりも下流、かつリアクトル３５よりも上流に配置されている。【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

例えば、燃料電池車両に搭載される燃料電池システムは、リアクトルを含む電圧変換装置の一例としてＤＣ／ＤＣコンバータを備える。リアクトルの発熱によってリアクトルの温度が過度に上昇すると、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力性能を低下させるため、リアクトルの冷却性能を確保することが望まれている。

例えば、特許文献１に開示される燃料電池車両に搭載される燃料電池システムにおいて、複数のリアクトルは、冷却器の外面のうちの１つの面であるリアクトル冷却面の上に配置されている。冷却器は、リアクトル冷却面とは反対側の内面に接する冷媒流路を有している。冷却器において、リアクトル冷却面とは反対側の内面には、冷却フィンが設けられている。冷却フィンの長手方向と冷媒流路内の冷媒が流れる方向とは同じ方向である。これにより、冷媒流路の圧力損失の低減と熱伝達率の向上を両立させることができ、リアクトルの冷却性能を確保している。

特許第６３９０６３８号公報

特許文献１に開示される燃料電子システムでは、リアクトルの冷却性能を確保するために冷却器、及び冷却器に冷媒を流すための配管を必要とするとともに、燃料電池システムへの冷却器の搭載スペース、及び配管の配策スペースを必要とする。このため、特許文献１に開示される燃料電池システムは、リアクトルの冷却性能を確保するための費用が嵩む。

上記問題点を解決するための燃料電池システムは、燃料電池と、放熱部を有するスイッチング部、及びリアクトルを含み、前記燃料電池の出力電圧を変換する電圧変換装置と、前記燃料電池、及び前記電圧変換装置を収容する筐体と、前記電圧変換装置を前記筐体に取り付けるブラケットと、を有し、前記筐体の内部に気流が発生する燃料電池システムであって、前記スイッチング部は、前記放熱部を前記ブラケットに対向させて当該ブラケットに取り付けられ、前記リアクトルは、前記筐体の内部での前記気流の流れ方向において前記スイッチング部よりも下流で前記ブラケットに取り付けられており、対向した前記放熱部と前記ブラケットとの間には、前記筐体の内部での前記気流の流れ方向に延びる通風路が画成され、前記通風路の入口は、前記筐体の内部での前記気流の流れ方向の前記放熱部よりも上流に配置され、前記通風路の出口は、前記筐体の内部での前記気流の流れ方向の前記放熱部よりも下流、かつ前記リアクトルよりも上流に配置されていることを要旨とする。

これによれば、筐体の内部に発生した気流により、空気が通風路の入口から出口に向かって流れる。通風路には、当該通風路を画成する放熱部が露出するため、放熱部に沿って空気が流れる。すると、放熱部が空気と熱交換されることにより、スイッチング部が空冷される。また、通風路の出口より下流にリアクトルが位置するため、通風路を流れた後に出口を出た空気はリアクトルに沿って流れる。すると、リアクトルが空冷される。この空冷により、リアクトルの冷却性能を確保できる。つまり、気流の流れ方向において、スイッチング部よりも下流にリアクトルが配置され、しかもリアクトルが放熱部及び冷却器といった冷却のための専用の構造を有さないにも関わらず、リアクトルの冷却性能を確保できる。

よって、燃料電池システムでは、リアクトルを水冷するための冷却器、及び冷却器に冷媒を流すための配管が不要になるとともに、燃料電池システムの筐体への冷却器の搭載スペース、及び配管の配策スペースも不要になる。したがって、リアクトルを水冷する場合と比べると、リアクトルの冷却性能を確保するための費用を低減できる。

燃料電池システムについて、前記筐体には、前記燃料電池の発電に伴って生成された水が排出される排水タンクが収容され、前記ブラケットは、前記排水タンクと熱的に結合されていてもよい。

これによれば、電圧変換装置で発生した熱はブラケットに伝わりやすい。ブラケットの熱は排水タンクに伝わるため、電圧変換装置で発生した熱によって排水タンクを加熱できる。このため、燃料電池システムが低温環境下に置かれたとき、排水タンク内の水の凍結を抑制できる。

燃料電池システムについて、前記ブラケットは、鉛直方向の前記排水タンクの底寄りに配置されていてもよい。
これによれば、電圧変換装置で発生した熱によって排水タンクを底寄りから加熱できる。このため、排水タンク内の底に少量の水が溜まっていても、排水タンク内の水の凍結を抑制できる。

燃料電池システムについて、前記ブラケットは、前記スイッチング部及び前記リアクトルが取り付けられる取付板を有し、前記取付板は、前記気流の流れ方向に延びる凹部を有し、前記凹部には、前記気流の流れ方向に並んで前記放熱部及び前記リアクトルが収容されるとともに、前記放熱部と前記凹部で囲まれた空間に前記通風路が画成されていてもよい。

これによれば、凹部に放熱部を収容することで画成された通風路は、入口及び出口を除いて閉じた空間である。このため、通風路によって気流が拡散することが抑制される結果、空気を放熱部に沿って流すことができる。よって、放熱部を空冷しやすい。また、凹部にリアクトルが収容されているため、拡散が抑制されて通風路から流れて出た気流をリアクトルに向けて流すことができる。このため、リアクトルを効率良く冷却できる。

燃料電池システムについて、前記取付板には前記放熱部が熱的に結合されていてもよい。
これによれば、スイッチング部で発生した熱は、放熱部を経由して取付板に伝わる。取付板は、通風路を画成するため、通風路を流れる空気と取付板が熱交換される。その結果、取付板を空冷できるため、取付板を介してスイッチング部を冷却できる。

燃料電池システムについて、外気と熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換媒体を前記燃料電池と前記熱交換器との間で循環させる循環流路と、前記熱交換器に送風するファンと、を備え、前記熱交換器、前記循環流路及び前記ファンは前記筐体に収容され、前記筐体には通気口が形成されており、前記ファンの駆動により、前記通気口から前記ファンに向かう前記気流が前記筐体の内部に発生し、前記筐体の内部での前記気流の流れ方向の前記ファンと前記通気口との間に前記通風路が画成されていてもよい。

これによれば、燃料電池の発電時、循環流路を循環して燃料電池内に流れ込んだ熱交換媒体は、燃料電池で発生した熱を吸収して燃料電池を冷却する。燃料電池から熱交換器内に流れ込んだ熱交換媒体は、熱交換器にてファンからの送風によって外気と強制的に熱交換されて冷却される。つまり、ファンは、熱交換媒体を冷却するために燃料電池システムに設けられる既存の構成である。そして、筐体の内部を流れる気流をファンによって強制的に発生させることができるとともに、通風路に気流を流すことができる。このため、既存の構成を有効利用してリアクトルの冷却性能を確保できる。

本発明によれば、リアクトルの冷却性能を確保するための費用を低減できる。

実施形態の燃料電池システムを示す部分破断斜視図である。 燃料電池システムの構成図である。 実施形態の燃料電池システムを通風路の入口側から示す側断面図である。 実施形態の燃料電池システムを通風路の出口側から示す側断面図である。 実施形態の燃料電池システムを示す平断面図である。 実施形態の燃料電池システムを通風路の入口側から示す斜視図である。 実施形態の燃料電池システムを通風路の出口側から示す斜視図である。

以下、燃料電池システムを具体化した一実施形態を図１～図７にしたがって説明する。燃料電池システムは、図示しない産業車両に搭載される。
＜燃料電池システムの全体構成＞
図１及び図２に示すように、燃料電池システム１０は、筐体１１、燃料電池スタック１２、水素タンク１３、エアコンプレッサ１４、気液分離器１５ａ、希釈器１５、及び排水タンク１６を備える。

また、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２の図示しないアノードと水素タンク１３を接続する水素供給路１７と、燃料電池スタック１２の図示しないカソードとエアコンプレッサ１４を接続するエア供給路１８と、を備える。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と希釈器１５を接続する排出路１９ａと、希釈器１５と排水タンク１６を接続する排水路１９ｂと、を備える。

また、燃料電池システム１０は、外気と熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器２１と、熱交換器２１に向けて送風するファン２１ａと、熱交換媒体を燃料電池スタック１２と熱交換器２１との間で循環させる循環流路２２と、を備える。熱交換媒体としては冷却水が用いられるが、その他の媒体を用いてもよい。

＜筐体＞
図１に示すように、筐体１１は、底板１１ａと、天板１１ｂと、底板１１ａの周縁と天板１１ｂの周縁とを繋ぐ筒状の周壁１１ｃと、を有する。燃料電池システム１０が水平面上に置かれているものとして重力の方向をＺ軸で示し、水平面に沿う方向をＸ軸とＹ軸で示す。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、互いに直交する。以下の説明では、Ｚ軸と平行な方向を鉛直方向Ｚともいい、Ｘ軸と平行な方向を水平方向Ｘともいう。また、Ｙ軸と平行な方向を奥行方向Ｙともいう。したがって、奥行方向Ｙは、水平方向Ｘ及び鉛直方向Ｚの両方に直交する方向である。

筐体１１において、底板１１ａと天板１１ｂとは鉛直方向Ｚに対向する。周壁１１ｃは、水平方向Ｘに対向する第１側壁１１ｄ及び第２側壁１１ｅと、奥行方向Ｙに対向する第３側壁１１ｆ及び第４側壁１１ｇと、を有する。筐体１１の第１側壁１１ｄには、複数の通気口１１ｈが配置されている。複数の通気口１１ｈの各々は、第１側壁１１ｄを板厚方向に貫通する。

筐体１１には、燃料電池スタック１２、水素タンク１３、エアコンプレッサ１４、排水タンク１６、熱交換器２１、及びファン２１ａが収容されている。図１には図示しないが、筐体１１には、気液分離器１５ａ、希釈器１５、水素供給路１７、エア供給路１８、排出路１９ａ、及び排水路１９ｂが収容されている。

＜燃料電池システムの構成部品＞
燃料電池スタック１２は、図示しない産業車両に搭載される負荷に供給する電力を発電する。燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池セルをスタック化したものである。燃料電池セルは、固体分子型燃料電池である。燃料電池スタック１２は、水素タンク１３から水素供給路１７を経由して供給される水素と、エアコンプレッサ１４からエア供給路１８を経由して供給される空気中の酸素とを反応させて直流の電気エネルギーを発生する。燃料電池スタック１２では、水素を燃料ガス、空気中の酸素を酸化剤ガスとして発電が行われる。燃料電池スタック１２では発電に伴って水が生成される。

燃料電池スタック１２及びエアコンプレッサ１４は、電池用ブラケット４０によって筐体１１に取り付けられている。電池用ブラケット４０は、底板１１ａに取り付けられている。電池用ブラケット４０は、支持部４１と、複数の脚部４２と、を有する。複数の脚部４２は底板１１ａに固定されている。また、複数の脚部４２の各々は、底板１１ａから鉛直方向Ｚに突出している。支持部４１は、複数の脚部４２の上端に支持されている。

燃料電池スタック１２及びエアコンプレッサ１４は支持部４１に支持されている。支持部４１に燃料電池スタック１２及びエアコンプレッサ１４が支持されることにより、燃料電池スタック１２及びエアコンプレッサ１４は、電池用ブラケット４０によって筐体１１に取り付けられている。燃料電池スタック１２及びエアコンプレッサ１４は、電池用ブラケット４０によって底板１１ａよりも上方に配置されている。水素タンク１３は、第４側壁１１ｇに近接している。水素タンク１３は、底板１１ａに支持されている。

図２に示すように、排出路１９ａは、燃料電池スタック１２から排出された水素を含む排気であるアノードオフガスを希釈器１５へ排出する。また、排出路１９ａは、燃料電池スタック１２から排出された酸素と、燃料電池スタック１２の発電に伴って生成された水を含む排気であるカソードオフガスを希釈器１５へ排出する。

希釈器１５は、内部に気液分離器１５ａを有する。気液分離器１５ａは、希釈器１５に排出されたカソードオフガスから酸素と水を分離する機能を有している。さらに、気液分離器１５ａは、希釈器１５に排出されたアノードオフガスから水素を分離させる機能を有している。気液分離器１５ａによって分離された水は、排水路１９ｂを介して排水タンク１６に排出される。希釈器１５は、気液分離器１５ａによって分離された水素を希釈する機能を有している。排水タンク１６は、金属製である。なお、排水タンク１６は、鉛直方向Ｚにおいて、燃料電池スタック１２の下方に配置されている。

循環流路２２は、燃料電池スタック１２と熱交換器２１との間で冷却水を循環させる。循環流路２２は、往路２２ａと、復路２２ｂと、図示しないポンプと、燃料電池スタック１２内及び熱交換器２１内に取り回された図示しない熱交換流路と、を有する。往路２２ａは、熱交換器２１から燃料電池スタック１２に向けて冷却水を流すための流路である。復路２２ｂは、燃料電池スタック１２から熱交換器２１に向けて冷却水を流すための流路である。図示しないポンプは、循環流路２２で冷却水を循環させる。

循環流路２２を循環しつつ往路２２ａを通って燃料電池スタック１２内の熱交換流路に流れ込んだ冷却水は、燃料電池スタック１２で発生した熱を吸収して燃料電池スタック１２を冷却する。復路２２ｂを通って熱交換器２１内の熱交換流路に流れ込んだ冷却水は、外気と熱交換されて冷却される。

図１及び図５に示すように、熱交換器２１は、筐体１１の第２側壁１１ｅに配置されている。燃料電池スタック１２と熱交換器２１は、水平方向Ｘに並んで配置されている。ファン２１ａは、水平方向Ｘにおいて熱交換器２１よりも燃料電池スタック１２側に配置されている。熱交換器２１及びファン２１ａと、通気口１１ｈとは水平方向Ｘに対向している。

燃料電池スタック１２の発電時、ファン２１ａが駆動されることにより、筐体１１の外部から通気口１１ｈを介して筐体１１の内部に吸気される。筐体１１の内部には、通気口１１ｈからファン２１ａに向かう気流が発生する。筐体１１の内部において、通気口１１ｈからファン２１ａに向かう気流が流れる方向を、気流の流れ方向Ｆとする。熱交換器２１及びファン２１ａと、通気口１１ｈとは、水平方向Ｘに対向しているため、気流の流れ方向Ｆは、水平方向Ｘと一致する。

また、燃料電池スタック１２から熱交換器２１内に流れ込んだ冷却水は、熱交換器２１にてファン２１ａからの送風によって外気と強制的に熱交換されて冷却される。
＜ＤＣ／ＤＣコンバータ及びコンバータ用ブラケット＞
図３～図７に示すように、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２の出力電圧を変換する電圧変換装置としてのＤＣ／ＤＣコンバータ３０を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、図示しないスイッチング素子を有するスイッチング部３６と、複数のリアクトル３５を構成部品として含む。スイッチング部３６には放熱部３２が熱的に結合されている。このため、スイッチング部３６は放熱部３２を有するといえる。放熱部３２は、放熱部３２をスイッチング部３６に取り付けるための取付部材３３と、取付部材３３に一体の複数の放熱フィン３４と、を有する。

放熱部３２は、金属製である。取付部材３３は、板状である。取付部材３３は、スイッチング部３６の背面３６ａに固定されるとともに、スイッチング部３６と熱的に結合されている。複数の放熱フィン３４の各々は長四角板状のプレートフィンである。鉛直方向Ｚの上側から放熱フィン３４を見た場合、放熱フィン３４の長辺は水平方向Ｘに延びるとともに、放熱フィン３４の短辺は奥行方向Ｙに延びる。複数の放熱フィン３４は、鉛直方向Ｚに間隔を空けて並設されている。取付部材３３から放熱フィン３４の先端３４ａまでの寸法を放熱フィン３４の高さ寸法とする。

リアクトル３５は、図示しないコアと、コアに巻回されたコイル部品とを有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、リアクトル３５を３つ有する。
＜コンバータ用ブラケット＞
燃料電池システム１０は、コンバータ用ブラケット５０を備える。コンバータ用ブラケット５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を筐体１１の底板１１ａに取り付けるためのブラケットである。

コンバータ用ブラケット５０は、金属板製である。コンバータ用ブラケット５０は、矩形状の金属体を折り曲げて形成されている。コンバータ用ブラケット５０は、底板１１ａにコンバータ用ブラケット５０を固定するための固定板５１と、固定板５１から鉛直方向Ｚの上方へ突出してスイッチング部３６及びリアクトル３５が取り付けられる取付板６１と、を有する。

固定板５１は、鉛直方向Ｚの上方から見た平面視で長四角板状である。平面視では、固定板５１の長辺は水平方向Ｘに延びる。固定板５１を板厚方向に貫通させたボルト５１ａを底板１１ａに螺合することにより、固定板５１が底板１１ａに固定されている。なお、底板１１ａに対する固定板５１の固定方法は、ボルト５１ａによる固定に限られない。固定板５１を底板１１ａに溶接して固定してもよいし、固定板５１を接着剤によって底板１１ａに接着して固定してもよい。

鉛直方向Ｚの上方からコンバータ用ブラケット５０を見た平面視において、取付板６１は、固定板５１の一対の長縁のうち、第３側壁１１ｆよりも第４側壁１１ｇに近い長縁から突出している。取付板６１は、奥行方向Ｙに固定板５１と反対側へ凹む凹部６２を有するように折り曲げ成形されている。

取付板６１は、鉛直方向Ｚの上方から見た平面視で長四角板状である。平面視では、取付板６１の長辺は水平方向Ｘに延びる。
取付板６１は、固定板５１から上方に向けて鉛直方向Ｚに突出する第１取付片６３と、第１取付片６３の上端から固定板５１と反対側に向けて奥行方向Ｙに延出する第１延出片６４と、を有する。また、取付板６１は、第１延出片６４の延出先から上方に向けて鉛直方向Ｚに突出する連結片６５と、連結片６５の上端から固定板５１に向けて奥行方向Ｙに延出する第２延出片６６と、を有する。取付板６１は、第２延出片６６の延出先から上方に向けて鉛直方向Ｚに突出する第２取付片６７を有する。鉛直方向Ｚの上方からコンバータ用ブラケット５０を見た平面視において、第１取付片６３、第１延出片６４、連結片６５、第２延出片６６、及び第２取付片６７は、水平方向Ｘに長辺が延びる長四角板状である。

第１取付片６３と第２取付片６７は、第１延出片６４と連結片６５と第２延出片６６を間に挟むことによって、鉛直方向Ｚに離間している。連結片６５は、第１延出片６４及び第２延出片６６によって、第１取付片６３及び第２取付片６７に対し、固定板５１とは反対側に位置している。そして、第１延出片６４と連結片６５と第２延出片６６が形成されるように金属板が折り曲げられることによって、取付板６１に凹部６２が画成されている。つまり、凹部６２は、第１延出片６４と連結片６５と第２延出片６６が形成されるように金属板が屈曲することによって画成されている。よって、取付板６１は、折り曲げられることによって気流の流れ方向Ｆに延びる凹部６２を画成しているといえる。凹部６２は、第１取付片６３及び第２取付片６７から固定板５１に対して離れるように凹む。

上記したように、平面視では、第１延出片６４、連結片６５、及び第２延出片６６の長辺は水平方向Ｘに延びる。このため、それら第１延出片６４と連結片６５と第２延出片６６によって画成された凹部６２の長辺は水平方向Ｘに延びる。上記したように、ファン２１ａの駆動によって発生する気流の流れ方向Ｆは、水平方向Ｘと一致する。したがって、凹部６２は、気流の流れ方向Ｆに延びるといえる。また、凹部６２は、第１延出片６４と連結片６５と第２延出片６６によって画成されているため、凹部６２は鉛直方向Ｚの上下両側と奥行方向Ｙの一方側は閉じられる一方で、水平方向Ｘの両端は開口している。

第１取付片６３は、板厚方向の両面のうち、第４側壁１１ｇよりも第３側壁１１ｆに近い面に第１取付面６３ａを有する。第２取付片６７は、板厚方向の両面のうち、第４側壁１１ｇよりも第３側壁１１ｆに近い面に第２取付面６７ａを有する。第１取付面６３ａ及び第２取付面６７ａは同一仮想面上に位置している。凹部６２は、第１取付面６３ａ及び第２取付面６７ａから窪んでいる。

連結片６５は、板厚方向の両面のうち、凹部６２に臨む面に内面６５ａを有するとともに、内面６５ａと反対側に外面６５ｂを有する。内面６５ａは、連結片６５の板厚方向の両面のうち、第４側壁１１ｇよりも第３側壁１１ｆに近い面である。外面６５ｂは、連結片６５の板厚方向の両面のうち、第３側壁１１ｆよりも第４側壁１１ｇに近い面である。第１取付面６３ａ又は第２取付面６７ａから内面６５ａまでの最短距離を凹部６２の深さ寸法とする。

連結片６５は、第１取付片６３及び第２取付片６７から奥行方向Ｙに離間している。この離間により、連結片６５の外面６５ｂは、排水タンク１６の側面に接触している。このため、コンバータ用ブラケット５０と排水タンク１６は熱的に結合されている。連結片６５の外面６５ｂは、排水タンク１６の側面のうち、排水タンク１６の底１６ａ寄りに接触しているのが好ましい。連結片６５は、排水タンク１６の底１６ａを基準として鉛直方向Ｚの上下両側に延出している。

コンバータ用ブラケット５０の固定板５１は、鉛直方向Ｚの支持部４１より下方で底板１１ａに固定されている。したがって、コンバータ用ブラケット５０は、支持部４１の下方に配置されている。

＜ＤＣ／ＤＣコンバータの配置＞
ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、コンバータ用ブラケット５０によって底板１１ａに取り付けられている。この取付により、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、支持部４１の下方及び排水タンク１６の側方に配置されている。

スイッチング部３６の上部は、取付部材３３の上部を挟んで第２取付片６７に取り付けられるとともに、スイッチング部３６の下部は、取付部材３３の下部を挟んで第１取付片６３に取り付けられている。スイッチング部３６の上部は、取付部材３３の上部を介して第２取付面６７ａに接触するとともに、スイッチング部３６の下部は、取付部材３３の下部を介して第１取付面６３ａに接触している。このため、取付板６１には、放熱部３２が熱的に結合されている。その結果、スイッチング部３６と取付板６１は熱的に結合されている。

そして、スイッチング部３６は、放熱部３２を取付板６１に対向させてコンバータ用ブラケット５０に取り付けられている。このため、凹部６２は、連結片６５とは奥行方向Ｙの反対側から放熱部３２によって閉じられている。

放熱部３２のうちの全ての放熱フィン３４は、凹部６２に収容されている。凹部６２の深さ寸法は、放熱フィン３４の高さ寸法よりも大きい。このため、放熱フィン３４の先端３４ａと、連結片６５の内面６５ａとは奥行方向Ｙに離間している。放熱フィン３４の先端３４ａと連結片６５の内面６５ａとの間、及び鉛直方向Ｚに隣り合う放熱フィン３４同士の間には、通風路７０が画成されている。つまり、放熱部３２と凹部６２で囲まれた空間に通風路７０が画成されている。

上記したように、凹部６２は、第１延出片６４と連結片６５と第２延出片６６によって、鉛直方向Ｚの上下両側と奥行方向Ｙの一方側が閉じられるとともに、奥行方向Ｙの他方側は放熱部３２によって閉じられている。このため、通風路７０は、奥行方向Ｙの両側及び鉛直方向Ｚの両側が閉じられた空間であるとともに、水平方向Ｘの両端は開口している。水平方向Ｘへの通風路７０の寸法は、水平方向Ｘへのスイッチング部３６の寸法と同じである。

通風路７０は、水平方向Ｘの両側に開口する通路である。また、ファン２１ａの駆動によって発生する気流の流れ方向Ｆは、水平方向Ｘと一致する。したがって、放熱部３２と、コンバータ用ブラケット５０の取付板６１との間には、気流の流れ方向Ｆに延びる通風路７０が画成されているといえる。

通風路７０の入口７０ａは、気流の流れ方向Ｆの放熱部３２の放熱フィン３４よりも上流に配置されている。また、通風路７０の出口７０ｂは、気流の流れ方向Ｆの放熱部３２の放熱フィン３４よりも下流に配置されている。

３つのリアクトル３５は凹部６２に収容されている。したがって、放熱部３２及び３つのリアクトル３５は、気流の流れ方向Ｆに並んで凹部６２に収容されている。３つのリアクトル３５は、連結片６５の内面６５ａに取り付けられている。３つのリアクトル３５は、連結片６５と熱的に結合されている。３つのリアクトル３５は、取付板６１の長手方向に沿って一列に並んでいる。上記したように、取付板６１の長辺は水平方向Ｘに延びるため、取付板６１の長手方向に沿って一列に並ぶ３つのリアクトル３５は、水平方向Ｘに一列に並んでいる。よって、スイッチング部３６と３つのリアクトル３５は、水平方向Ｘに一列に並んでいる。そして、スイッチング部３６と３つのリアクトル３５は、気流の流れ方向Ｆに一列に並んでいるともいえる。

３つのリアクトル３５は、気流の流れ方向Ｆに沿って一列に並んでいる。３つのリアクトル３５は、連結片６５の内面６５ａのうち、鉛直方向Ｚの中央に取り付けられている。３つのリアクトル３５のうち、スイッチング部３６に最も近いリアクトル３５は、通風路７０の出口７０ｂと水平方向Ｘに重なっている。したがって、通風路７０の出口７０ｂは、３つのリアクトル３５のうち、気流の流れ方向Ｆの最上流に位置するリアクトル３５に向けて開口している。

水平方向ＸにＤＣ／ＤＣコンバータ３０を外側から見た場合、リアクトル３５と通風路７０は重なっている。通風路７０の出口７０ｂと、スイッチング部３６に最も近いリアクトル３５との間には部材が配置されていないため、スイッチング部３６に最も近いリアクトル３５は、通風路７０の出口７０ｂに面している。

＜作用＞
次に、燃料電池システム１０の作用を説明する。
燃料電池スタック１２の発電時、ファン２１ａが駆動されることにより、筐体１１の外部から通気口１１ｈを介して筐体１１の内部に吸気される。筐体１１の内部には、通気口１１ｈからファン２１ａに向かう気流が発生する。

この気流によって、熱交換器２１を空気が通過する。これにより、熱交換器２１が空冷される。すると、熱交換器２１内の熱交換流路での冷却水の冷却効率が高められる。その結果、冷却水を用いて冷却される燃料電池スタック１２も効率良く冷却できる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０のスイッチング部３６及びリアクトル３５は、燃料電池スタック１２の発電に伴い発熱する。スイッチング部３６で発生した熱は、放熱部３２に伝わるとともに、取付部材３３を経由して第１取付片６３及び第２取付片６７に伝わる。つまり、スイッチング部３６で発生した熱は、取付板６１に伝わる。また、リアクトル３５で発生した熱は、連結片６５に伝わる。つまり、リアクトル３５で発生した熱は、取付板６１に伝わる。

通気口１１ｈからファン２１ａに向かう気流の発生に伴い、通風路７０には流れ方向Ｆに気流が発生する。すると、空気が通風路７０の入口７０ａから出口７０ｂに向かって流れる。通風路７０には、放熱部３２が露出するため、放熱部３２の放熱フィン３４及び取付部材３３に沿って空気が流れる。すると、放熱フィン３４及び取付部材３３が空気と熱交換される。その結果、放熱部３２によってスイッチング部３６が空冷される。

また、通風路７０は、取付板６１の凹部６２によって画成されているため、通風路７０には、取付板６１が露出する。このため、取付板６１に沿って空気が流れる。すると、取付板６１が空気と熱交換されて取付板６１が空冷されるため、スイッチング部３６が空冷される。

また、通風路７０は、放熱フィン３４の先端３４ａと連結片６５の内面６５ａとの間にも画成されている。つまり、気流の中にも放熱フィン３４に接触しない空気もある。そして、通風路７０の出口７０ｂより下流にリアクトル３５が位置するため、通風路７０を流れた後に出口７０ｂを出た空気は、凹部６２内で３つのリアクトル３５に沿って流れる。詳細には、通風路７０の出口７０ｂから出た空気は、凹部６２内において、３つのリアクトル３５に沿って以下の順番で流れる。空気は、凹部６２内において、流れ方向Ｆの上流に位置するリアクトル３５、上流側のリアクトル３５の隣にあるリアクトル３５、及び流れ方向Ｆの下流に位置するリアクトル３５の順番に流れる。その結果、３つのリアクトル３５が空冷される。

＜実施形態の効果＞
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）コンバータ用ブラケット５０の取付板６１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の放熱部３２との間に通風路７０を画成した。そして、通風路７０の入口７０ａを、気流の流れ方向Ｆの放熱部３２よりも上流に配置するとともに、通風路７０の出口７０ｂを、気流の流れ方向Ｆの放熱部３２よりも下流、かつリアクトル３５よりも上流に配置した。これにより、筐体１１の内部に発生した気流を、通風路７０の入口７０ａから出口７０ｂに向かって流すことができる。その結果、筐体１１の内部に発生した気流を、放熱部３２に沿って流した後、リアクトル３５に沿って流すこともできる。したがって、水冷方式を採用しなくてもリアクトル３５の冷却性能を確保できる。よって、燃料電池システム１０では、リアクトル３５を水冷するための冷却器、及び冷却器に冷媒を流すための配管が不要になるとともに、燃料電池システム１０への冷却器の搭載スペース、及び配管の配策スペースも不要になる。このため、リアクトル３５の冷却性能を確保するための費用を低減できる。

（２）ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を筐体１１に取り付けるためのコンバータ用ブラケット５０に凹部６２を設けた。この凹部６２にＤＣ／ＤＣコンバータ３０の放熱フィン３４を収容させたときに形成される隙間を通風路７０として有効利用した。よって、部品点数を増加させることなくリアクトル３５の冷却性能を確保できる。

（３）筐体１１には、燃料電池システム１０を構成する多くの部品が収容されているため、部品間には小さな隙間が多く存在する。コンバータ用ブラケット５０の凹部６２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の放熱フィン３４を収容するために形成されており、隙間に比べて大きい空間である。そして、この凹部６２を用いて画成される通風路７０は、部品間の隙間に比べると比較的大きい。このため、筐体１１の内部に気流が発生すれば、気流は通風路７０に流れやすくなる。よって、通風路７０を設けることでリアクトル３５を効率良く冷却できる。

（４）コンバータ用ブラケット５０の連結片６５は、排水タンク１６と熱的に結合されている。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０で発生した熱は、コンバータ用ブラケット５０を経由して排水タンク１６に伝わる。よって、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０で発生した熱によって排水タンク１６を加熱できる。このため、燃料電池システム１０が低温環境下に置かれたとき、排水タンク１６内の水の凍結を抑制できる。

（５）コンバータ用ブラケット５０の連結片６５は、排水タンク１６の底１６ａを挟んで上下両側に延出している。つまり、連結片６５は、排水タンク１６の底１６ａ寄りに配置されている。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０で発生した熱によって排水タンク１６を底１６ａから加熱できる。このため、排水タンク１６内の底１６ａに少量の水が溜まっている場合であっても、燃料電池システム１０が低温環境下に置かれたときの排水タンク１６内の水の凍結を抑制できる。

（６）ファン２１ａは、循環流路２２を循環する冷却水を冷却するために燃料電池システム１０に設けられる既存の構成である。そして、筐体１１の内部を流れる気流をファン２１ａによって強制的に発生させることができるとともに、通風路７０に気流を流すことができる。このため、既存の構成を有効利用してリアクトル３５の冷却性能を確保できる。

（７）凹部６２は、第１延出片６４と、連結片６５と、第２延出片６６と、を有するように折り曲げて取付板６１に形成されている。そして、通風路７０は、凹部６２と放熱部３２とを用いて画成されるため、入口７０ａ及び出口７０ｂを除いて閉じた空間である。このため、通風路７０を流れる気流が拡散することを抑制できる。よって、通風路７０により、空気を放熱部３２に沿って流すことができるとともに、リアクトル３５に向けて気流を流すことができる。

（８）コンバータ用ブラケット５０は、固定板５１と取付板６１とを有する。そして、取付板６１は、放熱部３２とともに通風路７０を画成する凹部６２を有する。したがって、取付板６１にスイッチング部３６及びリアクトル３５を取り付けたコンバータ用ブラケット５０を、固定板５１によって底板１１ａに固定するだけで、通風路７０を筐体１１の内部に形成できる。つまり、コンバータ用ブラケット５０を用いてＤＣ／ＤＣコンバータ３０を筐体１１に取り付けるだけで、リアクトル３５の冷却性能を確保できる。

（９）スイッチング部３６で発生した熱は、放熱部３２に伝わるとともに、取付部材３３を経由して第１取付片６３及び第２取付片６７に伝わる。つまり、スイッチング部３６で発生した熱は、放熱部３２を経由して取付板６１に伝わる。取付板６１は、通風路７０を画成するため、通風路７０を流れる空気と取付板６１が熱交換される。その結果、取付板６１を空冷できるため、取付板６１を介してスイッチング部３６を冷却できる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○ 放熱フィン３４をプレートフィンにより形成したが、放熱フィン３４はピンフィン及び波形フィンに変更してもよい。

○ コンバータ用ブラケット５０の取付板６１について、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を取付板６１に取り付けることができれば、第２取付片６７は無くてもよい。
○ リアクトル３５の数は、スイッチング部３６に応じて変更してもよい。

○ リアクトル３５は、気流の流れ方向Ｆに一列に並んでいなくてもよく、気流の流れ方向Ｆの上流に２つのリアクトル３５を鉛直方向Ｚに並べて配置するとともに、それら２つのリアクトル３５より下流に１つのリアクトル３５を配置してもよい。又は、３つのリアクトル３５を鉛直方向Ｚに並べて配置してもよい。

○ コンバータ用ブラケット５０の連結片６５は、鉛直方向Ｚにおける排水タンク１６の上部と熱的に結合されていてもよい。
○ コンバータ用ブラケット５０の連結片６５は、排水タンク１６と熱的に結合されていなくてもよい。

○ 排水タンク１６は樹脂製でもよい。
○ スイッチング部３６は、取付板６１の第１取付片６３及び第２取付片６７から取付部材３３が離間するように取付板６１に取り付けられていてもよい。そして、取付板６１には、放熱部３２が熱的に結合されていなくてもよい。

○ 放熱部３２の取付部材３３を、鉛直方向Ｚへの凹部６２の寸法より小さくしてもよい。そして、放熱部３２のうちの取付部材３３及び放熱フィン３４を凹部６２に収容してもよい。

○ 取付板６１は凹部６２が形成されていない平板状であってもよい。この場合、スイッチング部３６の取付部材３３と、取付板６１との間に、介装部材を介装して取付部材３３を取付板６１に取り付ける。このようにしても、放熱部３２と取付板６１との間には通風路７０が画成される。

○ 取付板６１は、複数枚の金属板を接合して形成されていてもよい。この場合、第１取付片６３と、第１延出片６４と、連結片６５と、第２延出片６６と、第２取付片６７とを別々に製造する。そして、第１取付片６３と、第１延出片６４と、連結片６５と、第２延出片６６と、第２取付片６７を互いに接合して凹部６２を有する取付板６１としてもよい。

○ コンバータ用ブラケット５０は、取付板６１だけを有していてもよい。この場合、コンバータ用ブラケット５０は、固定板５１を有さないため、コンバータ用ブラケット５０の底板１１ａへの取り付けは、第１取付片６３の下端を底板１１ａに溶接することで行ってもよい。

○ ファン２１ａによって筐体１１の内部に吸気することで、筐体１１の内部に気流を発生させたが、第１側壁１１ｄにファン２１ａを配置するとともに、第１側壁１１ｄから第２側壁１１ｅに向けてファン２１ａによって送気して気流を発生させてもよい。

○ 産業車両の走行に伴って発生する走行風を筐体１１の内部に導入して気流を発生させてもよい。
○ 燃料電池は、複数の燃料電池セルをスタックしたものではなく、１つの燃料電池セルでもよい。

○ 燃料電池システム１０は、気液分離器１５ａを備えていなくてもよい。この場合、排出路１９ａは希釈器１５に接続される。

１０…燃料電池システム、１１…筐体、１１ｈ…通気口、１２…燃料電池としての燃料電池スタック、１６…排水タンク、１６ａ…底、２１…熱交換器、２２…循環流路、２１ａ…ファン、３０…電圧変換装置としてのＤＣ／ＤＣコンバータ、３２…放熱部、３５…リアクトル、３６…スイッチング部、５０…コンバータ用ブラケット、６１…取付板、６２…凹部、７０…通風路、７０ａ…入口、７０ｂ…出口。

Claims (6)

1. 燃料電池と、
   放熱部を有するスイッチング部、及びリアクトルを含み、前記燃料電池の出力電圧を変換する電圧変換装置と、
   前記燃料電池、及び前記電圧変換装置を収容する筐体と、
   前記電圧変換装置を前記筐体に取り付けるブラケットと、を有し、
   前記筐体の内部に気流が発生する燃料電池システムであって、
   前記スイッチング部は、前記放熱部を前記ブラケットに対向させて当該ブラケットに取り付けられ、
   前記リアクトルは、前記筐体の内部での前記気流の流れ方向において前記スイッチング部よりも下流で前記ブラケットに取り付けられており、
   対向した前記放熱部と前記ブラケットとの間には、前記筐体の内部での前記気流の流れ方向に延びる通風路が画成され、
   前記通風路の入口は、前記筐体の内部での前記気流の流れ方向の前記放熱部よりも上流に配置され、前記通風路の出口は、前記筐体の内部での前記気流の流れ方向の前記放熱部よりも下流、かつ前記リアクトルよりも上流に配置されていることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記筐体には、前記燃料電池の発電に伴って生成された水が排出される排水タンクが収容され、前記ブラケットは、前記排水タンクと熱的に結合されている請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記ブラケットは、鉛直方向の前記排水タンクの底寄りに配置されている請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記ブラケットは、前記スイッチング部及び前記リアクトルが取り付けられる取付板を有し、前記取付板は、前記気流の流れ方向に延びる凹部を有し、
   前記凹部には、前記気流の流れ方向に並んで前記放熱部及び前記リアクトルが収容されるとともに、前記放熱部と前記凹部で囲まれた空間に前記通風路が画成されている請求項１～請求項３のうちいずれか一項に記載の燃料電池システム。
5. 前記取付板には前記放熱部が熱的に結合されている請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 外気と熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換媒体を前記燃料電池と前記熱交換器との間で循環させる循環流路と、前記熱交換器に送風するファンと、を備え、前記熱交換器、前記循環流路及び前記ファンは前記筐体に収容され、前記筐体には通気口が形成されており、前記ファンの駆動により、前記通気口から前記ファンに向かう前記気流が前記筐体の内部に発生し、前記筐体の内部での前記気流の流れ方向の前記ファンと前記通気口との間に前記通風路が画成されている請求項１～請求項５のうちいずれか一項に記載の燃料電池システム。

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