WO2013018125A1 - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

　燃料電池システム(１０)は、電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられているカソードと、電解質膜の他方の面に設けられているアノードとを有する、３つ以上の燃料電池と、燃料電池の主表面と交わる方向から見て、隣接する少なくとも３つの燃料電池で囲まれた領域内に配置され、当該少なくとも３つの燃料電池の主表面に沿って、当該少なくとも３つの燃料電池に同時または個別に送風する送風部(４０)と、を備える。

Description

燃料電池システム

　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水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池システムの主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ることがない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できること、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いことなどが挙げられる。このように、燃料電池システムは燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性を持っているので、２１世紀を担うエネルギ供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。

　燃料電池は発電に伴い発熱し、温度が上昇する。燃料電池の温度が過度に上昇すると、ドライアウトによる性能低下が生じる。その防止のために、ファンなどの送風手段を用いた空冷技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００７－１８４１５７号公報

　特許文献１の燃料電池システムは、同一平面状に配置する複数の燃料電池セルと、複数の燃料電池セルの平面方向に配置されて複数の燃料電池セルに風を供給するためのファンとを備える。この燃料電池システムでは、ファンに近い側の燃料電池セルは冷却されやすいが、ファンから遠い側の燃料電池セルは比較的冷却されにくく、燃料電池セルの冷却効果に場所によるばらつきが生じるおそれがあった。

　本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池の冷却効果の場所によるばらつきを低減することができる空冷技術を提供することにある。

　本発明のある態様は、燃料電池システムである。当該燃料電池システムは、電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられているカソードと、電解質膜の他方の面に設けられているアノードとを有する、２つ以上の燃料電池と、燃料電池の主表面と交わる方向から見て、隣接する２つの燃料電池の間に配置され、２つの燃料電池の主表面に沿って、２つの燃料電池に同時または個別に送風する送風部と、を備えることを特徴とする。

　本発明の別の態様もまた燃料電池システムである。当該燃料電池システムは、電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられているカソードと、電解質膜の他方の面に設けられているアノードとを有する、３つ以上の燃料電池と、燃料電池の主表面と交わる方向から見て、隣接する少なくとも３つの燃料電池で囲まれた領域内に配置され、当該少なくとも３つの燃料電池の主表面に沿って、当該少なくとも３つの燃料電池に同時または個別に送風する送風部と、を備えることを特徴とする。

　上記いずれかの態様の燃料電池システムにおいて、送風部は、遠心ファンを有してもよい。また、送風部は、軸流ファンを有し、軸流ファンが順方向に回転したとき、隣接する２つの燃料電池のうち一方の燃料電池に送風し、軸流ファンが逆方向の回転したとき、他方の燃料電池に送風してもよい。また、送風部から送出された風の方向を燃料電池の主表面に向くように角度を付ける整流部をさらに備えてもよい。また、送風部により送風される燃料電池の主表面は、燃料電池のカソード側の主表面であってもよい。また、燃料電池の温度を測定する温度検出部と、温度検出部によって測定された少なくとも１つの燃料電池の温度が、燃料電池でドライアウトが生じ始める温度近傍に達したとき、送風部による送風を開始させる制御部と、をさらに備えてもよい。また、燃料電池は、電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられているカソードと、電解質膜の他方の面に設けられているアノードとを含む膜電極接合体が複数配列された構造を有してもよい。

　なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。

　本発明によれば、燃料電池の冷却効果の場所によるばらつきを低減することができる空冷技術を提供することができる。

実施形態１に係る燃料電池システムを左斜め上方から見た斜視図である。 実施形態１に係る燃料電池システムを右斜め上方から見た斜視図である。 実施形態１に係る燃料電池システムの内部構造を説明するための断面模式図である。 実施形態１に係る燃料電池モジュールの概略構造を示す部分断面模式図である。 実施形態１に係る燃料電池モジュールの送風部を斜め上方から見た斜視図である。 実施形態２に係る燃料電池システムを左斜め上方から見た斜視図である。 実施形態２に係る燃料電池システムの送風部の外装体を斜め上方から見た斜視図である。 実施形態２に係る燃料電池システムの整流部の構造を説明するための部分断面模式図である。 実施形態３に係る燃料電池システムを左斜め上方から見た斜視図である。 図１０（Ａ）は、実施形態３に係る燃料電池システムの送風部を斜め上方から見た斜視図である。図１０（Ｂ）は、実施形態３に係る燃料電池システムの送風部および整流部の構造を説明するための部分断面模式図である。 変形例１に係る燃料電池システムを左斜め上方から見た斜視図である。 変形例２に係る燃料電池システムを左斜め上方から見た斜視図である。

　以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

　（実施形態１）
　図１は、実施形態１に係る燃料電池システムを左斜め上方から見た斜視図である。図２は、実施形態１に係る燃料電池システムを右斜め上方から見た斜視図である。図３は、実施形態１に係る燃料電池システムの内部構造を説明するための断面模式図である。図４は、燃料電池モジュールの概略構造を示す部分断面模式図である。図５は、送風部を斜め上方から見た斜視図である。なお、図２では、燃料収容部の内部を示すため燃料収容部カバーを取り外した状態を示し、また、基部の内部を示すため基部の一部を切り欠いて示している。図３は、図２のＡ－Ａ線に沿った断面の模式図に相当する。図４は、図２のＡ－Ａ線に垂直な線に沿った断面の模式図に相当する。

　本実施形態に係る燃料電池システム１０は、筐体１００、複数の燃料電池モジュール２０（燃料電池）、燃料収容部３０、燃料供給部３２、送風部４０、整流部５０、温度検出部６０および制御部７０を備える。本実施形態に係る燃料電池システム１０は、燃料の供給にポンプなどの補機を使用しないパッシブ型の燃料電池システムである。

　筐体１００は、複数の燃料電池モジュール２０、燃料収容部３０、温度検出部６０および制御部７０を持ち運びに容易な形態でコンパクトに収容している。筐体１００は、大部分が一体的に形成されているが、便宜的に主に基部１１０と突出部１２０とに分けられる。

　基部１１０は四角錐台形状であり、基部１１０の底面が机などの設置面に当接して、燃料電池システム１０の台座として機能する。基部１１０には、制御部７０が収容されている。制御部７０は、ハードウェア構成として、ＣＰＵ、ＲＯＭ、メモリ等を有し、送風部４０の動作を制御する。具体的には、制御部７０は、温度検出部６０によって測定された少なくとも１つの燃料電池モジュール２０の温度が、燃料電池モジュール２０でドライアウトが生じ始める温度近傍に達したとき、送風部４０による送風を開始させる。ドライアウトが生じ始める温度近傍とは、たとえばドライアウトが生じ始める温度Ｔから５℃の範囲をいう。制御部７０は、複数の燃料電池モジュール２０のうち、いずれか１つの燃料電池モジュール２０の温度が上記温度近傍に達したときに送風を開始させてもよいし、所定数以上の燃料電池モジュール２０の温度が上記温度近傍に達したときに送風を開始させてもよい。制御部７０および送風部４０の駆動に必要な電力は、燃料電池モジュール２０で生成された電力によって賄うことができる。

　突出部１２０は、扁平な直方体形状であり、基部１１０の上方に突出している。筐体１００は、側面方向から見ると逆Ｔ字形状になっている（図３参照）。突出部１２０の一方の主表面には、当該主表面側に設けられた燃料電池モジュール２０の設置領域に応じて開口１１８が設けられている。同様に、突出部１２０の他方の主表面には、当該主表面側に設けられた燃料電池モジュール２０の設置領域に応じて開口１１８が設けられている。

　突出部１２０には、燃料電池モジュール２０および燃料収容部３０が収容されている。

　燃料収容部３０は、水素吸蔵合金の収容空間３０ａを有する。収容空間３０ａに収容される水素吸蔵合金は、水素の吸蔵と、吸蔵した水素の放出とが可能であり、たとえば、希土類系のＭｍＮｉ4.32Ｍｎ0.18Ａｌ0.1Ｆｅ0.1Ｃｏ0.3（Ｍｍはミッシュメタル）である。なお、水素吸蔵合金は、希土類系の合金に限られず、たとえばＴｉ－Ｍｎ系合金、Ｔｉ－Ｆｅ系合金、Ｔｉ－Ｚｒ系合金、Ｍｇ－Ｎｉ系合金、Ｚｒ－Ｍｎ系合金等であってもよい。具体的には、水素吸蔵合金としてＬａＮｉ_５合金、Ｍｇ_２Ｎｉ合金、Ｔｉ_１＋ＸＣｒ_２－ｙＭｎ_ｙ（ｘ＝０．１～０．３、ｙ＝０～１．０）合金などを挙げることができる。水素吸蔵合金は、上述した水素吸蔵合金の粉末にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）デイスパージョンなどの結着剤を混合し、プレス機で圧縮成形した圧縮成形体（ペレット）とすることができる。必要に応じて、圧縮成形後に焼結処理がなされていてもよい。

　燃料収容部３０の両主表面側にはそれぞれ、燃料電池モジュール２０が配設されている。本実施形態では、燃料収容部３０の両面それぞれに、突出部１２０に設けられた４つの開口１１８と重なる４つの燃料電池モジュール２０が配設されている。燃料収容部３０の同一主表面側に設けられた４つの燃料電池モジュール２０は、それぞれの主表面が突出部１２０の主表面に沿い、かつ同一平面上に位置するように配置されている。

　燃料電池モジュール２０は、複数の膜電極接合体２１を備える。複数の膜電極接合体２１は、基材２２に形成された開口内に配設され、平面配列されている。基材２２は、ポリアクリレートなどの絶縁性の材料により形成される。

　膜電極接合体２１は、電解質膜２３、電解質膜２３の一方の面に設けられているカソード２４、および電解質膜２３の他方の面に設けられているアノード２５を有する。電解質膜２３は、基材２２に設けられた開口部を充填するように設けられている。カソード２４には、酸化剤としてたとえば空気が供給される。一方、アノード２５には燃料ガスとしてたとえば水素が供給される。一対のカソード２４とアノード２５との間に電解質膜２３が狭持されることによりセルが構成され、各セルは水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電する。本実施形態の燃料電池モジュール２０では、複数のセルが平面状に形成されている。

　インターコネクタ２６は、隣接する膜電極接合体２１の間において、基材２２を貫通して設けられている。隣接する膜電極接合体２１において、一方の膜電極接合体２１のカソード２４がインターコネクタ２６の一端に接続され、他方の膜電極接合体２１のアノード２５がインターコネクタ２６の他端に接続されている。インターコネクタ２６はカーボンなどの導電性の材料で形成されている。以上の構成により、隣接する膜電極接合体２１同士はインターコネクタ２６により直列接続されている。

　電解質膜２３は、湿潤状態において良好なイオン伝導性を示すことが好ましく、カソード２４とアノード２５との間でプロトンを移動させるイオン交換膜として機能する。電解質膜２３は、含フッ素重合体や非フッ素重合体等の固体高分子材料によって形成され、例えば、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体の例として、ナフィオン（デュポン社製：登録商標）１１２などが挙げられる。また、非フッ素重合体の例として、スルホン化された、芳香族ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホンなどが挙げられる。

　カソード２４およびアノード２５は、イオン交換樹脂ならびに触媒粒子、場合によって炭素粒子を有する。カソード２４およびアノード２５が有するイオン交換樹脂は、触媒粒子と電解質膜２３を接続し、両者間においてプロトンを伝達する役割を持つ。このイオン交換樹脂は、電解質膜２３と同様の高分子材料から形成されてよい。触媒金属としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｉｒ、ランタノイド系列元素やアクチノイド系列の元素の中から選ばれる合金や単体が挙げられる。また触媒を担持する場合には炭素粒子として、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブなどを用いてもよい。

　燃料電池モジュール２０は、カソード２４側の主表面が燃料電池システム１０の外部側を向くように配置されている。また、燃料電池モジュール２０は、膜電極接合体２１のカソード２４側に所定の空間を隔てて設けられたグリル１２２を有する。グリル１２２は、複数の空気取入孔１２２ａを有し、空気取入孔１２２ａを介して外部から空気が供給される。燃料電池モジュール２０とグリル１２２との間の空間２７には気液分離膜（図示せず）を設けることができる。

　本実施形態では、カソード２４側の主表面が外側を向いている。したがって、送風部４０により送風される燃料電池モジュール２０の主表面は、カソード２４側の主表面である。そのため、送風部４０によって、酸化剤ガスとしての空気の供給と、燃料電池モジュール２０冷却用の空気の供給とを達成することができる。

　膜電極接合体２１のアノード２５側には、膜電極接合体２１と燃料収容部３０の壁面とで挟まれた空間２８が形成されている。この空間２８は、燃料収容部３０から燃料供給部３２を介して供給される燃料の貯蔵部として機能する。

　燃料電池モジュール２０のカソード２４側の主表面には、温度検出部６０が設けられている。温度検出部６０により燃料電池モジュール２０の温度が測定される。温度検出部６０で得られた燃料電池モジュール２０の温度情報は、制御部７０に送信される。

　突出部１２０の一方の端部側には、燃料供給部３２が設けられている。また、突出部１２０の燃料供給部３２と対向する端部側には、燃料収容部カバー３４が設けられている。

　燃料供給部３２は、水素供給路およびレギュレータ（ともに図示せず）を主な構成として備える。水素供給路は、一端が燃料収容部３０が有する２つの収容空間３０ａの出口と連通し、他端が燃料電池モジュール２０のアノード２５と連通している。水素供給路の途中にレギュレータが設けられている。レギュレータにより、水素吸蔵合金から水素が放出される際に、燃料電池モジュール２０に供給される水素の圧力が低減される。これにより、燃料電池モジュール２０のアノード２５が保護される。

　燃料収容部カバー３４は、突出部１２０あるいは燃料収容部３０に対して着脱可能に設けられている。燃料収容部カバー３４を取り外すことで、燃料収容部３０の収容空間３０ａへの水素吸蔵合金カートリッジの挿入、あるいは収容空間３０ａからの水素吸蔵合金カートリッジの取り出しが可能となる。

　突出部１２０の両側の主表面の所定個所には、送風部４０が設けられている。本実施形態では、突出部１２０の各主表面側で４つの燃料電池モジュール２０がマトリクス状に配列されており、送風部４０は、燃料電池モジュール２０の主表面と交わる方向から見て、これら４つの燃料電池モジュール２０で囲まれた領域内に配置されている。すなわち、４つの燃料電池モジュール２０が２行２列で並べられており、４つの燃料電池モジュール２０の中心点から等距離に位置する点上に送風部４０が配置されている。あるいは、送風部４０は、突出部１２０の主表面の略中心に配置される。

　送風部４０は、４つの燃料電池モジュール２０の主表面に沿って、これら４つの燃料電池モジュール２０に同時に送風する。本実施形態では、送風部４０は、遠心ファン４２（シロッコファン）を有する。遠心ファン４２は、回転軸４４と、回転軸４４に連結されるとともに回転軸４４を囲むように配置された筒部４６とを有する。筒部４６は、多数の羽根４６ａを有する。回転軸４４には、遠心ファン４２を回転させるためのモータ（図示せず）が連結されている。モータは、突出部１２０の中に収容されている。たとえば、モータは燃料収容部３０の収容空間３０ａと収容空間３０ａとの間に配置されている。

　モータの駆動により遠心ファン４２が回転すると、回転軸４４の軸方向から吸い込まれた空気が回転軸４４周りに放射状に排出される（図１の矢印Ｗ）。そのため、燃料電池モジュール２０の主表面と交わる方向から見て、送風部４０で発生した風は４つの燃料電池モジュール２０に向けて送風される。このように、複数の燃料電池モジュール２０で囲まれた領域に配置された送風部４０によって、各燃料電池モジュール２０に送風することで、基部に収容した送風部から基部の上方に突出した燃料電池モジュールに向けて送風する構造に比べて、各燃料電池モジュールを均一に空冷することができる。

　送風部４０は、遠心ファン４２の回転による主な送風方向が４つの燃料電池モジュール２０の主表面と平行な方向である。この場合であっても、燃料電池モジュール２０の主表面に沿って流れる風により、気流の変化を起こして燃料電池モジュール２０の主表面に風を当てることができるが、燃料電池モジュール２０の冷却効果をさらに向上させるために、送風部４０から送出された風の方向を燃料電池モジュール２０の主表面に向くように角度を付ける整流部５０を設けることが好ましい。たとえば、羽根４６ａの形状を、送風方向が燃料電池モジュール２０側に傾く形状とすることができる。すなわち、羽根４６ａ自体に整流部５０を設けることができる。

　なお、本実施形態では、燃料電池モジュール２０が４つであるが、その数は特に限定されない。たとえば、燃料電池モジュール２０が３つの場合には、３つの燃料電池モジュール２０は、互いの中心点間距離が等しくなるように配置され、この３つの燃料電池モジュール２０で囲まれた領域に送風部４０が配置される。すなわち、送風部４０は、燃料電池モジュール２０の主表面と交わる方向から見て、隣接する少なくとも３つの燃料電池モジュール２０で囲まれた領域内に配置され、送風部４０を取り囲む燃料電池モジュール２０に向けて送風する。

　以上説明したように、実施形態１の燃料電池システムでは、複数の燃料電池モジュールで囲まれた領域に配置された送風部によって、各燃料電池モジュールに送風している。そのため、各燃料電池モジュールに均一に送風することができるため、場所による冷却効果のばらつきを低減することができる。その結果、各燃料電池モジュールの発電が均一化されるため、燃料電池システムの発電性能の安定化を図ることができる。

　また、燃料電池システムは、送風の流路を要しないため、送風量が圧損により低減することがほとんどない。このため、補機に必要な電力を抑制することができる。また、燃料電池モジュールのカソード側の主表面のある箇所で発生した熱や水蒸気が別の箇所に与える影響を低減することができるため、燃料電池モジュールによる発電を安定化させることができる。

　また、燃料電池モジュールのカソード側の主表面が送風の流路に遮られることがないため、送風機を使用しないときでも、燃料電池モジュールのカソード側の主表面からの放熱を確保することができ、燃料電池システム全体の放熱性を向上させることができる。また、燃料電池モジュールのドライアウト温度に応じてファンを動作させることにより、燃料電池モジュールでドライアウトが生じることを抑制することができ、ひいては燃料電池モジュールによる発電を安定化させることができる。

　（実施形態２）
　実施形態２に係る燃料電池システム１０は、主に送風部４０の形状、設置個数および配置を除き、実施形態１に係る燃料電池システム１０の構成と共通する。以下、実施形態２に係る燃料電池システム１０について実施形態１と異なる構成を中心に説明する。図６は、実施形態２に係る燃料電池システムを左斜め上方から見た斜視図である。図７は、送風部の外装体を斜め上方から見た斜視図である。図８は、整流部の構造を説明するための部分断面模式図である。なお、図８は、図７のＢ－Ｂ線に沿った断面の部分模式図に相当する。

　本実施形態に係る燃料電池システム１０は、突出部１２０の各主表面側にそれぞれ２つの送風部４０を有する。２つの送風部４０はそれぞれ、燃料電池モジュール２０の主表面と交わる方向から見て、隣接する２つの燃料電池モジュール２０の間に配置されている。本実施形態では、燃料供給部３２側で基部１１０の延在方向と垂直な方向に沿って並ぶ２つの燃料電池モジュール２０の間に一方の送風部４０が配置され、燃料収容部カバー３４側で基部１１０の延在方向と垂直な方向に沿って並ぶ２つの燃料電池モジュール２０の間に他方の送風部４０が配置されている。

　送風部４０は、外装体４８を有し、外装体４８の中に実施形態１と同様の遠心ファン４２が収容されている。外装体４８には、遠心ファン４２の回転軸４４（ともに図５参照）の上方に配置される吸気口４８ａと、回転軸４４の軸周り方向に配置される２つの排気口４８ｂとを有する。２つの排気口４８ｂは、回転軸４４に対して対称となる位置に設けられ、隣接する２つの燃料電池モジュール２０のうちの一方の燃料電池モジュール２０に一方の排気口４８ｂが向けられ、他方の燃料電池モジュール２０に他方の排気口４８ｂが向けられている。

　各排気口４８ｂには、整流部５０が設けられている。整流部５０は、排気口４８ｂの周縁部に設けられた枠体５２を有する。枠体５２には、庇部５４が設けられている。庇部５４は、送風部４０が突出部１２０に配設された状態で突出部１２０の主表面と対向する面が、傾斜面５４ａとなっている。傾斜面５４ａは、庇部５４の先端に近づくほど、突出部１２０の主表面からの距離が短くなるように傾斜している。さらに、傾斜面５４ａは、突出部１２０の主表面とは反対側に湾曲した弧を描いている。また、傾斜面５４ａには、複数の整流フィン５６が設けられている。

　外装体４８に収容された遠心ファン４２が回転すると、吸気口４８ａから外装体４８内に取り込まれた空気が排気口４８ｂから外装体４８の外側に排出される。排気口４８ｂから排出された空気は、燃料電池モジュール２０の主表面と交わる方向から見て、隣接する２つの燃料電池モジュール２０に送出される（図６の矢印Ｗ）。すなわち、送風部４０は、隣接する２つの燃料電池モジュール２０に同時に送風する。送風部４０から送出された空気は、その主な送風方向が燃料電池モジュール２０の主表面と略平行な方向であるが、空気の一部が庇部５４の傾斜面５４ａに当たることで、燃料電池モジュール２０の主表面に向くように角度が付けられる。また、例えば、複数の整流フィン５６によって、送風部４０から送出された風を、燃料電池モジュール２０の主表面に平行な方向で整流することができる。

　本実施形態の燃料電池システムによれば、実施形態１と同様な効果を得ることができる。

　（実施形態３）
　実施形態３に係る燃料電池システム１０は、主に送風部４０のタイプが軸流ファンであることを除き、実施形態２に係る燃料電池システム１０の構成と共通する。以下、実施形態３に係る燃料電池システム１０について実施形態２と異なる構成を中心に説明する。図９は、実施形態３に係る燃料電池システムを左斜め上方から見た斜視図である。図１０（Ａ）は、送風部を斜め上方から見た斜視図である。図１０（Ｂ）は、送風部および整流部の構造を説明するための部分断面模式図である。なお、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＣ－Ｃ線に沿った断面の部分模式図に相当する。

　本実施形態に係る燃料電池システム１０は、突出部１２０の各主表面側にそれぞれ２つの送風部４０を有する。２つの送風部４０はそれぞれ、燃料電池モジュール２０の主表面と交わる方向から見て、隣接する２つの燃料電池モジュール２０の間に配置されている。本実施形態では、送風部４０は、軸流ファン１４２（プロペラファン）を有する。軸流ファン１４２は、回転軸１４４と、回転軸１４４に連結された複数（本実施形態では２枚）の羽根１４６と、回転軸１４４および羽根１４６が収容される貫通孔１４８ａが形成された外装体１４８とを有する。回転軸１４４には、軸流ファン１４２を回転させるためのモータ（図示せず）が連結されている。モータは、突出部１２０に収容されている。

　外装体１４８には、整流部５０が設けられている。整流部５０は、貫通孔１４８ａの縁部に設けられた庇部５４を有する。庇部５４は、送風部４０が突出部１２０に配設された状態で突出部１２０の主表面と対向する面が、傾斜面５４ａとなっている。傾斜面５４ａは、庇部５４の先端に近づくほど、突出部１２０の主表面からの距離が短くなるように傾斜している。さらに、傾斜面５４ａは、突出部１２０の主表面とは反対側に湾曲した弧を描いている。また、傾斜面５４ａには、複数の整流フィン５６が設けられている。

　軸流ファン１４２は、回転方向を逆転させることが可能であり、制御部７０によって軸流ファン１４２の回転方向が切り替えられる。送風部４０は、軸流ファン１４２が順方向に回転したとき、隣接する２つの燃料電池モジュール２０のうち一方の燃料電池モジュール２０に向けて送風する（図９の実線矢印Ｗ）。また、軸流ファン１４２が逆方向に回転したとき、他方の燃料電池モジュール２０に向けて送風する（図９の破線矢印Ｗ）。すなわち、送風部４０は、隣接する２つの燃料電池モジュール２０に個別、あるいは順に送風する。また、送風部４０から送出された空気は、庇部５４の傾斜面５４ａに当たることで燃料電池モジュール２０の主表面に向くように角度が付けられる。制御部７０は、一定時間毎に軸流ファン１４２の回転方向を切り替えてもよいし、温度が高い方の燃料電池モジュール２０の冷却を優先するように軸流ファン１４２の回転方向を切り替えてもよい。

　本実施形態の燃料電池システムによれば、実施形態１と同様な効果を得ることができる。

　なお、送風部４０は、その送風方向と略垂直な方向であって、かつ突出部１２０の主表面と平行な方向にスライド可能であってもよい。送風部４０をスライドさせることで、燃料電池モジュール２０をより均一に空冷することができる。

　本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうるものである。各実施形態の変形例としては、たとえば以下のものを挙げることができる。

　（変形例１）
　変形例１に係る燃料電池システム１０は、燃料供給部３２および送風部４０の配置を除き、実施形態２に係る燃料電池システム１０の構成と共通する。図１１は、変形例１に係る燃料電池システムを左斜め上方から見た斜視図である。変形例１に係る燃料電池システム１０では、燃料供給部３２が基部１１０と突出部１２０との間に配設されている。この場合、２つの送風部４０は、燃料供給部３２の延在方向に対して略垂直な方向、すなわち縦並びに配置される。

　送風部４０を突出部１２０の主表面上に設ける場合、送風部４０のモータ等の収容スペースを突出部１２０内に確保するために、燃料供給部３２を介した燃料収容部３０から各燃料電池モジュール２０までの水素供給路が、送風部４０の配設領域において分断され得る。そのため、２つの送風部４０は、燃料供給部３２の延在方向に対して略垂直に並ぶように配設することが好ましい。これにより、燃料供給部３２から送風部４０よりも遠い側に配列された燃料電池モジュール２０への水素供給路を確保することができる。なお、実施形態３に係る燃料電池システム１０の場合も同様である。

　（変形例２）
　変形例２に係る燃料電池システム１０は、送風部４０が外装体４８を有しないことを除き、実施形態２に係る燃料電池システム１０の構成と共通する。図１２は、変形例２に係る燃料電池システムを左斜め上方から見た斜視図である。変形例２に係る燃料電池システム１０では、送風部４０が外装体４８を有さず、実施形態１と同様に回転軸４４および筒部４６が露出している。これにより、隣り合う２つの燃料電池モジュールに、同時に送風することができ、燃料電池モジュール２０の冷却効果のばらつきを低減することができる。

　（変形例３）
　上述の実施形態１において、送風部４０は軸流ファン１４２を有してもよい。この場合、たとえば軸流ファン１４２を突出部１２０の主表面に垂直な軸回りに回転させることで、送風部４０を取り囲む複数の燃料電池モジュール２０に、個別にあるいは順に送風することができる。あるいは、突出部１２０の主表面方向に送風部４０をスライドさせることで、複数の燃料電池モジュール２０に送風してもよい。

　（変形例４）
　上述の各実施形態および各変形例において、送風部４０および整流部５０は、突出部１２０内に収容可能であってもよい。たとえば制御部７０は、燃料電池システム１０が停止状態にあるときや燃料電池モジュール２０の冷却の必要性が低い場合に、送風部４０を突出部１２０内に収容する。これにより、燃料電池システム１０の持ち運びを容易にすることができる。この場合、突出部１２０の両主表面側の送風部４０が設けられる位置は、突出部１２０の主表面方向で互いにずれていることが好ましい。送風部４０の配置をずらすことで、突出部１２０内に設けられる送風部４０の収容スペースをずらすことができる。これにより、収容スペースを設けることによる突出部１２０の厚さの増大を軽減することができる。

　（変形例５）
　上述の各実施形態および各変形例において、燃料供給部３２の延在方向に垂直な方向で並ぶ２つの燃料電池モジュール２０は、一体的に形成された１つの燃料電池モジュール２０であってもよい。この場合、たとえば実施形態１に係る燃料電池システム１０は、基部１１０の延在方向に沿って、上段に設けられた燃料電池モジュール２０と、下段に設けられた燃料電池モジュール２０とを有し、送風部４０が隣接する２つの燃料電池モジュール２０の間に配置され、２つの燃料電池モジュール２０に向けて送風する構造となる。

　なお、燃料電池モジュール２０が１つの場合は、送風部４０を燃料電池モジュール２０の略中央に配置し、ファンを回転させるためのモータを燃料電池モジュール２０と反対側に配置する。これにより、燃料電池モジュール２０を均一に空冷することができる。

　上述の各実施形態および各変形例では、パッシブ型の燃料電池システム１０が例示されているが、燃料電池システム１０は補機等を有するアクティブ型の燃料電池システムであってもよい。また、上述の各実施形態および各変形例において、筐体１００の外側に、所定の空間を隔てて突出部１２０の主表面を覆うカバー（特許文献１に記載されたカバーと同様のもの）を設置し、送風部４０からの風の流路を形成してもよい。また、燃料電システム１０に組み込まれるセルの大きさ、セルの配置、セル間や燃料電池モジュール間の電気的な接続形態等は、上述した各実施形態および各変形例の構成に限定されず、適宜変更可能である。

　また、上述の各実施形態および各変形例では、燃料電システム１０は、複数のセルが平面状に配設された構造を有する燃料電池（すなわち燃料電池モジュール２０）を複数有するが、単セルからなる燃料電池を複数有してもよい。また、送風部４０からの送風を燃料電池モジュール２０の主表面に向けて角度を付けるための整流部５０が設けられているが、整流部５０が設けられていなくてもよい。また、制御部７０および送風部４０の駆動に必要な電力は、燃料電池モジュール２０で生成された電力によって賄っているが、燃料電池システム１０を二次電池を備える構成とし、二次電池よって電力を賄ってもよい。

　１０　燃料電池システム、　２０　燃料電池モジュール、　２１　膜電極接合体、　２３　電解質膜、　２４　カソード、　２５　アノード、　４０　送風部、　４２　遠心ファン、　５０　整流部、　６０　温度検出部、　７０　制御部、　１４２　軸流ファン。

　本発明は、燃料電池システムに利用することができる。

Claims (8)

1. 　電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられているカソードと、前記電解質膜の他方の面に設けられているアノードとを有する、２つ以上の燃料電池と、
   　前記燃料電池の主表面と交わる方向から見て、隣接する２つの前記燃料電池の間に配置され、２つの前記燃料電池の主表面に沿って、２つの前記燃料電池に同時または個別に送風する送風部と、
   　を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 　電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられているカソードと、前記電解質膜の他方の面に設けられているアノードとを有する、３つ以上の燃料電池と、
   　前記燃料電池の主表面と交わる方向から見て、隣接する少なくとも３つの前記燃料電池で囲まれた領域内に配置され、当該少なくとも３つの前記燃料電池の主表面に沿って、当該少なくとも３つの前記燃料電池に同時または個別に送風する送風部と、
   　を備えることを特徴とする燃料電池システム。
3. 　前記送風部は、遠心ファンを有する請求項１または２に記載の燃料電池システム。
4. 　前記送風部は、軸流ファンを有し、
   　前記軸流ファンが順方向に回転したとき、隣接する２つの燃料電池のうち一方の燃料電池に送風し、前記軸流ファンが逆方向の回転したとき、他方の燃料電池に送風する請求項１に記載の燃料電池システム。
5. 　前記送風部から送出された風の方向を前記燃料電池の主表面に向くように角度を付ける整流部をさらに備える請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
6. 　前記送風部により送風される前記燃料電池の主表面は、前記燃料電池のカソード側の主表面である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
7. 　前記燃料電池の温度を測定する温度検出部と、
   　前記温度検出部によって測定された少なくとも１つの前記燃料電池の温度が、前記燃料電池でドライアウトが生じ始める温度近傍に達したとき、前記送風部による送風を開始させる制御部と、
   　をさらに備える請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
8. 　前記燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられているカソードと、前記電解質膜の他方の面に設けられているアノードとを含む膜電極接合体が複数配列された構造を有する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。

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