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公開番号2025149076
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-08
出願番号2024049514
出願日2024-03-26
発明の名称燃料電池システム
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H01M 8/04 20160101AFI20251001BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】コンプレッサのエアベアリングを掃気するFCシステムを提供する。
【解決手段】FCシステムは、コンプレッサ、空気供給路、空気排出路、バイパス路、エアベア路、コントローラを備える。コンプレッサは、エアベアリングを備えており、FCスタックに空気を送る。空気排出路は、FCスタックの空気出口とマフラをつないでいる。FCスタックの空気入口と空気出口の夫々に空気入口弁と空気出口弁が備えられている。バイパス路は、空気供給路と空気排出路を接続しており、途中に分流弁が備えられている。エアベア路は、コンプレッサ内の空気をエアベアリングを通過させて空気排出路に送る。コントローラは、FCスタックを停止する際に外気温度が温度閾値を上回っている場合は分流弁を開度閾値よりも大きく開きつつコンプレッサを作動させ、温度閾値を下回っている場合は分流弁を開度閾値よりも小さく開きつつコンプレッサを作動させる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池スタックと、
エアベアリングを備えているとともに、前記燃料電池スタックに空気を送るコンプレッサと、
前記コンプレッサと前記燃料電池スタックの空気入口をつなぐ空気供給路と、
前記燃料電池スタックの空気出口とマフラをつなぐ空気排出路と、
前記空気供給路と前記空気排出路を接続するバイパス路と、
前記空気入口に設けられている空気入口弁と、
前記空気出口に設けられている空気出口弁と、
前記バイパス路に設けられている分流弁と、
前記コンプレッサ内の空気を前記エアベアリングを通過させて前記空気排出路に送るエアベア路と、
コントローラと、
を備えており、
前記コントローラは、
前記燃料電池スタックを停止する際に外気温度が所定の温度閾値を上回っている場合は、前記空気入口弁と前記空気出口弁を閉じ、前記分流弁を所定の開度閾値よりも大きく開きつつ前記コンプレッサを作動させて前記エアベアリングと前記エアベア路を掃気し、
前記燃料電池スタックを停止する際に外気温度が前記温度閾値を下回っている場合は、前記空気入口弁と前記空気出口弁を閉じ、前記分流弁を前記開度閾値よりも小さく開きつつ前記コンプレッサを作動させて前記エアベアリングと前記エアベア路を掃気する、
燃料電池システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、燃料電池システムに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、空気流路や燃料流路が湿潤となる。そのため、低温下で燃料電池スタックを停止する際にはそれらの流路や燃料電池スタック内の水分を除去する必要がある。流路に空気を流して水分を除去することは掃気と称される。なお、以下では、説明の便宜上、「燃料電池」を「ＦＣ」と略記する場合がある。「燃料電池システム」は「ＦＣシステム」と略記し、「燃料電池スタック」は「ＦＣスタック」と略記する。
【０００３】
特許文献１、２に、掃気に関する技術が開示されている。特許文献１のＦＣシステムは、ＦＣスタックに空気を送るコンプレッサに加えて、背圧弁などを掃気するための別のコンプレッサを備える。ＦＣスタックに空気を送るコンプレッサはエアベアリングを備えていることがある。特許文献２のＦＣシステムは、エアベアリングの凍結が検知された場合、コンプレッサモータを駆動し、モータの発熱でエアベアリングに付着した氷を解かす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００９－１４６７０９号公報
特開２０１５－０４８８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＦＣシステムは、コンプレッサの空気をＦＣスタックに通さずに排気するバイパス路も備える。ＦＣスタックを停止する際、エアベアリングを掃気するだけでなく、バイパス路（および空気排出路）も掃気する必要がある。本明細書は、バイパス路とエアベアリングの双方を適切に掃気することのできるＦＣシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示するＦＣシステムは、ＦＣスタック、コンプレッサ、空気供給路、空気排出路、バイパス路、コントローラを備える。コンプレッサは、エアベアリングを備えているとともに、ＦＣスタックに空気を送る。空気供給路は、コンプレッサとＦＣスタックの空気入口をつないでいる。空気排出路は、ＦＣスタックの空気出口とマフラをつないでいる。ＦＣスタックの空気入口には空気入口弁が備えられており、空気出口には空気出口弁が備えられている。バイパス路は、空気供給路と空気排出路を接続しており、途中に分流弁が備えられている。
【０００７】
本明細書が開示するＦＣシステムは、さらに、コンプレッサ内の空気をエアベアリングを通過させて空気排出路に送るエアベア路を備えている。ＦＣシステムのコントローラは、ＦＣスタックを停止する際に外気温度が所定の温度閾値を上回っている場合は、空気入口弁と空気出口弁を閉じ、分流弁を所定の開度閾値よりも大きく開きつつコンプレッサを作動させてエアベアリングを掃気する。コントローラは、ＦＣスタックを停止する際に外気温度が所定の温度閾値を下回っている場合は、空気入口弁と空気出口弁を閉じ、分流弁を所定の開度閾値よりも小さく開きつつコンプレッサを作動させてエアベアリングを掃気する。
【０００８】
分流弁の開度が小さいと、空気が分流弁を通過する際に生じる音（気流音）が大きくなることが知られている。上記した「開度閾値」は、分流弁の開度がそれよりも小さいと気流音が大きくなる、という値に設定されている。また、温度閾値は、凍結が予想される温度に設定されている。外気温度が温度閾値よりも高い場合は気流音が小さくなるように、分流弁を大きく開く。外気温度が温度閾値よりも低い場合は、エアベアリングの凍結を防止すべく、分流弁の開度を小さくし、エアベア路に多量の空気が流れるようにする。本明細書が開示するＦＣシステムは、バイパス路とエアベアリングの双方を適切に掃気することができる。
【０００９】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施例の燃料電池システム（ＦＣシステム２）のブロック図である。
通常温度下での掃気処理のタイムチャートである。
低温下での掃気処理のタイムチャートである。
変形例のコンプレッサ１２０の構造図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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