JP2002216821A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JP2002216821A
JP2002216821A JP2001008475A JP2001008475A JP2002216821A JP 2002216821 A JP2002216821 A JP 2002216821A JP 2001008475 A JP2001008475 A JP 2001008475A JP 2001008475 A JP2001008475 A JP 2001008475A JP 2002216821 A JP2002216821 A JP 2002216821A
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Japan
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power
fuel cell
semiconductor element
power semiconductor
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JP2001008475A
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English (en)
Inventor
Shinobu Kake
忍 懸
Yoshiaki Yamamoto
義明 山本
Tetsuya Ueda
哲也 上田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力用半導体素子を独立で冷却すると、性能
は一定ではなく、装置が大型化し、かつ発生する熱は捨
てられる。 【解決手段】 電力用半導体素子6bを冷却装置8(ま
たは熱交換器、燃料電池本体3)に熱的に接続すること
で電力用半導体素子6bの温度を一定とし、その性能を
一定として変換される電力を良質のものとするともに冷
却装置を不要とし、また、電力用半導体素子6bで発生
する熱を熱交換器4を介して有効利用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は従来の燃料電池発電装置のブロッ
ク図である。図4において、1は天然ガス等の原燃料を
改質して水素を主体とする燃料ガスとする改質器、2は
燃料ガス中の水蒸気と一酸化炭素とを水素と二酸化炭素
とに変成する変成器、3は水素と空気中の酸素とにより
直流電力を発電する燃料電池本体、4は燃料電池本体3
で発電した直流電力を所定の電力である交流電力に変換
する電力用半導体素子6a(通常、複数個を並列に接続
して使用する部分がある、図では省略)を使用したDC
/ACインバ−タ、7は燃料電池本体3の発生熱を熱出
力として外部に供給する熱交換器である。電力用半導体
素子6aには、冷却フィンまたは冷却用ファン5が備え
られている。
【0003】燃料電池発電装置の運転時には、電力用半
導体素子6aで燃料電池本体3の発電量の約1割(IG
BT使用、燃料電池本体3の発電電圧50V、出力の交
流電圧単相200V、周波数60Hzの場合)に相当す
る熱が発生するため、この熱を冷却フィンまたは冷却用
ファン5により外部に放出し、電力用半導体素子6aを
所定温度(IGBTでは105℃以下の温度)に維持し
ている。
【0004】この従来の構成では、各電力用半導体素子
6aの温度が全て一定とならず、変換された所定の電力
が、良質の電力にならないという問題点を有していた。
また、電力用半導体素子から発生する熱出力が有効利用
できないという問題点を有していた。また、電力用半導
体素子の冷却のために、冷却フィンまたは冷却用ファン
が必要で装置を小形化できないという問題点を有してい
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の有する問題点を解決することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1記載の本発明は、水素を主体とする燃料ガ
スと酸素とから直流電力を発電する燃料電池本体と、前
記燃料電池本体を冷却する冷却装置と、前記発電した直
流電力を所定の電力に変換する電力用半導体素子とを備
え、前記電力用半導体素子を前記冷却装置に熱的に接続
した燃料電池発電装置を構成したことを特徴とする。
【0007】また、上記課題を解決するため、請求項2
記載の本発明は、前記電力用半導体素子を前記冷却装置
中の熱交換器に熱的に接続した請求項1記載の燃料電池
発電装置を構成したことを特徴とする。
【0008】また、上記課題を解決するため、請求項3
記載の本発明は、水素を主体とする燃料ガスと酸素とか
ら直流電力を発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本
体を冷却する冷却装置と、前記発電した直流電力を所定
の電力に変換する電力用半導体素子とを備え、前記電力
用半導体素子を燃料電池本体に熱的に接続した燃料電池
発電装置を構成したことを特徴とする。
【0009】また、上記課題を解決するため、請求項4
記載の本発明は、前記燃料電池本体が固体高分子型であ
る請求項1〜3いずれかに記載の燃料電池発電装置を構
成したことを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】(実施の形態1)図1は、本発明
の一実施の形態である燃料電池発電装置のブロック図で
ある。図1において、1は改質器であり、天然ガス等の
原燃料を改質して水素を主体とする燃料ガスを生成す
る。2は変成器であり、水素を主体とする燃料ガス中の
一酸化炭素と水蒸気とを二酸化炭素と水素とに変成す
る。3は固体高分子型(動作温度70℃〜100℃)の
燃料電池本体であり、水素と空気中の酸素とにより直流
電力を発電する。4はDC/ACインバ−タであり、燃
料電池本体3で発電した直流電力を所定の電力である交
流電力に変換する。6bは電力用半導体素子(通常、複
数個を並列に接続して使用する部分がある、図では省
略)であり、DC/ACインバータ4の主たる構成要素
である。8は冷却装置であり、7の熱交換器により燃料
電池本体3で発生する熱を外部に供給することで、燃料
電池本体3を所定の温度(70℃〜100℃)に保ち、
その性能を維持するように構成されている。燃料電池本
体3で発電する直流電力は一定の電圧ではなく、動作状
況により変動するので、DC/ACインバ−タ4は交流
電力に変換する前の直流電力の電圧を一定の範囲に保つ
ためにDC/DCインバータの機能も備えている。
【0011】そして、DC/ACインバ−タ4およびD
C/DCインバータの機能で使用される電力用半導体素
子6bは、冷却装置8中の半導体冷却器9に取り付けら
れ、半導体冷却器9を通じて電力用半導体素子6bと冷
却装置8との間で熱が伝わるように熱的に接続されてい
る。
【0012】燃料電池発電装置の運転時には、電力用半
導体素子6bで燃料電池本体3の発電量の約1割(従来
技術のIGBT使用、燃料電池本体3の発電電圧50
V、出力の交流電圧単相200V、周波数60Hzの場
合)に相当する熱が発生する。電力用半導体素子6bの
性能を一定に保つためには、この熱をどこかに運び、電
力用半導体素子6bを所定温度(従来技術のIGBTで
は105℃以下の温度)に維持する必要がある。そのた
め、電力用半導体素子6bを冷却装置8中の半導体冷却
器9に熱的に接続し、半導体冷却器9の温度に各電力用
半導体素子6bの温度を保ち、各電力用半導体素子6b
の性能を一定とし、良質の電力を供給するものである。
そして、従来の冷却フィンまたは冷却用ファンを用いた
空冷方式とは異なり、液相を用いる熱容量の大きい冷却
装置8で各電力用半導体素子を冷却するので、各電力用
半導体素子6bの温度は容易に一定の温度となり、各電
力用半導体素子6bの性能は一定となる。従って、変換
される出力電力は良質のものとなる。そして、この構成
によれば、電力用半導体素子6bで発生した熱は冷却装
置8に運ばれ、熱交換器7を介して外部で有効利用する
ことができる。さらにこの構成によれば、電力用半導体
素子を空冷で冷却するための冷却フィンまたは冷却用フ
ァンが不必要であり、装置を小形化できる。
【0013】燃料電池本体3は、冷却装置8の主要構成
要素である熱交換器7で外部に熱を供給(または放出)
して温度を一定に保つように構成されているので、電力
用半導体素子6bの熱で異常昇温することはない。
【0014】(実施の形態2)図2は、本発明の異なる
実施の形態である燃料電池発電装置のブロック図であ
る。図2において、1は改質器であり、天然ガス等の原
燃料を改質して水素を主体とする燃料ガスを生成する。
2は変成器であり、水素を主体とする燃料ガス中の一酸
化炭素と水蒸気とを二酸化炭素と水素とに変成する。3
は固体高分子型の燃料電池本体であり、水素と空気中の
酸素とにより直流電力を発電する。4はDC/ACイン
バ−タであり、燃料電池本体3で発電した直流電力を所
定の電力である交流電力に変換する。6bは電力用半導
体素子であり、DC/ACインバータ4の主たる構成要
素である。8は冷却装置であり、7の熱交換器により燃
料電池本体3で発生する熱を外部に供給することで、燃
料電池本体3を所定の温度に保ち、その性能を維持する
ように構成されている。燃料電池本体3で発電する直流
電力は一定の電圧ではなく、動作状況により変動するの
で、DC/ACインバ−タ4は交流電力に変換する前の
直流電力の電圧を一定の範囲に保つためにDC/DCイ
ンバータの機能も備えている。
【0015】そして、DC/ACインバ−タ4およびD
C/DCインバータの機能で使用される電力用半導体素
子6bは、冷却装置8中の熱交換器7に取り付けられ、
熱交換器7を通じて電力用半導体素子6bと冷却装置8
との間で熱が伝わるように熱的に接続されている。
【0016】燃料電池発電装置の運転時には、電力用半
導体素子6bで熱が発生する。電力用半導体素子6bの
性能を一定に保つためには、この熱をどこかに運び、電
力用半導体素子6bを所定温度に維持する必要がある。
そのため、電力用半導体素子6bを冷却装置8の主要構
成要素である熱交換器7に取り付け、熱交換器7の温度
に電力用半導体素子6bの温度を保つことで熱を運び、
性能を一定に保つものである。そして、この構成によれ
ば、電力用半導体素子6bで発生した熱は冷却装置8に
運ばれ、熱交換器7を介して外部で有効利用することが
できる。さらにこの構成によれば、電力用半導体素子を
冷却するための冷却フィンまたは冷却用ファンが不必要
で、かつ(実施の形態1)のような半導体冷却器も不必
要であり、装置を小形化できる。
【0017】燃料電池本体3は、冷却装置8の主要構成
要素である熱交換器7で外部に熱を供給して温度を一定
に保つように構成されているので、電力用半導体素子6
bの熱で異常昇温することはない。
【0018】(実施の形態3)図3は、本発明の異なる
実施の形態である燃料電池発電装置のブロック図であ
る。図3において、1は改質器であり、天然ガス等の原
燃料を改質して水素を主体とする燃料ガスを生成する。
2は変成器であり、水素を主体とする燃料ガス中の一酸
化炭素と水蒸気とを二酸化炭素と水素とに変成する。3
は固体高分子型の燃料電池本体であり、水素と空気中の
酸素とにより直流電力を発電する。4はDC/ACイン
バ−タであり、燃料電池本体3で発電した直流電力を所
定の電力である交流電力に変換する。6bは電力用半導
体素子であり、DC/ACインバータ4の主たる構成要
素である。8は冷却装置であり、7の熱交換器により燃
料電池本体3で発生する熱を外部に供給することで、燃
料電池本体3を所定の温度に保ち、その性能を維持する
ように構成されている。燃料電池本体3で発電する直流
電力は一定の電圧ではなく、動作状況により変動するの
で、DC/ACインバ−タ4は交流電力に変換する前の
直流電力の電圧を一定の範囲に保つためにDC/DCイ
ンバータの機能も備えている。
【0019】そして、DC/ACインバ−タ4およびD
C/DCインバ−タの機能で使用される電力用半導体素
子6bは燃料電池本体3に取り付けられ、電力用半導体
素子6bと燃料電池本体3との間で熱が伝わるように熱
的に接続されている。
【0020】燃料電池発電装置の運転時には、電力用半
導体素子6bで熱が発生する。電力用半導体素子6bの
性能を保つためには、この熱をどこかに運び、電力用半
導体素子6bを所定温度に維持する必要がある。そのた
め、本実施の形態の構成では、電力用半導体素子6bを
燃料電池本体3に熱的に接続し、燃料電池本体3の温度
に保つことで熱を運び、電力用半導体素子6bの性能を
一定に保つものである。そして、この構成によれば、電
力用半導体素子6bで発生した熱は燃料電池本体3を通
じて冷却装置8に運ばれ、熱交換器7を介して外部で有
効利用することができる。さらにこの構成によれば、電
力用半導体素子を冷却するための冷却フィンまたは冷却
用ファンが不必要で、かつ(実施の形態1)のような半
導体冷却器も不必要であり、装置を小形化できる。
【0021】燃料電池本体3は、冷却装置8の主要構成
要素である熱交換器7で外部に熱を供給して温度を一定
に保つように構成されているので、電力用半導体素子6
bの熱で異常昇温することはない。
【0022】
【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明によれば、電力用半導体素子の性能を一定に
保つことができる燃料電池発電装置が構成できるという
効果が得られる。
【0023】また、電力用半導体素子から発生する熱出
力が有効利用できる燃料電池発電装置が構成できるとい
う効果が得られる。
【0024】また、電力用半導体素子を冷却するための
冷却フィンまたは冷却用ファンが不必要で、装置を小形
化できる燃料電池発電装置が構成できるという効果が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である燃料電池発電装置
のブロック図
【図2】本発明の異なる実施の形態である燃料電池発電
装置のブロック図
【図3】本発明の異なる実施の形態である燃料電池発電
装置のブロック図
【図4】従来の燃料電池発電装置のブロック図
【符号の説明】
1 改質器 2 変成器 3 燃料電池本体 4 DC/DCコンバ−タ 5 冷却ファン 6a,6b 電力用半導体素子 7 熱交換器 8 冷却装置 9 半導体冷却器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 哲也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA17 CC06

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直
    流電力を発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体を
    冷却する冷却装置と、前記発電した直流電力を所定の電
    力に変換する電力用半導体素子とを備え、前記電力用半
    導体素子を前記冷却装置に熱的に接続した燃料電池発電
    装置。
  2. 【請求項2】前記電力用半導体素子を前記冷却装置中の
    熱交換器に熱的に接続した請求項1記載の燃料電池発電
    装置。
  3. 【請求項3】水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直
    流電力を発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体を
    冷却する冷却装置と、前記発電した直流電力を所定の電
    力に変換する電力用半導体素子とを備え、前記電力用半
    導体素子を燃料電池本体に熱的に接続した燃料電池発電
    装置。
  4. 【請求項4】前記燃料電池本体が固体高分子型である請
    求項1〜3いずれかに記載の燃料電池発電装置。
JP2001008475A 2001-01-17 2001-01-17 燃料電池発電装置 Pending JP2002216821A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009043521A (ja) * 2007-08-08 2009-02-26 Panasonic Corp 燃料電池システム
US20140017581A1 (en) * 2011-04-05 2014-01-16 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Ene Alt Compact fuel cell
CN112038662A (zh) * 2020-08-19 2020-12-04 哈尔滨工业大学 基于热管散热的固体氧化物燃料电池-半导体温差复合发电系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009043521A (ja) * 2007-08-08 2009-02-26 Panasonic Corp 燃料電池システム
US20140017581A1 (en) * 2011-04-05 2014-01-16 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Ene Alt Compact fuel cell
CN112038662A (zh) * 2020-08-19 2020-12-04 哈尔滨工业大学 基于热管散热的固体氧化物燃料电池-半导体温差复合发电系统

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