JP2002324565A - 燃料電池発電システム - Google Patents

燃料電池発電システム

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JP2002324565A
JP2002324565A JP2001126606A JP2001126606A JP2002324565A JP 2002324565 A JP2002324565 A JP 2002324565A JP 2001126606 A JP2001126606 A JP 2001126606A JP 2001126606 A JP2001126606 A JP 2001126606A JP 2002324565 A JP2002324565 A JP 2002324565A
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fuel cell
air cooling
flow path
air flow
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JP2001126606A
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Susumu Kobayashi
晋 小林
Naoki Muro
室　　直樹
Akio Nakano
章生 仲野
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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    • Y02E60/50—Fuel cells

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池を空気冷却するにあたり燃料電池の
全体に亘って十分な冷却を行うことができる燃料電池発
電システムを提供する。 【解決手段】 両端が開口する空気冷却孔１０を備えた
燃料電池１と、燃料電池１に対して空気冷却孔１０の一
方の開口側に配設され、燃料電池１側から空気を吸引す
ることにより空気冷却孔１０内に空気を流通させる吸気
手段２とを具備する。このため、吸気手段２にて吸気手
段２と燃料電池１との間の空間に負圧を発生させ、空気
冷却孔１０内に空気が流通することとなって、燃料電池
１の冷却を行うことができる。しかも、燃料電池１と吸
気手段２との間の空間では負圧が不均一になることが抑
制され、燃料電池１の外縁側と中央部と空気冷却孔１０
における空気の流速が異なることとなるような流速の不
均一の発生を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸素と水素との電
気化学的反応により発電を行う燃料電池発電システムに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池発電システムは、酸素と水素と
の電気化学的反応により発電を行う単セル構造を複数個
連設した、図９に示すようなセルスタック１ａからなる
燃料電池１を備えている。燃料電池１の単セル構造は、
アノードとカソードの各電極を電解隔膜を介して接合す
ることにより複合電極膜を形成し、この複合電極膜の両
側を絶縁材料にて構成されるセパレータ１１と呼ばれる
板材にて挟み込むことにより構成されるものであり、セ
パレータ１１と複合電極との間には、アノード側に水素
が供給される水素室が、カソード側に酸素が供給される
酸素室が形成されて、酸素と水素との電気化学的反応に
よりアノードとカソードとの間に起電力が発生するよう
になっている。そして、セパレータ１１と複合電極膜と
が交互に配されるようにセパレータ１１と複合電極膜と
を積層配置することにより、単セル構造が複数個連設さ
れたセルスタック１ａが構成されるものである。
【０００３】このような燃料電池発電システムによる発
電は発熱を伴うため、安定した発電動作を持続させるた
めには燃料電池１の冷却が必要とされるものであり、こ
のため上記のようなセルスタック１ａでは、各セパレー
タ１１に一方向に貫通する複数個の空気冷却孔１０を設
け、この空気冷却孔１０に空気を流通させることにより
燃料電池１の冷却を行うものである。また、図中の燃料
電池１には電解隔膜に適度な湿気を与えるための加湿器
５が添設されている。
【０００４】セルスタック１ａの空気冷却孔１０に気流
を流通させるためには、従来はセルスタック１ａに対し
て空気冷却孔１０の一方の開口側に、セルスタック１ａ
に向けて気流を押し出すための軸流ファンや遠心ファン
等の送風手段２１を配設していたものである。例えば図
１０に示す例では、燃料電池１には空気冷却孔１０の一
方の開口側に接続される上流側空気流路７が設けられて
おり、この上流側空気流路７は複数の空気冷却孔１０の
一方の開口の全てに連通するように燃料電池１に接続さ
れている。この上流側空気流路７は、空気冷却孔１０の
貫通方向と略平行方向の流路であり、その端部は外方に
向けて開口している。そして、この上流側空気流路７内
には、送風手段２１として軸流ファン２ａをその回転軸
が空気冷却孔１０の貫通方向と略平行方向となるように
配設し、軸流ファン２ａを回転駆動させることにより軸
流ファン２ａからセルスタック１ａに向かう気流を発生
させ、この気流が空気冷却孔１０の一方の開口に流入し
て空気冷却孔１０内を流通することにより、セルスタッ
ク１ａの冷却が行われてるようにしていたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の燃料電池１の冷却機構では、軸流ファン２ａ等から
押し出される気流には、軸流ファン２ａ等の中心側より
も外縁側の方が流速が速くなってしまうような流速の分
布が発生してしまい、このためセルスタック１ａの複数
の空気冷却孔１０を流通する空気の流速も、セルスタッ
ク１ａの中央付近に形成されている空気冷却孔１０の流
通する空気の流速が低下して、セルスタック１ａの中央
部分において十分な冷却が行われなくなる場合があっ
た。
【０００６】本発明は上記の点に鑑みて為されたもので
あり、燃料電池を空気冷却するにあたり燃料電池の全体
に亘って十分な冷却を行うことができる燃料電池発電シ
ステムを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
燃料電池発電システムは、両端が開口する空気冷却孔１
０を備えた燃料電池１と、燃料電池１に対して空気冷却
孔１０の一方の開口側に配設され、燃料電池１側から空
気を吸引することにより空気冷却孔１０内に空気を流通
させる吸気手段２とを具備して成ることを特徴とするも
のである。
【０００８】また請求項２の発明は、請求項１におい
て、吸気手段２として軸流ファン２ａを、燃料電池１と
軸流ファン２ａとの間の間隔が軸流ファン２ａの厚み寸
法以上となるように配設してことを特徴とするものであ
る。
【０００９】また請求項３の発明は、請求項１におい
て、吸気手段２として遠心ファン２ｂを、燃料電池１と
遠心ファン２ｂとの間の間隔が遠心ファン２ｂの回転部
分の直径以上となるように配設して成ることを特徴とす
るものである。
【００１０】また請求項４の発明は、請求項１乃至３の
いずれかにおいて、燃料電池１の空気冷却孔１０に流入
する気流の流れ方向の上流側方向と、空気冷却孔１０か
ら流出する気流の流れ方向の下流側方向とが、略反対方
向となるように、吸気手段２によって発生する気流の流
れ方向を制御する空気流路を設けて成ることを特徴とす
るものである。
【００１１】また請求項５の発明は、請求項１乃至４の
いずれかにおいて、吸気手段２によって発生する気流の
流れ方向を制御する空気流路を設け、この空気流路の断
面積を、燃料電池１の空気冷却孔１０の総断面積よりも
大きくなるように形成して成ることを特徴とするもので
ある。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
【００１３】図１に示す燃料電池発電システムは、セル
スタック１ａからなる燃焼電池１と、加湿器５と、吸気
手段２とを備えている。燃焼電池１及び加湿器５の構成
については、記述の従来技術と同様に図９に示すような
ものが用いられるため、説明を省略する。またこの燃焼
電池発電システムには、燃料電池１の酸素室に空気等の
ような酸素を含む気体を供給する酸素供給機構と、水素
室に水素ガスやメタンガス等を改質して得られる水素リ
ッチな改質ガス等を供給する水素供給手段とが設けられ
るものであり、このような酸素供給機構や水素供給機構
についてはここでは詳述しないが、従来から提供されて
いるような種々の機構を適用することができる。
【００１４】燃料電池１には下流側空気流路３が接続さ
れており、この下流側空気流路３は空気冷却孔１０の一
方の開口側に接続され、複数の空気冷却孔１０の一方の
開口の全てに連通するように燃料電池１に接続されてい
る。この下流側空気流路３は、空気冷却孔１０の貫通方
向と略平行方向の流路であり、その端部は外方に向けて
開口している。
【００１５】吸気手段２としては、軸流ファン２ａを設
けている。図示の軸流ファン２ａは、軸回転駆動自在に
軸受される軸体７（ロータ）と、軸体７の周囲から外周
方向に突設された羽体８とから構成されており、燃料電
池１に対して空気冷却孔１０の一方の開口側における、
燃料電池１から離間した位置に配設されている。この軸
流ファン２ａは下流側空気流路３内にその端部開口付近
に配設され、その回転軸は空気冷却孔１０の貫通方向と
略平行方向であり、また軸流ファン２ａが回転駆動され
ると軸流ファン２ａの燃料電池１側に負圧を発生すると
共に燃料電池１とは反対側に向けて気流を押し出すよう
に配設されている。このとき、軸流ファン２ａと燃料電
池１との間の距離Ｈは、軸体７と羽体８とから構成され
る軸流ファン２ａの、回転軸方向の全体の厚み寸法ｈ以
上となるように設定することが好ましい。
【００１６】このように構成される燃料電池発電システ
ムでは、軸流ファン２ａを回転駆動させると、下流側空
気流路３内における軸流ファン２ａと燃料電池１との間
の空間が減圧されて負圧が発生するものであり、このた
め、燃料電池１に形成された複数の空気冷却孔１０内の
空気が空気冷却孔１０の一方の開口から軸流ファン２ａ
側に向けて流出すると共に、他方の開口から空気冷却孔
１０内に空気が流入して、空気冷却孔１０内に空気が流
通することとなって、燃料電池１の冷却がなされるもの
である。
【００１７】このとき、軸流ファン２ａから押し出され
る気流には、軸流ファン２ａの中心側よりも外縁側の方
が流速が速くなってしまうという流速の分布が発生して
流速が不均一になるが、燃料電池１と軸流ファン２ａと
の間に発生する負圧は、中央側から外縁側にわたって大
きな圧力変化は発生せず、このため、燃料電池１の外縁
側と中央部とでの空気冷却孔１０における空気の流速が
部分的に流速が速くなったり遅くなったりするような流
速の不均一を抑制することができる。特に上記のように
軸流ファン２ａと燃料電池１との間の距離Ｈを軸流ファ
ン２ａの厚み寸法ｈ以上とすると、燃料電池１の空気冷
却孔１０の一方の開口にかかる負圧が、中央側から外縁
側にわたってほぼ均一なものとなり、燃料電池１の外縁
側と中央部とでの空気冷却孔１０における空気の流速を
ほぼ均一なものとすることができる。従って、このよう
に燃料電池発電システムを構成すると、燃料電池１を空
気冷却するにあたって、燃料電池１全体を十分に冷却す
ることができるものである。
【００１８】図２に示す例では、燃料電池１には上流側
空気流路４と下流側空気流路３の二つの空気流路が接続
されている。下流側空気流路３は空気冷却孔１０の一方
の開口側に接続されており、複数の空気冷却孔１０の一
方の開口の全てに連通するように燃料電池１に接続され
ている。一方、上流側空気流路４は空気冷却孔１０の他
方の開口側に接続されており、複数の空気冷却孔１０の
他方の開口の全てに連通するように燃料電池１に接続さ
れている。この上流側空気流路４と下流側空気流路３と
は、共に空気冷却孔１０の貫通方向と略平行方向の流路
であり、燃料電池１を介した反対方向に向けてそれぞれ
開口している。吸気手段２である軸流ファン２ａは、下
流側空気流路３内にその端部開口付近に配設され、その
回転軸は空気冷却孔１０の貫通方向及び下流側空気流路
３の開口方向と略平行方向であり、また軸流ファン２ａ
が回転駆動されると軸流ファン２ａの燃料電池１側に負
圧が発生されると共に燃料電池１とは反対側、すなわち
下流側空気流路３の開口方向に向けて気流を押し出すよ
うに配設されている。この場合も、軸流ファン２ａと燃
料電池１との間の距離Ｈは、軸体７と羽体８とから構成
される軸流ファン２ａの、回転軸方向の全体の厚み寸法
ｈ以上となるように設定することが好ましい。
【００１９】このように構成されている燃料電池発電シ
ステムでは、軸流ファン２ａを回転駆動させると、下流
側空気流路３内における軸流ファン２ａと燃料電池１と
の間の空間が減圧されて負圧が発生するものであり、こ
のため、燃料電池１に形成された複数の空気冷却孔１０
内の空気が下流側空気流路３側に軸流ファン２ａに向か
って流出すると共に、他方の開口から空気冷却孔１０内
に上流側空気流路４内の空気が流入して、空気冷却孔１
０内に空気が流通することとなって、燃料電池１の冷却
がなされるものである。また空気冷却孔１０に流入する
空気は上流側空気流路４内を流通して供給され、また空
気冷却孔１０から流出される空気は下流側空気流路３を
流通して排出されるものであるが、このとき上流側空気
流路４と下流側空気流路３とは略反対方向に向けて開口
しているために、空気冷却孔１０に流入する気流の流れ
方向の上流側方向と、空気冷却孔１０から流出する気流
の流れ方向の下流側方向とが反対方向となるように空気
の流れが制御されており、このため空気冷却孔１０を流
通して燃料電池１を冷却することにより加熱された空気
が空気冷却孔１０から流出した後に、再び空気冷却孔１
０に流入ことを防止することができ、燃料電池１の冷却
効率を向上することができるものである。
【００２０】また、上記のように上流側空気流路４や下
流側空気流路３のような空気流路を設ける場合には、こ
れらの空気流路の断面積は、燃料電池１に設けられた複
数の空気冷却孔１０の総断面積よりも大きくなるように
することが好ましい。この場合は空気流路と空気冷却孔
１０とからなる空気の流通経路における圧力損失の発生
を低減して、空気冷却孔１０を流通する空気の流量を十
分に確保することができるものである。ここで、空気流
路にその断面積が空気冷却孔１０の総断面積よりも小さ
くなる部分が形成されてしまっていると、空気流路にお
いては、空気が空気冷却孔１０を通過する際に発生する
圧力損失以上の圧力損失が発生してしまい、空気冷却孔
１０を流通する空気の流量が低減されてしまうものであ
る。
【００２１】図３は、空気流路を設ける場合の他例を示
すものであり、下流側空気流路３は空気冷却孔１０の一
方の開口側に接続されており、複数の空気冷却孔１０の
一方の開口の全てに連通するように燃料電池１に接続さ
れている。一方、上流側空気流路４は空気冷却孔１０の
他方の開口側に接続されており、複数の空気冷却孔１０
の他方の開口の全てに連通するように燃料電池１に接続
されている。
【００２２】上記の下流側空気流路３は、空気冷却孔１
０の貫通方向からこれと直交する方向に向けて弧状に湾
曲するように形成されており、その端部は空気冷却孔１
０の貫通方向とは略直交する方向に開口している。また
上流側空気流路４は空気冷却孔１０との連通位置から、
空気冷却孔１０の貫通方向と略直交する方向に延出する
ように形成されており、その端部は空気冷却孔１０の貫
通方向とは略直交する方向に、下流側空気流路３とは反
対方向に向けて開口している。
【００２３】また吸気手段２である軸流ファン２ａは、
下流側空気流路３内にその端部開口付近に配設され、そ
の回転軸は下流側空気流路３の開口方向と略平行方向で
あり、また軸流ファン２ａが回転駆動されると軸流ファ
ン２ａの燃料電池１側に負圧が発生されると共に燃料電
池１とは反対側、すなわち下流側空気流路３の開口方向
に向けて気流を押し出すように配設されている。
【００２４】このように構成される燃料電池発電システ
ムにおいても、上記の場合と同様に、軸流ファン２ａを
回転駆動させると、下流側空気流路３内における軸流フ
ァン２ａと燃料電池１との間の空間が減圧されて負圧が
発生するものであり、このため、燃料電池１に形成され
た複数の空気冷却孔１０内の空気が下流側空気流路３側
に軸流ファン２ａに向かって流出すると共に、他方の開
口から空気冷却孔１０内に上流側空気流路４内の空気が
流入して、空気冷却孔１０内に空気が流通することとな
って、燃料電池１の冷却がなされるものである。また空
気冷却孔１０に流入する空気は上流側空気流路４内を流
通して供給され、また空気冷却孔１０から流出される空
気は下流側空気流路３を流通して排出されるものである
が、このとき上流側空気流路４と下流側空気流路３とは
略反対方向に向けて開口しているために、空気冷却孔１
０に流入する気流の流れ方向の上流側方向と、空気冷却
孔１０から流出する気流の流れ方向の下流側方向とが反
対方向となるように空気の流れが制御されており、この
ため空気冷却孔１０を流通して燃料電池１を冷却するこ
とにより加熱された空気が空気冷却孔１０から流出した
後に、再び空気冷却孔１０に流入することを防止するこ
とができ、燃料電池１の冷却効率を向上することができ
るものである。
【００２５】また、上記のように上流側空気流路４と下
流側空気流路３からなる空気流路の断面形状が部分的に
異なっている場合には、この空気流路の断面積が最も小
さい箇所における断面積が、燃料電池１に設けられた複
数の空気冷却孔１０の総断面積よりも大きくなるように
することが好ましい。この場合は空気流路と空気冷却孔
１０とからなる空気の流通経路における圧力損失の発生
を低減して、空気冷却孔１０を流通する空気の流量を十
分に確保することができるものである。
【００２６】ここで、図示の例のように下流側空気流路
３が湾曲するように形成されて軸流ファン２ａの回転軸
方向（送風方向）と空気冷却孔１０の貫通方向とが同一
方向を向いていない場合には、軸流ファン２ａと燃料電
池１との間の距離が定義されないため、軸流ファン２ａ
と燃料電池１との間の距離の好適範囲は特には設定され
ないが、湾曲成形された下流側空気流路３の端部開口付
近に軸流ファン２ａを配設すると軸流ファン２ａと燃料
電池１との間には十分広い空間が形成されるため、この
空間内はほぼ均一に減圧されて、燃料電池１の空気冷却
孔１０の一方の開口にかかる負圧が全体に亘ってほぼ均
一なものとなり、燃料電池１の外縁側と中央部とでの空
気冷却孔１０における空気の流速をほぼ均一なものとす
ることができる。従って、このように燃料電池発電シス
テムを構成すると、燃料電池１を空気冷却するにあたっ
て、燃料電池１全体を十分に冷却することができるもの
である。
【００２７】図４は、空気流路を設ける場合の更に他例
を示すものであり、下流側空気流路３は空気冷却孔１０
の一方の開口側に接続されており、複数の空気冷却孔１
０の一方の開口の全てに連通するように燃料電池１に接
続されている。一方、上流側空気流路４は空気冷却孔１
０の他方の開口側に接続されており、複数の空気冷却孔
１０の他方の開口の全てに連通するように燃料電池１に
接続されている。
【００２８】上記の下流側空気流路３は、空気冷却孔１
０の貫通方向からこれと直交する方向に向けて弧状に湾
曲するように形成されており、その端部は空気冷却孔１
０の貫通方向とは略直交する方向に開口している。また
上流側空気流路４は空気冷却孔１０との連通位置から、
空気冷却孔１０の貫通方向に沿って延出され、更に空気
冷却孔１０の貫通方向と略直交する方向に延出するよう
に形成されており、その端部は空気冷却孔１０の貫通方
向とは略直交する方向に、下流側空気流路３と同方向に
向けて開口している。
【００２９】また吸気手段２である軸流ファン２ａは、
下流側空気流路３内にその端部開口付近に配設され、そ
の回転軸は下流側空気流路３の開口方向と略平行方向で
あり、また軸流ファン２ａが回転駆動されると軸流ファ
ン２ａの燃料電池１側に負圧が発生されると共に燃料電
池１とは反対側、すなわち下流側空気流路３の開口方向
に向けて気流を押し出すように配設されている。
【００３０】このように構成される燃料電池発電システ
ムにおいても、上記の場合と同様に、軸流ファン２ａを
回転駆動させると、下流側空気流路３内における軸流フ
ァン２ａと燃料電池１との間の空間が減圧されて負圧が
発生するものであり、このため、燃料電池１に形成され
た複数の空気冷却孔１０内の空気が下流側空気流路３側
に軸流ファン２ａに向かって流出すると共に、他方の開
口から空気冷却孔１０内に上流側空気流路４内の空気が
流入して、空気冷却孔１０内に空気が流通することとな
って、燃料電池１の冷却がなされるものである。
【００３１】但し、上記の例では、空気冷却孔１０に流
入する空気は上流側空気流路４内を流通して供給され、
また空気冷却孔１０から流出される空気は下流側空気流
路３を流通して排出されるものであるが、このとき上流
側空気流路４と下流側空気流路３とは同一方向に向けて
開口しているために、図示の矢印のように下流側空気流
出口から流出された空気が再び上流側空気流路４に流入
して、空気冷却孔１０に流入する空気の温度が高くなっ
てしまう可能性が高い。このため、燃料電池１の冷却効
率をより向上するためには、既述の図２，３に示すよう
に、上流側空気流路４と下流側空気流路３との開口方向
を略反対方向として、吸気手段２によって発生する気流
の流れ方向が、燃料電池１の空気冷却孔１０に流入する
気流の流れ方向の上流側方向と、空気冷却孔１０から流
出する気流の流れ方向の下流側方向とが、略反対方向と
なるように制御することが好ましい。
【００３２】上記の各実施形態では、吸気手段２として
軸流ファン２ａを用いているが、軸流ファン２ａに代え
て、シロッコファン等のような遠心ファン２ｂを用いる
こともできる。
【００３３】図５，６は吸気手段２として遠心ファン２
ｂを用いた場合の一例を示すものである。図示の例で
は、図２に示す場合と同様に、燃料電池１には上流側空
気流路４と下流側空気流路３の二つの空気流路が接続さ
れている。下流側空気流路３は空気冷却孔１０の一方の
開口側に接続されており、複数の空気冷却孔１０の一方
の開口の全てに連通するように燃料電池１に接続されて
いる。一方、上流側空気流路４は空気冷却孔１０の他方
の開口側に接続されており、複数の空気冷却孔１０の他
方の開口の全てに連通するように燃料電池１に接続され
ている。この上流側空気流路４と下流側空気流路３と
は、共に空気冷却孔１０の貫通方向と略平行方向の流路
であり、燃料電池１を介した反対方向に向けてそれぞれ
開口している。
【００３４】吸気手段２である遠心ファン２ｂは、下流
側空気流路３内にその端部開口付近に配設され、その回
転軸は空気冷却孔１０の貫通方向及び下流側空気流路３
の開口方向と略平行方向であり、また遠心ファン２ｂが
回転駆動されると遠心ファン２ｂの燃料電池１側に負圧
が発生されると共に燃料電池１とは反対側、すなわち下
流側空気流路３の開口方向に向けて気流を押し出すよう
に配設されている。このとき、遠心ファン２ｂと燃料電
池１との間の距離Ｈは、遠心ファン２ｂの回転部分の直
径寸法ｋ以上となるように設定することが好ましい。例
えば図示のように遠心ファン２ｂとしてシロッコファン
を用いる場合には、遠心ファン２ｂと燃料電池１との間
の距離Ｈが、シロッコファンの回転部分である羽根車９
の直径寸法ｋ以上の寸法となるようにするものである。
【００３５】このように構成されている燃料電池発電シ
ステムでは、遠心ファン２ｂを回転駆動させると、下流
側空気流路３内における遠心ファン２ｂと燃料電池１と
の間の空間が減圧されて負圧が発生するものであり、こ
のため、燃料電池１に形成された複数の空気冷却孔１０
内の空気が下流側空気流路３側に遠心ファン２ｂに向か
って流出すると共に、他方の開口から空気冷却孔１０内
に上流側空気流路４内の空気が流入して、空気冷却孔１
０内に空気が流通することとなって、燃料電池１の冷却
がなされるものである。
【００３６】このとき、燃料電池１と軸流ファン２ａと
の間に発生する負圧は、中央側から外縁側にわたって大
きな圧力変化は発生せず、このため、燃料電池１の外縁
側と中央部とでの空気冷却孔１０における空気の流速が
部分的に流速が速くなったり遅くなったりするような流
速の不均一を抑制することができる。
【００３７】特に上記のように軸流ファン２ａと燃料電
池１との間の距離Ｈを遠心ファン２ｂの回転部分の直径
寸法ｋ以上とすると、燃料電池１の空気冷却孔１０の一
方の開口にかかる負圧が、中央側から外縁側にわたって
ほぼ均一なものとなり、燃料電池１の外縁側と中央部と
での空気冷却孔１０における空気の流速をほぼ均一なも
のとすることができる。従って、このように燃料電池発
電システムを構成すると、燃料電池１を空気冷却するに
あたって、燃料電池１全体を十分に冷却することができ
るものである。
【００３８】また空気冷却孔１０に流入する空気は上流
側空気流路４内を流通して供給され、また空気冷却孔１
０から流出される空気は下流側空気流路３を流通して排
出されるものであるが、このとき上流側空気流路４と下
流側空気流路３とは略反対方向に向けて開口しているた
めに、空気冷却孔１０に流入する気流の流れ方向の上流
側方向と、空気冷却孔１０から流出する気流の流れ方向
の下流側方向とが反対方向となるように空気の流れが制
御されており、このため空気冷却孔１０を流通して燃料
電池１を冷却することにより加熱された空気が空気冷却
孔１０から流出した後に、再び空気冷却孔１０に流入す
ることを防止することができ、燃料電池１の冷却効率を
向上することができるものである。
【００３９】また、上記のように上流側空気流路４や下
流側空気流路３のような空気流路を設ける場合には、こ
れらの空気流路の断面積は、燃料電池１に設けられた複
数の空気冷却孔１０の総断面積よりも大きくなるように
することが好ましい。この場合は空気流路と空気冷却孔
１０とからなる空気の流通経路における圧力損失の発生
を低減して、空気冷却孔１０を流通する空気の流量を十
分に確保することができるものである。ここで、空気流
路にその断面積が空気冷却孔１０の総断面積よりも小さ
くなる部分が形成されてしまっていると、空気流路にお
いては、空気が空気冷却孔１０を通過する際に発生する
圧力損失以上の圧力損失が発生してしまい、空気冷却孔
１０を流通する空気の流量が低減されてしまうものであ
る。
【００４０】
【実施例】以下、本発明を実施例によって詳述する。
【００４１】（実施例）燃料電池発電システムとして
は、図３に示す構成を有するものを用いた。このとき燃
料電池１を構成するセルスタック１ａとしては、固体高
分子型の単セル構造を２４個連設した、最大発電出力４
５０Ｗのものを用い、またこのセルスタック１ａとして
は流路の総断面積が６０５０ｍｍ2となる複数の空気冷
却孔１０を形成したものを用いた。また下流側空気流路
３は流路の断面積Ａ１が１８２００ｍｍ2となるように
形成し、上流側空気流路４は流路の断面積が最も小さい
部分ではその断面積Ａ２が１４７００ｍｍ2となるよう
に形成した。また吸気手段２である軸流ファン２ａとし
ては、直径１２０ｍｍ、厚み２５ｍｍのものを用いた。
【００４２】（比較例）燃料電池発電システムとして
は、図１０に示すような従来の構成のものを用いた。こ
のとき燃料電池１及び軸流ファン２ａとしては、実施例
の場合と同様のものを用いた。
【００４３】（評価試験）実施例及び比較例において、
燃料電池１を駆動させて発電を行いながら軸流ファン２
ａを駆動させて空気冷却孔１０に気流を流通させた。こ
のとき実施例及び比較例における空気冷却孔１０を流通
する空気の総流量は、１．６ｍ3／ｍｉｎとなった。
【００４４】このようにして燃料電池発電システムを稼
働させている際に、セルスタック１ａの中央部の温度を
測定したところ、実施例では６３℃であったが、比較例
では７１℃となって、比較例では中央部の温度が高くな
った。
【００４５】またこのときのセルスタック１ａの外縁側
から中央側にかけての空気冷却孔１０を流通する空気の
流速を測定した結果を図７に示す。図中の（Ａ）は比較
例、（Ｂ）は実施例における測定結果である。
【００４６】この図示の結果から明らかなように、比較
例では中央側よりも外縁側のほうが空気冷却孔１０を流
通する空気の流速が速くなってしまい、セルスタック１
ａの中央部分の冷却効率が悪くなってしまうものであっ
た。これに対して実施例ではセルスタック１ａの中央部
分から外縁部分に亘る空気冷却孔１０を流通する空気の
流速がほぼ一定であり、燃料電池１全体の冷却効率を均
一に維持して十分な冷却を行うことができることが確認
できた。
【００４７】また実施例及び比較例において、軸流ファ
ン２ａを交換することにより空気冷却孔１０を通過する
空気の総流量を変化させた場合に、燃料電池発電システ
ムを稼働させ、このときの燃料電池１の中央部の温度を
測定した。この結果を図８に示す。
【００４８】この図示の結果から明らかなように、空気
冷却孔１０を通過する空気の総流量が同一の場合では比
較例よりも実施例の方がセルスタック１ａの中央部分の
冷却効率が高く、また空気冷却孔１０を通過する空気の
総流量を変化させた場合には常に実施例の方がセルスタ
ック１ａの中央部分の冷却効率が高いものであった。
【００４９】
【発明の効果】上記のように本発明の請求項１に係る燃
料電池発電システムは、両端が開口する空気冷却孔を備
えた燃料電池と、燃料電池に対して空気冷却孔の一方の
開口側に配設され、燃料電池側から空気を吸引すること
により空気冷却孔内に空気を流通させる吸気手段とを具
備するため、吸気手段による吸気によって吸気手段と燃
料電池との間の空間を減圧して負圧を発生させ、この負
圧によって空気冷却孔内の空気を空気冷却孔の一方の開
口から吸気手段側に向けて流出させると共に、他方の開
口から空気冷却孔内に空気を流入させて、空気冷却孔内
に空気を流通させることができて、燃料電池の冷却を行
うことができるものであり、しかもこのとき燃料電池と
吸気手段との間の空間に生じる負圧には外縁側から中央
部にかけて大きな圧力差は発生せず、燃料電池の空気冷
却孔の一方の開口にかかる負圧が不均一になることを抑
制することができ、空気冷却孔を通過する空気の流速が
部分的に異なるものとなるような流速の不均一が生じる
ことを抑制することができるものであり、このため燃料
電池を空気冷却するにあたって、燃料電池の中央部と外
側との冷却効率に差が発生することを抑制して燃料電池
全体を十分に冷却することができるものである。
【００５０】また請求項２の発明は、請求項１におい
て、吸気手段として軸流ファンを、燃料電池と軸流ファ
ンとの間の間隔が軸流ファンの厚み寸法以上となるよう
に配設するため、軸流ファンによる吸気によって軸流フ
ァンと燃料電池との間の空間を減圧して負圧を発生させ
た際に、燃料電池の空気冷却孔の一方の開口にかかる負
圧が全体に亘ってほぼ均一なものとなり、燃料電池の外
縁側と中央部とでの空気冷却孔における空気の流速をほ
ぼ均一なものとすることができるものであり、このため
燃料電池を空気冷却するにあたって、燃料電池全体を更
に効率よく均一に冷却することができるものである。
【００５１】また請求項３の発明は、請求項１におい
て、吸気手段として遠心ファンを、燃料電池と遠心ファ
ンとの間の間隔が遠心ファンの回転部分の直径以上とな
るように配設するため、遠心ファンによる吸気によって
遠心ファンと燃料電池との間の空間を減圧して負圧を発
生させた際に、燃料電池の空気冷却孔の一方の開口にか
かる負圧が全体に亘ってほぼ均一なものとなり、燃料電
池の外縁側と中央部とでの空気冷却孔における空気の流
速をほぼ均一なものとすることができるものであり、こ
のため燃料電池を空気冷却するにあたって、燃料電池全
体を更に効率よく均一に冷却することができるものであ
る。
【００５２】また請求項４の発明は、請求項１乃至３の
いずれかにおいて、吸気手段によって発生する気流の流
れ方向が、燃料電池の空気冷却孔に流入する気流の流れ
方向の上流側方向と、空気冷却孔から流出する気流の流
れ方向の下流側方向とが、略反対方向となるように制御
する空気流路を設けるため、空気冷却孔を流通して燃料
電池を冷却することにより加熱された空気が空気冷却孔
から流出した後に、再び空気冷却孔に流入することを防
止することができ、燃料電池の冷却効率を更に向上する
ことができるものである。
【００５３】また請求項５の発明は、請求項１乃至４の
いずれかにおいて、吸気手段によって発生する気流の流
れ方向を制御する空気流路を設け、この空気流路の断面
積を、燃料電池の空気冷却孔の総断面積よりも大きくな
るように形成するため、空気流路と空気冷却孔とからな
る空気の流通経路における圧力損失の発生を低減して、
空気冷却孔を流通する空気の流量を十分に確保すること
ができ、燃料電池の冷却効率を更に向上することができ
るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略図であ
る。
【図２】本発明の実施の形態の他例を示す概略図であ
る。
【図３】本発明の実施の形態の更に他例を示す概略図で
ある。
【図４】本発明の実施の形態の更に他例を示す概略図で
ある。
【図５】本発明の実施の形態の更に他例を示す概略の正
面図である。
【図６】図５の平面図である。
【図７】実施例及び比較例における、セルスタックの空
気冷却孔の位置に対するこの空気冷却孔を流通する空気
の流速を測定した結果を示すグラフである。
【図８】実施例及び比較例における、空気冷却孔を流通
する空気の総流量を変化させた場合のセルスタックの中
央部分の温度を測定した結果を示すグラフである。
【図９】燃料電池を構成するセルスタックの構造の概略
を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図で
ある。
【図１０】従来技術を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池 ２ 吸気手段 ２ａ 軸流ファン ２ｂ 遠心ファン １０ 空気冷却孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仲野 章生 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA02 HH02 5H027 AA02 CC03

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 両端が開口する空気冷却孔を備えた燃料
    電池と、燃料電池に対して空気冷却孔の一方の開口側に
    配設され、燃料電池側から空気を吸引することにより空
    気冷却孔内に空気を流通させる吸気手段とを具備して成
    ることを特徴とする燃料電池発電システム。
  2. 【請求項２】 吸気手段として軸流ファンを、燃料電池
    と軸流ファンとの間の間隔が軸流ファンの厚み寸法以上
    となるように配設して成ることを特徴とする請求項１に
    記載の燃料電池発電システム。
  3. 【請求項３】 吸気手段として遠心ファンを、燃料電池
    と遠心ファンとの間の間隔が遠心ファンの回転部分の直
    径以上となるように配設して成ることを特徴とする請求
    項１に記載の燃料電池発電システム。
  4. 【請求項４】 燃料電池の空気冷却孔に流入する気流の
    流れ方向の上流側方向と、空気冷却孔から流出する気流
    の流れ方向の下流側方向とが、略反対方向となるよう
    に、吸気手段によって発生する気流の流れ方向を制御す
    る空気流路を設けて成ることを特徴とする請求項１乃至
    ３のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
  5. 【請求項５】 吸気手段によって発生する気流の流れ方
    向を制御する空気流路を設け、この空気流路の断面積
    を、燃料電池の空気冷却孔の総断面積よりも大きくなる
    ように形成して成ることを特徴とする請求項１乃至４の
    いずれかに記載の燃料電池発電システム。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011518417A (ja) * 2008-04-18 2011-06-23 ザ・ボーイング・カンパニー 高温燃料電池の代替経路冷却
JP2012048928A (ja) * 2010-08-26 2012-03-08 Fujikura Ltd 燃料電池の温度制御装置

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