JP2003257459A - 燃料電池装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電力の消費量を抑えるのに有利な燃料電池装置
を提供する。 【解決手段】燃料電池装置は、冷却路８０ｍを有する燃
料電池８と、燃料電池８の燃料極に燃料を供給する燃料
供給通路４と、燃料電池８の酸化剤極に酸素含有ガス等
の酸化剤を供給する酸化剤供給通路１６と、燃料電池８
の冷却路８０ｍに繋がると共に燃料電池８を冷却する冷
却水等の冷却媒体が流れる冷却通路２２と、冷却通路２
２内の冷却媒体を搬送する冷却媒体搬送源２２ｐと、燃
料電池８を搭載する箱状のハウジング１００とを備えて
いる。冷却通路２２内の冷却水等の冷却媒体を放熱させ
る放熱フィン３１０をもつ放熱部３００がハウジング１
００に設置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池装置としては、燃料極、空気極
を有すると共に冷却媒体が流れる冷却路を有する燃料電
池と、燃料電池の燃料極に燃料を供給する燃料供給通路
と、燃料電池の空気極に空気を供給する空気供給通路
と、燃料電池の冷却路に繋がると共に燃料電池を冷却す
る冷却水が流れる冷却通路と、冷却通路内の冷却水を搬
送して冷却通路に沿って流すポンプとをもつものが知ら
れている。

【０００３】燃料電池の運転時に燃料電池の内部が過剰
に高温になると、燃料電池の発電出力が低下する。そこ
で上記燃料電池装置によれば、ポンプを作動させて冷却
通路に冷却水を流し、燃料電池の内部から冷却すること
にしている。

【０００４】更に特開２００１−３１３０５４には、冷
却通路にラジエータを設けると共に、ラジエータに送風
してこれを冷却するラジエータファンを設け、冷却通路
を流れる冷却水をラジエータに流すと共に、ラジエータ
ファンを回転駆動させてラジエータに送風してラジエー
タを冷却し、以て冷却通路の冷却水を冷却することにし
ている。これにより燃料電池を流れる冷却水を冷却して
燃料電池の過剰高温化を防止することにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
ようにラジエータファンの回転駆動で生成した風をラジ
エータに送風してラジエータを冷却する方式によれば、
ラジエータファンを回転駆動させるため、電力の消費量
が大きく、燃料電池装置のシステム全体の効率が低下し
てしまう問題がある。

【０００６】本発明は上記した実情に鑑みてなされたも
のであり、電力の消費量を抑えるのに有利な燃料電池装
置を提供することを課題とするにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る燃料電池装
置は、燃料極、酸化剤極を有すると共に冷却媒体が流れ
る冷却路を有する燃料電池と、燃料電池の燃料極に燃料
を供給する燃料供給通路と、燃料電池の酸化剤極に酸化
剤を供給する酸化剤供給通路と、燃料電池の冷却路に繋
がると共に燃料電池を冷却する冷却媒体が流れる冷却通
路と、冷却通路内の冷却媒体を搬送して冷却通路に沿っ
て流す冷却媒体搬送源と、燃料電池を搭載する箱状のハ
ウジングとを具備しており、冷却通路に設けられ冷却通
路内の冷却媒体を放熱させる放熱フィンをもつ放熱部が
ハウジングに設置されていることを特徴とするものであ
る。

【０００８】本発明に係る燃料電池装置によれば、冷却
媒体搬送源が駆動すると、冷却通路内の冷却媒体が搬送
され、冷却通路に沿って流れる。そして冷却通路内の冷
却媒体は放熱部の放熱フィンで放熱されて冷却される。
このため燃料電池の冷却路を流れる冷却媒体が冷却され
るため、燃料電池が冷却される。放熱フィンを有する放
熱部は箱状のハウジングに設置されているため、放熱部
の設置面積は大きく確保され、放熱フィンによる放熱性
が良好となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】燃料電池装置は、燃料極、酸化剤
極を有すると共に冷却媒体が流れる冷却路を有する燃料
電池と、燃料電池の燃料極に燃料を供給する燃料供給通
路と、燃料電池の酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供
給通路と、燃料電池の冷却路に繋がると共に燃料電池を
冷却する冷却媒体が流れる冷却通路と、冷却通路内の冷
却媒体を搬送して冷却通路に沿って流す冷却媒体搬送源
と、燃料電池を搭載する箱状のハウジングとを有する。
酸化剤としては酸化剤ガスを採用できる。酸化剤ガスと
しては一般的には空気等の酸素含有ガスを採用すること
ができる。従って酸化剤供給通路としては空気供給通路
とすることができる。放熱部は冷却通路の途中部位に設
けられており、冷却通路内の冷却媒体を放熱させる放熱
フィンをもつ。放熱フィンの大きさ、形状、数等は適宜
選択することができる。冷却媒体としては一般的には冷
却水を採用することができる。放熱フィンを有する放熱
部は箱状のハウジングに設置されているため、放熱部の
設置面積が大きくなる。放熱フィンを有する放熱部は、
箱状のハウジングの外面に設けることが好ましい。な
お、ハウジングは、放熱性が確保し易い金属（例えば炭
素鋼等の鋼系、アルミニウム系）で形成されていること
が好ましい。この場合、放熱部の熱をハウジングに伝達
してハウジングを利用して放熱性を一層高めることがで
きる。

【００１０】・好ましい形態によれば、冷却通路は、放
熱部を通る第１通路と、放熱部を通らない第２通路と、
第１通路を流れる冷却媒体の量と第２通路を流れる冷却
媒体の量とを変化させる切替弁とを有することができ
る。この場合、切替弁は、燃料電池の温度が相対的に低
いとき、第２通路を流れる冷却媒体の量を増加させると
共に、燃料電池の温度が相対的に高いとき、第１通路を
流れる冷却媒体の量を増加させる形態を採用することが
できる。このようにすれば、燃料電池の運転開始直後等
のように、燃料電池の温度が相対的に低いときには、冷
却媒体が放熱部に流れる量が減少したり、０となるた
め、冷却媒体の放熱が抑えられ、燃料電池の昇温化に有
利となる。これに対して燃料電池の温度が相対的に高い
ときには、第１通路を流れる冷却媒体の量を増加させる
ため、冷却媒体が放熱部に流れる量が増加し、冷却媒体
の放熱が促進され、燃料電池の過熱抑制に有利となる。
切替弁としては、感温部を有し、感温部に伝達される熱
に応じて作動し、第１通路を流れる冷却媒体の量と第２
通路を流れる冷却媒体の量とを変化させる形態を採用す
ることができる。また切替弁としては、温度センサを有
し、温度センサが検知した温度に応じて制御装置が切替
弁の作動を制御し、第１通路を流れる冷却媒体の量と第
２通路を流れる冷却媒体の量とを変化させる形態を例示
することができる。

【００１１】・好ましい形態によれば、放熱部の放熱フ
ィンは酸化剤供給通路の途中部位に配置されており、酸
化剤供給通路を流れる酸素含有ガス等の酸化剤は、燃料
電池の酸化剤極に供給される前に、放熱フィンからの放
熱で予熱される形態を採用することができる。この場
合、酸素含有ガス等の酸化剤は、燃料電池の酸化剤極に
供給される前に、放熱フィンからの放熱で予熱されるた
め、燃料電池における発電反応を向上でき、燃料電池の
発電出力を向上させるのに有利となる。好ましい形態に
よれば、酸化剤を燃料電池の酸化剤極に供給する前に加
湿する加湿部が酸化剤供給通路の途中部位に設けられて
いる形態を採用することができる。

【００１２】放熱部の放熱フィンは酸化剤供給通路にお
いて加湿部の上流側に配置されていることが好ましい。
この場合、酸化剤供給通路を流れる酸素含有ガス等の酸
化剤は、加湿部に供給される前に、放熱フィンに接触し
て放熱フィンで予熱される。このように酸素含有ガス等
の酸化剤を放熱フィンで予熱すれば、予熱した酸素含有
ガス等の酸化剤を加湿部に供給できる。このため酸素含
有ガス等の酸化剤に保持できる水蒸気量を多めにするこ
とができ、燃料電池の内部の加湿に有利である。更に加
湿部の小型化にも貢献できる。

【００１３】・好ましい形態によれば、放熱フィンを有
する放熱部は箱状のハウジングの底面、側面、上面のう
ちの少なくとも一つに設けられている形態を採用するこ
とができる。放熱面積を大きくすべく、放熱部は、ハウ
ジングの底面のうちの１／２以上の面積に設置すること
ができる。または放熱部は、ハウジングの側面のうちの
１／２以上の面積に設置することができる。または放熱
部は、ハウジングの上面のうちの１／２以上の面積に設
置することができる。従って放熱部としては、ハウジン
グの底面のほぼ全域、または、ハウジングの側面のほぼ
全域、または、ハウジングの上面のほぼ全域に設置する
ことができる。

【００１４】ハウジングの底面は使用者の手指が触れる
頻度が極めて少ない。このため使用者の手指が放熱フィ
ンに触れる頻度を少なくするため、放熱部を箱状のハウ
ジングの底面に設置することができる。またハウジング
の側面は表出面積が確保し易いため、放熱フィンを有す
る放熱部をハウジングの側面に設置すれば、放熱フィン
の放熱面積を増加させるのに有利となる。

【００１５】本発明に係る燃料電池装置によれば、燃料
電池に用いられる代表的な燃料としてはガス状、液体状
の燃料を採用でき、炭化水素系等の燃料が挙げられる。
具体的には、メタン、プロパン、ブタン等の少なくとも
１種を主要成分とする流体を用いることができ、天然ガ
ス、メタノール、ガソリン、バイオガスを例示すること
ができる。燃料電池は業務用、家庭用、定置用、車載
用、固定式、可動式、携帯式、ポータブル式を問わな
い。

【００１６】

【実施例】（第１実施例）以下、本発明の第１実施例に
ついて図１を参照して説明する。本実施例に係る燃料電
池装置は、高分子型の電解質膜８０ａを挟持する燃料極
８０ｂ、空気極８０ｃ（酸化剤極）を有すると共に冷却
媒体としての冷却水が流れる冷却路８０ｍを有する燃料
電池８と、燃料電池８の燃料極８０ｂに燃料を供給する
燃料供給通路４と、酸化剤としての空気を燃料電池８の
空気極８０ｃに供給する空気供給通路１６（酸化剤供給
通路）と、燃料電池８の冷却路８０ｍに繋がると共に燃
料電池８を冷却する冷却水が流れる冷却通路２２と、冷
却通路２２内の冷却水を搬送して冷却通路２２に沿って
流す冷却媒体搬送源としてのポンプ２２ｐと、冷却通路
２２の途中部位に設けられ冷却通路２２内の冷却水を放
熱させる多数の放熱フィン３１０をもつ放熱部３００と
を備えている。燃料電池８では、電解質膜８０ａを挟持
する燃料極８０ｂ及び空気極８０ｃにより１セルが形成
されており、多数のセルを厚み方向に積層して形成され
ている。

【００１７】冷却通路２２の途中部位２２ｍは、Ｓ字形
状及び逆Ｓ字形状に複数箇所で曲成されている。この途
中部位２２ｍは、多数の放熱フィン３１０に接続されて
いる。従って冷却通路２２の途中部位２２ｍを流れる冷
却水は、放熱フィン３１０で放熱可能とされている。放
熱フィン３１０は熱伝導率が高い金属で形成されてい
る。この金属としてはアルミニウム、アルミニウム合
金、銅、銅合金、鋼、鋼系合金、チタン、チタン系合金
のうちの１種で形成することができる。なお、途中部位
２２ｍにおいては、冷却水は下から上に向けて流れるた
め、途中部位２２ｍにおける通水時間が確保され、ひい
ては途中部位２２ｍにおける放熱時間が確保される。

【００１８】冷却通路２２には、熱交換器２３、貯湯槽
２６が設けられている。冷却通路２２は、放熱部３００
を通る途中部位２２ｍに向かう第１通路２２１と、放熱
部３００をバイパスして放熱部３００を通らない第２通
路２２２と、第１通路２２１及び第２通路２２２の結合
部に設けられた切替弁２２７とを有する。切替弁２２７
は、冷却水の温度を感じる感温部を有しており、感温部
に応じて、第１通路２２１を流れる冷却水の量と、第２
通路２２２を流れる冷却水の量とを段階的にまたは無段
階的に自動的に変化させる。

【００１９】燃料電池８の温度が相対的に低いとき、切
替弁２２７は、第２通路２２２を流れる冷却水の量を自
動的に増加させると共に、第１通路２２１を流れる冷却
水の量を自動的に減少させるかあるいは０とする。また
燃料電池８の温度が相対的に高いとき、切替弁２２７
は、第１通路２２１を流れる冷却水の量を自動的に増加
させると共に、第２通路２２２を流れる冷却水の量を自
動的に減少させるかあるいは０とする。

【００２０】本実施例によれば、燃料電池８の運転時に
は燃料電池８の内部の温度が上昇する。燃料電池８の内
部の温度が過剰に高温化すると、燃料電池８の発電性能
が低下する。このためポンプ２２ｐが駆動する。すると
冷却通路２２内の冷却水が矢印Ａ１方向に搬送され、冷
却通路２２に沿って矢印Ａ１方向に流れ、燃料電池８の
冷却路８０ｍを流れる。これにより燃料電池８の過剰高
温化は抑えられる。燃料電池８の冷却路８０ｍの吐出口
８０ｎから吐出された冷却水は昇温している。

【００２１】昇温化された冷却水は、熱交換器２３及び
貯湯槽２６を経て放熱部３００に至り、放熱部３００の
放熱フィン３１０で放熱されるため冷却され、温度が低
下する。このように冷却通路２２内の冷却水の温度が低
下すれば、燃料電池８の運転時に燃料電池８を効果的に
冷却することができる。従って、従来必要とされていた
ラジエータファンを廃止または小型化でき、電力の消費
量を抑えるのに有利である。

【００２２】殊に本実施例によれば、燃料電池８の温度
が相対的に高いときには、切替弁２２７は、第１通路２
２１を流れる冷却水の量を増加させると共に、第２通路
２２２を流れる冷却水の量を減少させるかあるいは０と
する。このため燃料電池８の温度が相対的に高いときに
は、冷却水を放熱部３００の放熱フィン３１０で積極的
に冷却させることができ、燃料電池８を効果的に冷却す
ることができる。これに対して、燃料電池８の運転開始
直後等のように燃料電池８の温度が相対的に低いときに
は、切替弁２２７は、第２通路２２２を流れる冷却水の
量を増加させると共に、第１通路２２１を流れる冷却水
の量を減少させるかあるいは０とする。このため燃料電
池８の温度が相対的に低いときには、冷却水は放熱部３
００を通らないか、あるいは、放熱部３００を通るとし
ても量が少ない。よって放熱部３００の放熱フィン３１
０による冷却水の冷却効果を低減させることができる。
故に、燃料電池８の運転開始直後等のように燃料電池８
の温度が相対的に低いときには、冷却水の放熱を抑える
ことができ、燃料電池８の温度を早期に昇温させるのに
有利であり、燃料電池８の運転開始直後における立ち上
がり時間の短縮化に有利である。

【００２３】更に本実施例によれば、燃料電池８を搭載
する箱状のハウジング１００に放熱部３００が設置され
ているため、放熱部３００の設置面積を大きく確保する
ことができる。更にハウジング１００は燃料電池８の設
置機能と放熱部３００の設置機能とを併有するため、放
熱部３００を設置するための設置部材も特別に必要とし
ない。更に金属製のハウジング１００の外面に放熱部３
００が設けられており、放熱部３００はハウジング１０
０に伝熱可能とされているため、ハウジング１００の外
面を利用して放熱することもでき、放熱性が一層高めら
れている。またハウジング１００の外面に放熱部３００
が設けられているため、放熱フィン３１０と外気とを効
果的に接触させることができ、冷却通路２２の冷却水２
２の冷却に有利となる。

【００２４】（第２実施例）以下、本発明の第２実施例
について図２を参照して説明する。本実施例に係る燃料
電池装置は、第１実施例と基本的には同様の構成であ
り、基本的には同様の作用効果を奏する。以下異なる部
分を中心として説明する。放熱部３００の放熱フィン３
１０は酸化剤通路としての空気供給通路１６の途中部位
に配置されている。空気供給通路１６には空気搬送源
（酸化剤搬送源）としてのファン１６ｂ、加湿部２０が
配置されている。加湿部２０は燃料電池８の空気極８０
ｃに供給される空気を加湿するものである。放熱部３０
０の放熱フィン３１０は、空気供給通路１６において加
湿部２０の上流側に配置されている。燃料電池８の運転
時において、ファン１６ｂが駆動すると、酸化剤として
の空気は空気吸込口１６ｓ（空気供給通路１６の一部）
から吸入され、放熱フィン３１０に接触し、放熱フィン
３１０からの放熱で予熱される。放熱フィン３１０で予
熱された空気は、空気通過口１６ｒを経て加湿部２０に
至り、加湿部２０で加湿される。加湿部２０で加湿され
た空気は燃料電池８の空気極８０ｃに供給され、発電反
応に使用される。燃料電池８の運転時に電解質膜８０ａ
が過剰に乾燥されていると、燃料電池８の発電出力が低
下する。この点本実施例では、加湿された空気が燃料電
池８の空気極８０ｃに供給されるため、電解質膜８０ａ
の過剰乾燥を防止でき、発電出力の確保に有利である。

【００２５】即ち本実施例によれば、空気供給通路１６
を流れる空気は、燃料電池８の空気極８０ｃに供給され
る前に、放熱フィン３１０に接触して放熱フィン３１０
からの放熱で予熱される。このように放熱フィン３１０
により予熱された空気が燃料電池８の空気極８０ｃに供
給されるため、燃料電池８における発電反応を向上させ
ることができ、燃料電池８の発電出力を向上させるのに
有利となる。殊に冬季や寒冷地で使用される燃料電池装
置に適する。

【００２６】更に本実施例によれば、空気供給通路１６
を流れる空気は、加湿部２０に供給される前に、放熱フ
ィン３１０に接触して放熱フィン３１０からの放熱で予
熱される。空気は温度が高いと、空気が保持できる水蒸
気量が増加する。したがって上記したように加湿部２０
に供給する前の空気を放熱フィン３１０で予熱すれば、
予熱した空気を加湿部２０に供給することができ、この
ため加湿部２０において空気に保持できる水蒸気量を多
めにすることができる。よって燃料電池８の内部の加湿
に有利である。更に加湿部２０において空気に保持でき
る水蒸気量を多めにすることができるため、加湿部２０
のサイズの小型化にも貢献することができる。なお本実
施例においても、燃料電池８を搭載する収容室をもつ箱
状のハウジング１００が設けられている。空気吸込口１
６ｓは、ハウジング１００の側面１０２に所定の間隔を
隔てて設けられたダクトカバー１０８の下部に形成され
ている。側面１０２とダクトカバー１０８との間には、
空気供給通路１６の一部をなす通路部分１６ｗが形成さ
れている。通路部分１６ｗを流れる空気は、放熱フィン
３１０で予熱され、空気通過口１６ｒを経て加湿部２０
に向けて流れる。

【００２７】本実施例においても第１実施例と同様に、
燃料電池８の冷却により昇温化された冷却水は放熱部３
００の放熱フィン３１０で放熱されるため冷却され、冷
却水の温度が低下する。このように冷却通路２２内の冷
却水の温度が低下すれば、燃料電池８を効果的に冷却す
ることができる。従って、従来必要とされていたラジエ
ータファンの廃止または小型化を図り得、電力の消費量
を抑えるのに有利である。

【００２８】更に本実施例においても、燃料電池８を搭
載する箱状のハウジング１００に放熱部３００が設置さ
れているため、放熱部３００の設置面積を確保すること
ができる。更にハウジング１００は燃料電池８の設置機
能と放熱部３００の設置機能を併有するため、放熱部３
００を設置するための設置部材も特別に必要としない。
更に箱状の金属製のハウジング１００の外面に放熱部３
００が設けられており、放熱部３００はハウジング１０
０に伝熱可能とされているため、ハウジング１００の外
面を利用して放熱することもでき、放熱性が一層高めら
れている。加えてハウジング１００の外面に放熱部３０
０が設けられているため、放熱フィン３１０と外気とを
効果的に接触させることができ、冷却通路２２の冷却水
２２の冷却に有利となる。

【００２９】（第３実施例）以下、本発明の第３実施例
について図３を参照して説明する。本実施例に係る燃料
電池装置は、第１実施例または第２実施例と基本的には
同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏す
る。以下異なる部分を中心として説明する。本実施例に
おいても、燃料電池８を搭載する収容室をもつ箱状のハ
ウジング１００が設けられている。ハウジング１００は
金属製の角箱形状をなしており、上方に対面する上面１
０１と、側方に対面する側面１０２と、下方に対面する
底面１０３と、底面１０３を設置面から持ち上げるため
の複数個の脚１０５とを備えている。ハウジング１００
の側面１０２のほぼ全域（側面１０２の面積のうち２／
３以上）、上面１０１のほぼ全域（上面１０１の面積の
うち２／３以上）には、放熱フィン３１０をもつ放熱部
３００が設置されている。これにより放熱フィン３１０
の放熱面積が大きくされ、放熱能力が高められている。
燃料電池８を冷却する冷却水が流れる冷却通路２２は放
熱フィン３１０と接続されている。

【００３０】上記したように燃料電池８を搭載する箱状
のハウジング１００の側面１０２のほぼ全域及び上面１
０１のほぼ全域に、放熱部３００が設置されているた
め、放熱部３００の設置面積を確保することができる。

【００３１】更にハウジング１００は燃料電池８の設置
機能と放熱部３００の設置機能とを併有するため、放熱
部３００を設置するための設置部材も特別に必要としな
い。更に箱状のハウジング１００の側面１０２及び上面
１０１の外面に放熱部３００が設けられているため、放
熱フィン３１０と外気とを効果的に接触させることがで
き、冷却通路２２の冷却水２２の冷却に有利となる。

【００３２】本実施例においても、冷却通路２２内の冷
却水の温度が低下すれば、燃料電池８を効果的に冷却す
ることができる。従って、従来必要とされていたラジエ
ータファンの廃止または小型化を図り得る。

【００３３】（第４実施例）以下、本発明の第４実施例
について図４を参照して説明する。本実施例に係る燃料
電池装置は、第１実施例または第２実施例と基本的には
同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏す
る。以下異なる部分を中心として説明する。箱状のハウ
ジング１００の底面１０３には、放熱フィン３１０をも
つ放熱部３００が設けられている。燃料電池８を冷却す
る冷却水が流れる冷却通路２２の途中部位２２ｍは放熱
フィン３１０と接続されている。本実施例においても、
冷却通路２２内の冷却水の温度が低下すれば、燃料電池
８を効果的に冷却することができる。従って、従来必要
とされていたラジエータファンの廃止または小型化を図
り得る。更に放熱フィン３１０をもつ放熱部３００はハ
ウジング１００の底面１０３のほぼ全域に設けられてい
るため、熱い放熱フィン３１０に使用者の手指が触れる
ことを防止することができる。更に一般的には、ハウジ
ング１００の底面１０３付近の空気の温度は、ハウジン
グ１００の上部付近の温度よりも低いため、放熱フィン
３１０による放熱量を増加させるのに有利となる。

【００３４】上記したように燃料電池８を搭載する箱状
のハウジング１００に放熱部３００が設けられているた
め、放熱部３００の設置面積を確保することができる。
更にハウジング１００は燃料電池８の設置機能と放熱部
３００の設置機能を併有するため、放熱部３００を設置
するための設置部材も特別に必要としない。更に箱状の
ハウジング１００の底面１０３の外面に放熱部３００が
設けられているため、放熱フィン３１０と外気とを効果
的に接触させることができ、冷却通路２２の冷却水２２
の冷却に有利となる。

【００３５】（第５実施例）以下、本発明の第５実施例
について図５を参照して説明する。図５は、室外または
室内に設置される定置形の燃料電池装置の概念図を示
す。まず全体構成から説明する。燃料電池装置は、図５
に示すように、燃料ガス（燃料）と水蒸気とで改質反応
を生じさせて発電に適する水素含有ガスを生成する改質
部１と、水素含有ガスを生成する水蒸気を生成するため
に原料水を蒸発させる蒸発部２と、改質部１に熱交換部
３を経て燃料ガスを供給する燃料供給通路４と、改質部
１で生成された水素含有ガスに含まれている一酸化炭素
を除去するＣＯ除去部５と、給水源としての水道管に接
続された水源６（例えば水タンク）と、水源６と蒸発部
２とを接続し水源６の原料水を蒸発部２に供給する原料
水供給通路７とを有する。

【００３６】燃料ガスから発電に適する水素リッチな水
素含有ガスである改質ガスを生成する改質系は、改質部
１、蒸発部２、燃焼部１３で形成されている。燃焼部１
３の熱は改質部１に伝達される。ＣＯ除去部５は、シフ
ト反応により一酸化炭素を低減させるＣＯシフト部と、
空気を用いて一酸化炭素を低減させるＣＯ選択酸化部と
を有するが、これらに限定されるものではない。

【００３７】本例に係る燃料電池装置は、図５に示すよ
うに、水素含有ガスである改質ガスと空気とで発電する
燃料電池８と、改質部１で生成された水素含有ガスであ
る改質ガスを弁９ａを経て燃料電池８の燃料極に供給す
る水素供給通路９（燃料供給通路）と、燃料電池８のポ
ート８ｅから排出された発電後の燃料極のオフガスを弁
１０ａ、凝縮部１０、弁１０ｃを経て流す燃料オフガス
通路１２と、燃料オフガス通路１２に接続され燃料電池
８の燃料極のオフガスを燃焼させる燃焼部１３と、燃料
供給通路４と燃焼部１３とを分岐部４ｍを介して接続す
ると共に燃料ガスを燃焼のために燃焼部１３に供給する
燃焼部連通路１４と、燃料オフガス通路１２において燃
焼部１３と燃料電池８との間に位置するように設けられ
た凝縮部１０と、発電用の空気を燃料電池８の空気極に
供給する空気供給通路１６（酸化剤供給通路）１６と、
燃料電池８の空気極から排出された発電後の空気のオフ
ガスを流して排出させる空気オフガス通路１８と、空気
オフガス通路１８に設けられた加湿部２０とを有する。

【００３８】図５に示すように、燃焼部連通路１４に
は、燃料ガスを燃焼部１３に向けて搬送するポンプ１４
ｐ（燃料搬送源）が設けられている。燃料供給通路４か
ら供給された燃料ガスは、燃焼部連通路１４を経て燃焼
部１３に供給されて燃焼部１３で燃焼されるため、燃焼
部１３が高温となる。よって、改質部１の温度を改質反
応に適するように温度領域に維持することができ、ひい
ては改質部１において水素リッチな水素含有ガスである
改質ガスを効果的に発生させる。

【００３９】燃料供給通路４の上流の先端には燃料ガス
源１５が接続されている。燃料ガス源１５は都市ガスの
配管であり、メタン、プロパン、ブタン等の炭化水素を
主成分とする燃料ガスを供給する。燃料供給通路４に
は、２個並設された弁２７、２８からなる二連弁２９、
燃料ガス搬送用のポンプ４ｐ、脱硫部４ａ、弁４ｂ、合
流部４ｃが設けられている。合流部４ｃは、燃料供給通
路４から吐出された燃料ガスと蒸発部２で蒸発された水
蒸気とを混合し、熱交換部３を介して改質部１に供給す
る。

【００４０】前記した空気供給通路１６には空気清浄化
用のフィルタ１６ａ、空気搬送用のファン１６ｂ（空気
搬送源）、空気加湿用の加湿部２０が設けられている。
加湿部２０は、燃料電池８の空気極に供給する酸素含有
ガスである空気を加湿する。燃料電池８の電解質膜が過
剰に乾燥されると、燃料電池８の発電効率が低下するた
めである。原料水供給通路７には、原料水浄化用のフィ
ルタ７ａ、弁７ｂ、弁７ｃ、原料水の浄化度を高める水
精製装置７ｄ、水源６、原料水搬送源としてのポンプ７
ｆ、開閉制御弁７ｈが設けられている。

【００４１】図５に示すように、燃料電池８の熱を奪う
冷却水が流れる冷却手段として機能する冷却通路２２に
は、ポンプ２２ｐ（冷却媒体搬送源）、燃料電池８、放
熱フィン３１０をもつ放熱部３００、熱交換部２３が設
けられている。図５において燃料電池８の内部の冷却路
８０ｍから吐出された冷却水は、放熱部３００に至り
（図５においてＸ→Ｘ）に至り、更に熱交換部２３に至
る（図５においてＷ→Ｗ）。

【００４２】燃料電池装置全体で発生する熱を奪って湯
として貯留すると共に湯温センサ２６ｎをもつ貯湯部２
６が設けられている。貯湯部２６の吐出口２６ｉから延
設された熱交換通路３１には、冷却水搬送用のポンプ３
１ｐ（冷却水搬送手段）、凝縮部１０が設けられてお
り、更に適宜の部位に図略の複数の熱交換部が設けられ
ている。従って貯湯部２６から熱交換通路３１を流れた
冷却水は、凝縮部１０を経て、更に適宜の部位に設けた
図略の複数の熱交換部を流れ、熱交換により加熱され、
熱交換部２３を経て（図５においてＹ→Ｙ）、貯湯部２
６の吸入口２６ｏに帰還する。このため、貯湯部２６に
貯留されている冷却水は熱を帯び、湯となる。貯湯部２
６の冷却水である湯は、他の用途への給湯源として利用
できる。貯湯部２６には給水源である水道から水が補給
通路２６ｋを経て補給される。

【００４３】図５から理解できるように、燃料電池８の
ポート８ｅから排出された発電後の燃料極の高温のオフ
ガスは、弁１０ａ、凝縮部１０を経て、更に燃料オフガ
ス通路１２を経て燃焼部１３に流れる。発電後の燃料極
のオフガスは、燃料電池８の発電反応として消費されな
かった未燃焼成分を有するため、燃焼部１３で燃焼され
て、再利用される。

【００４４】本実施例においても、図５に示すように、
放熱部３００の放熱フィン３１０は空気供給通路１６に
おいて加湿部２０の上流側に配置されている。燃料電池
の運転時において、ファン１６ｂが駆動すると、酸化剤
としての空気は、空気吸込口１６ｓから吸入され、放熱
フィン３１０に接触し、放熱フィン３１０からの放熱で
予熱される。放熱フィン３１０で予熱された空気は、空
気通過口１６ｒを経て加湿部２０に至り、加湿部２０で
加湿される。加湿された空気は燃料電池の空気極に供給
され、発電反応に使用される。燃料電池８の電解質膜は
過剰に乾燥していると、発電出力が低下する。加湿され
た空気が燃料電池の空気極に供給されるため、電解質膜
の過剰乾燥を防止でき、燃料電池８の発電出力の確保に
有利である。

【００４５】即ち本実施例によれば、空気供給通路１６
を流れる空気は、燃料電池８の空気極に供給される前
に、放熱フィン３１０に接触して放熱フィン３１０から
の放熱で予熱される。このように放熱フィン３１０によ
り予熱された空気が燃料電池８の空気極に供給されるた
め、燃料電池８の発電出力を向上させるのに有利とな
る。殊に冬季や寒冷地で使用される燃料電池装置に適す
る。

【００４６】更に本実施例によれば、従って、空気供給
通路１６を流れる空気は、加湿部２０に供給される前
に、放熱フィン３１０に接触して放熱フィン３１０から
の放熱で予熱される。空気は温度が高いと、保持できる
水蒸気量が増加する。したがって上記したように加湿部
２０に供給する前の空気を放熱フィン３１０で予熱すれ
ば、予熱した空気を加湿部２０に供給することができ
る。このため加湿部２０において空気に保持できる水蒸
気量を多めにすることができる。よって燃料電池８の内
部の加湿に有利である。更に加湿部２０において空気に
保持できる水蒸気量を多めにすることができるため、加
湿部２０のサイズの小型化にも貢献することができる。

【００４７】（第６実施例）以下、本発明の第６実施例
について図６を参照して説明する。本実施例に係る燃料
電池装置は、第１実施例または第２実施例と基本的には
同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏す
る。以下異なる部分を中心として説明する。燃料電池８
の運転を適切に行うためには、改質部や燃焼部等の放熱
性を有する発熱部の熱を有効に利用し、冷却通路２２の
冷却水を発熱部で加熱し、冷却通路２２の冷却水の温度
を適温に維持することが好ましい。しかし燃料電池８の
良好なる運転を維持するためには、冷却通路２２の冷却
水の温度が過剰に高温化されることは好ましくない。そ
こで本実施例によれば、図６に示すように、発熱部から
の熱を受熱した複数の熱交換器５０１〜５０３を冷却通
路２２に並列的に設けている。即ち、第１熱交換器５０
１、第２熱交換器５０２、第３熱交換器５０３を冷却通
路２２に設けている。第１熱交換器５０１〜第３熱交換
器５０３は互いに並列に配置されている。そして第１熱
交換器５０１〜第３熱交換器５０３への通水及び遮水を
行う第１弁６０１が設けられている。第２熱交換器５０
２及び第３熱交換器５０３への通水及び遮水を行う第２
弁６０２が設けられている。第３熱交換器５０３への通
水及び遮水を行う第３弁６０３が設けられている。

【００４８】燃料電池８の運転開始直後等のように冷却
通路２２の温度が低いときには、第１弁６０１、第２弁
６０２、第３弁６０３を開放し、冷却通路２２の冷却水
を第１熱交換器５０１、第２熱交換器５０２、第３熱交
換器５０３に流し、第１熱交換器５０１〜第３熱交換器
５０３からの受熱量を増加させる。これにより冷却通路
２２の冷却水は昇温される。

【００４９】燃料電池８の運転に伴い冷却通路２２の冷
却水の温度が上昇すると、第３弁６０３を閉鎖すると共
に、第１弁６０１及び第２弁６０２を開放する。これに
より冷却通路２２の冷却水を第１熱交換器５０１、第２
熱交換器５０２に流し、第１熱交換器５０１及び第２熱
交換器５０２から受熱する。この場合、第３弁６０３が
閉鎖して第３熱交換器５０３は遮水されているため、第
３熱交換器５０３からの受熱は行われない。

【００５０】燃料電池８の運転に伴い冷却通路２２の冷
却水の温度が更に上昇すると、第３弁６０３及び第２弁
６０２を閉鎖すると共に、第１弁６０１を開放する。こ
れにより冷却通路２２の冷却水を第１熱交換器５０１に
流し、第１熱交換器５０１から受熱する。この場合、第
３弁６０３及び第２弁６０２が閉鎖して第３熱交換器５
０３及び第２熱交換器５０２は遮水されているため、第
３熱交換器５０３及び第２熱交換器５０２からの受熱は
行われない。

【００５１】（第７実施例）以下、本発明の第７実施例
について図７を参照して説明する。本実施例に係る燃料
電池装置は、第１実施例または第２実施例と基本的には
同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏す
る。以下異なる部分を中心として説明する。燃料電池８
の運転を適切に行うためには、改質部や燃焼部等の放熱
性を有する発熱部の熱を有効に利用し、冷却通路２２の
冷却水を発熱部で加熱し、冷却通路２２の冷却水の温度
を適温に維持することが好ましい。しかし冷却通路２２
の冷却水の温度が過剰に高温化されることは好ましくな
い。そこで本実施例によれば、図７に示すように、発熱
部の熱を受熱した複数の熱交換器５０１Ｂ〜５０３Ｂを
冷却通路２２に直列的に設けている。即ち、第１熱交換
器５０１Ｂ、第２熱交換器５０２Ｂ、第３熱交換器５０
３Ｂを冷却通路２２に直列的に設けている。そして第３
熱交換器５０３Ｂへの通水及び遮水を行う第２弁６０２
Ｂが設けられている。第２熱交換器５０２Ｂ及び第３熱
交換器５０３Ｂへの通水及び遮水を行う第１弁６０１Ｂ
が設けられている。燃料電池８の運転開始直後等のよう
に冷却通路２２の温度が低いときには、第１弁６０１
Ｂ、第２弁６０２Ｂを制御して、冷却通路２２の冷却水
を第１熱交換器５０１Ｂ、第２熱交換器５０２Ｂ、第３
熱交換器５０３Ｂのすべてに流し、第１熱交換器５０１
Ｂ〜第３熱交換器５０３Ｂからの受熱量を増加させる。

【００５２】燃料電池８の運転に伴い冷却通路２２の冷
却水の温度が上昇すると、第１弁６０１Ｂ及び第２弁６
０２Ｂを制御して第１熱交換器５０１Ｂ及び第２熱交換
器５０２Ｂへの通水を許容するものの、第３熱交換器５
０３Ｂへの通水を停止する。これにより冷却通路２２の
冷却水を第１熱交換器５０１Ｂ、第２熱交換器５０２Ｂ
に流し、第１熱交換器５０１Ｂ及び第２熱交換器５０２
Ｂから受熱する。この場合、第３熱交換器５０３Ｂは遮
水されているため、第３熱交換器５０３Ｂからの受熱は
行われない。

【００５３】燃料電池８の運転に伴い冷却通路２２の冷
却水の温度が更に上昇すると、第１弁６０１Ｂを制御し
て第１熱交換器５０１Ｂへの通水を許容するものの、第
２熱交換器５０２Ｂ及び第３熱交換器５０３Ｂへの通水
を停止する。これにより冷却通路２２の冷却水を第１熱
交換器５０１Ｂに流し、第１熱交換器５０１Ｂから受熱
する。この場合、第２熱交換器５０２Ｂ及び第３熱交換
器５０３Ｂは遮水されているため、第２熱交換器５０２
Ｂ及び第３熱交換器５０３Ｂからの受熱は行われない。

【００５４】（その他）その他、本発明は上記した実施
例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範
囲内で適宜変更して実施できるものである。上記した記
載から次の技術的思想も把握できる。 （付記項１）各請求項において放熱性をもつ複数個の熱
交換器が並列または直列に冷却通路に設けられており、
各熱交換器への通水及び遮水を行う弁が設けられている
ことを特徴とする燃料電池装置。 （付記項２）燃料極、酸化剤極を有すると共に冷却媒体
が流れる冷却路を有する燃料電池と、前記燃料電池の燃
料極に燃料を供給する燃料供給通路と、前記燃料電池の
酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供給通路と、前記燃
料電池の冷却路に繋がると共に前記燃料電池を冷却する
冷却媒体が流れる冷却通路と、前記冷却通路内の冷却媒
体を搬送して前記冷却通路に沿って流す冷却媒体搬送源
とを具備しており、前記放熱部の放熱フィンは前記酸化
剤通路の途中部位に配置されており、前記酸化剤供給通
路を流れる酸化剤は、前記燃料電池の酸化剤極に供給さ
れる前に、前記放熱フィンからの放熱で予熱されること
を特徴とする燃料電池装置。この場合、冷却媒体の熱で
酸素含有ガス等の酸化剤を、燃料電池の酸化剤極に供給
する前に予熱することができ、冬季や寒冷地等において
も発電反応を良好に行うのに有利となる。

【００５５】

【発明の効果】本発明に係る燃料電池装置によれば、冷
却媒体搬送源が駆動すると、冷却通路内の冷却水等の冷
却媒体が搬送され、冷却通路に沿って流れる。そして冷
却通路内の冷却水等の冷却媒体は放熱部の放熱フィンで
放熱されるため冷却される。したがって、従来必要とさ
れていたラジエータファンの廃止または小型化を図り
得、電力の消費量を抑えるのに有利である。殊に、放熱
フィンを有する放熱部が箱状のハウジングに設置されて
いるため、放熱部の設置面積を確保することができ、放
熱部の放熱性の確保に有利である。更にハウジングは燃
料電池の設置機能と放熱部の設置機能とを併有するた
め、放熱部を設置するための設置部材も特別に必要とし
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係り、燃料電池装置を模式的に示
す概念図である。

【図２】第２実施例に係り、燃料電池装置を模式的に示
す概念図である。

【図３】第３実施例に係り、放熱フィンを有する放熱部
の設置形態を模式的に示す斜視図である。

【図４】第４実施例に係り、放熱フィンを有する放熱部
の設置形態を模式的に示す斜視図である。

【図５】第５実施例に係り、燃料電池装置の配管図であ
る。

【図６】第６実施例に係り、発熱部の熱を受熱した熱交
換器を冷却通路に設けた形態を示す配管図である。

【図７】第７実施例に係り、発熱部の熱を受熱した熱交
換器を冷却通路に設けた形態を示す配管図である。

【符号の説明】

図中、８は燃料電池、８０ａは電解質膜、８０ｂは燃料
極、８０ｃは空気極（酸化剤極）、８０ｍ冷却路、４は
燃料供給通路、１６は空気供給通路（酸化剤供給通
路）、２２は冷却通路と、２２ｐはポンプ（冷却媒体搬
送源）、３１０は放熱フィン、３００は放熱部、２２１
は第１通路、２２２は第２通路、２２７は切替弁を示
す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/24 Ｈ０１Ｍ 8/24 Ｒ (72)発明者 梶尾 克宏 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 後藤 荘吾 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA09 DD06 KK28 KK46 KK48 MM16

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料極、酸化剤極を有すると共に冷却媒体
   が流れる冷却路を有する燃料電池と、 前記燃料電池の燃料極に燃料を供給する燃料供給通路
   と、 前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供給
   通路と、 前記燃料電池の冷却路に繋がると共に前記燃料電池を冷
   却する冷却媒体が流れる冷却通路と、 前記冷却通路内の冷却媒体を搬送して前記冷却通路に沿
   って流す冷却媒体搬送源と、 前記燃料電池を搭載する箱状のハウジングとを具備して
   おり、 前記冷却通路に設けられ前記冷却通路内の冷却媒体を放
   熱させる放熱フィンをもつ放熱部が前記ハウジングに設
   置されていることを特徴とする燃料電池装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記放熱部の放熱フィ
   ンは前記酸化剤通路の途中部位に配置されており、前記
   酸化剤供給通路を流れる酸化剤は、前記燃料電池の酸化
   剤極に供給される前に、前記放熱フィンからの放熱で予
   熱されることを特徴とする燃料電池装置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、前記燃
   料電池の酸化剤極に供給する酸化剤を前記燃料電池の酸
   化剤極に供給する前に加湿する加湿部が前記酸化剤供給
   通路に設けられており、前記放熱部の放熱フィンは前記
   酸化剤供給通路において前記加湿部の上流側に配置され
   ており、 前記酸化剤供給通路を流れる酸化剤は、前記加湿部に供
   給される前に、前記放熱フィンで予熱されることを特徴
   とする燃料電池装置。
4. 【請求項４】請求項１〜請求項３のいずれか一項におい
   て、前記冷却通路は、前記放熱部を通る第１通路と、前
   記放熱部を通らない第２通路と、前記第１通路を流れる
   冷却媒体の量と前記第２通路を流れる冷却媒体の量とを
   変化させる切替弁とを有し、 前記切替弁は、前記燃料電池の温度が相対的に低いとき
   前記第２通路を流れる冷却媒体の量を増加させると共
   に、前記燃料電池の温度が相対的に高いとき前記第１通
   路を流れる冷却媒体の量を増加させることを特徴とする
   燃料電池装置。
5. 【請求項５】請求項１〜請求項４のいずれか一項におい
   て、前記放熱部は前記ハウジングの底面、側面、上面の
   うちの少なくとも一つに設置されていることを特徴とす
   る燃料電池装置。