JP2006179268A

JP2006179268A - 燃料電池装置

Info

Publication number: JP2006179268A
Application number: JP2004370589A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Nakamoto; 達也中本; Kiyoshi Sawai; 澤井　　清; Noboru Iida; 飯田　　登; Atsushi Sakuta; 作田　　淳; Ryuichi Ono; 竜一大野; Hiroyuki Fukuhara; 弘之福原; Hideki Murakami; 秀樹村上
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-06

Abstract

【課題】送気ポンプの周囲温度よりも低温の空気を送気ポンプに吸入させて送気ポンプのモータ基板や軸受を冷却することで、送気ポンプの性能安定性と信頼性の確保が可能な燃料電池装置の提供を目的とすること。
【解決手段】送気ポンプ３に吸入経路８を設けて断熱材１４で断熱することで、送気ポンプ３の周囲温度より低温の空気を送気ポンプ３に吸入させて、送気ポンプ３のモータ基板や軸受を冷却することで、送気ポンプ３の性能安定性と信頼性を確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、小型の電子機器の電源として使用する燃料電池装置に関するものである。

携帯機器の電源として、その構造が比較的簡単であることからＤＭＦＣ（直接メタノール燃料電池）が有望視されている。このＤＭＦＣは電解質膜を介してメタノール水溶液と空気とを化学反応させて発電するもので、空気の供給は発電部に強制的に空気を供給するアクティブタイプと、自然循環により発電部に空気を供給するパッシブタイプとが存在する。携帯機器の中でもパソコンのように比較的消費電力が大きい機器（２０Ｗ〜５０Ｗ）に対応するＤＭＦＣでは、送気ポンプにより発電部に比較的大量の空気（５Ｌ／ｍｉｎ〜１０Ｌ／ｍｉｎ）を強制的に供給するアクティブタイプのものが採用されている。このような送気ポンプを用いたＤＭＦＣの基本的構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図４は、従来の燃料電池の構成を示す模式図である。図４に示すように、メタノール水溶液と空気とを反応させて発電するＤＭＦＣ起電装置１００は、電解質膜１１０を中心に、一方面側にアノード触媒層１２２、アノード集電体１２３、他方面にカソード触媒層１３２、カソード集電体１３３を積層したアノード側にメタノール水溶液の流路１２０を形成したアノード流路体１２１、カソード側に空気の流路１３０を形成したカソード流路体１３１を配して構成されている。アノード流路体１２１の流路１２０には燃料カートリッジ３０に貯留されたメタノール水溶液が送液ポンプ４１により供給され、カソード流路体１３１の流路１３０には送気ポンプ４２から空気が供給される。流路１２０からアノード触媒層１２２に染み込んだメタノール水溶液は触媒作用を受けて化学反応し、生成されたプロトンが電解質膜１１０を透過してカソード触媒層１３２に染み込んだ酸素と反応することにより電力が生起され、アノード集電体１２３及びカソード集電体から発電出力が取り出される。
特開２００４−０７１２５９号公報

しかしながら、前記従来の構成では発電時において発電部のＤＭＦＣ起電装置が発熱し、熱伝達により筐体の内部が高温になり、送気ポンプの吸い込み空気の温度が上昇し、送気ポンプを駆動するモータ基板や軸受も高温になって劣化が促進し、送気ポンプの運転が不安定になったり、信頼性が低下する恐れがあるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、送気ポンプの周囲温度よりも低温の空気を送気ポンプに吸入させて送気ポンプのモータ基板や軸受を冷却することで、送気ポンプの性能安定性と信頼性の確保が可能な燃料電池装置の提供を目的とすることである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池装置は、送気ポンプの周囲温度よりも低温の空気を送気ポンプに吸入させる吸気構造を設けたものである。この吸気構造によって、送気ポンプを冷却させることを目的とする。

本発明の燃料電池装置は、送気ポンプの周囲温度よりも低温の空気を送気ポンプに吸入させて送気ポンプのモータ基板や軸受を冷却することで、送気ポンプの性能安定性と信頼
性を確保することができる。

第１の発明は、送気ポンプの周囲温度よりも低温の空気を送気ポンプに吸入させるための吸気部を備えたことにより、送気ポンプのモータ基板や軸受の温度上昇を低減し、基板半田部や軸受の劣化の抑制と送気ポンプの性能安定性を向上させることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の吸気部を、筐体の外郭の空気取入口に送気ポンプ本体の吸入口を設ける構造とすることにより、送気ポンプのモータ基板や軸受の温度上昇を効果的に低減することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明の吸気部を、筐体の外郭の空気取入口と送気ポンプ本体の吸入口を接続する経路を設ける構造とすることにより、送気ポンプの配置場所選定の自由度の拡大を可能とするとともに、送気ポンプのモータ基板や軸受の温度上昇を効果的に低減することができる。

第４の発明は、特に、第３の発明の筐体の外郭に設けた空気取入口と送気ポンプ本体の吸入口を接続する経路を、断熱構造とすることにより、送気ポンプの配置場所選定の自由度の拡大を可能とするとともに、送気ポンプのモータ基板や軸受の温度上昇をさらに効果的に低減することができる。

第５の発明は、送気ポンプと発電部の間に断熱材を備えたことにより、発電部からの熱伝達を防止し、送気ポンプのモータ基板や軸受の温度上昇を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における燃料電池装置の模式図である。

図１において、燃料電池装置４は電解質膜５を介して燃料と空気を化学反応させて電力を発生する発電部１と、筐体２に設置された空気取入口６と送気ポンプ吸入口７とを結ぶ経路８、及び空気を発電部１へ送り出す送気ポンプ３とを有する空気経路９と、燃料タンク１０と液送ポンプ１１とを有する液経路１２から構成されており、これらが筐体２内に配置されている。

通常、燃料電池装置４に運転開始の信号を与えると送気ポンプ３や液送ポンプ１１が運転を開始し発電が始まり、発電部１の温度が上昇する。次第に筐体２内の雰囲気温度も上昇し、高温の雰囲気温度の空気を吸入させた場合、送気ポンプ３駆動用モータの基板付近の温度はさらに上昇し、基板の半田部やＩＣの耐熱温度の上限値を上回る場合があり、半田部の剥離やＩＣの温度保護が介入し、送気ポンプ３の運転が不安定になったり停止する場合がある。また、送気ポンプ３の軸受温度も上昇し、グリス粘度が低下することでグリスが流出し、軸受の焼付きや寿命が低下する恐れもある。

そこで本発明の実施の形態１においては、空気取入口６と送気ポンプ吸入口７は経路８で漏れの無いように連結し、断熱材１４で覆っている。これにより、空気取入口６から吸入した外気が経路８を通過するときに発生する温度上昇を抑制し、外気にできるだけ近い温度の空気を送気ポンプ３に導くことで、送気ポンプ３の吸い込み空気温度は低下し、送気ポンプ３および送気ポンプ３駆動用モータの基板や軸受の冷却が可能となり、基板の半田部やＩＣの耐熱温度の上限値を下回った。同時に、送気ポンプ３は空気取入口６から離
れた位置に設置可能となり、送気ポンプ３の搭載位置を自由に設定可能となった。経路７は送気ポンプ３の吸入圧力損失が防止できる配管径を選択している。また、空気取入口１５を設けることで送気ポンプ３の放熱効果がさらに高まり、送気ポンプ３の冷却を促進することもできる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態における燃料電池装置の模式図である。図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

断熱材１３は発電部１と送気ポンプ３の間に設置し、発電部１と送気ポンプ３を区画している。これにより、発電部１から送気ポンプ３への熱伝達を防止でき、送気ポンプ３の吸い込み空気温度を外気とほぼ同温度とすることが可能となり、送気ポンプ３および送気ポンプ３駆動用モータの基板や軸受のさらなる温度上昇抑制が可能となる。

（実施の形態３）
図３は、本発明の第３の実施の形態における燃料電池装置の模式図である。図３において、図１および図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

筐体２の外郭付近に隣接して送気ポンプ３を設置することで、送気ポンプ３の放熱効率がより高くなり、送気ポンプ３の周囲温度を低下させる役割を果たしており、送気ポンプ３の吸い込み空気温度さらに抑えることができ、送気ポンプ３および送気ポンプ３駆動用モータの基板や軸受のさらなる温度上昇抑制が可能となる。同時に、空気取入口６に送気ポンプ吸入口７が隣接しているため、経路８と断熱材１４が不要となり、燃料電池装置４の小型化も可能となる。また、空気取入口１５を設けることで送気ポンプ３の放熱効果がさらに高まり、送気ポンプ３の冷却を促進することもできる。

以上のように、本発明にかかる燃料電池装置は、環境温度が変化しても燃料電池装置が運転できるため、モバイル機器用の燃料電池装置の用途にも適用できる。

本発明にかかる燃料電池装置の第１実施形態を示す模式図本発明にかかる燃料電池装置の第２実施形態を示す模式図本発明にかかる燃料電池装置の第３実施形態を示す模式図従来の燃料電池の構成を示す模式図

符号の説明

１発電部
２筐体
３送気ポンプ
４燃料電池装置
５電解質膜
６空気取入口
７送気ポンプ吸入口
８経路
９空気経路
１０燃料タンク
１１液送ポンプ
１２液経路
１３断熱材
１４断熱材
１５空気取入口

Claims

電解質膜を使用し燃料と空気の化学反応によって電力を発生する発電部と、前記発電部に空気を圧送する送気ポンプを、外郭に空気取入口を設置した筐体に内蔵し、前記送気ポンプの周囲温度よりも低温の空気を前記送気ポンプに吸入させるための吸気部を備えた燃料電池装置。
前記吸気部として、前記空気取入口に前記送気ポンプ本体の吸入口を備えた請求項１に記載の燃料電池装置。
前記吸気部として、前記空気取入口と前記送気ポンプ本体の吸入口を接続する経路を備えた請求項１に記載の燃料電池装置。
前記経路を断熱構造とした請求項３に記載の燃料電池装置。
電解質膜を使用し燃料と空気の化学反応によって電力を発生する発電部と、前記発電部に空気を圧送する送気ポンプを、外郭に空気取入口を設置した筐体に内蔵し、前記送気ポンプと前記発電部の間を断熱構造とした燃料電池装置。