JP2006317093A - 屋外筐体 - Google Patents

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正孝 大橋
Shinichi Hanada
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Mitsuhiro Tahira
光浩 田平
Fumihiko Nemoto
文彦 根本
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Abstract

【課題】余計な大型化を防ぎ、冷却手段として使用する機器のメンテナンスの煩雑性を解消した屋外筐体を提供する。
【解決手段】電子機器が収納される筐体の冷却機構であり、燃料電池本体が生成する水を冷却水として電子/電気機器が収納されている筐体本体の周面3に沿って流し落とす。さらに燃料電池ボックスからの排出水の水が流れる筐体本体の周面3に光触媒を塗布して、光触媒の超親水性効果により少ない水で効率良く冷却する構成の屋外筐体。
【選択図】図3

Description

本発明は、屋外に設置され、内部に電子/電気機器を収納するための屋外筐体に関する。
従来、この種の屋外筐体には、筐体内雰囲気の温度上昇を抑制して内部に設けられた電子/電気機器の保護をはかり、又は内部に設けられた電子/電気機器自体の発熱に起因する筐体周辺への放熱を抑制するために、冷却手段が設けられている。
このような冷却手段を備えた屋外筐体としては、例えば、特開平10−122773号公報に記載されているように、筐体内にヒートパイプからなる熱交換器を設け、その放熱側をファンにより外部雰囲気を循環させて冷却するファン熱交換方式の屋外筐体や、特開2004−138353号公報に記載されているように、筐体内にクーラを設けたクーラ方式の屋外筐体が知られている。
特開平10−122773号公報 特開2004−138353号公報
しかしながら、上述したファン熱交換方式の屋外筐体の場合は、その冷却性能を維持すためにはファン及びファン近傍に設けられたエアフィルタの定期交換が必要であり、同様にクーラ方式の屋外筐体の場合も、放熱を冷却するファンの定期交換及び圧縮機の定期点検が必要となり、メンテナンスが煩雑であるという問題点があった。
また、いずれの場合も、屋外筐体内に、電子/電気機器の駆動自体には直接関与せず冷却手段としてだけ使用するヒートパイプ,ファン,圧縮機といった機器を収納するスペースを形成しなければならない。特に、上述したファン熱交換方式の場合は、熱交換器のヒートパイプによる排熱部、吸熱部の機械的寸法が大きくなるため、冷却対象の電子/電気機器を収容する屋外筐体は、これら冷却手段としてだけ使用する機器を収容する寸法分だけ余分に大きくなり、屋外筐体の小形化をはかる上で大きな障害となっていた。
本発明は、上述した問題点を鑑みてなされたものであって、冷却手段として使用する機器を収容することによる屋外筐体の余計な大型化を防ぎ、冷却手段として使用する機器のメンテナンスの煩雑性を解消した屋外筐体を提供することを、その目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、屋外に設置され、筐体本体内部に電子/電気機器を収納する屋外筐体において、燃料電池と、燃料電池で生成した水を冷却水として電子機器が収納されている部分の筐体本体周面に沿って流出させる冷却機構とを有することを特徴とする。
本発明によれば、小形化をはかる上で障害となっていた、内部に収容されている冷却対象としての電子/電気機器の冷却手段に係り、冷却手段として使用する機器を同じ筐体内に収容することによる屋外筐体の余計な大型化を防ぎ、加えて、冷却手段のメンテナンス性の向上をはかることができる。
また、冷却手段を構成する燃料電池の発生電力を、常用電源又はその一部,予備又は非常用電源として活用できるため、従来の屋外筐体に備えられていた外部供給電源以外の電源設備機器(例えば、非常用エンジン発電機等)の小型化をはかることができ、冷却手段として冷却用の水を生成する手段の燃料電池を設けることによる屋外筐体の大型化を、これら外部供給電源以外の電源設備機器の小型化によって相殺することができるため、屋外筐体の冷却手段による余計な大型化を極力抑制することができる。
本発明による屋外筐体の実施の形態について、以下、図面を参照して説明する。
<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態による屋外筐体の正面図である。図2は、図1に示した屋外筐体の側面図である。また、図3は、図1及び図2に示した屋外筐体の平面図である。
本実施の形態の屋外筐体1-1は、通信機器や制御機器等の電子機器や電源機器等の電気機器(以下、これら機器を電子/電気機器5と総称する)が収容可能な収容室(すなわち内部空間)を内部に形成する直方体形状の筐体本体2と、この筐体本体2の周面3(図示の例では、正面パネル3f,背面パネル3b,左側面パネル3l,又は右側面パネル3rのそれぞれが該当)に適宜間隔を空けて、筐体本体2の周面3を囲繞するように離間配置された保護板4とを有する構成になっている。
保護板4は、筐体本体2の周面3に対する外部からの接触や損傷を防ぐためのもので、本実施の形態の場合は、透光性を有する薄板強化パネルによって構成され、脚部6を介して筐体本体2の周面3に対して固設されている。
本実施の形態の場合は、各保護板4f,4b,4l,4rが、筐体本体2の正面パネル3f,背面パネル3b,左側面パネル3l,及び右側面パネル3rにそれぞれに対応して設けられた構成になっており、さらに、筐体本体2の平面(天面パネル3t)にも、天面用の保護板4tが脚部6を介して離間配置された構成になっている。なお、これら保護板4f,4b,4l,4r,4tは、筐体本体2の設置状態等によって外部からの衝突や接触の恐れがない場合は、筐体本体2の該当面(該当部分)について省略可能である。
このように構成された筐体本体2内の収容室には、図1及び図2中に破線で示すように、前述した冷却対象としての電子/電気機器5が収容されている。本実施の形態の場合、この電子/電気機器5は、通常は商用電源をその駆動電源として駆動される構成になっている。一般に、このような電子/電気機器5には半導体が多用されており、その動作特性は電子/電気機器5を使用する環境温度に対しての依存性が高いものになっている。
ところで、このような屋外筐体1-1においては、その収容室内の電子/電気機器5はその駆動により自身が発熱源にもなる他、その設置場所である屋外では周囲温度や太陽の輻射熱の影響を受けるため、筐体本体2やその内部の収容室の雰囲気温度が上昇する。
この結果、屋外筐体1-1やその収容室の雰囲気温度の上昇は、電子/電気機器5に用いられている半導体の周囲温度の上昇を招くことになり、その多大な温度上昇は、電子/電気機器5に用いられている半導体の動作特性に影響を与え、ひいては電子/電気機器5自体の動作にも影響を与える。
そこで、本実施の形態の屋外筐体1-1における筐体本体2内の収容室には、電子/電気機器5に加えて、この電子/電気機器5の周囲温度の上昇の抑制や電子/電気機器5を冷却するための冷却手段を構成する燃料電池ボックス7が収容されている。
燃料電池ボックス7は、筐体本体2内の収容室において、電子/電気機器5に対して高さ方向上方側の収容室内に配置されている。
ここで、この燃料電池ボックス7の詳細な構成について、図4,図5,図6により説明する。
図4は、本実施の形態の屋外筐体に適用される燃料電池ボックスの構成説明図である。図5は、図4に示した燃料電池ボックスに設けられた排出水分配器の正面図で、図6は、図5に示した排出水分配器の平面図である。
本実施の形態の場合は、燃料電池ボックス7は、前述した直方体形状の筐体本体2内に形成された収容室の水平断面(横断面)形状に合わせ、収容室内の上方部分に内装されるように直方体のボックス形状に構成されている。そして、燃料電池ボックス7の底部側の周面には、燃料電池ボックス7の内・外を連通する排出通路71の外部開口71aがその周面周りに適宜間隔を置いて設けられている。燃料電池ボックス7内の底面側には、図5及び図6に示すような構成の排水分配器72が設けられている。
排水分配器72は、図6に示すように、平面方向から眺めて、その周縁端部が燃料電池ボックス7の内周壁に対して液密に内接するような矩形形状に形成され、図5に示すように、正面並びに側面方向から眺めて、その中央部分が周縁部に対して突出した傾斜面を有する加工パネルによって構成されている。さらに、その傾斜面部分には、それぞれ周縁側の端部が前述した排出通路71の内部開口(図示省略)と適合するように、中央部分から放射状に延びる溝73が複数形成されている。また、各溝73間の傾斜面部分の表面断面形状は円弧状のテーパ面形状になっており、排水分配器72の中央部分から溝73間に流れ出してきた水を、両側の溝73部分に集めることができる構成になっている。
また、排水分配器72の中央部には取付部74が形成され、この取付部74には、所定量の液体を貯留できる円筒状の排水貯蓄槽75に一体的に設けられた排出制御弁76が取り付けられようになっている。これにより、排出制御弁76と一体の排水貯蓄槽75は、燃料電池ボックス7内で、その流出口を排出制御弁76の流入口に連通させた状態で排水分配器72に対して立設支持される構成になっている。排出制御弁76は、排水貯蓄槽75とともに排水分配器72に対して立設支持された状態で、その流出口が排水分配器72の傾斜面に対して開放され、その連通/遮断及び弁開度によって排水貯蓄槽75に貯留された水が排水分配器72側に流出するのを流量制御する。そして、排水貯蓄槽75は、燃料電池ボックス7内に同じく設けられた燃料電池本体77の排出水出口と連通され、その駆動(発電)で生じた水を貯留するようになっている。
このように構成された燃料電池ボックス7おいては、その冷却水生成手段としての燃料電池本体77、及び冷却機構を構成する排出制御弁76は、電子/電気機器5側の一部として設けられた発電・冷却制御手段78によって制御駆動される。また、燃料電池本体77の電源出力は、図示せぬ配線を介して、電子/電気機器5側の一部として同様に設けられた電源回路の蓄電回路に接続され、その電源出力を常用電源の一部,又は予備電源若しくは非常用電源と活用できるようになっている。また、燃料電池本体77の実施例としては、アルカリ型,固体高分子型,固体電解質型等といった種々の形式が利用可能であり、その形式は限定されるものではない。
このように構成された冷却手段としての燃料電池ボックス7は、外部に対する又は外部からの熱影響を軽減するため、断熱材8によって覆われて、屋外筐体1-1における収容室内の上方部分に内装されている。
これに対し、内部の収容室に、電子/電気機器5が収容され、その上方に上述した燃料電池ボックス7が収容された筐体本体2には、図1,図2に示すように、筐体本体2内の収容室と筐体本体2外部とを連通する複数の排出通路9の外部開口9aが形成されている。
図7は、本実施の形態の屋外筐体において保護パネルを外した状態の側面図である。
本実施の形態の場合、各排出通路9の外部開口9aの高さ位置は、図7に示したように、収容室内に収容された電子/電気機器5の高さ位置よりも高い高さ位置になっている。
各排出通路9の図示せぬ収容室側の内部開口は、前述した燃料電池ボックス7の排出通路71の外部開口71a(図4参照)に対応位置させて、筐体本体2の周面周りに適宜間隔を置いて設けられている。そして、各排出通路9の図示せぬ内部開口は、それぞれ対応位置する燃料電池ボックス7の排出通路71の外部開口71aに、液密に直接、又は接続配管等を介して間接的に接続されている。その際、排出通路71及び排出通路9は、それぞれの内部開口高さ位置に対してそれぞれの外部開口高さ位置が低くなっている傾斜通路になっており、さらに排出通路71の外部開口高さ位置と排出通路9の内部開口高さ位置との関係も、同じ高さ位置か、排出通路9の内部開口高さ位置が排出通路71の外部開口高さ位置よりも下方になっており、わずかな水量であっても排出水の流出を妨げない構成になっている。
さらに、図1〜図3及び図7に示すように、屋外筐体1-1の筐体本体2の表面(周面3)には、少なくとも上記排出通路9の外部開口9aの下方側縁部に接するようにして、外部開口9aよりも高さ位置が低い表面側、すなわち電子/電気機器5が収容されている高さ部分の周面3部分を被覆するように、光触媒10が塗布されている。そして、この光触媒10は、その超親水性効果により、上記排出通路9の外部開口9aから排出される水の水滴が筐体本体2の表面になじみ、水滴にならずに広範囲に拡がって、液滴の筐体本体2の表面に接触する際の接触角が0°に近くなり、筐体本体2の表面に水の薄い膜を作ることができるようになっている。
そのため、外部開口9aからの排出水は、少ない水の量でも屋外筐体1-1の筐体本体2の光触媒10の塗布面全域、すなわち電子/電気機器5が収容されている部分の筐体本体2の表面全域に行き渡ることができ、直接的に、又はその気化によって筐体本体2を冷却する構成になっている。
また、図1において破線で示すように、本実施の形態の場合は、筐体本体2内の収容室の電子/電気機器5が配置された側の部分には、電子/電気機器5が配置された部分若しくはその近傍部分の雰囲気温度を検出するための温度センサ11が設けられている。なお、本実施の形態では、説明簡便のため温度センサ11を電子/電気機器5の発熱を検出しやすいように筐体本体2内の収容室内に設けたが、温度センサ11の設置場所や設置数は、図示した構成に限るものではない。例えば、周囲温度(外気温等)や太陽の輻射熱を検出しやすいように、筐体本体2の周面や平面(天面)や、保護板4に設けてもよく、また、このような複数箇所にそれぞれ設けてもよい。温度センサ11の検出出力は、前述した発電・冷却制御手段78に制御入力されている。
次に、上述した構成の第1の実施の形態の屋外筐体1-1における作用について説明する。
周囲温度(外気温等)や太陽の輻射熱、又は電子/電気機器5の発熱等の原因によって、電子/電気機器5が配置された筐体本体2内の収容室の温度が上昇した場合を考える。
本実施の形態の場合、電子/電気機器5側の一部として設けられた発電・冷却制御手段78は、随時、温度センサ11の検出出力を監視している。発電・冷却制御手段78は、温度センサ11の検出出力が予め設定されている所定値を超えると、燃料電池ボックス7の排出制御弁76を開弁し、燃料電池本体77によって生成され、排水貯蓄槽75に冷却水として貯留されている水を、排水分配器72に流出させる。排水分配器72に流出した水は、分流されて燃料電池ボックス7に形成された各排出水通路71、及び筐体本体2に形成された対応する排出通路9を順次介して、外部開口9aそれぞれから一様に筐体本体2の周面3(この場合は、正面パネル3f,背面パネル3b,左側面パネル3l,又は右側面パネル3rのそれぞれが該当)に漏出する。この筐体本体2の周面3に漏出した水により、電子/電気機器5が配置された部分の筐体本体2が冷却され、収容室内の雰囲気も冷却される。
さらに、本実施の形態の場合には、外部開口9aそれぞれから漏出した水は、筐体本体2の周面3に塗布されている光触媒10の超親水性効果により、筐体本体2の周面3になじみ、水滴にならずに周面3の広範囲に拡がって、液滴の接触角が0°に近くなり、薄い膜を作ることができるので、少ない水で効率良く筐体冷却効果が行える。
なお、燃料電池本体77の発電駆動も、本実施の形態の場合は、発電・冷却制御手段78が制御する構成になっている。
その制御構成の例としては、例えば、燃料電池本体77を予備又は非常用電源として活用している場合は、定期的に所定時間だけ発電駆動し、その駆動を停止した時点で排水貯蓄槽75に所定量以上の排出水が貯留されるように発電駆動する方式や、排出制御弁76の開弁駆動と連動させて、その開弁時間や弁開度に応じて予め定められている時間だけ、随時発電駆動する方式や、排水貯蓄槽75に液面センサを設けて排水貯蓄槽75に常時所定液位(所定液量)の排出水が貯留しているように発電駆動する方式法、等がある。
このように、本実施の形態の屋外筐体1-1によれば、冷却手段として使用する燃料電池ボックス7を、常用電源若しくはその一部、又は予備若しくは非常用電源として活用できるため、従来の屋外筐体に備えられていた外部供給電源以外の電源設備機器(例えば、非常用エンジン発電機や大型蓄電器等)の小型化をはかることができ、冷却手段の冷却水生成手段を構成する燃料電池を筐体内に設けることによる屋外筐体の大型化を、これら外部供給電源以外の電源設備機器の小型化によって相殺することもできるため、屋外筐体の冷却手段による余計な大型化を極力抑制することができる。
また、そのメンテナンスも、燃料電池本体77のメタノールや天然ガス等といった燃料を図示せぬ燃料補給口から補給するだけですむので、容易である。
さらに、燃料電池本体77の燃料として都市ガス等を利用するようにした場合は、燃料電池本体77を常用電源又はその一部としても活用できるばかりか、燃料の供給も都市ガス等を改質した水素ガスを利用して賄うようにすれば、燃料の補給自体も自動的に行うことができるので、メンテナンス・フリーになる。
<第2の実施の形態>
図8は、本発明の第2の実施の形態による屋外筐体の正面図である。また、図9は、図8に示した屋外筐体の平面図である。
本実施の形態は、電子/電気機器5の常用電源又はその一部として利用可能な太陽電池パネル12をさらに備えた屋外筐体1-2である。
なお、本実施の形態の屋外筐体1-2については、その筐体本体2及びその内部の構成については、前述した第1の実施の形態の屋外筐体1-1の構成と同一なので、その詳細な説明は省略する。
本実施の形態の屋外筐体1-2は、図8及び図9に示すように、筐体本体2の周面3(3f,3b,3l,3r)及び平面(天面パネル3t)を囲繞するように、適宜間隔を空けて離間配置された透光性を有する保護板4(4f,4b,4l,4r,4t)に、太陽電池パネル12が設けられていることを特徴とする。
この場合、光触媒10が塗布された筐体本体2の周面3(3f,3b,3l,3r)を囲繞するように設けられた保護板4f,4b,4l,4rには、光触媒10が超親水性効果を妨げないように、太陽電池パネル12が隙間を空けて、光触媒10に太陽光が照射可能されるように網目状構造に配置されている。なお、図示の場合では、矩形状の太陽電池パネル12は、光触媒10は、保護板4f,4b,4l,4rに網目状構造に配置したが、太陽電池パネル12の形状及び配置方法はこれに限るものではなく、光触媒10に太陽光が照射可能な構成であるならば、例えば円形状の太陽電池パネルを、保護板4f,4b,4l,4rの面上に、千鳥状や斜線上に配列して設けてもよい。
なお、本実施の形態では、太陽電池パネル12は、筐体本体2の天面用の保護板4tにも配置されているが、その配置の仕方は、本実施の形態では、燃料電池ボックス7内には揚水手段を備えず、筐体本体2の平面3t部分には、排出通路9の外部開口9aが設けられておらず、光触媒10も塗布されていないため、図9に示すように互いに隣接した密集状態で配置され、太陽電池パネル12による発電能力が増大できる構成になっている。
このように構成された屋外筐体1-2によれば、前述した第1の実施の形態による屋外筐体1-1の場合と同様な効果を奏するとともに、冷却手段としての燃料電池ボックス7内に設けられた燃料電池本体77(図4参照)を常用電源又はその一部として利用する場合であっても、昼夜で太陽電池パネル12による発電電力と燃料電池本体77による発電電力とを使い分けることができ、電子/電気機器5に対する効率的な電源供給が行える。また、停電により電力給電が停止されても、太陽電池パネル12および燃料電池本体77による蓄電電力による給電が電子/電気機器5に対して行えるので機器停止を防ぐことができる。
また、燃料電池本体77の燃料として都市ガスを改質した水素ガスを利用してメンテナンス・フリーにし、かつ燃料電池本体77を常用電源又はその一部として用いる場合にあっては、太陽電池パネル12による電力を都市ガス供給遮断時の予備又は非常用電源として利用することもできる。
<第3の実施の形態>
図10は、本発明の第3の実施の形態による屋外筐体の正面図である。
本実施の形態は、屋外筐体1-3の筐体本体2を、電子/電気機器5が内部に収容された下部本体2dと、燃料電池ボックスが内部に収容された上部本体2uとに分割構成し、下部本体2dの平面(上面)に、脚部13を介して上部本体2uを離間させて取り付けた構成からなることを特徴とする。
また、これに伴い、保護板4も、下部本体2dに固定された下部保護板4d(図中では、下部正面保護板4df,下部左側面保護板4dl,下部右側面保護板4drが表れている)と、上部本体2uに固定された下部保護板4u(図中では、上部正面保護板4uf,上部左側面保護板4ul,上部右側面保護板4urが表れている)とに分割されている。
そして、下部本体2dの周面3da及び上面3duには、これら面を被覆するように、光触媒10が塗布されている。また、脚部13には、上部本体2u内に収容された図示せぬ燃料電池ボックス7の燃料電池本体77(図4参照)の発電により生成された水を、下部本体2dに導くための通路14とその開口14aが設けられている。その上で、太陽電池パネル12は、上部保護板4u及び天面用の保護板4tに設けられ、下部保護板4dには設けられていない構成になっている。なお、上述した構成以外の部分については、前述した第1,第2の屋外筐体1-1,1-2における構成と同様であるので、その構成の説明は省略する。
本実施の形態の屋外筐体1-3によれば、電子/電気機器5が内部に収容された下部本体2dと、燃料電池ボックスが内部に収容され、太陽電池パネル12が設けられた上部本体2uとに分割構成されているので、燃料電池ボックスと電子/電気機器5との熱的絶縁を良好にはかることができる。また、既存の屋外筐体の周面及び天面に光触媒10を塗布し、燃料電池ボックス及び太陽電池パネル12を備えた上部本体2uをその上に載置固定するだけで、既存の屋外筐体を前述した第2の実施の形態による屋外筐体1-2として利用することもできる。
本発明は、以上説明したとおりであるが、その実施の形態は上述した屋外筐体1-1,1-2,1-3の具体的構成に限られるものではなく、種々の変形例が可能である。例えば、屋外筐体の筐体本体は、直方体形状に限られるものではない。また、筐体本体内の収容室には、電子/電気機器5を下方に、燃料電池ボックス7を上方に配置したが、揚水手段を備える等することにより、逆の配置も可能である。
本発明の第1の実施の形態による屋外筐体の正面図である。 図1に示した屋外筐体の側面図である。 図1及び図2に示した屋外筐体の平面図である。 本実施の形態の屋外筐体に適用される燃料電池ボックスの構成説明図である。 図4に示した燃料電池ボックスに設けられた排出水分配器の正面図である。 図5に示した排出水分配器の平面図である。 本実施の形態の屋外筐体において保護パネルを外した状態の側面図である。 本発明の第2の実施の形態による屋外筐体の正面図である。 図8に示した屋外筐体の平面図である。 本発明の第3の実施の形態による屋外筐体の正面図である。
符号の説明
1-1 屋外筐体
2 筐体本体
3 周面
4 保護板
5 電子/電気機器
6 脚部
7 燃料電池ボックス
8 断熱材
9 排出通路
10 光触媒
11 温度センサ
12 太陽電池パネル
13 脚部
14 通路
71 排出水通路
72 排水分配器
73 溝
74 槽取付部
75 排水貯蓄槽
76 排出制御弁
77 燃料電池本体
78 発電・冷却制御手段

Claims (6)

  1. 屋外に設置され、筐体本体内部に電子/電気機器を収納する屋外筐体において、
    燃料電池と、
    該燃料電池で生成した水を冷却水として前記電子機器が収納されている部分の前記筐体本体周面に沿って流出させる冷却機構と
    を有することを特徴とする屋外筐体。
  2. 前記燃料電池で生成した水が流れる前記筐体本体周面に光触媒を塗布したことを特徴とする請求項1記載の屋外筐体。
  3. 前記光触媒が塗布された筐体本体周面は、透光性を有する保護板によって間隔を空けて囲繞されていることを特徴とする請求項2記載の屋外筐体。
  4. 前記保護板には、その透光性を確保するように太陽電池パネルが設けられていることを特徴とする請求項3記載の屋外筐体。
  5. 前記電子/電気機器近傍の前記筐体本体内の雰囲気温度、又は前記筐体本体若しくは周辺の温度を検出するための温度センサと、
    該温度センサの検出出力に応じて前記冷却機構を制御する冷却制御手段と
    を備えていることを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載の屋外筐体。
  6. 前記燃料電池で水を生成する際に前記燃料電池が発電した電力を、前記電子/電気機器に対する常用電源若しくはその一部,又は予備若しくは非常用電源として供給するための蓄電回路を備えている
    ことを特徴とする請求項1〜5いずれかに記載の屋外筐体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110137537A (zh) * 2019-06-06 2019-08-16 新源动力股份有限公司 一种燃料电池电堆封装结构

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