JP2007207441A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】固体電解質形燃料電池内部の冷却を防止し、燃料電池の発電を効率よく行うことのできる燃料電池システムを提供する
【解決手段】ハウジング２内に固体酸化物形燃料電池モジュール３を収納し、ブロアー４にて発電に必要な酸素を含む空気をモジュール３内に供給するように構成された燃料電池システム１に於いて、前記モジュール３と前記ハウジング２との間に形成される空間６内に、空間６内の空気を吸込むための前記ブロアー４の吸込み口７を具備する燃料電池システムを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体電解質形の燃料電池システムに関する。

従来、此種固体電解質形燃料電池は、都市ガスを内部改質により発生させた水素と、空気に含まれる酸素との反応により発電しているため、内部に都市ガスと、空気を送り込んでいる。
その場合、空気は、常温に近い状態で燃料電池内に供給されている。

即ち、従来の固体電解質形燃料電池に於いては、例えば、ハウジング内に固体電解質形燃料電池が収納され、ハウジングに設けられた空気出口のファンの作動により、酸素を含む空気が、ハウジングに設けられた空気入口からハウジング内に流入し、ハウジング内に設置されたブロアーから電池本体内に供給されると共に、ハウジング内の空気は空気出口から排出される。その場合、ブロアーは空気入口近傍に設けられ、電池本体内に供給される空気は常温に近い状態で燃料電池内に供給される。

特許文献１には、固体高分子形燃料電池が記載されているが、前述した従来の固体電解質形燃料電池と同様に、ハウジングに空気入口、ファンを備えた空気出口を具備し、空気入口近傍にブロアーが設けられ、空気は常温に近い状態で燃料電池内に供給される構成となっている。
特開２００２−２３１２９２号公報

然しながら、前記従来の固体電解質形燃料電池は、燃料電池内部に常温の空気を送り込む構成であるため、燃料電池内部が冷却され、発電効率が落ちるという問題があった。

以上の現状に鑑み、本発明は、固体電解質形燃料電池内部の冷却を防止し、燃料電池の発電を効率よく行うことのできる燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決すべく、本発明は以下の構成を提供する。
請求項１に係る発明は、ハウジング内に固体酸化物形燃料電池モジュールを収納し、ブロアーにて発電に必要な酸素を含む空気を前記モジュール内に供給するように構成された燃料電池システムに於いて、前記モジュールと前記ハウジングとの間に形成される空間内に、前記空間内の空気を吸込むための前記ブロアーの吸込み口を具備することを特徴とする燃料電池システムを提供するものである。

固体酸化物形燃料電池は、発電を行うために約600℃以上の高温が必要である。発電時高温となったモジュールは断熱材によって断熱されており、ハウジング内に収納されているため、モジュールとハウジングの間の空間の空気は、100℃程度に加熱されている。

前述したように、従来、発電に必要な酸素を含む空気は、常温のものをブロアーにて、燃料電池内部に供給しているが、温度の低い空気をモジュール内部に入れるため、モジュール内部が冷やされ、発電効率が下がるという問題点がある。

そこで、100℃程度に加熱されたモジュールとハウジングの間の空間の空気をブロアーにて、燃料電池モジュール内部に供給することにより、モジュール内部の冷却を抑え、発電効率の良い燃料電池システムとすることができる。

請求項２に係る発明は、前記ハウジング内に、前記モジュールを収納する部屋と他の部屋とを区画する仕切り板を具備することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システムを提供するものである。

前述したように、モジュールを収納する部屋と他の部屋を仕切る仕切り板により、モジュールの部屋を密閉し、ハウジング内部の他の部屋に熱が逃げない構造として、燃料電池内部に供給する空気の温度をさらに上げることができると共に、他の機器を別の部屋に収納して他の機器の高温化を防止することができる。

請求項３に係る発明は、前記モジュールを収納する部屋の内側に断熱材を配設することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システムを提供するものである。

前述したように、ハウジングの前記モジュールを収納する部屋の内側に断熱材を配設することにより、ハウジング外部に漏れる熱を抑え、燃料電池内部に供給する空気の温度をさらに上げることができる。

請求項４に係る発明は、前記モジュールを収納する部屋の内側を鏡面にしたことを特徴とする請求項２又は３記載の燃料電池システムを提供するものである。

前述したように、ハウジングの前記モジュールを収納する部屋の内側を鏡面にすることにより、ハウジング外部に漏れる輻射熱を抑え、燃料電池内部に供給する空気の温度をさらに上げることができる。

請求項５に係る発明は、前記ハウジングは、前記ブロアーの吸込み口と離間する対向位置に外気取り込み口を具備することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の燃料電池システムを提供するものである。

前述したように、ハウジングに外気取り込み口を設けることにより、モジュール内部に取り入れる空気の酸素濃度が下がることを防止でき、また、ブロアーの吸込み口と離間する対向位置にハウジングの外気取り込み口を有しているため、外気取り込み口から入った空気が、高温のモジュール表面を通り、暖められ、その暖められた空気をブロアーにて、燃料電池内部に供給することができる。

請求項６に係る発明は、前記ハウジング内に強制的に外気を取り込むべく、前記外気取り込み口にファンを具備することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システムを提供するものである。

前述したように、ハウジングの外気取り込み口にファンを設け、強制的に外気を取り込める機構としたため、より積極的に外気を取り込め、モジュール内部に取り入れる空気の酸素濃度を上げることができ、また、モジュール表面に強制的な空気の循環を作ることにより、熱伝達を良くして、より暖められた空気をブロアーにて、燃料電池内部に供給することができる。

請求項７に係る発明は、前記ハウジングの前記外気取り込み口近傍にパワコン用冷却フィンが配置され、前記外気取り込み口から流入した空気を前記冷却フィンに導くために、前記外気取り込み口から前記冷却フィンまでの間に風路が形成されることを特徴とする請求項５又は６に記載の燃料電池システムを提供するものである。

前述したように、外気取り込み口より入った空気が、パワコン用冷却フィンに導かれるため、外気の冷たい空気により、パワコンを冷却でき、パワコンの信頼性をあげることができる。又、パワコン用冷却フィンによっても、外気取り込み口より入った空気を加温することができ、より暖められた空気を燃料電池内部に供給することができる。

請求項８に係る発明は、前記モジュールを収納しない部屋にブロアーが設置され、前記ブロアーの吸込み口にダクトが連結され、前記ダクトの吸入開口部が前記モジュールを収納する部屋のモジュールと前記ハウジングとの間に設けられることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一に記載の燃料電池システムを提供するものである。

前述したように、ブロアーを高温のモジュールとハウジングの間の空間に設置するのではなく、モジュールを収納しない温度の低い部屋に設置することにより、ブロアーの信頼性をあげることができる。
また、モジュール上方に吸入開口部を設けることにより、モジュール上方の高温の空気をブロアーにて、燃料電池内部に供給することができる。

本発明は、固体電解質形燃料電池内部の温度低下を防止し、燃料電池の発電を効率よく行うことのできる燃料電池システムを提供することが可能となる。

以下、実施例を示した図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
図１に於いて、１は本発明の第１実施例の燃料電池システムであり、燃料電池システム１はハウジング２内に固体酸化物形燃料電池モジュール３を収納し、ブロアー４にて発電に必要な酸素を含む空気をモジュール３内に供給するように構成されている。

又、前記ハウジング２は、仕切り板５によって、モジュール３及びブロアー４とが収納される上の部屋２ａと、図示省略されているが、パワコン（電力変換部）、燃料ガス等のポンプ、排熱回収システム等が収納される下の部屋２ｂとに区画されている。

そして、前記モジュール３とハウジング２との間に形成される空間６内に、空間６内の空気を吸込むためのブロアー４の吸込み口７が設けられている。
又、前記モジュール３を収納する上の部屋２ａの内側には断熱材８が貼着等により配設されている。
更に、前記モジュール３を収納する上の部屋２ａの内側（例えば、断熱材８と接するハウジング２内側面）を鏡面９にしている。

更に又、前記ハウジング２は、ブロアー４の吸込み口７と離間する対向位置（モジュール３を越える反対側位置）に外気取り込み口１０を具備している。
そして、前記ハウジング２の上の部屋２ａ内に強制的に外気を取り込むため、外気取り込み口１０にファン１１を設けている。

而して、ブロアー４を作動させると、前記モジュール３とハウジング２との間に形成される空間６内の約１００℃程度の空気がブロアー４からモジュール３内の燃料電池（図示せず）内部に供給される。

ブロアー４の作動により、前記モジュール３とハウジング２との間に形成される空間６内が負圧になると、外気取り込み口１０から外気が導入される。外気はモジュール３の外表面によって加温されながらモジュール３を越えて、或いはモジュール３の周りを通って空間６内をブロアー４側に移動する。
外気取り込み口１０のファン１１は、モジュール３が稼動中に常時、或いは、適宜作動され、作動時には強制的に空間６内に外気を供給する。

斯くして、本発明の第１実施例の燃料電池システム１は、１００℃程度に加熱されたモジュール３とハウジング２の間の空間６の空気をブロアー４にて、燃料電池内部に供給することにより、モジュール３内部の冷却を抑え、発電効率の良い燃料電池システムとすることができる。

又、モジュール３を収納する上の部屋２ａと下の部屋２ｂを仕切る仕切り板５により、モジュール３を収納する上の部屋２ａを密閉し、下の部屋２ｂ及び外部に熱が逃げない構造として、燃料電池内部に供給している空気の温度をさらに上げることができる。

更に、モジュール３を収納する上の部屋２ａの内側に断熱材８を配設することにより、ハウジング２外部に漏れる熱を抑え、燃料電池内部に供給している空気の温度をさらに上げることができる。

更に又、モジュール３を収納する上の部屋２ａの内側を鏡面にすることにより、ハウジング２の上の部屋２ａから外部に漏れる輻射熱を抑え、燃料電池内部に供給する空気の温度をさらに上げることができる。

そして、ハウジング２に外気取り込み口１０を設けることにより、モジュール３内部に取り入れる空気の酸素濃度が下がることを防止でき、また、ブロアー４の吸込み口７と離間する対向位置にハウジング２の外気取り込み口１０が設けられているため、外気取り込み口１０から入った空気が、高温のモジュール３表面を通り、暖められ、その暖められた空気をブロアー４にて、燃料電池内部に供給することができる。

又、ハウジング２の外気取り込み口１０にファン１１を設け、強制的に外気を取り込める機構としたため、より積極的に外気を取り込め、モジュール３内部に取り入れる空気の酸素濃度を上げることができ、また、モジュール３表面に強制的な空気の循環を作ることにより、熱伝達を良くして、より暖められた空気をブロアー４にて、燃料電池内部に供給することができる。

図２に於いて、２１は本発明の第２実施例の燃料電池システムであり、燃料電池システム２１は前記燃料電池システム（図１に於いて１）を改良したものであり、前記ハウジング２の前記外気取り込み口２２をハウジング２の下部、好適には、下の部屋２ｂの側壁部に設け、外気取り込み口２２近傍にパワコン２３の冷却フィン２３ａが配置され、外気取り込み口２２から流入した空気を冷却フィン２３ａに導くために、外気取り込み口２２から冷却フィン２３ａまでの間に風路２４が形成されている。又、外気取り込み口２２近傍の仕切り板５には下の部屋２ｂと上の部屋２ａとを連通させる連通孔２５が開穿される。尚、燃料電池システム２１には前記ファン（図１に於いて１１）は設けない。但し、ファンを設けることも可能である。

而して、ブロアー４を作動させると、前記モジュール３とハウジング２との間に形成される空間６内の約１００℃程度の空気がブロアー４によってブロアー４の吸込み口７から吸入され、モジュール３内の燃料電池（図示せず）内部に供給される。

前記モジュール３とハウジング２との間に形成される空間６内が負圧になると、外気取り込み口２２から外気が導入される。この時、外気取り込み口２２より流入した空気が、風路２４を介してパワコン２３の冷却フィン２３ａに導かれ、冷却フィン２３ａを冷却すると共に、反対に冷却フィン２３ａによって加温され、前記連通孔２５を介してモジュール３とハウジング２の間の空間６内に導入される。

斯くして、本発明の第２実施例の燃料電池システム２１は、外気取り込み口２２より入った空気が、パワコン２３の冷却フィン２３ａに導かれるため、外気の冷たい空気により、冷却フィン２３ａを冷却でき、パワコン２３の信頼性をあげることができる。又、冷却フィン２３ａによって、外気を加温することができる。

図３に於いて、３１は本発明の第３実施例の燃料電池システムであり、燃料電池システム３１は前記燃料電池システム（図１に於いて１）を改良したものであり、モジュール３を収納しない下の部屋２ｂにブロアー４が設置され、ブロアー４の吸込み口７にダクト３２が連結され、ダクト３２の吸入開口部３３が上の部屋２ａ内に収納される前記モジュール３上方に設けられたものである。

而して、ブロアー４を作動させると、ダクト３２の吸入開口部３３から吸込まれたモジュール３上方の高温の空気がブロアー４からモジュール３内の燃料電池内部に供給される。前記モジュール３とハウジング２との間に形成される空間６内が負圧になると、外気取り込み口１０から外気が導入される。
尚、外気取り込み口１０のファン１１は、モジュール３が稼動中に常時、或いは、適宜作動され、強制的に空間６内に外気を供給する。

斯くして、ブロアー４を上の部屋２ａのモジュール３とハウジング２の間の比較的高温の空間６内に設置するのではなく、温度の低い下の部屋２ｂに設置することにより、ブロアー４の信頼性をあげることができる。
また、ダクト３２の吸入開口部３３が前記モジュール３上方に設けられることにより、モジュール３上方の高温の空気をブロアー４にて、燃料電池内部に供給することができる。

本発明の第１実施例の燃料電池システムの正面縦断面図である。 本発明の第２実施例の燃料電池システムの正面縦断面図である。 本発明の第３実施例の燃料電池システムの正面縦断面図である。

符号の説明

１，２１，３１ 燃料電池システム
２ ハウジング
３ モジュール
４ ブロアー
５ 仕切り板
６ 空間
７ 吸込み口
８ 断熱材
９ 鏡面
１０，２２ 外気取り込み口
１１ ファン
２３ パワコン
２３ａ 冷却フィン
２４ 風路
３２ ダクト
３３ 吸入開口部

Claims (8)

1. ハウジング内に固体酸化物形燃料電池モジュールを収納し、ブロアーにて発電に必要な酸素を含む空気を前記モジュール内に供給するように構成された燃料電池システムに於いて、前記モジュールと前記ハウジングとの間に形成される空間内に、前記空間内の空気を吸込むための前記ブロアーの吸込み口を具備することを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記ハウジング内に、前記モジュールを収納する部屋と他の部屋とを区画する仕切り板を具備することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
3. 前記モジュールを収納する部屋の内側に断熱材を配設することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
4. 前記モジュールを収納する部屋の内側を鏡面にしたことを特徴とする請求項２又は３記載の燃料電池システム。
5. 前記ハウジングは、前記ブロアーの吸込み口と離間する対向位置に外気取り込み口を具備することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の燃料電池システム。
6. 前記ハウジング内に強制的に外気を取り込むべく、前記外気取り込み口にファンを具備することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
7. 前記ハウジングの前記外気取り込み口近傍にパワコン用冷却フィンが配置され、前記外気取り込み口から流入した空気を前記冷却フィンに導くために、前記外気取り込み口から前記冷却フィンまでの間に風路が形成されることを特徴とする請求項５又は６に記載の燃料電池システム。
8. 前記モジュールを収納しない部屋にブロアーが設置され、前記ブロアーの吸込み口にダクトが連結され、前記ダクトの吸入開口部が前記モジュールを収納する部屋のモジュールと前記ハウジングとの間に設けられることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一に記載の燃料電池システム。
   

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