JP2007323862A - 冷却装置およびこの冷却装置を備えた燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却能力を向上し一層の小型化が可能な冷却装置およびこの冷却装置を有する燃料電池を提供することを目的とする。
【解決手段】 冷却ファンユニット１００は、例えば二つの冷却ファン１０１から構成される。ファン１０２によって吸い込まれた空気は、背面１０１ｃに設けられた図示しない排出口を通って矢印Ａの方向に排出され、熱交換器１２０を冷却する。一つの熱交換器１２０に対して、熱交換器の幅Ｌと同じ幅を持つ冷却ファンを一つ設ける場合に比べて、熱交換器の幅Ｌの半分の幅Ｌ／２を持つ冷却ファン１０１を二つ設ける場合の方が冷却ファンユニット１０１の面積を小さくすることができる。また、冷却ファン１０１を個別に制御することでより効率的な冷却が可能となる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、燃料電池に関する。

現在、携帯可能なノート型のパーソナルコンピュータ（以下、ノートＰＣと称する）、モバイル機器等の電子機器の電源としては、主に、リチウムイオンバッテリなどの二次電池が用いられている。近年、これら電子機器の高機能化に伴う消費電力の増加や更なる長時間使用の要請から、高出力で充電の必要のない小型燃料電池が新たな電源として期待されている。燃料電池には種々の形態があるが、特に、燃料としてメタノール溶液を使用するダイレクトメタノール方式の燃料電池（以下、ＤＭＦＣと称する）は、水素を燃料とする燃料電池に比べて燃料の取扱いが容易で、システムが簡易である。
ＤＭＦＣにおいて安定した発電を行うには、スタックを例えば７０℃程度の一定温度に保持する必要がある。冷却水を循環させスタックを冷却する構成では、大掛かりな冷却システムが必要となりスタック自体が大型化してしまうため、燃料電池システムの小型化を図る上で障害となる。冷却水を循環させる方式の他には、スタックや混合タンクの温度を監視し、冷却ファンにより温度を制御するシステムがある。

特許文献１には、アノード側冷却装置とカソード側冷却装置との間に冷却ファンを配置した燃料電池が記載されている。冷却ファンを用いて冷却することにより、燃料タンク、混合タンク、スタックの温度を適正に保つとともに、冷却水によって冷却する場合に比べ、システムの小型化が可能になる。アノード側冷却装置とカソード側冷却装置を冷却ファンの吸気方向に直列に配置する構成や、排気方向に直列に配置する構成により、スタックの温度を制御している。
特開２００５−２５９６６１号公報

しかし、上記の方式の場合、冷却ファン自体の構成については、特に考慮されていないため、冷却効率や小型化の面で改善の余地がある。

そこで本発明の目的は、冷却能力を向上し一層の小型化が可能な冷却装置およびこの冷却装置を有する燃料電池を提供することを目的とすることにある。

上記目的を達成するために本発明に係る冷却装置は、本体と、前記本体に設けられ、前記本体に液体を流入させる流入口と、前記本体に設けられ、前記本体から液体を排出させる排出口と、前記本体内部に設けられ、液体の流れる流管と、前記本体と隣接して配置される第１の冷却ファンと第２の冷却ファンとを備えることを特徴とする。

上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池は、液体燃料を収容する燃料タンクと、アノードとカソードを有し、前記液体燃料と酸素を化学反応させて発電を行う起電部と、前記燃料タンクから前記起電部に液体燃料を供給する燃料供給部と、前記起電部と前記燃料供給部との間に設けられ、前記液体燃料が流れる燃料流路と、前記燃料流路を流れる前記液体燃料を冷却する冷却装置、とを備え、前記冷却装置は、本体と、前記本体に設けられ、前記本体に前記液体燃料を流入させる流入口と、前記本体に設けられ、前記本体から前記液体燃料を排出させる排出口と、前記本体内部に設けられ、前記液体燃料の流れる流管と、前記本体と隣接して配置される第１の冷却ファンと第２の冷却ファンと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、冷却能力を向上し一層の小型化が可能な冷却装置およびこの冷却装置を有する燃料電池を提供することができる。

以下本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る燃料電池装置を示す外観斜視図である。図２は燃料電池装置をノート型コンピュータに接続した状態を示す外観斜視図である。燃料電池１は例えばノート型コンピュータ１０の外部電源として用いられる。この燃料電池１はダイレクトメタノール方式の燃料電池（ＤＭＦＣ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）である。メタノールと水を混合した予混合液を燃料とし、この予混合液を空気中の酸素と電解質膜で化学反応させることによって発電させる。このＤＭＦＣは、水素を燃料に用いる燃料電池よりも取り扱いが容易で、装置全体を小型にまとめることができる。

燃料電池１は、直方体に形成された本体１１と、本体１１の底に沿って平坦に延出した載置部１２とを有している。本体１１の壁部には多数の通気孔１１ａが形成されている。本体１１の内部には後述する発電部が納められている。本体１１の一部は、カバー１１ｂとして取り外せるように形成されている。本体１１のカバー１１ｂを取り外した部分には後述する燃料タンクが入れられている

載置部１２は、ノート型コンピュータ１０の後部とドッキングできるように形成されている。載置部１２の内部には、後述する制御部が設けられている。制御部は発電部の動作を制御する。載置部１２の上面には、ノート型コンピュータ１０を連結するロック機構１３と、燃料電池１から電力をノート型コンピュータ１０に供給するためのコネクタ１４とが設けられている。

ロック機構１３は、載置部１２上の３箇所に配置されており、それぞれ位置決め突起１３ａとフック１３ｂとを備える。ノート型コンピュータ１０の後部底面には、ロック機構１３に連結される係合孔、およびコネクタ１４に接続されるソケットが設けられている。

ノート型コンピュータ１０が載置部１２に押し当てられると、ロック機構１３がノート型コンピュータ１０の係合孔に挿入される。フック１３ｂによって載置部１２にノート型コンピュータ１０が保持される。その結果、ノート型コンピュータ１０のソケットがコネクタ１４と電気的に接続される。この状態で、本体１１に設けられたスイッチがオンにされると、燃料電池１は、発電を開始する。

載置部１２は、さらにイジェクトボタン１５を備える。このイジェクトボタン１５を押すと、ロック機構１３のフック１３ｂが解除され、ノート型コンピュータ１０を燃料電池１から取り外すことができるようになる。

図３は燃料電池の発電システムの系統図である。発電部２は、燃料供給部３０と予混合液循環部４０と起電部５０と空気供給部６０と燃料冷却部７０と水回収部８０と濃度センサ９０とを備える。

燃料供給部３０は、燃料タンク３１と燃料供給路３２と燃料バルブ３３と燃料ポンプ３４とで構成されている。予混合液循環部４０は、混合タンク４１と循環ポンプ４２と混合液供給路４３と混合液回収路４４とフィルタ４５とイオンフィルタ４６と循環逆止弁４７とで構成されている。起電部５０は、複数のセルが積層されて構成されている。各セルは、アノード（燃料極）５１とカソード（空気極）５２とこれらの間に挟まれる電解質膜５３とで構成されている。空気供給部６０は、送気ポンプ６１と吸気バルブ６２と吸気フィルタ６３とで構成されている。燃料冷却部７０は、排液冷却器７１と冷却ファン７２と予混合液冷却器７３とで構成される。水回収部８０は、復水器８１と冷却ファン８２と回収槽８３と水供給路８４と水回収ポンプ８５とで構成される。濃度センサ９０は、例えば音速センサが適用されている。物質中の音速を計測することでその物質の密度が分かる。これを基に燃料であるメタノールと水との分子量から予混合液の濃度が求まる。

燃料タンク３１には、液体燃料として高濃度のメタノールが入れられている。燃料タンク３１は、取替えが簡単な燃料カートリッジとして構成されている。したがって、燃料タンク３１を取り替える際は、本体１１に設けられたカバー１１ｂを取り外し、燃料タンク３１を本体１１から取り出す。燃料タンク３１は、燃料供給路３２によって混合タンク４１に連通されている。燃料供給路３２の途中には、燃料バルブ３３と燃料ポンプ３４が設けられている。燃料バルブ３３は、電磁弁であり、燃料ポンプ３４とともに制御部３によって、動作制御される。

制御部３は、燃料バルブ３３、燃料ポンプ３４、循環ポンプ４２、送気ポンプ６１、吸気バルブ６２、冷却ファン７２、冷却ファン８２、水位センサ８３ａ、水回収ポンプ８５、排気バルブ８８、濃度センサ９０と信号線で接続され、これらを制御する。制御部３は、燃料ポンプ３４、循環ポンプ４２、送気ポンプ６１、水回収ポンプ８５の各々の流量、および吸気バルブ６２、排気バルブ８８の各々の開度によって、燃料電池１内の各流体の流れを制御する補機を構成している。

混合タンク４１は槽４１ａと蓋４１ｂとで構成されている。混合タンク４１の槽４１ａには燃料供給路３２と連通される燃料流入口３２ａと、混合液供給路４３と連通される混合液流出口４３ａと、混合液回収路４４と連通される混合液流入口４４ａとが設けられている。
混合液供給路４３および混合液回収路４４は、混合タンク４１と起電部５０との間に設けられ、予混合液を循環させるループを形成している。混合液供給路４３は、混合タンク４１から起電部５０へ予混合液を送通する。混合液回収路４４は、起電部５０から混合タンク４１へ予混合液を送通する。

混合液供給路４３には、循環ポンプ４２とフィルタ４５とイオンフィルタ４６と循環逆止弁４７とが設けられている。フィルタ４５は、混合タンク４１と循環ポンプ４２との間に配置されている。イオンフィルタ４６は、循環ポンプ４２と循環逆止弁４７との間に配置されている。循環ポンプ４２は、予混合液を混合タンク４１から起電部５０へ送液する。

混合液回収路４４には、排液冷却器７１が設けられている。排液冷却器７１は、複数回折り返された伝熱管と、この伝熱管の周りに直角に取り付けられた多数の放熱フィンとを有している。また、冷却ファン７２が、排液冷却器７１に取り付けられる。冷却ファン７２は、本体１１の通気孔１１ａから外気を冷却空気として吸い込み、放熱フィンに沿う方向に空気を送る。

起電部５０には、アノード５１とカソード５２とが電解質膜５３を挟むように配置されている。アノード５１には混合液供給路４３及び混合液回収路４４が接続され、予混合液が流される。カソード５２には空気供給部６０と通じる吸気路６４及び復水器８１と通じる排気路８６が接続され、空気が流される。

起電部５０では、アノード５１に流される予混合液中のメタノールおよび水が電解質膜５３を介して、カソード５２に流される空気中の酸素と反応し、発電される。このとき、アノード５１側では、反応生成物として二酸化炭素が生成される。生成された二酸化炭素は余った予混合液とともに混合液回収路４４に排出される。また、カソード５２側では、水が水蒸気の状態で生成される。生成された水は湿り空気となって排気路８６に排出される。

空気供給部６０は、送気ポンプ６１で吸気フィルタ６３から酸素を含む空気を吸い込み、吸気路６４を通してカソード５２に送通する。送気ポンプ６１とカソード５２との間には、吸気バルブ６２が設けられている。排気路８６は、復水器８１、排気フィルタ８７および排気バルブ８８を通って、排気口８９へと通じている。排気口８９は本体１１の通気孔１１ａに向かって開口している。排気路８６を通って送られてきた湿り空気中の水分は、復水器８１で凝縮され、復水器８１の下部に配置される回収槽８３に溜まる。回収槽８３は、水供給路８４によって混合液回収路４４の途中に連通している。水位センサ８３ａが回収槽８３に設けられ、溜まった水の水位を検出する。水供給路８４の途中には、水回収ポンプ８５と逆止弁８５ａとが設けられている。水回収ポンプ８５は、回収槽８３の水を混合タンク４１に送る。

また、復水器８１で水分がある程度回収された空気は、復水器８１の上部から排気され、排気フィルタ８７へと送通される。排気フィルタ８７は、金属触媒などにより構成される。排気フィルタ８７は排気路８６を通して排気される空気中に含まれるメタノールなどの有害物質を除去する。排気フィルタ８７の直下には、貯溜部８７ａが設けられている。この貯溜部８７ａは回収路８７ｃを介して、水回収ポンプ８５と逆止弁８５ａとの間で水供給路８４に連通される。回収路８７ｃは貯溜部８７ａへの逆流を防止する逆止弁８７ｂを備える。

濃度センサ９０は、予混合液中のメタノール濃度を計測するために、バイパス路９１の途中に設けられている。バイパス路９１は、循環ポンプ４２とイオンフィルタ４６との間の混合液供給路４３から分岐され、混合タンク４１に予混合液を還流する。濃度センサ９０の検出分解能が熱によって低下することを防止するために、バイパス路９１には、濃度センサ９０の上流に予混合液冷却器７３が設けられる。

燃料電池１の動作中、冷却ファン７２および冷却ファン８２が駆動され、本体１１に形成された通気孔１１ａを通して外気が本体１１内に導入される。通気孔１１ａを通して本体１１内に導入された外気および本体１１内の空気は、予混合液冷却器７３および排液冷却器７１を通り、冷却ファン７２に吸気される。冷却ファン８２により本体１１内に導入された外気および本体１１内の空気は、復水器８１を通って冷却ファン８２に吸気される。また、冷却ファン７２および冷却ファン８２から排気された空気は、起電部５０およびその周囲を通過した後、本体１１の外部に排気される。

発電を行う時は、制御部３によってポンプやバルブの動作が制御される。制御部３は燃料ポンプ３４を駆動させ、燃料タンク３１から混合タンク４１に高濃度のメタノールを供給する。燃料流入口３２ａから噴出したメタノールは、混合タンク４１内で、既存の予混合液、アノードから還流された予混合液、混合液回収路４４の途中で復水器８１の回収槽８３から戻された水と、攪拌希釈される。この攪拌は、燃料流入口３２ａから噴出するメタノールの流れ、および混合液流入口４４ａから噴出する予混合液の流れによって行われる。

メタノールが足された予混合液は、循環ポンプ４２によってアノード５１に供給される。カソード５２には、送気ポンプ６１によって空気が供給されている。供給されたメタノールおよび空気は、アノード５１とカソード５２との間に設けられた電解質膜５３で化学反応する。その結果、アノード５１とカソード５２との間に電力が発生する。起電部５０で発生した電力は、制御部３からコネクタ１４を介してノート型コンピュータ１０へ供給される。

発電反応に伴い、起電部５０のアノード５１側には二酸化炭素が生成され、カソード５２側には水（水蒸気）が生成される。アノード５１側に生じた二酸化炭素および化学反応に供されなかった予混合液は、混合液回収路４４へ送られ、排液冷却器７１を通して冷却された後、混合タンク４１に還流する。

混合タンク４１に還流した二酸化炭素は、混合タンク４１内で気化する。気化した二酸化炭素は気液分離膜４１ｋを通過して、混合タンク４１から生成ガス回収路８６ａを通って排気路８６の途中に合流される。二酸化炭素は、湿り空気とともに排気フィルタ８７に通される。二酸化炭素と湿り空気は排気バルブ８８を介して、最終的には排気口８９から外部へ排気される。気液分離膜４１ｋを通して空気中に飛沫したメタノール及び空気は、排気フィルタ８７を通過することで排気フィルタ８７に回収除去される。

カソード５２側に生じた水は、その大部分が水蒸気となって空気とともに排気路８６に排出される。水分を含む湿り空気は、復水器８１によって水分が凝縮分離される。空気は、排気バルブ８８を通り、排気口８９から本体１１内に排気される。本体１１内の空気は更に通気孔１１ａを通して外部に排気される。復水器８１によって凝縮された水は、回収槽８３に溜まり、水回収ポンプ８５で混合液回収路４４の途中に注入される。水は混合タンク４１へ送られ、メタノールと混合された後、混合液供給路４３から再び起電部５０へ供給される。

また、復水器８１によって回収しきれず復水器８１よりも下流側の排気路８６で結露した水は、排気フィルタ８７の直下に設けられる貯溜部８７ａに溜められる。貯留部８７ａに溜められた水は水供給路８４を介して混合液回収路４４の途中に合流される。

混合タンク４１内におけるメタノールの濃度は、濃度センサ９０によって検出される。制御部３は、検出された濃度に応じて水回収ポンプ８５を作動させ、回収槽８３から混合タンク４１へ供給する水の量を調整する。これにより、予混合液のメタノールの濃度を一定に維持する。また、排気路８６を通じて回収される水の回収量、つまり、水蒸気の凝縮量は、復水器８１の冷却能力を制御することにより調整される。復水器８１の冷却能力は回収槽８３の水位に応じて、調整する。本実施形態では、水位センサ８３ａにより検出された水位に応じて第２の冷却ファン８２の駆動電圧を制御する。冷却ファン８２の制御により復水器８１の冷却能力を調整し、水の回収量を制御する。水回収ポンプ８５が制御部３により正転駆動される間、逆止弁８５ａが開き、逆止弁８７ｂが閉じられる。回収槽８３内の水は、水供給路８４および逆止弁８５ａから混合液回収路４４を通って混合タンク４１へ送られる。

また、制御部３は、一定の動作期間ごとに水回収ポンプ８５を所定時間、逆転駆動させる。貯溜部８７ａ内に溜まった水を回収槽８３に回収する。水回収ポンプ８５が逆転駆動されると、逆止弁８７ｂが開き、逆止弁８５ａが閉じられる。この結果、貯溜部８７ａに溜まった水および復水器８１より下流の排気路８６内で結露した水は、回収路８７ｃ、逆止弁８７ｂ、および水供給路８４を通って回収槽８３に回収される。その後、回収された水は、混合タンク４１へ供給され、メタノールの希釈に用いられる。

図４は本発明の実施形態に係る冷却システムの構造を示す外観斜視図である。図５は本発明の実施形態に係る冷却ファンの構造を示す上面図である。本発明に係る冷却システムは冷却ファンユニット１００と熱交換器１２０とを備える。冷却ファンユニット１００は、例えば二つの冷却ファン１０１から構成される。冷却ファン１０１の上面１０１ａおよび図示しない下面にはファン１０２によって吸い込まれる空気の通る開口部１０３ａ、１０３ｂが設けられている。冷却ファン１０１の前面部１０１ｂと反対側に位置する背面部１０１ｃには、ファン１０２によって吸い込んだ空気を排出する排出口（図示せず）が設けられている。ファン１０２によって吸い込まれた空気は図示しない排出口を通って図４および図５に示す矢印Ａの方向に排出され、熱交換器１２０を冷却する。

熱交換器１２０の本体１２０ａは、液体燃料が流入する燃料流入口１２１、流入した液体燃料が流れる燃料流管１２２および液体燃料を排出する燃料排出口１２３とが設けられている。図５に熱交換器１２０の本体１２０ａの内部を透視して示す。液体燃料を冷却するために、熱を吸収して本体１２０ａの外部に放出するためのフィン１２４が、燃料流管１２２を囲むように設けられている。液体燃料は燃料流管１２２を図５の矢印Ｂで示すように流れる。冷却ファンユニット１００は、液体燃料の流れに対して下流側に位置するように設けられている。ファン１０２から熱交換器１２０に吹き付けられた風は、風下側ではフィン１２４の熱を奪って温度が上がっている。冷却ファンユニット１００を液体燃料の上流側に置いた場合、冷却した液体燃料が燃料流管１２２を流れる途中で再び温度が上がって、燃料排出口１２３から排出されてしまう。冷却ファンユニット１００を液体燃料の下流側に配置し、燃料排出口１２３から排出する直前に冷却することで、液体燃料を効率的に冷却することができる。

一つの熱交換器１２０に対して、熱交換器の幅Ｌと同じ幅を持つ冷却ファンを一つ設ける場合に比べて、熱交換器の幅Ｌの半分の幅Ｌ／２を持つ冷却ファン１０１を二つ設ける場合の方が冷却ファンユニット１０１の面積を小さくすることができる。通風口の断面積が同じであれば、基本的にはほぼ同じ冷却能力を発揮できる。冷却ファン１０１は開口部１０３ａ、１０３ｂで空気を吸い込み、冷却ファン１０１の吸気口同士が邪魔しあわないような配置となるので効率良く冷却することができる。また、後述するように冷却ファン１０１を個別に制御することでより効率的な冷却が可能となる。冷却ファン１０１と熱交換器１２０から構成される冷却システムは燃料冷却部７０の他に、復水器８１にも採用することができる。起電部５０において、アノード５１とカソード５２とが積層されて構成されるセルスタックユニットに通気口を設け、冷却ファンユニット１００によりセルスタックユニットを直接冷却しても良い。

本実施形態を実施した場合、冷却能力を向上し一層の小型化が可能な冷却ユニットを搭載した燃料電池を提供することができる。

図６は本発明の他の実施形態に係る冷却ファンと熱交換器との配置を示す斜視図である。冷却ファンユニット１００については図４および図５に示したものと同一の構成とし、詳細な説明を省略する。熱交換器１３０の本体１３０ａには、液体燃料が流入する燃料流入口１３１、流入した液体燃料が流れる燃料流管１３２および液体燃料を排出する燃料排出口１３３とが設けられている。熱交換器１３０の本体１３０ａの内部を透視して示すように、液体燃料を冷却するために、熱を吸収して本体１３０ａの外部に放出するためのフィン１３４が、燃料流管１３２を囲むように設けられている。燃料流管１３２は接地面に対して垂直に設置されていても良い。この場合、化学反応で発生した二酸化炭素等のガスが熱交換器１３０内に溜まらない様に、液体燃料は熱交換器１３０の下面から上面に流れるようにするのが望ましい。液体燃料は燃料流管１３２を図６の矢印Ｃで示すように流れる。燃料流管１３２内の燃料の流れと冷却ファン１０１からの風が直交するように冷却ファンユニット１００を設置することで冷却効率を高めることができる。

図７は本発明の実施形態に係る冷却動作を示すフローチャートである。図８は本発明の実施形態に係るファンの回転数制御動作を示すフローチャートである。図７および図８に示す記号は、冷却ファンをオンする時の温度をＴｏｎ、冷却ファンをオフする時の温度をＴｏｆｆ、制御する目標となる温度をＴｔｒｇ、前回測定時の温度をＴｏ、現在の温度をＴｎｏｗ、現在の冷却ファンの回転数をＮｎｏｗ、冷却ファンの最小回転数をＮｍｉｎ、冷却ファンの最大回転数をＮｍａｘとする。

２つの冷却ファン１０１により熱交換器やスタックの温度を制御する。以下、単純に温度と言う場合は、特に断りのない限り、熱交換器やスタック等の冷却する対象となる物の温度を指す。まず、温度を測定し現在の温度が目標温度と等しいかどうか判断する（ステップ１）。現在の温度が目標温度と等しい時は（ステップ１のＹｅｓ）、現在の温度を維持するように制御し（ステップ２）、その時の温度を記録する（ステップ３）。現在の温度が目標温度からずれている時は（ステップ１のＮｏ）、冷却ファン１０１が駆動中であるかどうか判断する（ステップ４）。冷却ファン１０１が駆動中である時は（ステップ４のＹｅｓ）、現在の温度が冷却ファン停止温度以下である場合（ステップ５のＹｅｓ）、冷却ファン１０１をオフにする（ステップ６）。現在の温度が冷却ファン停止温度よりも高い場合の処理については後述する。

現在の温度が目標温度からずれており（ステップ１のＮｏ）、冷却ファン１０１が駆動していない時は（ステップ４のＮｏ）、現在の温度が冷却ファン駆動温度以上であるかどうか判断する（ステップ７）。現在の温度が冷却ファン駆動温度以上である時は（ステップ７のＹｅｓ）、冷却ファン１０１を駆動させる（ステップ８）。この時のファン回転数は最小回転数に設定する（ステップ９）。現在の温度が冷却ファン駆動温度よりも小さい時は（ステップ７のＮｏ）、冷却ファン１０１を駆動せず状態を維持する（ステップ１０）。冷却ファン１０１をオフにする場合（ステップ６）、冷却ファン１０１を駆動し最小回転数に設定した場合（ステップ９）、冷却ファン１０１を駆動せず状態を維持する場合（ステップ１０）、いずれの場合も処理を終えた時は温度を記録する（ステップ３）。

冷却ファン１０１が駆動しており（ステップ４のＹｅｓ）、現在の温度が冷却ファン停止温度よりも高い場合は（ステップ５のＮｏ）、現在の温度と目標温度とを比較する（ステップ１１）。現在の温度が目標温度よりも高い時は（ステップ１１のＹｅｓ）、現在の温度と前回記録した温度とを比較する（ステップ１２）。現在の温度が前回記録した温度以下である場合は（ステップ１２のＹｅｓ）、現在の状態を維持するとともに（ステップ１３）、その時の温度を記録する（ステップ１４）。現在の温度が前回記録した温度よりも大きい場合は（ステップ１２のＹｅｓ）、冷却ファン１０１の回転数が最大回転数であるかどうか判断する（ステップ１５）。冷却ファン１０１の回転数が最大回転数である場合は（ステップ１５のＹｅｓ）、現在の状態を維持する（ステップ１６）。冷却ファン１０１の回転数が最大回転数でない場合は（ステップ１５のＮｏ）、冷却ファン１０１の回転数を最小回転数に設定する（ステップ１７）。

現在の温度が目標温度よりも低い時は（ステップ１１のＮｏ）、現在の温度が前回記録した温度よりも大きいかどうか判断する（ステップ１８）。現在の温度が前回記録した温度よりも大きい時は（ステップ１８のＹｅｓ）、現在の状態を維持する（ステップ１９）。現在の温度が前回記録した温度以下である時は（ステップ１８のＮｏ）、冷却ファン１０１の回転数が最小回転数であるかどうか判断する（ステップ２０）。冷却ファン１０１の回転数が最小回転数である時は（ステップ２０のＹｅｓ）、現在の状態を維持する（ステップ２１）。冷却ファン１０１の回転数が最小回転数でない時は（ステップ２０のＮｏ）、冷却ファン１０１の回転数を最小回転数に設定する（ステップ２２）。

冷却ファン１０１の回転数を最大回転数に維持する場合（ステップ１６）、冷却ファン１０１の回転数を最小回転数に設定する場合（ステップ１７）、現在の温度が前回記録した温度よりも大きく現在の状態を維持する（ステップ１９）場合、冷却ファン１０１の回転数を最小回転数に維持する場合（ステップ２１）。冷却ファン１０１の回転数を最小回転数に設定する（ステップ２２）場合、いずれの場合も処理を終えた時は温度を記録する（ステップ１４）。

図９は本発明の実施形態に係る冷却動作を行った際の温度変動を示す図である。二つの冷却ファン１０１を個別に制御することが可能であれば、二つの冷却ファン１０１の停止温度を個別に設定することで、環境温度の変動に対応して温度を制御することができる。ここで、図中の記号は、二つの冷却ファン１０１のうち一方の冷却ファン（第１の冷却ファン）をオフする時の温度をＴｏｆｆ１、もう一方の冷却ファン（第２の冷却ファン）をオフする時の温度をＴｏｆｆ２、制御する目標となる温度をＴｔｒｇ、時間ｔ＝０における環境温度であり二つの冷却ファン１０１がファン回転数Ｎｏで運転温度をＴｔｒｇに維持することが可能な温度をＴ０、時間ｔ＝ｔ１における環境温度であり二つの冷却ファン１０１の一方を最小回転数とすることで運転温度をＴｔｒｇに維持することが可能な温度をＴ１、時間ｔ＝０における冷却ファンの回転数をＮｏ、冷却ファンの最小回転数をＮｍｉｎとする。

以下、環境温度の変化に応じたファン回転数の制御の一例を説明する。時間ｔ＝０からｔ＝ｔ１の区間では、第１の冷却ファンおよび第２の冷却ファンの回転数がともにＮｏであり、環境温度Ｔ０において運転温度がＴｔｒｇに維持されている。時間ｔ＝ｔ１において環境温度が低下するに伴って運転温度も低下する。環境温度が下がる状況としては、例えば室内から屋外へ移動する時が挙げられる。運転温度が下がると、第１のファン回転数および第２のファン回転数を下げる。第１のファン回転数および第２のファン回転数を下げた影響で、時間ｔ＝ｔ２において、運転温度がＴｏｆｆ２になる。運転温度がＴｏｆｆ２になると、第２の冷却ファンをオフにする。この時、第１の冷却ファンは最小回転数Ｎｍｉｎに制御される。第２の冷却ファンがオフになり、第１の冷却ファンの回転数が最小になることで、ｔ＝ｔ２以降、運転温度の上昇が始まる。運転温度が上昇し、ｔ＝ｔ３において目標温度Ｔｔｒｇに戻ると安定動作状態に戻る。

冷却１０１ファンが一つの場合は、環境温度の変化に応じて、頻繁にファンのオン／オフを繰り返す結果、運転温度が不安定に変動してしまう。冷却ファン１０１を複数、例えば二つ使用することで冷却ファン１０１が一つの場合に比べて、より安定した温度制御が可能となる。また冷却ファンユニット１００を小型化することができる。

本実施形態を実施した場合、冷却能力を向上し一層の小型化が可能な冷却装置を有する燃料電池を提供することができる。

本発明ではその主旨を逸脱しない範囲であれば、上記の実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。

本発明に係る燃料電池装置を示す外観斜視図。 燃料電池装置をノート型コンピュータに接続した状態を示す外観斜視図。 燃料電池の発電システムの系統図。 本発明の実施形態に係る冷却ファンの構造を示す外観斜視図。 本発明の実施形態に係る冷却ファンの構造を示す上面図。 本発明の他の実施形態に係る冷却ファンと熱交換器との配置を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る冷却動作を示すフローチャート。 本発明の実施形態に係るファンの回転数制御動作を示すフローチャート。 本発明の実施形態に係る冷却動作を行った際の温度変動を示す図。

符号の説明

１…燃料電池、２…発電部、３…制御部、１０…ノート型コンピュータ、１１…本体、１１ａ…通気孔、１１ｂ…カバー、１２…載置部、１３…ロック機構、１４…コネクタ、１５…イジェクトボタン、３１…燃料タンク、３２…燃料供給路、３２ａ…燃料流入口、３３…燃料バルブ、３４…燃料ポンプ、４１…混合タンク、４１ａ…槽、４１ｂ…蓋、４３…混合液供給路、４３ａ…混合液流出口、４４…混合液回収路、４４ａ…混合液流入口、５１…アノード、５２…カソード、５３…電解質膜、６３…吸気フィルタ、６４…吸気路、７１…排液冷却器、７２…第１の冷却ファン、７３…予混合液冷却器、８１…復水器、８２…第２の冷却ファン、８３…回収槽、８４…水回収路、８６…排気路、８７…排気フィルタ、９０…濃度センサ、９５…ベースマニホールド、１００…冷却ファンユニット、１０１…冷却ファン、１２０…熱交換器、１２１…燃料流入口、１２２…燃料流管、１２３…燃料排出口、１２４…フィン

Claims (8)

1. 本体と、
   前記本体に設けられ、前記本体に液体を流入させる流入口と、
   前記本体に設けられ、前記本体から液体を排出させる排出口と、
   前記本体内部に設けられ、液体の流れる流管と、
   前記本体と隣接して配置される第１の冷却ファンと第２の冷却ファンと
   前記第１の冷却ファンと前記第２の冷却ファンとを制御する制御手段とを
   備えることを特徴とする冷却装置。
2. 前記流管の周りに放熱部材が設けられることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
3. 前記第１の冷却ファンと第２の冷却ファンとは排気口を有し、前記流管は前記排気方向と直交する位置関係に設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷却装置。
4. 前記排出口が前記流入口よりも前記第１の冷却ファンに近い位置に配置されることを特徴とする請求項３記載の冷却装置。
5. 液体燃料を収容する燃料タンクと、
   アノードとカソードを有し、前記液体燃料と酸素を化学反応させて発電を行う起電部と、
   前記燃料タンクから前記起電部に液体燃料を供給する燃料供給部と、
   前記起電部と前記燃料供給部との間に設けられ、前記液体燃料が流れる燃料流路と、
   前記燃料流路を流れる前記液体燃料を冷却する冷却装置、とを備え、
   前記冷却装置は、
   本体と、
   前記本体に設けられ、前記本体に前記液体燃料を流入させる流入口と、
   前記本体に設けられ、前記本体から前記液体燃料を排出させる排出口と、
   前記本体内部に設けられ、前記液体燃料の流れる流管と、
   前記本体と隣接して配置される第１の冷却ファンと第２の冷却ファンと、
   前記第１の冷却ファンと前記第２の冷却ファンとを制御する制御手段とを
   備えることを特徴とする燃料電池。
6. 前記流管の周りに放熱部材が設けられることを特徴とする請求項５記載の燃料電池。
7. 前記第１の冷却ファンと第２の冷却ファンとは排気口を有し、前記排気口は、前記流管と直交する位置関係に設けられることを特徴とする請求項５又は請求項６記載の燃料電池。
8. 前記排出口が前記流入口よりも前記第１の冷却ファンに近い位置に配置されることを特徴とする請求項７記載の燃料電池。
   
   

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