JP2010232019A - Fuel cell device - Google Patents

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Susumu Hatano
進 波多野
Masataka Ozeki
正高 尾関
Hiroaki Fujii
宏明 藤井
Hideji Sano
秀治 佐野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce noises generated from a fuel cell device without affecting an installation space and power generation capacity of the fuel cell device. <P>SOLUTION: The fuel cell device 1 generates power by an electrochemical reaction and is provided with a cover 14 which covers an body of the fuel cell device 1 and a gas supply device 4 to supply gas to the fuel cell device 1. An orifice 10 which lowers noises of a low frequency region generated from a gas suction portion 11 and raises noises of high frequency region is installed at the gas suction portion 11 of the gas supply device 4. Thereby, without affecting the cost, installation space, and power generation capacity, noises leaking from the outer enclosure of the fuel cell device can be insulated and reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行なう燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell device that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, for example.

近年、新発電システムの一つとして、小容量分散発電が容易であり、NOXやSOXなどの有害物質の発生がなく、しかも低騒音というメリットを有する電解質膜と触媒とを利用した燃料電池装置が考えられている。   In recent years, as one of the new power generation systems, there has been a fuel cell device using an electrolyte membrane and a catalyst that has an advantage of low-noise power generation that does not generate harmful substances such as NOX and SOX and has low noise. It is considered.

こうした燃料電池装置は、例えば特許文献1または特許文献2などに開示されているように、燃料ガスである天然ガスなどから水素ガスを生成する改質装置と、この水素ガスと酸化剤としての酸素(気体)との電気化学的反応により発電を行なう燃料電池と、この燃料電池に酸素(気体)を供給する気体供給装置(気体ブロア)と、燃料電池で発生した電気エネルギーを商用電圧・周波数に変換する電力変換装置(インバータ)と、熱交換器を具備し燃料電池や改質装置で発生する熱を回収して他の排熱利用外部機器に熱を供給する熱回収装置と、本体(パッケージ)内を換気する送風装置(換気ファン)と、排熱を利用しない場合の冷却に使用する放熱装置(クーリングモジュール)とにより基本的に構成される。   Such a fuel cell device includes, as disclosed in, for example, Patent Document 1 or Patent Document 2, a reformer that generates hydrogen gas from natural gas that is a fuel gas, and the hydrogen gas and oxygen as an oxidant. A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction with (gas), a gas supply device (gas blower) that supplies oxygen (gas) to the fuel cell, and the electric energy generated in the fuel cell to commercial voltage / frequency A power conversion device (inverter) for conversion, a heat recovery device that includes a heat exchanger, recovers heat generated in the fuel cell or reformer, and supplies the heat to other external devices using waste heat, and a main body (package) ) Basically constituted by a blower (ventilation fan) for ventilating the inside and a heat radiating device (cooling module) used for cooling when exhaust heat is not used.

また、上記基本的な構成において、各々の構成要素を円滑に動作させるために、天然ガスを昇圧するブロアや、天然ガスの硫黄分を除去する脱硫器や、改質装置に水(蒸気)を送るポンプや、燃料電池の電解質膜を加湿するために、この燃料電池に水を送るポンプや、水中の不純物を除去する浄化装置や、水の電解質を除去するイオン交換装置や、燃料ガス、空気、水の流量を電磁弁で制御する制御部としてのコントローラなどの、様々な補助機器が配置され、配管や配線によって物理的および電気的に接続されている。
特開2002−216828号公報 特開2008−84564号公報
In the above basic configuration, in order to smoothly operate each component, water (steam) is supplied to a blower for boosting natural gas, a desulfurizer for removing sulfur from the natural gas, or a reformer. The pump that sends water to the fuel cell, the pump that sends water to the fuel cell, the purification device that removes impurities in the water, the ion exchange device that removes the water electrolyte, fuel gas, air Various auxiliary devices such as a controller as a control unit for controlling the flow rate of water with a solenoid valve are arranged and physically and electrically connected by piping and wiring.
JP 2002-216828 A JP 2008-84564 A

このような燃料電池装置を家庭用の発電機として使用する場合、燃料電池装置は大きな設置スペースが必要となるため、屋外に設置されることが一般的であり、また家庭で使用する電力の一部若しくは全部を賄うため、終日運転することが普通である。そのため、燃料電池装置の運転時に大きな騒音が発生すると、使用者のみに止まらず、近隣住民にも不快感を与えることとなる。したがって、昼間においてはもちろんのこと、特に夜間においては、使用者や近隣住民に与える不快感を一掃するために燃料電池装置の低騒音化が不可欠となっている。   When such a fuel cell device is used as a generator for home use, the fuel cell device requires a large installation space. Therefore, the fuel cell device is generally installed outdoors, and one of the electric power used at home is used. It is normal to drive all day to cover the department or all. For this reason, if a large noise is generated during operation of the fuel cell device, not only the user but also neighboring residents will be uncomfortable. Accordingly, it is indispensable to reduce the noise of the fuel cell device not only during the daytime, but particularly at nighttime, in order to eliminate discomfort given to the user and neighboring residents.

燃料電池装置から発生する騒音の多くは、燃料電池装置の構成機器である前記気体供給装置に起因し、吸気音や、運転時に発生する振動が配管や外郭などへ伝播することにより、燃料電池装置から大きな騒音が発生する。そのため、燃料電池装置の騒音源である気体供給装置の騒音を抑えることが必要である。   Most of the noise generated from the fuel cell device is caused by the gas supply device, which is a constituent device of the fuel cell device, and the intake noise and vibrations generated during operation propagate to the piping, the outer shell, etc. A loud noise is generated. Therefore, it is necessary to suppress the noise of the gas supply device that is the noise source of the fuel cell device.

上記問題を解決する方法として、前記気体供給装置と例えば前記燃料電池などの気体供給先の機器とを接続する配管の直径を太くすることにより、圧力損失を低減し、該気体供給装置を構成するモータの出力を下げる方法が有る。このようにすれば、前記モータの出力が下がるため、該気体供給装置の振動を低減することができる。したがって、該気体供
給装置に接続された配管や、燃料電池装置の外郭に伝播する振動を低減することができると同時に、気体を吸気するときの圧力が低減されるため、吸気音を低減することができる。
As a method for solving the above-mentioned problem, the pressure loss is reduced by increasing the diameter of a pipe connecting the gas supply device and a gas supply destination device such as the fuel cell, and the gas supply device is configured. There is a way to reduce the motor output. In this way, since the output of the motor is reduced, the vibration of the gas supply device can be reduced. Therefore, it is possible to reduce vibration propagating to the pipe connected to the gas supply device and the outer shell of the fuel cell device, and at the same time, the pressure when inhaling the gas is reduced, so that the intake noise is reduced. Can do.

しかし、上記方法では、前記気体供給装置と気体供給先の機器とを接続する配管を太くすることにより、ユニットが大型化するという問題がある。そのため、より多くの設置スペースが必要となり、家庭用として使用する場合では、設置スペースが確保できないなどの弊害が発生することとなる。また、前記モータの出力を下げることにより、気体供給装置の気体供給量が減少するため、燃料電池装置の発電出力の低下や発電効率の低下を招来するという問題がある。   However, in the above method, there is a problem that the unit is increased in size by thickening the pipe connecting the gas supply device and the gas supply destination device. For this reason, more installation space is required, and in the case of using it for home use, there is a problem that the installation space cannot be secured. Further, since the gas supply amount of the gas supply device is reduced by lowering the output of the motor, there is a problem that the power generation output of the fuel cell device is lowered and the power generation efficiency is lowered.

また他の方法として、図8に示すように騒音源を収容する燃料電池装置の外郭に防音壁を取り付ける構成とした方法がある。図8において1は本体カバー、40は空気ブロワ、60は該空気ブロワ40で加圧した空気と燃料供給装置(図示しない)からの燃料(水素)で発電する燃料電池、130は前記空気ブロワに供給される外気を本体に取り込む開口、150は前記空気ブロワ40の騒音が外部に漏れることを抑制する防音箱である。このようにすれば、防音壁で騒音を低減することができる。したがって燃料電池装置の外郭に伝播する振動を防音壁で吸収し、吸気音を低減することができる。   As another method, as shown in FIG. 8, there is a method in which a soundproof wall is attached to an outer shell of a fuel cell device that houses a noise source. In FIG. 8, 1 is a main body cover, 40 is an air blower, 60 is a fuel cell that generates power using air pressurized by the air blower 40 and fuel (hydrogen) from a fuel supply device (not shown), and 130 is the air blower. An opening 150 for taking the supplied outside air into the main body 150 is a soundproof box that suppresses the noise of the air blower 40 from leaking to the outside. In this way, noise can be reduced by the soundproof wall. Therefore, the vibration propagating to the outer shell of the fuel cell device can be absorbed by the soundproof wall and the intake noise can be reduced.

しかし、上記方法では、ただ単に防音壁や振動吸収材を取り付けるだけの簡単な方法であるため、入射音エネルギーの透過損失の大きい高周波数域(たとえば1KHz以上)の騒音は比較的簡単な方法で遮音できるが、透過損失の小さい低周波数域(たとえば1KHz未満)の騒音を遮音するには、防音壁の厚さや材料の選定を留意しなければならず、コスト高や、肉厚化により防音壁のスペースを多大に要するという問題がある。   However, since the above method is a simple method of simply attaching a soundproof wall or a vibration absorber, noise in a high frequency range (for example, 1 KHz or more) with a large transmission loss of incident sound energy is a relatively simple method. Sound insulation is possible, but noise insulation in low frequency range (for example, less than 1KHz) with low transmission loss must be taken into account when selecting the thickness and material of the sound insulation wall. There is a problem of requiring a lot of space.

そこで本発明は上記問題点に鑑み、コスト、設置スペースや発電能力に影響を及ぼすことなく、気体供給装置の吸い込み部で発生する騒音を遮音・低減することが可能な燃料電池装置を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a fuel cell device capable of sound insulation and reduction of noise generated in a suction portion of a gas supply device without affecting cost, installation space, and power generation capacity. With the goal.

上記課題を解決するために、本発明の請求項1に係わる燃料電池装置は、電気化学反応により発電を行う燃料電池装置であって、該燃料電池装置の本体を覆うカバーと、該燃料電池装置に気体を供給する気体供給装置を備え、前記気体供給装置の気体吸い込み部に前記気体吸込み部から出る低周波域の騒音を下げて高周波数域の騒音を上げるオリフィスを設けた構成としたものである。   In order to solve the above-mentioned problems, a fuel cell device according to claim 1 of the present invention is a fuel cell device that generates power by an electrochemical reaction, the cover covering the main body of the fuel cell device, and the fuel cell device. A gas supply device for supplying gas to the gas suction portion of the gas supply device, provided with an orifice that lowers the low frequency noise from the gas suction portion and raises the high frequency noise. is there.

請求項2に係わる燃料電池装置は、請求項1において前記気体供給装置は燃料電池に空気を供給するものであることを特徴とする。   A fuel cell device according to claim 2 is characterized in that, in claim 1, the gas supply device supplies air to the fuel cell.

請求項3に係わる燃料電池装置は、請求項1または2において前記オリフィスの内径は、気体配管の吸いこみ口の内径より小さいものであることを特徴とする。   A fuel cell device according to a third aspect is characterized in that the inner diameter of the orifice is smaller than the inner diameter of the suction port of the gas pipe in the first or second aspect.

請求項4に係わる燃料電池装置は、請求項3において前記オリフィスの内径寸法は、前記吸い込み口の内径寸法の0.05倍から0.35倍であることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the fuel cell device according to the third aspect, wherein the inner diameter of the orifice is 0.05 to 0.35 times the inner diameter of the suction port.

請求項5に係わる燃料電池装置は、請求項3または4において前記オリフィスと前記気体配管が一体に構成されていることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, the fuel cell device according to the third or fourth aspect is characterized in that the orifice and the gas pipe are integrally formed.

請求項6に係わる燃料電池装置は、請求項1から5のいずれかにおいて前記気体吸い込み部の周囲に遮音板を設けたことを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell device according to any one of the first to fifth aspects, wherein a sound insulating plate is provided around the gas suction portion.

本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。   The present invention has the following effects.

本発明の請求項1における燃料電池装置によれば、前記気体吸込み部に低周波域の騒音を下げて高周波数域の騒音を上げるオリフィスを配設し、燃料電池装置の本体カバーを遮音板と共用した簡単な構成でありながら、コスト、設置スペースや発電能力に影響を及ぼすことなく、燃料電池装置の外郭から漏出する騒音を遮音・低減することが可能になる。   According to the fuel cell device of claim 1 of the present invention, the gas suction portion is provided with an orifice that lowers the noise in the low frequency region and increases the noise in the high frequency region, and the body cover of the fuel cell device is a sound insulation plate. Although it is a simple and shared configuration, noise leaking from the outer shell of the fuel cell device can be sound-insulated and reduced without affecting the cost, installation space, and power generation capacity.

本発明の請求項2における燃料電池装置によれば、燃料電池装置を構成する機器の中でも最大の騒音発生源である空気の配管経路を構成する気体供給装置の空気の吸いこみ口に騒音の周波数を上げるオリフィスを配設するため、簡単な構成でありながら、コスト、設置スペースや発電能力に影響を及ぼすことなく、燃料電池装置を構成する機器の中でも最大の騒音発生源である空気供給装置の前記気体吸い込み部で発生する騒音を、他の気体配管よりも効果的に遮音・低減することが可能になる。   According to the fuel cell device of claim 2 of the present invention, the frequency of the noise at the air suction port of the gas supply device that constitutes the air piping path that is the largest noise generation source among the devices constituting the fuel cell device. The air supply device, which is the largest noise generation source among the devices that make up the fuel cell device, has a simple structure but does not affect the cost, installation space, and power generation capacity. Noise generated in the gas suction portion can be more effectively sound-insulated and reduced than other gas pipes.

本発明の請求項3における燃料電池装置によれば、前記オリフィスの内径は、前記気体配管の吸い込み口の内径より小さいものであるため、前記オリフィスの長さを短くできるので省スペース化が図れる。   According to the fuel cell device of claim 3 of the present invention, since the inner diameter of the orifice is smaller than the inner diameter of the suction port of the gas pipe, the length of the orifice can be shortened, so that the space can be saved.

本発明の請求項4における燃料電池装置によれば、前記オリフィスの内径寸法は、前記吸い込み口の内径寸法の0.05倍から0.35倍であるため、前記気体供給装置の吸いこみ抵抗の増加による消費電力の上昇を抑制することができる。   According to the fuel cell device of claim 4 of the present invention, the inner diameter of the orifice is 0.05 to 0.35 times the inner diameter of the suction port. An increase in power consumption due to the increase can be suppressed.

本発明の請求項5における燃料電池装置によれば、前記オリフィスと前記気体配管が一体に構成されているため、前記オリフィスと前記気体配管を締結する締結装置を使用する必要がないので、組み立て作業が容易である。   According to the fuel cell device of claim 5 of the present invention, since the orifice and the gas pipe are integrally formed, it is not necessary to use a fastening device for fastening the orifice and the gas pipe. Is easy.

本発明の請求項6における燃料電池装置によれば、前記気体吸い込み部の周囲に遮音板を設けたので、前記燃料電池装置のカバーだけでなく、より透過損失の大きい構造物で遮音するため、前記オリフィスにより周波数域を高音域に上げた騒音を更に低減できる。   According to the fuel cell device of claim 6 of the present invention, since the sound insulation plate is provided around the gas suction portion, not only the cover of the fuel cell device, but also the sound insulation is performed with a structure having a larger transmission loss. Noise generated by raising the frequency range to a high sound range can be further reduced by the orifice.

第1の発明は、電気化学反応により発電を行う燃料電池装置であって、該燃料電池装置の本体を覆うカバーと、該燃料電池装置に気体を供給する気体供給装置を備え、前記気体吸い込み部に前記気体吸い込み部から出る低周波域の騒音を下げて高周波数域の騒音を上げるオリフィスを設けている。かかる構成とすることにより、本発明の燃料電池装置は、コスト、設置スペースや発電能力に影響を及ぼすことなく、気体吸い込み部から出る騒音を遮音・低減することが可能となる。   1st invention is a fuel cell apparatus which generates electric power by electrochemical reaction, Comprising: The cover which covers the main body of this fuel cell apparatus, The gas supply apparatus which supplies gas to this fuel cell apparatus, The said gas suction part Are provided with orifices for lowering the noise in the low frequency range from the gas suction part and increasing the noise in the high frequency range. By adopting such a configuration, the fuel cell device of the present invention can insulate and reduce the noise emitted from the gas suction portion without affecting the cost, installation space, and power generation capacity.

第2の発明は、第1の発明において前記気体供給装置は燃料電池に空気を供給するものである。かかる構成とすることにより、簡単な構成でありながら、コスト、設置スペースや発電能力に影響を及ぼすことなく、燃料電池装置を構成する機器の中でも最大の騒音発生源である空気供給装置の前記気体吸い込み部から出る騒音を、他の気体配管よりも効果的に遮音・低減することが可能になる。   According to a second invention, in the first invention, the gas supply device supplies air to the fuel cell. By adopting such a configuration, the gas of the air supply device which is the largest noise generation source among the devices constituting the fuel cell device without affecting the cost, the installation space and the power generation capacity with a simple configuration. It is possible to more effectively insulate and reduce noise from the suction portion than other gas pipes.

第3の発明は、第1または第2の発明において前記オリフィスの内径は、前記気体配管の吸い込み口の内径より小さいものである。かかる構成とすることにより、前記オリフィスの長さを短くできるので省スペース化が図れる。   According to a third invention, in the first or second invention, the inner diameter of the orifice is smaller than the inner diameter of the suction port of the gas pipe. By adopting such a configuration, the length of the orifice can be shortened, so that space can be saved.

第4の発明は、第3の発明において前記オリフィスの内径寸法は、前記吸い込み口の内径寸法の0.05倍から0.35倍である。かかる構成とすることにより、前記気体供給装置の吸いこみ抵抗の増加による消費電力の上昇を抑制することができる。   In a fourth aspect based on the third aspect, the inner diameter of the orifice is 0.05 to 0.35 times the inner diameter of the suction port. By setting it as this structure, the raise of the power consumption by the increase in the suction resistance of the said gas supply apparatus can be suppressed.

第5の発明は、第3または第4の発明において前記オリフィスと前記気体配管が一体に構成されている。かかる構成とすることにより、前記オリフィスと前記気体配管を締結する締結装置を使用する必要がないので、前記燃料電池装置の組み立て作業が容易である。   According to a fifth invention, in the third or fourth invention, the orifice and the gas pipe are integrally formed. With this configuration, it is not necessary to use a fastening device that fastens the orifice and the gas pipe, so that the assembly operation of the fuel cell device is easy.

第6の発明は、第1から第5の発明のいずれか一方において前記気体吸い込み部の周囲に遮音板を設けている。かかる構成とすることにより、前記燃料電池装置のカバーだけでなく、より透過損失の大きい構造物で遮音するため、前記オリフィスにより周波数域を高音域に上げた騒音を更に低減できる。   In a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, a sound insulating plate is provided around the gas suction part. By adopting such a configuration, sound is insulated not only by the cover of the fuel cell device but also by a structure having a larger transmission loss, so that noise generated by raising the frequency range by the orifice can be further reduced.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係わる燃料電池装置の構成の一例を示す模式図であり、図2は図1の気体吸い込み部11の内部構造を拡大して示す断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic view showing an example of the configuration of the fuel cell apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the internal structure of the gas suction portion 11 of FIG.

図1に示すように本実施の形態1における燃料電池装置1は、気体流路の空気流れに沿って、気体吸い込み部11、気体供給装置4、フィルタ12、加湿器5、及び燃料電池6の順に配置されている。これらの各構成機器は1本の気体配管3によって連通して接続されている。なお、気体吸い込み部11は先端の気体吸い込み口13に吸い込みの低周波域の騒音を下げて高周波数域の騒音を上げるオリフィス10と前記気体配管3よりなり、前記オリフィス10のフランジ部において、締結ネジ16により前記気体配管3のフランジ部と締結されている。この構成を有する燃料電池装置1において、気体は気体配管3の先端に設けられた気体吸い込み口13から吸い込まれる際、吸い込みの低周波域の騒音を下げて高周波数域の騒音を上げるオリフィス10により気体吸い込みの低周波域の騒音を下げて高周波数域の騒音を上げ、気体供給装置4で圧縮され吐出された後加湿器5にて加湿されて燃料電池6の空気極7に流入する。なお、燃料電池6の燃料極8には燃料口9から燃料が供給されるように構成され、また、燃料電池装置1は全面が本体カバー14で覆われ燃料電池装置1の内部部品を風雨や外部からの侵入から保護するとともに、外部に漏れる騒音を遮音している。   As shown in FIG. 1, the fuel cell device 1 according to the first embodiment includes a gas suction unit 11, a gas supply device 4, a filter 12, a humidifier 5, and a fuel cell 6 along the air flow in the gas flow path. Arranged in order. Each of these components is connected in communication by a single gas pipe 3. The gas suction section 11 is composed of an orifice 10 and the gas pipe 3 that lower the noise in the low frequency range by sucking into the gas suction port 13 at the tip and increase the noise in the high frequency range, and is fastened at the flange portion of the orifice 10. The screw 16 is fastened to the flange portion of the gas pipe 3. In the fuel cell device 1 having this configuration, when the gas is sucked from the gas suction port 13 provided at the tip of the gas pipe 3, the orifice 10 lowers the noise in the low frequency range and increases the noise in the high frequency range. The low frequency noise of the gas suction is lowered to increase the high frequency noise. After being compressed and discharged by the gas supply device 4, it is humidified by the humidifier 5 and flows into the air electrode 7 of the fuel cell 6. The fuel electrode 6 of the fuel cell 6 is configured to be supplied with fuel from the fuel port 9, and the entire surface of the fuel cell device 1 is covered with the body cover 14 so that the internal components of the fuel cell device 1 In addition to protecting against intrusion from the outside, it also blocks out noise that leaks to the outside.

次に、前記構成を有する気体吸い込み部11の気体吸い込みの低周波域の騒音を下げて高周波数域の騒音を上げるオリフィス10の動作について説明する。   Next, the operation of the orifice 10 that lowers the noise in the low frequency region of the gas suction of the gas suction portion 11 having the above configuration and raises the noise in the high frequency region will be described.

図1、2において、気体供給装置4はたとえば回転翼を要するファンやポンプ等の送風機やダイヤフラム式電磁ポンプ等を設けることができる。気体吸い込み音は、前記気体供給装置4で発生する音の音源周波数に前記気体吸い込み部11が同調し、気柱共鳴を発生することが知られており、この現象が騒音となっている。たとえば前記気体供給装置4をダイヤフラム式電磁ポンプとし、電源周波数を50Hzとした時、50Hzの倍数が音源周波数となり得る。このとき、前記気体吸い込み部11において空気吸い込み音が低周波数域(たとえば1KHz未満)の音域であれば、50、100、150、200、250,300、350、400、・・・・・・1000Hz未満の少なくとも一つの周波数で共鳴しその周波数の騒音レベルが上昇する。騒音を遮音するとき壁材などの構造物を用いる方法もあるが、音の透過損失(TL)は、数式(1)に示すように周波数が比較的高いときは大きくなり壁材などの構造物で音源を覆うことにより大きな効果を発揮するが、周波数が比較的低いときの透過損失は小さく構造物で音源を覆い隠しても大きな効果は得ら
れない。
TL=18log10f・M−44 ・・・(1)
TL:透過損失(dB)、f:周波数(Hz)、M:構造体の面密度(Kgf/m
よって気体吸い込み音の透過損失を大きくするには気体吸い込み音の周波数を上げればよいことに着目した。この周波数を上げるために、数式(2)に示すように音の波長の長さを短くすることとした。
f=V/λ ・・・(2)
f:周波数(Hz)、V:音速(m/s)、λ:波長の長さ(m)
すなわち、前記気体吸い込み部11には前記オリフィス10を配設して音の波長の長さを変化させ、周波数を変化させる。さらに、前記オリフィス10の内径は前記空気吸い込み部11の気体配管3の内径より小さくし低周波域の騒音を下げて高周波数域の騒音を上げる。このとき、騒音の透過損失は低周波域の騒音を下げて高周波数域の騒音を上げることにより大きくなっているため前記燃料電池装置の本体カバー14が遮音板の効果も大きくなることができる。
1 and 2, the gas supply device 4 can be provided with a fan such as a fan or a pump that requires rotating blades, a diaphragm electromagnetic pump, or the like. As for the gas suction sound, it is known that the gas suction unit 11 is synchronized with the sound source frequency of the sound generated by the gas supply device 4 to generate air column resonance, and this phenomenon is noise. For example, when the gas supply device 4 is a diaphragm electromagnetic pump and the power supply frequency is 50 Hz, a multiple of 50 Hz can be a sound source frequency. At this time, if the air suction sound in the gas suction part 11 is a low frequency range (for example, less than 1 KHz), 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, ... 1000 Hz. Resonates at at least one frequency below and the noise level at that frequency increases. There is a method of using a structure such as a wall material when insulating noise, but the sound transmission loss (TL) becomes large when the frequency is relatively high as shown in Equation (1), and the structure such as a wall material is used. However, even if the sound source is covered with a structure, the transmission loss when the frequency is relatively low is small, and even if the sound source is covered with a structure, a large effect cannot be obtained.
TL = 18 log 10 f · M-44 (1)
TL: Transmission loss (dB), f: Frequency (Hz), M: Area density of structure (Kgf / m 2 )
Therefore, we focused on increasing the frequency of the gas suction sound to increase the transmission loss of the gas suction sound. In order to increase this frequency, the length of the sound wavelength was shortened as shown in Equation (2).
f = V / λ (2)
f: frequency (Hz), V: speed of sound (m / s), λ: length of wavelength (m)
That is, the gas suction part 11 is provided with the orifice 10 to change the length of the sound wavelength and change the frequency. Furthermore, the inner diameter of the orifice 10 is made smaller than the inner diameter of the gas pipe 3 of the air suction part 11 to lower the noise in the low frequency range and increase the noise in the high frequency range. At this time, the noise transmission loss is increased by lowering the noise in the low frequency range and increasing the noise in the high frequency range, so that the effect of the sound insulation plate on the main body cover 14 of the fuel cell device can be increased.

また、図3は本発明の実施の形態1に係わる燃料電池装置の特性を示すグラフであり、前記オリフィス10の内径寸法は、前記気体配管3の内径寸法の0.05倍から0.35倍としたことで、低周波数域の騒音を低減するとともに、前記気体吸込み口13での抵抗が増加することによる、気体供給装置4の消費電力の増加を抑制することが可能である。ここで前記オリフィス10の内径寸法は、前記気体配管3の内径寸法の比率D10/Dを0.05から0.35としたのは、騒音値の上限値を一般的に耐えられる騒音値として40dBとしたとき、比率D10/Dの上限値が0.35となり、また前記気体供給装置4の消費電力が比率D10/Dが0.05を境に急激に上昇しはじめ、通常運転状態の限界であると判断したからである。 FIG. 3 is a graph showing the characteristics of the fuel cell apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The inner diameter of the orifice 10 is 0.05 to 0.35 times the inner diameter of the gas pipe 3. As a result, it is possible to reduce noise in the low frequency region and to suppress an increase in power consumption of the gas supply device 4 due to an increase in resistance at the gas suction port 13. Here, the inner diameter dimension of the orifice 10 is such that the ratio D 10 / D 3 of the inner diameter dimension of the gas pipe 3 is set to 0.05 to 0.35. As 40 dB, the upper limit value of the ratio D 10 / D 3 becomes 0.35, and the power consumption of the gas supply device 4 starts to increase rapidly when the ratio D 10 / D 3 is 0.05, This is because it is determined that it is the limit of the normal operation state.

このように本実施の形態1に係る燃料電池装置では、前記気体吸込み部11に低周波域の騒音を下げて高周波数域の騒音を上げるオリフィス10を配設し、遮音板を前記燃料電池装置の本体カバーで共用するので簡単かつ省スペース、低コストで騒音の低減を図ることができる。   As described above, in the fuel cell device according to Embodiment 1, the gas suction portion 11 is provided with the orifice 10 that lowers the noise in the low frequency region and increases the noise in the high frequency region, and the sound insulating plate is used as the fuel cell device. Because it is shared by the main body cover, noise can be reduced easily, at a low cost and at a low cost.

(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2に係わる燃料電池装置の構成を示す模式図であり、前記気体吸い込み部11の構成を示し、前記気体吸い込み部11の気体吸い込み口13での気体吸い込みの低周波域の騒音を下げて高周波数域の騒音を上げるオリフィス10と気体配管3が一体に成形されて構成されており、実施の形態1と同様の構成については同一の番号を付し、その説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell device according to Embodiment 2 of the present invention, showing the configuration of the gas suction portion 11, and the gas suction at the gas suction port 13 of the gas suction portion 11. The orifice 10 and the gas pipe 3 that lower the noise in the low frequency range and increase the noise in the high frequency range are integrally formed. The same components as those in the first embodiment are given the same numbers, and Description is omitted.

このように本実施の形態2に係わる燃料電池装置では、前記気体配管3と前記オリフィス10を一体で構成することにより、製造ラインにおいて組立性のよい燃料電池装置を提供することができる。   As described above, in the fuel cell device according to the second embodiment, the gas pipe 3 and the orifice 10 can be integrated to provide a fuel cell device with good assemblability in the production line.

(実施の形態3)
図5は、本発明の実施の形態3に係わる燃料電池装置の構成を示す模式図であり、図5は前記気体供給装置4の気体吸い込み部11の近傍周囲に遮音板15を設けて構成されており、実施の形態1と同様の構成については同一の番号を付し、その説明は省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell device according to Embodiment 3 of the present invention, and FIG. 5 is configured by providing a sound insulating plate 15 around the gas suction portion 11 of the gas supply device 4. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

前記気体吸い込み部11の気体吸い込み騒音の透過損失をさらに上昇させることができる。   The transmission loss of the gas suction noise of the gas suction part 11 can be further increased.

このように本実施の形態3に係わる燃料電池装置では、前記遮音板15を前記気体吸い
込み部11の近傍に覆うように設けたので、騒音をより低減した燃料電池装置を提供することができる。
Thus, in the fuel cell device according to the third embodiment, since the sound insulating plate 15 is provided so as to cover the vicinity of the gas suction portion 11, a fuel cell device with further reduced noise can be provided.

図1に示す構成の気体供給装置4を備える気体吸込み部11を燃料電池装置1に組み込み、この燃料電池装置1を前記気体供給装置4のみを単独運転した場合の、騒音試験を行った。   A gas suction unit 11 including the gas supply device 4 having the configuration shown in FIG. 1 was incorporated in the fuel cell device 1, and a noise test was performed when the fuel cell device 1 was operated alone alone.

このとき、測定対象である燃料電池装置は防音室の中央に設置し、騒音値を測定するマイクロフォンは燃料電池発電装置から1m離れた位置に設置した。マイクロフォンは人間の可聴域特性を模擬したA特性フィルターをかけて使用した。   At this time, the fuel cell device to be measured was installed in the center of the soundproof room, and the microphone for measuring the noise value was installed at a position 1 m away from the fuel cell power generator. The microphone was used with an A-weighting filter simulating human audible range characteristics.

ここで、気体供給装置4としては、電源仕様50Hzの電磁ポンプを使用し、気体吸い込み部11は、オリフィス10の外径ΦD10と気体配管3の外径Dの比率D10/Dが0.10の関係とし、またオリフィスの長さは13mmとした。ここで用いた気体供給装置4からの騒音測定は、その騒音が最大となる条件で行った。すなわち、空気流量が最大値となる騒音が最も大きくなる50L/min条件で運転させた。 Here, as the gas supply device 4, an electromagnetic pump with a power supply specification of 50 Hz is used, and the gas suction portion 11 has a ratio D 10 / D 3 of the outer diameter ΦD 10 of the orifice 10 and the outer diameter D 3 of the gas pipe 3. The relationship was 0.10, and the length of the orifice was 13 mm. The noise measurement from the gas supply device 4 used here was performed under the condition that the noise was maximum. That is, it was operated under the condition of 50 L / min at which the noise at which the air flow rate reached the maximum value was the largest.

また、オリフィス10を設けない以外は同一の条件とした場合についても、同様に騒音試験を行った。   Further, a noise test was performed in the same manner under the same conditions except that the orifice 10 was not provided.

騒音の測定結果を図6、図7に示す。図6は遮音板15と同様の効果を示す本体カバー14を配設しない場合の騒音の測定結果を1/3オクターブ周波数分析した結果である。これにより、オリフィス10を設けない場合には特に100Hz、200Hz、400Hzの1KHz未満の低周波数において強いピークの騒音値を示すが、オリフィス10を設けた場合にはこの低周波数の騒音が低減され、代わりに特に1KHz以上の高周波数に強いピークの騒音値が表れていることが確認できる。また、図7は遮音板15と同様の効果となる本体カバーを配設した場合の騒音の測定結果を1/3オクターブ周波数分析した結果である。これにより、図7でオリフィス10を設けた場合には特に1KHz以上の高周波数に強いピークの騒音値が表れていたが、遮音板15と同様の効果を持つ本体カバー14を配設することで、透過損失の大きい特に1KHz以上の高周波数域の騒音値が大幅に低減することが確認できる。この結果、オリフィス10を設けてさらに本体カバー14を配設することでオールパスの騒音値が約6dB低減したことが確認できる。   The measurement results of noise are shown in FIGS. FIG. 6 shows a result of 1/3 octave frequency analysis of noise measurement results when the main body cover 14 showing the same effect as the sound insulation plate 15 is not provided. Thereby, when the orifice 10 is not provided, a strong peak noise value is exhibited at a low frequency of less than 1 KHz, particularly 100 Hz, 200 Hz, and 400 Hz. However, when the orifice 10 is provided, this low frequency noise is reduced, Instead, it can be confirmed that a strong peak noise value appears particularly at a high frequency of 1 KHz or more. FIG. 7 shows the result of 1/3 octave frequency analysis of the measurement result of noise when a main body cover having the same effect as that of the sound insulating plate 15 is provided. Thus, when the orifice 10 is provided in FIG. 7, a strong peak noise value appears particularly at a high frequency of 1 KHz or more. However, the main body cover 14 having the same effect as the sound insulating plate 15 is provided. It can be confirmed that the noise value in a high frequency region with a large transmission loss, particularly 1 KHz or more, is greatly reduced. As a result, it can be confirmed that the all-pass noise value is reduced by about 6 dB by providing the orifice 10 and further disposing the main body cover 14.

以上のように本発明にかかる燃料電池装置は、設置スペースや発電能力に影響を及ぼすことなく、気体供給装置の気体吸い込み部で発生する騒音を低減することが可能となり、燃料電池コージェネレーションシステムのほか、燃料電池自動車等へも適用できるものである。   As described above, the fuel cell device according to the present invention can reduce the noise generated in the gas suction portion of the gas supply device without affecting the installation space and the power generation capacity. In addition, it can also be applied to fuel cell vehicles.

本発明の実施の形態1に係わる燃料電池装置の構成を示す模式図1 is a schematic diagram showing the configuration of a fuel cell device according to Embodiment 1 of the present invention. 同実施の形態1における燃料電池装置の構成を拡大して示す断面図Sectional drawing which expands and shows the structure of the fuel cell apparatus in Embodiment 1 同実施の形態1における燃料電池装置の特性を示すグラフThe graph which shows the characteristic of the fuel cell apparatus in Embodiment 1 本発明の実施の形態2に係わる燃料電池装置の構成を拡大して示す断面図Sectional drawing which expands and shows the structure of the fuel cell apparatus concerning Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態3に係わる燃料電池装置の構成を示す模式図Schematic diagram showing the configuration of the fuel cell device according to Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施例における騒音測定結果を示し1/3オクターブ周波数分析した結果を示すグラフThe graph which shows the noise measurement result in the Example of this invention, and shows the result of 1/3 octave frequency analysis 本発明の実施例における他の騒音測定結果を示し1/3オクターブ周波数分析した結果を示すグラフThe graph which shows the other noise measurement result in the Example of this invention, and shows the result of the 1/3 octave frequency analysis 従来の燃料電池装置の構成を示す概略断面図Schematic sectional view showing the structure of a conventional fuel cell device

1 燃料電池装置
2 空気
3 気体配管
4 気体供給装置
6 燃料電池
10 オリフィス
11 気体吸い込み部
13 吸い込み口
14 本体カバー
15 遮音板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell apparatus 2 Air 3 Gas piping 4 Gas supply apparatus 6 Fuel cell 10 Orifice 11 Gas suction part 13 Suction port 14 Main body cover 15 Sound insulation board

Claims (6)

電気化学反応により発電を行う燃料電池装置であって、該燃料電池装置の本体を覆うカバーと、該燃料電池装置に気体を供給する気体供給装置を備え、前記気体供給装置の気体吸い込み部に前記気体吸込み部から出る低周波域の騒音を下げて高周波数域の騒音を上げるオリフィスを設けた燃料電池装置。 A fuel cell device that generates power by an electrochemical reaction, comprising a cover that covers a main body of the fuel cell device, and a gas supply device that supplies gas to the fuel cell device, wherein the gas suction portion of the gas supply device includes the gas suction unit. A fuel cell device provided with an orifice for lowering noise in a low frequency range from a gas suction portion and increasing noise in a high frequency range. 前記気体供給装置は燃料電池に空気を供給するものである請求項1に記載の燃料電池装置。 The fuel cell device according to claim 1, wherein the gas supply device supplies air to the fuel cell. 前記気体吸込み部は、前記気体配管と前記気体配管から気体を吸い込む吸い込み口と前記オリフィスとで構成されており、前記オリフィスの内径は、前記気体配管の吸いこみ口の内径より小さいものである請求項1または2に記載の燃料電池装置。 The gas suction portion includes the gas pipe, a suction port for sucking gas from the gas pipe, and the orifice, and the inner diameter of the orifice is smaller than the inner diameter of the suction port of the gas pipe. Item 3. The fuel cell device according to Item 1 or 2. 前記オリフィスの内径寸法は、前記吸い込み口内径寸法の0.05から0.35倍である請求項3に記載の燃料電池装置。 The fuel cell device according to claim 3, wherein an inner diameter of the orifice is 0.05 to 0.35 times larger than an inner diameter of the suction port. 前記オリフィスと前記気体配管が一体に構成されている請求項1から4のいずれか1項に記載の燃料電池装置。 The fuel cell device according to any one of claims 1 to 4, wherein the orifice and the gas pipe are integrally formed. 前記気体吸い込み部の周囲に遮音板を設けた請求項1から5のいずれか1項に記載の燃料電池装置。 The fuel cell device according to any one of claims 1 to 5, wherein a sound insulating plate is provided around the gas suction portion.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014517455A (en) * 2011-05-02 2014-07-17 クリアエッジ パワー コーポレイション Energy dissipation device for controlling fuel cell fluid flow

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