JP2010238539A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素を含む燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that generates power using a fuel gas containing hydrogen.
従来、パーソナルコンピュータや携帯電話等の携帯機器の電源として、一次電池あるいは二次電池が使用されてきた。近年、携帯機器の普及とそれに伴う小型化・高性能化に伴い、主要な電源である二次電池は、更なる小型化・高容量化が求められている。このような観点から、エネルギ密度が高く、小型軽量化が可能なリチウムイオン電池が実用化されており、携帯機器に適した電源として需要が増大している。 Conventionally, a primary battery or a secondary battery has been used as a power source for portable devices such as personal computers and cellular phones. In recent years, with the widespread use of portable devices and the accompanying downsizing and high performance, secondary batteries, which are main power sources, are required to be further downsized and increased in capacity. From such a viewpoint, a lithium ion battery having a high energy density and capable of being reduced in size and weight has been put into practical use, and demand is increasing as a power source suitable for portable devices.
しかしながら、リチウムイオン電池をはじめとする二次電池は、充電のために別の電源と接続する必要があり、その充電にも通常数十分から数時間かかるため、一度携帯機器が使用できなくなるまで放電するとすぐに使用することは困難であった。 However, secondary batteries such as lithium ion batteries need to be connected to another power source for charging, and the charging usually takes several tens of minutes to several hours. It was difficult to use immediately after discharging.
そこで、外出中や充電用の電源がない場所で電子機器等を使用するための電源として、燃料電池が着目されている。燃料電池は、体積当たり、重量当たりの供給可能なエネルギ量が、従来の一電池や二次電池と比較して数倍から10倍近くあるため、特に小型の電子機器を駆動するための電源として有用である。また、燃料のみを交換すれば即座に使用が可能なため、他の二次電池の様に充電に時間がかかるということもない。加えて、従来の発電システムと比較して発電効率が高く、しかも反応による排出物がクリーンであることも燃料電池が着目されている要因である。さらに、燃料電池は、二次電池の充電用の電源として商用電源の代わりに用いることもでき、携帯時にも二次電池の充電を行うことができる。燃料電池に用いられる燃料としては、例えば、水素が挙げられる。また、水素を貯蔵する手段としては、例えば、水素吸蔵合金が挙げられる。 Therefore, a fuel cell has attracted attention as a power source for using an electronic device or the like when going out or without a power source for charging. A fuel cell has several to ten times the amount of energy that can be supplied per volume and weight as compared with conventional single and secondary batteries, and therefore, as a power source for driving small electronic devices. Useful. Moreover, since it can be used immediately if only the fuel is changed, it does not take time to charge unlike other secondary batteries. In addition, fuel cells are attracting attention because of their high power generation efficiency compared to conventional power generation systems and clean emissions from the reaction. Further, the fuel cell can be used instead of a commercial power source as a power source for charging the secondary battery, and the secondary battery can be charged even when carried. An example of the fuel used in the fuel cell is hydrogen. Examples of means for storing hydrogen include a hydrogen storage alloy.
燃料電池の電解質膜としては、例えば、固体高分子膜が用いられる。このような固体高分子型の燃料電池の発電反応は、通常、60℃〜80℃程度で行われる。また、発電効率は50%程度であり、残りは熱となる。電解質膜でのプロトン交換に適した状態は、適度な温度・加湿状態である。これは、温度が低く湿度が高すぎると、電極内の細孔が過剰な水で閉塞するいわゆる「フラッディング」という現象が発生しやすく、一方、温度が高く湿度が低すぎると、電解質膜が乾燥してしまういわゆる「ドライアウト」という現象が発生しやすいためであり、それぞれ燃料電池の性能を低下させることになる。 As the electrolyte membrane of the fuel cell, for example, a solid polymer membrane is used. The power generation reaction of such a polymer electrolyte fuel cell is usually performed at about 60 ° C to 80 ° C. Moreover, the power generation efficiency is about 50%, and the rest is heat. A state suitable for proton exchange in the electrolyte membrane is an appropriate temperature / humidified state. This is because if the temperature is too low and the humidity is too high, the phenomenon of so-called “flooding” in which the pores in the electrode are blocked with excess water tends to occur. On the other hand, if the temperature is too high and the humidity is too low, the electrolyte membrane will dry. This is because a so-called “dry-out” phenomenon is likely to occur, which respectively deteriorates the performance of the fuel cell.
このように、燃料電池の性能を十分に発揮させるためには、作動温度を適正に維持する必要がある。そのためには、燃料電池の作動温度を適正に維持するための加熱や冷却を行う手段を燃料電池とは別に設けることが考えられるが、構成が複雑となり装置全体の大型化を招くため、特に、携帯機器への用途には適さない。 Thus, in order to fully demonstrate the performance of the fuel cell, it is necessary to maintain the operating temperature appropriately. To that end, it is conceivable to provide a means for heating and cooling to maintain the operating temperature of the fuel cell appropriately, separately from the fuel cell, but the configuration becomes complicated and leads to an increase in the size of the entire device. Not suitable for use in mobile devices.
そこで、外部からの熱を燃料電池に供給するのではなく、燃料電池に接続されている電子機器で発する熱を利用することが考えられる。特許文献1には、電子機器本体の発熱部で発生する熱を燃料電池に供給する伝熱手段を備えた燃料電池システムが開示されている。 Therefore, it is conceivable to use heat generated by an electronic device connected to the fuel cell, instead of supplying heat from the outside to the fuel cell. Patent Document 1 discloses a fuel cell system including heat transfer means for supplying heat generated in a heat generating portion of an electronic device main body to a fuel cell.
また、燃料を貯蔵する水素吸蔵合金は、水素を外部へ放出する際に吸熱反応が生じるため、水素を効率よく放出し続けるためには、何らかの手段で加熱する必要がある。そこで、特許文献2には、吸熱反応により燃料を放出する燃料タンクと、燃料タンクより導入された燃料を用いて発電を行い熱を発生する発電部と、発電部で発生する熱を外部へ放出する外部放熱部を有する燃料電池が開示されている。この燃料電池は、発電部、燃料タンクおよび外部放熱部を接続し、発電部から発生する熱を燃料タンクおよび外部放熱部へ供給し、かつ発電部および燃料タンクの温度に応じて熱の供給を制御し、発電部および燃料タンクの温度を一定の範囲に保持する熱接続手段を有している。 In addition, since the hydrogen storage alloy for storing fuel undergoes an endothermic reaction when hydrogen is released to the outside, it needs to be heated by some means in order to keep releasing hydrogen efficiently. Therefore, in Patent Document 2, a fuel tank that releases fuel by an endothermic reaction, a power generation unit that generates power by using fuel introduced from the fuel tank, and heat generated by the power generation unit are released to the outside. A fuel cell having an external heat dissipation portion is disclosed. This fuel cell connects a power generation unit, a fuel tank, and an external heat dissipation unit, supplies heat generated from the power generation unit to the fuel tank and the external heat dissipation unit, and supplies heat according to the temperature of the power generation unit and the fuel tank. It has heat connection means for controlling and maintaining the temperature of the power generation unit and the fuel tank in a certain range.
ところで、燃料電池は、システムの起動時のように発電に適した温度に達していない場合には加熱されることが必要である。また、水素吸蔵合金を収容する燃料収容部は、水素を放出する際の反応が吸熱反応のため、水素を安定して放出するためには加熱されることが必要である。 By the way, the fuel cell needs to be heated when it does not reach a temperature suitable for power generation, such as when the system is started. In addition, the fuel storage portion that stores the hydrogen storage alloy needs to be heated in order to stably release hydrogen because the reaction when releasing hydrogen is an endothermic reaction.
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電子機器で発生する熱を利用して燃料電池や燃料収容部を加熱する手段を簡易な構成で実現する技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to realize a technique for realizing a means for heating a fuel cell and a fuel storage unit by using heat generated by an electronic device with a simple configuration. It is to provide.
上記課題を解決するために、本発明のある態様の燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に供給される水素を吸蔵する水素吸蔵合金が収容されている燃料収容部と、燃料電池で発電した電力が供給される電子機器で発生した熱を、燃料電池および燃料収容部へ伝達する熱伝達機構と、燃料電池または燃料収容部の熱によって熱伝達機構を移動させる移動機構と、を備える。熱伝達機構は、移動機構による移動に応じて燃料電池および燃料収容部へ伝達される熱の量が変化するように構成されている。 In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to an aspect of the present invention includes a fuel cell, a fuel storage unit that stores a hydrogen storage alloy that stores hydrogen supplied to the fuel cell, and power generation by the fuel cell. A heat transfer mechanism that transfers heat generated by the electronic device to which the electric power is supplied to the fuel cell and the fuel storage unit, and a moving mechanism that moves the heat transfer mechanism by the heat of the fuel cell or the fuel storage unit. The heat transfer mechanism is configured such that the amount of heat transferred to the fuel cell and the fuel storage portion changes according to movement by the moving mechanism.
この態様によると、移動機構は、外部からの特段のエネルギを必要とせずに、燃料電池または燃料収容部の熱によって熱伝達機構を移動させることができる。換言すると、電子機器で発生した熱を燃料電池や燃料収容部へ供給する量を、燃料電池や燃料収容部の熱によって変化させることができる。 According to this aspect, the moving mechanism can move the heat transfer mechanism by the heat of the fuel cell or the fuel storage unit without requiring special energy from the outside. In other words, the amount of heat generated in the electronic device supplied to the fuel cell and the fuel storage unit can be changed by the heat of the fuel cell and the fuel storage unit.
一方、燃料収容部が収容する水素吸蔵合金は、燃料電池へ供給される水素を放出する際に吸熱反応が生じるため、外部から熱が供給されない場合、温度低下により水素の放出量が低下してしまう。そのため、例えば、燃料収容部の温度が低下するにしたがって、電子機器で発生した熱のうち燃料収容部へ供給される量が増大するように熱伝達機構を構成することで、初期には燃料収容部の温度をあまり上昇させずに、所定の温度以下になった状態ではその温度を保持することが可能となる。なお、熱伝達機構や移動機構は、燃料電池における発電や燃料収容部における水素の放出が安定した状態で、電子機器が発する熱と燃料電池や燃料収容部に供給される熱とがバランスするように、各設計パラメータが実験や演算により求められていてもよい。 On the other hand, the hydrogen storage alloy stored in the fuel storage part undergoes an endothermic reaction when releasing hydrogen supplied to the fuel cell. Therefore, when heat is not supplied from the outside, the amount of released hydrogen decreases due to a decrease in temperature. End up. Therefore, for example, as the temperature of the fuel storage unit decreases, the heat transfer mechanism is configured so that the amount of heat generated in the electronic device supplied to the fuel storage unit increases, so that the fuel storage unit is initially stored. It is possible to maintain the temperature in a state where the temperature is below a predetermined temperature without increasing the temperature of the part so much. It should be noted that the heat transfer mechanism and the movement mechanism balance the heat generated by the electronic device and the heat supplied to the fuel cell and the fuel storage unit in a state where the power generation in the fuel cell and the release of hydrogen in the fuel storage unit are stable. In addition, each design parameter may be obtained by experiment or calculation.
熱伝達機構は、移動機構による移動に応じて、上方から見て燃料電池または燃料収容部と重畳する面積が変化してもよい。これにより、電子機器で発生した熱が燃料電池または燃料収容部へ伝達される量を簡便に制御することができる。 The area of the heat transfer mechanism that overlaps the fuel cell or the fuel storage portion may be changed as viewed from above according to the movement of the movement mechanism. Thereby, it is possible to easily control the amount of heat generated in the electronic device transmitted to the fuel cell or the fuel storage unit.
熱伝達機構は、燃料電池の起動時における該燃料電池と重畳する面積が該燃料電池の温度の上昇に伴い減少するように、移動機構によって移動させられてもよい。これにより、例えば、起動時のように燃料電池の温度が上昇するにしたがって、電子機器で発生した熱のうち燃料電池へ供給される量が減少する。一方、燃料電池が所定の温度以上になった状態ではその温度を保持することが可能となる。 The heat transfer mechanism may be moved by the moving mechanism so that the area overlapping with the fuel cell at the time of startup of the fuel cell decreases as the temperature of the fuel cell increases. Thereby, for example, as the temperature of the fuel cell rises at the time of startup, the amount of heat generated in the electronic device supplied to the fuel cell decreases. On the other hand, when the fuel cell is at a predetermined temperature or higher, the temperature can be maintained.
熱伝達機構は、移動機構による移動に応じて、燃料電池または燃料収容部と該熱伝達機構との間の熱抵抗が変化するように構成されていてもよい。熱抵抗の変化は、接触面積の変化だけでなく、熱伝達機構と前記燃料電池または燃料収容部とのギャップ、各部の材質や形状の相違によって実現される。 The heat transfer mechanism may be configured such that the thermal resistance between the fuel cell or the fuel storage portion and the heat transfer mechanism changes according to movement by the moving mechanism. The change of the thermal resistance is realized not only by the change of the contact area but also by the gap between the heat transfer mechanism and the fuel cell or the fuel storage part, and the difference in the material and shape of each part.
燃料電池は、燃料収容部との間で熱交換可能な位置に隣接していてもよい。これにより、燃料電池の発電時に生じる熱を水素吸蔵合金の加熱に利用することができ、システム全体のエネルギ効率を向上させることができる。 The fuel cell may be adjacent to a position where heat exchange with the fuel storage unit is possible. Thereby, the heat generated during power generation of the fuel cell can be used for heating the hydrogen storage alloy, and the energy efficiency of the entire system can be improved.
本体に対して固定され、電子機器が載置される載置部を更に備えてもよい。熱伝達機構は、載置部の下面に対して水平方向にスライドし、載置部に載置された電子機器の熱を該載置部を介して燃料電池または燃料収容部へ伝達するスライド板を有してもよい。これにより、電子機器は直接スライド板に接触しないため、安定した載置状態が維持される。 You may further provide the mounting part fixed with respect to a main body and in which an electronic device is mounted. The heat transfer mechanism slides in a horizontal direction with respect to the lower surface of the mounting portion, and transmits a heat of the electronic device mounted on the mounting portion to the fuel cell or the fuel storage portion via the mounting portion. You may have. Thereby, since an electronic device does not contact a slide plate directly, the stable mounting state is maintained.
載置部は、電子機器が載置されている状態では熱伝達機構と熱的に接続するとともに、電子機器が載置されていない状態では熱伝達機構との熱的な接続を解除する熱接続解除部を有してもよい。これにより、電子機器が載置されていない状態では、熱伝達機構を介して燃料電池や燃料収容部との熱の授受が切断されるため、例えば、一度適温まで上昇した燃料電池の温度低下が抑制される。 The mounting portion is thermally connected to the heat transfer mechanism when the electronic device is placed and is disconnected from the thermal transfer mechanism when the electronic device is not placed. You may have a cancellation | release part. As a result, in a state where no electronic device is placed, the transfer of heat to and from the fuel cell and the fuel storage unit is cut off via the heat transfer mechanism. It is suppressed.
移動機構は、燃料電池または燃料収容部の上面に設けられた溝部にスライド可能に係合し、熱伝達機構の下面に固定されるスライド部と、スライド部のスライド方向の一端に接続され、温度に応じて伸縮することでスライド部をスライドさせる伸縮部と、スライド部のスライド方向の他端に接続され、伸縮部を縮める方向に付勢する付勢部と、を有してもよい。これにより、例えば、伸縮部として形状記憶合金バネを用い、付勢部としてバイアスバネを用いた場合には、温度の上昇に伴い形状記憶合金バネが伸びることでスライド部を移動させるとともに、温度の低下に伴いバイアスバネの付勢力で形状記憶合金バネを縮めることができ、別途電源を用いることなく可逆的にスライド部を移動させることができる。 The moving mechanism is slidably engaged with a groove provided on the upper surface of the fuel cell or the fuel storage portion, and is connected to a slide portion fixed to the lower surface of the heat transfer mechanism and one end in the sliding direction of the slide portion, An expansion / contraction part that slides the slide part by expanding / contracting according to and a biasing part that is connected to the other end in the sliding direction of the slide part and that biases the expansion / contraction part in a contracting direction may be included. Thus, for example, when a shape memory alloy spring is used as the expansion / contraction part and a bias spring is used as the biasing part, the shape memory alloy spring extends as the temperature rises, and the slide part moves, As the force decreases, the shape memory alloy spring can be contracted by the biasing force of the bias spring, and the slide portion can be moved reversibly without using a separate power source.
スライド部は、燃料電池または燃料収容部と伸縮部との間の熱抵抗が、燃料電池または燃料収容部と熱伝達機構および付勢部との間の熱抵抗より小さくなるように構成されていてもよい。これにより、燃料電池または燃料収容部の熱がスライド部を介して伸縮部に効率よく伝わるため、熱伝達機構の移動の精度や応答性が良好となる。 The slide portion is configured such that the thermal resistance between the fuel cell or the fuel storage portion and the expansion / contraction portion is smaller than the thermal resistance between the fuel cell or the fuel storage portion and the heat transfer mechanism and the biasing portion. Also good. Thereby, since the heat of a fuel cell or a fuel accommodating part is efficiently transmitted to an expansion-contraction part via a slide part, the precision and responsiveness of a movement of a heat transfer mechanism become favorable.
熱伝達機構は、燃料電池および燃料収容部のそれぞれの熱によって独立に移動する複数の移動部材を有してもよい。これにより、燃料電池と燃料収容部への、電子機器で発生した熱の供給を独立に変化させることができる。 The heat transfer mechanism may include a plurality of moving members that move independently by the heat of the fuel cell and the fuel storage portion. Thereby, the supply of heat generated by the electronic device to the fuel cell and the fuel storage portion can be changed independently.
本発明によれば、電子機器で発生する熱を利用して燃料電池や燃料収容部を加熱する手段を簡易な構成で実現することができる。 According to the present invention, means for heating a fuel cell and a fuel storage portion using heat generated by an electronic device can be realized with a simple configuration.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. Moreover, the structure described below is an illustration and does not limit the scope of the present invention at all.
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示した図である。図2は、第1の実施の形態に係る燃料電池および燃料収容部を模式的に示した要部断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a schematic configuration of the fuel cell system according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part schematically showing the fuel cell and the fuel storage part according to the first embodiment.
図1に示す燃料電池システム10は、燃料電池12と、燃料電池12と熱交換可能な位置に隣接している燃料収容部14と、燃料収容部14から水素を燃料電池12に供給する供給路16(図2参照)と、供給路16の途中に設けられているレギュレータ(減圧弁)18(図2参照)と、これら各部材を収納する筐体19とを備える。燃料収容部14は、図2に示すように、燃料電池12の燃料となる水素を吸蔵する水素吸蔵合金充填部14aを有する。供給路16は、水素吸蔵合金充填部14aから放出された水素を燃料電池12に向けて供給する。レギュレータ18は、水素吸蔵合金充填部14aから放出される水素の圧力を調整し、燃料極22へ供給する。
A
燃料電池12は、図2に示すように、平面上に配設された複数のセル20を備える。各セル20は、アノード触媒層を有する燃料極22と、カソード触媒層を有する酸化剤極24と、燃料極22と酸化剤極24とに狭持された高分子電解質膜26からなる膜電極接合体を備える。燃料極22には、水素が供給される。また、酸化剤極24には、空気(酸素)が供給される。燃料電池12は、水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電する。
As shown in FIG. 2, the
電解質膜26は、湿潤状態において良好なイオン伝導性を示すことが好ましく、燃料極22と酸化剤極24との間でプロトンを移動させるイオン交換膜として機能する。電解質膜26は、含フッ素重合体や非フッ素重合体等の固体高分子材料によって形成され、例えば、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基またはカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体の例として、ナフィオン(デュポン社製:登録商標)112などが挙げられる。また、非フッ素重合体の例として、スルホン化された、芳香族ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホンなどが挙げられる。
The
燃料極22の一方の面に電解質膜26が接合している。また、燃料極22を含む空間を覆うようにアノード側ハウジング30が設置されている。
An
なお、アノード側ハウジング30には、燃料電池12の外部に設けられた燃料収容部14などから水素ガスが圧力差により充填される燃料充填口30aが設けられている。そして、燃料室内の水素が減少してきた場合に燃料収容部14から水素が適宜補充される。
The anode-
酸化剤極24の一方の面に電解質膜26が接合している。また、酸化剤極24を含む空間を覆うようにカソード側ハウジング34が設置されている。
An
カソード側ハウジング34の主面には、空気取り込み用の空気取込口34aが設けられている。空気取込口34aから流入した空気は、酸化剤極24に到達する。また、空気取込口34aは、発電時に生成した水を水蒸気として外に逃がす働きも有する。各セル20は、電気的に直列に接続されている。具体的には、隣接するセルにおいて、一方のセルの酸化剤極24と他方の燃料極22とが配線(不図示)により接続されている。燃料電池12で発電した電気は、燃料電池12の側部に設けられた出力端子320を介して外部へ出力される。
An
出力端子320から出力された電力は、電力変換部36において電子機器100へ供給可能な電圧・電流に変換され、電子機器100へ供給される。電子機器100は、内蔵する電源によって、あるいは、燃料電池システム10から供給される電力によって駆動される。その際、電子機器100は、内蔵するバッテリやCPU等の電子機器発熱部100aから熱が放出される。
The power output from the
本実施の形態に係る燃料電池システム10は、燃料電池システム10の上面に載置される電子機器100で発生する熱を、後で詳述する可動式の熱伝達機構40を介して燃料電池12や燃料収容部14と熱交換することで、燃料電池12や燃料収容部14へ必要な熱が供給されるものである。
In the
前述のように、燃料電池12は、燃料極22に燃料としての水素が、酸化剤極24に酸化剤としての酸素が供給されることで起電力が生じ、発電する。その際、生成物として水が発生する。ここで、燃料極22および酸化剤極24での反応は以下の通りとなる。
燃料極:H2→2H++2e−
酸素極:2H++(1/2)O2+2e−→H2O
As described above, the
Fuel electrode: H 2 → 2H + + 2e −
Oxygen electrode: 2H + + (1/2) O 2 + 2e − → H 2 O
固体高分子型の燃料電池12は、水素と酸素との化学反応が発熱反応であるため、発電を継続すると温度が上昇し、燃料電池の発電に適切な温度範囲を上回る。一方、燃料収容部14内の水素吸蔵合金から水素が放出される際の反応は吸熱反応である。例えば、常温での使用に適しているとされるLaNi5の場合、吸熱量は30.1kJ/molである。
In the polymer
そこで、燃料電池システム全体での反応を円滑に進めるために、燃料電池システム10は、燃料電池12の熱を燃料収容部14内の水素吸蔵合金充填部14aの加熱に使用する、換言すると、燃料収容部14により燃料電池12を冷却することができる。
Therefore, in order to smoothly advance the reaction in the entire fuel cell system, the
ところが、燃料電池システム10が使用される環境の気温が低い場合や常温での起動時には、外部への放熱が大きく、燃料電池12のセル20自体の温度が低いこともあり、燃料電池12の発電反応による発熱だけでは、セル20の温度が短時間で十分に上昇しないことが懸念される。そこで、本発明者らは、セル20の温度を迅速に適温まで上昇させるために必要な熱として、電子機器100で発生する熱を利用する点に想到した。一方で、燃料電池12の温度が十分に上昇した場合、発熱反応に加えて電子機器で発生する熱を供給し続けると、その熱を水素吸蔵合金による吸熱反応で消費しきれない可能性がある。その場合、燃料電池12が所望の動作温度より高温となり、ドライアウトが発生することとなり燃料電池12の性能低下の要因となる。
However, when the temperature of the environment in which the
そこで、本発明者らは、電子機器100の熱を燃料電池12や燃料収容部14へ供給するだけではなく、燃料電池12や燃料収容部14の温度に応じて燃料電池12や燃料収容部14への熱の供給を制御することが可能な熱伝達機構40に想到した。
Therefore, the present inventors not only supply the heat of the
本実施の形態において燃料電池システム10の電力供給の対象とする電子機器100は、電子機器発熱部100aを備えているものであればよく、例えば、ノート型パソコン、携帯型端末機、ポータブルDVDプレイヤなどが好適である。ここで、電子機器発熱部100aは、使用時に発熱するCPU、メモリ、電子部品基板、ディスプレイ、バッテリ等が挙げられる。
In the present embodiment, the
図3は、第1の実施の形態に係る燃料電池システムの全体を示す斜視図である。図3に示す燃料電池システム10は、その上部に電子機器100を載置する載置部42が固定されている。載置部42は、載置される電子機器100の底部との接触面積が大きくなるように、また、種々の電子機器100に対応できるように、平板状となっている。載置部42の材質は、熱容量が大きく、熱伝導率が高い安価な材料が好適である。例えば、銅やアルミニウム、およびそれらの合金が好適である。また、載置部42は、その下部にある熱伝達機構40への熱の伝達を考慮すると、強度を満たす範囲で薄いほうが好ましい。
FIG. 3 is a perspective view showing the entire fuel cell system according to the first embodiment. The
図4は、燃料電池システムから載置部を除いた状態を示す斜視図である。熱伝達機構40は、燃料電池12で発電した電力が供給される電子機器100で発生した熱を、燃料電池12および燃料収容部14へ伝達する。本実施の形態に係る熱伝達機構40は、載置部42の下面に対して水平方向にスライドし、載置部42に載置された電子機器100の熱を載置部42を介して燃料電池12または燃料収容部14へ伝達するスライド板44を有している。これにより、電子機器100は直接スライド板44に接触しないため、安定した載置状態が維持される。
FIG. 4 is a perspective view showing a state in which the mounting portion is removed from the fuel cell system. The
スライド板44は、その上部に載置部42の下面に設けられているガイド溝(不図示)と係合するガイド44aが設けられており、後述する移動機構により載置部42に対して摺動しながら安定してスライドする。スライド板44は、載置部42と同様に熱伝導率が高い材料が好適である。スライド板44は、移動機構46によって水平方句へ移動される。
The
図5は、本実施の形態に係る移動機構の動作を説明するための模式図である。図6は、移動機構によりスライド板を移動させる様子を模式的に示した斜視図である。図7は、図4に示す状態からスライド板を除いた状態を示す斜視図である。図8は、図3のA−A断面図である。 FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the operation of the moving mechanism according to the present embodiment. FIG. 6 is a perspective view schematically showing how the slide plate is moved by the moving mechanism. FIG. 7 is a perspective view showing a state in which the slide plate is removed from the state shown in FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
図4乃至図6に示すように、移動機構46は、燃料電池12の上面に設けられた溝部12aにスライド可能に係合し、スライド板44の下面に固定されるスライド部48と、スライド部48のスライド方向の一端に接続され、温度に応じて伸縮することでスライド部48をスライドさせる伸縮部としての形状記憶合金バネ50と、スライド部48のスライド方向の他端に接続され、形状記憶合金バネ50を縮める方向に付勢する付勢部としてのバイアスバネ52と、を有する。また、形状記憶合金バネ50およびバイアスバネ52の両端部のうち、スライド部48と接続されている端部とは反対側の端部は、断熱部材51,53と接続されている。これにより、移動機構46に流入した熱が外部へ放出されることが防止される。なお、図4では、説明の便宜のため、スライド板44がスライド部48から外れた状態を示している。
As shown in FIGS. 4 to 6, the moving
スライド部48は、燃料電池12の上面と接しており、燃料電池12からの熱を形状記憶合金バネ50に伝達する。形状記憶合金バネ50およびスライド部48は、低温ではバイアスバネ52により図5の左方へ押されているが、燃料電池12を供給源とする熱により加熱され高温になると、その特性が変化し、形状記憶合金バネ50の復元力がバイアスバネ52の付勢力よりも徐々に強くなり、スライド部48を図5の右方へ移動させる。スライド部48は、スライド板44の下部に固定されているため、結果として移動機構46はスライド板44を全体として移動させることができる。
The
このように、温度の上昇に伴い形状記憶合金バネ50が伸びることでスライド部48を移動させるとともに、温度の低下に伴いバイアスバネ52の付勢力で形状記憶合金バネ50を縮めることができ、別途電源を必要とすることなく可逆的にスライド部48を移動させることができる。なお、スライド板44は、その下面に不図示のガイドが設けられており、燃料電池12の上面に形成されているガイド溝12bおよび燃料収容部14の上面に形成されているガイド溝14bに係合しながらスライドする。
As described above, the shape
移動機構46によりスライド板44が移動することで、スライド板44と燃料電池12および燃料収容部14とが熱交換可能な接触面積が変化する。換言すると、スライド板44は、移動機構46による移動に応じて、上方から見て燃料電池12または燃料収容部14と重畳する面積が変化する。これにより、電子機器100で発生した熱が燃料電池12または燃料収容部14へ伝達される量を簡便に制御することができる。
When the
本実施の形態に係る移動機構46は、燃料電池システム10の外部からの特段のエネルギを必要とせずに、燃料電池12の熱によってスライド板44を移動することができる。換言すると、電子機器100で発生した熱が燃料電池12や燃料収容部14へ供給される量を、燃料電池12の熱によって変化させることができる。
The moving
次に、本実施の形態に係る燃料電池システムに電子機器を載置した場合の熱の伝達について説明する。図9は、燃料電池システム10の載置部42に電子機器100を載置した直後の状態を模式的に示した要部断面図である。このような起動時においては、燃料電池12の温度は外気温とほぼ同じである。
Next, heat transfer when an electronic device is mounted on the fuel cell system according to the present embodiment will be described. FIG. 9 is a main part sectional view schematically showing a state immediately after the
図9に示す状態の燃料電池システム10は、スライド板44と燃料電池12とは接触若しくは対向している状態であり、電子機器100の電子機器発熱部100aからの熱が載置部42およびスライド板44を介して燃料電池12へ伝達される。一方、燃料収容部14の上部にはスライド板44が接触していない(対向していない)ため、電子機器100の熱は直接水素吸蔵合金充填部14aへは伝達されない。
The
外気が低温の時や燃料電池システム10の起動時においては、燃料電池12の温度は発電に最適な温度よりも低い傾向があるので、電子機器100の熱を燃料電池12へ多く供給することが望まれる。そこで、燃料電池システム10の起動時におけるスライド板44の位置を図9に示す位置に設定することで、起動時からしばらくの間は、スライド板44と燃料電池12が接触する面積を最大にすることが可能となる。その結果、電子機器100の熱により燃料電池12が効率よく加熱されることになる。
When the outside air is at a low temperature or when the
一方、燃料電池システム10の起動時は、燃料電池12の温度が低いため発電量は少なく、燃料である水素の消費量も少ない。そのため、燃料収容部14における吸熱反応による温度の低下も小さく、水素吸蔵合金充填部14aを加熱して水素の放出を促す必要性もない。そこで、燃料電池システム10の起動時におけるスライド板44の位置を図9に示す位置に設定することで、起動時からしばらくの間は、スライド板44と燃料収容部14が接触する面積を最小にすることが可能となる。その結果、電子機器100の熱により燃料収容部14が不必要に加熱され圧力が増すことが抑制される。
On the other hand, when the
図10は、図9に示す状態からスライド板が燃料収容部側へ移動した状態を模式的に示した要部断面図である。燃料電池システム10は、起動時からしばらく時間が経過すると、発電時のセル20における発熱反応や電子機器100から供給された熱により、燃料電池12自体の温度が徐々に上昇する。そのため、形状記憶合金バネ50は、スライド部48を介して燃料電池12から供給される熱により温度が上昇し、スライド部48を図の右方へ移動させる力が増大する。その結果、スライド部48が固定されているスライド板44も右方に移動する。
FIG. 10 is a main part sectional view schematically showing a state in which the slide plate has moved from the state shown in FIG. 9 to the fuel accommodating part side. In the
図10に示す状態では、スライド板44は、上方から見た場合に燃料電池12および燃料収容部14と重畳する位置にあり、電子機器100で発生した熱は載置部42およびスライド板44を介して燃料電池12および燃料収容部14にそれぞれ伝達される。燃料電池12は、温度の上昇に伴い発電量が増大し、燃料である水素の消費も多くなるため、燃料収容部14から燃料電池12へ供給する水素の放出量も増加させる必要がある。
In the state shown in FIG. 10, the
しかしながら、燃料収容部14が収容する水素吸蔵合金は、燃料電池12へ供給される水素を放出する際に吸熱反応を生じるため、外部から熱が供給されない場合、温度低下により水素の放出量が低下してしまう。前述のように、燃料電池12に隣接して燃料収容部14を設けているため、燃料電池12の発電時に生じる熱を燃料収容部14内の水素吸蔵合金の加熱に利用することができ、システム全体のエネルギ効率を向上することができる。しかし、燃料電池12から供給される熱だけでは燃料収容部14の温度の低下を十分抑制できない場合には、燃料収容部14へ電子機器100の熱を供給することが好ましい。
However, since the hydrogen storage alloy stored in the
そこで、本実施の形態に係る燃料電池システム10は、図10に示すように、燃料電池12の温度の上昇に伴いスライド板44が燃料収容部14の上面に移動するように構成されている。これにより、電子機器100で発生した熱がより燃料収容部14へ供給されるため、燃料収容部14の水素吸蔵合金充填部14aからの水素の放出量が増加し、燃料電池12の安定した発電の継続が可能となる。
Therefore, as shown in FIG. 10, the
図11は、図10に示す状態からスライド板が燃料収容部側へ更に移動した状態を模式的に示した要部断面図である。燃料電池システム10は、図10に示す状態から燃料電池12の温度が更に上昇すると、その温度に応じてスライド板44が図の右方に移動する。燃料電池12は、発電に適した動作温度まで温度が上昇すると、発電量も増加し、反応時の発熱量も増大するため、電子機器100からの熱の供給がほとんどなくても安定した発電状態、つまり発電に適した温度の維持が可能となる。一方、燃料収容部14は、燃料電池12における発電量の増大に伴い更なる水素の放出が必要とされるため、電子機器100からの更なる熱の供給が必要となる。
FIG. 11 is a main part sectional view schematically showing a state in which the slide plate is further moved from the state shown in FIG. 10 to the fuel accommodating part side. In the
そこで、本実施の形態に係る燃料電池システム10は、図11に示すように、燃料電池12が発電に適した動作温度まで温度が上昇すると、スライド板44の大部分が燃料収容部14の上面に移動するように構成されている。つまり、形状記憶合金バネ50およびバイアスバネ52が、燃料電池12の動作に適した温度範囲においてスライド板44が右端に移動するように材質やバネ定数が設定されている。これにより、電子機器100から燃料収容部14へ供給される熱が最大となり、燃料収容部14の水素吸蔵合金充填部14aからの水素の放出量が更に増加し、燃料電池12の安定した発電の継続が可能となる。
Therefore, in the
なお、上述の移動機構46は、燃料電池12の上方に形成された溝部12aに設けられ、燃料電池12の温度に応じてスライド板44を移動させる構成であるが、図7に示す燃料収容部14の上面に設けられた溝部14cに移動機構を設け、燃料収容部14の温度に応じてスライド板44が移動するように構成してもよい。これにより、例えば、燃料収容部14の温度が低下するにしたがって、電子機器100で発生した熱のうち燃料収容部14へ供給される量が増大するように、換言すれば、スライド板44と燃料収容部14とが接触する面積を増大させるように構成することで、初期には燃料収容部14の温度をあまり上昇させずに、かつ、水素の放出に適した所定の温度以上に保持することが可能となる。
The moving
以上をまとめると、本実施の形態に係る熱伝達機構40は、燃料電池12の起動時における燃料電池12と重畳するスライド板44の面積が燃料電池12の温度の上昇に伴い減少するように、移動機構46によって移動させられる。これにより、起動時のように燃料電池の温度が上昇するにしたがって、電子機器100で発生した熱のうち燃料電池12へ供給される量が減少する。一方、所定の温度以上になった状態ではその温度を保持することが可能となる。また、燃料電池システム10は、起動時に電子機器100の熱により燃料電池12を加熱することができるので、適正な温度での発電が早期に可能となる。
In summary, in the
なお、熱伝達機構40は、移動機構46による移動に応じて、燃料電池12または燃料収容部14と熱伝達機構40との間の熱抵抗が変化するように構成されていてもよい。熱抵抗の変化は、接触面積の変化だけでなく、熱伝達機構40のスライド板44と燃料電池12または燃料収容部14とのギャップ、各部の材質や形状の相違によって実現される。
Note that the
(第2の実施の形態)
第1の実施の形態に係る燃料電池システム10は、熱伝達機構40のスライド板44の上部に電子機器100が直接載置される載置部42を備えていたが、本実施の形態では、電子機器100がスライド板44と直接接する場合について説明する。なお、第1の実施の形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を適宜省略する。
(Second Embodiment)
The
図12は、第2の実施の形態に係る燃料電池システムの固定部に電子機器100を載置した直後の状態を模式的に示した要部断面図である。本実施の形態に係る燃料電池システム110は、電子機器100とスライド板44が直接接しているため、電子機器100で発生する熱がより効率よく燃料電池12や燃料収容部14へ伝達される。また、燃料電池システム110は、筐体112の上部に電子機器100の下部が収まるように凹部が設けられた固定部114を備えている。これにより、電子機器100の下面と直接接するスライド板44が移動しても、電子機器100が大きく移動することはないため、電子機器100の操作に支障を与えない。
FIG. 12 is a main part sectional view schematically showing a state immediately after the
(第3の実施の形態)
上述の各実施の形態に係る燃料電池システムは、熱伝達機構と移動機構とを一つずつ備えていたが、本実施の形態では、燃料電池と燃料収容部のそれぞれに熱伝達機構と移動機構を設けた場合について説明する。また、本実施の形態に係る燃料電池システムは、第2の実施形態と同様に電子機器がスライド板と直接接する構成であるが、第1の実施の形態で説明した載置部を備えていてもよい。なお、上述の各実施の形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を適宜省略する。
(Third embodiment)
The fuel cell system according to each of the above-described embodiments includes one heat transfer mechanism and one moving mechanism. However, in this embodiment, the heat transfer mechanism and the moving mechanism are provided in each of the fuel cell and the fuel storage unit. A case in which is provided will be described. The fuel cell system according to the present embodiment has a configuration in which the electronic device is in direct contact with the slide plate as in the second embodiment, but includes the mounting portion described in the first embodiment. Also good. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structure similar to each above-mentioned embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.
図13は、第3の実施の形態に係る燃料電池システムの固定部に電子機器100を載置した直後の状態を模式的に示した要部断面図である。本実施の形態に係る燃料電池システム210は、熱伝達機構54が備える二つのスライド板56,58を独立に移動させる二つの移動機構60,62と、を備える。
FIG. 13 is a main part sectional view schematically showing a state immediately after the
移動機構60は、燃料電池12の上面に設けられた溝部にスライド可能に係合し、スライド板56の下面に固定されるスライド部64と、スライド部64のスライド方向の一端に接続され、温度に応じて伸縮することでスライド部64をスライドさせる形状記憶合金バネ66と、スライド部64のスライド方向の他端に接続され、形状記憶合金バネ66を縮める方向に付勢するバイアスバネ68と、を有する。
The moving
また、移動機構62は、燃料収容部14の上面に設けられた溝部にスライド可能に係合し、スライド板58の下面に固定されるスライド部70と、スライド部70のスライド方向の一端に接続され、温度に応じて伸縮することでスライド部70をスライドさせる形状記憶合金バネ72と、スライド部70のスライド方向の他端に接続され、形状記憶合金バネ72を縮める方向に付勢するバイアスバネ74と、を有する。
Further, the moving
図13に示す状態の燃料電池システム210は、スライド板56と燃料電池12とはほぼ全面にわたって接触若しくは対向している状態であり、電子機器100の電子機器発熱部100aからの熱は、スライド板56を介して燃料電池12へ伝達される。一方、スライド板58と燃料収容部14とは端部が僅かに接触若しくは対向している状態であり、電子機器100の電子機器発熱部100aからの熱は、スライド板58を介して燃料収容部14へはあまり伝達されない。
The
外気が低温の時や燃料電池システム210の起動時においては、燃料電池12の温度は発電に最適な温度よりも低い傾向があるので、電子機器100の熱を燃料電池12へ多く供給することが望まれる。そこで、燃料電池システム210の起動時におけるスライド板56の位置を図13に示す位置に設定することで、起動時からしばらくの間は、スライド板56と燃料電池12が接触する面積を最大にすることが可能となる。その結果、電子機器100の熱により燃料電池12が効率よく加熱されることになる。
When the outside air is at a low temperature or when the
一方、燃料電池システム10の起動時は、燃料電池12の温度が低いため発電量は少なく、燃料である水素の消費量も少ない。そのため、燃料収容部14における吸熱反応による温度の低下も少なく、水素吸蔵合金充填部14aを加熱して水素の放出を促す必要性もない。そこで、燃料電池システム10の起動時におけるスライド板58の位置を図13に示す位置に設定することで、起動時からしばらくの間は、スライド板58と燃料収容部14が接触する面積を最小にすることが可能となる。その結果、電子機器100の熱により燃料収容部14が不必要に加熱され圧力が増すことが抑制される。なお、形状記憶合金バネ66および形状記憶合金バネ72のそれぞれの一端が接続される仕切部75は、形状記憶合金同士の熱の伝達がないように断熱材料で構成されている。
On the other hand, when the
図14は、図13に示す状態からスライド板56,58がそれぞれ移動した状態を模式的に示した要部断面図である。燃料電池システム210は、起動時からしばらく時間が経過すると、発電時のセル20における発熱反応や電子機器100から供給された熱により、燃料電池12自体の温度が徐々に上昇する。そのため、形状記憶合金バネ66は、スライド部64を介して燃料電池12から供給される熱により温度が上昇し、スライド部64を図の左方へ移動させる力が増大する。その結果、スライド部64が固定されているスライド板56も左方に移動する。
FIG. 14 is a cross-sectional view of a principal part schematically showing a state in which the
図14に示す状態では、スライド板56は、上方から見た場合に燃料電池12の上面の半分程度と重畳する位置にあり、電子機器100で発生した熱はスライド板56を介して燃料電池12に伝達される。燃料電池12は、温度の上昇に伴い発電量が増大し、燃料である水素の消費も多くなるため、燃料収容部14から燃料電池12へ供給する水素の放出量も増加させる必要がある。
In the state shown in FIG. 14, the
しかしながら、燃料収容部14が収容する水素吸蔵合金は、燃料電池12へ供給される水素を放出する際に吸熱反応を生じるため、外部から熱が供給されない場合、温度低下により水素の放出量が低下してしまう。前述のように、燃料電池12に隣接して燃料収容部14を設けているため、燃料電池12の熱は燃料収容部14へ供給されることになるが、燃料電池12の温度が低下しないようにするためには、燃料収容部14へ電子機器100の熱を供給することが好ましい。
However, since the hydrogen storage alloy stored in the
そこで、本実施の形態に係る燃料電池システム10は、図10に示すように、燃料収容部14の温度の上昇に伴いスライド板58が燃料収容部14の上面に移動するように構成されている。具体的には、燃料電池システム210は、起動時からしばらく時間が経過すると、水素の放出に伴う吸熱反応により燃料収容部14の温度が徐々に低下する。そのため、形状記憶合金バネ72は、スライド部70を介して燃料収容部14へ熱が吸収されることで温度が低下し、スライド部70を図の左方へ移動させる力が増大する。その結果、スライド部70が固定されているスライド板58も左方に移動する。図14に示す状態では、スライド板58は、上方から見た場合に燃料収容部14の上面の半分以上と重畳する位置にあり、電子機器100で発生した熱はスライド板58を介して燃料収容部14に伝達される。これにより、燃料収容部14の水素吸蔵合金充填部14aからの水素の放出に伴う温度低下が抑制され、燃料電池12の安定した発電の継続が可能となる。
Therefore, as shown in FIG. 10, the
図15は、図14に示す状態からスライド板56,58が更に移動した状態を模式的に示した要部断面図である。燃料電池システム10は、図14に示す状態から燃料電池12の温度が更に上昇すると、その温度に応じてスライド板56が図の左方に移動する。燃料電池12は、発電に適した動作温度まで温度が上昇すると、発電量も増加し、反応時の発熱量も増大するため、電子機器100からの熱の供給がほとんどなくても安定した発電状態、つまり発電に適した温度の維持が可能となる。一方、燃料収容部14は、燃料電池12における発電量の増大に伴い更なる水素の放出が必要とされるため、電子機器100からの更なる熱の供給が必要となる。
FIG. 15 is a cross-sectional view of a principal part schematically showing a state in which the
そこで、本実施の形態に係る燃料電池システム10は、図15に示すように、燃料電池12が発電に適した動作温度まで温度が上昇すると、スライド板56の大部分が燃料電池12の上面から退避するように構成されている。つまり、形状記憶合金バネ66およびバイアスバネ68が、燃料電池12の動作に適した温度範囲においてスライド部64が左端に移動するように材質やバネ定数が設定されている。これにより、電子機器100から燃料電池12へ供給される熱が最小となり、燃料電池12の温度が必要以上に上昇することが防止される。なお、図15に示すように、スライド板56が左方に移動した際に接する放熱部76を設けてもよい。放熱部76は、例えば金属のような熱伝導率の高い材料が好ましく、放熱性の観点から筐体112の表面に露出するように設けられているとよい。
Therefore, in the
一方、図15に示すように、燃料電池12が発電に適した動作温度まで温度が上昇すると、燃料電池12での水素の消費に供給が追いつくように燃料収容部14の温度の低下を抑制するために、スライド板58の大部分が燃料収容部14の上面を覆うように構成されている。これにより、電子機器100から燃料収容部14へ供給される熱が最大となり、燃料収容部14の水素吸蔵合金充填部14aからの水素の放出量の低下が抑制され、燃料電池12の安定した発電の継続が可能となる。
On the other hand, as shown in FIG. 15, when the temperature of the
本実施の形態に係る燃料電池システム210は、電子機器100とスライド板56,58が直接接しているため、電子機器100で発生する熱がより効率よく燃料電池12や燃料収容部14へ伝達される。また、燃料電池システム210は、筐体112の上部に電子機器100の下部が収まるように凹部が設けられた固定部114を備えている。これにより、電子機器100の下面と直接接するスライド板56,58が移動しても、電子機器100が大きく移動することはないため、電子機器100の操作に支障を与えない。
In the
また、本実施の形態に係る熱伝達機構54は、燃料電池および燃料収容部のそれぞれの熱によって独立に移動する複数のスライド板56,58を有しているため、燃料電池12と燃料収容部14への電子機器で発生した熱の供給を独立に変化させることができる。つまり、電子機器100で発する熱を利用した燃料電池12と燃料収容部14の温度の制御をより最適化することができる。
In addition, since the
(第4の実施の形態)
上述の各実施の形態では、燃料電池12や燃料収容部14の上部がそれぞれ一様な材質で形成されている場合を例に、主に接触面積を変えることでスライド板との熱交換量を変化させる場合について説明した。本実施の形態では、燃料電池12や燃料収容部14の上面のうちスライド板が接する領域の材料の熱伝導率を部分的に変えることで、部品間の熱抵抗を局所的に変えている。図16は、上面を熱伝導率の異なる複数の部材で構成した燃料電池とスライド板との接触状態を模式的に示した側面図である。図17は、上面の一部に熱伝導率の異なる部材を貼り付けた燃料電池とスライド板との接触状態を模式的に示した側面図である。
(Fourth embodiment)
In each of the above-described embodiments, the amount of heat exchange with the slide plate is mainly changed by changing the contact area mainly in the case where the upper portion of the
図16に示すように、燃料電池12のスライド板44と接する上部には、熱伝導率が比較的高い銅やアルミニウムなどを用いた領域78と、熱伝導率が銅やアルミニウムよりも低い鉄を用いた領域80とが設けられている。このように、熱伝導率が異なる領域を局所的に設けることで、スライド板44と燃料電池12との接触面積の変化によって生じる部品間の熱抵抗の変化の割合が、所定の接触面積以上の場合に変わることになる。
As shown in FIG. 16, in the upper part of the
具体的には、図16に示すスライド板44が不図示の移動機構により図の右方にスライドしていくと、領域78との接触面積の増大に伴い熱抵抗が減少するが、スライド板44が領域80の上方まで移動すると、熱抵抗の減少の割合が小さくなる。更に、スライド板44が右方へ移動すると、領域78と接する面積が減少し始めると共に領域80と接触する面積が増加し、熱抵抗が増大し始める。
Specifically, when the
最終的には、スライド板44は、熱伝導率の比較的小さい領域80とのみ接触することになり、熱抵抗が高くなるため、例えば、燃料電池12が発電に適した温度まで十分に昇温され、電子機器で発生した熱を燃料電池へ供給する必要があまりない場合に、スライド板44と燃料電池12との熱交換量を抑制することができる。なお、場合によっては、領域80を銅やアルミニウムより熱伝導率の高い金で構成することで、熱抵抗を低下させ、スライド板44と燃料電池12との熱交換量を増加させてもよい。
Eventually, the
図17に示すように、燃料電池12の上面の一部に銅より熱伝導率の低いシリコーンゲルやシリコーンゴムからなる放熱シート82を備えてもよい。このような場合であっても、図16に示す構成と同様の作用効果が得られる。
As shown in FIG. 17, a part of the upper surface of the
図18は、燃料電池上部の一部の領域を熱伝導率の異なる材料で構成した燃料電池システムの概略を示す断面図である。図19は、図18に示す燃料電池システムにおいて燃料電池の上部を露出させた状態を模式的に示す斜視図である。 FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing a fuel cell system in which a part of the upper portion of the fuel cell is made of materials having different thermal conductivities. FIG. 19 is a perspective view schematically showing a state in which the upper part of the fuel cell is exposed in the fuel cell system shown in FIG.
燃料電池システム310においては、移動機構46によりスライド板44が右端まで移動させられた場合、図18に示すように、スライド板の左端部が僅かに燃料電池12の上面と接することがある。このような状態であっても、電子機器100の電子機器発熱部100aからの熱はほとんど燃料電池12に伝わらないが、より好ましくは、領域80(放熱シート82)の材料に、周囲の熱伝導率より低いものを用いることで、燃料電池12の必要以上の温度上昇が防止されドライアウトが更に抑制される。
In the
(第5の実施の形態)
本実施の形態に係る燃料電池システムは、電子機器が載置されていない状態で燃料電池や燃料収容部の放熱を抑制することができる。図20は、第5の実施の形態に係る燃料電池システム410の載置部142に電子機器を載置していない状態を模式的に示した要部断面図である。なお、図13に示す燃料電池システム210と同様の構成については同じ符号を付し説明を省略する。
(Fifth embodiment)
The fuel cell system according to the present embodiment can suppress the heat radiation of the fuel cell and the fuel storage portion in a state where no electronic device is placed. FIG. 20 is a main part sectional view schematically showing a state where no electronic device is placed on the
本実施の形態に係る載置部142は、電子機器が載置されている状態ではスライド板56,58と熱的に接続するとともに、電子機器が載置されていない状態ではスライド板56,58との熱的な接続を解除する熱接続解除部を有している。本実施の形態に係る熱接続解除部は、スライド板56,58の上面と接する状態で固定されている固定部144と載置部142との間に設けられたバネ部材146である。これにより、電子機器が載置されている状態では、電子機器の自重によりバネ部材146が縮むことにより載置部142が沈み、固定部144と接触する。これにより、電子機器の熱が燃料電池や燃料収容部へ供給されることになる。
The
一方、電子機器が載置されていない状態では、バネ部材146の付勢力により載置部142と固定部144とが離間し、熱伝達機構を介した燃料電池および燃料収容部と電子機器との熱の授受が切断されるため、熱伝達機構を介した外部への放熱が防止される。そのため、例えば、一度適温まで上昇した燃料電池の温度低下が抑制されるため、再起動時においても早期に十分な発電が可能となる。
On the other hand, in a state where the electronic device is not placed, the
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における燃料電池や燃料電池システムにおいて各種の設計変更等の変形を各実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。 As described above, the present invention has been described with reference to the above-described embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the configurations of the embodiments are appropriately combined or replaced. Those are also included in the present invention. In addition, modifications such as various design changes in the fuel cell and fuel cell system in each embodiment based on the knowledge of those skilled in the art can be added to each embodiment, and such modifications are added. The embodiments may be included in the scope of the present invention.
例えば、移動機構が備えるスライド部は、燃料電池や燃料収容部の熱を形状記憶合金バネへ伝達する役割を果たすが、形状記憶合金バネ以外に熱を伝達すると、形状記憶合金バネの応答性が低下するという可能性がある。そこで、燃料電池や燃料収容部の熱をなるべく外部へ逃がすことなく形状記憶合金バネへ伝達するスライド部の構成について説明する。 For example, the slide part included in the moving mechanism plays a role of transmitting the heat of the fuel cell or the fuel storage part to the shape memory alloy spring, but if the heat is transferred to other than the shape memory alloy spring, the response of the shape memory alloy spring is reduced. There is a possibility of decline. Therefore, the configuration of the slide portion that transmits the heat of the fuel cell and the fuel storage portion to the shape memory alloy spring without escaping to the outside as much as possible will be described.
図21は、移動機構近傍の概略断面図である。スライド部148は、燃料電池12または燃料収容部14と形状記憶合金バネ50との間の領域148aの熱抵抗が、燃料電池12または燃料収容部14とスライド板56(58)およびバイアスバネ52との間の領域148bの熱抵抗より小さくなるように構成されている。これにより、燃料電池12または燃料収容部14の熱がスライド部148を介して形状記憶合金バネ50に効率よく伝わるため、スライド板56(58)の移動の精度や応答性が良好となる。
FIG. 21 is a schematic sectional view of the vicinity of the moving mechanism. The
10 燃料電池システム、 12 燃料電池、 12a 溝部、 12b ガイド溝、 14 燃料収容部、 14a 水素吸蔵合金充填部、 14b ガイド溝、 14c 溝部、 16 供給路、 18 レギュレータ、 19 筐体、 20 セル、 22 燃料極、 24 酸化剤極、 26 電解質膜、 40 熱伝達機構、 42 載置部、 44 スライド板、 44a ガイド、 46 移動機構、 48 スライド部、 50 形状記憶合金バネ、 52 バイアスバネ、 54 熱伝達機構、 56,58 スライド板、 60,62 移動機構、 64 スライド部、 66 形状記憶合金バネ、 68 バイアスバネ、 70 スライド部、 72 形状記憶合金バネ、 74 バイアスバネ、 75 仕切部、 76 放熱部、 100 電子機器、 110 燃料電池システム、 112 筐体、 114 固定部、 142 載置部、 144 固定部、 146 バネ部材、 148 スライド部、 210,310,410 燃料電池システム。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記燃料電池に供給される水素を吸蔵する水素吸蔵合金が収容されている燃料収容部と、
前記燃料電池で発電した電力が供給される電子機器で発生した熱を、前記燃料電池および前記燃料収容部へ伝達する熱伝達機構と、
前記燃料電池または前記燃料収容部の熱によって前記熱伝達機構を移動させる移動機構と、を備え、
前記熱伝達機構は、前記移動機構による移動に応じて前記燃料電池および前記燃料収容部へ伝達される熱の量が変化するように構成されていることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell;
A fuel storage portion storing a hydrogen storage alloy that stores hydrogen supplied to the fuel cell;
A heat transfer mechanism for transferring heat generated in an electronic device to which power generated by the fuel cell is supplied to the fuel cell and the fuel storage unit;
A moving mechanism for moving the heat transfer mechanism by the heat of the fuel cell or the fuel storage unit,
The fuel cell system, wherein the heat transfer mechanism is configured such that the amount of heat transferred to the fuel cell and the fuel storage portion changes according to movement by the moving mechanism.
前記熱伝達機構は、
前記載置部の下面に対して水平方向にスライドし、前記載置部に載置された電子機器の熱を該載置部を介して前記燃料電池または前記燃料収容部へ伝達するスライド板を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の燃料電池システム。 It further includes a mounting portion that is fixed to the main body and on which the electronic device is mounted,
The heat transfer mechanism is
A slide plate that slides in a horizontal direction with respect to the lower surface of the mounting unit and transmits heat of the electronic device mounted on the mounting unit to the fuel cell or the fuel storage unit through the mounting unit. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is provided.
前記燃料電池または前記燃料収容部の上面に設けられた溝部にスライド可能に係合し、前記熱伝達機構の下面に固定されるスライド部と、
前記スライド部のスライド方向の一端に接続され、温度に応じて伸縮することで前記スライド部をスライドさせる伸縮部と、
前記スライド部のスライド方向の他端に接続され、前記伸縮部を縮める方向に付勢する付勢部と、を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の燃料電池システム。 The moving mechanism is
A slide part slidably engaged with a groove provided on the upper surface of the fuel cell or the fuel storage part, and fixed to the lower surface of the heat transfer mechanism;
An expansion / contraction part that is connected to one end of the slide part in the sliding direction and slides the slide part by extending / contracting according to temperature,
8. The fuel cell system according to claim 1, further comprising: an urging portion that is connected to the other end of the sliding portion in the sliding direction and urges the extending portion in a contracting direction. 9.
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JP2009085185A JP2010238539A (en) | 2009-03-31 | 2009-03-31 | Fuel cell system |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012147318A1 (en) * | 2011-04-28 | 2012-11-01 | 三洋電機株式会社 | Fuel cell system and control method thereof |
-
2009
- 2009-03-31 JP JP2009085185A patent/JP2010238539A/en not_active Withdrawn
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