JP3120524U

JP3120524U - 燃料電池の冷却構造

Info

Publication number: JP3120524U
Application number: JP2006000307U
Authority: JP
Inventors: 建安陳; 文瑞荘; 建州陳
Original assignee: 奇▲こう▼科技股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2016-01-19

Abstract

【課題】燃料電池の冷却構造を提供する。
【解決手段】両側にそれぞれ開口１１が設けられた冷却構造本体を備え、冷却構造本体の一側には燃料電池２０が結合されて燃料電池２０から排出される気体は冷却構造本体一側の開口１１から進入して他側の開口１１から放出される。冷却構造本体内の壁部１２には曲折流路が形成され、放熱表面の面積を増加させることによって、気体を衝突させ、気体が含む熱エネルギーを冷却構造本体の外部表面に伝導して外部との熱交換を行い、気体が含む水分を凝結し、その水を燃料電池２０に再利用する。
【選択図】図１

Description

本考案は、燃料電池の冷却構造に関し、特に、燃料電池の限られた空間において、冷却構造の熱伝導効果によって余分なエネルギーを消費することなく燃料電池の運転によって発生する温度および湿度の高い気体を凝結させることができる燃料電池の冷却構造に関する。

科学技術の進歩に伴い、電子技術および通信ネットワーク技術は大きく発展し、各種の携帯型電子データ製品が生まれ、使用者により高い利便性を提供している。前述の携帯型製品は、通常電池を設置して作動に必要な電力を供給しているが、普通の電池の場合、いつか電力を使い終わってしまうので、産業界は直接アルコール型燃料電池の製造方法（特許文献１を参照）を案出し、使用者にさらに高い利便性を提供した。この燃料電池は液状の希釈メタノール水溶液または純粋メタノールを燃料とし、化学反応によって電力を生成するものであり、従来技術による発電方式と比較した場合、アルコール型燃料電池は低汚染および高エネルギー密度であり、また、エネルギー効率も高く、最新のエネルギー源である。

燃料電池を運転中、適当な温度および湿度の条件の下で優れた効果を発揮するので、通常、気体の通路以外に、温度および湿度が考慮され、常に冷却部材（ペルチェ素子またはヒートパイプなど）によって温度を下げる必要がある。しかし、燃料電池システムにおいて、全ての部材の消費電力量は全体の設計の重要な要素となっており、限りある空間において、如何に余分なエネルギーを消費することのない高効率の冷却装置を開発するかは業界において切実に望まれていたことであった。また、如何に燃料電池の運転において発生する高湿度の気体の水分を回収し、再利用することも解決が望まれていた課題であった。
台湾専利公告第Ｉ２４１０４８号特開２００５−１０８７１８号公報

本考案の第一の目的は、余分なエネルギーを消費することなく燃料電池が運転するときに発生する温度および湿度の高い気体を凝結できる燃料電池の冷却構造を提供することにある。
本考案の第二の目的は、冷却構造の内部に曲折流路が形成され、高湿度且つ高温度の気体に対する放熱面積を増加させ、大幅に冷却効果を高めることができる燃料電池の冷却構造を提供することにある。
本考案の第三の目的は、冷却構造の衝突（impingement）作用および熱伝導効果によって、燃料電池から発生する湿熱気体を冷却して凝結し、気体を乾燥し、水分を燃料電池に提供して再利用できる燃料電池の冷却構造を提供することにある。
本考案の第四の目的は、ファンを使用して水分を取り除いた乾燥気体を移動させ、気体の流通を促進して放熱効果を高め、さらにファンが湿熱気体の影響を受けるのを防止し、大幅に動作精度を高め、使用寿命を延ばすことができる燃料電池の冷却構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本考案は、両側にそれぞれ開口が設けられた冷却構造本体を備え、冷却構造本体の一側には燃料電池が接合され、燃料電池から排出される気体は冷却構造本体一側の開口から進入し、他側の開口から放出され、冷却構造本体内の壁部には曲折流路が形成され、放熱表面の面積を増加させることによって、気体を衝突させ、気体が含む熱エネルギーを冷却構造本体の外部表面に伝導して外部との熱交換を行い、気体が含む水分を凝結し、その水を燃料電池に再利用することを特徴とする燃料電池の冷却構造である。

１本考案の冷却構造本体にはヒートパイプやペルチェ素子等の装置を増設する必要がないので、エネルギーおよびコストを節約できる。
２衝突（impingement）作用によって優れた熱伝導効果を達成できる。
３冷却構造本体内部に形成された曲折流路によって、気体が冷却構造本体内壁に衝突する面積を大幅に増加させることができ、放熱効果が大幅に向上し、湿熱気体が含む水分を凝結し、その水を燃料電池に再利用できる。
４冷却構造本体が空気乾燥を行うので、高湿度の気体によってファンの精度および使用寿命が影響を受けるのを防止できる。

本考案の目的、特徴および効果を示す実施例を図に沿って詳細に説明する。

図１、２に示すように、本考案による燃料電池の冷却構造は、冷却構造本体１０を備え、冷却構造本体１０は燃料電池２０の一側に結合される。燃料電池２０には空気流入口２１および空気流出口２２が設けられ、空気は空気流入口２１から燃料電池２０に仕切られた冷却流路（図示せず）を通り、空気流出口２２の方へと流れ、燃料電池２０が運転するときに発生する熱エネルギーおよび湿気などが導出される（前述の空気は熱エネルギーおよび湿気によって高湿熱状態となっており、以下気体と称する）。

気体が空気流出口２２を通過したり、冷却構造本体１０に衝突したとき、気体の熱エネルギーは伝導されて分散される。本実施例において、前述の冷却構造本体１０は両側にそれぞれ開口１１が設けられたケーシング体であり、燃料電池２０の空気流出口２２は冷却構造本体１０の一側の開口１１に対応し、気体は冷却構造本体１０一側の開口１１から進入して他側の開口１１から放出される。冷却構造本体１０内部には、図３に示すような櫛状または図５に示すような連続した湾曲形状である曲折流路が形成され、放熱表面を増加させることによって、放熱効果を大幅に高めている。また、冷却構造本体１０内部の壁部１２は非平面とすることができ、図４に示すような凹凸面、図６に示すような鋸歯状面またはその他の形状にすることができ、放熱面積をさらに増加させて放熱速度を高めることができる。

気体は、冷却構造本体１０内壁または／および曲折流路に衝突して高湿熱の気体は冷却され、気体が含む水分は凝結される。また、高湿熱の気体は気体よりも温度の低い冷却構造本体１０内壁に衝突し、冷却構造本体１０の熱伝導作用による自然対流によって、熱エネルギーは冷却構造本体１０外部表面に伝導されて外部と熱交換が行われ、熱は大気中に放出される。冷却構造本体１０の壁部１２によって形成される曲折流路は放熱効果を高めるだけでなく、気体が含む水分を凝結し、その水を燃料電池２０に再利用でき、燃料電池２０はメタノールを補充するだけでよく、水分を補充する必要はない。

図７に示すように、冷却構造本体１０の外部表面にさらに少なくとも一つのフィン１３を設けることができ、冷却構造本体１０外部の表面積を増加させて放熱効果をさらに高めることができる。燃料電池２０は冷却構造本体１０の他側（燃料電池２０と接合されていない一側）に接合されたファン３０を作動させ、気体の流通を加速させることができる。また、冷却構造本体１０の湿気除去効果によって、ファン３０が湿熱気体の影響を受けるのを防止し、大幅に動作精度を高め、使用寿命を延ばすことができる。

本考案は下記に示す長所を備える。
１本考案の冷却構造本体１０にはヒートパイプやペルチェ素子等の装置を増設する必要がないので、エネルギーおよびコストを節約できる。
２気体の衝突（impingement）作用によって優れた熱伝導効果を達成できる。
３冷却構造本体１０内部に形成された曲折流路によって、気体が冷却構造本体１０内壁に衝突する面積を大幅に増加させることができ、放熱効果が大幅に向上し、湿熱気体が含む水分を凝結し、その水を燃料電池２０に再利用できる。
４冷却構造本体１０が空気乾燥を行うので、高湿度の気体によってファン３０の精度および使用寿命が影響を受けるのを防止できる。

上述の詳細な説明は、本考案の実施例を示すものであり、本考案を制限するものではなく、本考案の主旨に基づく形状または設置形態の変更および修飾などは全て本考案に含まれる。

本考案を燃料電池に応用する状態を示す立体分解図である。本考案の一実施例を示す斜視図である。図２の断面図である。本考案の壁部の第二の実施例を示す断面図である。本考案の壁部の第三の実施例を示す断面図である。本考案の壁部の第四の実施例を示す断面図である。本考案の冷却構造本体の外部表面にフィンを設置した状態を示す斜視図である。

符号の説明

１０冷却構造本体
１１開口
１２壁部
１３フィン
２０燃料電池
２１空気流入口
２２空気流出口
３０ファン

Claims

両側にそれぞれ開口が設けられた冷却構造本体を備え、前記冷却構造本体の開口が設けられた一側には燃料電池が結合され、前記燃料電池から排出される気体が前記冷却構造本体一側の開口から進入して他側の開口から放出され、前記冷却構造本体内の壁部を交互に配置して形成した曲折流路によって放熱表面の面積を増加させると共に気体を衝突させ、前記気体が含む熱エネルギーを前記冷却構造本体の外部表面に伝導して外部との熱交換を行うと共に前記気体が含む水分を凝結せしめるようにしてなることを特徴とする燃料電池の冷却構造。
前記冷却構造本体内部の壁部によって形成される曲折流路は、櫛形状であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の冷却構造。
前記冷却構造本体内部の壁部によって形成される曲折流路は、連続した湾曲形状であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の冷却構造。
前記冷却構造本体内部の壁部表面は、非平面であることを特徴とする請求項１、２または３記載の燃料電池の冷却構造。
前記冷却構造本体内部の壁部表面は、凹凸面であることを特徴とする請求項４記載の燃料電池の冷却構造。
前記冷却構造本体内部の壁部表面は、鋸歯状面であることを特徴とする請求項４記載の燃料電池の冷却構造。
前記冷却構造本体の外部表面には、少なくとも一つのフィンが設けられていることを特徴とする請求項１、２または３記載の燃料電池の冷却構造。
前記冷却構造本体の外部表面には、少なくとも一つのフィンが設けられていることを特徴とする請求項４記載の燃料電池の冷却構造。