JP4070346B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池発電装置に係り、特に、その電力変換ユニットの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池発電装置は、固体高分子電解質膜を介して一対の電極が対向配置された燃料電池を有し、水素ガス供給系からの水素ガスと、空気供給系からの空気(酸素ガス)とが上記燃料電池に供給されて、この燃料電池が電気化学反応により電気を発生し、この電気の電力を電力変換ユニットが所定電力に変換するものである。
【0003】
図4に示すように、上記電力変換ユニット100は、筐体101の上面にコンデンサ102、コイル103及び制御回路基材104などが設置され、筐体101内に配置されたヒートシンク105に、スイッチング素子や出力ダイオードなどの発熱部品106が接合して配置されて構成される。
【0004】
発熱部品106にて発生する熱は、従来、体積が大きなヒートシンク105による自然冷却によって、または、体積が比較的小さなヒートシンク105に冷却ファンから冷却風を送風することによる強制冷却によって、それぞれ放熱されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記ヒートシンクや冷却ファンは、電力変換ユニット100に占める体積が大きく、このため、電力変換ユニット100の小型化が困難であった。
【0006】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、電力変換ユニットを小型化できる燃料電池発電装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、アノードガス供給系からのアノードガスと、カソードガス供給系からのカソードガスとが燃料電池に供給されて、この燃料電池が電気を発生し、この電気の電力が電力変換ユニットにより所定電力に変換される燃料電池発電装置において、
上記アノードガス供給系は水素ガスを供給する水素ガス供給系であり、この水素ガス供給系の、燃料電池に接続された水素ガスマニホールドにヒートシンクが配設され、電力変換ユニットの発熱部品が上記水素ガスマニホールドに設置して構成されたことを特徴とするものである。
【0008】
請求項2に記載の発明は、アノードガス供給系からのアノードガスと、カソードガス供給系からのカソードガスとが燃料電池に供給されて、この燃料電池が電気を発生し、この電気の電力が電力変換ユニットにより所定電力に変換される燃料電池発電装置において、
上記カソードガス供給系は空気を供給する空気供給系であり、この空気供給系の、燃料電池に接続された空気マニホールドにヒートシンクが配設され、電力変換ユニットの発熱部品が上記空気マニホールドに設置して構成されたことを特徴とするものである。
【0009】
請求項1または2に記載の発明には、次の作用がある。
【0010】
カソードガス供給系(空気供給系の空気マニホールド)またはアノードガス供給系にヒートシンクが設けられ、電力変換ユニットの発熱部品が、カソードガス供給系またはアノードガス供給系のヒートシンクに対応する位置に設置されたことから、電力変換ユニットには、大きな体積を占めるヒートシンクが不要となり、しかも、ヒートシンクに冷却風を送風する冷却ファンも不要となるので、電力変換ユニットを小型化でき、ひいては、燃料電池発電装置を小型化できる。
【0011】
また、電力変換ユニットの発熱部品にて発生する熱が、カソードガス供給系(空気供給系)またはアノードガス供給系を流れるカソードガス(空気)またはアノードガスの加熱に有効利用されるので、燃料電池の特性を安定化できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【0013】
図1は、本発明に係る燃料電池発電装置の一実施の形態を示す斜視図である。図2は、図1の燃料電池発電装置を示す構成図である。
【0014】
これらの図1及び図2に示すように、燃料電池発電装置10は、固体高分子型燃料電池11、アノードガス供給系としての水素ガス供給系12、カソードガス供給系としての空気供給系13、及び電力変換ユニット14を有して構成され、上記固体高分子型燃料電池11が電気を発生する。
【0015】
この固体高分子型燃料電池11は、図3に示すセル16(単電池)が複数積層してモジュールとして構成されたものである。各セル16は、高分子イオン交換膜などの固体高分子電解質膜17と、この固体高分子電解質膜17の対向面にそれぞれ接合されたアノード18、カソード19と、アノード18に接して配置されたアノード基材20と、カソード19に接して配置されたカソード基材21とを有して構成される。
【0016】
アノード18およびカソード19は、白金を担持したカーボンを主成分とし、ガスまたは水を拡散可能な拡散経路を有する。これらのアノード18及びカソード19内で、後述の電気化学反応が行われる。
【0017】
アノード基材20には、アノード18に接する側に、アノードガスとしての水素ガスを流動させるアノードガス流路22が形成される。また、カソード基材21には、カソード19に接する側にカソードガスとしての空気(または酸素ガス)を流動させるカソードガス流路23が形成される。これらのアノード基材20及びカソード基材21は、多孔質の例えば炭素材にて形成され、ガスまたは水を透過可能に構成される。
【0018】
このように構成されたセル16において、アノード基材20のアノードガス流路22を経てアノード18内に導入された水素ガスは、このアノード18内で酸化してプロトン(H+)となり、このプロトンは、固体高分子電解質膜17中を移動してカソード19へ至り、このカソード19内で、カソード基材21のカソードガス流路23を経て導入された空気中の酸素と電気化学反応して還元され、水に変化する。この電気化学反応に伴い、アノード18とカソード19間に電圧が発生する。
【0019】
前記水素ガス供給系12は、図示しない水素ボンベ、減圧弁及び水素供給電磁弁が順次配設して構成され、水素供給電磁弁が固体高分子型燃料電池11に接続される。この水素ガス供給系12の水素供給電磁弁の開度調整により、固体高分子型燃料電池11の各セル16におけるアノード基材20のアノードガス流路22へ水素ガスが適宜流量供給される。
【0020】
前記空気供給系13は空気供給ファン27が、空気マニホールド28を介して固体高分子型燃料電池11に接続されたものである。空気供給ファン27の回転速度の調整により、固体高分子型燃料電池11の各セル16におけるカソード基材21のカソードガス流路23へ適宜流量の空気が供給される。また、上記空気マニホールド28は燃料電池11側部分が拡大され、この拡大された内壁面にヒートシンク29が一体に配設されている。
【0021】
前記電力変換ユニット14は、固体高分子型燃料電池11にて発生した電気を所定電力に変換するものであり、図示しない制御回路基材、コンデンサ及びコイルなどと、スイッチング素子及び出力ダイオードなどの発熱部品30とを有して構成される。
【0022】
この発熱部品30は、電力変換ユニット14の他の構成部品(制御回路基材やコンデンサなど)とが異なる位置、つまり空気供給系13の空気マニホールド28におけるヒートシンク29に対応する位置に設置され、互いに電気配線31にて接続される。従って、発熱部品30は、発生する熱が上記ヒートシンク29により放熱されて冷却されると共に、空気マニホールド28を流れる空気は、発熱部品30により加熱されて固体高分子型燃料電池11へ供給される。
【0023】
従って、上記実施の形態によれば、次の効果▲1▼及び▲2▼を奏する。
【0024】
▲1▼空気供給系13の空気マニホールド28にヒートシンク29が設けられ、電力変換ユニット14の発熱部品30が、この空気供給系13の空気マニホールド28におけるヒートシンク29に対応する位置に設置されたことから、電力変換ユニット14には、大きな体積を占めるヒートシンク29が不要となり、しかも、ヒートシンク29に冷却風を送風する冷却ファンも不要となる。このため、電力変換ユニット14を小型化でき、ひいては燃料電池発電装置10を小型化でき、コストダウンを図ることができる。
【0025】
▲2▼電力変換ユニット14の発熱部品30にて発生する熱が、空気供給系13の空気マニホールド28を流れる空気の加熱に有効利用されるので、固体高分子型燃料電池11の特性を安定化できる。
【0026】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0027】
例えば、ヒートシンク29が水素ガス供給系12のマニホールドに設置され、このマニホールドに電力変換ユニット14の発熱部品30が配設されても良い。
【0028】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る燃料電池発電装置によれば、燃料電池に接続された空気マニホールドまたは水素ガスマニホールドにヒートシンクが配設され、電力変換ユニットの発熱部品が上記空気マニホールドまたは水素ガスマニホールドに設置して構成されたことから、燃料電池発電装置の電力変換ユニットを小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る燃料電池発電装置の一実施の形態を示す斜視図である。
【図2】図1の燃料電池発電装置を示す構成図である。
【図3】図2の燃料電池の各セルを示す概略構成断面図である。
【図4】従来の燃料電池発電装置の電力変換ユニットを示す概略構成断面図である。
【符号の説明】
10 燃料電池発電装置
11 固体高分子型燃料電池(燃料電池)
12 水素ガス供給系(アノードガス供給系)
13 空気供給系(カソードガス供給系)
14 電力変換ユニット
28 空気マニホールド
29 ヒートシンク
30 発熱部品
31 電気配線
Claims (2)
- アノードガス供給系からのアノードガスと、カソードガス供給系からのカソードガスとが燃料電池に供給されて、この燃料電池が電気を発生し、この電気の電力が電力変換ユニットにより所定電力に変換される燃料電池発電装置において、
上記アノードガス供給系は水素ガスを供給する水素ガス供給系であり、この水素ガス供給系の、燃料電池に接続された水素ガスマニホールドにヒートシンクが配設され、電力変換ユニットの発熱部品が上記水素ガスマニホールドに設置して構成されたことを特徴とする燃料電池発電装置。 - アノードガス供給系からのアノードガスと、カソードガス供給系からのカソードガスとが燃料電池に供給されて、この燃料電池が電気を発生し、この電気の電力が電力変換ユニットにより所定電力に変換される燃料電池発電装置において、
上記カソードガス供給系は空気を供給する空気供給系であり、この空気供給系の、燃料電池に接続された空気マニホールドにヒートシンクが配設され、電力変換ユニットの発熱部品が上記空気マニホールドに設置して構成されたことを特徴とする燃料電池発電装置。
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