JP4816854B2 - 燃料電池システム及び電気機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器から発生する熱を利用して温度調整を行う燃料電池システム及び電気機器に関する。さらに詳しくは、発熱源から発生する熱を利用することによって電気エネルギー効率良く利用するとともに、燃料電池の発電効率を高めることができる燃料電池システム及び電気機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータに搭載される各種半導体デバイスの高性能化、及びコンピュータの小型化などに伴い、半導体デバイスの高出力化、高密度、及び高集積化による発熱の増大は極めて大きな問題となってきている。このような半導体デバイスが発熱することによって生じる熱は、例えば、ヒートシンクや冷却ファンの如き冷却装置を用いることにより強制的に冷却され、コンピュータ内の温度上昇が抑制されている。また、電気機器に設けられる電気回路を構成する各種電子部品の如き発熱源もヒートシンクや冷却ファンの如き冷却装置を用いることにより冷却される場合もある。また、コンピュータの如き電子装置に限定されず、電子装置を含む各種電気機器の温度上昇を抑制することは、電気機器の安定した駆動を行うためには重要な技術とされる。
【０００３】
また、近年、上述した電気機器を駆動するための電源として、燃料電池を採用することが検討されてきている。燃料電池は、水素と酸素との化学反応によって発電が行われ、生成される生成物が水であることから、環境を汚染することがない発電装置として注目されており、各種電気機器の電源として利用するための技術開発が活発に行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した電気機器で発生する熱は、発熱源が強制的に冷却されることにより電気機器外部に排熱される。このような熱は、発熱源とされる半導体デバイス、その他の電子部品などの消費電力に比例した割合で電気エネルギーが熱エネルギーに変換されたものである。このような消費電力は電気機器の実使用上不可避なことであり、排熱された熱エネルギーは、電気機器の駆動に寄与しないエネルギー損失とされる。
【０００５】
また、上述した発熱源を冷却するためには冷却装置を駆動するための電力が必要であり、この冷却装置で消費される消費電力も電源から供給される電力に対して無視できないエネルギー損失となる。したがって、上述した発熱源で発生する熱エネルギーを利用することで電源から供給される電力を有効に利用し、電気機器の省電力化を実現する技術が求められている。さらに、電気機器の省電力化を実現する技術とあわせて、特に、燃料電池の発電効率を高める技術も求められている。
【０００６】
よって、本発明は、発熱源から発生する熱を利用することによって電気エネルギーを効率良く利用するとともに、燃料電池の発電効率を高めることができる燃料電池システム及び電気機器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる燃料電池システムは、燃料ガスを発電に用いる燃料電池と、電気機器に搭載されて駆動されることにより発熱する発熱源から第１ヒートシンクを介して熱伝達を行い、前記燃料電池に流入する燃料流体または酸化用流体の少なくとも一方を加熱、又は保温する温度調整手段と、前記燃料電池の発電反応によって発生した過剰な熱量を前記燃料電池から排出される未反応の燃料流体または酸化用流体から第２ヒートシンクを介して排熱すると共に、前記排熱後の未反応の燃料流体を前記第２ヒートシンクから前記第１ヒートシンクに供給して再利用する排熱手段とを備えることを特徴とする。このような燃料電池システムによれば、発熱源から燃料電池に熱伝達を行うことによりこれまで排熱されてきた熱エネルギーを利用することができ、エネルギー損失を低減することができる。さらに、発熱源の熱エネルギーによって燃料電池の温度を発電に好適な温度に調整することができることから、燃料電池の発電効率を高めることもできる。また、排熱手段により、発電反応によって発生した熱が燃料電池システムに蓄熱されることを抑制することができる。これにより、燃料電池の温度上昇を抑制され、燃料電池が備える発電体を構成する伝導膜の湿度を発電反応に好適な状態に維持することができる。
【０００８】
さらに、本発明にかかる燃料電池システムにおいては、前記温度調整手段を、所要の熱量を伝達する熱伝達路とすることもできる。例えば、前記熱伝達路を、前記熱伝達を媒介する流体の流路とすることにより、流体を介して燃料電池の温度を調整することができる。さらにこのような流路を、前記発熱源から熱を受け取るヒートシンクに近接するように形成しても良い。流路がヒートシンクに近接していることにより、流路に効率良く熱伝達を行うことができる。また、前記流体を、前記発電を行う際に使用される燃料流体及び酸化用流体の少なくとも一方としても良く、燃料流体及び酸化用流体の少なくとも一方の温度を発電反応に好適な温度に調整することができる。
【０００９】
また、本発明にかかる燃料電池システムは、改質器を更に備えていても良く、前記温度調整手段による前記熱伝達によって前記改質器や燃料の温度を調整することもできる。これにより、燃料の発電反応に用いられる燃料の改質を効率良く行うことができる。また、本発明にかかる燃料電池システムは、気化器を更に備えていても良く、前記温度調整手段による前記熱伝達によって前記気化器や燃料の温度を調整することもできる。よって、発熱源の熱を燃料の気化に必要な熱エネルギーとして利用することができ、エネルギー損失を低減することができる。
【００１０】
本発明にかかる燃料電池システムにおいては、前記排熱手段を、前記過剰な熱量を排熱する排熱路とすることができる。例えば、前記排熱路を、前記過剰な熱量を伝達するための流体の流路とすることにより、流体の温度を調整することができ、効率良く燃料電池の温度を調整することができる。さらにこのような流路を前記燃料電池の外部に設けられたヒートシンクに近接するように形成しても良い。流路がヒートシンクに近接していることにより、流路から効率良く排熱することができる。
【００１２】
本発明にかかる電気機器は、発熱源と、前記発熱源を収納する筐体と、燃料ガスを発電に用いる燃料電池と、電気機器に搭載されて駆動されることにより発熱する発熱源から第１ヒートシンクを介して熱伝達を行い、前記燃料電池に流入する燃料流体または酸化用流体の少なくとも一方を加熱、又は保温する温度調整手段と、前記燃料電池の発電反応によって発生した過剰な熱量を前記燃料電池から排出される未反応の燃料流体または酸化用流体から第２ヒートシンクを介して排熱すると共に、前記排熱後の未反応の燃料流体を前記第２ヒートシンクから前記第１ヒートシンクに供給して再利用する排熱手段とを備える燃料電池システムとを有し、前記燃料電池システムから電力を供給されることにより駆動されることを特徴とする。本発明にかかる電気機器によれば、発電源の熱エネルギーを効率良く利用することができるとともに、電源とされる燃料電池の温度調整を効率良く行うことができる。また、燃料電池が備える発電体を構成する伝導膜の湿度を発電反応に好適な状態に維持することができ、発電効率を高めることができる。これにより、電気機器全体のエネルギー損失を低減することができ、電気機器の省電力化を図ることができる。さらに、本発明にかかる電気機器おいては、前記燃料電池システムが前記筐体内に組み込まれることにより前記燃料電池システムと前記筐体とを一体としても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる燃料電池システム及び電気機器について図１乃至図３を参照しながら説明する。なお、本実施形態にかかる燃料電池システム及び電気機器は一例であり、本発明の思想の範囲内であれば、これら燃料電池システム及び電気機器は便宜変更可能であることはいうまでもない。
【００１４】
図１は、本実施形態にかかるコンピュータ１０を示す構成図である。コンピュータ１０は、ＣＰＵ１１、ＣＰＵ１１を駆動するための電力を供給する燃料電池システム１９、及びこれらを収納する筐体１２から構成される。なお、コンピュータ１０と燃料電池システム１９は筐体１２に収納されて一体とされている。
【００１５】
ＣＰＵ１１は、燃料電池システム１９から電力の供給を受けて作動する半導体デバイスであり、作動時にはエネルギー損失を生じて発熱する。すなわち、ＣＰＵ１１は、コンピュータ１０内で作動することによってコンピュータ１０内の温度上昇の原因となる熱を発生する発熱源とされる。発熱源は、ＣＰＵ１１の如き半導体デバイスに限定されず、例えば、データの処理量が多いコンピュータグラフィック用のデータ処理システムを構成する各種電子部品でも良い。また、発熱源は、ＣＰＵ１１、メモリ、グラフィクスカードなどを制御するノースブリッジでも良い。すなわち、発熱源は、コンピュータ１０の如き電気機器に搭載されて駆動されることにより発熱するものであれば、上述した電子部品に限定されるものではないが、特に発熱量が大きいものが好ましい。なお、本実施形態ではＣＰＵ１１を除く発熱源は図示していない。また、図中ＣＰＵ１１の如き発熱源を一つしか示していないが、発熱源とされる電子部品はコンピュータ１０内に各種複数配設されていても良く、さらに、異なる種類の電子部品であっても良い。
【００１６】
燃料電池システム１９は、コンピュータ１０に駆動電力を供給する電源であり、燃料ポンプ２１、空気ブロア２２，３１、水ポンプ２３，３３、気化器２４、改質器２５、一酸化炭素除去器２６、燃料電池２７、気水分離器３２、及びヒートシンク４１，４２から構成される。なお、燃料ポンプ２１、空気ブロア２２，３１，水ポンプ２２，３１は本実施形態のようにコンピュータ１０に搭載されていても良いし、コンピュータ１０外部に配置しておくこともできる。また、コンピュータ１０に搭載される燃料ポンプ２１、空気ブロア２２，３１、水ポンプ２３，３３として、充分に小型、且つ軽量のものを用いれば、コンピュータ１０の携帯性を損なうものではない。
【００１７】
燃料ポンプ２１は、燃料を気化器２４に供給する。燃料はメタノールの如き炭化水素を用いることができ、気化器２４、改質器２５及び一酸化炭素除去器２６を介して水素が取り出され、この水素が燃料電池２７に供給されて発電が行われる。燃料ポンプ２１から供給される燃料、水ポンプ２３から供給される水、空気ブロア２２から供給される空気は、流路２０Ａを介して気化器２４に供給される。なお、流路２０Ａは一つの流路として図示しているが、燃料、水、空気のそれぞれについて個別の流路とされていても良い。
【００１８】
ヒートシンク４１は、流路２０Ａを介して、燃料及び水、さらに空気を所定の温度になるように加熱、又は保温する。改質器２５で燃料と水とを反応させて水素を取り出すためには、燃料ガスと水蒸気との温度を例えば２５０℃〜３００℃程度に維持することが必要であり、ヒートシンク４１は、気化器２４から供給される燃料、水及び空気の温度を維持、又は上昇させるためにＣＰＵ１１から受け取った熱をこれら燃料、水及び空気に供給する。
【００１９】
図２は、ヒートシンク４１から流路２０Ａに熱伝達する状態を説明するための図である。ヒートシンク４１は、長手方向が略平行な突条部４１ａを複数有してなり、流路２０Ａをこれら突条部４１ａの間を蛇行するように配設することができる。ヒートシンク４１の入り口から流路２０Ａを介して流動する燃料は、ヒートシンク４１に設けられた突条部４１ａの間を蛇行して流動する間に突条部４１ａから熱を受け取り加熱、又は保温されてヒートシンク４１の出口側から流路２０Ａを介して気化器２４に送られる。すなわち、流路２０Ａはヒートシンク４１を介してＣＰＵ１１から熱を受け取ることで流路２０Ａを流動する流体の温度を調整する温度調整手段とされる。このような温度調整手段は、熱を伝達する熱伝達路を構成することで、流体の温度を調整し、さらにこの流体を介して燃料電池システム１９の温度を調整することができる。また、流路２０Ａは上述した構造に限定されず、ヒートシンク４１の内部に形成することもでき、ヒートシンク４１内部に流路２０Ａが一体化された構造にすることもできる。
【００２０】
ヒートシンク４１に設けられた突条部４１ａと流路２０Ａを近接されることができることから、突条部４１ａと流路２０Ａとが近接する領域を増大させることが可能となり、効率良くヒートシンク４１から流路２０Ａに熱を伝達することができる。したがって、別途温度調整用のヒーターを駆動させることなく、従来排熱されることによって利用されていなかったＣＰＵ１１の熱エネルギーを燃料の温度を調整するために利用することができる。さらに、流路２０Ａを流動する燃料の温度を上昇させておくことにより、気化器２４に設けられるヒーターの出力を低減することができ、燃料を気化するために気化器２４から燃料に供給される熱量を低減することもできる。ヒートシンク４１に設けられる突条部４１aの個数を変更することにより、流路２０Ａに供給される熱量を調整することも可能である。
【００２１】
気化器２４は、燃料と水とを加熱することによって蒸発させ、燃料ガス及び水蒸気、さらに空気を改質器２５に送る。ここで、ＣＰＵ１１の如き発熱源で発生した熱がコンピュータ１０の外部に排熱されることなく、燃料ガスや水蒸気、及び空気を加熱するためにＣＰＵ１１から気化器２４に供給される。ＣＰＵ１１の如き発熱源から気化器２４に熱を伝達するためには、ＣＰＵ１１と気化器２４とを直接接触させても良いし、熱伝達が効率良く行われるようにＣＰＵ１１と気化器２４とを近接して配設しておいても良い。すなわち、ＣＰＵ１１と気化器２４とを直接接触することで熱伝達路を形成しても良いし、ＣＰＵ１１と気化器２４とが近接して配置された状態でこれらＣＰＵ１１と気化器２４との間の空間を熱伝達路として熱伝達を行うことができる。また、ＣＰＵ１１と気化器２４のレイアウトによって熱伝達する熱量を調整して、気化器２４の温度を調整してもよく、さらに気化器２４の温度をモニターして熱伝達量を調整しても良い。
【００２２】
改質器２５は、流路２０Ｂを介して供給された水と燃料とを反応させて水素を取り出す。水素を取り出す際には、水蒸気と燃料ガスとを上述した２５０℃〜３００℃程度の温度に維持することが重要であることから、ＣＰＵ１１から改質器２５に熱を供給し、この熱を水蒸気と燃料ガスの温度調整に利用することができる。ＣＰＵ１１の如き発熱源から改質器２５に熱を伝達するためには、ＣＰＵ１１と改質器２５とを直接接触させても良いし、熱伝達が効率良く行われるようにＣＰＵ１１と改質器２５とを近接して配設しておいても良い。すなわち、ＣＰＵ１１と改質器２５とを直接接触することで熱伝達路を形成しても良いし、ＣＰＵ１１と改質器２５とが近接して配置された状態でこれらＣＰＵ１１と改質器２５との間の空間を熱伝達路として熱伝達を行うことができる。
【００２３】
また、ＣＰＵ１１と改質器２５とのレイアウトによって熱伝達する熱量を調整して、改質器２５の温度を調整してもよく、さらに改質器２５の温度をモニターして熱伝達量を調整しても良い。すなわち、別途温度調整用のヒーターを駆動させることなく、燃料、水の温度を調整することができ、従来排熱されることによって利用されていなかったＣＰＵ１１の熱エネルギーを再利用することができる。改質器２５は、改質器２５で取り出された水素と水素を取り出す際に発生した一酸化炭素除去器２６とを流路２０Ｃを介して一酸化炭素除去器２６に送る。一酸化炭素除去器２６は改質器２５で取り出された水素とともに発生する一酸化炭素を除去し、流路２０Ｄを介して燃料電池２７に水素を供給する。また、流路２０ＤをＣＰＵ１１から熱を受け取るヒートシンクに通し、所定の温度に水素を加熱してから燃料電池２７に水素を供給しても良い。
【００２４】
燃料電池２７は、空気ブロア３１から供給された空気と流路２０Ｄを介して供給された水素とを反応させて発電を行う。燃料電池２７が備える発電体が固体高分子伝導膜の如き伝導膜を有する場合には、水ポンプ３３から供給される水によって伝導膜が適度な吸湿状態に維持されて発電が行われる。また、燃料電池２７の発電効率を高めるためには、燃料電池２７の温度を調整し、発電体の温度を水素と空気に含まれる酸素とが反応しやすい温度に調整することも重要となり、例えば、空気ブロア３１から燃料電池２７に空気を供給するための流路にヒートシンクを配置し、このヒートシンクによってＣＰＵ１１から空気の流路に熱を伝達することもできる。これにより、流路を流動する空気によって燃料電池２７に熱が伝達され、燃料電池２７の温度を調整することもできる。
【００２５】
また、ＣＰＵ１１の如き発熱源を燃料電池２７と直接接するように配置し、ＣＰＵ１１から直接燃料電池２７に熱伝達させても良いし、燃料電池２７とＣＰＵ１１とを近接して配置することによって伝達される熱量を調整し、燃料電池２７の温度を調整することもできる。すなわち、発熱源とされるＣＰＵ１１と燃料電池２７との配置や燃料電池２７に供給される空気がＣＰＵ１１で生じた熱を燃料電池２７に伝達することにより発電効率を高めることができ、従来排熱されていたＣＰＵ１１の熱が燃料電池２７の発電効率を高めるために有効に利用されることになる。さらに、従来、ＣＰＵ１１で発生した熱を排熱するために設けられていた冷却ファンを駆動させることがないため、燃料電池２７で発電した電力をコンピュータ１０を駆動するための電力して効率良く利用することができ、さらにコンピュータ１０の外部に排出されて無駄となっていたエネルギーを有効に利用することができる。また、コンピュータ１０には、冷却ファンの如き冷却装置が配設されていてもいなくともどちらでも良い。コンピュータ１０に冷却装置が配設されている場合には、冷却装置の駆動の有無を制御しても良い。また、燃料電池２７が伝導膜を備える発電体を有する場合には、燃料電池２７の温度を調整することによりこの発電体の温度を調整することが可能となり、これにより発電体の吸湿状態を制御することもできる。
【００２６】
燃料電池２７で発電が行われた際の未反応の燃料ガスは、流路２０Ｅを介して再度気化器２４に送られる。流路２０Ｅは、ヒートシンク４２を介してＣＰＵ１１の熱を受け取り、未反応の燃料ガスは温度調整された状態で気化器２４に送られる。また、ヒートシンク４２はＣＰＵ１１から熱が伝達されて未反応の燃料ガスの温度調整を行うだけでなく、ＣＰＵ１１から熱が伝達されることなく未反応の燃料ガスや燃料電池２７から排出される空気を冷却するための冷却装置とすることもできる。また、ヒートシンク４２に冷却装置を配設しておくことにより、上述した未反応の燃料について最適な温度制御を行うこともできる。
【００２７】
図３は、流路２０Ｅからヒートシンク４２を介して放熱する状態を説明するための図である。ヒートシンク４２は、長手方向が略平行な突条部４２ａを複数有してなり、流路２０Ｅをこれら突条部４２ａの間を蛇行するように配設することができる。すなわち、ヒートシンク４２の入り口から流路２０Ｅを介して流動する未反応の燃料ガスは、ヒートシンク４２に設けられた突条部４２ａの間を蛇行して流動する間に突条部４２ａから放熱することにより冷却されて、ヒートシンク４２の出口側から流路２０Ｅを気化器２４に送られる。これにより、ヒートシンク４２に設けられた突条部４２ａと流路２０Ｅを近接されることができるとともに、突条部４２と流路２０Ｅとが近接する領域を増大させることが可能となり、効率良くヒートシンク４２から流路２０Ｅに放熱することができる。したがって、流路２０Ｅは流路２０Ｅを流動する未反応の燃料ガスから熱を排熱するための排熱手段であり、流路２０Ｅが未反応の燃料ガスから熱を排熱する排熱路を構成する。発電反応によって燃料電池システム１９に蓄熱されることを抑制することができる。これにより、燃料電池２７の温度上昇を抑制することが可能となる。燃料電池２７の温度上昇を抑制することにより、燃料電池２７が備える発電体を構成する伝導膜の湿度を発電反応に好適な状態に維持することができる。
【００２８】
さらに、燃料を介して放熱することにより、発電反応に好適な温度となるように燃料電池２７の温度を調整することも可能であり、これにより発電効率を高めることができる。また、流路２０Ｅに限定されず、流路２０Ａ〜２０Ｄから放熱することによって、これら流路を流れる流体の温度を調整して燃料電池２７の温度を調整することも可能である。したがって、燃料電池システム１９内を流動する燃料ガス、燃料から取り出される水素、および空気の温度調整することにより、燃料電池システム１９の温度調整が可能となり、燃料ガスから水素を取り出すための反応効率を高め、さらに燃料電池２７で行われる発電反応の効率を高めることが可能となる。さらに、ＣＰＵ１１の如き発熱源で発生する熱を排熱することなく燃料電池システムの温度調整に利用することによって、別途ＣＰＵ１１から排熱するために駆動される冷却装置によって燃料電池２７で発電される電力が消費されることがなく、燃料電池システム１９によって発電を行わせるための周辺機器で消費される電力を低減することができる。したがって、燃料電池２７によって発電される電力をコンピュータ１０の如き電気機器で有効に利用することができるとともに、燃料電池２７の発電効率を高めることが可能となる。
【００２９】
燃料電池２７から排出される空気に含まれる水分は、気水分離器３２によって分離され、水ポンプ３３に送られて再度燃料電池２７の湿度を維持するための水分として利用される。酸素を殆ど含まない空気は、気水分離器３２から外部に排出される。
【００３０】
このように、本実施形態にかかる燃料電池システム１９及びコンピュータ１０の如き電気機器によれば、コンピュータ１０に配設されたＣＰＵ１１の如き発熱源によって生じる熱を、燃料電池システム１９に使用される燃料、水及び空気を加熱、又は保温するために利用することができる。これにより、別途温度調整用にヒーターを設けることなく、燃料から水素を取り出すことができる。さらに燃料電池２７の温度を調整できることから、燃料電池２７を発電に好適な温度に維持することが可能となる。また、ＣＰＵ１１の如き発電源で発生した熱は、従来燃料電池システム１９の過剰な温度上昇を招く原因となっていたが、この熱を燃料電池燃料電池システム１９の温度調整に利用することにより別途燃料電池２７の冷却装置を駆動させることなく円滑な発電を行うことが可能となる。よって、コンピュータ１０の如き電気機器で従来排出されていた無駄なエネルギーを低減することができるとともに、燃料電池２７の発電効率を高めることもできる。
【００３１】
また、本実施形態では、電気機器の一例としてコンピュータ１０を挙げて説明したが、本発明にかかる電気機器はコンピュータに限定されるものでなく、例えばプロジェクター装置の如き投影装置であっても良い。プロジェクター装置は、光源としてランプを有し、このランプは点灯状態で高温になる場合があることから、ランプから発生する熱を燃料電池システムの温度の調整に利用することにより、コンピュータ１０と同様に従来熱エネルギーとして排出されていた無駄なエネルギーを有効に利用することができ、且つ燃料電池を電源としてプロジェクターを駆動する場合にはこの燃料電池の発電効率を高めることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる燃料電池システム、燃料電池システムの発電方法、及び電気機器によれば、電気機器に配設された発熱源の熱を燃料の加熱、又は保温に利用することができる。したがって、メタノールの如き炭化水素を燃料する場合であっても、発電反応に直接使用される水素の生成を効率良く行うことができ、従来排熱されることにより電気機器の駆動に寄与しないエネルギー損失とされていた無駄なエネルギーを有効に利用することが可能となる。
【００３３】
さらに、本発明にかかる燃料電池システム、燃料電池システムの発電方法、及び電気機器によれば、電気機器に配設された発熱源の熱によって燃料電池やその他燃料電池システムを構成する周辺装置の温度を調整するために利用することができ、別途温度調整用のヒーターを設けることなく燃料電池システムを発電に好適な温度になるように調整することが可能となる。また、燃料の流路を介して燃料を冷却し、過剰な熱を外部に排熱することもでき、燃料電池システムの加熱、保温、及び冷却を組み合わせることに燃料電池システムを発電に好適な温度に維持し、発電効率を高めることが可能となる。
【００３４】
さらに、本発明にかかる燃料電池システム、燃料電池システムの発電方法、及び電気機器によれば、発熱源を冷却するための冷却装置が不要となることから、従来この冷却装置を駆動するために消費されていた電力を低減することができ、燃料電池システムで発電された電力を電気機器を駆動するための電力として効率良く利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる電気機器を示す構成図である。
【図２】本実施形態における流路２０Ａが加熱される状態を説明するための図である。
【図３】本実施形態における流路２０Ｅから放熱される状態を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ コンピュータ
１１ 発熱源
１２ 筐体
１９ 燃料電池システム
２０Ａ〜２０Ｅ 流路
２１ 燃料ポンプ
２２，３１ 空気ブロア
２３，３３ 水ポンプ
２４ 気化器
２５ 改質器
２６ 一酸化炭素除去器
２７ 燃料電池
３２ 気水分離器
４１，４２ ヒートシンク
４１ａ，４２ａ 突条部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器から発生する熱を利用して温度調整を行う燃料電池システム及び電気機器に関する。さらに詳しくは、発熱源から発生する熱を利用することによって電気エネルギー効率良く利用するとともに、燃料電池の発電効率を高めることができる燃料電池システム及び電気機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータに搭載される各種半導体デバイスの高性能化、及びコンピュータの小型化などに伴い、半導体デバイスの高出力化、高密度、及び高集積化による発熱の増大は極めて大きな問題となってきている。このような半導体デバイスが発熱することによって生じる熱は、例えば、ヒートシンクや冷却ファンの如き冷却装置を用いることにより強制的に冷却され、コンピュータ内の温度上昇が抑制されている。また、電気機器に設けられる電気回路を構成する各種電子部品の如き発熱源もヒートシンクや冷却ファンの如き冷却装置を用いることにより冷却される場合もある。また、コンピュータの如き電子装置に限定されず、電子装置を含む各種電気機器の温度上昇を抑制することは、電気機器の安定した駆動を行うためには重要な技術とされる。
【０００３】
また、近年、上述した電気機器を駆動するための電源として、燃料電池を採用することが検討されてきている。燃料電池は、水素と酸素との化学反応によって発電が行われ、生成される生成物が水であることから、環境を汚染することがない発電装置として注目されており、各種電気機器の電源として利用するための技術開発が活発に行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した電気機器で発生する熱は、発熱源が強制的に冷却されることにより電気機器外部に排熱される。このような熱は、発熱源とされる半導体デバイス、その他の電子部品などの消費電力に比例した割合で電気エネルギーが熱エネルギーに変換されたものである。このような消費電力は電気機器の実使用上不可避なことであり、排熱された熱エネルギーは、電気機器の駆動に寄与しないエネルギー損失とされる。
【０００５】
また、上述した発熱源を冷却するためには冷却装置を駆動するための電力が必要であり、この冷却装置で消費される消費電力も電源から供給される電力に対して無視できないエネルギー損失となる。したがって、上述した発熱源で発生する熱エネルギーを利用することで電源から供給される電力を有効に利用し、電気機器の省電力化を実現する技術が求められている。さらに、電気機器の省電力化を実現する技術とあわせて、特に、燃料電池の発電効率を高める技術も求められている。
【０００６】
よって、本発明は、発熱源から発生する熱を利用することによって電気エネルギーを効率良く利用するとともに、燃料電池の発電効率を高めることができる燃料電池システム及び電気機器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる燃料電池システムは、燃料ガスを発電に用いる燃料電池と、電気機器に搭載されて駆動されることにより発熱する発熱源から第１ヒートシンクを介して熱伝達を行い、前記燃料電池に流入する燃料流体または酸化用流体の少なくとも一方を加熱、又は保温する温度調整手段と、前記燃料電池の発電反応によって発生した過剰な熱量を前記燃料電池から排出される未反応の燃料流体または酸化用流体から第２ヒートシンクを介して排熱すると共に、前記排熱後の未反応の燃料流体を前記第２ヒートシンクから前記第１ヒートシンクに供給して再利用する排熱手段とを備えることを特徴とする。このような燃料電池システムによれば、発熱源から燃料電池に熱伝達を行うことによりこれまで排熱されてきた熱エネルギーを利用することができ、エネルギー損失を低減することができる。さらに、発熱源の熱エネルギーによって燃料電池の温度を発電に好適な温度に調整することができることから、燃料電池の発電効率を高めることもできる。また、排熱手段により、発電反応によって発生した熱が燃料電池システムに蓄熱されることを抑制することができる。これにより、燃料電池の温度上昇を抑制され、燃料電池が備える発電体を構成する伝導膜の湿度を発電反応に好適な状態に維持することができる。
【０００８】
さらに、本発明にかかる燃料電池システムにおいては、前記温度調整手段を、所要の熱量を伝達する熱伝達路とすることもできる。例えば、前記熱伝達路を、前記熱伝達を媒介する流体の流路とすることにより、流体を介して燃料電池の温度を調整することができる。さらにこのような流路を、前記発熱源から熱を受け取るヒートシンクに近接するように形成しても良い。流路がヒートシンクに近接していることにより、流路に効率良く熱伝達を行うことができる。また、前記流体を、前記発電を行う際に使用される燃料流体及び酸化用流体の少なくとも一方としても良く、燃料流体及び酸化用流体の少なくとも一方の温度を発電反応に好適な温度に調整することができる。
【０００９】
また、本発明にかかる燃料電池システムは、改質器を更に備えていても良く、前記温度調整手段による前記熱伝達によって前記改質器や燃料の温度を調整することもできる。これにより、燃料の発電反応に用いられる燃料の改質を効率良く行うことができる。また、本発明にかかる燃料電池システムは、気化器を更に備えていても良く、前記温度調整手段による前記熱伝達によって前記気化器や燃料の温度を調整することもできる。よって、発熱源の熱を燃料の気化に必要な熱エネルギーとして利用することができ、エネルギー損失を低減することができる。
【００１０】
本発明にかかる燃料電池システムにおいては、前記排熱手段を、前記過剰な熱量を排熱する排熱路とすることができる。例えば、前記排熱路を、前記過剰な熱量を伝達するための流体の流路とすることにより、流体の温度を調整することができ、効率良く燃料電池の温度を調整することができる。さらにこのような流路を前記燃料電池の外部に設けられたヒートシンクに近接するように形成しても良い。流路がヒートシンクに近接していることにより、流路から効率良く排熱することができる。
【００１２】
本発明にかかる電気機器は、発熱源と、前記発熱源を収納する筐体と、燃料ガスを発電に用いる燃料電池と、電気機器に搭載されて駆動されることにより発熱する発熱源から第１ヒートシンクを介して熱伝達を行い、前記燃料電池に流入する燃料流体または酸化用流体の少なくとも一方を加熱、又は保温する温度調整手段と、前記燃料電池の発電反応によって発生した過剰な熱量を前記燃料電池から排出される未反応の燃料流体または酸化用流体から第２ヒートシンクを介して排熱すると共に、前記排熱後の未反応の燃料流体を前記第２ヒートシンクから前記第１ヒートシンクに供給して再利用する排熱手段とを備える燃料電池システムとを有し、前記燃料電池システムから電力を供給されることにより駆動されることを特徴とする。本発明にかかる電気機器によれば、発電源の熱エネルギーを効率良く利用することができるとともに、電源とされる燃料電池の温度調整を効率良く行うことができる。また、燃料電池が備える発電体を構成する伝導膜の湿度を発電反応に好適な状態に維持することができ、発電効率を高めることができる。これにより、電気機器全体のエネルギー損失を低減することができ、電気機器の省電力化を図ることができる。さらに、本発明にかかる電気機器おいては、前記燃料電池システムが前記筐体内に組み込まれることにより前記燃料電池システムと前記筐体とを一体としても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる燃料電池システム及び電気機器について図１乃至図３を参照しながら説明する。なお、本実施形態にかかる燃料電池システム及び電気機器は一例であり、本発明の思想の範囲内であれば、これら燃料電池システム及び電気機器は便宜変更可能であることはいうまでもない。
【００１４】
図１は、本実施形態にかかるコンピュータ１０を示す構成図である。コンピュータ１０は、ＣＰＵ１１、ＣＰＵ１１を駆動するための電力を供給する燃料電池システム１９、及びこれらを収納する筐体１２から構成される。なお、コンピュータ１０と燃料電池システム１９は筐体１２に収納されて一体とされている。
【００１５】
ＣＰＵ１１は、燃料電池システム１９から電力の供給を受けて作動する半導体デバイスであり、作動時にはエネルギー損失を生じて発熱する。すなわち、ＣＰＵ１１は、コンピュータ１０内で作動することによってコンピュータ１０内の温度上昇の原因となる熱を発生する発熱源とされる。発熱源は、ＣＰＵ１１の如き半導体デバイスに限定されず、例えば、データの処理量が多いコンピュータグラフィック用のデータ処理システムを構成する各種電子部品でも良い。また、発熱源は、ＣＰＵ１１、メモリ、グラフィクスカードなどを制御するノースブリッジでも良い。すなわち、発熱源は、コンピュータ１０の如き電気機器に搭載されて駆動されることにより発熱するものであれば、上述した電子部品に限定されるものではないが、特に発熱量が大きいものが好ましい。なお、本実施形態ではＣＰＵ１１を除く発熱源は図示していない。また、図中ＣＰＵ１１の如き発熱源を一つしか示していないが、発熱源とされる電子部品はコンピュータ１０内に各種複数配設されていても良く、さらに、異なる種類の電子部品であっても良い。
【００１６】
燃料電池システム１９は、コンピュータ１０に駆動電力を供給する電源であり、燃料ポンプ２１、空気ブロア２２，３１、水ポンプ２３，３３、気化器２４、改質器２５、一酸化炭素除去器２６、燃料電池２７、気水分離器３２、及びヒートシンク４１，４２から構成される。なお、燃料ポンプ２１、空気ブロア２２，３１，水ポンプ２２，３１は本実施形態のようにコンピュータ１０に搭載されていても良いし、コンピュータ１０外部に配置しておくこともできる。また、コンピュータ１０に搭載される燃料ポンプ２１、空気ブロア２２，３１、水ポンプ２３，３３として、充分に小型、且つ軽量のものを用いれば、コンピュータ１０の携帯性を損なうものではない。
【００１７】
燃料ポンプ２１は、燃料を気化器２４に供給する。燃料はメタノールの如き炭化水素を用いることができ、気化器２４、改質器２５及び一酸化炭素除去器２６を介して水素が取り出され、この水素が燃料電池２７に供給されて発電が行われる。燃料ポンプ２１から供給される燃料、水ポンプ２３から供給される水、空気ブロア２２から供給される空気は、流路２０Ａを介して気化器２４に供給される。なお、流路２０Ａは一つの流路として図示しているが、燃料、水、空気のそれぞれについて個別の流路とされていても良い。
【００１８】
ヒートシンク４１は、流路２０Ａを介して、燃料及び水、さらに空気を所定の温度になるように加熱、又は保温する。改質器２５で燃料と水とを反応させて水素を取り出すためには、燃料ガスと水蒸気との温度を例えば２５０℃〜３００℃程度に維持することが必要であり、ヒートシンク４１は、気化器２４から供給される燃料、水及び空気の温度を維持、又は上昇させるためにＣＰＵ１１から受け取った熱をこれら燃料、水及び空気に供給する。
【００１９】
図２は、ヒートシンク４１から流路２０Ａに熱伝達する状態を説明するための図である。ヒートシンク４１は、長手方向が略平行な突条部４１ａを複数有してなり、流路２０Ａをこれら突条部４１ａの間を蛇行するように配設することができる。ヒートシンク４１の入り口から流路２０Ａを介して流動する燃料は、ヒートシンク４１に設けられた突条部４１ａの間を蛇行して流動する間に突条部４１ａから熱を受け取り加熱、又は保温されてヒートシンク４１の出口側から流路２０Ａを介して気化器２４に送られる。すなわち、流路２０Ａはヒートシンク４１を介してＣＰＵ１１から熱を受け取ることで流路２０Ａを流動する流体の温度を調整する温度調整手段とされる。このような温度調整手段は、熱を伝達する熱伝達路を構成することで、流体の温度を調整し、さらにこの流体を介して燃料電池システム１９の温度を調整することができる。また、流路２０Ａは上述した構造に限定されず、ヒートシンク４１の内部に形成することもでき、ヒートシンク４１内部に流路２０Ａが一体化された構造にすることもできる。
【００２０】
ヒートシンク４１に設けられた突条部４１ａと流路２０Ａを近接されることができることから、突条部４１ａと流路２０Ａとが近接する領域を増大させることが可能となり、効率良くヒートシンク４１から流路２０Ａに熱を伝達することができる。したがって、別途温度調整用のヒーターを駆動させることなく、従来排熱されることによって利用されていなかったＣＰＵ１１の熱エネルギーを燃料の温度を調整するために利用することができる。さらに、流路２０Ａを流動する燃料の温度を上昇させておくことにより、気化器２４に設けられるヒーターの出力を低減することができ、燃料を気化するために気化器２４から燃料に供給される熱量を低減することもできる。ヒートシンク４１に設けられる突条部４１aの個数を変更することにより、流路２０Ａに供給される熱量を調整することも可能である。
【００２１】
気化器２４は、燃料と水とを加熱することによって蒸発させ、燃料ガス及び水蒸気、さらに空気を改質器２５に送る。ここで、ＣＰＵ１１の如き発熱源で発生した熱がコンピュータ１０の外部に排熱されることなく、燃料ガスや水蒸気、及び空気を加熱するためにＣＰＵ１１から気化器２４に供給される。ＣＰＵ１１の如き発熱源から気化器２４に熱を伝達するためには、ＣＰＵ１１と気化器２４とを直接接触させても良いし、熱伝達が効率良く行われるようにＣＰＵ１１と気化器２４とを近接して配設しておいても良い。すなわち、ＣＰＵ１１と気化器２４とを直接接触することで熱伝達路を形成しても良いし、ＣＰＵ１１と気化器２４とが近接して配置された状態でこれらＣＰＵ１１と気化器２４との間の空間を熱伝達路として熱伝達を行うことができる。また、ＣＰＵ１１と気化器２４のレイアウトによって熱伝達する熱量を調整して、気化器２４の温度を調整してもよく、さらに気化器２４の温度をモニターして熱伝達量を調整しても良い。
【００２２】
改質器２５は、流路２０Ｂを介して供給された水と燃料とを反応させて水素を取り出す。水素を取り出す際には、水蒸気と燃料ガスとを上述した２５０℃〜３００℃程度の温度に維持することが重要であることから、ＣＰＵ１１から改質器２５に熱を供給し、この熱を水蒸気と燃料ガスの温度調整に利用することができる。ＣＰＵ１１の如き発熱源から改質器２５に熱を伝達するためには、ＣＰＵ１１と改質器２５とを直接接触させても良いし、熱伝達が効率良く行われるようにＣＰＵ１１と改質器２５とを近接して配設しておいても良い。すなわち、ＣＰＵ１１と改質器２５とを直接接触することで熱伝達路を形成しても良いし、ＣＰＵ１１と改質器２５とが近接して配置された状態でこれらＣＰＵ１１と改質器２５との間の空間を熱伝達路として熱伝達を行うことができる。
【００２３】
また、ＣＰＵ１１と改質器２５とのレイアウトによって熱伝達する熱量を調整して、改質器２５の温度を調整してもよく、さらに改質器２５の温度をモニターして熱伝達量を調整しても良い。すなわち、別途温度調整用のヒーターを駆動させることなく、燃料、水の温度を調整することができ、従来排熱されることによって利用されていなかったＣＰＵ１１の熱エネルギーを再利用することができる。改質器２５は、改質器２５で取り出された水素と水素を取り出す際に発生した一酸化炭素除去器２６とを流路２０Ｃを介して一酸化炭素除去器２６に送る。一酸化炭素除去器２６は改質器２５で取り出された水素とともに発生する一酸化炭素を除去し、流路２０Ｄを介して燃料電池２７に水素を供給する。また、流路２０ＤをＣＰＵ１１から熱を受け取るヒートシンクに通し、所定の温度に水素を加熱してから燃料電池２７に水素を供給しても良い。
【００２４】
燃料電池２７は、空気ブロア３１から供給された空気と流路２０Ｄを介して供給された水素とを反応させて発電を行う。燃料電池２７が備える発電体が固体高分子伝導膜の如き伝導膜を有する場合には、水ポンプ３３から供給される水によって伝導膜が適度な吸湿状態に維持されて発電が行われる。また、燃料電池２７の発電効率を高めるためには、燃料電池２７の温度を調整し、発電体の温度を水素と空気に含まれる酸素とが反応しやすい温度に調整することも重要となり、例えば、空気ブロア３１から燃料電池２７に空気を供給するための流路にヒートシンクを配置し、このヒートシンクによってＣＰＵ１１から空気の流路に熱を伝達することもできる。これにより、流路を流動する空気によって燃料電池２７に熱が伝達され、燃料電池２７の温度を調整することもできる。
【００２５】
また、ＣＰＵ１１の如き発熱源を燃料電池２７と直接接するように配置し、ＣＰＵ１１から直接燃料電池２７に熱伝達させても良いし、燃料電池２７とＣＰＵ１１とを近接して配置することによって伝達される熱量を調整し、燃料電池２７の温度を調整することもできる。すなわち、発熱源とされるＣＰＵ１１と燃料電池２７との配置や燃料電池２７に供給される空気がＣＰＵ１１で生じた熱を燃料電池２７に伝達することにより発電効率を高めることができ、従来排熱されていたＣＰＵ１１の熱が燃料電池２７の発電効率を高めるために有効に利用されることになる。さらに、従来、ＣＰＵ１１で発生した熱を排熱するために設けられていた冷却ファンを駆動させることがないため、燃料電池２７で発電した電力をコンピュータ１０を駆動するための電力して効率良く利用することができ、さらにコンピュータ１０の外部に排出されて無駄となっていたエネルギーを有効に利用することができる。また、コンピュータ１０には、冷却ファンの如き冷却装置が配設されていてもいなくともどちらでも良い。コンピュータ１０に冷却装置が配設されている場合には、冷却装置の駆動の有無を制御しても良い。また、燃料電池２７が伝導膜を備える発電体を有する場合には、燃料電池２７の温度を調整することによりこの発電体の温度を調整することが可能となり、これにより発電体の吸湿状態を制御することもできる。
【００２６】
燃料電池２７で発電が行われた際の未反応の燃料ガスは、流路２０Ｅを介して再度気化器２４に送られる。流路２０Ｅは、ヒートシンク４２を介してＣＰＵ１１の熱を受け取り、未反応の燃料ガスは温度調整された状態で気化器２４に送られる。また、ヒートシンク４２はＣＰＵ１１から熱が伝達されて未反応の燃料ガスの温度調整を行うだけでなく、ＣＰＵ１１から熱が伝達されることなく未反応の燃料ガスや燃料電池２７から排出される空気を冷却するための冷却装置とすることもできる。また、ヒートシンク４２に冷却装置を配設しておくことにより、上述した未反応の燃料について最適な温度制御を行うこともできる。
【００２７】
図３は、流路２０Ｅからヒートシンク４２を介して放熱する状態を説明するための図である。ヒートシンク４２は、長手方向が略平行な突条部４２ａを複数有してなり、流路２０Ｅをこれら突条部４２ａの間を蛇行するように配設することができる。すなわち、ヒートシンク４２の入り口から流路２０Ｅを介して流動する未反応の燃料ガスは、ヒートシンク４２に設けられた突条部４２ａの間を蛇行して流動する間に突条部４２ａから放熱することにより冷却されて、ヒートシンク４２の出口側から流路２０Ｅを気化器２４に送られる。これにより、ヒートシンク４２に設けられた突条部４２ａと流路２０Ｅを近接されることができるとともに、突条部４２と流路２０Ｅとが近接する領域を増大させることが可能となり、効率良くヒートシンク４２から流路２０Ｅに放熱することができる。したがって、流路２０Ｅは流路２０Ｅを流動する未反応の燃料ガスから熱を排熱するための排熱手段であり、流路２０Ｅが未反応の燃料ガスから熱を排熱する排熱路を構成する。発電反応によって燃料電池システム１９に蓄熱されることを抑制することができる。これにより、燃料電池２７の温度上昇を抑制することが可能となる。燃料電池２７の温度上昇を抑制することにより、燃料電池２７が備える発電体を構成する伝導膜の湿度を発電反応に好適な状態に維持することができる。
【００２８】
さらに、燃料を介して放熱することにより、発電反応に好適な温度となるように燃料電池２７の温度を調整することも可能であり、これにより発電効率を高めることができる。また、流路２０Ｅに限定されず、流路２０Ａ〜２０Ｄから放熱することによって、これら流路を流れる流体の温度を調整して燃料電池２７の温度を調整することも可能である。したがって、燃料電池システム１９内を流動する燃料ガス、燃料から取り出される水素、および空気の温度調整することにより、燃料電池システム１９の温度調整が可能となり、燃料ガスから水素を取り出すための反応効率を高め、さらに燃料電池２７で行われる発電反応の効率を高めることが可能となる。さらに、ＣＰＵ１１の如き発熱源で発生する熱を排熱することなく燃料電池システムの温度調整に利用することによって、別途ＣＰＵ１１から排熱するために駆動される冷却装置によって燃料電池２７で発電される電力が消費されることがなく、燃料電池システム１９によって発電を行わせるための周辺機器で消費される電力を低減することができる。したがって、燃料電池２７によって発電される電力をコンピュータ１０の如き電気機器で有効に利用することができるとともに、燃料電池２７の発電効率を高めることが可能となる。
【００２９】
燃料電池２７から排出される空気に含まれる水分は、気水分離器３２によって分離され、水ポンプ３３に送られて再度燃料電池２７の湿度を維持するための水分として利用される。酸素を殆ど含まない空気は、気水分離器３２から外部に排出される。
【００３０】
このように、本実施形態にかかる燃料電池システム１９及びコンピュータ１０の如き電気機器によれば、コンピュータ１０に配設されたＣＰＵ１１の如き発熱源によって生じる熱を、燃料電池システム１９に使用される燃料、水及び空気を加熱、又は保温するために利用することができる。これにより、別途温度調整用にヒーターを設けることなく、燃料から水素を取り出すことができる。さらに燃料電池２７の温度を調整できることから、燃料電池２７を発電に好適な温度に維持することが可能となる。また、ＣＰＵ１１の如き発電源で発生した熱は、従来燃料電池システム１９の過剰な温度上昇を招く原因となっていたが、この熱を燃料電池燃料電池システム１９の温度調整に利用することにより別途燃料電池２７の冷却装置を駆動させることなく円滑な発電を行うことが可能となる。よって、コンピュータ１０の如き電気機器で従来排出されていた無駄なエネルギーを低減することができるとともに、燃料電池２７の発電効率を高めることもできる。
【００３１】
また、本実施形態では、電気機器の一例としてコンピュータ１０を挙げて説明したが、本発明にかかる電気機器はコンピュータに限定されるものでなく、例えばプロジェクター装置の如き投影装置であっても良い。プロジェクター装置は、光源としてランプを有し、このランプは点灯状態で高温になる場合があることから、ランプから発生する熱を燃料電池システムの温度の調整に利用することにより、コンピュータ１０と同様に従来熱エネルギーとして排出されていた無駄なエネルギーを有効に利用することができ、且つ燃料電池を電源としてプロジェクターを駆動する場合にはこの燃料電池の発電効率を高めることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる燃料電池システム、燃料電池システムの発電方法、及び電気機器によれば、電気機器に配設された発熱源の熱を燃料の加熱、又は保温に利用することができる。したがって、メタノールの如き炭化水素を燃料する場合であっても、発電反応に直接使用される水素の生成を効率良く行うことができ、従来排熱されることにより電気機器の駆動に寄与しないエネルギー損失とされていた無駄なエネルギーを有効に利用することが可能となる。
【００３３】
さらに、本発明にかかる燃料電池システム、燃料電池システムの発電方法、及び電気機器によれば、電気機器に配設された発熱源の熱によって燃料電池やその他燃料電池システムを構成する周辺装置の温度を調整するために利用することができ、別途温度調整用のヒーターを設けることなく燃料電池システムを発電に好適な温度になるように調整することが可能となる。また、燃料の流路を介して燃料を冷却し、過剰な熱を外部に排熱することもでき、燃料電池システムの加熱、保温、及び冷却を組み合わせることに燃料電池システムを発電に好適な温度に維持し、発電効率を高めることが可能となる。
【００３４】
さらに、本発明にかかる燃料電池システム、燃料電池システムの発電方法、及び電気機器によれば、発熱源を冷却するための冷却装置が不要となることから、従来この冷却装置を駆動するために消費されていた電力を低減することができ、燃料電池システムで発電された電力を電気機器を駆動するための電力として効率良く利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる電気機器を示す構成図である。
【図２】本実施形態における流路２０Ａが加熱される状態を説明するための図である。
【図３】本実施形態における流路２０Ｅから放熱される状態を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ コンピュータ
１１ 発熱源
１２ 筐体
１９ 燃料電池システム
２０Ａ〜２０Ｅ 流路
２１ 燃料ポンプ
２２，３１ 空気ブロア
２３，３３ 水ポンプ
２４ 気化器
２５ 改質器
２６ 一酸化炭素除去器
２７ 燃料電池
３２ 気水分離器
４１，４２ ヒートシンク
４１ａ，４２ａ 突条部
Claims (15)
- 燃料ガスを発電に用いる燃料電池と、
電気機器に搭載されて駆動されることにより発熱する発熱源から第１ヒートシンクを介して熱伝達を行い、前記燃料電池に流入する燃料流体または酸化用流体の少なくとも一方を加熱、又は保温する温度調整手段と、
前記燃料電池の発電反応によって発生した過剰な熱量を前記燃料電池から排出される未反応の燃料流体または酸化用流体から第２ヒートシンクを介して排熱すると共に、前記排熱後の未反応の燃料流体を前記第２ヒートシンクから前記第１ヒートシンクに供給して再利用する排熱手段と
を備えた燃料電池システム。 - 前記温度調整手段は、所要の熱量を伝達する熱伝達路である、請求項１記載の燃料電池システム。
- 前記熱伝達路は、前記熱伝達を媒介する燃料流体または酸化用流体の流路である、請求項２記載の燃料電池システム。
- 前記流路は、前記発熱源から熱を受け取る前記ヒートシンクに近接するように形成されている、請求項３記載の燃料電池システム。
- 前記ヒートシンクは長手方向が略平行な複数の突条部を有し、前記流路は隣接する前記突条部の間を蛇行するように配設されている、請求項４に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料流体は、前記発電を行う際に使用される炭化水素および水であり、前記酸化用流体は空気である、請求項３記載の燃料電池システム。
- 前記燃料流体及び酸化用流体の少なくとも一方の温度が、前記流路で調整される、請求項６記載の燃料電池システム。
- 改質器を更に備え、
前記温度調整手段は、前記熱伝達によって前記改質器の温度を調整する、請求項１記載の燃料電池システム。 - 気化器を更に備え、
前記温度調整手段は、前記熱伝達によって前記気化器の温度を調整する、請求項１記載の燃料電池システム。 - 前記排熱手段は、前記過剰な熱量を排熱する排熱路である、請求項９記載の燃料電池システム。
- 前記排熱路は、前記過剰な熱量を伝達するための燃料流体または酸化用流体の流路である、請求項１０記載の燃料電池システム。
- 前記流路は、前記燃料電池の外部に設けられたヒートシンクに近接するように形成されている、請求項１１記載の燃料電池システム。
- 前記ヒートシンクは長手方向が略平行な複数の突条部を有し、前記流路は隣接する前記突条部の間を蛇行するように配設されている、請求項１２に記載の燃料電池システム。
- 発熱源と、
前記発熱源を収納する筐体と、
燃料ガスを発電に用いる燃料電池と、
電気機器に搭載されて駆動されることにより発熱する発熱源から第１ヒートシンクを介して熱伝達を行い、前記燃料電池に流入する燃料流体または酸化用流体の少なくとも一方を加熱、又は保温する温度調整手段と、
前記燃料電池の発電反応によって発生した過剰な熱量を前記燃料電池から排出される未反応の燃料流体または酸化用流体から第２ヒートシンクを介して排熱すると共に、前記排熱後の未反応の燃料流体を前記第２ヒートシンクから前記第１ヒートシンクに供給して再利用する排熱手段とを備える燃料電池システムとを有し、
前記燃料電池システムから電力を供給されることにより駆動される、電気機器。 - 前記燃料電池システムが前記筐体内に組み込まれることにより前記燃料電池システムと前記筐体とが一体とされる、請求項１４記載の電気機器。
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