(57)【要約】【課題】燃料電池装置の設置スペースや発電能力に影響を及ぼすことなく、燃料電池装置から発生する騒音を低減する。【解決手段】電気化学反応により発電を行う燃料電池装置１であって、燃料電池装置１の本体を覆うカバー１４と、燃料電池装置１に気体を供給する気体供給装置４を備え、気体供給装置４の気体吸い込み部１１に気体吸込み部１１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１０を設けたものであり、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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【特許文献１】特開２００２−２１６８２８号公報
【特許文献２】特開２００８−８４５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
（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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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／ｍ２）
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。
【００３６】
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／Ｄ３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／Ｄ３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／Ｄ３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。
【００３７】
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。
【００３８】
（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。
【００３９】
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。
【００４０】
（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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【実施例】
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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Ｄ３の比率Ｄ１０／Ｄ３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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】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
【図２】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
【図３】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
【図４】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
【図５】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
【図６】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
【図７】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
【図８】従来の燃料電池装置の構成を示す概略断面図
【符号の説明】
【００５０】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010232019.tif 000005
【図４】
2010232019.tif 000006
【図５】
2010232019.tif 000007
【図６】
2010232019.tif 000008
【図７】
2010232019.tif 000009
【図８】
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