(57)【要約】【課題】  電力変換装置用の冷却装置を設けることなく、電力変換装置ハウジング内に設けた吸音材の温度上昇を抑制し、吸音効果が低下することを防止する。【解決手段】  ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、外部へ輻射される騒音を遮るＤＣ／ＤＣコンバータハウジング２１と、ＤＣ／ＤＣコンバータハウジング２１の内側一面に接着剤により貼り付けられた吸音材２２と、磁性体のコアとコイルを有するリアクトル２８と、を備えている。リアクトル２８は、ゴム等の制振材２９を介してネジまたは接着材等によりリアクトルハウジング２６に固定されている。リアクトルハウジング２６の内部空間には、吸音材２７が接着して設けられている。水素減圧弁４から燃料電池スタック２のアノード２ａへ水素を供給する水素配管２３は、吸音材２２、２７及び制振材２９に接して伝熱可能となるように配置される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスと酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池と、
水素ガスを高圧で貯蔵する水素タンクと、
該水素タンクから燃料電池へ供給する水素を減圧する減圧弁と、
該減圧弁で減圧された水素を前記燃料電池へ供給する水素配管と、
を備えた燃料電池システムが発電した直流電力を所望の電圧の直流電力または交流電力に変換する燃料電池システム用電力変換装置であって、
該電力変換装置を格納するとともに内部に吸音材が設けられた電力変換装置ハウジングを備え、
該吸音材に伝熱可能に前記水素配管が配設されたことを特徴とする燃料電池システム用電力変換装置。
【請求項２】
前記電力変換装置ハウジングが制振材または遮音材を含んで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム用電力変換装置。
【請求項３】
前記電力変換装置のリアクトルを収容するリアクトルハウジングと、
該リアクトルハウジングの内面に敷設された吸音材と、
を備え、
前記リアクトルハウジングに制振材を介して前記リアクトルが固定され、
前記電力変換装置ハウジングに前記リアクトルハウジングが前記水素配管により固定されたことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム用電力変換装置。
【請求項４】
前記電力変換装置ハウジングの内部空間を密閉する密閉構造と、
前記燃料電池へ酸化剤ガスとして空気を供給するコンプレッサの吸気側に前記内部空間を任意に連通可能とする開閉手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の燃料電池システム用電力変換装置。
【請求項５】
前記内部空間の真空度を測定する真空度センサを備え、該真空度センサの検出値に応じて、前記コンプレッサにより前記内部空間の真空度を維持するように制御することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム用電力変換装置。
【請求項６】
前記電力変換装置ハウジング内に、音響センサと温度センサとの少なくとも一方のセンサを備え、該センサの検出値に応じた水素流量を前記燃料電池へ供給することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の燃料電池システム用電力変換装置。
【請求項７】
前記水素配管が前記電力変換装置ハウジング内部またはリアクトルハウジング内部で分岐していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池システム用電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧水素を燃料とする燃料電池システムの出力電力を所望の電力に変換する燃料電池システム用電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、水素貯蔵装置や燃料改質装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、大気汚染物質の排出がなく究極のクリーン車両である。
【０００３】
ところで、燃料電池と車両駆動用モータとの間には、燃料電池の発電電圧を車両駆動用モータに適した電圧に変換するために、ＤＣ／ＤＣコンバータやＤＣ／ＡＣインバータ、或いは両者を直列接続したものが電力変換装置として配置される。
【０００４】
通常、電力変換装置は、トランジスタやサイリスタ等のスイッチング素子と、リアクトル（静止誘導電磁機器）とを備えている。電力変換装置におけるリアクトルは、磁気歪み効果によりリアクトル自体が振動すると共に、リアクトルからの漏洩磁束が電力変換装置のハウジングと吸引反発を繰り返し、電力変換装置の外部へ騒音を放射する。
【０００５】
この騒音を低減するために、リアクトルをリアクトルハウジングに収容すると共に、防振材を介してリアクトルをリアクトルハウジングに取り付ける技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
また、ガス変圧器、ガスリアクトル等のガス絶縁したガス絶縁電気機器の防音装置として、ガス絶縁電気機器本体を防音壁で覆い、前記本体から防音壁を貫通して冷却器に接続する高温側配管及び低温側配管を２重管とした防音装置が知られている（例えば、特許文献３）。
【０００７】
また、リアクトルの銅損や鉄損は熱損失となりリアクトルの温度を上昇させるので、温度を所定範囲内に保持するために、冷却配管を介してリアクトル内部に設けた冷却パネルに冷媒を循環させる冷却装置が知られている（例えば、特許文献３）。
【０００８】
また、騒音を低減する吸音材料として、従来より用いられてきたフェルトやグラスファイバーに代えて、軽量高性能なポリプロピレン樹脂の極細繊維を用いた吸音材料（商品名シンサレート）が使用されている。このシンサレートは、ポロプロピレン樹脂の融点（約１６０［℃］付近以上の温度では、温度上昇に伴って吸音性能が急激に低下し（図３）、かつ吸音材料が劣化する。
【０００９】
さらに近年、内燃機関における騒音防止の為に、オイルパンやエンジンカバーに制振鋼板を用いたものがある。この制振鋼板は、ゴムや弾性プラスチックの粘弾性材シートを２枚の鋼板でサンドイッチ構造としたもので、曲げ振動に伴う粘弾性材のずり変形によって振動エネルギーを熱エネルギーに変換し、振動減衰効果を発揮する。制振鋼板や制振材に用いられる粘弾性材は、高温で軟化すると制振性能を示す損失係数が低下する（図４）。
【特許文献１】特開２０００−１３３５２４号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】特開平１０−２４８１１８号公報（第２頁、図１）
【特許文献３】特開平５−３１５１５０号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来の騒音低減技術において、リアクトルを制振材を介してリアクトルハウジングに取り付けるだけでは、十分な制振・防音効果が得られないという問題点があった。
【００１１】
また、リアクトルの周囲を遮音材や吸音材で囲うと、リアクトルの発熱により制振材、遮音材、吸音材等の温度が上昇し、十分な遮音、吸音効果が得られないという問題点があった。
【００１２】
また、リアクトルを冷却する冷却装置を設けると、冷媒の熱を系外へ放出する放熱器や冷媒循環ポンプ等の補機が増加し、システム構成が複雑となり、また燃料電池システムの容積、重量が嵩むという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記問題点を解決するために、本発明は、水素ガスと酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池と、水素を貯蔵する高圧水素タンクと、該高圧水素タンクから供給する水素を減圧する減圧弁と、該減圧弁で減圧された水素を前記燃料電池へ供給する水素配管と、を備えた燃料電池システムが発電した直流電力を所望の電圧の直流電力または交流電力に変換する燃料電池システム用電力変換装置であって、該電力変換装置を格納するとともに内部に吸音材が設けられた電力変換装置ハウジングを備え、該吸音材に伝熱可能に前記水素配管が配設されたことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電力変換装置用の冷却装置を設けることなく、電力変換装置ハウジング内に設けた吸音材の温度上昇を抑制し、吸音効果が低下することを防止できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下の各実施例は、本発明に係る燃料電池システム用電力変換装置を燃料電池車両用のＤＣ／ＤＣコンバータに適用した例を説明するが、本発明はこれに限定されず、燃料電池の発電電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータにも適用可能であることは明らかである。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明に係る燃料電池システム用電力変換装置の実施例１を説明する燃料電池システムのシステム構成図である。尚、図１中の電力変換装置ハウジングであるＤＣ／ＤＣコンバータハウジングは、内部構成を説明するために概略断面図で示している。
【００１７】
図１において、燃料電池システム１は、アノード２ａとカソード２ｂを有し水素と空気中の酸素とを電気化学反応させて発電する燃料電池スタック２と、水素ガスを高圧で貯蔵する水素タンク３と、水素タンク３の水素を燃料電池スタック２の運転圧力まで減圧する水素減圧弁４と、減圧された水素をアノード２ａへ供給する水素配管２３と、外気取入配管３４から取り入れた空気を圧縮してカソード２ｂへ供給するコンプレッサ６と、燃料電池スタック２が発電した直流電力を電圧一定の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ８と、ＤＣ／ＤＣコンバータ８が変換した直流を交流に変換するＤＣ／ＡＣインバータ９と、ＤＣ／ＡＣインバータ９が出力する交流電力を車両駆動力に変換する駆動モータ１０と、燃料電池システム１を制御する燃料電池コントローラ１１とを備えている。
【００１８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、ＣＤ／ＣＤコンバータから外部へ輻射される騒音を遮るＤＣ／ＤＣコンバータハウジング２１と、ＤＣ／ＤＣコンバータハウジング２１の内側一面に接着剤により貼り付けられた吸音材２２と、磁性体のコアとコイルを有するリアクトル２８と、を備えている。
【００１９】
リアクトル２８は、ゴム等の制振材２９を介してネジまたは接着材等によりリアクトルハウジング２６に固定されている。リアクトルハウジング２６の内部空間には、吸音材２７が接着して設けられている。
【００２０】
ＤＣ／ＤＣコンバータハウジング２１及びリアクトルハウジング２６は、例えば材料自体が制振性能を有する制振鋼板で構成されている。制振鋼板は、ゴムや粘弾性樹脂のシート両面にそれぞれ鋼板を貼り付けてサンドイッチ構造としたものである。
【００２１】
吸音材２２，２７には、例えば、ポロプロピレン（ＰＰ）の極細繊維をポリエステル繊維で強化したフェルト状の吸音材（商品名シンサレート）や、合成樹脂の連続気泡発泡体が利用可能である。
【００２２】
水素配管２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータハウジング２１を貫通して配置されるとともに、その内部ではリアクトルハウジング２６をＤＣ／ＤＣコンバータハウジング２１に固定している。
【００２３】
また水素配管２３は、吸音材２２、２７及び制振材２９に接して伝熱可能となるように配置されている。さらに水素配管２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータハウジング２１の内部、およびリアクトルハウジング２６の内部でそれぞれ複数の経路に分岐し、広範囲の吸音材２２、２７に接している。これにより、水素減圧弁４で減圧され圧力及び温度が低下した水素が水素配管２３を流れるときに、吸音材２２、２７及び制振材２９を冷却し、それらの吸音性能や制振性能を維持することができる。
【００２４】
また、燃料電池スタック２の発電電力が大きい場合に、リアクトル２８に流れる電流も大きくなり、それだけリアクトル２８の発熱が増加する。しかし燃料電池スタック２の発電電力が増加すると、これに供給される水素流量も増加するので、水素配管２３による冷却能力も増加し、大出力時でも十分な防音効果を奏することができる。
【実施例２】
【００２５】
図２は、本発明に係る燃料電池システム用電力変換装置の実施例２の概略構成を説明するシステム構成図である。尚、図２中の電力変換装置ハウジングであるＤＣ／ＤＣコンバータハウジングは、内部構成を説明するために概略断面図で示している。
【００２６】
図２に示した実施例２の構成と、図１の実施例１の構成との相違は、図２において、ＤＣ／ＤＣコンバータハウジング２１が密閉構造であること、三方弁５，空気配管３３，開閉弁２４，２５，音響センサ３０，温度センサ３１，圧力センサ３２が追加されていることである。その他の構成要素は、実施例１と同様であるので、同じ構成要素には、同じ符号を付与して、重複する説明を省略する。
【００２７】
音響センサ３０は、リアクトルハウジング２６内の音響、または振動を検出するセンサである。温度センサ３１は，リアクトルハウジング２６内の温度を検出するセンサである。圧力センサ３２は、ＤＣ／ＤＣコンバータハウジング２１内の圧力を検出するセンサである。音響センサ３０，温度センサ３１，圧力センサ３２は、それぞれ燃料電池コントローラ１１へ接続されている。
【００２８】
燃料電池コントローラ１１は、音響センサ３０及び温度センサ３１が検出したリアクトルハウジング２６内の音響、振動、温度が一定以上となると、水素配管２３に設けられた開閉弁２４，２５を開くように制御して、リアクトルハウジング２６内の吸音材２７および制振材２９を水素配管２３により直接冷却し、吸音材２７及び制振材２９の吸音性能、制振性能を回復させ、騒音を低減するように制御する。
【００２９】
三方弁５は、コンプレッサ６の吸気切換弁であり、外気取入配管３４からの外気か、ＤＣ／ＤＣコンバータハウジング２１に連通する空気配管３３を介してＤＣ／ＤＣコンバータハウジング２１内部の空気を吸い込むかを切り換える。
【００３０】
ＤＣ／ＤＣコンバータハウジング２１内の真空度は、圧力センサ３２で検出される。燃料電池コントローラ１１は、圧力センサ３２が検出した圧力値が一定値以上となると、三方弁５を空気配管３３側へ切り換えて、コンプレッサ６によりＤＣ／ＤＣコンバータハウジング２１内の空気を排気する。こうして、ＤＣ／ＤＣコンバータハウジング２１内の真空度が保たれることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータハウジング２１内の空間による音の伝達度が低下し、リアクトル２８からこの空間を伝わって外部へ漏れ出る騒音を著しく低下させることができる。尚、本実施例では、ＤＣ／ＤＣコンバータハウジング２１内を減圧しているので、ＤＣ／ＤＣコンバータハウジング２１の内部を水素配管２３で冷却した場合に、残留する空気中の水分が結露することを防止できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る燃料電池システム用電力変換装置の実施例１の構成を説明するシステム構成図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システム用電力変換装置の実施例２の構成を説明するシステム構成図である。
【図３】ポリプロピレン極細繊維系吸音材料における吸音性能の温度特性例を説明する図である。
【図４】制振材料における損失係数の温度特性例を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…燃料電池システム
２…燃料電池スタック
３…水素タンク
４…水素減圧弁
６…コンプレッサ
８…ＤＣ／ＤＣコンバータ
９…ＤＣ／ＡＣインバータ
１０…駆動モータ
１１…燃料電池コントローラ
２１…ＤＣ／ＤＣコンバータハウジング
２２…吸音材
２３…水素配管
２６…リアクトルハウジング
２７…吸音材
２８…リアクトル
２９…制振材
【図１】
2006049213.tif 000003
【図２】
2006049213.tif 000004
【図３】
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【図４】
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