(57)【要約】【課題】バッテリ温度の上がり過ぎによるバッテリの信頼性低下を抑制できる電力供給装置を提供する。【解決手段】電力供給装置１は、燃料電池１１を少なくとも含む燃料電池システム１０とバッテリ３０とを備え、燃料電池システム１０内部とバッテリ３０とを熱的に接続するヒートパイプ４０とを備え、バッテリ３０の温度が、所定の第１の温度以下の場合に、ヒートパイプ４０による燃料電池システム１０内部からバッテリ３０への熱の移動が行われ、バッテリ３０の温度が第１の温度よりも高い場合に、ヒートパイプ４０による燃料電池システム１０内部からバッテリ３０への熱の移動の抑制が開始される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を少なくとも含む燃料電池システムとバッテリとを備える電力供給装置であって、
前記燃料電池システム内部と前記バッテリとを熱的に接続するヒートパイプとを備え、
前記バッテリの温度が、所定の第１の温度以下の場合に、前記ヒートパイプによる前記燃料電池システム内部から前記バッテリへの熱の移動が行われ、
前記バッテリの温度が前記第１の温度よりも高い場合に、前記ヒートパイプによる前記燃料電池システム内部から前記バッテリへの熱の移動の抑制が開始される電力供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力供給装置であって、
前記第１の温度は、前記バッテリの運用温度の範囲内の温度である電力供給装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電力供給装置であって、
前記燃料電池は、固体高分子形燃料電池である電力供給装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の電力供給装置であって、
前記燃料電池システムは、前記燃料電池から発生する熱を受け取る熱交換器を少なくとも含む冷却ユニットを備え
前記ヒートパイプは、前記冷却ユニットの少なくとも一部と前記バッテリとを熱的に接続している電力供給装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力供給装置であって、
前記冷却ユニットは、
冷却水を通す冷却水配管と、
前記冷却水配管に設けられ、前記冷却水が貯蔵される冷却水タンクとを含み、
前記熱交換器は、前記冷却水配管において前記冷却水タンクの上流側に設けられており、
前記ヒートパイプの一端は、前記冷却水タンクに貯蔵された前記冷却水の液面よりも低い位置に配置されている電力供給装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の電力供給装置であって、
前記ヒートパイプは、可変コンダクタンス型のヒートパイプである電力供給装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の電力供給装置であって、
前記バッテリに取り付けられた熱拡散体を備え、
前記ヒートパイプは、前記熱拡散体を介して前記バッテリと熱的に接続されている電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池とバッテリとを備える電力供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電装置として、燃料電池と、燃料電池の排熱を利用して発電するアルカリ金属熱電変換装置を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この発電装置には、アルカリ金属熱電変換装置から外部に延びるヒートパイプが装着されている。この発電装置は、ヒートパイプの熱媒蒸発部に燃料電池の排熱を供給して、ヒートパイプで熱移動された燃料電池の余剰熱をアルカリ金属熱電変換装置に供給することで発電している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池で発生した熱をバッテリの温度調整に利用する場合、単に燃料電池の排熱をバッテリに供給してバッテリを加熱してしまうと、バッテリの温度が上がり過ぎてしまい、バッテリを構成する材料が熱によって劣化してしまう。これにより、バッテリの信頼性が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、バッテリ温度の上がり過ぎによるバッテリの信頼性低下を抑制できる電力供給装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［１］本発明に係る電力供給装置は、燃料電池を少なくとも含む燃料電池システムとバッテリとを備え、前記燃料電池システム内部と前記バッテリとを熱的に接続するヒートパイプとを備え、前記バッテリの温度が、所定の第１の温度以下の場合に、前記ヒートパイプによる前記燃料電池システム内部から前記バッテリへの熱の移動が行われ、前記バッテリの温度が前記第１の温度よりも高い場合に、前記ヒートパイプによる前記燃料電池システム内部から前記バッテリへの熱の移動の抑制が開始される電力供給装置である。
【０００７】
［２］上記発明において、前記第１の温度は、前記バッテリの運用温度の範囲内の温度であってもよい。
【０００８】
［３］上記発明において、前記燃料電池は、固体高分子形燃料電池であってもよい。
【０００９】
［４］上記発明において、前記燃料電池システムは、前記燃料電池から発生する熱を受け取る熱交換器を少なくとも含む冷却ユニットを備え、前記ヒートパイプは、前記冷却ユニットの少なくとも一部と前記バッテリとを熱的に接続していてもよい。
【００１０】
［５］上記発明において、前記冷却ユニットは、冷却水を通す冷却水配管と、前記冷却水配管に設けられ、前記冷却水が貯蔵される冷却水タンクとを含み、前記熱交換器は、前記冷却水配管において前記冷却水タンクの上流側に設けられており、前記ヒートパイプの一端は、前記冷却水タンクに貯蔵された前記冷却水の液面よりも低い位置に配置されていてもよい。
【００１１】
［６］上記発明において、前記ヒートパイプは、可変コンダクタンス型のヒートパイプであってもよい。
【００１２】
［７］上記発明において、前記バッテリに取り付けられた熱拡散体を備え、前記ヒートパイプは、前記熱拡散体を介して前記バッテリと熱的に接続されていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ヒートパイプによる燃料電池システム内部からバッテリへの熱移動のＯＮ／ＯＦＦを、バッテリの温度に基づいて切り替える様に、ヒートパイプの作動温度を設定することで、バッテリの温度を所定の第１の温度近傍に自律的に保持することができる。これにより、バッテリ温度の上がり過ぎによるバッテリの信頼性低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る電力供給装置を搭載したフォークリフトを斜め上方から見た斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態に係る電力供給装置を斜め上方から見た斜視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態に係る電力供給装置を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態に係るヒートパイプを示す正面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態に係る電力供給装置の透過正面図である。
【図６】図６は、図５のVI−VI線に沿った断面図である。
【図７】図７は、本発明の他の実施の形態に係る電力供給装置を斜め上方から視た斜視図である。
【図８】図８は、本発明の他の実施の形態に係る電力供給装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施の形態に係る電力供給装置を搭載したフォークリフトを斜め上方から見た斜視図、図２は本発明の一実施の形態に係る電力供給装置を斜め上方から見た斜視図、図３は本発明の一実施の形態に係る電力供給装置を示すブロック図、図４は本発明の一実施の形態に係るヒートパイプを示す正面図、図５は本発明の一実施の形態に係る電力供給装置の透過正面図、図６は図５のVI−VI線に沿った断面図である。
【００１７】
本実施形態の電力供給装置１は、例えば、図１に示すように、フォークリフト１００等の車両に搭載されており、当該車両の駆動用電源として用いられている。このようなフォークリフト１００は、例えば、冷蔵・冷凍庫などの低温環境内での作業用車両として用いることができる。なお、電力供給装置１は、フォークリフト１００に限らず、ハイブリット自動車や電気自動車など、バッテリの電力を用いてモータを駆動し、この駆動力を用いて走行する車両に用いてもよい。また、電力供給装置１は、上記の車両の駆動用電源に限らず、空調設備用電源や非常用電源として用いてもよい。
【００１８】
この電力供給装置１は、図２及び図３に示すように、燃料電池システム１０と、バッテリ３０と、ヒートパイプ４０と、熱拡散体５０と、を備えている。
【００１９】
燃料電池システム１０は、図３に示すように、燃料電池１１と、システム筐体１２と、燃料タンク１３と、燃料ポンプ１４と、ブロワ１５と、気液分離器１６と、外部燃料タンク１７と、外部燃料ポンプ１８と、冷却ユニット２０と、を備えている。この燃料電池システム１０を構成する燃料電池１１と、燃料タンク１３と、燃料ポンプ１４と、ブロワ１５と、気液分離器１６と、外部燃料タンク１７と、外部燃料ポンプ１８と、冷却ユニット２０とは、システム筐体１２の内部に配されている。
【００２０】
燃料電池１１は、液体燃料を消費して発電する、ダイレクトメタノール型の燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）である。この燃料電池１１は、発電セル１１１が積層された発電装置を備えており、外部負荷に対して電力を供給する。なお、燃料電池１１は、ダイレクトメタノール型の燃料電池に限定されず、種々の燃料電池を採用することができるが、燃料電池１１としては、固体高分子形燃料電池であることが好ましい。また、燃料電池１１の運転温度としては、例えば、常温以上で８０℃近傍以下とされていることが好ましい。本実施形態では、燃料電池１１は、フォークリフト１００のモータ等の駆動源１０１に対する電源として用いられている。なお、特にこれに限定されず、燃料電池１１は、バッテリ３０の充電用電源として用いてもよいし、フォークリフト１００のモータ等の駆動源１０１に対する電源及びバッテリ３０の充電用電源として併用してもよい。このような燃料電池１１は、積層された複数の発電セル１１１と、複数の発電セル１１１をその積層方向に挟む一対の集電体１１２と、発電セル１１１及び一対の集電体１１２を発電セル１１１の積層方向に挟む一対のエンドプレート１１３とを備えている。
【００２１】
燃料電池１１は、燃料供給口１１Ａと、空気供給口１１Ｂと、燃料排出口１１Ｃと、空気排出口１１Ｄとを備えている。燃料供給口１１Ａは、燃料ポンプ１４を介して燃料タンク１３に連通されている。また、空気供給口１１Ｂは、ブロワ１５を介してシステム外部に連通されている。また、燃料排出口１１Ｃは、燃料タンク１３に連通されている。さらに、空気排出口１１Ｄは、気液分離器１６を介して燃料タンク１３に連通されている。
【００２２】
燃料タンク１３には、数重量％に希釈化された液体燃料（メタノール水溶液（ＭｅＯＨ））が貯蔵されている。システムが起動されると、燃料ポンプ１４により、液体燃料が燃料タンク１３から燃料供給口１１Ａを通じてアノード（燃料極）に供給され、ブロワ１５により、外部の空気が空気供給口１１Ｂを通じてカソード（空気極）に供給される。
【００２３】
アノードでは、下記（１）式で示すように、触媒による酸化反応により二酸化炭素、水素イオン、及び電子が生成される。アノードで生成された電子が外部の回路を通ることで、外部負荷に電力が供給される。一方、アノードで生成された水素イオンは、高分子電解質膜を通過してカソードに移動する。カソードでは、下記（２）式に示すように、触媒による酸素の還元反応により水が生成される。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  …  （１）
３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ  …  （２）
【００２４】
燃料電池１１のアノードからの排出物（二酸化炭素等及び未反応のメタノール）は、燃料排出口１１Ｃから排出されて燃料タンク１３に戻される。燃料タンク１３に戻された未反応のメタノールは、燃料タンク１３に留まり、一方、燃料タンク１３に戻された二酸化炭素は、システム外部に放出される。燃料電池１１のカソードからの排出物に含まれる水蒸気は、空気排出口１１Ｄから排出され、凝縮器２３（後述）を通過して概ね液化される。凝縮器２３から排出された水は、燃料タンク１３に戻され、一方、凝縮器２３で液化されなかったガス成分（水蒸気等）は気液分離器１６からシステム外部に放出される。
【００２５】
外部燃料タンク１７は、高濃度のメタノール水溶液を収容しており、外部燃料ポンプ１８を介して燃料タンク１３に連通している。外部燃料タンク１７に貯蔵された高濃度のメタノール水溶液が、外部燃料ポンプ１８により燃料タンク１３に供給されると共に、気液分離器１６から水が燃料タンク１３に供給されることにより、数重量％の濃度に希釈化されたメタノール水溶液が、液体燃料として燃料タンク１３に収容される。
【００２６】
冷却ユニット２０は、燃料電池１１から発生する熱をシステム外部に放出するための冷却ユニットであり、冷却水を通す冷却水配管２１と、冷却水ポンプ２２と、凝縮器２３と、冷却水タンク２４と、ラジエータ２５と、ラジエータ冷却ファン２６と、を含んでいる。この冷却ユニット２０を構成する冷却水配管２１と、冷却水ポンプ２２と、凝縮器２３と、冷却水タンク２４と、ラジエータ２５と、ラジエータ冷却ファン２６とは、システム筐体１２の内部に配されている。
【００２７】
冷却水ポンプ２２は、冷却水配管２１に設けられており、冷却水配管２１を流れる冷却水を循環させている。凝縮器２３は、熱交換器である。凝縮器２３は、冷却水配管２１に設けられており、燃料電池１１の空気排出口１１Ｄに接続される配管に沿わされて配されている。この凝縮器２３は、カソード排出物を介して燃料電池１１で発生した熱を受け取っている。凝縮器２３においてカソード排出物から受け取った熱は、冷却水配管２１を流れる冷却水によって冷却水タンク２４に移送される。
【００２８】
冷却水タンク２４は、冷却水を貯蔵するタンクである。この冷却水タンク２４は、冷却水配管２１に設けられており、冷却水の流れ方向を基準として、凝縮器２３の下流側に配されている。この冷却水タンク２４には、凝縮器２３を通過して比較的高温に上昇した冷却水が供給されている。
【００２９】
ラジエータ２５は、比較的高温に上昇した冷却水を冷却するために設けられている。このラジエータ２５は、冷却水配管２１に設けられており、冷却水の流れ方向を基準として、凝縮器２３の上流側であって、冷却水タンク２４の下流側に配されている。ラジエータ冷却ファン２６は、ラジエータ２５とシステム筐体１２の排気孔１２１との間に、ラジエータ２５のコア面及び排気孔１２１に面して配されている。ラジエータ冷却ファン２６は、排気孔１２１を通じてシステム筐体１２の内側から外側へ送風することにより、ラジエータ２５を冷却する。
【００３０】
バッテリ３０は、発電要素（不図示）がバッテリ筐体３１に収容された直流電源である。バッテリ３０は、図２に示すように、燃料電池システム１０のシステム筐体１２上に配置されている。バッテリ３０としては、例えば、鉛電池、ニカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の２次電池を用いることができる。本実施形態において、バッテリ３０は、燃料電池１１の起動時の駆動電源として用いられている。なお、特にこれに限定されず、バッテリ３０は、フォークリフト１００のモータ等の駆動源１０１に対する電源として用いてもよいし、燃料電池１１の起動時の駆動電源及びフォークリフト１００のモータ等の駆動源１０１に対する電源として併用してもよい。
【００３１】
このようなバッテリ３０には、予め運用温度範囲が設定されている。例えば、鉛電池の場合、運用温度範囲の下限温度は例えば０℃であり、上限温度は例えば５０℃である。また、ニカド電池、ニッケル水素電池、及びリチウムイオン電池の場合、運用温度範囲の下限値は例えば０℃であり、上限温度は例えば４５℃である。バッテリ３０を動作させる場合、バッテリ３０の温度がこの運用温度範囲内に維持されていることが好ましい。ここで、バッテリ３０の温度が運用温度範囲の下限値よりも高い場合、バッテリ３０の容量の低下をより確実に抑制できるため好ましい。また、バッテリ３０の温度が運用温度範囲の上限値よりも低い場合、バッテリ３０を構成する材料が熱により劣化することをより確実に抑制できるため好ましい。
【００３２】
ヒートパイプ４０は、その内部に封入された作動流体によって熱を移動させる熱伝達素子であり、図３に示すように、燃料電池システム１０内部とバッテリ３０とを熱的に接続している。また、本実施形態のヒートパイプ４０は、可変コンダクタンス型のヒートパイプであり、断面円形状の密閉された金属製の容器を有し、その内部に不凝縮性ガスと作動流体とが封入されている。
【００３３】
このようなヒートパイプ４０では、作動状態において、その内部で不凝縮性ガスと作動流体とが界面を隔ててバランスしており、ヒートパイプ４０への入熱量や不凝縮性ガスの温度に応じてこの界面が移動し、燃料電池システム１０内部からバッテリ３０への熱移動のＯＮ／ＯＦＦが切り替わる。
【００３４】
この熱移動のＯＮ／ＯＦＦが切り替わる温度（以下、ヒートパイプ４０の作動温度とも言う。）は、ヒートパイプ４０に封入される不凝縮性ガスの種類や量、凝縮部４２（後述）の容量等によって任意の温度に設定できる。本実施形態では、ヒートパイプ４０の作動温度をバッテリ３０の温度を基準に設定している。具体的には、バッテリ３０の温度が所定の第１の温度以下の場合に、ヒートパイプ４０による燃料電池システム１０内部からバッテリ３０への熱の移動が行われ、バッテリ３０の温度が第１の温度よりも高い場合に、ヒートパイプ４０による燃料電池システム１０内部からバッテリ３０への熱の移動の抑制が開始するように、ヒートパイプ４０の作動温度を設定している。この所定の第１の温度としては、バッテリ３０の運用温度範囲内の所定の温度とすることが好ましく、例えば３０℃とすることができる。
【００３５】
なお、不凝縮性ガスとしては、アルゴン等を用いることができる。作動流体としては、特に限定されないが、使用可能な最低温度で凍結しない凝固点を有する材料が用いられ、例えば、水やアルコール等を用いることができる。
【００３６】
ヒートパイプ４０は、図４に示すように、蒸発部４１と、凝縮部４２と、断熱部４３と、貯蔵部４４とを含んでいる。蒸発部４１は、ヒートパイプ４０の一端側に位置する所定の長さ部分である。凝縮部４２は、ヒートパイプ４０の他端側に位置する所定の長さ部分である。断熱部４３は、蒸発部４１と凝縮部４２とを連通しており、蒸発部４１と凝縮部４２とを熱的に接続している。貯蔵部４４は、不凝縮性ガスを貯蔵する部分であり、凝縮部４２が位置する側のヒートパイプ４０の端部に設けられている。貯蔵部４４は、ヒートパイプ４０の動作に応じて凝縮部４２に向けて不凝縮性ガスを放出したり、凝縮部４２から不凝縮性ガスを受け取ったりしている。
【００３７】
本実施形態の電力供給装置１には、図５に示すように、３本のヒートパイプ４０が設けられている。ここで、３本のヒートパイプ４０のうち、真ん中のヒートパイプは、Ｚ方向に対して略直線状に延在しており、貯蔵部４４が凝集部４２の上端に位置するように配されている。また、両端の２本のヒートパイプ４０は、それぞれ熱拡散体５０の領域内の一部において、上述した真ん中のヒートパイプ４０に対して鋭角をなす方向（図５における略斜め方向）に沿って略直線状に屈曲しており、この屈曲された凝集部４２の両端部には、Ｚ方向に延在した２つの略直線状の凝集部４２がそれぞれ連通されて設けられている。なお、左右のヒートパイプ４０は、それぞれ貯蔵部４４がＺ方向に延在した略直線状の凝集部４２の上端に位置するように配されている。また、上記の３本のヒートパイプ４０は、上述した構成においてＸ方向に沿って並列されている。なお、ヒートパイプ４０の数量や配置は、特に上述に限定されない。
【００３８】
それぞれのヒートパイプ４０は、システム筐体１２の上面を貫通しており、システム筐体１２の内部にヒートパイプ４０の蒸発部４１が配され、システム筐体１２の外部にヒートパイプ４０の凝縮部４２が配されている。それぞれのヒートパイプ４０の蒸発部４１は、燃料電池システム１０内部（具体的には、冷却ユニット２０の冷却水タンク２４）と熱的に接続され、それぞれのヒートパイプ４０の凝縮部４２は、熱拡散体５０を介してバッテリ３０と熱的に接続されている。
【００３９】
さらに、それぞれのヒートパイプ４０は、冷却水タンク２４の上面を貫通して冷却水タンク２４の内部まで延びている。それぞれのヒートパイプ４０の蒸発部４１は、冷却水タンク２４に貯蔵された冷却水の液面よりも低い位置に配置されている。それぞれのヒートパイプ４０の蒸発部４１では、燃料電池１１で発生し、冷却水タンク２４に蓄積された熱によって、作動流体の温度が上昇し、液体から気体への相転移が生じることで、作動流体が液体から気体に変化している。
【００４０】
それぞれのヒートパイプ４０の凝縮部４２は、熱拡散体５０を介してバッテリ筐体３１の側面に沿うように配されている。それぞれのヒートパイプ４０の凝縮部４２では、断熱部４３を介して蒸発部４１から供給される蒸発した作動流体が放熱することにより、作動流体の温度が低下し、気体から液体への相転移が生じることで、作動流体が気体から液体に変化するようになる。
【００４１】
冷却水タンク２４内に複数の蒸発部４１を収容させるため、複数の蒸発部４１は互いに集合させられている。一方、バッテリ３０全体もしくは、バッテリ筐体３１の各面のうち、ヒートパイプ４０と対向しているバッテリ筐体３１の側面に対してより一層均一に熱を放出するため、複数の凝縮部４２は、互いに間隔を広く空けた状態でバッテリ３０の側面に配されている。この場合、隣り合う蒸発部４１同士の間の間隔Ｐ１は、隣り合う貯蔵部４４同士の間の間隔Ｐ２に比べて狭くなっている。ここで、確認的に、上述した３本のヒートパイプ４０の構成を換言すると、並列された複数のヒートパイプ４０のうち両端に位置する２本は、蒸発部４１に接近するに従い、並列された複数のヒートパイプ４０のうち中心に位置する１本に接近するように屈曲する部分を有する。
【００４２】
熱拡散体５０は、ヒートスプレッタであり、銅やアルミニウム等の金属材料で形成される矩形平板状の部材である。この熱拡散体５０は、図６に示すように、バッテリ筐体３１の側面に取り付けられている。それぞれのヒートパイプ４０は、熱拡散体５０に設けられた貫通孔５１内に挿通されている。なお、上述した両端のヒートパイプ４０を挿通し得る貫通孔５１については、その全体の外形が熱拡散体５０の領域内に設けられた上述の凝集部４２の外形に沿って設けられている。また、ヒートパイプ４０の凝縮部４２は、貫通孔５１の内面と接触している。
【００４３】
以下に、本実施形態の電力供給装置１の作用を説明する。
【００４４】
電力供給装置１において、燃料電池システム１０を起動させると、液体燃料が燃料電池１１のアノードに供給され、空気が燃料電池１１のカソードに供給され、上記（１）及び（２）式に示す酸化還元反応により、燃料電池１１が発電する。
【００４５】
ここで、上記（１）式及び（２）式に示す化学反応は、発熱反応でもある。燃料電池１１で発生した熱は、カソード排出物を介して凝縮器２３で冷却水に伝達され、冷却水が燃料電池１１の運転温度（例えば、常温以上で８０℃近傍以下）近傍までに熱せられる。そして、この冷却水が冷却水タンク２４に送られて、冷却水タンク２４に熱が蓄積される。冷却水タンク２４に蓄積された熱は、冷却水タンク２４に貯蔵される冷却水中に配されたヒートパイプ４０の蒸発部４１に伝達される。この燃料電池１１→凝縮器２３→冷却水タンク２４→ヒートパイプ４０の蒸発部４１からなる熱の移動によって、ヒートパイプ４０内の作動流体が加熱され蒸発し、この蒸発に伴って潜熱（気化熱）がヒートパイプ４０に吸収される。そして、蒸発部４１において蒸発した作動流体がヒートパイプ４０内を拡散移動し、凝縮部４２に向かう作動流体の流れが生じる。
【００４６】
ヒートパイプ４０内には、不凝縮性ガスも封入されている。不凝縮性ガスは、凝縮部４２に向かう作動流体の流れによってヒートパイプ４０の凝縮部４２側の端部に吹き寄せられる。これによって、ヒートパイプ４０内において蒸発部４１側に充満する作動流体と凝縮部４２側に充満する不凝縮性ガスとが互いに界面を隔ててバランスを取りながら共存する。そして、ヒートパイプ４０の温度が作動温度となって、熱移動がＯＦＦからＯＮに切り替わったときに、作動流体が凝縮部４２に到達し、作動流体が冷却され凝縮する。この凝縮に伴って潜熱（凝縮熱）が放出され、凝縮部４２からバッテリ３０に対する放熱が行われる。
【００４７】
ここで、本実施形態では、バッテリ３０の温度を基準として、ヒートパイプ４０による冷却水タンク２４からバッテリ３０への熱移動のＯＮ／ＯＦＦを切り替えており、具体的には、バッテリ３０の温度が所定の第１の温度以下の場合に、ヒートパイプ４０による燃料電池システム１０内部からバッテリ３０への熱の移動が行われ、バッテリ３０の温度が第１の温度よりも高い場合に、ヒートパイプ４０による燃料電池システム１０内部からバッテリ３０への熱の移動の抑制を開始するように設定している。
【００４８】
このため、バッテリ３０の温度が所定の第１の温度近傍に収束するように、ヒートパイプ４０による熱移動が自律的に実施される。このような所定の第１の温度をバッテリ３０の運用温度範囲内の所定の温度とした場合、低温環境（例えば、１０℃以下）においても、バッテリ３０の温度が運用温度範囲内に保持されるので、バッテリ３０が低温状態とならず、バッテリ３０の容量低下を抑制することができる。また、蒸発部４１への熱の移動量が大きく、バッテリ３０の温度が上がり過ぎるおそれがある場合には、バッテリ３０に対する熱の移動の抑制が開始されるため、バッテリ３０の温度の上がり過ぎによるバッテリ３０の信頼性低下を抑制することができる。また、燃料電池１１で発生した熱を利用することで、バッテリ３０や燃料電池１１からの電力を消費することなく、バッテリ３０の加熱が行われるので、電力供給装置１の連続稼働時間の短縮化を防ぐことができる。
【００４９】
また、本実施形態では、燃料電池１１として、例えば常温以上８０℃近傍以下と比較的低温で動作する燃料電池を用いている。このため、燃料電池１１の運転温度は、例えば６００℃以上と比較的高温で動作する固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）と比較して、低く設定されている。これにより、燃料電池１１を搭載する電力供給装置１０が比較的高温になり難くなるため、車両の駆動用電源、空調設備用電源、又は非常用電源等の外部電源に電力供給装置１０を適用した場合に、当該外部電源において高温に起因する問題が起こり難くなる。この結果、電力供給装置１０を適用した外部電源を比較的安全に用いることができる。なお、本実施形態では、バッテリ３０の運用温度も５０℃以下と比較的低温に設定されており、例えば、３００℃と比較的高温で運用されるＮＡＳ電池と比較して、バッテリ３０の運用温度が低く設定されている。これによって、バッテリ３０を備える電力供給装置１０が比較的高温になり難くなるため、車両の駆動用電源、空調設備用電源、又は非常用電源等の外部電源に電力供給装置１０を適用した場合に、当該外部電源において高温に起因する問題が起こり難くなる。この結果、電力供給装置１０を適用した外部電源を比較的安全に用いることができる。
【００５０】
また、上述した通り、燃料電池１１で発生した熱は、カソード排出物を介して凝縮器２３で冷却水に伝達され、冷却水が燃料電池１１の運転温度（例えば、常温以上で８０℃以下）近傍までに熱せられる。そして、この冷却水が冷却水タンク２４に送られるので、冷却水タンク２４は熱が蓄積されやすい状態になり得る。そこで、本実施形態では、ヒートパイプ４０の蒸発部４１を冷却水タンク２４に貯蔵された冷却水の液面よりも低い位置に配置している。これにより、燃料電池１１で発生した熱が蓄積され易い冷却水タンク２４からヒートパイプ４０の蒸発部４１に直接熱を移動させることができるので、冷却ユニット２０からバッテリ３０に向けた熱の移動を効率的に行うことができる。また、本実施形態では、ヒートパイプ４０の蒸発部４１を冷却水タンク２４に貯蔵された冷却水の液面よりも低い位置に配置している為、ヒートパイプ４０の蒸発部４１が冷却水に直接浸される様になる。このため、冷却水を通じてヒートパイプ４０の蒸発部４１に直接伝熱することが可能となることから、冷却ユニット２０からバッテリ３０に向けた熱の移動を効率的に行うことができる。
【００５１】
また、本実施形態では、ヒートパイプ４０の凝縮部４２は熱拡散体５０を介してバッテリ３０に熱的に接続されている。これにより、ヒートパイプ４０の凝縮部４２とバッテリ３０との間の伝熱面積が増大するので、ヒートパイプ４０の凝縮部４２からバッテリ３０への熱の移動量を増大させることができる。これによって、ヒートパイプ４０の凝縮部４２での作動流体の凝縮が促進されるので、バッテリ３０に向けた熱の移動を効率的に行うことができる。
【００５２】
本実施形態における「電力供給装置１」が本発明における「電力供給装置」の一例に相当し、本実施形態における「燃料電池１１」が本発明における「燃料電池」の一例に相当し、本実施形態における「バッテリ３０」が本発明における「バッテリ」の一例に相当し、本実施形態における「冷却ユニット２０」が本発明における「冷却ユニット」の一例に相当し、本実施形態における「凝縮器２３」が本発明における「熱交換器」の一例に相当し、本実施形態における「ヒートパイプ４０」が本発明における「ヒートパイプ」の一例に相当し、本実施形態における「冷却水配管２１」が本発明における「冷却水配管」の一例に相当し、本実施形態における「冷却水タンク２４」が本発明における「冷却水タンク」の一例に相当し、本実施形態における「熱拡散体」が本発明における「熱拡散体」の一例に相当する。
【００５３】
図７は本発明の他の実施の形態に係る電力供給装置を斜め上方から視た斜視図、図８は本発明の他の実施の形態に係る電力供給装置を示すブロック図である。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。
【００５４】
図７及び図８に示す電力供給装置１Ｂは、システム筐体１２の側面に取り付けられた受熱体６０を備えている。この受熱体６０は、フィンであり、銅やアルミニウム等の金属材料で形成されている。受熱体６０の構造は、特に限定されず、公知のフィンに採用される構造を用いることができる。このような受熱体６０は、システム筐体１２の排気孔１２１に面しており、この排気孔１２１を介してラジエータ冷却ファン２６に対向するように配されている。なお、この排気孔１２１や受熱体６０は、燃料電池システム１０の冷却ユニット２０の構成の一部であってもよい。
【００５５】
それぞれのヒートパイプ４０Ｂの蒸発部４１Ｂは、システム筐体１２の外部に位置しており、受熱体６０を介して燃料電池１０内部と熱的に接続されている。なお、「蒸発部４１Ｂが受熱体６０を介して燃料電池１０内部と熱的に接続されている」とは、燃料電池１１で発生した熱が受熱体６０を介して蒸発部４１Ｂに到達して、蒸発部４１Ｂに取り込まれることを言い、より具体的には、燃料電池１１で発生した熱がラジエータ冷却ファン２６によって燃料電池システム１０の内部から外部に放出され、受熱体６０を介して蒸発部４１Ｂに到達して、蒸発部４１Ｂに取り込まれることを言う。それぞれのヒートパイプ４０Ｂは、受熱体６０に設けられた貫通孔に挿通されており、ヒートパイプ４０Ｂの蒸発部４１Ｂが受熱体６０の貫通孔の内面と接触している。なお、本実施形態では、上述の実施形態のように冷却水タンク２４内にヒートパイプ４０Ｂの蒸発部４１を必ずしも集合させる必要がないため、それぞれのヒートパイプ４０Ｂは、Ｚ方向に沿って直線状に延在する形状とされている。
【００５６】
本実施形態では、排気孔１２１を介して、ラジエータ冷却ファン２６の排気（温風）が受熱体６０に吹き付けられている。この場合、燃料電池１１→凝縮器２３→ラジエータ２５→ラジエータ冷却ファン２６→受熱体６０→ヒートパイプ４０Ｂの蒸発部４１Ｂからなる熱の移動によって、ヒートパイプ４０Ｂ内の作動流体が加熱され蒸発する。これによって、ヒートパイプ４０Ｂ内に燃料電池１１で生じた熱が吸収される。
【００５７】
この場合に、本実施形態では、蒸発部４１Ｂに比べて広い伝熱面積を有する受熱体６０を介して、ラジエータ冷却ファン２６からヒートパイプ４０Ｂの蒸発部４１Ｂへの熱の移動を行っており、これによって、ラジエータ冷却ファン２６からヒートパイプ４０Ｂの蒸発部４１Ｂへの熱の移動量を増大させることができる。この結果、ヒートパイプ４０Ｂの蒸発部４１Ｂでの作動流体の蒸発が促進されるので、バッテリ３０に向けた熱の移動を効率的に行うことができる。
【００５８】
そして、蒸発した作動流体が凝縮部４２に到達することで、上述の実施形態と同様、凝縮部４２からバッテリ３０に対する放熱が行われる。
【００５９】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００６０】
たとえば、上記実施形態の燃料電池システム１０は、燃料電池１１としてダイレクトメタノール型の燃料電池を備えるが、燃料電池としては、ダイレクトエタノール型等の他のダイレクトアルコール型の燃料電池や、その他の燃料を直接供給する形式の燃料電池も採用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１…電力供給装置
１０…燃料電池システム
１１…燃料電池
１１１…発電セル
１１２…集電体
１１３…エンドプレート
１１Ａ…燃料供給口
１１Ｂ…空気供給口
１１Ｃ…燃料排出口
１１Ｄ…空気排出口
１２…システム筐体
１２１…排気孔
１３…燃料タンク
１４…燃料ポンプ
１５…ブロワ
１６…気液分離器
１７…外部燃料タンク
１８…外部燃料ポンプ
２０…冷却ユニット
２１…冷却水配管
２２…冷却水ポンプ
２３…凝縮器
２４…冷却水タンク
２５…ラジエータ
２６…ラジエータ冷却ファン
３０…バッテリ
３１…バッテリ筐体
４０…ヒートパイプ
４１…蒸発部
４２…凝縮部
４３…断熱部
４４…貯蔵部
５０…熱拡散体
５１…貫通孔
６０…受熱体
１００…フォークリフト
１０１…駆動源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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