(57)【要約】【課題】燃料電池システムのレイアウト性の向上と軽量化及び低価格化を図る。【解決手段】燃料を高圧の状態で貯蔵する高圧タンク２と、高圧タンクから供給された燃料ガスを用いて発電する燃料電池１とを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの運転状態を制御する電気的制御モジュール５を備え、電気的制御モジュールを前記高圧タンクの内側空間に設けたことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスまたは液体の燃料を高圧の状態で貯蔵する高圧タンクと、
高圧タンクから供給された燃料を用いて発電する燃料電池とを備えた燃料電池システムにおいて、
燃料電池システムの運転状態を制御する電気的制御モジュールを備え、
前記電気的制御モジュールを前記高圧タンクの内側空間に設けたことを特徴とする燃料電池システムの冷却装置。
【請求項２】
前記高圧タンクの内壁を熱伝導率の高い材料で構成し、
この高圧タンク内壁面に前記電気的制御モジュールを固定し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の冷却装置。
【請求項３】
前記高圧タンクに一体的に構成され、熱伝導率の高い材料で構成した箱状の部材と、
燃料電池に供給される燃料の流量を制御する制御弁とを備え、
前記箱状の部材の中に前記制御弁を収装することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システムの冷却装置。
【請求項４】
前記高圧タンクを貫通する部材を備え、
この貫通部材に前記電気的制御モジュールを固定し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の冷却装置。
【請求項５】
前記貫通部材の内部に前記制御弁と前記燃料を流通させる配管とを設けたことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池の冷却システム。
【請求項６】
前記貫通部材の一部に中空部を設け、前記貫通部材の中空部に前記電気的制御モジュールを設けたことを特徴とする請求項４または５に記載の燃料電池の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムの冷却装置、特に電気的制御モジュールを備えた燃料電池システムの冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発熱を伴う電気的制御モジュール（以下、モジュールという。）を備えた電子機器において、モジュールの冷却構造を電子機器の支持構造やコネクタとしても使用し、取り扱いの容易化や機器構成の簡素化を図る技術がある（特許文献１参照。）。この技術に用いられている冷却システムは、冷却用タンク、冷媒の循環器及び熱交換器とを備え、モジュールを設置する電子機器の構造体へ冷媒を循環させて冷却する。
【０００３】
また、モータを駆動源として走行する電気自動車は、駆動モータに電力を供給するための燃料電池と燃料ガスとしての高圧水素を貯蔵する高圧容器と駆動モータを稼動するために出力の大きいモジュールを搭載する。駆動モータの稼動によりモジュールは発熱するため、モジュールが許容温度を越えないように冷却する冷却システムが必要となる。この冷却システムは、モジュールを設置する箱体に冷媒を循環させて冷却する技術がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２０４０８０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来冷却システムにおいては、冷媒用ポンプとその駆動モータ、さらにモータ用の制御機器と冷媒の熱交換器と冷媒循環用配管が必要となり、冷却システムを構成する部品点数が多くなり、構成が複雑となってレイアウトが困難となるとともに重量及びコストが増加するという問題がある。
【０００６】
したがって、本発明においては、上記の技術的課題を鑑みて、構成を簡略化する電子機器の冷却システムを提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料ガス用の高圧タンクと、燃料ガスを発電に供する燃料電池とを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの運転状態を制御する電気的制御モジュールを前記高圧タンク内に設ける。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、電気的制御モジュールを高圧タンク内に設けることで、燃料電池に燃料が供給されることにより高圧タンク内の残留燃料が断熱膨張して温度が低下し、この温度が低温となった燃料を電気的制御モジュールと熱交換することにより電気的制御モジュールの温度を所定温度に制御することができる。このため、電気的制御モジュールの冷却のための熱交換器や冷媒の配管等を廃止でき、燃料電池システムのレイアウト自由度が高まるとともに、軽量化や低価格化を図ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の燃料電池システムの冷却装置の構成を説明する図である。
【００１０】
燃料電池システムは、燃料電池１と、燃料電池の水素極に供給する水素（燃料ガス）を貯蔵する高圧タンク２と、燃料電池１の酸素極に酸素を供給するためのコンプレッサ３と、コンプレッサ３を駆動するモータ４と、モータ４を運転するためのインバータ（主たる電気的制御モジュール）５とを備える。高圧タンク２には熱伝導性に優れた材料で構成された箱状の部材２ａが一体的に形成され、この箱状部材の内部に燃料電池１への水素供給量を制御するための制御弁６が設けられている。さらに本発明の特徴的な構成として、インバータ５は高圧タンク２内の内壁面に固定される。なお、高圧タンク２の内壁は熱伝導性のよい材料で構成される。また、制御弁６を高圧タンク２に一体的に構成してもよい。さらに高圧タンク２に燃料ガスを貯蔵する実施形態を説明したが、ガスに限らず液体の燃料を高圧で貯蔵するようにしてもよい。
【００１１】
燃料電池１の要求発電量に応じて燃料電池１に供給する水素量及び空気量を制御するためのコントローラ２０が設置され、コントローラ２０は要求発電量に応じて制御弁６の開度およびモータ４の回転速度を制御する。
【００１２】
このように構成され、水素と酸素を供給された燃料電池１は発電し、発電した電力を図示しない燃料電池車両の駆動源やバッテリに供給する。発電後に排出される水素と酸素のうち一部の水素は再び発電に供されるようにしてもよい。
【００１３】
燃料電池１に水素を供給するために高圧タンク２に設置された制御弁６を所定開度開放するとともに、酸素を供給するためにコンプレッサ３を駆動させる。このとき制御弁６を開放することで制御弁６の出口側で水素が減圧、膨張し、水素の温度が低下し、温度の低下した水素が制御弁６の温度を低下させる。また、燃料電池１に水素を供給することにより、高圧タンク内が減圧し、断熱膨張により高圧タンク２内の水素の温度が低下する。
【００１４】
また、空気を供給するコンプレッサ３を運転させるためにモータ４を駆動させるとインバータ５が発熱、昇温する。インバータ５は許容温度内に温度制御しないと劣化し、耐久性が著しく低下するため、許容温度に制御する必要がある。
【００１５】
本発明は、インバータ５の温度制御を温度低下した高圧タンク２内の水素を利用して行うことを特徴とする。具体的には、前述した降温した制御弁６から伝熱して低温となった高圧タンク２の壁面が高温のインバータ５の熱を奪い、冷却する。さらに前述したように燃料電池１に水素を供給することによる高圧タンク２内の水素の温度が低下することにより高圧タンク２の内壁面が低温となり、この熱がインバータ５に伝熱されて高温のインバータ５を冷却する。さらには低温となった水素が直接インバータ５に接触することにより、インバータ５の熱を奪い、インバータ５を冷却する。
【００１６】
コントローラ２０は、前述のような温度制御によりインバータ５の温度を所定温度範囲に制御する。このとき、インバータ５の温度が所定温度を越える場合には、燃料電池１の発電量に関わらず、インバータ５の温度制御を優先して制御弁６の開度を制御するようにしてもよい。
【００１７】
このように、水素を貯蔵する高圧タンク２内に電気的制御モジュールとしてのインバータ５を設置するため、燃料電池１に水素を供給することで高圧タンク２内で減圧化した水素が温度低下することを用いて、昇温したインバータ５の冷却を行うことができる。したがって、インバータ５の冷却のための熱交換器や冷媒用配管等の構成を必要とすることがなく、冷却システムの構成を簡略化することができる。これにより、燃料電池システムのレイアウト自由度が高まるとともに、冷却システムの簡略化により重量やコストの低減を図ることができる。
【００１８】
図２は、第２の実施形態の構成を示す構成図である。この実施形態では、高圧タンク２を長軸方向に貫通する円筒部材７を設け、この円筒部材７にインバータ５を設置したことを特徴とする。さらに円筒部材７にはその内部に燃料電池に水素を供給する配管８と、その配管８に設置され、燃料電池に供給される水素の流量を制御する制御弁６とが設置され、またその外壁にインバータ５の熱を放熱するための複数のフィン９が設けられている。なお、円筒部材７は熱伝導性に優れた材料で構成される。
【００１９】
このような構成により、高圧タンク５から排出される水素が断熱膨張することにより最も低温となる制御弁６をインバータの近傍に設置することが可能となり、インバータ６の冷却効率を向上することができる。さらに円筒部材７に放熱用のフィン９を設けたため、さらに冷却効率を向上できる。
【００２０】
図３は、第３の実施形態の構成を示す構成図である。この実施形態は第２の実施形態の円筒部材７の一部に中空部１０を設け、この中空部１０にインバータ５を設置した実施形態である。インバータ５を円筒部材７の内部に収装することで、インバータ５に高圧が作用することがなく、インバータ５の構成を簡素化することができ、軽量化や低コスト化を図ることができる。
【００２１】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、具体的にはインバータ以外の構成部品の冷却を実施してもよく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池システムの構成図である。
【図２】第２の実施形態の燃料電池システムの構成図である。
【図３】第３の実施形態の燃料電池システムの構成図である。
【符号の説明】
１  燃料電池
２  高圧タンク
３  コンプレッサ
４  モータ
５  インバータ
６  制御弁
７  円筒部材
８  配管
９  フィン
１０  中空部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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