(57)【要約】【課題】  スタックに対する冷却効率を向上させることができる燃料電池用冷却装置、及びこれを採用した燃料電池システムを提供する。【解決手段】  電気発生部を内蔵するハウジングと、前記ハウジングに連結設置されて前記電気発生部に冷却媒体を提供する冷却媒体供給部とを含む。ここで、ハウジングは、前記電気発生部を収容する収容空間を有するボディーと、このボディーより延長形成され、前記電気発生部を通過する冷却媒体を収集するためのガイド部と、前記ガイド部より延長形成され、前記冷却媒体を前記ハウジングの外部に排出させる排出部とを含む。【選択図】  図３
2005209630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気発生部を内蔵する収容空間に冷却媒体を提供してこの電気発生部で発生する熱を冷却させ、前記電気発生部を通過する前記冷却媒体をガイドして前記収容空間外部に排出させる燃料電池用冷却装置。
【請求項２】
前記冷却媒体が空気であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用冷却装置。
【請求項３】
電気発生部を内蔵するハウジング；及び
前記ハウジングに連結設置されて前記電気発生部に冷却媒体を提供する冷却媒体供給部；を含み、
前記ハウジングは、前記電気発生部を収容する収容空間を有するボディーと、このボディーより延長形成され、前記電気発生部を通過する冷却媒体を収集するためのガイド部と、前記ガイド部より延長形成され、前記冷却媒体を前記ハウジングの外部に排出させる排出部とを含む燃料電池用冷却装置。
【請求項４】
前記電気発生部が前記収容空間に複数に備えられ、前記冷却媒体は、前記電気発生部の間に備えられる冷却通路に沿って流動することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用冷却装置。
【請求項５】
前記冷却媒体供給部は、空気を吸入してこの空気を前記収容空間に噴出させるファンからなることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用冷却装置。
【請求項６】
前記ガイド部は、前記排出部側に行くほど次第に小さくなる内径を有するファンネルで形成されることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用冷却装置。
【請求項７】
水素と酸素の反応によって電気エネルギーを発生させる電気発生部；
前記水素を電気発生部に供給する燃料供給源；
システムの初期起動時、前記酸素を前記電気発生部に供給するメイン酸素供給源；
前記電気発生部に冷却媒体を提供し、この電気発生部で発生する熱を冷却させる冷却装置；及び
前記電気発生部を通過しながら温められた冷却媒体を回収し、この冷却媒体を前記電気発生部に供給するサブ酸素供給源；
を含む燃料電池システム。
【請求項８】
前記電気発生部は、膜−電極アセンブリーと、この膜−電極アセンブリーを中心にしてその両面に密着配置されるセパレータとを含み、
前記システムは前記電気発生部を複数に備えて、これら電気発生部の集合体構造によるスタックを有することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記スタックは、互いに隣接する前記電気発生部の間で前記冷却媒体を通過させる冷却通路を形成することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記冷却通路は、前記セパレータの一つの面とこのセパレータに隣接した他のセパレータの一つの面とが接する部位に形成されることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記冷却通路は、前記セパレータが接する各々の面に形成されたチャンネルが合体されて形成されることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記冷却通路が、前記電気発生部の間に位置する冷却プレート上に形成されることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記冷却装置は、
前記スタックを収容する収容空間を有するハウジング；及び
前記ハウジングに連結設置されて前記収容空間に冷却媒体を供給する冷媒供給部；を含むことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記ハウジングは、
前記収容空間を有するボディー；
前記ボディーより延長形成され、前記スタックを通過する前記冷却媒体を収集するためのガイド部；及び
前記ガイド部より延長形成され、前記冷却媒体を前記ハウジングの外部に排出させる排出部；
を含むことを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記ガイド部は、前記排出部側に行くほど次第に小さくなる内径を有するファンネルで形成されることを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記冷却媒体供給部は、空気を吸入してこの空気を前記収容空間に噴出させるファンからなることを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記燃料供給源は、
前記燃料を保存する燃料タンク；及び
前記燃料タンクに連結設置されて前記燃料を排出させるポンプ；を含むことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記燃料供給源は、
前記燃料タンクから燃料を受けて水素ガスを発生させ、この水素ガスを前記電気発生部に供給する改質器を含むことを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
前記メイン酸素供給源は、空気を吸入してこの空気を前記電気発生部に供給する空気ポンプを含むことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項２０】
前記サブ酸素供給源は、
前記ハウジングの排出部に連結設置されてこの排出部を通じて排出される前記冷却媒体を吸入し、この冷却媒体を前記電気発生部に供給するポンプを含むことを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池システム。
【請求項２１】
前記ポンプは、前記冷却媒体を吸入する吸入部と、前記冷却媒体を排出させる排出部とを含むことを特徴とする請求項２０に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムに係り、より詳しくは、燃料電池用スタックの冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
公知のように、燃料電池（Fuel Cell）は、メタノール、エタノール、天然ガスのような炭化水素系列の物質内に含まれている水素と酸素との電気化学的な反応によって電気エネルギーを発生させる発電システムである。
【０００３】
このような燃料電池において、近来開発されている高分子電解質型燃料電池（Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell：以下、便宜上ＰＥＭＦＣとする）は、出力特性が優れており作動温度が低く、同時に迅速な始動及び応答特性を有し、自動車のような移動用電源はもちろん、住宅、公共建物のような分散用電源、及び電子機器用小型電源など、その応用範囲が広いという長所を有する。
【０００４】
前記のようなＰＥＭＦＣ方式を採用した燃料電池システムは、スタック（stack）、改質器（reformer）、燃料タンク、及び燃料ポンプなどを備える。前記スタックは複数の単位セルからなる電気発生集合体を形成し、前記燃料ポンプは燃料タンク内の燃料を改質器に供給する。前記改質器は燃料を改質して水素ガスを発生させ、この水素ガスをスタックに供給する。
【０００５】
前記システムは、燃料ポンプの作動で燃料タンク内の燃料を改質器に供給し、この改質器で燃料を改質して水素ガスを発生させる。そして、前記水素ガスをスタックに供給し、別途のポンプなどを通じて空気をスタックに供給する。そうなると、スタックでは前記水素ガス中の水素と空気中に含まれている酸素とを電気化学的に反応させ、電気エネルギーを発生させる。
【０００６】
このような燃料電池システムの前記スタックでは、水素と酸素の還元反応によって所定の温度を有する熱が発生するが、この熱がスタックの安定性及び性能を低下させる要因となっている。
【０００７】
また、従来の燃料電池システムは、スタックの適正な駆動温度を維持させるために、空気を所定の温度に予熱して前記スタックに供給するが、前記空気を予熱するに伴うエネルギーの消耗により、全体的なシステムの性能効率を落とす問題点が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は前述の問題点を勘案したものであって、スタックに対する冷却効率を向上させることができる燃料電池用冷却装置、及びこれを採用した燃料電池システムを提供する。
【０００９】
また、本発明は、スタックの冷却に用いられた冷却媒体のリサイクルを可能にする燃料電池システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、電気発生部を内蔵する収容空間に冷却媒体を提供してこの電気発生部で発生する熱を冷却させ、前記電気発生部を通過する前記冷却媒体をガイドして前記収容空間の外部に排出させることができる燃料電池用冷却装置を提供する。
【００１１】
本発明による燃料電池用冷却装置は、電気発生部を内蔵するハウジングと、前記ハウジングに連結設置され、前記電気発生部に冷却媒体を提供する冷却媒体供給部とを含む。ここで、ハウジングは、前記電気発生部を収容する収容空間を有するボディーと、このボディーより延長形成され、前記電気発生部を通過する冷却媒体を収集するためのガイド部と、前記ガイド部より延長形成され、前記冷却媒体を前記ハウジングの外部に排出させる排出部とを含む。
【００１２】
前記電気発生部は前記収容空間に複数に備えられ、前記冷却媒体は、前記電気発生部の間に備えられる冷却通路に沿って流動することができる。
【００１３】
前記冷却媒体供給部は、空気を吸入してこの空気を前記収容空間に噴出させるファンからなることができる。
【００１４】
前記ガイド部は、前記排出部側に行くほど次第に小さくなる内径を有するファンネルで形成されることができる。
【００１５】
また、本発明による燃料電池システムは、
水素と酸素の反応によって電気エネルギーを発生させる電気発生部と、前記水素を電気発生部に供給する燃料供給源と、システムの初期起動時に前記酸素を前記電気発生部に供給するメイン酸素供給源と、前記電気発生部に冷却媒体を提供して、この電気発生部で発生する熱を冷却させる冷却装置と、及び前記電気発生部を通過しながら温められた冷却媒体を回収し、この冷却媒体を前記電気発生部に供給するサブ酸素供給源とを含む。
【００１６】
前記電気発生部は、膜−電極アセンブリー（Membrane-Electrode Assembly：MEA）と、この膜−電極アセンブリーを中心にしてその両面に密着配置されるセパレータ（separator）とを含む。
【００１７】
前記システムは前記電気発生部を複数に備えて、これら電気発生部の集合体構造によるスタックを有することができる。
【００１８】
前記スタックは、互いに隣接する前記電気発生部の間に前記冷却媒体を通過させる冷却通路を形成することができる。
【００１９】
前記冷却通路は、前記セパレータの一つの面とこのセパレータに隣接した他のセパレータの一つの面とが接する部位に形成されることができ、この時、この冷却通路は、前記セパレータが接する各々の面に形成されたチャンネルが合体されて形成されることができる。
【００２０】
また、前記冷却通路は、前記電気発生部の間に位置する冷却プレート上に形成されることができる。
【００２１】
前記燃料供給源は、前記燃料を保存する燃料タンクと、前記燃料タンクに連結設置されて前記燃料を排出させるポンプとを含み、前記燃料タンクから燃料を受けて水素ガスを発生させ、この水素ガスを前記電気発生部に供給する改質器をさらに含むことができる。
【００２２】
前記メイン酸素供給源は、空気を吸入してこの空気を前記電気発生部に供給する空気ポンプを含む。
【００２３】
前記サブ酸素供給源は、前記ハウジングの排出部に連結設置されて、この排出部を通じて排出される前記冷却媒体を吸入し、この冷却媒体を前記電気発生部に供給するポンプを含み、このポンプは、前記冷却媒体を吸入する吸入部と、前記冷却媒体を排出させる排出部とを含む。
【発明の効果】
【００２４】
本発明による燃料電池用冷却装置及びこれを採用した燃料電池システムによれば、ハウジングの収容空間にスタックを内蔵させ、収容空間に冷却空気を供給して、スタックで発生する熱を冷却させることができるので、スタック全体にかけて温度の分布を均一にし、スタックの駆動温度を適正な水準に維持管理することができる。したがって、スタックの安定性を確保することはもちろん、スタック全体の性能効率を向上させる効果がある。
【００２５】
また、本発明によれば、スタックを冷却しながら温められた空気をこのスタックの電気生成に必要な酸素としてリサイクルすることができるので、スタックに空気を供給するポンプの容量を減らすことができる。さらに、スタックに供給される空気を別途に予熱する必要がないので、これによるエネルギーの損失も減らすことができる。したがって、システムの駆動に消耗される電力を減少させることができ、システム全体のエネルギー効率及び性能効率をさらに向上させる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な相違した形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態による燃料電池システムの全体的な構成を概略的に示したブロック図である。
【００２８】
この図面を参照して本発明による燃料電池システム１００を説明すれば、この燃料電池システム１００は、水素を含有した燃料を改質して水素ガスを発生させ、この水素ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）方式を採用している。
【００２９】
そして、前記燃料電池システム１００は、水素ガスと反応する酸化剤ガスとして別途の保存手段に保存された酸素ガスを用いることができ、酸素を含有している空気を用いることもできる。しかし、以下では後者を例に挙げて説明する。
【００３０】
前記燃料電池システム１００は基本的に、水素と酸素を電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの電気発生部１１と、水素を電気発生部１１に供給する燃料供給源３０と、システム１００の初期起動時に酸素を電気発生部１１に供給するメイン酸素供給源５０と、前記電気発生部１１に冷却媒体を提供して、この電気発生部１１で発生する熱を冷却させる冷却装置７０とを含む。
【００３１】
前記電気発生部１１は、燃料供給源３０から水素の供給を受け、後述のメイン酸素供給源５０又はサブ酸素供給源９０から酸素の供給を受けて、この水素と酸素の電気化学的な反応を通じて電気エネルギーを発生させる最小単位の燃料セルを構成する。
【００３２】
本実施形態の燃料電池システム１００は前述のような電気発生部１１を複数に備え、これらを連続配置することによって電気発生部１１の集合体構造であるスタック１０を形成する。
【００３３】
前記燃料供給源３０は、前述の液状の燃料を保存する燃料タンク３１と、所定のポンプ力によって前記燃料タンク３１に保存された燃料を排出させる燃料ポンプ３３と、前記燃料タンク３１から燃料を受けてこの燃料より水素ガスを発生させ、前記水素ガスをスタック１０の電気発生部１１に供給する改質器３５とを含む。
【００３４】
このような燃料供給源３０において前記改質器３５は、当業界で「燃料プロセッサ（fuel processor）」と称するものであって、燃料タンク３１とスタック１０に各々連結設置される。このような改質器３５は、熱エネルギーによる改質触媒反応、例えば、水蒸気改質、部分酸化又は自熱反応などの触媒反応を通じて前記燃料より水素ガスを発生させる改質反応部３６と、水性ガスシフト方法、選択的酸化方法などのような触媒反応又は分離膜を利用した水素の精製などのような方法で前記水素ガスに含まれている一酸化炭素の濃度を低減させる少なくとも一つの一酸化炭素低減部３７とを含む。ここで、前記改質器３５は通常のＰＥＭＦＣ方式の改質器で構成されることができるので、本明細書でその詳細な説明は省略する。
【００３５】
そして、本発明の燃料電池システム１００の初期起動時、スタック１０の電気発生部１１に酸素を供給するメイン酸素供給源５０は、空気を吸入してこの空気を前記電気発生部１１に排出させる第１空気ポンプ５１を含む。
【００３６】
一方、本発明による燃料電池システム１００は、前記燃料を直接スタック１０に供給して電気を生産することができる直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）方式を採用することもできる。
【００３７】
このような直接メタノール型燃料方式の燃料電池システムは、前記のような高分子電解質型燃料電池方式の燃料電池システムとは違って、図１に示した燃料供給源３０において燃料タンク３１と燃料ポンプ３３を備えるだけであって、改質器３５を必要としない。
【００３８】
以下では、高分子電解質型燃料電池方式を採用した燃料電池システム１００を例に挙げて説明する。
【００３９】
本発明において前述のスタック１０の実施形態を、添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００４０】
図２は、本発明の第１実施形態による燃料電池システム用スタックの構造を示した分解斜視図であり、図３は、図１に示した冷却装置部位を示した断面構成図である。
【００４１】
図面を参照すれば、本発明の燃料電池システム１００に適用されるスタック１０は、上述したように電気発生部１１の集合体構造からなるが、このような電気発生部１１は、膜−電極アセンブリー（Membrane-Electrode Assembly：以下、「ＭＥＡ」とする。）１２と、前記ＭＥＡ１２を中心にしてその両面に密着配置されるセパレータ（当業界では「バイポーラプレート（BipolarPlate）」ともいう。）１３とを含む。
【００４２】
前記ＭＥＡ１２は、一つの面にアノード電極が、他の一面にカソード電極（図示せず）が位置し、前記二つの電極の間に電解質膜（図示せず）が位置する構造からなる。ここで、前記アノード電極は、水素を酸化反応させて水素イオン（プロトン）と電子に変換させる機能をする。前記カソード電極は、アノード電極から移動した水素イオンと酸素を還元反応させて、所定の温度の熱と水分を発生させる機能をする。そして、前記電解質膜は、アノード電極で生成された水素イオンをカソード電極に移動させるイオン交換の機能をする。
【００４３】
前記セパレータ１３は、ＭＥＡ１２を隔ててこのＭＥＡ１２の両面に各々密着配置されて改質器３５より発生する水素ガスをＭＥＡ１２のアノード電極に供給し、空気をＭＥＡ１２のカソード電極に供給する機能の他、前記アノード電極とカソード電極を直列に連結させる伝導体の機能をする。
【００４４】
このようなスタック１０の最外縁部には、前記複数の電気発生部１１を密着させる別途の加圧プレート１５を設置することもできる。しかし、本発明によるスタックは前記加圧プレート１５を排除し、電気発生部１１の最外縁部に位置するセパレータ１３が前記加圧プレートの役割に代わるように構成することもできる。また、前記スタック１０は、加圧プレート１５が複数の電気発生部１１を密着させる機能の他、前述のセパレータ１３の固有な機能を有するように構成することもできる。
【００４５】
さらに、前記加圧プレート１５には、水素ガスを電気発生部１１に供給するための第１注入部１５ａと、空気を前記電気発生部１１に供給するための第２注入部１５ｂと、この電気発生部１１で反応して残った水素ガスを排出させるための第１排出部１５ｃと、前記電気発生部１１で水素と酸素の結合反応によって生成される水分、及び水素と反応して残った空気を排出させるための第２排出部１５ｄが形成される。この時、前記第１注入部１５ａは改質器３５の一酸化炭素低減部３７に連結設置され、前記第２注入部１５ｂは、メイン酸素供給源５０、及び後述のサブ酸素供給源９０に連結設置されることができる。
【００４６】
前記のように構成される本発明による燃料電池システム１００の作動時、前記電気発生部１１では前述の還元反応によって熱が発生する。この熱はＭＥＡ１２を乾燥させ、全体スタック１０の性能を低下させる要因となる虞がある。
【００４７】
したがって、前記燃料電池システム１００は冷却媒体をスタック１０全体に提供し、このスタック１０で発生する熱を冷却させる冷却装置７０を備えている。
【００４８】
本実施形態によれば、前記冷却装置７０は、スタック１０全体を収容するハウジング７１と、前記ハウジング７１の内部に冷却媒体を供給する冷媒供給部７７とを含む。本発明において、前記冷却媒体は液体状態の冷却水であることもできるが、気体状態であるのがより好ましい。したがって、自然状態で容易に取られ、スタック１０内部の温度より低い外部空気を冷却媒体として用いることができる。
【００４９】
前記ハウジング７１は、スタック１０を内蔵する収容空間を有しながら、この収容空間内でスタック１０を通過する空気、つまり、スタック１０で発生する熱を冷却させながら最初の冷媒供給部７７から供給される冷却空気より比較的高い温度に加熱された空気（以下、「暑い空気」とする）をガイドしてこれを集め、この暑い空気を前記収容空間の外部に排出させる構造を有する。
【００５０】
具体的に、ハウジング７１は、前記収容空間を有するボディー７１ａと、このボディー７１ａの一側に延長形成されて前記暑い空気をガイドするガイド部７１ｂと、このガイド部７１ｂの一側に延長形成されて前記暑い空気が前記ハウジング７１の外部に排出されるようにする排出部７１ｃを備える。
【００５１】
ここで、前記ボディー７１ａは、一定の大きさを有する円周形や四角柱形状に形成することができ、前記ガイド部７１ｂは、前記排出部７１ｃ側に行くほど次第に小さくなる内径を有するファンネル形状に形成される。この時、このファンネルの形状は、その断面が円形や四角形のような多角形を有する。
【００５２】
そして、前記ハウジング７１の収容空間に冷却空気を供給する冷却媒体供給部７７は、ハウジング７１のほぼ上端部分に設置されて所定の回転力で空気を吸入し、この空気をハウジング７１の収容空間に噴出させるファン７８を備える。代案として、前記冷却媒体供給部７７が前記のようなファンを備えることに限定されず、通常空気の送風が可能なポンプ又はブロアーなどを含むこともできる。
【００５３】
一方、前記スタック１０において互いに隣接する電気発生部１１の間には、冷却媒体供給部７７から供給される冷却空気を流通させるための冷却通路１７が形成される。
【００５４】
この冷却通路１７は、互いに隣接する電気発生部３０において、この電気発生部３０の各セパレータ１３が互いに密着する部位に形成されたチャンネル１７ａによって形成することができる。
【００５５】
つまり、前記冷却通路１７は、一つの電気発生部１１のセパレータ１３と、この電気発生部１１に隣接する他の一つの電気発生部１１のセパレータ１３とが互いに対向する形態で密着配置されながら、前記チャンネル１７ａが合体されることによって形成される。ここで、前記冷却通路１７は、前記セパレータ１３に対して冷却空気の流動方向に相応する方向、例えば垂直方向又は水平方向に形成することができ、それ以外の他の方向性を有する形態に形成することもできる。
【００５６】
図１及び図３を参照すれば、本発明による燃料電池システム１００は、初期起動後の正常運転時、前述のような冷却装置７０によってスタック１０で発生する熱を冷却させることにより、比較的高い温度に加熱された冷却媒体、つまり暑い空気を回収し、前記暑い空気をスタック１０の電気発生部１１に供給するサブ酸素供給源９０を含んでいる。ここで、前記サブ酸素供給源９０は、水素イオンと還元反応を起こす酸素を電気発生部１１のＭＥＡ１２に提供するためのものである。
【００５７】
このようなサブ酸素供給源９０は、ハウジング７１の排出部７１ｃを通じて排出される前記暑い空気を吸入し、この暑い空気を前記スタック１０の電気発生部１１に供給する第２空気ポンプ９１を含んで構成される。
【００５８】
ここで、前記第２空気ポンプ９１は、ハウジング７１の排出部７１ｃに連結設置されて前記暑い空気を吸入する吸入部９１ａと、スタック１０の第２注入部１５ｂに連結設置されて前記暑い空気を第２注入部１５ｂに排出させる第１排出部９１ｂとを形成している。さらに、前記第２空気ポンプ９１は、第１排出部９１ｂを通じてスタック１０の第２注入部１５ｂに供給される空気の量を調節するための第２排出部９１ｃを形成している。前記第２排出部９１ｃは、吸入部９１ａを通じて吸入される空気の一部を選択的に排出させて、第１排出部９１ｂを通じてスタック１０に供給される空気の量を実質的に調節する。
【００５９】
前記のように構成される本発明の実施形態による燃料電池システムの動作を詳細に説明する。
【００６０】
まず、本実施形態による燃料電池システム１００の初期起動時、燃料ポンプ３３を稼動させて燃料タンク３１に保存された燃料を排出させ、この燃料を改質器３５の改質反応部３６に供給する。そうすると、前記改質反応部３６では、改質触媒反応、例えば、水蒸気改質（Steam Reforming：ＳＲ）触媒反応を通じて前記燃料より水素ガスを発生させる。この時、前記改質反応部３６は前記のような改質触媒反応を完全に行うのが困難であるため、副生成物として一酸化炭素が微量含まれている水素ガスを発生させる。
【００６１】
次に、前記水素ガスを一酸化炭素低減部３７に供給する。そうすると、前記一酸化炭素低減部３７は、例えば、水性ガスシフト（Water-Gas Shift Reaction：ＷＧＳ）触媒反応又は選択的酸化（Preferential CO Oxidation：ＰＲＯＸ）触媒反応を通じて前記水素ガスに含まれている一酸化炭素の濃度を低減させ、この水素ガスをスタック１０の第１注入部１５ａに供給する。
【００６２】
このような過程を経る間、第１空気ポンプ５１を稼動させて空気をスタック１０の第２注入部１５ｂに供給する。
【００６３】
したがって、前記水素ガスと空気はセパレータ１３を通じて電気発生部１１に供給される。これによって電気発生部１１は、水素ガス中の水素と、空気中に含まれている酸素の電気化学的な反応を通じて、予め設定された出力量の電気エネルギーを発生させる。さらに、前記電気発生部１１は、酸素の還元反応によって所定の温度の熱を発生させる。この時、前記熱は電気発生部１１のセパレータ１３に伝達される。
【００６４】
この状態で、ファン７８を稼動させて比較的低い温度の冷却空気をハウジング７１の収容空間に供給する。そうなると、前記冷却空気は、互いに隣接する電気発生部１１の間の冷却通路１７を通過しながら前記セパレータ１３に伝達された熱を冷却させる。この時、前記冷却空気は冷却通路１７を通過しながら前記熱により加熱され、ハウジング７１のガイド部７１ｂによってガイドされて、排出部７１ｃを通じてハウジング７１の外部に排出される。
【００６５】
次に、本実施形態の燃料電池システム１００の初期起動が完了した後の正常運転モードとして、第２空気ポンプ９１を稼動させて前記排出部７１ｃを通じて排出される暑い空気を吸入し、この暑い空気をスタック１０の第２注入部１５ｂに供給する。この時、第１空気ポンプ５１は稼動が停止した状態にある。そして、スタック１０の電気発生部１１は、第１注入部１５ａを通じて継続して水素ガスの供給を受ける状態にある。
【００６６】
一方、第２空気ポンプ９１の第１排出部９１ｂを通じて第２注入部１５ｂに供給される空気の量が全体スタック１０の予め設定された電気出力容量に相応する空気量を超える場合、前記空気を第２空気ポンプ９１の第２排出部９１ｃを通じて排出させることによって前記空気の量を調節することができる。
【００６７】
したがって、スタック１０の電気発生部１１は、セパレータ１３を通じて前記水素ガスと空気の供給を受け、この水素ガス中の水素と空気中に含まれている酸素の電気化学的反応を通じて電気エネルギーを発生させる。
【００６８】
これにより、本発明の実施形態による燃料電池システム１００は、初期起動後の正常運転時、前述のような一連の反復的な過程を通じて予め設定された出力量の電気エネルギーを所定のロッド、例えば、ノートブック、ＰＤＡのような携帯用電子機器又は移動通信端末機器に出力させることができる。
【００６９】
図４は、本発明の第２実施形態による燃料電池システム用スタックの構造を示した分解斜視図であり、図５は、図４の結合断面構成図である。
【００７０】
図面を参照すれば、本実施形態によるスタック２０は、互いに隣接する電気発生部２１のセパレータ２３の間に冷却プレート２６を設置し、この冷却プレート２６に、冷却空気を流通させるための冷却通路２７を形成する構造でなっている。この冷却プレート２６は、前記電気発生部２１の電気発生時にセパレータ２３に伝えられる熱を放出させる傍熱板の機能をする。この時、前記冷却プレート２６は、熱伝導性を有するアルミニウム、銅、鉄素材などで形成されることができる。そして、前記冷却通路２７は、スタック２０全体に対する冷却空気の円滑な流通のために、冷却プレート２６の互いに対応するいずれか一方の縁辺から他の一方の縁辺に貫通して形成されることができる。
【００７１】
本実施形態によるスタック２０の残りの構成は前記実施形態の構成と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００７２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施するのが可能であり、これもまた本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態による燃料電池システムの全体的な構成を概略的に示したブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態による燃料電池システム用スタックの構造を示した分解斜視図である。
【図３】図１に示した冷却装置部位を示した断面構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態による燃料電池システム用スタックの構造を示した分解斜視図である。
【図５】図４の結合断面構成図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０、２０    スタック
１１、２１    電気発生部
１２    膜−電極アセンブリー
１３、２３    セパレータ
１５    加圧プレート
１５ａ    第１注入部
１５ｂ    第２注入部
１５ｃ    第１排出部
１５ｄ    第２排出部
１７、２７    冷却通路
１７ａ    チャンネル
２６    冷却プレート
３０    燃料供給源
３１    燃料タンク
３３    燃料ポンプ
３５    改質器
３６    改質反応部
３７    一酸化炭素低減部
５０    メイン酸素供給源
５１    第１空気ポンプ
７０    冷却装置
７１    ハウジング
７１ａ    ボディー
７１ｂ    ガイド部
７１ｃ    排出部
７７    冷媒供給部
７８    ファン
９０    サブ酸素供給源
９１    第２空気ポンプ
９１ａ    吸入部
９１ｂ    第１排出部
９１ｃ    第２排出部
１００    燃料電池システム
【図１】
2005209630.tif 000003
【図２】
2005209630.tif 000004
【図３】
2005209630.tif 000005
【図４】
2005209630.tif 000006
【図５】
2005209630.tif 000007