(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードガス供給系からのアノードガスと、カソードガス供給系からのカソードガスとが燃料電池に供給されて、この燃料電池が電気を発生し、この電気の電力が電力変換ユニットにより所定電力に変換される燃料電池発電装置において、
上記アノードガス供給系は水素ガスを供給する水素ガス供給系であり、この水素ガス供給系の、燃料電池に接続された水素ガスマニホールドにヒートシンクが配設され、電力変換ユニットの発熱部品が上記水素ガスマニホールドに設置して構成されたことを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
アノードガス供給系からのアノードガスと、カソードガス供給系からのカソードガスとが燃料電池に供給されて、この燃料電池が電気を発生し、この電気の電力が電力変換ユニットにより所定電力に変換される燃料電池発電装置において、
上記カソードガス供給系は空気を供給する空気供給系であり、この空気供給系の、燃料電池に接続された空気マニホールドにヒートシンクが配設され、電力変換ユニットの発熱部品が上記空気マニホールドに設置して構成されたことを特徴とする燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池発電装置に係り、特に、その電力変換ユニットの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池発電装置は、固体高分子電解質膜を介して一対の電極が対向配置された燃料電池を有し、水素ガス供給系からの水素ガスと、空気供給系からの空気（酸素ガス）とが上記燃料電池に供給されて、この燃料電池が電気化学反応により電気を発生し、この電気の電力を電力変換ユニットが所定電力に変換するものである。
【０００３】
図４に示すように、上記電力変換ユニット１００は、筐体１０１の上面にコンデンサ１０２、コイル１０３及び制御回路基材１０４などが設置され、筐体１０１内に配置されたヒートシンク１０５に、スイッチング素子や出力ダイオードなどの発熱部品１０６が接合して配置されて構成される。
【０００４】
発熱部品１０６にて発生する熱は、従来、体積が大きなヒートシンク１０５による自然冷却によって、または、体積が比較的小さなヒートシンク１０５に冷却ファンから冷却風を送風することによる強制冷却によって、それぞれ放熱されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記ヒートシンクや冷却ファンは、電力変換ユニット１００に占める体積が大きく、このため、電力変換ユニット１００の小型化が困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、電力変換ユニットを小型化できる燃料電池発電装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、アノードガス供給系からのアノードガスと、カソードガス供給系からのカソードガスとが燃料電池に供給されて、この燃料電池が電気を発生し、この電気の電力が電力変換ユニットにより所定電力に変換される燃料電池発電装置において、
上記アノードガス供給系は水素ガスを供給する水素ガス供給系であり、この水素ガス供給系の、燃料電池に接続された水素ガスマニホールドにヒートシンクが配設され、電力変換ユニットの発熱部品が上記水素ガスマニホールドに設置して構成されたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、アノードガス供給系からのアノードガスと、カソードガス供給系からのカソードガスとが燃料電池に供給されて、この燃料電池が電気を発生し、この電気の電力が電力変換ユニットにより所定電力に変換される燃料電池発電装置において、
上記カソードガス供給系は空気を供給する空気供給系であり、この空気供給系の、燃料電池に接続された空気マニホールドにヒートシンクが配設され、電力変換ユニットの発熱部品が上記空気マニホールドに設置して構成されたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１または２に記載の発明には、次の作用がある。
【００１０】
カソードガス供給系（空気供給系の空気マニホールド）またはアノードガス供給系にヒートシンクが設けられ、電力変換ユニットの発熱部品が、カソードガス供給系またはアノードガス供給系のヒートシンクに対応する位置に設置されたことから、電力変換ユニットには、大きな体積を占めるヒートシンクが不要となり、しかも、ヒートシンクに冷却風を送風する冷却ファンも不要となるので、電力変換ユニットを小型化でき、ひいては、燃料電池発電装置を小型化できる。
【００１１】
また、電力変換ユニットの発熱部品にて発生する熱が、カソードガス供給系（空気供給系）またはアノードガス供給系を流れるカソードガス（空気）またはアノードガスの加熱に有効利用されるので、燃料電池の特性を安定化できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る燃料電池発電装置の一実施の形態を示す斜視図である。図２は、図１の燃料電池発電装置を示す構成図である。
【００１４】
これらの図１及び図２に示すように、燃料電池発電装置１０は、固体高分子型燃料電池１１、アノードガス供給系としての水素ガス供給系１２、カソードガス供給系としての空気供給系１３、及び電力変換ユニット１４を有して構成され、上記固体高分子型燃料電池１１が電気を発生する。
【００１５】
この固体高分子型燃料電池１１は、図３に示すセル１６（単電池）が複数積層してモジュールとして構成されたものである。各セル１６は、高分子イオン交換膜などの固体高分子電解質膜１７と、この固体高分子電解質膜１７の対向面にそれぞれ接合されたアノード１８、カソード１９と、アノード１８に接して配置されたアノード基材２０と、カソード１９に接して配置されたカソード基材２１とを有して構成される。
【００１６】
アノード１８およびカソード１９は、白金を担持したカーボンを主成分とし、ガスまたは水を拡散可能な拡散経路を有する。これらのアノード１８及びカソード１９内で、後述の電気化学反応が行われる。
【００１７】
アノード基材２０には、アノード１８に接する側に、アノードガスとしての水素ガスを流動させるアノードガス流路２２が形成される。また、カソード基材２１には、カソード１９に接する側にカソードガスとしての空気（または酸素ガス）を流動させるカソードガス流路２３が形成される。これらのアノード基材２０及びカソード基材２１は、多孔質の例えば炭素材にて形成され、ガスまたは水を透過可能に構成される。
【００１８】
このように構成されたセル１６において、アノード基材２０のアノードガス流路２２を経てアノード１８内に導入された水素ガスは、このアノード１８内で酸化してプロトン（Ｈ+）となり、このプロトンは、固体高分子電解質膜１７中を移動してカソード１９へ至り、このカソード１９内で、カソード基材２１のカソードガス流路２３を経て導入された空気中の酸素と電気化学反応して還元され、水に変化する。この電気化学反応に伴い、アノード１８とカソード１９間に電圧が発生する。
【００１９】
前記水素ガス供給系１２は、図示しない水素ボンベ、減圧弁及び水素供給電磁弁が順次配設して構成され、水素供給電磁弁が固体高分子型燃料電池１１に接続される。この水素ガス供給系１２の水素供給電磁弁の開度調整により、固体高分子型燃料電池１１の各セル１６におけるアノード基材２０のアノードガス流路２２へ水素ガスが適宜流量供給される。
【００２０】
前記空気供給系１３は空気供給ファン２７が、空気マニホールド２８を介して固体高分子型燃料電池１１に接続されたものである。空気供給ファン２７の回転速度の調整により、固体高分子型燃料電池１１の各セル１６におけるカソード基材２１のカソードガス流路２３へ適宜流量の空気が供給される。また、上記空気マニホールド２８は燃料電池１１側部分が拡大され、この拡大された内壁面にヒートシンク２９が一体に配設されている。
【００２１】
前記電力変換ユニット１４は、固体高分子型燃料電池１１にて発生した電気を所定電力に変換するものであり、図示しない制御回路基材、コンデンサ及びコイルなどと、スイッチング素子及び出力ダイオードなどの発熱部品３０とを有して構成される。
【００２２】
この発熱部品３０は、電力変換ユニット１４の他の構成部品（制御回路基材やコンデンサなど）とが異なる位置、つまり空気供給系１３の空気マニホールド２８におけるヒートシンク２９に対応する位置に設置され、互いに電気配線３１にて接続される。従って、発熱部品３０は、発生する熱が上記ヒートシンク２９により放熱されて冷却されると共に、空気マニホールド２８を流れる空気は、発熱部品３０により加熱されて固体高分子型燃料電池１１へ供給される。
【００２３】
従って、上記実施の形態によれば、次の効果▲１▼及び▲２▼を奏する。
【００２４】
▲１▼空気供給系１３の空気マニホールド２８にヒートシンク２９が設けられ、電力変換ユニット１４の発熱部品３０が、この空気供給系１３の空気マニホールド２８におけるヒートシンク２９に対応する位置に設置されたことから、電力変換ユニット１４には、大きな体積を占めるヒートシンク２９が不要となり、しかも、ヒートシンク２９に冷却風を送風する冷却ファンも不要となる。このため、電力変換ユニット１４を小型化でき、ひいては燃料電池発電装置１０を小型化でき、コストダウンを図ることができる。
【００２５】
▲２▼電力変換ユニット１４の発熱部品３０にて発生する熱が、空気供給系１３の空気マニホールド２８を流れる空気の加熱に有効利用されるので、固体高分子型燃料電池１１の特性を安定化できる。
【００２６】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２７】
例えば、ヒートシンク２９が水素ガス供給系１２のマニホールドに設置され、このマニホールドに電力変換ユニット１４の発熱部品３０が配設されても良い。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る燃料電池発電装置によれば、燃料電池に接続された空気マニホールドまたは水素ガスマニホールドにヒートシンクが配設され、電力変換ユニットの発熱部品が上記空気マニホールドまたは水素ガスマニホールドに設置して構成されたことから、燃料電池発電装置の電力変換ユニットを小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池発電装置の一実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１の燃料電池発電装置を示す構成図である。
【図３】図２の燃料電池の各セルを示す概略構成断面図である。
【図４】従来の燃料電池発電装置の電力変換ユニットを示す概略構成断面図である。
【符号の説明】
１０  燃料電池発電装置
１１  固体高分子型燃料電池（燃料電池）
１２  水素ガス供給系（アノードガス供給系）
１３  空気供給系（カソードガス供給系）
１４  電力変換ユニット
２８  空気マニホールド
２９  ヒートシンク
３０  発熱部品
３１  電気配線
【図１】
0004070346.tif 000002
【図２】
0004070346.tif 000003
【図３】
0004070346.tif 000004
【図４】
0004070346.tif 000005