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JP5075360B2 - Fuel cell with cooling device - Google Patents
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Description

本発明は、燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell.

現在、携帯可能なノート型のパーソナルコンピュータ(以下、ノートPCと称する)、モバイル機器等の電子機器の電源としては、主に、リチウムイオンバッテリなどの二次電池が用いられている。近年、これら電子機器の高機能化に伴う消費電力の増加や更なる長時間使用の要請から、高出力で充電の必要のない小型燃料電池が新たな電源として期待されている。燃料電池には種々の形態があるが、特に、燃料としてメタノール溶液を使用するダイレクトメタノール方式の燃料電池(以下、DMFCと称する)は、水素を燃料とする燃料電池に比べて燃料の取扱いが容易で、システムが簡易である。
DMFCにおいて安定した発電を行うには、スタックを例えば70℃程度の一定温度に保持する必要がある。冷却水を循環させスタックを冷却する構成では、大掛かりな冷却システムが必要となりスタック自体が大型化してしまうため、燃料電池システムの小型化を図る上で障害となる。冷却水を循環させる方式の他には、スタックや混合タンクの温度を監視し、冷却ファンにより温度を制御するシステムがある。
Currently, secondary batteries such as lithium ion batteries are mainly used as power sources for portable notebook personal computers (hereinafter referred to as notebook PCs) and mobile devices. In recent years, a small fuel cell with high output and no need for charging has been expected as a new power source due to an increase in power consumption accompanying the enhancement of functions of these electronic devices and a request for longer use. There are various types of fuel cells. In particular, a direct methanol fuel cell (hereinafter referred to as DMFC) using a methanol solution as a fuel is easier to handle than a fuel cell using hydrogen as a fuel. And the system is simple.
In order to perform stable power generation in the DMFC, it is necessary to maintain the stack at a constant temperature of about 70 ° C., for example. In the configuration in which the cooling water is circulated to cool the stack, a large cooling system is required and the stack itself becomes large, which is an obstacle to miniaturization of the fuel cell system. In addition to the method of circulating the cooling water, there is a system that monitors the temperature of the stack and the mixing tank and controls the temperature by a cooling fan.

特許文献1には、アノード側冷却装置とカソード側冷却装置との間に冷却ファンを配置した燃料電池が記載されている。冷却ファンを用いて冷却することにより、燃料タンク、混合タンク、スタックの温度を適正に保つとともに、冷却水によって冷却する場合に比べ、システムの小型化が可能になる。アノード側冷却装置とカソード側冷却装置を冷却ファンの吸気方向に直列に配置する構成や、排気方向に直列に配置する構成により、スタックの温度を制御している。
特開2005−259661号公報
Patent Document 1 describes a fuel cell in which a cooling fan is disposed between an anode side cooling device and a cathode side cooling device. Cooling with a cooling fan keeps the fuel tank, mixing tank, and stack at appropriate temperatures, and allows the system to be smaller than when cooling with cooling water. The temperature of the stack is controlled by a configuration in which the anode-side cooling device and the cathode-side cooling device are arranged in series in the intake direction of the cooling fan or in a configuration arranged in series in the exhaust direction.
JP 2005-259661 A

しかし、上記の方式の場合、冷却ファン自体の構成については、特に考慮されていないため、冷却効率や小型化の面で改善の余地がある。   However, in the case of the above-described method, the configuration of the cooling fan itself is not particularly considered, and there is room for improvement in terms of cooling efficiency and miniaturization.

そこで本発明の目的は、冷却能力を向上し一層の小型化が可能な冷却装置を備えた燃料電池を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fuel cell including a cooling device that can improve the cooling capacity and can be further reduced in size.

上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池は、液体燃料を収容する燃料タンクと、前記液体燃料が流されるアノードと空気が流されるカソードを有し、前記液体燃料と前記空気中の酸素を化学反応させて発電を行う起電部と、前記燃料タンクから前記起電部に液体燃料を供給する燃料供給部と、前記起電部と前記燃料供給部との間にループを形成するように設けられ、前記燃料タンクと前記起電部の前記アノードとの間で前記液体燃料を循環させるための燃料流路と、前記燃料流路を流れる前記液体燃料を冷却する冷却装置とを備え、前記冷却装置は、本体と、前記本体に設けられ、前記本体に前記液体燃料を流入させる流入口と、前記本体に設けられ、前記本体から前記液体燃料を排出させる排出口と、前記本体内部に設けられ、前記液体燃料の流れる流管と、前記本体の幅方向に並べて前記本体に隣接して配置される複数の冷却ファンと、前記複数の冷却ファンを制御する制御手段と、前記流管の周りに設けられた放熱部材とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a fuel cell according to the present invention includes a fuel tank that stores liquid fuel, an anode through which the liquid fuel flows, and a cathode through which air flows , and the liquid fuel and oxygen in the air An electromotive unit that generates electricity by chemically reacting the fuel, a fuel supply unit that supplies liquid fuel from the fuel tank to the electromotive unit, and a loop formed between the electromotive unit and the fuel supply unit provided, comprising said fuel tank and the fuel flow path for circulating the liquid fuel to and from the anode of the electromotive section, and a cooling equipment for cooling the liquid fuel flowing through the fuel flow path The cooling device includes a main body, an inflow port provided in the main body and allowing the liquid fuel to flow into the main body, an exhaust port provided in the main body for discharging the liquid fuel from the main body, and an inside of the main body Provided in front A flow tube of the flow of liquid fuel, a plurality of cooling fans are disposed adjacent to the body side by side in the width direction of the body, and control means for controlling the plurality of cooling fans, provided around said flow tube And a heat dissipating member .

本発明によれば、冷却能力を向上し一層の小型化が可能な冷却装置を備えた燃料電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell provided with the cooling device which can improve cooling capacity and can be reduced further can be provided.

以下本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明に係る燃料電池装置を示す外観斜視図である。図2は燃料電池装置をノート型コンピュータに接続した状態を示す外観斜視図である。燃料電池1は例えばノート型コンピュータ10の外部電源として用いられる。この燃料電池1はダイレクトメタノール方式の燃料電池(DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)である。メタノールと水を混合した予混合液を燃料とし、この予混合液を空気中の酸素と電解質膜で化学反応させることによって発電させる。このDMFCは、水素を燃料に用いる燃料電池よりも取り扱いが容易で、装置全体を小型にまとめることができる。   FIG. 1 is an external perspective view showing a fuel cell device according to the present invention. FIG. 2 is an external perspective view showing a state in which the fuel cell device is connected to a notebook computer. The fuel cell 1 is used as an external power source of the notebook computer 10, for example. This fuel cell 1 is a direct methanol fuel cell (DMFC: Direct Methanol Fuel Cell). Electric power is generated by using a premixed liquid in which methanol and water are mixed as a fuel and chemically reacting the premixed liquid with oxygen in the air and an electrolyte membrane. This DMFC is easier to handle than a fuel cell using hydrogen as a fuel, and the entire apparatus can be reduced in size.

燃料電池1は、直方体に形成された本体11と、本体11の底に沿って平坦に延出した載置部12とを有している。本体11の壁部には多数の通気孔11aが形成されている。本体11の内部には後述する発電部が納められている。本体11の一部は、カバー11bとして取り外せるように形成されている。本体11のカバー11bを取り外した部分には後述する燃料タンクが入れられている   The fuel cell 1 has a main body 11 formed in a rectangular parallelepiped and a mounting portion 12 that extends flatly along the bottom of the main body 11. A large number of ventilation holes 11 a are formed in the wall portion of the main body 11. A power generation unit, which will be described later, is housed inside the main body 11. A part of the main body 11 is formed to be removable as a cover 11b. A fuel tank, which will be described later, is placed in a portion of the main body 11 from which the cover 11b is removed.

載置部12は、ノート型コンピュータ10の後部とドッキングできるように形成されている。載置部12の内部には、後述する制御部が設けられている。制御部は発電部の動作を制御する。載置部12の上面には、ノート型コンピュータ10を連結するロック機構13と、燃料電池1から電力をノート型コンピュータ10に供給するためのコネクタ14とが設けられている。   The placement unit 12 is formed so as to be dockable with the rear part of the notebook computer 10. A control unit, which will be described later, is provided inside the mounting unit 12. The control unit controls the operation of the power generation unit. On the upper surface of the mounting portion 12, a lock mechanism 13 for connecting the notebook computer 10 and a connector 14 for supplying power from the fuel cell 1 to the notebook computer 10 are provided.

ロック機構13は、載置部12上の3箇所に配置されており、それぞれ位置決め突起13aとフック13bとを備える。ノート型コンピュータ10の後部底面には、ロック機構13に連結される係合孔、およびコネクタ14に接続されるソケットが設けられている。   The lock mechanisms 13 are arranged at three places on the placement portion 12 and each include a positioning protrusion 13a and a hook 13b. An engagement hole connected to the lock mechanism 13 and a socket connected to the connector 14 are provided on the bottom surface of the rear portion of the notebook computer 10.

ノート型コンピュータ10が載置部12に押し当てられると、ロック機構13がノート型コンピュータ10の係合孔に挿入される。フック13bによって載置部12にノート型コンピュータ10が保持される。その結果、ノート型コンピュータ10のソケットがコネクタ14と電気的に接続される。この状態で、本体11に設けられたスイッチがオンにされると、燃料電池1は、発電を開始する。   When the notebook computer 10 is pressed against the placement unit 12, the lock mechanism 13 is inserted into the engagement hole of the notebook computer 10. The notebook computer 10 is held on the placement unit 12 by the hook 13b. As a result, the socket of the notebook computer 10 is electrically connected to the connector 14. In this state, when the switch provided in the main body 11 is turned on, the fuel cell 1 starts power generation.

載置部12は、さらにイジェクトボタン15を備える。このイジェクトボタン15を押すと、ロック機構13のフック13bが解除され、ノート型コンピュータ10を燃料電池1から取り外すことができるようになる。   The placement unit 12 further includes an eject button 15. When the eject button 15 is pressed, the hook 13b of the lock mechanism 13 is released, and the notebook computer 10 can be detached from the fuel cell 1.

図3は燃料電池の発電システムの系統図である。発電部2は、燃料供給部30と予混合液循環部40と起電部50と空気供給部60と燃料冷却部70と水回収部80と濃度センサ90とを備える。   FIG. 3 is a system diagram of a fuel cell power generation system. The power generation unit 2 includes a fuel supply unit 30, a premixed liquid circulation unit 40, an electromotive unit 50, an air supply unit 60, a fuel cooling unit 70, a water recovery unit 80, and a concentration sensor 90.

燃料供給部30は、燃料タンク31と燃料供給路32と燃料バルブ33と燃料ポンプ34とで構成されている。予混合液循環部40は、混合タンク41と循環ポンプ42と混合液供給路43と混合液回収路44とフィルタ45とイオンフィルタ46と循環逆止弁47とで構成されている。起電部50は、複数のセルが積層されて構成されている。各セルは、アノード(燃料極)51とカソード(空気極)52とこれらの間に挟まれる電解質膜53とで構成されている。空気供給部60は、送気ポンプ61と吸気バルブ62と吸気フィルタ63とで構成されている。燃料冷却部70は、排液冷却器71と冷却ファン72と予混合液冷却器73とで構成される。水回収部80は、復水器81と冷却ファン82と回収槽83と水供給路84と水回収ポンプ85とで構成される。濃度センサ90は、例えば音速センサが適用されている。物質中の音速を計測することでその物質の密度が分かる。これを基に燃料であるメタノールと水との分子量から予混合液の濃度が求まる。   The fuel supply unit 30 includes a fuel tank 31, a fuel supply path 32, a fuel valve 33, and a fuel pump 34. The premixed liquid circulation unit 40 includes a mixing tank 41, a circulation pump 42, a mixed liquid supply path 43, a mixed liquid recovery path 44, a filter 45, an ion filter 46, and a circulation check valve 47. The electromotive unit 50 is configured by stacking a plurality of cells. Each cell includes an anode (fuel electrode) 51, a cathode (air electrode) 52, and an electrolyte membrane 53 sandwiched between them. The air supply unit 60 includes an air supply pump 61, an intake valve 62, and an intake filter 63. The fuel cooling unit 70 includes a drainage cooler 71, a cooling fan 72, and a premixed liquid cooler 73. The water recovery unit 80 includes a condenser 81, a cooling fan 82, a recovery tank 83, a water supply path 84, and a water recovery pump 85. As the density sensor 90, for example, a sound speed sensor is applied. By measuring the speed of sound in a substance, the density of that substance can be determined. Based on this, the concentration of the premixed solution can be determined from the molecular weight of methanol and water as fuel.

燃料タンク31には、液体燃料として高濃度のメタノールが入れられている。燃料タンク31は、取替えが簡単な燃料カートリッジとして構成されている。したがって、燃料タンク31を取り替える際は、本体11に設けられたカバー11bを取り外し、燃料タンク31を本体11から取り出す。燃料タンク31は、燃料供給路32によって混合タンク41に連通されている。燃料供給路32の途中には、燃料バルブ33と燃料ポンプ34が設けられている。燃料バルブ33は、電磁弁であり、燃料ポンプ34とともに制御部3によって、動作制御される。   The fuel tank 31 contains high-concentration methanol as liquid fuel. The fuel tank 31 is configured as a fuel cartridge that can be easily replaced. Therefore, when replacing the fuel tank 31, the cover 11 b provided on the main body 11 is removed and the fuel tank 31 is taken out from the main body 11. The fuel tank 31 is communicated with the mixing tank 41 by a fuel supply path 32. A fuel valve 33 and a fuel pump 34 are provided in the middle of the fuel supply path 32. The fuel valve 33 is an electromagnetic valve, and its operation is controlled by the control unit 3 together with the fuel pump 34.

制御部3は、燃料バルブ33、燃料ポンプ34、循環ポンプ42、送気ポンプ61、吸気バルブ62、冷却ファン72、冷却ファン82、水位センサ83a、水回収ポンプ85、排気バルブ88、濃度センサ90と信号線で接続され、これらを制御する。制御部3は、燃料ポンプ34、循環ポンプ42、送気ポンプ61、水回収ポンプ85の各々の流量、および吸気バルブ62、排気バルブ88の各々の開度によって、燃料電池1内の各流体の流れを制御する補機を構成している。   The control unit 3 includes a fuel valve 33, a fuel pump 34, a circulation pump 42, an air supply pump 61, an intake valve 62, a cooling fan 72, a cooling fan 82, a water level sensor 83a, a water recovery pump 85, an exhaust valve 88, and a concentration sensor 90. Are connected by a signal line to control them. The control unit 3 controls each fluid in the fuel cell 1 according to the flow rates of the fuel pump 34, the circulation pump 42, the air supply pump 61, and the water recovery pump 85, and the openings of the intake valve 62 and the exhaust valve 88. It constitutes an auxiliary machine that controls the flow.

混合タンク41は槽41aと蓋41bとで構成されている。混合タンク41の槽41aには燃料供給路32と連通される燃料流入口32aと、混合液供給路43と連通される混合液流出口43aと、混合液回収路44と連通される混合液流入口44aとが設けられている。
混合液供給路43および混合液回収路44は、混合タンク41と起電部50との間に設けられ、予混合液を循環させるループを形成している。混合液供給路43は、混合タンク41から起電部50へ予混合液を送通する。混合液回収路44は、起電部50から混合タンク41へ予混合液を送通する。
The mixing tank 41 includes a tank 41a and a lid 41b. The tank 41 a of the mixing tank 41 has a fuel inlet 32 a that communicates with the fuel supply path 32, a liquid mixture outlet 43 a that communicates with the liquid mixture supply path 43, and a liquid mixture flow that communicates with the liquid mixture recovery path 44. An inlet 44a is provided.
The mixed liquid supply path 43 and the mixed liquid recovery path 44 are provided between the mixing tank 41 and the electromotive unit 50 and form a loop for circulating the premixed liquid. The mixed solution supply path 43 sends the premixed solution from the mixing tank 41 to the electromotive unit 50. The mixed solution recovery path 44 passes the premixed solution from the electromotive unit 50 to the mixing tank 41.

混合液供給路43には、循環ポンプ42とフィルタ45とイオンフィルタ46と循環逆止弁47とが設けられている。フィルタ45は、混合タンク41と循環ポンプ42との間に配置されている。イオンフィルタ46は、循環ポンプ42と循環逆止弁47との間に配置されている。循環ポンプ42は、予混合液を混合タンク41から起電部50へ送液する。   In the mixed liquid supply path 43, a circulation pump 42, a filter 45, an ion filter 46, and a circulation check valve 47 are provided. The filter 45 is disposed between the mixing tank 41 and the circulation pump 42. The ion filter 46 is disposed between the circulation pump 42 and the circulation check valve 47. The circulation pump 42 sends the premixed solution from the mixing tank 41 to the electromotive unit 50.

混合液回収路44には、排液冷却器71が設けられている。排液冷却器71は、複数回折り返された伝熱管と、この伝熱管の周りに直角に取り付けられた多数の放熱フィンとを有している。また、冷却ファン72が、排液冷却器71に取り付けられる。冷却ファン72は、本体11の通気孔11aから外気を冷却空気として吸い込み、放熱フィンに沿う方向に空気を送る。   A drainage cooler 71 is provided in the mixed liquid recovery path 44. The drainage cooler 71 has a plurality of bent heat transfer tubes and a large number of radiating fins attached at right angles around the heat transfer tubes. A cooling fan 72 is attached to the drainage cooler 71. The cooling fan 72 sucks outside air as cooling air from the vent hole 11a of the main body 11, and sends the air in a direction along the radiation fin.

起電部50には、アノード51とカソード52とが電解質膜53を挟むように配置されている。アノード51には混合液供給路43及び混合液回収路44が接続され、予混合液が流される。カソード52には空気供給部60と通じる吸気路64及び復水器81と通じる排気路86が接続され、空気が流される。   In the electromotive unit 50, an anode 51 and a cathode 52 are arranged so as to sandwich the electrolyte membrane 53. A mixed liquid supply path 43 and a mixed liquid recovery path 44 are connected to the anode 51, and the premixed liquid flows. An air intake path 64 communicating with the air supply unit 60 and an exhaust path 86 communicating with the condenser 81 are connected to the cathode 52, and air is flowed.

起電部50では、アノード51に流される予混合液中のメタノールおよび水が電解質膜53を介して、カソード52に流される空気中の酸素と反応し、発電される。このとき、アノード51側では、反応生成物として二酸化炭素が生成される。生成された二酸化炭素は余った予混合液とともに混合液回収路44に排出される。また、カソード52側では、水が水蒸気の状態で生成される。生成された水は湿り空気となって排気路86に排出される。   In the electromotive unit 50, methanol and water in the premixed liquid that flows to the anode 51 react with oxygen in the air that flows to the cathode 52 through the electrolyte membrane 53 to generate power. At this time, carbon dioxide is generated as a reaction product on the anode 51 side. The generated carbon dioxide is discharged to the mixed liquid recovery path 44 together with the surplus premixed liquid. On the cathode 52 side, water is generated in the state of water vapor. The generated water becomes wet air and is discharged to the exhaust path 86.

空気供給部60は、送気ポンプ61で吸気フィルタ63から酸素を含む空気を吸い込み、吸気路64を通してカソード52に送通する。送気ポンプ61とカソード52との間には、吸気バルブ62が設けられている。排気路86は、復水器81、排気フィルタ87および排気バルブ88を通って、排気口89へと通じている。排気口89は本体11の通気孔11aに向かって開口している。排気路86を通って送られてきた湿り空気中の水分は、復水器81で凝縮され、復水器81の下部に配置される回収槽83に溜まる。回収槽83は、水供給路84によって混合液回収路44の途中に連通している。水位センサ83aが回収槽83に設けられ、溜まった水の水位を検出する。水供給路84の途中には、水回収ポンプ85と逆止弁85aとが設けられている。水回収ポンプ85は、回収槽83の水を混合タンク41に送る。   The air supply unit 60 sucks in air containing oxygen from the intake filter 63 by the air supply pump 61, and sends it to the cathode 52 through the intake passage 64. An intake valve 62 is provided between the air supply pump 61 and the cathode 52. The exhaust passage 86 communicates with the exhaust port 89 through the condenser 81, the exhaust filter 87 and the exhaust valve 88. The exhaust port 89 opens toward the vent hole 11 a of the main body 11. Moisture in the humid air sent through the exhaust path 86 is condensed in the condenser 81 and collected in the recovery tank 83 disposed at the lower part of the condenser 81. The collection tank 83 communicates with the mixed solution collection path 44 through the water supply path 84. A water level sensor 83a is provided in the recovery tank 83 to detect the water level of the accumulated water. In the middle of the water supply path 84, a water recovery pump 85 and a check valve 85a are provided. The water recovery pump 85 sends the water in the recovery tank 83 to the mixing tank 41.

また、復水器81で水分がある程度回収された空気は、復水器81の上部から排気され、排気フィルタ87へと送通される。排気フィルタ87は、金属触媒などにより構成される。排気フィルタ87は排気路86を通して排気される空気中に含まれるメタノールなどの有害物質を除去する。排気フィルタ87の直下には、貯溜部87aが設けられている。この貯溜部87aは回収路87cを介して、水回収ポンプ85と逆止弁85aとの間で水供給路84に連通される。回収路87cは貯溜部87aへの逆流を防止する逆止弁87bを備える。   The air whose moisture has been recovered to some extent by the condenser 81 is exhausted from the upper part of the condenser 81 and sent to the exhaust filter 87. The exhaust filter 87 is composed of a metal catalyst or the like. The exhaust filter 87 removes harmful substances such as methanol contained in the air exhausted through the exhaust passage 86. A storage portion 87 a is provided immediately below the exhaust filter 87. The reservoir 87a communicates with the water supply path 84 between the water recovery pump 85 and the check valve 85a via the recovery path 87c. The collection path 87c includes a check valve 87b that prevents backflow to the reservoir 87a.

濃度センサ90は、予混合液中のメタノール濃度を計測するために、バイパス路91の途中に設けられている。バイパス路91は、循環ポンプ42とイオンフィルタ46との間の混合液供給路43から分岐され、混合タンク41に予混合液を還流する。濃度センサ90の検出分解能が熱によって低下することを防止するために、バイパス路91には、濃度センサ90の上流に予混合液冷却器73が設けられる。   The concentration sensor 90 is provided in the middle of the bypass passage 91 in order to measure the methanol concentration in the premixed solution. The bypass passage 91 is branched from the mixed solution supply passage 43 between the circulation pump 42 and the ion filter 46, and returns the premixed solution to the mixing tank 41. In order to prevent the detection resolution of the concentration sensor 90 from being reduced by heat, a premixed liquid cooler 73 is provided in the bypass passage 91 upstream of the concentration sensor 90.

燃料電池1の動作中、冷却ファン72および冷却ファン82が駆動され、本体11に形成された通気孔11aを通して外気が本体11内に導入される。通気孔11aを通して本体11内に導入された外気および本体11内の空気は、予混合液冷却器73および排液冷却器71を通り、冷却ファン72に吸気される。冷却ファン82により本体11内に導入された外気および本体11内の空気は、復水器81を通って冷却ファン82に吸気される。また、冷却ファン72および冷却ファン82から排気された空気は、起電部50およびその周囲を通過した後、本体11の外部に排気される。   During the operation of the fuel cell 1, the cooling fan 72 and the cooling fan 82 are driven, and outside air is introduced into the main body 11 through the vent holes 11 a formed in the main body 11. The outside air introduced into the main body 11 through the vent hole 11 a and the air in the main body 11 pass through the premixed liquid cooler 73 and the drainage cooler 71 and are sucked into the cooling fan 72. The outside air introduced into the main body 11 by the cooling fan 82 and the air in the main body 11 are sucked into the cooling fan 82 through the condenser 81. In addition, the air exhausted from the cooling fan 72 and the cooling fan 82 passes through the electromotive unit 50 and its surroundings, and is then exhausted to the outside of the main body 11.

発電を行う時は、制御部3によってポンプやバルブの動作が制御される。制御部3は燃料ポンプ34を駆動させ、燃料タンク31から混合タンク41に高濃度のメタノールを供給する。燃料流入口32aから噴出したメタノールは、混合タンク41内で、既存の予混合液、アノードから還流された予混合液、混合液回収路44の途中で復水器81の回収槽83から戻された水と、攪拌希釈される。この攪拌は、燃料流入口32aから噴出するメタノールの流れ、および混合液流入口44aから噴出する予混合液の流れによって行われる。   When power generation is performed, the operation of the pump and the valve is controlled by the control unit 3. The control unit 3 drives the fuel pump 34 to supply high-concentration methanol from the fuel tank 31 to the mixing tank 41. The methanol ejected from the fuel inlet 32 a is returned from the recovery tank 83 of the condenser 81 in the middle of the existing premixed liquid, the premixed liquid refluxed from the anode, and the mixed liquid recovery path 44 in the mixing tank 41. Diluted with water. This agitation is performed by the flow of methanol ejected from the fuel inlet 32a and the flow of the premixed liquid ejected from the mixed liquid inlet 44a.

メタノールが足された予混合液は、循環ポンプ42によってアノード51に供給される。カソード52には、送気ポンプ61によって空気が供給されている。供給されたメタノールおよび空気は、アノード51とカソード52との間に設けられた電解質膜53で化学反応する。その結果、アノード51とカソード52との間に電力が発生する。起電部50で発生した電力は、制御部3からコネクタ14を介してノート型コンピュータ10へ供給される。   The premixed liquid added with methanol is supplied to the anode 51 by the circulation pump 42. Air is supplied to the cathode 52 by an air supply pump 61. The supplied methanol and air undergo a chemical reaction at the electrolyte membrane 53 provided between the anode 51 and the cathode 52. As a result, electric power is generated between the anode 51 and the cathode 52. The electric power generated by the electromotive unit 50 is supplied from the control unit 3 to the notebook computer 10 via the connector 14.

発電反応に伴い、起電部50のアノード51側には二酸化炭素が生成され、カソード52側には水(水蒸気)が生成される。アノード51側に生じた二酸化炭素および化学反応に供されなかった予混合液は、混合液回収路44へ送られ、排液冷却器71を通して冷却された後、混合タンク41に還流する。   With the power generation reaction, carbon dioxide is generated on the anode 51 side of the electromotive unit 50, and water (water vapor) is generated on the cathode 52 side. The carbon dioxide produced on the anode 51 side and the premixed liquid that has not been subjected to the chemical reaction are sent to the mixed liquid recovery path 44, cooled through the drain cooler 71, and then refluxed to the mixing tank 41.

混合タンク41に還流した二酸化炭素は、混合タンク41内で気化する。気化した二酸化炭素は気液分離膜41kを通過して、混合タンク41から生成ガス回収路86aを通って排気路86の途中に合流される。二酸化炭素は、湿り空気とともに排気フィルタ87に通される。二酸化炭素と湿り空気は排気バルブ88を介して、最終的には排気口89から外部へ排気される。気液分離膜41kを通して空気中に飛沫したメタノール及び空気は、排気フィルタ87を通過することで排気フィルタ87に回収除去される。   The carbon dioxide refluxed to the mixing tank 41 is vaporized in the mixing tank 41. The vaporized carbon dioxide passes through the gas-liquid separation membrane 41k, and joins in the middle of the exhaust passage 86 from the mixing tank 41 through the product gas recovery passage 86a. Carbon dioxide is passed through the exhaust filter 87 together with the humid air. Carbon dioxide and humid air are finally exhausted from the exhaust port 89 to the outside through the exhaust valve 88. Methanol and air splashed into the air through the gas-liquid separation membrane 41k pass through the exhaust filter 87 and are collected and removed by the exhaust filter 87.

カソード52側に生じた水は、その大部分が水蒸気となって空気とともに排気路86に排出される。水分を含む湿り空気は、復水器81によって水分が凝縮分離される。空気は、排気バルブ88を通り、排気口89から本体11内に排気される。本体11内の空気は更に通気孔11aを通して外部に排気される。復水器81によって凝縮された水は、回収槽83に溜まり、水回収ポンプ85で混合液回収路44の途中に注入される。水は混合タンク41へ送られ、メタノールと混合された後、混合液供給路43から再び起電部50へ供給される。   Most of the water generated on the cathode 52 side becomes water vapor and is discharged to the exhaust path 86 together with air. The humid air containing moisture is condensed and separated by the condenser 81. The air passes through the exhaust valve 88 and is exhausted into the main body 11 from the exhaust port 89. The air in the main body 11 is further exhausted to the outside through the vent hole 11a. The water condensed by the condenser 81 is collected in the recovery tank 83 and injected into the mixed liquid recovery path 44 by the water recovery pump 85. The water is sent to the mixing tank 41, mixed with methanol, and then supplied again to the electromotive unit 50 from the mixed solution supply path 43.

また、復水器81によって回収しきれず復水器81よりも下流側の排気路86で結露した水は、排気フィルタ87の直下に設けられる貯溜部87aに溜められる。貯留部87aに溜められた水は水供給路84を介して混合液回収路44の途中に合流される。   Further, the water that cannot be completely collected by the condenser 81 and is condensed in the exhaust passage 86 on the downstream side of the condenser 81 is stored in a storage portion 87 a provided immediately below the exhaust filter 87. The water stored in the storage part 87 a is joined to the mixed solution recovery path 44 through the water supply path 84.

混合タンク41内におけるメタノールの濃度は、濃度センサ90によって検出される。制御部3は、検出された濃度に応じて水回収ポンプ85を作動させ、回収槽83から混合タンク41へ供給する水の量を調整する。これにより、予混合液のメタノールの濃度を一定に維持する。また、排気路86を通じて回収される水の回収量、つまり、水蒸気の凝縮量は、復水器81の冷却能力を制御することにより調整される。復水器81の冷却能力は回収槽83の水位に応じて、調整する。本実施形態では、水位センサ83aにより検出された水位に応じて第2の冷却ファン82の駆動電圧を制御する。冷却ファン82の制御により復水器81の冷却能力を調整し、水の回収量を制御する。水回収ポンプ85が制御部3により正転駆動される間、逆止弁85aが開き、逆止弁87bが閉じられる。回収槽83内の水は、水供給路84および逆止弁85aから混合液回収路44を通って混合タンク41へ送られる。   The concentration of methanol in the mixing tank 41 is detected by the concentration sensor 90. The control unit 3 operates the water recovery pump 85 according to the detected concentration and adjusts the amount of water supplied from the recovery tank 83 to the mixing tank 41. Thereby, the concentration of methanol in the premixed solution is kept constant. In addition, the amount of water collected through the exhaust path 86, that is, the amount of water vapor condensed is adjusted by controlling the cooling capacity of the condenser 81. The cooling capacity of the condenser 81 is adjusted according to the water level of the recovery tank 83. In the present embodiment, the drive voltage of the second cooling fan 82 is controlled according to the water level detected by the water level sensor 83a. The cooling capacity of the condenser 81 is adjusted by controlling the cooling fan 82 to control the amount of collected water. While the water recovery pump 85 is driven forward by the controller 3, the check valve 85a is opened and the check valve 87b is closed. The water in the recovery tank 83 is sent from the water supply path 84 and the check valve 85 a to the mixing tank 41 through the mixed liquid recovery path 44.

また、制御部3は、一定の動作期間ごとに水回収ポンプ85を所定時間、逆転駆動させる。貯溜部87a内に溜まった水を回収槽83に回収する。水回収ポンプ85が逆転駆動されると、逆止弁87bが開き、逆止弁85aが閉じられる。この結果、貯溜部87aに溜まった水および復水器81より下流の排気路86内で結露した水は、回収路87c、逆止弁87b、および水供給路84を通って回収槽83に回収される。その後、回収された水は、混合タンク41へ供給され、メタノールの希釈に用いられる。   Further, the control unit 3 drives the water recovery pump 85 in reverse rotation for a predetermined time every fixed operation period. Water collected in the reservoir 87a is collected in the collection tank 83. When the water recovery pump 85 is driven in reverse, the check valve 87b is opened and the check valve 85a is closed. As a result, the water accumulated in the reservoir 87a and the water condensed in the exhaust path 86 downstream from the condenser 81 are collected in the collection tank 83 through the collection path 87c, the check valve 87b, and the water supply path 84. Is done. Thereafter, the recovered water is supplied to the mixing tank 41 and used for dilution of methanol.

図4は本発明の実施形態に係る冷却システムの構造を示す外観斜視図である。図5は本発明の実施形態に係る冷却ファンの構造を示す上面図である。本発明に係る冷却システムは冷却ファンユニット100と熱交換器120とを備える。冷却ファンユニット100は、例えば二つの冷却ファン101から構成される。冷却ファン101の上面101aおよび図示しない下面にはファン102によって吸い込まれる空気の通る開口部103a、103bが設けられている。冷却ファン101の前面部101bと反対側に位置する背面部101cには、ファン102によって吸い込んだ空気を排出する排出口(図示せず)が設けられている。ファン102によって吸い込まれた空気は図示しない排出口を通って図4および図5に示す矢印Aの方向に排出され、熱交換器120を冷却する。   FIG. 4 is an external perspective view showing the structure of the cooling system according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a top view showing the structure of the cooling fan according to the embodiment of the present invention. The cooling system according to the present invention includes a cooling fan unit 100 and a heat exchanger 120. The cooling fan unit 100 includes, for example, two cooling fans 101. Openings 103 a and 103 b through which air sucked by the fan 102 passes are provided on the upper surface 101 a and the lower surface (not shown) of the cooling fan 101. A discharge port (not shown) for discharging the air sucked in by the fan 102 is provided in the back surface portion 101 c located on the opposite side of the front surface portion 101 b of the cooling fan 101. The air sucked in by the fan 102 is discharged through a discharge port (not shown) in the direction of arrow A shown in FIGS. 4 and 5 to cool the heat exchanger 120.

熱交換器120の本体120aは、液体燃料が流入する燃料流入口121、流入した液体燃料が流れる燃料流管122および液体燃料を排出する燃料排出口123とが設けられている。図5に熱交換器120の本体120aの内部を透視して示す。液体燃料を冷却するために、熱を吸収して本体120aの外部に放出するためのフィン124が、燃料流管122を囲むように設けられている。液体燃料は燃料流管122を図5の矢印Bで示すように流れる。冷却ファンユニット100は、液体燃料の流れに対して下流側に位置するように設けられている。ファン102から熱交換器120に吹き付けられた風は、風下側ではフィン124の熱を奪って温度が上がっている。冷却ファンユニット100を液体燃料の上流側に置いた場合、冷却した液体燃料が燃料流管122を流れる途中で再び温度が上がって、燃料排出口123から排出されてしまう。冷却ファンユニット100を液体燃料の下流側に配置し、燃料排出口123から排出する直前に冷却することで、液体燃料を効率的に冷却することができる。   The main body 120a of the heat exchanger 120 is provided with a fuel inlet 121 through which liquid fuel flows, a fuel flow pipe 122 through which the liquid fuel flows in, and a fuel outlet 123 through which the liquid fuel is discharged. FIG. 5 shows the inside of the main body 120a of the heat exchanger 120 as seen through. In order to cool the liquid fuel, a fin 124 for absorbing heat and releasing it to the outside of the main body 120 a is provided so as to surround the fuel flow pipe 122. The liquid fuel flows through the fuel flow pipe 122 as shown by an arrow B in FIG. The cooling fan unit 100 is provided on the downstream side with respect to the flow of the liquid fuel. The wind blown from the fan 102 to the heat exchanger 120 takes the heat of the fins 124 on the leeward side, and the temperature rises. When the cooling fan unit 100 is placed on the upstream side of the liquid fuel, the temperature of the cooled liquid fuel rises again while flowing through the fuel flow pipe 122 and is discharged from the fuel discharge port 123. By disposing the cooling fan unit 100 on the downstream side of the liquid fuel and cooling it immediately before discharging from the fuel discharge port 123, the liquid fuel can be efficiently cooled.

一つの熱交換器120に対して、熱交換器の幅Lと同じ幅を持つ冷却ファンを一つ設ける場合に比べて、熱交換器の幅Lの半分の幅L/2を持つ冷却ファン101を二つ設ける場合の方が冷却ファンユニット101の面積を小さくすることができる。通風口の断面積が同じであれば、基本的にはほぼ同じ冷却能力を発揮できる。冷却ファン101は開口部103a、103bで空気を吸い込み、冷却ファン101の吸気口同士が邪魔しあわないような配置となるので効率良く冷却することができる。また、後述するように冷却ファン101を個別に制御することでより効率的な冷却が可能となる。冷却ファン101と熱交換器120から構成される冷却システムは燃料冷却部70の他に、復水器81にも採用することができる。起電部50において、アノード51とカソード52とが積層されて構成されるセルスタックユニットに通気口を設け、冷却ファンユニット100によりセルスタックユニットを直接冷却しても良い。   Compared to the case where one cooling fan having the same width as the heat exchanger width L is provided for one heat exchanger 120, the cooling fan 101 having a width L / 2 that is half the width L of the heat exchanger. When two are provided, the area of the cooling fan unit 101 can be reduced. If the cross-sectional area of the vent is the same, basically the same cooling capacity can be exhibited. Since the cooling fan 101 is arranged so that air is sucked through the openings 103a and 103b and the inlets of the cooling fan 101 do not interfere with each other, the cooling fan 101 can be efficiently cooled. Further, more efficient cooling is possible by individually controlling the cooling fans 101 as will be described later. The cooling system including the cooling fan 101 and the heat exchanger 120 can be used for the condenser 81 in addition to the fuel cooling unit 70. In the electromotive unit 50, the cell stack unit configured by stacking the anode 51 and the cathode 52 may be provided with a vent hole, and the cell stack unit may be directly cooled by the cooling fan unit 100.

本実施形態を実施した場合、冷却能力を向上し一層の小型化が可能な冷却ユニットを搭載した燃料電池を提供することができる。   When this embodiment is implemented, it is possible to provide a fuel cell equipped with a cooling unit capable of improving the cooling capacity and further reducing the size.

図6は本発明の他の実施形態に係る冷却ファンと熱交換器との配置を示す斜視図である。冷却ファンユニット100については図4および図5に示したものと同一の構成とし、詳細な説明を省略する。熱交換器130の本体130aには、液体燃料が流入する燃料流入口131、流入した液体燃料が流れる燃料流管132および液体燃料を排出する燃料排出口133とが設けられている。熱交換器130の本体130aの内部を透視して示すように、液体燃料を冷却するために、熱を吸収して本体130aの外部に放出するためのフィン134が、燃料流管132を囲むように設けられている。燃料流管132は接地面に対して垂直に設置されていても良い。この場合、化学反応で発生した二酸化炭素等のガスが熱交換器130内に溜まらない様に、液体燃料は熱交換器130の下面から上面に流れるようにするのが望ましい。液体燃料は燃料流管132を図6の矢印Cで示すように流れる。燃料流管132内の燃料の流れと冷却ファン101からの風が直交するように冷却ファンユニット100を設置することで冷却効率を高めることができる。   FIG. 6 is a perspective view showing an arrangement of a cooling fan and a heat exchanger according to another embodiment of the present invention. The cooling fan unit 100 has the same configuration as that shown in FIGS. 4 and 5 and will not be described in detail. The main body 130a of the heat exchanger 130 is provided with a fuel inlet 131 through which liquid fuel flows, a fuel flow pipe 132 through which the liquid fuel flows in, and a fuel outlet 133 through which the liquid fuel is discharged. As shown in a perspective view of the inside of the main body 130a of the heat exchanger 130, fins 134 for absorbing heat and releasing it to the outside of the main body 130a surround the fuel flow pipe 132 in order to cool the liquid fuel. Is provided. The fuel flow pipe 132 may be installed perpendicular to the ground plane. In this case, it is desirable that the liquid fuel flow from the lower surface to the upper surface of the heat exchanger 130 so that the gas such as carbon dioxide generated by the chemical reaction does not accumulate in the heat exchanger 130. The liquid fuel flows through the fuel flow pipe 132 as shown by an arrow C in FIG. Cooling efficiency can be improved by installing the cooling fan unit 100 so that the flow of fuel in the fuel flow pipe 132 and the wind from the cooling fan 101 are orthogonal to each other.

図7は本発明の実施形態に係る冷却動作を示すフローチャートである。図8は本発明の実施形態に係るファンの回転数制御動作を示すフローチャートである。図7および図8に示す記号は、冷却ファンをオンする時の温度をTon、冷却ファンをオフする時の温度をToff、制御する目標となる温度をTtrg、前回測定時の温度をTo、現在の温度をTnow、現在の冷却ファンの回転数をNnow、冷却ファンの最小回転数をNmin、冷却ファンの最大回転数をNmaxとする。   FIG. 7 is a flowchart showing a cooling operation according to the embodiment of the present invention. FIG. 8 is a flowchart showing the rotation speed control operation of the fan according to the embodiment of the present invention. The symbols shown in FIGS. 7 and 8 indicate the temperature when the cooling fan is turned on, Ton, the temperature when the cooling fan is turned off, Ttrg, the target temperature to be controlled, Ttrg, the temperature at the previous measurement To, the current , Tnow, the current cooling fan speed is Nnow, the minimum cooling fan speed is Nmin, and the maximum cooling fan speed is Nmax.

2つの冷却ファン101により熱交換器やスタックの温度を制御する。以下、単純に温度と言う場合は、特に断りのない限り、熱交換器やスタック等の冷却する対象となる物の温度を指す。まず、温度を測定し現在の温度が目標温度と等しいかどうか判断する(ステップ1)。現在の温度が目標温度と等しい時は(ステップ1のYes)、現在の温度を維持するように制御し(ステップ2)、その時の温度を記録する(ステップ3)。現在の温度が目標温度からずれている時は(ステップ1のNo)、冷却ファン101が駆動中であるかどうか判断する(ステップ4)。冷却ファン101が駆動中である時は(ステップ4のYes)、現在の温度が冷却ファン停止温度以下である場合(ステップ5のYes)、冷却ファン101をオフにする(ステップ6)。現在の温度が冷却ファン停止温度よりも高い場合の処理については後述する。   The temperature of the heat exchanger or the stack is controlled by the two cooling fans 101. Hereinafter, the term “temperature” refers to the temperature of an object to be cooled, such as a heat exchanger or a stack, unless otherwise specified. First, the temperature is measured to determine whether the current temperature is equal to the target temperature (step 1). When the current temperature is equal to the target temperature (Yes in Step 1), control is performed to maintain the current temperature (Step 2), and the temperature at that time is recorded (Step 3). When the current temperature deviates from the target temperature (No in Step 1), it is determined whether or not the cooling fan 101 is being driven (Step 4). When the cooling fan 101 is being driven (Yes in Step 4), if the current temperature is equal to or lower than the cooling fan stop temperature (Yes in Step 5), the cooling fan 101 is turned off (Step 6). Processing when the current temperature is higher than the cooling fan stop temperature will be described later.

現在の温度が目標温度からずれており(ステップ1のNo)、冷却ファン101が駆動していない時は(ステップ4のNo)、現在の温度が冷却ファン駆動温度以上であるかどうか判断する(ステップ7)。現在の温度が冷却ファン駆動温度以上である時は(ステップ7のYes)、冷却ファン101を駆動させる(ステップ8)。この時のファン回転数は最小回転数に設定する(ステップ9)。現在の温度が冷却ファン駆動温度よりも小さい時は(ステップ7のNo)、冷却ファン101を駆動せず状態を維持する(ステップ10)。冷却ファン101をオフにする場合(ステップ6)、冷却ファン101を駆動し最小回転数に設定した場合(ステップ9)、冷却ファン101を駆動せず状態を維持する場合(ステップ10)、いずれの場合も処理を終えた時は温度を記録する(ステップ3)。   When the current temperature deviates from the target temperature (No in Step 1) and the cooling fan 101 is not driven (No in Step 4), it is determined whether or not the current temperature is equal to or higher than the cooling fan drive temperature ( Step 7). When the current temperature is equal to or higher than the cooling fan driving temperature (Yes in Step 7), the cooling fan 101 is driven (Step 8). The fan rotation speed at this time is set to the minimum rotation speed (step 9). When the current temperature is lower than the cooling fan driving temperature (No in step 7), the cooling fan 101 is not driven and the state is maintained (step 10). When the cooling fan 101 is turned off (step 6), when the cooling fan 101 is driven and set to the minimum rotational speed (step 9), when the cooling fan 101 is not driven and the state is maintained (step 10), In this case, the temperature is recorded when the process is completed (step 3).

冷却ファン101が駆動しており(ステップ4のYes)、現在の温度が冷却ファン停止温度よりも高い場合は(ステップ5のNo)、現在の温度と目標温度とを比較する(ステップ11)。現在の温度が目標温度よりも高い時は(ステップ11のYes)、現在の温度と前回記録した温度とを比較する(ステップ12)。現在の温度が前回記録した温度以下である場合は(ステップ12のYes)、現在の状態を維持するとともに(ステップ13)、その時の温度を記録する(ステップ14)。現在の温度が前回記録した温度よりも大きい場合は(ステップ12のYes)、冷却ファン101の回転数が最大回転数であるかどうか判断する(ステップ15)。冷却ファン101の回転数が最大回転数である場合は(ステップ15のYes)、現在の状態を維持する(ステップ16)。冷却ファン101の回転数が最大回転数でない場合は(ステップ15のNo)、冷却ファン101の回転数を最小回転数に設定する(ステップ17)。   When the cooling fan 101 is driven (Yes in Step 4) and the current temperature is higher than the cooling fan stop temperature (No in Step 5), the current temperature is compared with the target temperature (Step 11). When the current temperature is higher than the target temperature (Yes in step 11), the current temperature is compared with the previously recorded temperature (step 12). When the current temperature is equal to or lower than the previously recorded temperature (Yes in Step 12), the current state is maintained (Step 13) and the temperature at that time is recorded (Step 14). When the current temperature is higher than the previously recorded temperature (Yes in Step 12), it is determined whether or not the rotational speed of the cooling fan 101 is the maximum rotational speed (Step 15). When the rotation speed of the cooling fan 101 is the maximum rotation speed (Yes in step 15), the current state is maintained (step 16). When the rotation speed of the cooling fan 101 is not the maximum rotation speed (No in step 15), the rotation speed of the cooling fan 101 is set to the minimum rotation speed (step 17).

現在の温度が目標温度よりも低い時は(ステップ11のNo)、現在の温度が前回記録した温度よりも大きいかどうか判断する(ステップ18)。現在の温度が前回記録した温度よりも大きい時は(ステップ18のYes)、現在の状態を維持する(ステップ19)。現在の温度が前回記録した温度以下である時は(ステップ18のNo)、冷却ファン101の回転数が最小回転数であるかどうか判断する(ステップ20)。冷却ファン101の回転数が最小回転数である時は(ステップ20のYes)、現在の状態を維持する(ステップ21)。冷却ファン101の回転数が最小回転数でない時は(ステップ20のNo)、冷却ファン101の回転数を最小回転数に設定する(ステップ22)。   When the current temperature is lower than the target temperature (No in step 11), it is determined whether or not the current temperature is higher than the previously recorded temperature (step 18). When the current temperature is higher than the previously recorded temperature (Yes in Step 18), the current state is maintained (Step 19). When the current temperature is equal to or lower than the previously recorded temperature (No in Step 18), it is determined whether or not the rotational speed of the cooling fan 101 is the minimum rotational speed (Step 20). When the rotation speed of the cooling fan 101 is the minimum rotation speed (Yes in step 20), the current state is maintained (step 21). When the rotation speed of the cooling fan 101 is not the minimum rotation speed (No in step 20), the rotation speed of the cooling fan 101 is set to the minimum rotation speed (step 22).

冷却ファン101の回転数を最大回転数に維持する場合(ステップ16)、冷却ファン101の回転数を最小回転数に設定する場合(ステップ17)、現在の温度が前回記録した温度よりも大きく現在の状態を維持する(ステップ19)場合、冷却ファン101の回転数を最小回転数に維持する場合(ステップ21)。冷却ファン101の回転数を最小回転数に設定する(ステップ22)場合、いずれの場合も処理を終えた時は温度を記録する(ステップ14)。   When maintaining the rotation speed of the cooling fan 101 at the maximum rotation speed (step 16), when setting the rotation speed of the cooling fan 101 to the minimum rotation speed (step 17), the current temperature is larger than the previously recorded temperature. When maintaining this state (step 19), the rotation speed of the cooling fan 101 is maintained at the minimum rotation speed (step 21). When the number of rotations of the cooling fan 101 is set to the minimum number of rotations (step 22), the temperature is recorded when the process is finished in any case (step 14).

図9は本発明の実施形態に係る冷却動作を行った際の温度変動を示す図である。二つの冷却ファン101を個別に制御することが可能であれば、二つの冷却ファン101の停止温度を個別に設定することで、環境温度の変動に対応して温度を制御することができる。ここで、図中の記号は、二つの冷却ファン101のうち一方の冷却ファン(第1の冷却ファン)をオフする時の温度をToff1、もう一方の冷却ファン(第2の冷却ファン)をオフする時の温度をToff2、制御する目標となる温度をTtrg、時間t=0における環境温度であり二つの冷却ファン101がファン回転数Noで運転温度をTtrgに維持することが可能な温度をT0、時間t=t1における環境温度であり二つの冷却ファン101の一方を最小回転数とすることで運転温度をTtrgに維持することが可能な温度をT1、時間t=0における冷却ファンの回転数をNo、冷却ファンの最小回転数をNminとする。   FIG. 9 is a diagram showing temperature fluctuations when the cooling operation according to the embodiment of the present invention is performed. If it is possible to control the two cooling fans 101 individually, the temperature can be controlled in accordance with the fluctuation of the environmental temperature by individually setting the stop temperatures of the two cooling fans 101. Here, the symbols in the figure indicate that the temperature when turning off one of the two cooling fans 101 (first cooling fan) is Toff1, and the other cooling fan (second cooling fan) is off. Toff2 is the temperature at the time of control, Ttrg is the target temperature to be controlled, and it is the environmental temperature at time t = 0, and the temperature at which the two cooling fans 101 can maintain the operating temperature at Ttrg at the fan rotation speed No. , The ambient temperature at time t = t1, and the temperature at which the operating temperature can be maintained at Ttrg by setting one of the two cooling fans 101 to the minimum rotational speed is T1, and the rotational speed of the cooling fan at time t = 0 Is No, and the minimum rotational speed of the cooling fan is Nmin.

以下、環境温度の変化に応じたファン回転数の制御の一例を説明する。時間t=0からt=t1の区間では、第1の冷却ファンおよび第2の冷却ファンの回転数がともにNoであり、環境温度T0において運転温度がTtrgに維持されている。時間t=t1において環境温度が低下するに伴って運転温度も低下する。環境温度が下がる状況としては、例えば室内から屋外へ移動する時が挙げられる。運転温度が下がると、第1のファン回転数および第2のファン回転数を下げる。第1のファン回転数および第2のファン回転数を下げた影響で、時間t=t2において、運転温度がToff2になる。運転温度がToff2になると、第2の冷却ファンをオフにする。この時、第1の冷却ファンは最小回転数Nminに制御される。第2の冷却ファンがオフになり、第1の冷却ファンの回転数が最小になることで、t=t2以降、運転温度の上昇が始まる。運転温度が上昇し、t=t3において目標温度Ttrgに戻ると安定動作状態に戻る。   Hereinafter, an example of the control of the fan rotation speed according to the change of the environmental temperature will be described. In the section from time t = 0 to t = t1, the rotational speeds of the first cooling fan and the second cooling fan are both No, and the operating temperature is maintained at Ttrg at the environmental temperature T0. As the environmental temperature decreases at time t = t1, the operating temperature also decreases. As a situation where the environmental temperature decreases, for example, when moving from indoors to outdoors. When the operating temperature decreases, the first fan rotation speed and the second fan rotation speed are decreased. Due to the effect of lowering the first fan rotation speed and the second fan rotation speed, the operating temperature becomes Toff2 at time t = t2. When the operating temperature reaches Toff2, the second cooling fan is turned off. At this time, the first cooling fan is controlled to the minimum rotation speed Nmin. Since the second cooling fan is turned off and the rotation speed of the first cooling fan is minimized, the operating temperature starts to increase after t = t2. When the operating temperature rises and returns to the target temperature Ttrg at t = t3, it returns to the stable operation state.

冷却101ファンが一つの場合は、環境温度の変化に応じて、頻繁にファンのオン/オフを繰り返す結果、運転温度が不安定に変動してしまう。冷却ファン101を複数、例えば二つ使用することで冷却ファン101が一つの場合に比べて、より安定した温度制御が可能となる。また冷却ファンユニット100を小型化することができる。   When there is one cooling 101 fan, the operating temperature fluctuates in an unstable manner as a result of frequently turning on / off the fan according to changes in the environmental temperature. By using a plurality of, for example, two cooling fans 101, more stable temperature control is possible as compared to the case where there is only one cooling fan 101. Moreover, the cooling fan unit 100 can be reduced in size.

本実施形態を実施した場合、冷却能力を向上し一層の小型化が可能な冷却装置を有する燃料電池を提供することができる。   When this embodiment is implemented, it is possible to provide a fuel cell having a cooling device capable of improving the cooling capacity and further reducing the size.

本発明ではその主旨を逸脱しない範囲であれば、上記の実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。   The present invention is not limited to the above embodiment as long as it does not depart from the gist of the present invention, and various modifications are possible.

本発明に係る燃料電池装置を示す外観斜視図。1 is an external perspective view showing a fuel cell device according to the present invention. 燃料電池装置をノート型コンピュータに接続した状態を示す外観斜視図。The external appearance perspective view which shows the state which connected the fuel cell apparatus to the notebook computer. 燃料電池の発電システムの系統図。The system diagram of the power generation system of a fuel cell. 本発明の実施形態に係る冷却ファンの構造を示す外観斜視図。1 is an external perspective view showing a structure of a cooling fan according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る冷却ファンの構造を示す上面図。The top view which shows the structure of the cooling fan which concerns on embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る冷却ファンと熱交換器との配置を示す斜視図。The perspective view which shows arrangement | positioning with the cooling fan and heat exchanger which concern on other embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る冷却動作を示すフローチャート。The flowchart which shows the cooling operation | movement which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るファンの回転数制御動作を示すフローチャート。The flowchart which shows the rotation speed control operation | movement of the fan which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る冷却動作を行った際の温度変動を示す図。The figure which shows the temperature fluctuation at the time of performing the cooling operation which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池、2…発電部、3…制御部、10…ノート型コンピュータ、11…本体、11a…通気孔、11b…カバー、12…載置部、13…ロック機構、14…コネクタ、15…イジェクトボタン、31…燃料タンク、32…燃料供給路、32a…燃料流入口、33…燃料バルブ、34…燃料ポンプ、41…混合タンク、41a…槽、41b…蓋、43…混合液供給路、43a…混合液流出口、44…混合液回収路、44a…混合液流入口、51…アノード、52…カソード、53…電解質膜、63…吸気フィルタ、64…吸気路、71…排液冷却器、72…第1の冷却ファン、73…予混合液冷却器、81…復水器、82…第2の冷却ファン、83…回収槽、84…水回収路、86…排気路、87…排気フィルタ、90…濃度センサ、95…ベースマニホールド、100…冷却ファンユニット、101…冷却ファン、120…熱交換器、121…燃料流入口、122…燃料流管、123…燃料排出口、124…フィン

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 2 ... Electric power generation part, 3 ... Control part, 10 ... Notebook computer, 11 ... Main body, 11a ... Air hole, 11b ... Cover, 12 ... Mounting part, 13 ... Locking mechanism, 14 ... Connector, 15 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Eject button, 31 ... Fuel tank, 32 ... Fuel supply path, 32a ... Fuel inlet, 33 ... Fuel valve, 34 ... Fuel pump, 41 ... Mixing tank, 41a ... Tank, 41b ... Lid, 43 ... Mixture supply path 43a ... mixture outlet, 44 ... mixture recovery path, 44a ... mixture inlet, 51 ... anode, 52 ... cathode, 53 ... electrolyte membrane, 63 ... intake filter, 64 ... intake path, 71 ... drainage cooling 72, first cooling fan, 73 ... premixed liquid cooler, 81 ... condenser, 82 ... second cooling fan, 83 ... recovery tank, 84 ... water recovery path, 86 ... exhaust path, 87 ... Exhaust filter, 90 ... concentration sensor, 5 ... base manifold, 100 ... cooling fan unit, 101 ... cooling fan, 120 ... heat exchanger, 121: fuel inlet, 122 ... fuel flow pipe, 123 ... fuel outlet, 124 ... fin

Claims (2)

液体燃料を収容する燃料タンクと、
前記液体燃料が流されるアノードと空気が流されるカソードを有し、前記液体燃料と前記空気中の酸素を化学反応させて発電を行う起電部と、
前記燃料タンクから前記起電部に液体燃料を供給する燃料供給部と、
前記起電部と前記燃料供給部との間にループを形成するように設けられ、前記燃料タンクと前記起電部の前記アノードとの間で前記液体燃料を循環させるための燃料流路と、
前記燃料流路を流れる前記液体燃料を冷却する冷却装置とを備え、
前記冷却装置は、
本体と、
前記本体に設けられ、前記本体に前記液体燃料を流入させる流入口と、
前記本体に設けられ、前記本体から前記液体燃料を排出させる排出口と、
前記本体内部に設けられ、前記液体燃料の流れる流管と、
前記本体の幅方向に並べて前記本体に隣接して配置される複数の冷却ファンと、
前記複数の冷却ファンを制御する制御手段と
前記流管の周りに設けられた放熱部材と
を備えることを特徴とする燃料電池。
A fuel tank containing liquid fuel;
An electromotive unit that has an anode through which the liquid fuel flows and a cathode through which air flows, and that generates electricity by causing a chemical reaction between the liquid fuel and oxygen in the air ;
A fuel supply unit for supplying liquid fuel from the fuel tank to the electromotive unit;
A fuel flow path provided so as to form a loop between the electromotive unit and the fuel supply unit, and for circulating the liquid fuel between the fuel tank and the anode of the electromotive unit ;
And a cooling equipment for cooling the liquid fuel flowing through the fuel channel,
The cooling device is
The body,
An inflow port provided in the main body for allowing the liquid fuel to flow into the main body;
An outlet provided in the main body for discharging the liquid fuel from the main body;
A flow pipe provided inside the main body and through which the liquid fuel flows;
A plurality of cooling fans arranged adjacent to the main body in the width direction of the main body,
And control means for controlling the plurality of cooling fans,
A fuel cell, comprising: a heat dissipating member provided around the flow tube .
液体燃料を収容する燃料タンクと、
前記液体燃料が流されるアノードと空気が流されるカソードを有し、前記液体燃料と前記空気中の酸素を化学反応させて発電を行う起電部と、
前記燃料タンクから前記起電部に液体燃料を供給する燃料供給部と、
前記起電部と前記燃料供給部との間にループを形成するように設けられ、前記燃料タンクと前記起電部の前記アノードとの間で前記液体燃料を循環させるための燃料流路と、
前記燃料流路を流れる前記液体燃料を冷却する冷却装置とを備え、
前記冷却装置は、
本体と、
前記本体に設けられ、前記本体に前記液体燃料を流入させる流入口と、
前記本体に設けられ、前記本体から前記液体燃料を排出させる排出口と、
前記本体内部に設けられ、前記液体燃料の流れる流管と、
前記本体の幅方向に並べて前記本体に隣接して配置され、前記流管と直交する位置関係に設けられた排気口を有する複数の冷却ファンと
前記複数の冷却ファンを制御する制御手段と
を備えることを特徴とする燃料電池。
A fuel tank containing liquid fuel;
An electromotive unit that has an anode through which the liquid fuel flows and a cathode through which air flows, and that generates electricity by causing a chemical reaction between the liquid fuel and oxygen in the air ;
A fuel supply unit for supplying liquid fuel from the fuel tank to the electromotive unit;
A fuel flow path provided so as to form a loop between the electromotive unit and the fuel supply unit, and for circulating the liquid fuel between the fuel tank and the anode of the electromotive unit ;
And a cooling equipment for cooling the liquid fuel flowing through the fuel channel,
The cooling device is
The body,
An inflow port provided in the main body for allowing the liquid fuel to flow into the main body;
An outlet provided in the main body for discharging the liquid fuel from the main body;
A flow pipe provided inside the main body and through which the liquid fuel flows;
A plurality of cooling fans arranged in the width direction of the main body and adjacent to the main body and having exhaust ports provided in a positional relationship orthogonal to the flow tube ;
Fuel cell; and a control means for controlling the plurality of cooling fans.
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