JP2004303695A

JP2004303695A - 高温体収納装置

Info

Publication number: JP2004303695A
Application number: JP2003098200A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kuwata; 正弘桑田; Hirosuke Sato; 裕輔佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】薄型化，小型化を図ることができ、かつ断熱効果の大きな高温体収納装置を提供する。
【解決手段】厚さ制限を有する筐体５内において高温体２３を収納する高温体収納装置１であって、前記筐体５の厚さに対応して偏平状に形成した高温体収納ケース１３の壁部５を、内部に真空の中空部１７を備えた二重構造に構成すると共に、当該高温体収納ケース１３の偏平方向に対して直交する方向の側面に開口部１９を形成し、前記中空部１７の内面に、輻射率の低い部材よりなる輻射抑制層２１を備え、前記高温体収納ケース１３における収納部１１の深さは、当該収納部１１に収納した高温体２３の長さよりも大きい構成である。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばノートパソコン，デジカメ，ハンディカメラ（ハンディカム）などのごとき小型の電子機器に適用される燃料電池システムにおける改質器や燃料電池等の高温体を収納する高温体収納装置に係り、さらに詳細には、発熱体の発熱による高温が外部へ伝達されることを効果的に抑制することのできる高温体収納装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばノートパソコン等のごとき小型の電子機器に燃料電池システムを適用する場合、小型化を図ると共に燃料電池や改質器の発熱による高温が電子機器や外部へ伝達されないようにするために、断熱材によって前記燃料電池や改質器等の高温体を囲繞する必要がある。換言すれば断熱材のケース内に高温体を収納する必要がある。
【０００３】
なお、燃料電池スタックを真空断熱容器内に収納する構成も開発されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１３８７２１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、断熱材のケース内に高温体を収納する構成においては、電子機器等に対して悪影響のないように充分に断熱するには断熱材を比較的厚くしなければならず、全体的構成の小型化，薄型化を図る上において問題がある。
【０００６】
また、前記特許文献１に記載されているように、釣り鐘状の真空断熱容器によって燃料電池スタックを覆う構造においては、真空断熱容器による断熱効果は得られるものの、小型の電子機器に対応するように小型化，薄型化を図る上において問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述したごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、請求項１に係る発明は、厚さ制限を有する筐体内において高温体を収納する高温体収納装置であって、前記筐体の厚さに対応して偏平状に形成した高温体収納ケースの壁部を、内部に真空の中空部を備えた二重構造に構成すると共に、当該高温体収納ケースの偏平方向に対して直交する方向の側面に開口部を形成した構成である。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の高温体収納装置において、前記中空部の内面に、輻射率の低い部材よりなる輻射抑制層を備えている構成である。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の高温体収納装置において、前記高温体収納ケースにおける収納部の深さは、当該収納部に収納した高温体の長さよりも大きい構成である。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の高温体収納装置において、前記高温体と高温体収納ケースの開口部との間に断熱材を配置した構成である。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１，３又は４に記載の高温体収納装置において、前記高温体収納ケースにおける前記開口部付近の内壁部を、熱伝導性の低い材料により構成してある。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の高温体収納装置において、高温体収納ケース内の奥の側に高温側リアクタを配置し、前記高温体収納ケース内の開口部側に低温側リアクタを配置した構成である。
【００１３】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載の高温体収納装置において、前記高温側リアクタと前記低温側リアクタとの間及び前記低温側リアクタと前記開口部との間に断熱材を配置すると共に、前記高温側リアクタと前記高温体収納ケースの内面との間及び前記低温側リアクタと前記高温体収納ケースの内面との間に、伝熱アシスト材を介在した構成である。
【００１４】
請求項８に係る発明は、請求項６又は７に記載の高温体収納装置において、前記高温側リアクタと前記低温側リアクタはそれぞれ改質器、ＣＯ処理反応器、燃料電池、燃料気化器の中から選ばれる少なくとも１種類以上の反応器により構成される。
【００１５】
請求項９に係る発明は、厚さ制限を有する筐体内において高温体を収納する高温体収納装置であって、前記筐体の厚さに対応して偏平状に形成した高温体収納ケースの壁部を、内部に真空の中空部を備えた二重構造に構成すると共に、当該高温体収納ケースの偏平方向に対して直交する方向の側面の複数箇所に開口部を形成した構成である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１を参照するに、図１には、本発明の実施形態に係る高温体収納装置１を、例えばノートパソコン等のごとき小型の電子機器３に適用される燃料電池の筐体５内に内装した場合の構成について概念的，概略的に例示してある。
【００１７】
燃料電池システムとしては種々の構成があるが、例えばＤＭＥ（ジメチルエーテル）又はメタノールを改質して燃料電池の燃料とする構成においては、燃料タンク７，改質器（図１には図示省略），ＣＯ処理反応器（図示省略），燃料電池９及び触媒燃焼器（図示省略）を備えた構成が一般的である。前記燃料電池システムにおいて、燃料電池９，触媒燃焼器は発熱反応を伴うリアクタ（反応器）であり、発熱体である。改質器においてはメタノールを改質する方法として水蒸気改質の場合は吸熱反応であり、部分酸化改質の場合は発熱反応であり、このように発熱を伴う反応の場合には改質器は発熱体を構成するものである。
【００１８】
前記改質器は、原料より水素含有ガスを生成させる改質反応を行う反応器である。
【００１９】
前記燃料としてはメタノール、エタノール等のアルコール類、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）等のエーテル類、都市ガス、プロパン、プタン等の炭化水素系燃料である。
【００２０】
特にメタノール、ＤＭＥは改質温度が低く小型化に望ましい。
【００２１】
前記ＣＯ処理反応器はＣＯシフト反応、選択メタネーション反応、選択酸化反応の少なくとも１つを行う反応器あるいは水素分離半透膜である。
【００２２】
ＣＯシフト反応の反応式は
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋Ｈ２
選択メタネーションの反応式は
ＣＯ＋３Ｈ２ → ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ
選択酸化反応の反応式は
２ＣＯ＋Ｏ２ → ２ＣＯ２
である。
【００２３】
小型の電子機器３に適用する燃料電池システムとしては、電子機器３内に内装して使用する構成又は電子機器３の筐体外面に取付けて使用する構成の場合であつても、前記電子機器３の厚さ（薄さ）に対応して薄く、小型に構成するものである。すなわち、燃料電池システムを内装した前記筐体５は、可能な限り薄型化，小型化することが望まれており、厚さ制限を有するものである。
【００２４】
したがって、燃料電池システムにおける発熱体や改質反応に高温を要する反応器等を収納するための前記高温体収納装置１は、前記筐体５の厚さ（薄さ）に対応して偏平状に形成してある。より詳細には、前記高温体収納装置１は、図２に示すように、高温体（必ずしも発熱するとは限らず、高温を要する反応器をも含むものである）を収納する収納部１１を備えた高温体収納ケース１３により構成してある。前記高温を要する反応器としては、例えばジメチルエーテルを触媒により改質するには約３００℃〜４００℃の高温が必要であり、このように、高温を要する反応器も収納ケース１３に収納する必要がある。前記高温体収納ケース１３の壁部１５は、内壁部１５Ａと外壁部１５Ｂの間に真空の中空部１７を備えた二重構造に構成してある。
【００２５】
すなわち、前記高温体収納ケース１３は、厚さ方向（図２において上下方向）の寸法は、当該高温体収納ケース１３の幅方向（図２において紙面に垂直な方向）の寸法及び奥行き方向（図２においての左右方向）の寸法よりも小さく、全体的構成として偏平状に構成してある。なお、偏平状の構成としては、前記厚さ方向の寸法と幅方向の寸法は奥行き方向の寸法よりも小さく互いに等しい場合も含まれるものである。
【００２６】
前記高温体収納ケース１３における前記収納部１１内に発熱体等の高温体を収納するために、前記収納部１１の開口部１９は、高温体収納ケース１３の厚さ方向（偏平方向）に対して直交する方向であって前記奥行き方向の一方側に形成してある。
【００２７】
したがって、前記高温体収納ケース１３における前記収納部１１の奥側すなわち前記開口部１９と反対側で収納部１１の奥深い側に高温体を収納すると、高温体の熱は前記中空部１７のなす真空断熱層によって断熱されることとなり、前記内壁部１５Ａから外壁部１５Ｂへの伝熱を効果的に防止できるものである。
【００２８】
既に理解されるように、高温体収納ケース１３すなわち高温体収納装置１は、偏平状に薄い構成とするために、壁部１５を薄く形成した構成であっても、断熱効果が大きなものであり、高温体収納装置１内の発熱体が高温になった場合であっても、当該高温体収納装置１を内装した筐体５への伝熱を効果的に防止できるものである。
【００２９】
前記中空部１７内を真空にして真空断熱層を構成することによって前記内壁部１５Ａから外壁部１５Ｂへの伝熱を小さくすることができ、さらに、前記中空部１７内の内面に全面的に亘って輻射率の低い部材、例えば銀などをメッキして輻射抑制層２１を備えることにより、輻射熱による伝熱を少なくすることができ、伝熱をより効果的に抑制できるものである。
【００３０】
したがって、高温体を内装した高温体収納ケース１３を前記筐体５内に配置した構成であって、高温体収納ケース１３の外表面が前記筐体５の内面に接触したような構成であっても、前記高温体の熱エネルギーが筐体５に伝熱することを効果的に防止でき、筐体５の表面が高温になるようなことがないものである。
【００３１】
図３は、前記高温体収納ケース１３における収納部１１の奥の部分に、例えば高温で反応が進行する改質器のごとき高温側リアクタ（反応器）を高温体２３として配置し、高温反応器としての前記改質器（高温体）に対する燃料供給配管２５と改質された改質ガス取出し管２７を、開口部１９に配置した構成を示すものである。
【００３２】
上記構成においては、高温体収納ケース１３における収納部１１の深さ寸法（図３において左右方向の寸法）は前記高温体２３の長さ寸法よりも大きいものである。したがって、前記高温体２３からの伝熱は、中空部１７よりなる真空断熱層によって効果的に防止されると共に、高温体２３から収納部１１の開口部１９までの距離が長いことにより、高温体収納ケース１３における内壁部１５Ａから外壁部１５Ｂへの伝熱距離が長くなり、真空断熱層による断熱性能が向上するものである。
【００３３】
図４は、図３に例示した前記構成においての変形例を示すもので、高温体２３と収納部１１の開口部１９との間に断熱材２９を配置した構成を示すものである。このような構成にすることにより、収納部１１内において、開口部１９と高温体２３との間の空気の流れ（熱対流）を防止でき、熱対流により開口部１９からの放熱を小さくすることができるものである。
【００３４】
図５は、図３に示した前記構成においての変形例を示すもので、高温体収納ケース１３における収納部１１の開口部１９付近の内壁部１５Ａを、熱伝導性の低い材料により熱遮断壁３１に構成したものである。このような構成とすることにより、内壁部１５Ａから外壁部１５Ｂへの伝熱を効果的に防止でき、高温体収納ケース１３による断熱効果をより良くするものである。なお、前記熱遮断壁３１の内部に断熱材２９を配置することにより、断熱効果をより向上することができるものである。
【００３５】
図６は、高温体収納ケース１３における収納部１１内に高温側リアクタ３３と低温側リアクタ３５とを収納した場合を例示するものである。すなわち、前記高温側リアクタ３３として、高温で適する反応条件となる改質器や発熱反応を行う例えば触媒燃焼器を採用し、低温側リアクタ３５として例えばＣＯ処理反応器や燃料気化器を採用し、高温側リアクタ３３での触媒燃焼器の発熱を高温側のリアクタの触媒燃焼器以外の反応器や低温側リアクタ３５で利用する構成である。
【００３６】
より詳細には、高温体収納ケース１３における収納部１１の奥の側に前記高温側リアクタ３３を配置し、前記収納部１１の開口部１９側に前記低温側リアクタ３５を配置した構成である。そして、前記高温側リアクタ３３と低温側リアクタ３５との間に適切な伝熱度，厚さの断熱材３７が介在してあると共に、前記低温側リアクタ３５と開口部１９との間には断熱材３９が配置してある。
【００３７】
前記断熱材３７は、前記低温側リアクタ３５において必要な熱エネルギーを前記高温側リアクタ３３からの伝熱で補うことを許容するものであって、一種の熱伝導制御部材をなすものである。前記断熱材３９は、前述した断熱材２９と同様に熱対流等を防止する機能を有するものである。なお、前記高温側リアクタ３３及び低温側リアクタ３５には、それぞれ燃料供給管４１と反応ガス、例えば改質ガスや水素の燃焼ガス（水蒸気）等を取出す反応ガス取出し管４３とがそれぞれ別個に接続してある。
【００３８】
上記構成により、高温側リアクタ３３においての発熱反応により発生した熱を低温側リアクタ３５において利用することができるものの、高温側リアクタ３３及び低温側リアクタ３５の配置関係に起因して、高温側リアクタ３３及び低温側リアクタ３５にそれぞれ温度分布の差（温度勾配）を生じることがある。
【００３９】
そこで、前記高温側リアクタ３３及び低温側リアクタ３５の外周面と前記高温体収納ケース１３における内壁部１５Ａの内周面との間に、熱伝導の大きな部材よりなる伝熱アシスト材４５が介在してある。上記伝熱アシスト材４５は、前記高温側リアクタ３３及び低温側リアクタ３５の周面（前記収納部１１の長手方向の軸心回りの周面）に全面的に配置してもよいし、偏平方向（厚さ方向）に直交する向きに直線的に配置しても良い。
【００４０】
したがって、前記高温側リアクタ３３においての反応熱は、高温側リアクタ３３の周面全体から伝熱アシスト材４５を介して高温側リアクタ３３の周面へ全面的に伝熱される。また、低温側リアクタ３５の周面に配置した伝熱アシスト材４５を介して低温側リアクタ３５の周面へ全面的に伝熱される。よって、高温側リアクタ３３と低温側リアクタ３５との配置関係等に起因する温度勾配は小さくなり、高温側リアクタ３３においての発熱反応による発熱を低温側リアクタ３５において効果的に利用することができるものである。
【００４１】
図７は、前記高温体収納ケース１３における収納部１１内に、高温体としての改質器４７又は燃料電池４９の一方又は両方を内装した場合を概略的，概念的に示すものである。この構成によれば、改質器４７又は燃料電池４９の一方又は両方から外部へ熱が逃げることを抑制でき、改質の効率及び／又は発電効率を向上することができるものである。なお、上記構成においても、開口部に前記断熱材２９と同様の断熱材を、また複数の反応器が内装された場合には、必要に応じて反応器と反応器との間に前記断熱材３７と同様の断熱材を設けることが望ましいものである。
【００４２】
図８は、高温体収納ケース１３における対向位置にそれぞれ開口部１９を設けて、高温体収納ケース１３を筒状に構成した場合を例示するものである。この構成によれば、高温体収納ケース１３内に配置した高温体としての高温側リアクタ３３に対して両方の開口部１９に燃料供給管２５及び改質ガス取出し管２７を配置することができる。よって、高温側リアクタ３３が例えば改質器の場合には能率の良い改質を行うことができるものである。なお、上記構成においても、両方の開口部１９に断熱材２９を設けることが望ましいものである。
【００４３】
再び図１を参照するに、前記燃料電池システムとして、前記高温体収納装置１内に反応器として触媒燃焼器、改質器、ＣＯ処理反応器、燃料気化器の少なくとも１つ以上より構成されるとした場合、前記燃料タンク７と高温体収納装置１とを接続した配管５１は前記触媒燃焼器及び前記改質器に対して燃料（例えばＤＭＥ）を供給するためのものである。そして、前記高温体収納装置１と燃料電池９とを接続した一方の配管５３は改質ガスを燃料電池９へ供給するためのものであり、他方の配管５５は、燃料電池９において未反応のＨ２等を触媒燃焼器へ供給するためのものである。さらに、前記燃料電池９と前記電子機器３とを接続した配管５７は電力供給用の配線である。
【００４４】
なお、上記構成においては、燃料電池９を高温体収納装置１の外部に配置した構成にて例示してあるが、上記燃料電池９を別個の高温体収納装置内に配置する構成とすることもできるものである。すなわち、複数の高温体収納装置を設けて、燃料電池システムにおいての各種高温体を高温体収納装置に収納することも可能なものである。
【００４５】
したがって、厚さ制限を有する電子機器３に適用すべく燃料電池システムの筐体を薄型化，小型化した場合であっても、高温体収納装置の断熱効果が大きく、前記筐体が高温体によって直接的に加熱されることを効果的に防止できるものである。
【００４６】
【発明の効果】
以上のごとき説明より理解されるように、本発明によれば、高温体収納装置を薄型化，小型化した場合であって、高温体収納装置内の高温体が高温になった場合であっても、外部への伝熱を効果的に防止できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る高温体収納装置を、小型の電子機器の電源としての燃料電池システムに適用した場合を概略的，概念的に示した斜視説明図である。
【図２】高温体収納ケースの断面説明図である。
【図３】高温体収納ケース内に高温体を収納した場合の一例を示す説明図である。
【図４】図３に例示した構成の変形例を示す説明図である。
【図５】図３に例示した構成の変形例を示す説明図である。
【図６】高温体収納ケース内に高温側リアクタと低温側リアクタとを収納した場合を例示した説明図である。
【図７】高温体収納ケース内に高温側リアクタと低温側リアクタとして、改質器、ＣＯ処理反応器、燃料電池、燃料気化器が選ばれる１種以上の反応器を収納した場合を例示した説明図である。
【図８】高温体収納ケースの両側に開口部を設けた場合を例示した説明図である。
【符号の説明】
１高温体収納装置
３電子機器
５筐体
７燃料タンク
９燃料電池
１１収納部
１３高温体収納ケース
１５壁部
１５Ａ内壁部
１５Ｂ外壁部
１７中空部
１９開口部
２１輻射抑制層
２３高温体（高温リアクタ）
２９，３７，３９断熱材
３１熱遮断壁
３３高温側リアクタ
３５低温側リアクタ
５１，５３，５５，５７配管

Claims

厚さ制限を有する筐体内において高温体を収納する高温体収納装置であって、前記筐体の厚さに対応して偏平状に形成した高温体収納ケースの壁部を、内部に真空の中空部を備えた二重構造に構成すると共に、当該高温体収納ケースの偏平方向に対して直交する方向の側面に開口部を形成したことを特徴とする高温体収納装置。
請求項１に記載の高温体収納装置において、前記中空部の内面に、輻射率の低い部材よりなる輻射抑制層を備えていることを特徴とする高温体収納装置。
請求項１又は２に記載の高温体収納装置において、前記高温体収納ケースにおける収納部の深さは、当該収納部に収納した高温体の長さよりも大きいことを特徴とする高温体収納装置。
請求項３に記載の高温体収納装置において、前記高温体と高温体収納ケースの開口部との間に断熱材を配置した構成であることを特徴とする高温体収納装置。
請求項１，３又は４に記載の高温体収納装置において、前記高温体収納ケースにおける前記開口部付近の内壁部を、熱伝導性の低い材料により構成してあることを特徴とする高温体収納装置。
請求項１〜５のいずれかに記載の高温体収納装置において、高温体収納ケース内の奥の側に高温側リアクタを配置し、前記高温体収納ケース内の開口部側に低温側リアクタを配置した構成であることを特徴とする高温体収納装置。
請求項６に記載の高温体収納装置において、前記高温側リアクタと前記低温側リアクタとの間及び前記低温側リアクタと前記開口部との間に断熱材を配置すると共に、前記高温側リアクタと前記高温体収納ケースの内面との間及び前記低温側リアクタと前記高温体収納ケースの内面との間に、伝熱アシスト材を介在した構成であることを特徴とする高温体収納装置。
請求項６又は７に記載の高温体収納装置において、前記高温側リアクタと前記低温側リアクタはそれぞれ改質器、ＣＯ処理反応器、燃料気化器、燃料電池の中から選ばれる少なくとも１種類以上の反応器であることを特徴とする高温体収納装置。
厚さ制限を有する筐体内において高温体を収納する高温体収納装置であって、前記筐体の厚さに対応して偏平状に形成した高温体収納ケースの壁部を、内部に真空の中空部を備えた二重構造に構成すると共に、当該高温体収納ケースの偏平方向に対して直交する方向の側面の複数箇所に開口部を形成したことを特徴とする高温体収納装置。