JP2007080587A - Fuel cell and electric apparatus - Google Patents

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修司 青木
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亮 藤本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of keeping a power generation part and a fuel tank at optimum temperatures by changing over heat among the power generation part, the fuel tank, and an outside heat radiation part. <P>SOLUTION: The fuel cell has the fuel tank 3 for discharging fuel by endothermic reaction, a power generation part 1a for generating heat by power generation with fuel introduced from the fuel tank, and the outside heat radiation part 6 for radiating heat generated in the power generation part to the outside. The fuel cell also has a moving heat connection member 21 for connecting the power generation part 1a, the fuel tank 3, and the outside heat radiation part 6, supplying heat generated in the power generation part to the fuel tank and the outside heat radiation part, controlling the supply of heat according to temperatures of the power generation part and the fuel tank, and keeping the temperature of the power generation part and the fuel tank in a prescribed region. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池および電気機器に関する。特に、本発明はデジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、小型プロジェクタ、小型プリンタ、ノート型パソコンなどの持ち運び可能な小型電気機器に搭載可能な発電量が数ミリワットから数百ワットまでの燃料電池およびそれを用いた小型電気機器に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell and an electric device. In particular, the present invention relates to a fuel cell having a power generation amount of several milliwatts to several hundreds of watts that can be mounted on a portable small electric device such as a digital camera, a digital video camera, a small projector, a small printer, a notebook computer, and the like. It relates to small electrical equipment.

従来、電気機器を使用するために、種々の一次電池、二次電池が使用されてきた。しかし、最近の小型電気機器の高性能化に伴い、消費電力が大きくなり、一次電池では、小型軽量で、十分なエネルギーを供給できなくなっている。一方、二次電池においては、繰り返し充電して使用できるという利点はあるが、一回の充電で使用できるエネルギーは一次電池よりも更に少ない。そして、二次電池の充電の為には、別の電源が必要である上、充電には通常数十分から数時間かかり、いつでもどこでもすぐに使用できる様にするということは困難である。今後、電気機器のますますの小型、軽量化が進み、ワイヤレスのネットワーク環境が整うことにより、機器を持ち運んで使用する傾向が高まる中で、従来の一次電池、二次電池では電気機器の駆動に十分なエネルギーを供給することは困難である。   Conventionally, various primary batteries and secondary batteries have been used in order to use electric devices. However, with the recent high performance of small electrical devices, power consumption has increased, and primary batteries are small and light and cannot supply sufficient energy. On the other hand, in the secondary battery, there is an advantage that it can be repeatedly charged and used, but the energy that can be used in one charge is much smaller than that of the primary battery. In order to charge the secondary battery, another power source is required, and charging usually takes several tens of minutes to several hours, and it is difficult to immediately use it anytime and anywhere. In the future, as electric devices become increasingly smaller and lighter, and the wireless network environment is in place, the tendency to carry and use the devices will increase. Conventional primary and secondary batteries will drive electric devices. It is difficult to supply sufficient energy.

このような問題の解決策として、燃料電池が注目されている。燃料電池は従来、大型の発電機、自動車用の駆動源として開発が進められてきた。これは燃料電池が、従来の発電システムに比べて、発電効率が高く、しかも廃棄物がクリーンであることが主な理由である。一方、燃料電池が小型電気機器の駆動源として有用な理由に体積当たり、重量当たりの供給可能なエネルギー量が従来の電池に比べて、数倍から十倍近くであることが挙げられる。さらに、燃料のみを交換すれば連続して使用が可能であるため、他の二次電池の様に充電に時間がかかることもない。   As a solution to such a problem, a fuel cell has attracted attention. Conventionally, fuel cells have been developed as a drive source for large generators and automobiles. This is mainly because the fuel cell has higher power generation efficiency and clean waste than the conventional power generation system. On the other hand, the reason why fuel cells are useful as a drive source for small electric devices is that the amount of energy that can be supplied per volume and per weight is several to ten times that of conventional batteries. Furthermore, since it can be used continuously if only the fuel is replaced, it does not take time to charge unlike other secondary batteries.

燃料電池には、様々な方式のものがあるが、小型電気機器、とりわけ持ち運びして使用する機器に対しては、固体高分子型燃料電池が適している。これは、常温に近い温度で使用でき、また、電解質が液体ではなく固体であるので、安全に持ち運べるという利点を有しているためである。   Although there are various types of fuel cells, solid polymer fuel cells are suitable for small electric devices, especially devices that are carried and used. This is because it can be used at a temperature close to room temperature, and since the electrolyte is a solid rather than a liquid, it has the advantage of being safe to carry.

小型電気機器用の燃料電池の燃料としては、メタノール型が検討されてきた。これは、メタノールが保存しやすく、また入手しやすい燃料であることが主な理由である。
また、大きな出力を得るための燃料電池には、水素を燃料に使用するのが効果的である。常圧下において気体である水素を貯蔵する方法としては、第一の方法に水素を圧縮して高圧ガスとして保存する方法である。第二の方法としては水素を低温にして、液体として貯蔵する方法である。第三の方法としては水素吸蔵合金を使用して水素を貯蔵する方法である。第四の方法では、メタノールやガソリンなどを燃料タンクに積み、改質して水素に変換して使用する方法がある。また、最近、第五の方法としてカーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバー、カーボンナノホーンなどの炭素系材料が注目されている。これらの炭素系材料では、重量当たり約１０ｗｔ％の水素を吸蔵できる可能性があるためである。 As a fuel for fuel cells for small electrical equipment, a methanol type has been studied. This is mainly due to the fact that methanol is a fuel that is easily stored and easily available.
In addition, it is effective to use hydrogen as a fuel for a fuel cell for obtaining a large output. As a method for storing hydrogen which is a gas under normal pressure, the first method is a method in which hydrogen is compressed and stored as a high-pressure gas. The second method is a method of storing hydrogen as a liquid at a low temperature. The third method is a method of storing hydrogen using a hydrogen storage alloy. In the fourth method, there is a method in which methanol, gasoline or the like is loaded on a fuel tank, reformed and converted to hydrogen. Recently, carbon-based materials such as carbon nanotubes, graphite nanofibers, and carbon nanohorns have attracted attention as a fifth method. This is because these carbon-based materials may occlude about 10 wt% of hydrogen per weight.

一方、固体高分子型燃料電池の発電は以下の様にして行われる。高分子電解質膜には、パーフルオロスルホン酸系の陽イオン交換樹脂が用いられる。例えば、このような膜としては、デュポン社のナフィヨンなどが知られている。固体高分子電解質膜を、白金などの触媒を担持した一対の多孔質電極、すなわち、燃料極と酸化剤極とで狭持した膜電極複合体が燃料電池セルとなる。この燃料電池セルに対して、酸化剤極には酸化剤を、燃料極には燃料を供給することにより、高分子電解質膜中をプロトンが移動し、発電が行われる。この発電反応は６０℃〜１００℃程度の温度範囲で行われると最も効率がよい。   On the other hand, power generation of the polymer electrolyte fuel cell is performed as follows. A perfluorosulfonic acid cation exchange resin is used for the polymer electrolyte membrane. For example, Nafyon manufactured by DuPont is known as such a film. A pair of porous electrodes carrying a catalyst such as platinum, that is, a membrane electrode assembly sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode, serves as a fuel cell. By supplying an oxidant to the oxidant electrode and a fuel to the fuel electrode, protons move through the polymer electrolyte membrane to generate electric power. This power generation reaction is most efficient when performed in a temperature range of about 60 ° C to 100 ° C.

しかし、高分子電解質膜は、１００℃を超えると、発電性能が著しく低下するという性質を有する。また、高分子電解質膜は、通常湿らせて使用するが、１００℃以上の温度では、高分子電解質膜中の水分が蒸発する。そのために、発電において燃料電池セル温度が１００℃以上になることは好ましくない。また、固体高分子型燃料電池の発電効率は５０％程度であり、発電量と同程度の熱が発生する。従って、発電においては、燃料電池セルを適切な温度に保つことが必要になる。   However, the polymer electrolyte membrane has a property that when the temperature exceeds 100 ° C., the power generation performance is significantly reduced. In addition, the polymer electrolyte membrane is usually used by being wetted, but at a temperature of 100 ° C. or higher, the water in the polymer electrolyte membrane evaporates. Therefore, it is not preferable that the temperature of the fuel battery cell is 100 ° C. or higher in power generation. In addition, the power generation efficiency of the polymer electrolyte fuel cell is about 50%, and the same amount of heat is generated as the amount of power generation. Therefore, in power generation, it is necessary to keep the fuel cell at an appropriate temperature.

燃料電池セルを加熱して、発電効率を高めると共に、燃料電池セル温度を最適に保つように制御する試みとしては、従来、熱交換器を利用した方法が採られてきた。また、特許文献１に示すように、燃料を加湿する際に加熱あるいは冷却しておくことにより熱交換器を用いずに温度制御を行う方法が試みられている。また、特許文献２および特許文献３においては、ヒートパイプ、フィンを用いた冷却装置を使用することで、大型の制御装置を不要としている。   Conventionally, a method using a heat exchanger has been adopted as an attempt to control the fuel cell by heating the fuel cell to increase power generation efficiency and keeping the fuel cell temperature optimal. Further, as shown in Patent Document 1, an attempt has been made to perform temperature control without using a heat exchanger by heating or cooling the fuel when it is humidified. Moreover, in patent document 2 and patent document 3, the large-sized control apparatus is made unnecessary by using the cooling device using a heat pipe and a fin.

また、発電部および燃料タンク部を最適な温度に保つ従来例として、特許文献４においては、発電部の外部に冷却水路を設け、発電部の排熱により加熱された温水で燃料タンクを加熱する方法が開示されている。特許文献５においては、燃料タンク部外部に水素燃料を用いて触媒反応を起こす加熱容器を設け、そこで発生した熱により燃料タンク部を加熱する方法が開示されている。特許文献６においては、発電部と燃料タンク部の平面とを接触させることにより熱交換を行う燃料電池装置が開示されている。
特開平８−６４２１８号公報 特開２０００−３５３５３６号公報 特開平１０−３４０７３４号公報 特開平６−２６０２０２号公報 特開平９−２２７１０１号公報 米国特許第６２６８０７７Ｂ１号明細書 Further, as a conventional example for maintaining the power generation unit and the fuel tank unit at optimum temperatures, in Patent Document 4, a cooling water passage is provided outside the power generation unit, and the fuel tank is heated with warm water heated by the exhaust heat of the power generation unit. A method is disclosed. Patent Document 5 discloses a method in which a heating container for causing a catalytic reaction using hydrogen fuel is provided outside the fuel tank, and the fuel tank is heated by the heat generated there. Patent Document 6 discloses a fuel cell device that performs heat exchange by bringing a power generation unit and a flat surface of a fuel tank unit into contact with each other.
JP-A-8-64218 JP 2000-353536 A JP 10-340734 A JP-A-6-260202 JP-A-9-227101 US Pat. No. 6,268,077 B1

しかしながら、上記の従来の燃料電池の構成では、小型の電気機器に搭載するための構成や、小型化するために必要な構成が考慮されていなかった。さらに、燃料電池の集積化が進むに従い、単位体積当たりの発熱量も増加し、それに伴って発熱量も大きくなる。例えば、デジタルカメラなどの小型電気機器は、手に持つなど人体に接して使用することも多く、燃料電池筐体が１００℃を超えるような高温になることは好ましくない。   However, in the configuration of the above-described conventional fuel cell, a configuration for mounting on a small electric device and a configuration necessary for downsizing are not considered. Furthermore, as the integration of the fuel cells progresses, the heat generation amount per unit volume increases, and the heat generation amount increases accordingly. For example, small electric devices such as digital cameras are often used in contact with the human body, such as being held in a hand, and it is not preferable that the temperature of the fuel cell casing exceeds 100 ° C.

また、燃料電池セルである発電部の周囲を筐体によって覆うと、熱がこもり、燃料電池セルが高温になりやすくなる。燃料電池セルは１００℃を超えるような高温では正常に動作しなくなるという性質を有する。これに対して冷却装置を使用する場合、大型の冷却装置を使用することは、システムの小型化において好ましくない。   Moreover, if the periphery of the power generation unit, which is a fuel cell, is covered with a casing, heat is accumulated and the fuel cell tends to become high temperature. Fuel cells have the property that they do not operate normally at high temperatures exceeding 100 ° C. On the other hand, when a cooling device is used, it is not preferable to use a large cooling device in reducing the size of the system.

また、燃料電池全体を小型化すると、燃料タンクと燃料電池セルとの距離が近くなり、発電に伴って発生する熱が、燃料タンク内部に伝わりやすくなり、タンク内の内圧を高める原因になり好ましくない。   In addition, if the entire fuel cell is downsized, the distance between the fuel tank and the fuel cell is reduced, and heat generated by power generation is easily transferred to the inside of the fuel tank, which may increase the internal pressure in the tank. Absent.

本発明は、この様な従来技術の課題を解決するためになされたものである。本発明は、燃料電池において、発電部、燃料タンクおよび外部放熱部の間の熱切替えを行うことにより、発電部および燃料タンクの温度を最適に保つことができる燃料電池およびそれを用いた電気機器を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made to solve such problems of the prior art. The present invention relates to a fuel cell in which the temperature of the power generation unit and the fuel tank can be optimally maintained by performing heat switching between the power generation unit, the fuel tank, and the external heat radiation unit, and an electric device using the same. Is intended to provide.

すなわち、本発明は、吸熱反応により燃料を放出する燃料タンクと、前記燃料タンクより導入された燃料を用いて発電を行い熱を発生する発電部と、前記発電部で発生する熱を外部へ放出する外部放熱部を有する燃料電池において、前記発電部、燃料タンクおよび外部放熱部を接続し、前記発電部から発生する熱を燃料タンクおよび外部放熱部へ供給し、かつ前記発電部および燃料タンクの温度に応じて熱の供給を制御し、前記発電部および燃料タンクの温度を一定の範囲に保持する熱接続手段を有することを特徴とする燃料電池である。   That is, the present invention includes a fuel tank that releases fuel by an endothermic reaction, a power generation unit that generates power using the fuel introduced from the fuel tank, and generates heat, and releases heat generated by the power generation unit to the outside. In the fuel cell having the external heat radiating section, the power generation section, the fuel tank, and the external heat radiating section are connected, the heat generated from the power generation section is supplied to the fuel tank and the external heat radiating section, and the power generation section and the fuel tank A fuel cell comprising heat connecting means for controlling the supply of heat according to temperature and maintaining the temperature of the power generation unit and the fuel tank in a certain range.

前記発電部、燃料タンクおよび外部放熱部に接触して熱を伝導する可動式熱接続部材が設けられ、前記可動式熱接続部材が移動して発電部から発生する熱を燃料タンクおよび外部放熱部へ供給するのが好ましい。   A movable thermal connection member that conducts heat in contact with the power generation unit, the fuel tank, and the external heat dissipation unit is provided, and heat generated from the power generation unit by the movement of the movable thermal connection member is transmitted to the fuel tank and the external heat dissipation unit It is preferable to supply to.

前記可動式熱接続部材が移動して、発電部と燃料タンクと外部放熱部とを、発電部と燃料タンクとを、または発電部と外部放熱部とを接続するのが好ましい。
前記発電部、燃料タンクおよび外部放熱部と、可動式熱接続部材とが接触する接触面積を変化させることにより伝熱量を変化させるのが好ましい。 It is preferable that the movable heat connecting member is moved to connect the power generation unit, the fuel tank, and the external heat dissipation unit, the power generation unit and the fuel tank, or the power generation unit and the external heat dissipation unit.
It is preferable to change the amount of heat transfer by changing the contact area where the power generation unit, the fuel tank, the external heat radiating unit, and the movable heat connection member are in contact with each other.

前記発電部及び燃料タンクは、発電部筐体及び燃料タンク筐体で覆われているのが好ましい。
前記可動式熱接続部材を駆動する駆動部が設けられているのが好ましい。 The power generation unit and the fuel tank are preferably covered with a power generation unit casing and a fuel tank casing.
It is preferable that a drive unit for driving the movable heat connection member is provided.

前記駆動部が発電部の温度、燃料タンクの内部圧力、または発電部より実負荷へ供給する電流の変化により作動して前記可動式熱接続部材を駆動するのが好ましい。
前記発電部及び燃料タンクを覆っている発電部筐体及び燃料タンク筐体が断熱部材で覆われているのが好ましい。 It is preferable that the driving unit is operated by a change in temperature of the power generation unit, an internal pressure of the fuel tank, or a current supplied from the power generation unit to the actual load to drive the movable heat connection member.
The power generation unit casing and the fuel tank casing covering the power generation unit and the fuel tank are preferably covered with a heat insulating member.

また、本発明は、上記の燃料電池を用いた電気機器である。   The present invention also relates to an electric device using the above fuel cell.

本発明によれば、発電部で発生する熱を熱接続手段を介して、前記燃料タンクへの熱供給と余剰な熱の外部への放出を行う熱の切替えができるので、発電部および燃料タンクの温度を最適に保つことができる。   According to the present invention, since heat generated in the power generation unit can be switched between heat supply to the fuel tank and release of excess heat to the outside through the heat connecting means, the power generation unit and the fuel tank The temperature can be kept optimal.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の燃料電池は、吸熱反応により燃料を放出する燃料タンクと、前記燃料タンクより導入された燃料を用いて発電を行い熱を発生する発電部と、前記発電部で発生する熱を外部へ放出する外部放熱部を有する燃料電池において、前記発電部、燃料タンクおよび外部放熱部を接続し、前記発電部から発生する熱を燃料タンクおよび外部放熱部へ供給し、かつ前記発電部および燃料タンクの温度に応じて熱の供給を制御し、前記発電部および燃料タンクの温度を一定の範囲に保持する熱接続手段を有することを特徴とする。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The fuel cell of the present invention includes a fuel tank that releases fuel by an endothermic reaction, a power generation unit that generates power using the fuel introduced from the fuel tank and generates heat, and heat generated by the power generation unit to the outside In a fuel cell having an external heat radiating part to be released, the power generation part, a fuel tank and an external heat radiating part are connected, heat generated from the power generation part is supplied to the fuel tank and the external heat radiating part, and the power generation part and the fuel tank And heat supply means for controlling the supply of heat in accordance with the temperature of the power generation unit and maintaining the temperature of the power generation unit and the fuel tank in a certain range.

先ず、本実施例の燃料電池の構成について説明する。
図１は本発明の燃料電池の構成を示す概略図である。図２は本発明の燃料電池の正面図である。 First, the configuration of the fuel cell of this embodiment will be described.
FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of the fuel cell of the present invention. FIG. 2 is a front view of the fuel cell of the present invention.

本発明の燃料電池は、酸化剤として反応に用いる酸素を外気から取り入れるための通気孔７を有する。また、この通気孔７は生成した水を水蒸気として外に逃がす働きもしている。また、一方の側面には、電気を取り出すための電極５３を有する。燃料電池の内部は、発電部１と、燃料を貯蔵する燃料タンク３と、発電部１の熱を外部へ放出する外部放熱部６と、固定熱接続部材２及び可動式熱接続部材４からなる熱接続手段、発電部１で発電した電気をとりまとめる配線部５によって構成されている。発電部１は、高分子電解質膜１２、酸化剤極１１、燃料極１３および触媒を有する燃料電池セル１ｂを有する。また、固定熱接続部材２及び可動式熱接続部材４は、発電部１の熱を燃料タンク３及び外部放熱部６へ熱交換するものである。   The fuel cell of the present invention has a vent hole 7 for taking in oxygen used for the reaction as an oxidant from outside air. The vent hole 7 also serves to release the generated water as water vapor. Further, an electrode 53 for taking out electricity is provided on one side surface. The inside of the fuel cell includes a power generation unit 1, a fuel tank 3 that stores fuel, an external heat radiation unit 6 that releases heat of the power generation unit 1 to the outside, a fixed heat connection member 2, and a movable heat connection member 4. It is comprised by the heat | fever connection means and the wiring part 5 which collects the electric power generated with the electric power generation part 1. FIG. The power generation unit 1 includes a polymer electrolyte membrane 12, an oxidant electrode 11, a fuel electrode 13, and a fuel battery cell 1b having a catalyst. The fixed heat connection member 2 and the movable heat connection member 4 exchange heat of the power generation unit 1 with the fuel tank 3 and the external heat radiation unit 6.

図１には示していなが、発電部と燃料タンクは、外部とは断熱された部材で覆われている。固定熱接続部材２は燃料タンク３に固定して接続し、可動式熱接続部材４と接触している。   Although not shown in FIG. 1, the power generation unit and the fuel tank are covered with a member that is thermally insulated from the outside. The fixed heat connecting member 2 is fixedly connected to the fuel tank 3 and is in contact with the movable heat connecting member 4.

ここで、本発明の燃料電池の形態と、発電部で発生する熱の切替え機能および熱接続手段について説明する。
以下に、本発明の燃料電池の各部位について説明する。 Here, the form of the fuel cell according to the present invention, the function of switching the heat generated in the power generation unit, and the thermal connection means will be described.
Below, each site | part of the fuel cell of this invention is demonstrated.

発電部１の燃料電池セルについて説明する。燃料電池セルは燃料極１３に燃料（水素）、酸化剤極１１に酸化剤（酸素または空気）を供給することにより、触媒反応が起こり、発電する。その際、生成物として水が発生する。燃料極１３および酸化剤極１１での反応は、下記の反応式の通りである。   The fuel cell of the power generation unit 1 will be described. The fuel battery cell generates power by supplying a fuel (hydrogen) to the fuel electrode 13 and an oxidant (oxygen or air) to the oxidant electrode 11 to cause a catalytic reaction. At that time, water is generated as a product. The reaction at the fuel electrode 13 and the oxidant electrode 11 is represented by the following reaction formula.

Figure 2007080587
Figure 2007080587

上反応式で示されるように、得られる電流量と消費する水素量とには比例関係があり、このときの化学反応により発電（電気エネルギー）とともに熱が発生する。
電流量Ｉ［Ａ］の発電をおこなったとすると、消費する水素量は５．１×１０６×Ｉ［ｍｏｌ／ｓ］となる。 As shown in the above reaction formula, there is a proportional relationship between the amount of current obtained and the amount of hydrogen consumed, and heat is generated together with power generation (electric energy) by the chemical reaction at this time.
Assuming that power generation with the current amount I [A] is performed, the amount of hydrogen consumed is 5.1 × 10 6 × I [mol / s].

また、発電とともに熱が発生する。理論上の発熱量は以下のように計算される。発電量をＰ［Ｗ］、燃料電池セル１枚当たりの起電力をｖ［Ｖ］として、
発熱量Ｈc＝Ｐ×（ｖ0−ｖ）÷ｖ
＝Ｉ×（ｖ0−ｖ）
ただし、ｖ0：理論開回路電圧（２５℃では１．２３［Ｖ］）である。 In addition, heat is generated with power generation. The theoretical calorific value is calculated as follows. The power generation amount is P [W], the electromotive force per fuel cell is v [V],
Calorific value H c = P × (v 0 −v) ÷ v
= I × (v 0 −v)
Where v 0 is the theoretical open circuit voltage (1.23 [V] at 25 ° C.).

また、上記の化学反応で生成される水素１ｍｏｌにおけるエネルギーは、２８５．８３［ｋＪ／ｍｏｌ］であり、そのうち反応そのものに必要な熱量は、４８．７［ｋＪ／ｍｏｌ］である。よって、電気エネルギーとして取り出せる最大値Ｑ1は、
Ｑ1＝２８５．８−４８．７＝２３７．１３［ｋＪ／ｍｏｌ］
となる。 Moreover, the energy in 1 mol of hydrogen produced | generated by said chemical reaction is 285.83 [kJ / mol], The calorie | heat amount required for reaction itself is 48.7 [kJ / mol]. Therefore, the maximum value Q 1 that can be extracted as electric energy is
Q 1 = 285.8-48.7 = 237.13 [kJ / mol]
It becomes.

発電効率を５０％、そのときの水素タンクの貯蔵量を２［Ｌ］とすると、発電部における熱として出る総熱量Ｑ2は、（気体１ｍｏｌの体積２２．４［Ｌ］とすると）
Ｑ2＝２７３．１３×（２／２２．４）×０．５≒１０．６［ｋＪ／ｍｏｌ］
となる。 Assuming that the power generation efficiency is 50% and the storage amount of the hydrogen tank at that time is 2 [L], the total heat quantity Q 2 generated as heat in the power generation unit is (assuming that the volume of gas is 1 mol 22.4 [L])
Q 2 = 273.13 × (2 / 22.4) × 0.5≈10.6 [kJ / mol]
It becomes.

次に、燃料タンク３について説明する。本発明では燃料として水素を使用するものとする。タンクの内部に水素吸蔵合金を充填する場合について述べる。
一般に、燃料電池に用いる高分子電解質膜の耐圧が０．３〜０．５ＭＰａであることから、供給する燃料圧力と外気圧力との差圧が０．１ＭＰａ以内の範囲で用いるのが望ましい。例えば、水素の解放圧が常温で０．２ＭＰａの特性を持つ水素吸蔵合金として、ＬａＮｉ5などを用いることができる。 Next, the fuel tank 3 will be described. In the present invention, hydrogen is used as the fuel. The case where the hydrogen storage alloy is filled in the tank will be described.
In general, since the pressure resistance of the polymer electrolyte membrane used in the fuel cell is 0.3 to 0.5 MPa, it is desirable that the differential pressure between the supplied fuel pressure and the outside air pressure is within 0.1 MPa. For example, LaNi 5 or the like can be used as a hydrogen storage alloy having a characteristic that the release pressure of hydrogen is 0.2 MPa at room temperature.

表１にＬａＮｉ5の温度による水素放出速度の変化を示す。一般に水素吸蔵合金は温度が低下すると、水素放出速度は低下する。また、水素吸蔵合金から水素を放出することは吸熱反応であるから、熱を与えることが必要であり、熱を与えなければ、燃料タンクの温度は低下することになる。従って、燃料電池発電中、発電に十分な水素放出量を得るためには、燃料タンクの温度低下を防ぐ必要がある。 Table 1 shows changes in the hydrogen release rate with LaNi 5 temperature. In general, when the temperature of a hydrogen storage alloy decreases, the hydrogen release rate decreases. Further, since releasing hydrogen from the hydrogen storage alloy is an endothermic reaction, it is necessary to apply heat, and if the heat is not applied, the temperature of the fuel tank will decrease. Therefore, in order to obtain a hydrogen release amount sufficient for power generation during fuel cell power generation, it is necessary to prevent a temperature drop of the fuel tank.

Figure 2007080587
Figure 2007080587

但し、タンク容量＝５．１５ｃｍ3：２．８×２．３×０．８ｃｍである。
一方、一般に水素吸蔵合金は温度の上昇に伴い、水素の解離圧が上昇する。表２にＬａＮｉ5の温度による水素の解離圧の変化を示す。表２から分かるように、燃料タンク内の温度が５０℃を超えると、タンク内圧は０．５ＭＰａを超えてしまい発電部内の高分子電解質膜を壊す可能性がある。燃料タンクが、このような高圧になることは、破裂の危険性が高まる。たとえ、燃料タンクと燃料電池セルとの間に燃料の圧力を制御するバルブを入れたとしても、バルブが正常に動作しなくなる原因となる。 However, the tank capacity = 5.15 cm 3 : 2.8 × 2.3 × 0.8 cm.
On the other hand, hydrogen storage alloys generally increase the hydrogen dissociation pressure as the temperature increases. Table 2 shows changes in dissociation pressure of hydrogen with LaNi 5 temperature. As can be seen from Table 2, when the temperature in the fuel tank exceeds 50 ° C., the tank internal pressure exceeds 0.5 MPa, which may break the polymer electrolyte membrane in the power generation unit. Such a high pressure in the fuel tank increases the risk of rupture. Even if a valve for controlling the pressure of the fuel is inserted between the fuel tank and the fuel battery cell, the valve will not operate normally.

Figure 2007080587
Figure 2007080587

ここで、水素タンクの吸熱量を発電部の発熱量で賄ったときに余剰として残る発熱量を熱源として仮にデジタルカメラなどの小型電気機器の中に置いた場合、その小型電気機器の表面温度を試算して説明する。   Here, if the heat generation amount remaining as a surplus when the heat absorption amount of the hydrogen tank is covered by the heat generation amount of the power generation unit is placed in a small electric device such as a digital camera as a heat source, the surface temperature of the small electric device is set. Calculate and explain.

水素タンクの吸熱量を発電部の発熱量で賄うとすると、燃料タンクから水素を放出するために必要な吸熱量Ｑ3は、（ｍｏｌをリットルに換算）
Ｑ3＝３０〔ｋＪ／ｍｏｌ〕＝３０×（２／２２．４）＝２．７〔ｋＪ〕
であり、発電部における熱として出る総熱量が、Ｑ2≒１０．６［ｋＪ／ｍｏｌ］であるから、発電部に余剰として残る発熱量ΔＱは、
△Ｑ＝１０．６−２．７＝７．９〔ｋＪ〕
となる。 If the heat absorption amount of the hydrogen tank is covered by the heat generation amount of the power generation unit, the heat absorption amount Q 3 required to release hydrogen from the fuel tank is (mol converted to liters).
Q 3 = 30 [kJ / mol] = 30 × (2 / 22.4) = 2.7 [kJ]
And the total amount of heat generated as heat in the power generation unit is Q 2 ≈10.6 [kJ / mol].
ΔQ = 10.6-2.7 = 7.9 [kJ]
It becomes.

この発電部に余剰として残る発熱量ΔＱを熱源として仮にデジタルカメラなどの小型電気機器のような約０．２［ｋｇ］程度のアルミ筐体の中に置いたとすると、その筐体の上昇最大温度ΔＴは、
△Ｔ＝△Ｑ／ｍ×Ｃ
＝７．９／０．２×０．９
≒４０〔Ｋ〕
となる。但し、アルミの比熱容量Ｃ：０．９［ｋｇ／ｋｇ・Ｋ］、アルミ筐体の質量ｍ：０．２［ｋｇ］とする。 If the heat generation amount ΔQ remaining in the power generation unit is used as a heat source in an aluminum casing of about 0.2 [kg] such as a small electric device such as a digital camera, the maximum temperature rise of the casing ΔT is
△ T = △ Q / m × C
= 7.9 / 0.2 × 0.9
≒ 40 [K]
It becomes. However, the specific heat capacity C of aluminum is 0.9 [kg / kg · K], and the mass m of the aluminum casing is 0.2 [kg].

外気温度を３０℃とすると、表面温度は７０℃となり手に持つなど人体に接して使用するには好ましくない温度となる。
このことから、発電部に余剰として残る発熱量を燃料電池筐体へ直接伝熱させ、さらに、そのままデジタルカメラなどの小型電気機器に燃料電池として装填することが好ましくないことがわかる。つまり、発電部に余剰として残る発熱量を燃料電池筐体へは伝熱させることなく、表面温度が人体に対して適切な温度となるように外部放熱部へ伝熱させて放熱することが望ましい。また、前述したように、燃料電池発電中、発電に十分な水素放出量を得るためには、燃料タンクの温度低下を防ぐ必要がある。外気が水素吸蔵合金から水素を放出可能となる温度以下であるような場合を考慮すると、燃料タンクを外気に直接触れさせるようにすることは好ましくないことがわかる。すなわち、発電部および燃料タンクを共に外気とは断熱されている構造をとることで、本発明の燃料電池の熱管理をより容易にすることができる。 When the outside air temperature is 30 ° C., the surface temperature becomes 70 ° C., which is not preferable for use in contact with the human body, such as holding it in the hand.
From this, it can be seen that it is not preferable to directly transfer the amount of heat generated as a surplus in the power generation unit to the fuel cell housing, and to directly mount it as a fuel cell in a small electric device such as a digital camera. In other words, it is desirable to transfer heat to the external heat radiating part so that the surface temperature becomes an appropriate temperature for the human body without transferring the heat generated as a surplus in the power generation part to the fuel cell casing. . Further, as described above, in order to obtain a hydrogen release amount sufficient for power generation during fuel cell power generation, it is necessary to prevent a temperature drop of the fuel tank. Considering the case where the outside air is below the temperature at which hydrogen can be released from the hydrogen storage alloy, it can be seen that it is not preferable to allow the fuel tank to come into direct contact with the outside air. That is, the heat management of the fuel cell of the present invention can be facilitated by adopting a structure in which both the power generation unit and the fuel tank are insulated from the outside air.

そこで、発電部および燃料タンクは、共に外気とは断熱されている構造として、発電部で発生した熱を燃料タンク部へ供給しつつ、その余剰となった熱を外部放熱部へ伝熱させる熱切替え機能について、図３（ａ）〜（ｃ）により説明する。   Therefore, the power generation unit and the fuel tank are both insulated from the outside air, and the heat generated by the power generation unit is supplied to the fuel tank unit, and the excess heat is transferred to the external heat dissipation unit. The switching function will be described with reference to FIGS.

図３（ａ）は、発電部１と燃料タンク３とを熱的に固定された伝熱部材ＴＪ１と、燃料タンク３と外部放熱部６とを熱的に切替え可能な熱接続部材ＴＳＷ１で構成した図である。発電部で発生した熱を燃料タンクへ伝熱部材ＴＪ１を介して伝熱させる。そして、燃料タンクが所定の温度以上になると、燃料タンクと外部放熱部を熱接続部材ＴＳＷ１で接続させることにより伝熱させる。燃料タンクが所定の温度以下になった場合もしくは所定の温度に達していない場合は、熱接続部材ＴＳＷ１を未接続状態に切替える。この動作により、発電部で発生した熱は、発電部に留まることなく燃料タンクへ伝熱される。そして、燃料タンクへ伝熱された熱は、燃料タンクの温度を所定の温度になるように供給でき、所定の温度以上になると余剰である熱の外部放熱部へ伝熱させることができる。   3A shows a heat transfer member TJ1 in which the power generation unit 1 and the fuel tank 3 are thermally fixed, and a heat connection member TSW1 in which the fuel tank 3 and the external heat radiation unit 6 can be thermally switched. FIG. Heat generated in the power generation unit is transferred to the fuel tank via the heat transfer member TJ1. And when a fuel tank becomes more than predetermined temperature, it heat-transfers by connecting a fuel tank and an external thermal radiation part by heat connection member TSW1. When the temperature of the fuel tank becomes lower than the predetermined temperature or when the predetermined temperature has not been reached, the heat connecting member TSW1 is switched to the unconnected state. By this operation, the heat generated in the power generation unit is transferred to the fuel tank without remaining in the power generation unit. Then, the heat transferred to the fuel tank can be supplied so that the temperature of the fuel tank becomes a predetermined temperature, and when it becomes a predetermined temperature or higher, the heat can be transferred to the external heat radiating portion.

図３（ｂ）は、発電部と燃料タンクとを熱的に切替え可能な熱接続部材ＴＳＷ２と、発電部と外部放熱部とを熱的に切替え可能な熱接続部材ＴＳＷ３で構成した図である。燃料タンクが所定の温度に達していない場合もしくは所定の温度以下になった場合、発電部と燃料タンクを熱接続部材ＴＳＷ２で接続させることにより伝熱させる。燃料タンクが所定の温度以上になると、発電部と燃料タンクを熱接続部材ＴＳＷ２で未接続状態に切替えると同時に発電部と外部放熱部を熱接続部材ＴＳＷ３で接続させて伝熱させる。燃料タンクが再び所定の温度以下になった場合、発電部と燃料タンクを熱接続部材ＴＳＷ２で接続させることにより伝熱させると同時に発電部と外部放熱部を熱接続部材ＴＳＷ３で未接続状態に切替える。この動作により、発電部で発生した熱は、燃料タンクへ伝熱されることで燃料タンクの温度を所定の温度になるように供給でき、所定の温度以上になる前に供給を中断し余剰の熱として外部放熱部へ伝熱させることができる。   FIG. 3B is a diagram that includes a thermal connection member TSW2 capable of thermally switching between the power generation unit and the fuel tank, and a thermal connection member TSW3 capable of thermally switching between the power generation unit and the external heat radiation unit. . When the fuel tank does not reach the predetermined temperature or when the fuel tank is below the predetermined temperature, heat is transferred by connecting the power generation unit and the fuel tank with the heat connecting member TSW2. When the fuel tank reaches a predetermined temperature or more, the power generation unit and the fuel tank are switched to the unconnected state by the heat connection member TSW2, and at the same time, the power generation unit and the external heat radiation unit are connected by the heat connection member TSW3 to transfer heat. When the temperature of the fuel tank again falls below a predetermined temperature, heat generation is performed by connecting the power generation unit and the fuel tank by the heat connection member TSW2, and at the same time, the power generation unit and the external heat radiation unit are switched to the unconnected state by the heat connection member TSW3. . With this operation, the heat generated in the power generation unit is transferred to the fuel tank so that the temperature of the fuel tank can be supplied to a predetermined temperature. As a result, heat can be transferred to the external heat radiation part.

図３（ａ）と（ｂ）を比較すると、図３（ａ）は、外部放熱部が外的要因によって破損し満足できるだけの放熱ができなくなった場合、燃料タンクの温度は所定温度以上に上昇し水素の解離圧も上昇し、破裂の危険性が高まることとなる。図３（ｂ）は、外部放熱部が外的要因によって破損し満足できるだけの放熱ができなくなった場合でも、燃料タンクへの熱供給は中断されるため燃料タンクの破裂の危険性はない。そのために、実用上では図３（ｂ）の切替え機能のほうがより望ましい。   Comparing FIGS. 3 (a) and 3 (b), FIG. 3 (a) shows that the temperature of the fuel tank rises above a predetermined temperature when the external heat radiating part is damaged due to an external factor and heat radiation cannot be performed satisfactorily. However, the dissociation pressure of hydrogen also increases, and the risk of explosion increases. In FIG. 3B, even when the external heat radiating portion is damaged due to an external factor and the heat radiation that can be satisfied cannot be performed, the heat supply to the fuel tank is interrupted, so there is no risk of the fuel tank bursting. For this reason, the switching function shown in FIG. 3B is more desirable in practice.

図３（ｂ）では、熱接続部材ＴＳＷ２とＴＳＷ３の２個構成で説明したが、この２つの熱接続部材を１つにまとめた熱接続手段として構成した場合を図３（ｃ）に示す。図３（ｃ）は、図３（ｂ）とほぼ同様に発電部と燃料タンクとを熱的に切替え可能であり、かつ発電部と外部放熱部とを熱的に切替え可能にした熱接続手段ＴＳＷ４で構成した図である。燃料タンクが所定の温度に達していない場合もしくは所定の温度以下になった場合、発電部と燃料タンクを熱接続手段ＴＳＷ４で接続させることにより伝熱させる。燃料タンクが所定の温度以上になると、発電部と燃料タンクを熱接続手段ＴＳＷ４で未接続状態に切替えると同時に発電部と外部放熱部を熱接続手段ＴＳＷ４で接続させることにより伝熱させる。燃料タンクが再び所定の温度以下になった場合、発電部と燃料タンクを熱接続手段ＴＳＷ４で接続させることにより伝熱させると同時に発電部と外部放熱部を熱接続手段ＴＳＷ４で未接続状態に切替える。この動作により、発電部で発生した熱は、燃料タンクへ伝熱されることで燃料タンクの温度を所定の温度になるように供給でき、燃料タンクの温度が所定の温度以上になると供給を中断し余剰の熱として外部放熱部へ伝熱させることができる。なお、ここで述べている外部放熱部は、表面温度が人体に接しても問題ない温度になるように設計されている。   Although FIG. 3B has been described with the two thermal connection members TSW2 and TSW3, FIG. 3C shows a case where the two thermal connection members are configured as one thermal connection means. FIG. 3C is a thermal connection means that can switch the power generation unit and the fuel tank thermally in the same manner as FIG. 3B and can switch the power generation unit and the external heat radiation unit thermally. It is the figure comprised by TSW4. When the fuel tank does not reach the predetermined temperature or when the fuel tank is below the predetermined temperature, heat is transferred by connecting the power generation unit and the fuel tank with the heat connecting means TSW4. When the fuel tank reaches a predetermined temperature or higher, the power generation unit and the fuel tank are switched to the unconnected state by the heat connection means TSW4, and at the same time, the power generation unit and the external heat radiation unit are connected by the heat connection means TSW4 to conduct heat. When the temperature of the fuel tank again falls below a predetermined temperature, heat generation is performed by connecting the power generation unit and the fuel tank by the thermal connection means TSW4, and at the same time, the power generation unit and the external heat radiation unit are switched to the unconnected state by the heat connection means TSW4. . By this operation, the heat generated in the power generation unit can be supplied to the fuel tank so that the temperature of the fuel tank becomes a predetermined temperature, and the supply is interrupted when the temperature of the fuel tank exceeds the predetermined temperature. Heat can be transferred to the external heat radiating portion as surplus heat. In addition, the external heat radiation part described here is designed so that the surface temperature may be a temperature that does not cause a problem even if it contacts the human body.

以下に、図３（ｃ）の実施のための熱接続手段、すなわち、発電部と燃料タンクとを熱的に切替え可能であり、かつ発電部と外部放熱部とを同時に熱的に切替え可能にした熱接続手段について図４を用いて説明する。   In the following, the thermal connection means for implementing FIG. 3C, that is, the power generation section and the fuel tank can be thermally switched, and the power generation section and the external heat radiation section can be simultaneously thermally switched. The thermal connection means will be described with reference to FIG.

発電部１ａと燃料タンク３は、接触して移動する可動式熱接続部材２１を介して熱的に接続および未接続状態に切替えることができる構造になっている。発電部１ａには、常に可動式熱接続部材２１が接触しており、また燃料タンク３には固定熱接続部材２２が常に接触している。発電部１ａと、発電部１ａの発熱を放出するための外部放熱部６は、発電部１ａに常に接触している可動式熱接続部材２１を介して外部放熱部６とを熱的に接続および未接続状態に切替えることのできる構造になっている。駆動部９は、発電部１ａの発電状態の変化を多角的に検出し、その変化を利用して可動式熱接続部材２１を駆動させる装置である。その駆動部９の動作によって、燃料タンク３に常に接触している固定熱接続部材２２あるいは外部放熱部６と、可動式熱接続部材２１の熱接続状態を変化させる。つまり、可動式熱接続部材２１を駆動させる駆動部９は、発電部１ａの発電状態の変化を例えば発電部１ａの発熱量の変化として捉えるものである。駆動部９は、温度によって形状が変形する形状記憶合金バネとバイアスバネで構成され、発電部１ａの発熱量の変化によって形状記憶合金の形状を変化させ、可動式熱接続部材２１を移動させる。可動式熱接続部材２１の移動量に変化によって各熱接続部の接触面積を変化させることで、発電部１ａから燃料タンク３への伝熱量と外部放熱部６への伝熱量を変化させることができる。   The power generation unit 1a and the fuel tank 3 have a structure that can be thermally switched between a connected state and a non-connected state via a movable thermal connection member 21 that moves in contact with the power generation unit 1a. The movable heat connecting member 21 is always in contact with the power generation unit 1a, and the fixed heat connecting member 22 is always in contact with the fuel tank 3. The power generating unit 1a and the external heat radiating unit 6 for releasing the heat generated by the power generating unit 1a are thermally connected to the external heat radiating unit 6 through the movable heat connecting member 21 always in contact with the power generating unit 1a. The structure can be switched to the unconnected state. The drive unit 9 is a device that detects a change in the power generation state of the power generation unit 1a from various angles and drives the movable heat connection member 21 using the change. The operation of the drive unit 9 changes the heat connection state between the fixed heat connection member 22 or the external heat radiation unit 6 always in contact with the fuel tank 3 and the movable heat connection member 21. That is, the drive unit 9 that drives the movable heat connection member 21 captures a change in the power generation state of the power generation unit 1a as, for example, a change in the amount of heat generated by the power generation unit 1a. The drive unit 9 includes a shape memory alloy spring and a bias spring whose shape is deformed according to temperature. The drive unit 9 changes the shape of the shape memory alloy by changing the amount of heat generated by the power generation unit 1a, and moves the movable heat connection member 21. By changing the contact area of each heat connection portion by changing the amount of movement of the movable heat connection member 21, the heat transfer amount from the power generation unit 1 a to the fuel tank 3 and the heat transfer amount to the external heat dissipation unit 6 can be changed. it can.

図４（ａ）において、発電部１ａの発電量が少ない場合、発電部１ａの発熱量も少なく燃料タンク３内の温度が低下していることが予測される。このとき、可動式熱接続部材２１は、駆動部９によって、燃料タンク３の固定熱接続部材２２と熱的に接続され、外部放熱部６とは、熱的に非接続状態となっている。これにより、燃料タンク３は、発電部１ａからの熱を取込むことにより、燃料タンク３の過度の温度低下を防ぐことができる。   In FIG. 4A, when the power generation amount of the power generation unit 1a is small, it is predicted that the heat generation amount of the power generation unit 1a is small and the temperature in the fuel tank 3 is lowered. At this time, the movable heat connection member 21 is thermally connected to the fixed heat connection member 22 of the fuel tank 3 by the drive unit 9, and is thermally disconnected from the external heat dissipation unit 6. Thereby, the fuel tank 3 can prevent the excessive temperature fall of the fuel tank 3 by taking in the heat from the electric power generation part 1a.

図４（ｂ）において、発電部１ａの発電量が定常状態である場合、発電部１ａの発熱量も定常的に発生し、燃料タンク３内の温度も定常的に吸熱を必要としていることが予測される。このとき、可動式熱接続部材２１は、駆動部９によって、燃料タンク３の固定熱接続部材２２と熱的に接続されつつ、外部放熱部６とも、熱的に接続状態となっている。これにより、発電部１ａからの熱が燃料タンク３へ取込まれることで、燃料タンク３からの水素の放出を安定して供給することができる。それと同時に、発電部１ａからの熱が燃料タンク３へ取込まれる以外の余剰の熱を外部放熱部６へ放出することで、発電部１ａの温度を過度に温度上昇することを防ぐことができる。   In FIG. 4B, when the power generation amount of the power generation unit 1a is in a steady state, the heat generation amount of the power generation unit 1a is also generated constantly, and the temperature in the fuel tank 3 also needs to absorb heat constantly. is expected. At this time, the movable thermal connection member 21 is thermally connected to the fixed heat connection member 22 of the fuel tank 3 by the driving unit 9 and is also thermally connected to the external heat radiating unit 6. Thereby, the heat | fever from the electric power generation part 1a is taken in into the fuel tank 3, and the discharge | release of hydrogen from the fuel tank 3 can be supplied stably. At the same time, it is possible to prevent the temperature of the power generation unit 1a from rising excessively by releasing excess heat other than that taken from the power generation unit 1a into the fuel tank 3 to the external heat dissipation unit 6. .

図４（ｃ）において、発電部１ａの発電量が定常状態を越えている場合、発電部１ａの発熱量も定常状態を越えて発生し、燃料タンク３内の温度も吸熱に必要な量より以上の熱が取込まれていることが予測される。このとき、可動式熱接続部材２１は、駆動部９によって、燃料タンク３の固定熱接続部材２２と熱的に非接続され、外部放熱部６とは、熱的に接続状態となる。これにより、発電部１ａからの熱が燃料タンク３へ取込まれることを一時的に停止し、燃料タンク３内の温度を過度に温度上昇することを防ぐことができる。それと同時に、発電部１ａからの熱が全て外部放熱部６へ放出することで、発電部１ａ内の温度を過度に温度上昇することを防ぐことができる。この状態から、発電部１ａの発電量が定常状態へ戻るか、もしくは、燃料タンク３からの水素の放出量が減少することによる供給電流制限をし始めることで、発電部１ａの温度上昇は抑えられると同時に燃料タンク３内の温度も抑えられる。それにより、図４（ｂ）の定常状態へ移行する。   In FIG. 4C, when the power generation amount of the power generation unit 1a exceeds the steady state, the heat generation amount of the power generation unit 1a is also generated beyond the steady state, and the temperature in the fuel tank 3 is also greater than the amount necessary for heat absorption. It is predicted that the above heat is taken in. At this time, the movable heat connection member 21 is thermally disconnected from the fixed heat connection member 22 of the fuel tank 3 by the drive unit 9 and is thermally connected to the external heat radiation unit 6. Thereby, the heat from the power generation unit 1a can be temporarily stopped from being taken into the fuel tank 3, and the temperature inside the fuel tank 3 can be prevented from rising excessively. At the same time, since all the heat from the power generation unit 1a is released to the external heat dissipation unit 6, it is possible to prevent the temperature in the power generation unit 1a from rising excessively. From this state, the power generation amount of the power generation unit 1a returns to the steady state, or the supply current limitation due to the decrease of the hydrogen release amount from the fuel tank 3 starts to suppress the temperature increase of the power generation unit 1a. At the same time, the temperature in the fuel tank 3 is also suppressed. Thereby, it shifts to the steady state of FIG.

なお、本発明において、熱的に接続および非接続とは、熱伝導による制御の意味を示す。
本発明においては、熱接続手段により発電部および燃料タンクの温度を一定の範囲に保持するが、発電部の温度は常温〜１００℃の範囲、燃料タンクの温度は２０〜５０℃の範囲に保つのが好ましい。 In the present invention, “thermally connected” and “not connected” mean the meaning of control by heat conduction.
In the present invention, the temperature of the power generation unit and the fuel tank is kept in a certain range by the heat connecting means, but the temperature of the power generation unit is kept in the range of room temperature to 100 ° C., and the temperature of the fuel tank is kept in the range of 20 to 50 ° C. Is preferred.

本発明の燃料電池システムの形態と発電部で発生する熱の切替え機能および熱接続手段について上述したが、燃料電池セルや流路、タンクの形状や配置関係に関しては、これに限定されるものではない。   The form of the fuel cell system of the present invention, the function of switching the heat generated in the power generation unit, and the thermal connection means have been described above, but the shape and arrangement relationship of the fuel cell, the flow path, and the tank are not limited thereto. Absent.

以下に、本発明の実施例について説明する。
実施例１
図５Ａおよび図５Ｂに、本実施例１における燃料電池の発電部で発生する熱の切替え機能を有する熱接続手段の構成および動作を説明する。 Examples of the present invention will be described below.
Example 1
5A and 5B illustrate the configuration and operation of the thermal connection means having a function of switching the heat generated in the power generation unit of the fuel cell according to the first embodiment.

図５Ａにおいて、発熱部である発電部１０１は発電部筐体１０２で覆われ、発電部筐体１０２は発電部１０１の発熱を放出するための可動式熱接続部材２０１と接触する部分を除いて断熱材２３で覆われている。吸熱反応によって燃料を放出する燃料タンク３０１は燃料タンク筐体３０２で覆われ、燃料タンク筐体３０２は燃料タンク３０１への吸熱のための可動式熱接続部材２０１と接触する部分を除いて断熱材２３で覆われている。   In FIG. 5A, the power generation unit 101 that is a heat generation unit is covered with a power generation unit housing 102, and the power generation unit housing 102 is excluded except for a portion that contacts the movable heat connection member 201 for releasing the heat generation of the power generation unit 101. It is covered with a heat insulating material 23. A fuel tank 301 that releases fuel by an endothermic reaction is covered with a fuel tank housing 302, and the fuel tank housing 302 is a heat insulating material except for a portion that contacts the movable heat connecting member 201 for heat absorption to the fuel tank 301. 23.

燃料タンク筐体３０２は、発電部筐体１０２と可動式熱接続部材２０１で熱的に接続および非接続状態にできるように構成されている。発電部筐体１０２と発電部１０１の発熱を放出するための外部放熱部６０１は、可動式熱接続部材２０１で熱的に接続および非接続状態にできるような構造になっている。   The fuel tank casing 302 is configured to be thermally connected and disconnected by the power generation section casing 102 and the movable heat connecting member 201. The external heat radiating unit 601 for releasing the heat generated by the power generation unit housing 102 and the power generation unit 101 has a structure that can be thermally connected and disconnected by the movable heat connection member 201.

燃料タンク筐体３０２、発電部筐体１０２および外部放熱部６０１は、各々伝熱性のすぐれた材料を使用する。例えば、材料の具体例としては、アルミまたは銅等が挙げられる。   The fuel tank casing 302, the power generation section casing 102, and the external heat radiating section 601 each use a material having excellent heat conductivity. For example, specific examples of the material include aluminum or copper.

可動式熱接続部材２０１を駆動させる駆動部９０１は発電部１０１の温度の変化を検出し、その温度変化を利用することで可動式熱接続部材２０１を駆動し、燃料タンク筐体３０２あるいは外部放熱部６０１と発電部筐体１０２との熱的接続状態を変化させる。ここで可動式熱接続部材２０１を駆動させる駆動部９０１は、形状記憶合金バネ９０２と、バイアスバネ９０４で構成されている。ここで、形状記憶合金バネ９０２は、発電部１０１で発生した熱の変化により長さおよび推力の変化を発生させることの出来るものである。また、バイアスバネ９０４は、このバネと相反する方向に力を発生させることの可能なものである。   The drive unit 901 that drives the movable heat connection member 201 detects a change in the temperature of the power generation unit 101 and uses the change in temperature to drive the movable heat connection member 201, so that the fuel tank casing 302 or the external heat dissipation is performed. The thermal connection state between the unit 601 and the power generation unit housing 102 is changed. Here, the drive unit 901 that drives the movable heat connection member 201 includes a shape memory alloy spring 902 and a bias spring 904. Here, the shape memory alloy spring 902 can generate a change in length and thrust by a change in heat generated in the power generation unit 101. The bias spring 904 can generate a force in a direction opposite to the spring.

形状記憶合金バネ９０２は、一方を発電部筐体１０２に固定され、他方は可動式熱接続部材２０１に固定し、その長さと推力は、発電部１０１より発生する熱による温度変化に応じて変化をする。バイアスバネ９０４は、一方を発電部筐体１０２に固定され、もう片方は可動式熱接続部材２０１に固定されている。それよって、可動式熱接続部材２０１の移動量即ち各熱接続部との接触面積は発電部の温度変化に応じて変化をする。   One of the shape memory alloy springs 902 is fixed to the power generation unit housing 102, and the other is fixed to the movable heat connection member 201. The length and thrust of the shape memory alloy spring 902 change according to the temperature change caused by the heat generated by the power generation unit 101. do. One of the bias springs 904 is fixed to the power generation unit housing 102, and the other is fixed to the movable heat connection member 201. Accordingly, the moving amount of the movable heat connection member 201, that is, the contact area with each heat connection part changes according to the temperature change of the power generation part.

電気機器がアイドル状態であるような場合、発電部１０１の発熱量は少なく、燃料タンク３０１内の温度が低下傾向であることが予測される。このとき、図５Ｂ（ａ）のように、形状記憶合金バネ９０２に伝わる熱の温度も低い。そのため、形状記憶合金バネ９０２に発生する長さの変化および推力も小さく、可動式熱接続部材２０１は、燃料タンク筐体３０２と熱的に接続され、外部放熱部６０１とは、熱的に非接続状態となる。これにより、燃料タンク３０１は、発電部１０１からの熱を取込むことで燃料タンク３０１の過度の温度低下を防ぐことができる。   When the electrical device is in an idle state, the heat generation amount of the power generation unit 101 is small, and it is predicted that the temperature in the fuel tank 301 tends to decrease. At this time, as shown in FIG. 5B (a), the temperature of the heat transmitted to the shape memory alloy spring 902 is also low. Therefore, the change in length and the thrust generated in the shape memory alloy spring 902 are also small, the movable heat connection member 201 is thermally connected to the fuel tank housing 302, and is not thermally connected to the external heat radiating unit 601. Connected. Thereby, the fuel tank 301 can prevent an excessive temperature drop of the fuel tank 301 by taking in heat from the power generation unit 101.

電気機器が定常状態であるような消費電力が平均的な場合、発電部１０１の発熱量も定常的に発生し、燃料タンク３０１内の温度も定常的に吸熱を必要としていることが予測される。このとき、形状記憶合金バネ９０２に伝わる熱により変化する形状記憶合金バネ９０２の長さ及び推力が、バイアスバネ９０４の長さ及び推力と平衡のとれた状態になる。即ち、図５Ｂ（ｂ）のように、可動式熱接続部材２０１は、燃料タンク筐体３０２と熱的に接続されつつ、外部放熱部６０１とも、熱的に接続状態となる。   When the power consumption is such that the electrical equipment is in a steady state, the heat generation amount of the power generation unit 101 is also generated constantly, and the temperature in the fuel tank 301 is predicted to require constant heat absorption. . At this time, the length and thrust of the shape memory alloy spring 902 that change due to the heat transmitted to the shape memory alloy spring 902 are balanced with the length and thrust of the bias spring 904. That is, as shown in FIG. 5B (b), the movable heat connection member 201 is thermally connected to the fuel tank housing 302 and is also thermally connected to the external heat radiating unit 601.

これにより、発電部１０１からの熱が燃料タンク３０１へ取込まれることで、燃料タンク３０１からの水素の放出を安定して供給することができる。それと同時に、発電部１０１からの熱が燃料タンク３０１へ取込まれる以外の余剰の熱を外部放熱部６０１へ放出することで、発電部１０１内の温度が過度に上昇することを防ぐことができる。   Thereby, the heat | fever from the electric power generation part 101 is taken in into the fuel tank 301, and discharge | release of hydrogen from the fuel tank 301 can be supplied stably. At the same time, excessive heat other than the heat from the power generation unit 101 taken into the fuel tank 301 is released to the external heat radiation unit 601, thereby preventing the temperature in the power generation unit 101 from rising excessively. .

電気機器が過渡的に過負荷であるような消費電力が定常状態をオーバーしている場合、発電部１０１の発熱量も定常状態をオーバーして発生し、燃料タンク３０１内の温度も吸熱に必要な量より以上の熱が取込まれていることが予測される。このとき、図５Ｂ（ｃ）のように、形状記憶合金バネ９０２に伝わる熱も上昇し、形状記憶合金バネ９０２に発生する推力も最大推力が発生し、バイアスバネ９０４のバネ力を超えた状態となる。そのため、可動式熱接続部材２０１は、燃料タンク筐体３０２とは熱的に非接続の状態となり、外部放熱部６０１とは熱的に接続状態となる。   When power consumption such that the electrical equipment is transiently overloaded exceeds the steady state, the amount of heat generated by the power generation unit 101 also exceeds the steady state, and the temperature in the fuel tank 301 is also necessary for heat absorption. It is anticipated that more heat will be captured than the correct amount. At this time, as shown in FIG. 5B (c), the heat transmitted to the shape memory alloy spring 902 also rises, and the thrust generated in the shape memory alloy spring 902 also generates the maximum thrust, which exceeds the spring force of the bias spring 904. It becomes. Therefore, the movable heat connection member 201 is thermally disconnected from the fuel tank housing 302 and is thermally connected to the external heat radiating unit 601.

これにより、発電部１０１からの熱が燃料タンク３０１へ取込まれることを一時的に停止し、燃料タンク３０１内の温度が過度に上昇することを防ぐことができる。それと同時に、発電部１０１からの熱が全て外部放熱部６０１へ放出することで、発電部１０１内の温度を過度に温度上昇することを防ぐことができる。外部放熱部６０１は、このときの表面温度が３０℃程度になるように設計される。そして、電気機器の消費電力が定常状態に戻るにつれて図５Ｂ（ｂ）の各熱接続状態へ移行する。   Thereby, the heat from the power generation unit 101 can be temporarily stopped from being taken into the fuel tank 301, and the temperature in the fuel tank 301 can be prevented from rising excessively. At the same time, since all the heat from the power generation unit 101 is released to the external heat dissipation unit 601, it is possible to prevent the temperature in the power generation unit 101 from rising excessively. The external heat radiation part 601 is designed so that the surface temperature at this time is about 30 ° C. And as the power consumption of an electric equipment returns to a steady state, it transfers to each heat connection state of FIG. 5B (b).

以上のように、本実施例の形状記憶合金バネを熱接続手段に用いることにより燃料電池に接続した電気機器の稼動状態に応じて発生する熱に伴う温度変化を検出することができる。そして、それに基づいて、発電部１０１と燃料タンク３０１との熱接続状態、および発電部１０１と外部放熱部６０１との熱接続状態を変化させることができる。さらに、発電部１０１と燃料タンク３０１の温度を最適に保つことができる。   As described above, by using the shape memory alloy spring of the present embodiment as the heat connecting means, it is possible to detect a temperature change accompanying heat generated according to the operating state of the electrical equipment connected to the fuel cell. And based on it, the thermal connection state of the electric power generation part 101 and the fuel tank 301 and the thermal connection state of the electric power generation part 101 and the external thermal radiation part 601 can be changed. Furthermore, the temperature of the power generation unit 101 and the fuel tank 301 can be kept optimal.

実施例２
図６Ａおよび図６Ｂに、本実施例２における燃料電池の発電部で発生する熱の切替え機能を有する熱接続手段の構成および動作を説明する。 Example 2
6A and 6B illustrate the configuration and operation of the thermal connection means having a function of switching the heat generated in the power generation unit of the fuel cell according to the second embodiment.

図６Ａにおいて、発熱部である発電部１０１は発電部筐体１０２で覆われ、発電部筐体１０２は発電部１０１の発熱を放出するための可動式熱接続部材２０１と接触する部分を除いて断熱材２３で覆われている。吸熱反応によって燃料を放出する燃料タンク３０１は燃料タンク筐体３０２で覆われ、燃料タンク筐体３０２は燃料タンク３０１への吸熱のための可動式熱接続部材２０１と接触する部分を除いて断熱材２３で覆われている。燃料タンク筐体３０２は、発電部筐体１０２と可動式熱接続部材２０１で熱的に接続および非接続状態にできるような構造になっている。   In FIG. 6A, the power generation unit 101 that is a heat generation unit is covered with a power generation unit housing 102, and the power generation unit housing 102 is excluded except for a portion that contacts the movable heat connection member 201 for releasing heat generation of the power generation unit 101. It is covered with a heat insulating material 23. A fuel tank 301 that releases fuel by an endothermic reaction is covered with a fuel tank housing 302, and the fuel tank housing 302 is a heat insulating material except for a portion that contacts the movable heat connecting member 201 for heat absorption to the fuel tank 301. 23. The fuel tank casing 302 has a structure that can be thermally connected and disconnected by the power generation section casing 102 and the movable heat connecting member 201.

発電部筐体１０２と発電部１０１の発熱を放出するための外部放熱部６０１は、可動式熱接続部材２０１で熱的に接続および非接続状態にできるような構造になっている。燃料タンク筐体３０２、発電部筐体１０２および外部放熱部６０１は、各々伝熱性のすぐれた部材を使用する。   The external heat radiating unit 601 for releasing the heat generated by the power generation unit housing 102 and the power generation unit 101 has a structure that can be thermally connected and disconnected by the movable heat connection member 201. Each of the fuel tank casing 302, the power generation section casing 102, and the external heat radiating section 601 uses a member having excellent heat conductivity.

可動式熱接続部材２０１を駆動させる駆動部９０１は、発電部１０１より発生する発電量の変化を検出しその発電量の変化を利用することで可動式熱接続部材２０１を駆動する。それによって、駆動部９０１は、燃料タンク筐体３０２あるいは外部放熱部６０１と発電部筐体１０２との熱的接続状態を変化させる。可動式熱接続部材２０１を駆動させる駆動部９０１は、電磁コイル９０５、磁石９０３、バイアスバネ９０４で構成される。電磁コイル９０５は、発電部１０１より電気機器８０１へ供給する電気回路に直列接続している。磁石９０３は、その電磁コイル９０５で発生せる磁力とは反発する向きに作用する。バイアスバネ９０４は、電磁コイル９０５で発生する磁力とのバランスをとるためのものである。。   The drive unit 901 that drives the movable heat connection member 201 detects a change in the amount of power generated from the power generation unit 101 and uses the change in the amount of power generation to drive the movable heat connection member 201. Accordingly, the drive unit 901 changes the thermal connection state between the fuel tank housing 302 or the external heat radiation unit 601 and the power generation unit housing 102. The drive unit 901 that drives the movable heat connection member 201 includes an electromagnetic coil 905, a magnet 903, and a bias spring 904. The electromagnetic coil 905 is connected in series to an electric circuit supplied from the power generation unit 101 to the electric device 801. The magnet 903 acts in a direction repelling the magnetic force generated by the electromagnetic coil 905. The bias spring 904 is for balancing the magnetic force generated by the electromagnetic coil 905. .

電磁コイル９０５の磁力は、発電部１０１より電気機器８０１へ供給する電流量に比例して発生するため、可動式熱接続部材２０１の移動量即ち各熱接続部の接触面積も電気機器８０１へ供給する電流量によって変化する。なお、電気機器８０１は、燃料電池負荷接続部（正極）５０４と燃料電池負荷接続部（負極）５０５によって電気的に接続されている。バイアスバネ９０４は、一方は発電部筐体部１０２に固定され、もう片方は可動式熱接続部材２０１に固定された磁石９０３に固定されている。   Since the magnetic force of the electromagnetic coil 905 is generated in proportion to the amount of current supplied from the power generation unit 101 to the electric device 801, the moving amount of the movable heat connection member 201, that is, the contact area of each heat connection portion is also supplied to the electric device 801. Varies depending on the amount of current The electrical device 801 is electrically connected by a fuel cell load connection part (positive electrode) 504 and a fuel cell load connection part (negative electrode) 505. One of the bias springs 904 is fixed to the power generation unit casing 102 and the other is fixed to a magnet 903 fixed to the movable heat connection member 201.

電気機器８０１がアイドル状態であるような消費電流が微小である場合、発電部１０１の発熱量は少なく、燃料タンク３０１内の温度が低下傾向であることが予測される。このとき、図６Ｂ（ａ）のように、電磁コイル９０５に流れる電流も微小である。そのため、電磁コイル９０５に発生する磁力も小さく、可動式熱接続部材２０１は、燃料タンク筐体３０２と熱的に接続され、外部放熱部６０１とは、熱的に非接続状態となる。これにより、燃料タンク３０１は、発電部１０１からの熱を取込むことで燃料タンク３０１の過度の温度低下を防ぐことができる。   When the consumption current is so small that the electric device 801 is in the idle state, the heat generation amount of the power generation unit 101 is small, and it is predicted that the temperature in the fuel tank 301 tends to decrease. At this time, as shown in FIG. 6B (a), the current flowing through the electromagnetic coil 905 is also very small. Therefore, the magnetic force generated in the electromagnetic coil 905 is also small, the movable heat connection member 201 is thermally connected to the fuel tank housing 302, and is thermally disconnected from the external heat radiation portion 601. Thereby, the fuel tank 301 can prevent an excessive temperature drop of the fuel tank 301 by taking in heat from the power generation unit 101.

電気機器８０１が定常状態であるような消費電流が平均的な場合、発電部１０１の発熱量も定常的に発生し、燃料タンク３０１内の温度も定常的に吸熱を必要としていることが予測される。このとき、図６Ｂ（ｂ）のように、電磁コイル９０５に流れる電流も平均的であるから、電磁コイル９０５に発生する磁力も最大磁力の１／２程度発生し、磁石９０３の反発力と合わせてバイアスバネ９０４と均衡のとれた状態となり、可動式熱接続部材２０１は、燃料タンク筐体３０２と熱的に接続されつつ、外部放熱部６０１とも、熱的に接続状態となっている。   When the consumption current is such that the electrical device 801 is in a steady state, the amount of heat generated by the power generation unit 101 is also constantly generated, and the temperature in the fuel tank 301 is also expected to require constant heat absorption. The At this time, as shown in FIG. 6B (b), since the current flowing through the electromagnetic coil 905 is also average, the magnetic force generated in the electromagnetic coil 905 is also generated about half of the maximum magnetic force, and is combined with the repulsive force of the magnet 903. Thus, the movable heat connection member 201 is thermally connected to the fuel tank housing 302 and is also thermally connected to the external heat radiating unit 601 while being in balance with the bias spring 904.

これにより、発電部１０１からの熱が燃料タンク３０１へ取込まれることで、燃料タンク３０１からの水素の放出を安定して供給することができる。それと同時に、発電部１０１からの熱が燃料タンク３０１へ取込まれる以外の余剰の熱を外部放熱部６０１へ放出することで、発電部１０１内の温度を過度に温度上昇することを防ぐことができる。   Thereby, the heat | fever from the electric power generation part 101 is taken in into the fuel tank 301, and discharge | release of hydrogen from the fuel tank 301 can be supplied stably. At the same time, it is possible to prevent the temperature in the power generation unit 101 from excessively rising by releasing excess heat other than the heat from the power generation unit 101 taken into the fuel tank 301 to the external heat radiation unit 601. it can.

電気機器８０１が過渡的に過負荷であるような消費電流が定常状態をオーバーしている場合、発電部１０１の発熱量も定常状態をオーバーして発生し、燃料タンク３０１内の温度も吸熱に必要な量より以上の熱が取込まれていることが予測される。このとき、図６Ｂ（ｃ）のように、電磁コイル９０５に発生する磁力も最大磁力近くが発生し、磁石９０３の反発力と合わせてバイアスバネ９０４のバネ力を超えた状態となる。また、可動式熱接続部材２０１は、燃料タンク筐体３０２と熱的に非接続され、外部放熱部６０１とは、熱的に接続状態となる。これにより、発電部１０１からの熱が燃料タンク３０１へ取込まれることを一時的に停止し、燃料タンク３０１内の温度が過度に上昇することを防ぐことができる。   When the current consumption such that the electrical device 801 is transiently overloaded exceeds the steady state, the amount of heat generated by the power generation unit 101 also exceeds the steady state, and the temperature in the fuel tank 301 also becomes endothermic. It is expected that more heat will be captured than is necessary. At this time, as shown in FIG. 6B (c), the magnetic force generated in the electromagnetic coil 905 is also close to the maximum magnetic force, and exceeds the spring force of the bias spring 904 together with the repulsive force of the magnet 903. In addition, the movable heat connection member 201 is thermally disconnected from the fuel tank housing 302 and is thermally connected to the external heat radiating unit 601. Thereby, the heat from the power generation unit 101 can be temporarily stopped from being taken into the fuel tank 301, and the temperature in the fuel tank 301 can be prevented from rising excessively.

それと同時に、発電部１０１からの熱が全て外部放熱部６０１へ放出することで、発電部１０１内の温度が過度に上昇することを防ぐことができる。外部放熱部６０１は、このときの表面温度が３０℃程度になるように設計される。   At the same time, since all the heat from the power generation unit 101 is released to the external heat radiation unit 601, the temperature in the power generation unit 101 can be prevented from rising excessively. The external heat radiation part 601 is designed so that the surface temperature at this time is about 30 ° C.

そして、電気機器８０１の過負荷状態が収まり供給電流が定常状態へ戻るか、もしくは、燃料タンク３０１からの水素の放出量が減少することによる供給電流制限をし始めることで、発電部１０１の温度上昇は抑えられると同時に燃料タンク３０１内の温度も抑えられ、図６Ｂ（ｂ）の定常状態へ移行する。   Then, when the overload state of the electric device 801 is settled and the supply current returns to the steady state, or the supply current is limited due to the decrease in the amount of hydrogen released from the fuel tank 301, the temperature of the power generation unit 101 is increased. While the rise is suppressed, the temperature in the fuel tank 301 is also suppressed, and a transition is made to the steady state of FIG. 6B (b).

以上のように、発電部１０１に接続した電気機器８０１の稼動状態に応じて、発電部１０１と燃料タンク３０１との熱接続状態、および発電部１０１と外部放熱部６０１との熱接続状態を変化させることができる。さらに、発電部１０１と燃料タンク３０１の温度を最適に保つことができる。   As described above, the thermal connection state between the power generation unit 101 and the fuel tank 301 and the thermal connection state between the power generation unit 101 and the external heat radiation unit 601 are changed according to the operating state of the electric device 801 connected to the power generation unit 101. Can be made. Furthermore, the temperature of the power generation unit 101 and the fuel tank 301 can be kept optimal.

実施例３
図７Ａおよび図７Ｂに、本実施例３における燃料電池の発電部で発生する熱の切替え機能を有する熱接続手段の構成および動作を説明する。 Example 3
7A and 7B illustrate the configuration and operation of the thermal connection means having a function of switching the heat generated in the power generation unit of the fuel cell according to the third embodiment.

図７Ａにおいて、発熱部である発電部１０１は発電部筐体１０２で覆われ、発電部筐体１０２は発電部１０１の発熱を放出するための可動式熱接続部材２０１と接触する部分を除いて断熱材２３で覆われている。吸熱反応によって燃料を放出する燃料タンク３０１は燃料タンク筐体３０２で覆われ、燃料タンク筐体３０２は燃料タンク３０１への吸熱のための可動式熱接続部材２０１と接触する部分を除いて断熱材２３で覆われている。燃料タンク筐体３０２は、発電部筐体１０２と可動式熱接続部材２０１で熱的に接続および非接続状態にできるような構造になっている。   In FIG. 7A, the power generation unit 101 that is a heat generation unit is covered with a power generation unit housing 102, and the power generation unit housing 102 is except for a portion that comes into contact with the movable heat connection member 201 for releasing the heat generation of the power generation unit 101. It is covered with a heat insulating material 23. A fuel tank 301 that releases fuel by an endothermic reaction is covered with a fuel tank housing 302, and the fuel tank housing 302 is a heat insulating material except for a portion that contacts the movable heat connecting member 201 for heat absorption to the fuel tank 301. 23. The fuel tank casing 302 has a structure that can be thermally connected and disconnected by the power generation section casing 102 and the movable heat connecting member 201.

発電部筐体１０２と発電部１０１の発熱を放出するための外部放熱部６０１は、可動式熱接続部材２０１と熱的に接続および非接続状態にできるような構造になっている。ここで、燃料タンク筐体３０２、発電部筐体１０２および外部放熱部６０１は、各々伝熱性のすぐれた部材を使用する。可動式熱接続部材２０１を駆動させる駆動部９０１は、燃料タンク３０１に生じる圧力の変化を検出しその圧力変化を利用することで可動式熱接続部材２０１を駆動する。それによって、駆動部９０１は、燃料タンク筐体３０２あるいは外部放熱部６０１と発電部筐体１０２との熱的接続状態を変化させる。   The external heat radiating unit 601 for releasing heat generated by the power generation unit housing 102 and the power generation unit 101 has a structure that can be thermally connected to and disconnected from the movable heat connection member 201. Here, each of the fuel tank casing 302, the power generation section casing 102, and the external heat radiating section 601 uses a member having excellent heat conductivity. The drive unit 901 that drives the movable heat connection member 201 detects a change in pressure generated in the fuel tank 301 and drives the movable heat connection member 201 by using the pressure change. Accordingly, the drive unit 901 changes the thermal connection state between the fuel tank housing 302 or the external heat radiation unit 601 and the power generation unit housing 102.

可動式熱接続部材２０１を駆動させる駆動部９０１は、ピストン９０６、所定の圧力まで縮まないバネ定数を有するバイアスバネ９０４、燃料タンク３０１内部のガス雰囲気を保つシール材９０７から構成される。ピストン９０６の素材は断熱部材からなり、可動式熱接続部材２０１に固定されている。また、ピストン９０６は、燃料タンク３０１内にシリンダ部９０８を設け加熱により内部圧力が高まることで可動するものである。ピストン９０６の面に加わる圧力は、発電部で発生した熱が燃料タンク３０１に伝熱されて上昇する燃料タンク内温度に応じて上昇する。そのため、可動式熱接続部材２０１の移動量即ち各熱接続部の接触面積も燃料タンク内温度に応じて上昇する圧力によって変化する。   The drive unit 901 that drives the movable heat connection member 201 includes a piston 906, a bias spring 904 having a spring constant that does not contract to a predetermined pressure, and a seal material 907 that maintains a gas atmosphere inside the fuel tank 301. The material of the piston 906 is a heat insulating member and is fixed to the movable heat connecting member 201. The piston 906 is movable by providing a cylinder portion 908 in the fuel tank 301 and increasing the internal pressure by heating. The pressure applied to the surface of the piston 906 rises according to the temperature inside the fuel tank that rises as the heat generated in the power generation unit is transferred to the fuel tank 301. Therefore, the moving amount of the movable heat connecting member 201, that is, the contact area of each heat connecting portion also varies depending on the pressure rising according to the temperature in the fuel tank.

電気機器がアイドル状態であるような発電量が微小である場合、発電部１０１の発熱量は少ないことが予測される。このとき、図７Ｂ（ａ）のように、燃料タンク３０１は、発電部１０１からの熱を取込むことで燃料タンク３０１の過度の温度低下を防いでいる。燃料タンク３０１内の温度上昇も微小であるから、ピストン９０６の面に加わる圧力も小さく、可動式熱接続部材２０１は、燃料タンク筐体３０２と熱的に接続され、外部放熱部６０１とは、熱的に非接続状態となる。   When the amount of power generation such that the electric device is in an idle state is small, it is predicted that the heat generation amount of the power generation unit 101 is small. At this time, as shown in FIG. 7B (a), the fuel tank 301 takes in heat from the power generation unit 101 to prevent an excessive temperature drop of the fuel tank 301. Since the temperature rise in the fuel tank 301 is also very small, the pressure applied to the surface of the piston 906 is small, and the movable heat connection member 201 is thermally connected to the fuel tank housing 302. Thermally disconnected.

電気機器が定常状態であるような発電量が平均的な場合、発電部１０１の発熱量も定常的に発生し、燃料タンク３０１内の温度も定常的に吸熱を必要としていることが予測される。このとき、図７Ｂ（ｂ）のように、ピストン９０６の面に加わる圧力も所定内でありバイアスバネ３０４と均衡のとれた状態となり、可動式熱接続部材２０１は、燃料タンク筐体３０２と熱的に接続されつつ、外部放熱部６０１とも、熱的に接続状態となっている。これにより、発電部１０１からの熱が燃料タンク３０１へ取込まれることで、燃料タンク３０１からの水素の放出を安定して供給することができる。それと同時に、発電部１０１からの熱が燃料タンク３０１へ取込まれる以外の余剰の熱を外部放熱部６０１へ放出することで、発電部１０１内の温度が過度に上昇することを防ぐことができる。   When the amount of power generation is such that the electrical equipment is in a steady state, the heat generation amount of the power generation unit 101 is also constantly generated, and it is predicted that the temperature in the fuel tank 301 also requires constant heat absorption. . At this time, as shown in FIG. 7B (b), the pressure applied to the surface of the piston 906 is also within a predetermined range and balanced with the bias spring 304, and the movable heat connection member 201 is heated with the fuel tank housing 302 and the heat. While being connected, the external heat radiating portion 601 is also thermally connected. Thereby, the heat | fever from the electric power generation part 101 is taken in into the fuel tank 301, and discharge | release of hydrogen from the fuel tank 301 can be supplied stably. At the same time, excessive heat other than the heat from the power generation unit 101 taken into the fuel tank 301 is released to the external heat radiation unit 601, thereby preventing the temperature in the power generation unit 101 from rising excessively. .

電気機器が過渡的に過負荷であるような発電量が定常状態をオーバーしている場合、発電部１０１の発熱量も定常状態をオーバーして発生し、燃料タンク３０１内の温度も吸熱に必要な量より以上の熱が取込まれていることが予測される。このとき、図７Ｂ（ｃ）のように、ピストン９０６の面に加わる圧力もバイアスバネ３０４のバネ力を超えた状態となり、可動式熱接続部材２０１は、燃料タンク筐体３０２と熱的に非接続され、外部放熱部６０１とは、熱的に接続状態となる。   When the amount of power generation such that the electrical equipment is transiently overloaded exceeds the steady state, the amount of heat generated by the power generation unit 101 also exceeds the steady state, and the temperature in the fuel tank 301 is also necessary for heat absorption. It is anticipated that more heat will be captured than the correct amount. At this time, as shown in FIG. 7B (c), the pressure applied to the surface of the piston 906 also exceeds the spring force of the bias spring 304, and the movable heat connection member 201 is not thermally separated from the fuel tank housing 302. It is connected and is thermally connected to the external heat radiation part 601.

これにより、発電部１０１からの熱が燃料タンク３０１へ取込まれることを一時的に停止し、燃料タンク３０１内の温度が過度に上昇することを防ぐことができる。それと同時に、発電部１０１からの熱が全て外部放熱部６０１へ放出することで、発電部１０１内の温度が過度に上昇することを防ぐことができる。   Thereby, the heat from the power generation unit 101 can be temporarily stopped from being taken into the fuel tank 301, and the temperature in the fuel tank 301 can be prevented from rising excessively. At the same time, since all the heat from the power generation unit 101 is released to the external heat radiation unit 601, the temperature in the power generation unit 101 can be prevented from rising excessively.

外部放熱部６０１は、このときの表面温度が３０℃程度になるように設計される。そして、電気機器の過負荷状態が収まり発電量が定常状態へ戻るか、もしくは、燃料タンク３０１内の温度の低下により水素の放出量が減少することによる発電量の制限をし始める。それにより、発電部１０１の温度上昇は抑えられると同時に燃料タンク３０１内の温度も抑えられ、図７Ｂ（ｂ）の定常状態へ移行する。   The external heat radiation part 601 is designed so that the surface temperature at this time is about 30 ° C. Then, the overload state of the electric equipment is settled and the power generation amount returns to the steady state, or the power generation amount starts to be limited due to the decrease of the hydrogen release amount due to the temperature drop in the fuel tank 301. Thereby, the temperature rise of the power generation unit 101 is suppressed, and at the same time, the temperature in the fuel tank 301 is also suppressed, and the state shifts to the steady state of FIG.

以上のように、発電部１０１に接続した電気機器の稼動状態に応じて、発電部１０１と燃料タンク３０１との熱接続状態、および発電部１０１と外部放熱部６０１との熱接続状態を変化させることができる。さらに、発電部１０１と燃料タンク３０１の温度を最適に保つことができる。   As described above, the thermal connection state between the power generation unit 101 and the fuel tank 301 and the thermal connection state between the power generation unit 101 and the external heat radiation unit 601 are changed according to the operating state of the electrical equipment connected to the power generation unit 101. be able to. Furthermore, the temperature of the power generation unit 101 and the fuel tank 301 can be kept optimal.

実施例４
図８Ａ〜Ｃに、本実施例４における燃料電池の熱接続機構の構成を示す。
図８Ａにおいて、発電部１０１を覆う発電部筐体１０２と、吸熱反応によって燃料を放出する燃料タンク３０１を覆う燃料タンク筐体３０２は、可動式熱接続部材２０１で熱的に接続および非接続状態にできるような構造になっている。 Example 4
8A to 8C show the configuration of the thermal connection mechanism of the fuel cell in the fourth embodiment.
In FIG. 8A, the power generation unit casing 102 covering the power generation unit 101 and the fuel tank casing 302 covering the fuel tank 301 that releases the fuel by the endothermic reaction are thermally connected and disconnected by the movable heat connecting member 201. It has a structure that can be made.

また発電部１０１と、発電部１０１の発熱を放出するための外部放熱部６０１は、可動式熱接続部材２０１で熱的に接続および非接続状態にできるような構造になっている。発電部１０１より発生する温度の変化を検出し、その温度変化を利用して可動式熱接続部材２０１を駆動させる駆動部９０１によって、可動式熱接続部材２０１は、燃料タンク筐体３０２あるいは外部放熱部６０１と熱的接続状態を変化させる。   Further, the power generation unit 101 and the external heat radiation unit 601 for releasing the heat generated by the power generation unit 101 are configured to be thermally connected and disconnected by the movable heat connection member 201. The movable thermal connection member 201 is detected by the fuel tank housing 302 or external heat radiation by a drive unit 901 that detects a change in temperature generated by the power generation unit 101 and drives the movable thermal connection member 201 using the temperature change. The state of thermal connection with the part 601 is changed.

可動式熱接続部材２０１を駆動させる駆動部９０１は、形状記憶合金バネ９０２と、バイアスバネ９０４で構成される。形状記憶合金バネ９０２は、発電部１０１で発生した熱の変化により長さおよび推力の変化を発生させることの出来るものである。また、バイアスバネ９０４は、この形状記憶合金バネと相反する方向に力を発生さすことの可能なものである。   The drive unit 901 that drives the movable heat connection member 201 includes a shape memory alloy spring 902 and a bias spring 904. The shape memory alloy spring 902 can generate a change in length and thrust by a change in heat generated in the power generation unit 101. The bias spring 904 can generate a force in a direction opposite to the shape memory alloy spring.

形状記憶合金バネ９０２の長さと推力は、発電部１０１より発生する熱の温度変化に応じて変化をする。バイアスバネ９０４は、一方を発電部筐体１０２に固定され、もう片方は可動式熱接続部材２０１に固定されているため、可動式熱接続部材２０１の移動量即ち各熱接続部との接触面積も発電部の温度変化に応じて変化をする。   The length and thrust of the shape memory alloy spring 902 change according to the temperature change of the heat generated from the power generation unit 101. One of the bias springs 904 is fixed to the power generation unit housing 102 and the other is fixed to the movable thermal connection member 201. Therefore, the amount of movement of the movable thermal connection member 201, that is, the contact area with each thermal connection unit Also changes according to the temperature change of the power generation unit.

電気機器がアイドル状態であるような場合、発電部１０１の発熱量は少なく、燃料タンク３０１内の温度が低下傾向であることが予測される。このとき、図８Ａのように、形状記憶合金バネ９０２に伝達する熱の温度も低い。そのため、該形状記憶合金バネに発生する長さの変化および推力も小さく、可動式熱接続部材２０１は、燃料タンク筐体３０２と熱的に接続され、外部放熱部６０１とは、熱的に非接続状態となる。これにより、燃料タンク３０１は、発電部１０１からの熱を取込むことで燃料タンク３０１の過度の温度低下を防ぐことができる。   When the electrical device is in an idle state, the heat generation amount of the power generation unit 101 is small, and it is predicted that the temperature in the fuel tank 301 tends to decrease. At this time, as shown in FIG. 8A, the temperature of the heat transferred to the shape memory alloy spring 902 is also low. Therefore, the change in length and thrust generated in the shape memory alloy spring are also small, the movable heat connection member 201 is thermally connected to the fuel tank housing 302, and is not thermally connected to the external heat radiation portion 601. Connected. Thereby, the fuel tank 301 can prevent an excessive temperature drop of the fuel tank 301 by taking in heat from the power generation unit 101.

電気機器が定常状態であるような消費電力が平均的な場合、発電部１０１の発熱量も定常的に発生し、燃料タンク３０１内の温度も定常的に吸熱を必要としていることが予測される。このとき、形状記憶合金バネ９０２に伝わる熱により変化する形状記憶合金バネ９０２の長さ及び推力が、バイアスバネ９０４の長さ及び推力と平衡のとれた状態となる。即ち、図８Ｂのように、可動式熱接続部材２０１は、燃料タンク筐体３０２と熱的に接続されつつ、外部放熱部６０１とも、熱的に接続状態となる。   When the power consumption is such that the electrical equipment is in a steady state, the heat generation amount of the power generation unit 101 is also generated constantly, and the temperature in the fuel tank 301 is predicted to require constant heat absorption. . At this time, the length and thrust of the shape memory alloy spring 902 that change due to heat transmitted to the shape memory alloy spring 902 are balanced with the length and thrust of the bias spring 904. That is, as shown in FIG. 8B, the movable heat connecting member 201 is thermally connected to the external heat radiating unit 601 while being thermally connected to the fuel tank housing 302.

これにより、発電部１０１からの熱が燃料タンク３０１へ取込まれることで、燃料タンク３０１からの水素の放出を安定して供給することができる。それと同時に、発電部１０１からの熱が燃料タンク３０１へ取込まれる以外の余剰の熱を外部放熱部６０１へ放出することで、発電部１０１内の温度を過度に温度上昇することを防ぐことができる。   Thereby, the heat | fever from the electric power generation part 101 is taken in into the fuel tank 301, and discharge | release of hydrogen from the fuel tank 301 can be supplied stably. At the same time, it is possible to prevent the temperature in the power generation unit 101 from excessively rising by releasing excess heat other than the heat from the power generation unit 101 taken into the fuel tank 301 to the external heat radiation unit 601. it can.

電気機器が過渡的に過負荷であるような消費電力が定常状態をオーバーしている場合、発電部１０１の発熱量も定常状態をオーバーして発生し、燃料タンク３０１内の温度も吸熱に必要な量より以上の熱が取込まれていることが予測される。このとき、図８Ｃのように、形状記憶合金バネ９０２に発生する推力も最大推力が発生し、バイアスバネ９０４のバネ力を超えた状態となり、可動式熱接続部材２０１は、燃料タンク筐体３０２と熱的に非接続され、外部放熱部６０１とは、熱的に接続状態となる。これにより、発電部１０１からの熱が燃料タンク３０１へ取込まれることを一時的に停止し、燃料タンク３０１内の温度が過度に上昇することを防ぐことができる。それと同時に、発電部１０１からの熱が全て外部放熱部６０１へ放出することで、発電部１０１内の温度が過度に上昇することを防ぐことができる。電気機器の消費電力が定常状態に戻るにつれて図８Ｂの各熱接続状態へ移行する。   When power consumption such that the electrical equipment is transiently overloaded exceeds the steady state, the amount of heat generated by the power generation unit 101 also exceeds the steady state, and the temperature in the fuel tank 301 is also necessary for heat absorption. It is anticipated that more heat will be captured than the correct amount. At this time, as shown in FIG. 8C, the thrust generated in the shape memory alloy spring 902 is also the maximum thrust and exceeds the spring force of the bias spring 904, and the movable heat connection member 201 is in the fuel tank casing 302. And is thermally connected to the external heat radiating portion 601. Thereby, the heat from the power generation unit 101 can be temporarily stopped from being taken into the fuel tank 301, and the temperature in the fuel tank 301 can be prevented from rising excessively. At the same time, since all the heat from the power generation unit 101 is released to the external heat radiation unit 601, the temperature in the power generation unit 101 can be prevented from rising excessively. As the power consumption of the electric device returns to the steady state, the state shifts to each heat connection state of FIG. 8B.

以上のように、本実施例の形状記憶合金バネを熱接続機構に用いることにより、以下のような作用が得られる。すなわち、燃料電池に接続した電気機器の稼動状態に応じて発生する熱の温度変化を検出することができる。それにより、発電部１０１と燃料タンク３０１との熱接続状態、および発電部１０１と外部放熱部６０１との熱接続状態を変化させることができる。さらに、発電部１０１と燃料タンク３０１の温度を最適に保つことができる。   As described above, the following effects can be obtained by using the shape memory alloy spring of this embodiment for the heat connection mechanism. That is, it is possible to detect a change in the temperature of heat generated according to the operating state of the electrical equipment connected to the fuel cell. Thereby, the thermal connection state between the power generation unit 101 and the fuel tank 301 and the thermal connection state between the power generation unit 101 and the external heat radiation unit 601 can be changed. Furthermore, the temperature of the power generation unit 101 and the fuel tank 301 can be kept optimal.

実施例５
図９Ａ、Ｂは、本発明による熱接続機構を具備した燃料電池の一例を示す概要図であり、燃料タンクが加熱され内部圧力が高まった場合の燃料電池概要図である。 Example 5
9A and 9B are schematic views showing an example of a fuel cell equipped with the heat connection mechanism according to the present invention, and are schematic views of the fuel cell when the fuel tank is heated and the internal pressure is increased.

図９Ａにおいて、本実施例の燃料電池は、水素を貯蔵する方法として水素吸蔵合金を用いた燃料タンク３０１とそれを覆う燃料タンク筐体３０２、そこから導き出された水素を用いて発電を行う発電部１０１とそれを覆う発電部筐体１０２を有する。また、発電部１０１から燃料タンク３０１へ熱を伝える可動式熱接続部材２０１、燃料タンク３０１の内部圧力が高まった場合に発電部１０１の熱を放熱するための外部放熱部６０１を有する。発電部１０１は燃料タンク３０１と図示しない燃料流路が設けられ燃料が供給される。   In FIG. 9A, the fuel cell of this embodiment uses a fuel tank 301 using a hydrogen storage alloy as a method for storing hydrogen, a fuel tank housing 302 covering the fuel tank 301, and power generation using hydrogen derived therefrom. Part 101 and power generation part housing 102 covering it. Moreover, it has the movable heat connection member 201 which transfers heat from the power generation unit 101 to the fuel tank 301, and the external heat dissipation unit 601 for radiating the heat of the power generation unit 101 when the internal pressure of the fuel tank 301 increases. The power generation unit 101 is provided with a fuel tank 301 and a fuel flow path (not shown) and is supplied with fuel.

発電初期から燃料タンク３０１が所定内の圧力で水素を供給している場合において、発電部筐体１０２に固定されている固定伝熱部材１０３と、燃料タンク３０１に熱を伝える可動式熱接続部材２０１は接触している。そして、発電部１０１で発生した熱を燃料タンク３０１へ伝熱している。これにより、燃料タンク３０１が水素放出するのに必要な熱量を伝達することが出来る。またこの時、外部放熱部６０１は、熱伝導率の低い材質のバネ１０４により発電部筐体１０２より離れている状態であり、伝熱はされていない。   When the fuel tank 301 supplies hydrogen at a predetermined pressure from the beginning of power generation, a fixed heat transfer member 103 fixed to the power generation unit housing 102 and a movable heat connection member that transfers heat to the fuel tank 301 201 is in contact. The heat generated in the power generation unit 101 is transferred to the fuel tank 301. Thereby, the amount of heat necessary for the fuel tank 301 to release hydrogen can be transmitted. At this time, the external heat radiation part 601 is separated from the power generation part housing 102 by the spring 104 made of a material having low thermal conductivity, and heat is not transferred.

可動式熱接続部材２０１は発電部１０１より伝わる熱量によって、燃料タンク３０１が加熱されていき内部圧力が高まる場合、ピストン面１０５に加わる圧力が増していく。そして、所定の圧力まで縮まないバネ定数を有するバネ１０６が変形していく。それにより、接触部１０７の面積は変化する。この時、シール材９０７により燃料タンク３０１内部のガス雰囲気を保っている。接触部１０７は、発電初期から燃料タンク３０１が所定内の圧力で水素を供給している場合において、最大接触面積に調整してあり、燃料タンク３０１の内部圧力が高まるにつれて接触部１０７の接触面積は縮小していくことにより伝熱量が小さくなる。   When the fuel tank 301 is heated and the internal pressure increases due to the amount of heat transmitted from the power generation unit 101, the pressure applied to the piston surface 105 of the movable heat connection member 201 increases. Then, the spring 106 having a spring constant that does not contract to a predetermined pressure is deformed. Thereby, the area of the contact portion 107 changes. At this time, the gas atmosphere inside the fuel tank 301 is maintained by the sealing material 907. The contact portion 107 is adjusted to the maximum contact area when the fuel tank 301 supplies hydrogen at a predetermined pressure from the beginning of power generation. The contact area of the contact portion 107 increases as the internal pressure of the fuel tank 301 increases. The amount of heat transfer becomes smaller by shrinking.

さらに燃料タンク３０１の内部圧力が高まると、図９Ｂに示すように、固定伝熱部材１０３と可動式熱接続部材２０１は離れて熱断絶状態になる。それと共に、可動式熱接続部材２０１は外部放熱部６０１と一体になっている断熱材１０８を押す。それにより、外部放熱部６０１と発電部筐体１０２を接触させることになり、発電部１０１で発生した熱を放出することが出来る。   When the internal pressure of the fuel tank 301 further increases, as shown in FIG. 9B, the fixed heat transfer member 103 and the movable heat connection member 201 are separated from each other and are in a heat-insulated state. At the same time, the movable heat connection member 201 presses the heat insulating material 108 integrated with the external heat radiation portion 601. Thereby, the external heat radiating unit 601 and the power generation unit housing 102 are brought into contact with each other, and the heat generated in the power generation unit 101 can be released.

また、熱断熱と放熱をしたことにより燃料タンク３０１の内部圧力が下がると、可動式熱接続部材２０１がバネ１０４により押し戻される。それにより、発電部筐体１０２と外部放熱部６０１との接触が断たれる。また、可動式熱接続部材２０１が固定伝熱部材１０３と接触し、発電部１０１から燃料タンク３０１へ熱が伝達される。   Further, when the internal pressure of the fuel tank 301 is reduced due to thermal insulation and heat dissipation, the movable heat connection member 201 is pushed back by the spring 104. Thereby, the contact between the power generation unit housing 102 and the external heat radiation unit 601 is cut off. In addition, the movable heat connection member 201 contacts the fixed heat transfer member 103, and heat is transmitted from the power generation unit 101 to the fuel tank 301.

このように、本実施例では、燃料タンクが加熱され内部圧力が高まるにつれて、伝熱部分の接触面積が縮小していくことにより発電部からの伝熱量を減少させることができる。さらに圧力が高まった場合には、燃料タンクと発電部との熱伝達を切り、且つ、発電部と外部放熱部を接触させる。そのため、短時間で発電部の温度を下げると共に燃料タンクの内部圧力を下げることができる。また、燃料タンクの内部圧力が下がると発電部と外部放熱部と熱接続を断ち、発電部から燃料タンクへと伝熱をすることが出来る。   As described above, in this embodiment, as the fuel tank is heated and the internal pressure is increased, the contact area of the heat transfer portion is reduced, so that the heat transfer amount from the power generation unit can be reduced. When the pressure further increases, the heat transfer between the fuel tank and the power generation unit is cut off, and the power generation unit and the external heat dissipation unit are brought into contact with each other. Therefore, the temperature of the power generation unit can be lowered and the internal pressure of the fuel tank can be lowered in a short time. Further, when the internal pressure of the fuel tank decreases, the heat connection between the power generation unit and the external heat radiation unit can be cut off, and heat can be transferred from the power generation unit to the fuel tank.

実施例６
図１０Ａ〜Ｃに、本実施例６における燃料電池の熱接続手段の構成を示す。
図１０Ａ〜Ｃにおいて、発電部１０１を覆う筐体部１０２と、吸熱反応によって燃料を放出する燃料タンク３０１を覆う燃料タンク筐体３０２とを、可動式熱接続部材２０１で熱的に接続および非接続状態にできるような構造になっている。また発電部１０１を覆う発電部筐体１０２と、発電部１０１の発熱を放出するための外部放熱部６０１は、可動式熱接続部材２０１で熱的に接続および非接続状態にできるような構造になっている。 Example 6
10A to 10C show the configuration of the thermal connection means of the fuel cell in the sixth embodiment.
10A to 10C, the casing 102 that covers the power generation unit 101 and the fuel tank casing 302 that covers the fuel tank 301 that releases the fuel by an endothermic reaction are thermally connected and disconnected by the movable heat connecting member 201. It is structured so that it can be connected. In addition, the power generation unit casing 102 covering the power generation unit 101 and the external heat radiation unit 601 for releasing heat generated by the power generation unit 101 are configured to be thermally connected and disconnected by the movable heat connection member 201. It has become.

なお、外部放熱部６０１は、外部放熱部支持断熱部材６０２によって発電部１０１を覆う発電部筐体１０２に支持されている。駆動部９０１によって、可動式熱接続部材２０１は、燃料タンク３０１を覆う燃料タンク筐体３０２あるいは外部放熱部６０１との熱的接続状態を変化させる。駆動部９０１は、発電部１０１より実負荷である電気機器８０１へ供給する電流の変化を検出しその電流変化を利用して可動式熱接続部材２０１を駆動させる。   The external heat radiating unit 601 is supported by the power generation unit casing 102 that covers the power generation unit 101 by the external heat radiating unit supporting heat insulating member 602. By the drive unit 901, the movable heat connection member 201 changes the thermal connection state with the fuel tank casing 302 covering the fuel tank 301 or the external heat radiation unit 601. The drive unit 901 detects a change in current supplied from the power generation unit 101 to the electric device 801 that is an actual load, and drives the movable heat connection member 201 using the change in current.

駆動部９０１は可動式熱接続部材２０１を駆動させる。駆動部９０１は、発電部１０１より電気機器８０１へ供給する電気回路に直列接続した電磁コイル９０５とその電磁コイルで発生せる磁力とは反発する向きに作用する磁石９０３、電磁コイルで発生する磁力とのバランスをとるためバイアスバネ９０４で構成される。   The drive unit 901 drives the movable heat connection member 201. The drive unit 901 includes an electromagnetic coil 905 connected in series to an electric circuit supplied from the power generation unit 101 to the electric device 801, a magnet 903 that acts in a direction opposite to the magnetic force generated by the electromagnetic coil, and the magnetic force generated by the electromagnetic coil. The bias spring 904 is configured to balance the above.

電磁コイル９０５の磁力は、発電部１０１より電気機器８０１へ供給する電流量に比例して発生するため、可動式熱接続部材２０１の移動量、即ち各熱接続部の接触面積も電気機器８０１へ供給する電流量によって変化する。なお、電気機器８０１は、燃料電池負荷接続部（正極）５０４と燃料電池負荷接続部（負極）５０５によって電気的に接続されている。バイアスバネ９０４は、一方は発電部１０１を覆う発電部筐体１０２に固定され、もう片方は可動式熱接続部材２０１に固定された磁石９０３に固定されている。   Since the magnetic force of the electromagnetic coil 905 is generated in proportion to the amount of current supplied from the power generation unit 101 to the electric device 801, the moving amount of the movable heat connection member 201, that is, the contact area of each heat connection portion is also transferred to the electric device 801. Varies depending on the amount of current supplied. The electrical device 801 is electrically connected by a fuel cell load connection part (positive electrode) 504 and a fuel cell load connection part (negative electrode) 505. One of the bias springs 904 is fixed to the power generation unit housing 102 covering the power generation unit 101, and the other is fixed to a magnet 903 fixed to the movable heat connection member 201.

電気機器８０１がアイドル状態であるような消費電流が微小である場合、発電部１０１の発熱量は少なく、燃料タンク３０１内の温度が低下傾向であることが予測される。このとき、図１０Ａのように、電磁コイル９０５に流れる電流も微小であるから、電磁コイル９０５に発生する磁力も小さい。そのため、可動式熱接続部材２０１は、燃料タンク３０１を覆う燃料タンク筐体３０２と熱的に接続され、外部放熱部６０１とは、熱的に非接続状態となる。これにより、燃料タンク３０１は、発電部１０１からの熱を取込むことで燃料タンク３０１の過度の温度低下を防ぐことができる。   When the consumption current is so small that the electric device 801 is in the idle state, the heat generation amount of the power generation unit 101 is small, and it is predicted that the temperature in the fuel tank 301 tends to decrease. At this time, as shown in FIG. 10A, since the current flowing through the electromagnetic coil 905 is also very small, the magnetic force generated in the electromagnetic coil 905 is small. Therefore, the movable heat connection member 201 is thermally connected to the fuel tank housing 302 that covers the fuel tank 301, and is thermally disconnected from the external heat radiating unit 601. Thereby, the fuel tank 301 can prevent an excessive temperature drop of the fuel tank 301 by taking in heat from the power generation unit 101.

電気機器８０１が定常状態であるような消費電流が平均的な場合、発電部１０１の発熱量も定常的に発生し、燃料タンク３０１内の温度も定常的に吸熱を必要としていることが予測される。このとき、図１０Ｂのように、電磁コイル９０５に流れる電流も平均的であるから、電磁コイル９０５に発生する磁力も最大磁力の１／２程度発生し、磁石９０３の反発力と合わせてバイアスバネ９０４と均衡のとれた状態となる。可動式熱接続部材２０１は、燃料タンク筐体３０２と熱的に接続されつつ、外部放熱部６０１とも、熱的に接続状態となっている。   When the consumption current is such that the electrical device 801 is in a steady state, the amount of heat generated by the power generation unit 101 is also constantly generated, and the temperature in the fuel tank 301 is also expected to require constant heat absorption. The At this time, as shown in FIG. 10B, since the current flowing through the electromagnetic coil 905 is also average, the magnetic force generated in the electromagnetic coil 905 is generated about ½ of the maximum magnetic force, and the bias spring is combined with the repulsive force of the magnet 903. 904 is in a balanced state. The movable thermal connection member 201 is thermally connected to the external heat radiating unit 601 while being thermally connected to the fuel tank housing 302.

これにより、発電部１０１からの熱が燃料タンク３０１へ取込まれることで、燃料タンク３０１からの水素の放出を安定して供給することができる。それと同時に、発電部１０１からの熱が燃料タンク３０１へ取込まれる以外の余剰の熱を外部放熱部６０１へ放出することで、発電部１０１内の温度を過度に温度上昇することを防ぐことができる。   Thereby, the heat | fever from the electric power generation part 101 is taken in into the fuel tank 301, and discharge | release of hydrogen from the fuel tank 301 can be supplied stably. At the same time, it is possible to prevent the temperature in the power generation unit 101 from excessively rising by releasing excess heat other than the heat from the power generation unit 101 taken into the fuel tank 301 to the external heat radiation unit 601. it can.

電気機器８０１が過渡的に過負荷であるような消費電流が定常状態をオーバーしている場合、発電部１０１の発熱量も定常状態をオーバーして発生し、燃料タンク３０１内の温度も吸熱に必要な量より以上の熱が取込まれていることが予測される。このとき、図１０Ｃのように、電磁コイル９０５に発生する磁力も最大磁力近くが発生し、磁石９０３の反発力と合わせてバイアスバネ９０４のバネ力を超えた状態となる。可動式熱接続部材２０１は、燃料タンク筐体３０２と熱的に非接続され、外部放熱部６０１とは、熱的に接続状態となる。   When the current consumption such that the electrical device 801 is transiently overloaded exceeds the steady state, the amount of heat generated by the power generation unit 101 also exceeds the steady state, and the temperature in the fuel tank 301 also becomes endothermic. It is expected that more heat will be captured than is necessary. At this time, as shown in FIG. 10C, the magnetic force generated in the electromagnetic coil 905 is also close to the maximum magnetic force, and exceeds the spring force of the bias spring 904 together with the repulsive force of the magnet 903. The movable heat connection member 201 is thermally disconnected from the fuel tank housing 302 and is thermally connected to the external heat radiating unit 601.

これにより、発電部１０１からの熱が燃料タンク３０１へ取込まれることを一時的に停止し、燃料タンク３０１内の温度が過度に上昇することを防ぐことができる。それと同時に、発電部１０１からの熱が全て外部放熱部６０１へ放出することで、発電部１０１内の温度が過度に上昇することを防ぐことができる。   Thereby, the heat from the power generation unit 101 can be temporarily stopped from being taken into the fuel tank 301, and the temperature in the fuel tank 301 can be prevented from rising excessively. At the same time, since all the heat from the power generation unit 101 is released to the external heat radiation unit 601, the temperature in the power generation unit 101 can be prevented from rising excessively.

電気機器８０１の過負荷状態が収まり供給電流が定常状態へ戻るか、もしくは、燃料タンク３０１からの水素の放出量が減少することによる供給電流の制限をし始めることで、発電部１０１の温度上昇は抑えられると同時に燃料タンク３０１内の温度も抑えられる。それにより、図１０Ｂの定常状態へ移行する。   The temperature rise of the power generation unit 101 starts when the overload state of the electric device 801 is settled and the supply current returns to a steady state or the supply current is limited due to a decrease in the amount of hydrogen released from the fuel tank 301. At the same time, the temperature in the fuel tank 301 is also suppressed. Thereby, it shifts to the steady state of FIG. 10B.

以上のように、発電部１０１に接続した電気機器８０１の稼動状態に応じて、発電部１０１と燃料タンク３０１との熱接続状態、および発電部１０１と外部放熱部６０１との熱接続状態を変化させることができる。さらに、発電部１０１と燃料タンク３０１の温度を最適に保つことができる。   As described above, the thermal connection state between the power generation unit 101 and the fuel tank 301 and the thermal connection state between the power generation unit 101 and the external heat radiation unit 601 are changed according to the operating state of the electric device 801 connected to the power generation unit 101. Can be made. Furthermore, the temperature of the power generation unit 101 and the fuel tank 301 can be kept optimal.

以上で説明した本発明のは燃料電池は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、小型プロジェクタ、小型プリンタ、ノート型パソコンなどの持ち運び可能な小型電気機器に搭載して用いることができる。   The fuel cell of the present invention described above can be used by being mounted on a portable small electric device such as a digital camera, a digital video camera, a small projector, a small printer, or a notebook personal computer.

本発明の燃料電池は、発電部、燃料タンクおよび外部放熱部の間の熱切替えを行うことにより、発電部および燃料タンクの温度を最適に保つことができる。本発明の燃料電池は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、小型プロジェクタ、小型プリンタ、ノート型パソコンなどの電気機器用の電源として利用することができる。   The fuel cell of the present invention can keep the temperatures of the power generation unit and the fuel tank optimal by switching heat between the power generation unit, the fuel tank, and the external heat radiation unit. The fuel cell of the present invention can be used as a power source for electric devices such as a digital camera, a digital video camera, a small projector, a small printer, and a notebook computer.

本発明の燃料電池の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the fuel cell of this invention. 本発明の燃料電池の正面図である。It is a front view of the fuel cell of the present invention. 本発明の燃料電池における熱切替え機能を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the heat switching function in the fuel cell of this invention. 本発明における熱接続手段の機能を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the function of the thermal connection means in this invention. 本発明の実施例１における燃料電池の発電部で発生する熱の切替え機能を有する熱接続手段の概要図である。It is a schematic diagram of the thermal connection means which has a switching function of the heat which generate | occur | produces in the electric power generation part of the fuel cell in Example 1 of this invention. 本発明の実施例１における燃料電池の発電部で発生する熱の切替え機能を有する熱接続手段の概要図である。It is a schematic diagram of the thermal connection means which has a switching function of the heat which generate | occur | produces in the electric power generation part of the fuel cell in Example 1 of this invention. 本発明の実施例２における燃料電池の発電部で発生する熱の切替え機能を有する熱接続手段の概要図である。It is a schematic diagram of the thermal connection means which has a switching function of the heat which generate | occur | produces in the electric power generation part of the fuel cell in Example 2 of this invention. 本発明の実施例２における燃料電池の発電部で発生する熱の切替え機能を有する熱接続手段の概要図である。It is a schematic diagram of the thermal connection means which has a switching function of the heat which generate | occur | produces in the electric power generation part of the fuel cell in Example 2 of this invention. 本発明の実施例３における燃料電池の発電部で発生する熱の切替え機能を有する熱接続手段の概要図である。It is a schematic diagram of the thermal connection means which has a switching function of the heat which generate | occur | produces in the electric power generation part of the fuel cell in Example 3 of this invention. 本発明の実施例３における燃料電池の発電部で発生する熱の切替え機能を有する熱接続手段の概要図である。It is a schematic diagram of the thermal connection means which has a switching function of the heat which generate | occur | produces in the electric power generation part of the fuel cell in Example 3 of this invention. 本発明の実施例４における燃料電池の発電部で発生する熱の切替え機能を有する熱接続手段の概要図である。It is a schematic diagram of the thermal connection means which has a switching function of the heat which generate | occur | produces in the electric power generation part of the fuel cell in Example 4 of this invention. 本発明の実施例４における燃料電池の発電部で発生する熱の切替え機能を有する熱接続手段の概要図である。It is a schematic diagram of the thermal connection means which has a switching function of the heat which generate | occur | produces in the electric power generation part of the fuel cell in Example 4 of this invention. 本発明の実施例４における燃料電池の発電部で発生する熱の切替え機能を有する熱接続手段の概要図である。It is a schematic diagram of the thermal connection means which has a switching function of the heat which generate | occur | produces in the electric power generation part of the fuel cell in Example 4 of this invention. 本発明の実施例５における燃料電池の発電部で発生する熱の切替え機能を有する熱接続手段の概要図である。It is a schematic diagram of the thermal connection means which has a switching function of the heat which generate | occur | produces in the electric power generation part of the fuel cell in Example 5 of this invention. 本発明の実施例５における燃料電池の発電部で発生する熱の切替え機能を有する熱接続手段の概要図である。It is a schematic diagram of the thermal connection means which has a switching function of the heat which generate | occur | produces in the electric power generation part of the fuel cell in Example 5 of this invention. 本発明の実施例６における燃料電池の発電部で発生する熱の切替え機能を有する熱接続手段の概要図である。It is a schematic diagram of the heat | fever connection means which has a function of switching the heat which generate | occur | produces in the electric power generation part of the fuel cell in Example 6 of this invention. 本発明の実施例６における燃料電池の発電部で発生する熱の切替え機能を有する熱接続手段の概要図である。It is a schematic diagram of the thermal connection means which has a switching function of the heat which generate | occur | produces in the electric power generation part of the fuel cell in Example 6 of this invention. 本発明の実施例６における燃料電池の発電部で発生する熱の切替え機能を有する熱接続手段の概要図である。It is a schematic diagram of the heat | fever connection means which has a function of switching the heat which generate | occur | produces in the electric power generation part of the fuel cell in Example 6 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 発電部
１ａ、１０１ 発電部
１ｂ 燃料電池セル
１０２ 発電部筐体
１０３ 固定伝熱部材
１０４ バネ
１０５ ピストン面
１０６ バネ
１０７ 接触部
１０８ 断熱材
１１ 酸化剤極
１２ 高分子電解質膜
１３ 燃料極
１４ 熱接続手段
２ 固定熱接続部材
２１、２０１ 可動式熱接続部材
２２ 燃料タンク側固定熱接続部材
２３ 断熱材
２４ 燃料電池筐体
３、３０１ 燃料タンク
３０２ 燃料タンク筐体
４ 可動式熱接続部材
５ 配線部
５３ 電極
５０４ 燃料電池負荷接続部（正極）
５０５ 燃料電池負荷接続部（負極）
６、６０１ 外部放熱部
６０２ 外部放熱部支持断熱部材
７ 通気孔
８０１ 電気機器
９、９０１ 駆動部
９０２ 形状記憶合金バネ
９０３ 磁石
９０４ バイアスバネ
９０５ 電磁コイル
９０６ ピストン
９０７ シール材
９０８ シリンダ部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power generation part 1a, 101 Power generation part 1b Fuel cell 102 Power generation part housing | casing 103 Fixed heat-transfer member 104 Spring 105 Piston surface 106 Spring 107 Contact part 108 Heat insulating material 11 Oxidant electrode 12 Polymer electrolyte membrane 13 Fuel electrode 14 Thermal connection Means 2 Fixed heat connecting member 21, 201 Movable heat connecting member 22 Fuel tank side fixed heat connecting member 23 Heat insulating material 24 Fuel cell housing 3, 301 Fuel tank 302 Fuel tank housing 4 Movable heat connecting member 5 Wiring section 53 Electrode 504 Fuel cell load connection (positive electrode)
505 Fuel cell load connection (negative electrode)
6, 601 External heat radiating part 602 External heat radiating part supporting heat insulating member 7 Ventilation hole 801 Electric device 9, 901 Driving part 902 Shape memory alloy spring 903 Magnet 904 Bias spring 905 Electromagnetic coil 906 Piston 907 Sealing material 908 Cylinder part

Claims (9)

吸熱反応により燃料を放出する燃料タンクと、前記燃料タンクより導入された燃料を用いて発電を行い熱を発生する発電部と、前記発電部で発生する熱を外部へ放出する外部放熱部を有する燃料電池において、前記発電部、燃料タンクおよび外部放熱部を接続し、前記発電部から発生する熱を燃料タンクおよび外部放熱部へ供給し、かつ前記発電部および燃料タンクの温度に応じて熱の供給を制御し、前記発電部および燃料タンクの温度を一定の範囲に保持する熱接続手段を有することを特徴とする燃料電池。   A fuel tank that releases fuel by an endothermic reaction; a power generation unit that generates power using the fuel introduced from the fuel tank; and an external heat dissipation unit that releases heat generated by the power generation unit to the outside In the fuel cell, the power generation unit, the fuel tank, and the external heat dissipation unit are connected, heat generated from the power generation unit is supplied to the fuel tank and the external heat dissipation unit, and heat is generated according to the temperature of the power generation unit and the fuel tank. A fuel cell comprising heat connecting means for controlling supply and maintaining the temperature of the power generation unit and the fuel tank in a certain range. 前記発電部、燃料タンクおよび外部放熱部に接触して熱を伝導する可動式熱接続部材が設けられ、前記可動式熱接続部材が移動して発電部から発生する熱を燃料タンクおよび外部放熱部へ供給する請求項１に記載の燃料電池。   A movable thermal connection member that conducts heat in contact with the power generation unit, the fuel tank, and the external heat dissipation unit is provided, and heat generated from the power generation unit by the movement of the movable thermal connection member is transmitted to the fuel tank and the external heat dissipation unit. The fuel cell according to claim 1, which is supplied to the fuel cell. 前記可動式熱接続部材が移動して、発電部と燃料タンクと外部放熱部とを、発電部と燃料タンクとを、または発電部と外部放熱部とを接続する請求項２に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 2, wherein the movable heat connection member moves to connect the power generation unit, the fuel tank, and the external heat dissipation unit, connect the power generation unit and the fuel tank, or connect the power generation unit and the external heat dissipation unit. . 前記発電部、燃料タンクおよび外部放熱部と、可動式熱接続部材とが接触する接触面積を変化させることにより伝熱量を変化させる請求項１乃至３のいずれかの項に記載の燃料電池。   4. The fuel cell according to claim 1, wherein a heat transfer amount is changed by changing a contact area where the power generation unit, the fuel tank, the external heat radiating unit, and the movable heat connection member are in contact with each other. 前記発電部及び燃料タンクは、発電部筐体及び燃料タンク筐体で覆われている請求項１乃至４のいずれかの項に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the power generation unit and the fuel tank are covered with a power generation unit housing and a fuel tank housing. 前記可動式熱接続部材を駆動する駆動部が設けられている請求項１乃至５のいずれかの項に記載の燃料電池。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 5, further comprising a drive unit that drives the movable heat connection member. 前記駆動部が発電部の温度、燃料タンクの内部圧力、または発電部より実負荷へ供給する電流の変化により作動して前記可動式熱接続部材を駆動する請求項１乃至６のいずれかの項に記載の燃料電池。   7. The drive unit according to claim 1, wherein the driving unit is operated by a change in temperature of the power generation unit, an internal pressure of the fuel tank, or a current supplied from the power generation unit to an actual load to drive the movable heat connection member. A fuel cell according to claim 1. 前記発電部及び燃料タンクを覆っている発電部筐体及び燃料タンク筐体が断熱部材で覆われている請求項１乃至７のいずれかの項に記載の燃料電池。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 7, wherein the power generation section casing and the fuel tank casing covering the power generation section and the fuel tank are covered with a heat insulating member. 請求項１乃至８のいずれかに記載の燃料電池を用いた電気機器。   An electric device using the fuel cell according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012082102A (en) * 2010-10-08 2012-04-26 Konica Minolta Holdings Inc Fuel generation device, and secondary battery type fuel cell system including the same
WO2012070487A1 (en) * 2010-11-24 2012-05-31 コニカミノルタホールディングス株式会社 Secondary battery type fuel cell system
JP2012154554A (en) * 2011-01-25 2012-08-16 Noritz Corp Cogeneration system

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