JP2012181989A - Fuel cell device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料ガス中の水素と、空気などの酸化剤ガス中の酸素とを電気化学反応させて発電する燃料電池を備えた燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell device including a fuel cell that generates electricity by causing an electrochemical reaction between hydrogen in a fuel gas and oxygen in an oxidant gas such as air.
近年、新発電システムの一つとして、小容量分散発電が容易であり、窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）などの有害物質の発生がないというメリットを有する燃料電池装置が注目されている。 In recent years, as one of the new power generation systems, a fuel cell device that has the merit that small-capacity distributed power generation is easy and no harmful substances such as nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) are generated has attracted attention. ing.
従来、この種の燃料電池装置としては、例えば、特許文献１（特開２００２−２１６８２８号公報）などに開示された装置がある。燃料電池装置は、基本構成機器として一般に、改質装置と、空気供給装置（空気ブロワ）と、燃料電池と、電力変換装置（インバータ）と、熱回収装置と、送風装置（換気ファン）と、放熱装置（クーリングモジュール）とを備えている。 Conventionally, as this type of fuel cell device, for example, there is a device disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-216828). In general, a fuel cell device is a basic component device, such as a reformer, an air supply device (air blower), a fuel cell, a power converter (inverter), a heat recovery device, a blower device (ventilation fan), And a heat dissipation device (cooling module).
改質装置は、天然ガスなど原料ガスから水素リッチな燃料ガスを生成する装置である。空気供給装置は、酸化剤ガスとしての空気を燃料電池に供給する装置である。燃料電池は、改質装置で生成された燃料ガス中の水素と、空気供給装置から供給された空気中の酸素とを電気化学反応させて発電を行う装置である。電力変換装置は、燃料電池で発生した電気エネルギーを商用電圧及び周波数に変換する装置である。熱回収装置は、熱交換器を具備し、燃料電池や改質装置で発生する熱を回収して他の排熱利用外部機器に熱を供給する装置である。送風装置は、燃料電池装置の内部を換気する装置である。放熱装置は、燃料電池装置内で発生した排熱を冷却する装置である。 The reformer is a device that generates a hydrogen-rich fuel gas from a raw material gas such as natural gas. The air supply device is a device that supplies air as an oxidant gas to the fuel cell. A fuel cell is a device that generates electricity by causing an electrochemical reaction between hydrogen in fuel gas generated by a reformer and oxygen in air supplied from an air supply device. A power converter is a device that converts electrical energy generated in a fuel cell into commercial voltage and frequency. The heat recovery device is a device that includes a heat exchanger, recovers heat generated in the fuel cell and the reformer, and supplies heat to other waste heat utilization external devices. The blower is a device that ventilates the inside of the fuel cell device. The heat dissipation device is a device that cools exhaust heat generated in the fuel cell device.
また、燃料電池装置は、各基本構成機器を円滑に動作させるために様々な補助機器を備えている。そのような補助機器としては、例えば、天然ガスを昇圧するブロワ、天然ガスの硫黄分を除去する脱硫器、改質装置に水（蒸気）を送るポンプ、燃料電池の電解質膜を加湿するために当該燃料電池に水を送るポンプ、水中の不純物を除去する浄化装置、水の電解質を除去するイオン交換装置、燃料ガス、空気、水の流量を電磁弁で制御するコントローラなどがある。前記各基本構成機器と各補助機器とは、配管や配線によって物理的又は電気的に接続されている。 Further, the fuel cell device includes various auxiliary devices in order to smoothly operate each basic component device. Examples of such auxiliary equipment include a blower that boosts natural gas, a desulfurizer that removes sulfur from the natural gas, a pump that sends water (steam) to the reformer, and a fuel cell electrolyte membrane. There are a pump for sending water to the fuel cell, a purification device for removing impurities in the water, an ion exchange device for removing the electrolyte of water, a controller for controlling the flow rate of fuel gas, air, and water with a solenoid valve. Each basic component device and each auxiliary device are physically or electrically connected by piping or wiring.
燃料電池装置は比較的大型の装置であるため、燃料電池装置を家庭用の発電機として使用する場合には、屋外に設置することが一般的である。また、燃料電池装置は、家庭で使用する電力の一部又は全部を発電するため、終日運転されることが通常である。そのため、燃料電池装置の運転時（特に夜間）に、燃料電池装置から大きな騒音が発生すると、使用者のみならず、近隣住民にも不快感を与えることとなる。従って、使用者や近隣住民に与える不快感を低減するために燃料電池装置の低騒音化が求められている。 Since the fuel cell device is a relatively large device, when the fuel cell device is used as a home generator, it is generally installed outdoors. In addition, the fuel cell device is usually operated all day to generate part or all of the electric power used at home. Therefore, when a large noise is generated from the fuel cell device during operation of the fuel cell device (especially at night), not only the user but also the nearby residents are uncomfortable. Therefore, there is a demand for noise reduction of the fuel cell device in order to reduce discomfort given to users and neighboring residents.
燃料電池装置から発生する騒音は、主として燃料電池装置の基本構成機器の１つである空気供給装置から発生する。例えば、空気供給装置がダイヤフラム式の電磁ポンプで構成されている場合、当該電磁ポンプの往復運動により脈動や振動が発生し、当該脈動や振動により発生した音が空気吸込み口で気柱共鳴することにより、大きな吸気音（吸込み騒音）が発生する。このような空気供給装置の吸気音や振動が配管や燃料電池装置の外郭となる筐体などに伝播されることにより、燃料電池装置から大きな騒音が発生する。そのため、燃料電池装置の低騒音化を図るには、空気供給装置の騒音を抑えることが効果的であると考えられる。 Noise generated from the fuel cell device is mainly generated from an air supply device which is one of the basic components of the fuel cell device. For example, when the air supply device is composed of a diaphragm-type electromagnetic pump, pulsation and vibration are generated by the reciprocating motion of the electromagnetic pump, and sound generated by the pulsation and vibration resonates in the air column at the air suction port. As a result, a loud intake sound (suction noise) is generated. The intake noise and vibration of such an air supply device are propagated to pipes and a casing that is an outer shell of the fuel cell device, so that a large noise is generated from the fuel cell device. Therefore, it is considered effective to reduce the noise of the air supply device in order to reduce the noise of the fuel cell device.
空気供給装置の騒音を抑える技術が、例えば、特許文献２（特開２００８−８４５６４号公報）に開示されている。図４は、特許文献２の燃料電池装置の概略構成を示す図である。
A technique for suppressing the noise of the air supply device is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-84564. FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of the fuel cell device of
図４に示すように、特許文献２の燃料電池装置では、燃料電池１０１に空気を供給する空気供給装置である空気ブロワ１０２が防音箱１０３内に収容されている。防音室１０３内には、空気ブロワ１０２が備える空気ブロワモータ１０２ａが冷却されるように、筐体１０４に設けられた開口１０４ａを通じて取り込まれた空気を誘導する空気流路１０５が形成されている。この空気流路１０５は、筐体１０４の外側から開口１０４ａを通じて空気ブロワ１０２が直接見通せないように、曲がって形成されている。この構成により、空気ブロワ１０２などの冷却を確保しつつ騒音の低減を図ることができる。
As shown in FIG. 4, in the fuel cell device of
しかしながら、近年、燃料電池装置から発生する騒音を一層抑えることが求められており、前記従来の技術では、騒音の低減効果は十分ではない。 However, in recent years, it has been demanded to further suppress noise generated from the fuel cell device, and the conventional technology is not sufficient in reducing noise.
従って、本発明の目的は、前記従来の課題を解決することにあって、燃料電池装置から発生する騒音を一層低減することができる燃料電池装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and to provide a fuel cell device that can further reduce noise generated from the fuel cell device.
燃料電池装置の騒音を低減する方法の１つとして、空気供給装置と燃料電池などの空気供給先の機器とを接続する配管の直径を大きくして、圧力損失を低減する方法が考えられる。圧力損失を低減することにより、空気供給装置が備えるモータなどの駆動源の出力を下げることができ、空気供給装置の脈動や振動を低減することができる。また、空気を吸気するときの圧力が低減されるため、吸気音を低減することができる。 As one method of reducing the noise of the fuel cell device, a method of reducing the pressure loss by increasing the diameter of the pipe connecting the air supply device and the air supply destination device such as the fuel cell can be considered. By reducing the pressure loss, the output of a drive source such as a motor provided in the air supply device can be lowered, and the pulsation and vibration of the air supply device can be reduced. Moreover, since the pressure when inhaling air is reduced, the intake noise can be reduced.
しかしながら、前記方法では、駆動源の出力を下げることにより、空気供給装置の振動を低減できる一方で、空気供給装置の空気供給量が減少し、燃料電池装置の発電出力や発電効率が低下するという課題がある。 However, in the above method, the vibration of the air supply device can be reduced by lowering the output of the drive source, while the air supply amount of the air supply device is reduced and the power generation output and power generation efficiency of the fuel cell device are reduced. There are challenges.
また、燃料電池装置の騒音を低減する他の方法として、燃料電池装置の外郭となる筐体に防音壁や振動吸収材を取り付ける方法が考えられる。この方法によれば、特に、入射音エネルギーの透過損失の大きい高周波数域（例えば１ＫＨｚ以上）の騒音を低減することができる。 Further, as another method for reducing the noise of the fuel cell device, a method of attaching a soundproof wall or a vibration absorbing material to a casing that is an outer shell of the fuel cell device is conceivable. According to this method, it is possible to reduce noise in a high frequency range (for example, 1 KHz or more) that has a large transmission loss of incident sound energy.
しかしながら、前記他の方法では、入射音エネルギーの透過損失の小さい低周波数域（例えば１ＫＨｚ未満）の騒音を低減するには、防音壁や振動吸収材の厚さを厚くしたり、それらの材料を適切に選定する必要がある。すなわち、前記他の方法では、製造コストが高くなるとともに、防音壁や振動吸収材の厚さ分、燃料電池装置が大型化するという課題がある。 However, in the other methods, in order to reduce noise in a low frequency range (for example, less than 1 KHz) with small transmission loss of incident sound energy, the thickness of the soundproof wall or the vibration absorbing material is increased, or those materials are used. It is necessary to select appropriately. That is, the other methods have a problem that the manufacturing cost is increased and the fuel cell device is increased in size by the thickness of the soundproof wall and the vibration absorbing material.
そこで、本発明の発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、空気供給装置と燃料電池との間にタンクを設けることにより、空気供給装置から発生した振動を低減して、燃料電池装置の騒音を低減できることを見出した。また、本発明の発明者らは、空気吸込み口の内径を空気吸込み配管部の中で最小の内径とすることにより、騒音が空気吸込み配管部から漏れるのを抑制するとともに、騒音の周波数を上げることができることを見出した。これらの知見に基づき、本発明の発明者らは、本発明に想到した。 Therefore, the inventors of the present invention have intensively studied to solve the above problems, and as a result, by providing a tank between the air supply device and the fuel cell, vibration generated from the air supply device is reduced. The present inventors have found that the noise of the fuel cell device can be reduced. In addition, the inventors of the present invention suppress noise from leaking from the air suction pipe part and increase the frequency of the noise by setting the inner diameter of the air suction port to the smallest inside diameter of the air suction pipe part. I found that I can do it. Based on these findings, the inventors of the present invention have arrived at the present invention.
本発明によれば、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とを電気化学反応させて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路に設けられた酸化剤ガス供給装置と、
前記酸化剤ガス供給装置よりも前記酸化剤ガス流路の下流側に設けられた下流側タンクと、
前記酸化剤ガス供給装置よりも前記酸化剤ガス流路の上流側に設けられた酸化剤ガス吸込み配管部と、
を備え、
前記酸化剤ガス吸込み配管部内に前記酸化剤ガスを吸い込むために設けられた酸化剤ガス吸込み口の内径が、前記酸化剤ガス吸込み配管部の中で最小の内径となるように構成されている、燃料電池装置を提供する。
According to the present invention, a fuel cell that generates electricity by electrochemical reaction of hydrogen in fuel gas and oxygen in oxidant gas;
An oxidant gas supply device provided in an oxidant gas flow path for supplying the oxidant gas to the fuel cell;
A downstream tank provided on the downstream side of the oxidant gas flow path from the oxidant gas supply device;
An oxidant gas suction pipe provided on the upstream side of the oxidant gas flow path from the oxidant gas supply device; and
With
The inner diameter of the oxidant gas suction port provided for sucking the oxidant gas into the oxidant gas suction pipe part is configured to be the smallest inner diameter in the oxidant gas suction pipe part. A fuel cell device is provided.
本発明にかかる燃料電池装置によれば、酸化剤ガス供給装置よりも酸化剤ガス流路の下流側に下流側タンクを設けているので、酸化剤ガス供給装置よりも酸化剤ガス流路の下流側に発生した酸化剤ガス供給装置の脈動や振動を吸収することができる。これにより、燃料電池装置から発生する騒音を一層低減することができる According to the fuel cell device of the present invention, since the downstream tank is provided on the downstream side of the oxidant gas flow channel from the oxidant gas supply device, the downstream side of the oxidant gas flow channel from the oxidant gas supply device. The pulsation and vibration of the oxidant gas supply device generated on the side can be absorbed. Thereby, the noise generated from the fuel cell device can be further reduced.
また、本発明にかかる燃料電池装置によれば、酸化剤ガス吸込み口の内径が酸化剤ガス吸込み配管部の中で最小の内径となるように構成しているので、騒音が酸化剤ガス吸込み配管部から漏れるのを抑制するとともに、騒音の周波数を上げることができる。すなわち、入射音エネルギーの透過損失の小さい低周波数域の騒音を、入射音エネルギーの透過損失の大きい高周波数域の騒音にすることができる。これにより、例えば筐体に防音壁や振動吸収材を取り付けたとき（あるいは、筐体自体を防音壁や振動吸収材で構成したとき）の騒音低減効果を向上させることができる。また、製造コストの増加や燃料電池装置の大型化を抑えることができる。 In addition, according to the fuel cell device of the present invention, since the inner diameter of the oxidant gas suction port is configured to be the smallest inner diameter in the oxidant gas suction pipe portion, noise is generated in the oxidant gas suction pipe. It is possible to suppress leakage from the part and increase the frequency of noise. That is, the noise in the low frequency range where the transmission loss of incident sound energy is small can be changed to the noise in the high frequency range where the transmission loss of incident sound energy is large. Thereby, for example, when a soundproof wall or a vibration absorbing material is attached to the housing (or when the housing itself is made of a soundproof wall or a vibration absorbing material), the noise reduction effect can be improved. Moreover, an increase in manufacturing cost and an increase in size of the fuel cell device can be suppressed.
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様によれば、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とを電気化学反応させて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路に設けられた酸化剤ガス供給装置と、
前記酸化剤ガス供給装置よりも前記酸化剤ガス流路の下流側に設けられた下流側タンクと、
前記酸化剤ガス供給装置よりも前記酸化剤ガス流路の上流側に設けられた酸化剤ガス吸込み配管部と、
を備え、
前記酸化剤ガス吸込み配管部内に前記酸化剤ガスを吸い込むために設けられた酸化剤ガス吸込み口が、前記酸化剤ガス吸込み配管部の中で最小の内径となるように構成されている、燃料電池装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
According to the first aspect of the present invention, a fuel cell that generates electricity by electrochemical reaction of hydrogen in fuel gas and oxygen in oxidant gas;
An oxidant gas supply device provided in an oxidant gas flow path for supplying the oxidant gas to the fuel cell;
A downstream tank provided on the downstream side of the oxidant gas flow path from the oxidant gas supply device;
An oxidant gas suction pipe provided on the upstream side of the oxidant gas flow path from the oxidant gas supply device; and
With
A fuel cell in which an oxidant gas suction port provided for sucking the oxidant gas into the oxidant gas suction pipe part has a minimum inner diameter in the oxidant gas suction pipe part. Providing equipment.
本発明の第２態様によれば、前記酸化剤ガス吸込み配管部は、上流側タンクを備える、第１態様に記載の燃料電池装置を提供する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the fuel cell device according to the first aspect, wherein the oxidant gas suction pipe section includes an upstream tank.
本発明の第３態様によれば、前記下流側タンク及び前記上流側タンクのうちの少なくとも一方は、内部に前記酸化剤ガス中の不要物を除去するフィルタを備える、第２態様に記載の燃料電池装置を提供する。 According to the third aspect of the present invention, the fuel according to the second aspect, wherein at least one of the downstream side tank and the upstream side tank includes a filter for removing unnecessary substances in the oxidant gas therein. A battery device is provided.
本発明の第４態様によれば、前記下流側タンク及び前記上流側タンクのうちの少なくとも一方は、前記空気供給装置と一体的に構成されている、第２又は３態様に記載の燃料電池装置を提供する。 According to the fourth aspect of the present invention, the fuel cell device according to the second or third aspect, wherein at least one of the downstream tank and the upstream tank is configured integrally with the air supply device. I will provide a.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
《実施形態》
図１は、本発明の実施形態にかかる燃料電池装置の概略構成図である。
<Embodiment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell device according to an embodiment of the present invention.
図１に示すように、本実施形態にかかる燃料電池装置１は、燃料ガス供給装置２と、空気供給装置（酸化剤ガス供給装置）３と、燃料電池４とを備えている。
As shown in FIG. 1, the fuel cell device 1 according to this embodiment includes a fuel
燃料ガス供給装置２は、水素を含有する燃料ガスを燃料電池４に供給する装置であり、例えば、高圧ボンベで構成されている。
The fuel
空気供給装置３は、酸化剤ガスとして空気を吸気し、当該空気を燃料電池４に供給する装置である。空気供給装置３は、例えば、一定の周波数で往復運転するダイヤフラム式の電磁ポンプで構成されている。空気供給装置３は、燃料電池４に空気を供給するための空気流路（酸化剤ガス流路）５に設けられている。
The
燃料電池４は、燃料ガス供給装置２から供給された燃料ガス中の水素と、空気供給装置３から供給された空気中の酸素とを電気化学反応させて発電する装置である。燃料電池４の発電により得られた直流電力は、電力変換装置（インバータ）６により交流電力に変換される。
The fuel cell 4 is a device that generates electricity by causing an electrochemical reaction between hydrogen in the fuel gas supplied from the fuel
空気供給装置３よりも空気流路５の下流側には、下流側タンク７と加湿器８とが設けられている。下流側タンク７は、空気供給装置３よりも空気流路５の下流側に発生した空気供給装置３の脈動や振動を吸収するためのタンクである。下流側タンク７は、空気供給装置３と一体的に（接するように）構成されている。加湿器８は、燃料電池４に供給される空気を加湿する装置である。
A downstream tank 7 and a
下流側タンク７は、その上流側及び下流側の少なくとも一方に接続される配管よりも、流れ方向に対して垂直な断面積が大きくなるように形成されていれば、どのような形状であってもよい。例えば、直方体形状であってもよく、円柱状の形状であってもよい。 The downstream tank 7 may have any shape as long as the cross-sectional area perpendicular to the flow direction is larger than the pipe connected to at least one of the upstream side and the downstream side. Also good. For example, a rectangular parallelepiped shape may be sufficient and a cylindrical shape may be sufficient.
空気供給装置３よりも空気流路５の上流側には、空気吸込み配管部（酸化剤ガス吸込み配管部）９が設けられている。空気吸込み配管部９は、空気吸込み口（酸化剤吸込み口）１０と、上流側タンク１１とを備えている。空気吸込み口１０は、空気流路５内に空気を吸い込むために設けられた開口部である。空気吸込み口１０の内径は、空気吸込み配管部９の中で最小の内径となるように構成されている。例えば、空気吸込み配管部９の内径が９〜１２ｍｍの場合、空気吸込み口１０の内径は９ｍｍ未満とされている。上流側タンク１１は、空気供給装置３よりも空気流路５の上流側に発生した空気供給装置３の脈動や振動を吸収するためのタンクである。
An air suction pipe section (oxidant gas suction pipe section) 9 is provided upstream of the
上流側タンク１１は、その上流側及び下流側の少なくとも一方に接続される配管よりも、流れ方向に対して垂直な断面積が大きくなるように形成されていれば、どのような形状であってもよい。例えば、直方体形状であってもよく、円柱状の形状であってもよい。また、上流側タンク１１は、下流側タンク７と同様の形状であってもよく、異なる形状であってもよい。
The
上流側タンク１１の内部には、空気吸込み口１０から吸い込まれた空気中の不要物を吸着するフィルタ１２が設けられている。このフィルタ１２により、空気中の不要物に起因する燃料電池４の電圧低下及び耐久性の劣化が抑えられている。
Inside the
また、燃料電池装置１は、燃料電池４などの各装置の駆動を制御する制御部（図示しない）と、燃料電池装置１の外郭となる筐体（本体カバーともいう）１３とを備えている。筐体１３は、燃料電池装置１の内部部品に雨や風が侵入することを防ぐとともに、外部に漏れる騒音を低減する。
In addition, the fuel cell device 1 includes a control unit (not shown) that controls driving of each device such as the fuel cell 4, and a housing (also referred to as a main body cover) 13 that is an outer shell of the fuel cell device 1. . The
本実施形態にかかる燃料電池装置によれば、空気供給装置３よりも空気流路５の下流側に下流側タンク７を設けているので、空気供給装置３よりも空気流路５の下流側に発生した空気供給装置３の脈動や振動を吸収することができる。これにより、燃料電池装置から発生する騒音を一層低減することができる。
According to the fuel cell device according to the present embodiment, the downstream tank 7 is provided downstream of the
また、本実施形態にかかる燃料電池装置によれば、空気吸込み口１０の内径が空気吸込み配管部９の中で最小の内径となるように構成しているので、騒音が空気吸込み配管部９から漏れるのを抑制するとともに、騒音の周波数を上げることができる。すなわち、入射音エネルギーの透過損失の小さい低周波数域の騒音を、入射音エネルギーの透過損失の大きい高周波数域の騒音にすることができる。これにより、例えば筐体１３に防音壁や振動吸収材を取り付けたとき（あるいは、筐体１３自体を防音壁や振動吸収材で構成したとき）の騒音低減効果を向上させることができる。また、製造コストの増加や燃料電池装置の大型化を抑えることができる。
Further, according to the fuel cell device of the present embodiment, since the inner diameter of the
また、本実施形態にかかる燃料電池装置によれば、空気供給装置３よりも空気流路５の上流側に上流側タンク１１を設けているので、空気供給装置３よりも空気流路５の下流側に発生した空気供給装置３の脈動や振動を吸収することができる。これにより、燃料電池装置から発生する騒音を一層低減することができる。但し、上流側タンク１１を設けた場合の騒音低減効果は、後述するように、下流側タンク７を設けた場合の騒音低減効果に比べて高くない。また、後述するように、下流側タンク７及び上流側タンク１１を両方設けることにより、高い騒音低減効果を維持しつつ、空気吸込み口１０の内径を大きくして、圧力損失を小さくすることができる。これにより、空気供給装置の空気供給量を多くして、燃料電池装置の発電出力や発電効率の低下を抑えることができる。その結果、燃料電池装置の消費電力を抑制することができる。
Further, according to the fuel cell device according to the present embodiment, the
また、本実施形態にかかる燃料電池装置によれば、騒音低減効果の高い下流側タンク７の容積を上流側タンク１１の容積よりも大きくしているので、燃料電池装置の大型化を抑えて、より効率良く騒音を低減することができる。
In addition, according to the fuel cell device according to the present embodiment, the volume of the downstream side tank 7 having a high noise reduction effect is made larger than the volume of the
また、本実施形態にかかる燃料電池装置によれば、上流側タンク１１の内部に空気中の不要物を吸着するフィルタ１２を設けているので、別途、フィルタ１２を収容する容器を設ける必要性をなくすことができる。これにより、燃料電池装置の大型化を抑えることができる。なお、フィルタ１２は、上流側タンク１１の内部ではなく、下流側タンク７の内部に設けられてもよい。また、フィルタ１２は、下流側タンク７の内部と上流側タンク１１の内部の両方に設けられてもよい。これらの場合でも、同様の効果を得ることができる。
In addition, according to the fuel cell device according to the present embodiment, the
また、本実施形態にかかる燃料電池装置によれば、下流側タンク７が空気供給装置３と一体的に構成されているので、燃料電池装置の大型化を一層抑えることができる。なお、下流側タンク７に代えて、上流側タンク１１が空気供給装置３と一体的に構成されてもよい。また、下流側タンク７と上流側タンク１１の両方が空気供給装置３と一体的に構成されてもよい。これらの場合でも、同様の効果を得ることができる。
Further, according to the fuel cell device according to the present embodiment, since the downstream tank 7 is configured integrally with the
次に、本実施形態にかかる燃料電池装置１の騒音低減効果を検証するために行った試験結果について、表１、図２及び図３を参照しつつ説明する。 Next, test results performed to verify the noise reduction effect of the fuel cell device 1 according to the present embodiment will be described with reference to Table 1, FIG. 2 and FIG.
ここでは、空気供給装置３として、一定の周波数で往復運転するダイヤフラム式の電磁ポンプを用いた。当該電磁ポンプの電源周波数は、５０Ｈｚとした。また、測定対象である燃料電池装置１は防音室の中央に設置し、騒音値を測定するマイクロフォンは燃料電池装置１の正面から０．５ｍ離れた位置に設置した。マイクロフォンは人間の可聴域特性を模擬したＡ特性フィルタをかけて使用した。騒音の測定は、電磁ポンプのみを単独運転し、その騒音値が最大となる条件で行った。具体的には、空気流量が最大となる５５ＮＬ／ｍｉｎの条件で行った。表１に示すように、下流側タンク７の容積は４５０ｍｌとし、上流側タンク１１の容積は５０ｍｌ、２２０ｍｌ、４５０ｍｌ、７５０ｍｌとした。
Here, a diaphragm type electromagnetic pump that reciprocates at a constant frequency is used as the
まず、下流側タンク７による騒音低減効果と上流側タンク１１による騒音低減効果を検証するため、下流側タンク７のみを備えた燃料電池装置、及び、下流側タンク７及び上流側タンク１１の容積が異なる燃料電池装置を用意し、それらの燃料電池装置の騒音試験を行った。なお、それらの燃料電池装置は、下流側タンク７又は上流側タンク１１以外は燃料電池装置１と同様の構成を有している。また、ここでは、下流側タンク７及び上流側タンク１１のいずれにもフィルタ１２を設けないで、前記騒音試験を行った。
First, in order to verify the noise reduction effect by the downstream tank 7 and the noise reduction effect by the
図２Ａは、前記騒音試験により得られた、空気吸込み口１０の内径と騒音値の関係を示すグラフである。図２Ｂは、前記騒音試験により得られた、及び空気吸込み口１０の内径と制御電圧値との関係を示すグラフである。図２Ａにおいて、実施例１は、下流側タンク７のみを備える燃料電池装置の騒音値のデータを示している。実施例２〜４は、下流側タンク７及び上流側タンク１１を備える燃料電池装置の騒音値のデータを示している。比較例１は、上流側タンク１１のみを備える燃料電池装置の騒音値のデータを示している。
FIG. 2A is a graph showing the relationship between the inner diameter of the
図２Ａより、空気吸込み口１０の内径を５ｍｍにした場合には、１２ｍｍにした場合と比べて、下流側タンク７のみを備える燃料電池装置（実施例１）の騒音値は６．１ｄｂ低減され、上流側タンク１１のみを備える燃料電池装置（比較例１）の騒音値は２．４ｄｂ低減されていることが分かる。これにより、下流側タンク７のみを備える燃料電池装置及び上流側タンク１１のみを備える燃料電池装置の両方とも、空気吸込み口１０の内径が小さくなるほど、騒音値を低減できることが分かる。また、上流側タンク１１による騒音低減効果よりも、下流側タンク７による騒音低減効果の方が高いことが分かる。
As shown in FIG. 2A, when the inner diameter of the
なお、図２Ｂより、空気吸込み口１０の内径が小さくなるほど、電磁ポンプに印加する電圧値が高くなっていることが分かる。これは、空気吸込み口１０の内径が小さくなることにより、空気の吸込み効率が低減するため、所定の空気流量を維持するように電磁ポンプを駆動しているためである。電磁ポンプに印加する電圧値を高くすると、当該電磁ポンプに起因する騒音は大きくなるが、前述したように燃料電池装置全体の騒音値は低減されている。このことから、下流側タンク７又は上流側タンク１１を設けることによる騒音低減効果が高いことが分かる。
2B shows that the voltage value applied to the electromagnetic pump increases as the inner diameter of the
また、実施例２は、実施例１に対して、５０ｍｌの上流側タンク１１を備えている点が異なる。表１及び図２Ａより、５０ｍｌの上流側タンク１１を備えた燃料電池装置（実施例２）の騒音値は、下流側タンク７のみを備えた燃料電池装置（実施例１）の騒音値とほぼ同等であることが分かる。
The second embodiment is different from the first embodiment in that a 50 ml
また、実施例３は、実施例１に対して、２２０ｍｌの上流側タンク１１を備えている点が異なる。表１及び図２Ａより、２２０ｍｌの上流側タンク１１を備えた燃料電池装置（実施例３）の騒音値は、下流側タンク７のみを備えた燃料電池装置（実施例１）の騒音値に比べて、空気吸込み口１０の内径を５ｍｍにした場合はほぼ同等であり、空気吸込み口１０の内径を９ｍｍ、１２ｍｍにした場合は、それぞれ２．５ｄＢ、４．６ｄＢ低減されていることが分かる。
Further, the third embodiment is different from the first embodiment in that a 220 ml
また、実施例４は、実施例１に対して、７５０ｍｌの上流側タンク１１を備えている点が異なる。表１及び図２Ａより、７５０ｍｌの上流側タンク１１を備えた燃料電池装置（実施例２）の騒音値は、下流側タンク７のみを備えた燃料電池装置（実施例１）の騒音値に比べて、空気吸込み口１０の内径を５ｍｍにした場合は２．４ｄＢ増加していることが分かる。
The fourth embodiment is different from the first embodiment in that a 750 ml
また、実施例１は、比較例１に対して、４５０ｍｌのタンクを上流側タンク７としてではなく、下流側タンク１１として備えている点で異なる。表１及び図２Ａより、４５０ｍｌの下流側タンク７を備えた燃料電池装置（実施例１）の騒音値は、上流側タンク１１のみを備えた燃料電池装置（比較例１）の騒音値に比べて、空気吸込み口１０の内径を５ｍｍにした場合は７．６ｄＢ低減され、空気吸込み口１０の内径を９ｍｍ、１２ｍｍにした場合は、それぞれ６．０ｄＢ、３．７ｄＢ低減されていることが分かる。すなわち、上流側タンク１１のみを備える燃料電池装置（比較例１）よりも、下流側タンク７を備える燃料電池装置（実施例１〜４）のほうが、騒音低減効果が高いことが分かる。
Further, Example 1 differs from Comparative Example 1 in that a 450 ml tank is provided as the
なお、下流側タンク７及び上流側タンク１１の両方を備える場合は、上流側タンク１１の容積が、下流側タンク７の容積の０．５倍〜１．５倍程度であることがより好ましい。また、上流側タンク１１の容積は、２２０ｍｌ〜７５０ｍｌ程度であることがより好ましい。
When both the downstream tank 7 and the
次に、下流側タンク７及び上流側タンク１１の両方を備える本実施形態にかかる燃料電池装置１と、上流側タンク１１のみを備える比較例２にかかる燃料電池装置を用意し、それらの燃料電池装置の騒音試験を行った結果について説明する。なお、比較例２にかかる燃料電池装置は、下流側タンク７を設けないこと以外は燃料電池装置１と同様の構成を有している。また、ここでは、上流側タンク１１の内部にフィルタ１２を設けて前記騒音試験を行った。
Next, the fuel cell device 1 according to this embodiment including both the downstream tank 7 and the
図３は、前記騒音試験により得られた、空気吸込み口１０の内径と騒音値、及び空気吸込み口１０の内径と制御電圧値とを関係を示すグラフである。図３において、実線で結ばれる丸印は、比較例２にかかる燃料電池装置の騒音値のデータを示している。点線で結ばれる丸印は、当該騒音値を測定する際に電磁ポンプに印加した電圧値を示している。また、実線で結ばれる三角印は、本実施形態にかかる燃料電池装置１の騒音値のデータを示している。点線で結ばれる丸印は、当該騒音値を測定する際に電磁ポンプに印加した電圧値を示している。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the inner diameter of the
図３より、空気吸込み口１０の内径を５ｍｍにした場合には、３０ｍｍにした場合と比べて、本実施形態にかかる燃料電池装置の騒音値は約１１ｄｂ低減されことが分かる。これにより、本実施形態にかかる燃料電池装置によれば、大幅に騒音を低減できることが分かる。一方、比較例２にかかる燃料電池装置の騒音値は、僅か（約１ｄｂ程度）しか低減されなかった。この原因は、以下の通りと考えられる。
FIG. 3 shows that when the inner diameter of the
比較例２にかかる燃料電池装置は、図２Ａ及び図２Ｂで説明した上流側タンク１１のみを備える燃料電池装置（比較例１）と、上流側タンク１１の内部にフィルタ１２を設けている点でのみ相違する。それらの燃料電池装置の騒音値のデータを比較すると、空気吸込み口１０の内径が５〜１２ｍｍであるとき、比較例２にかかる燃料電池装置の方が、上流側タンク１１のみを備える燃料電池装置（比較例１）よりも騒音低減効果が低くなっていることが分かる。これは、フィルタ１２を設けたことにより、空気吸込み口１０の内径が小さくなるほど、圧力損失が大きくなるためと考えられる。すなわち、所定の空気流量を維持するためには、電磁ポンプに印加する電圧値を高くする必要があり、その結果、当該電磁ポンプに起因する騒音が大きくなるためと考えられる。
The fuel cell device according to Comparative Example 2 includes a fuel cell device (Comparative Example 1) having only the
これに対して、本実施形態にかかる燃料電池装置１によれば、上流側タンク１１に加えて下流側タンク７を備えているので、電磁ポンプに印加する電圧値が高くなっても、図３に示すように十分な騒音低減効果を得ることができる。従って、燃料電池装置の発電出力や発電効率の低下を抑えることができる。また、燃料電池装置の発電出力や発電効率の低下させることなく、空気吸込み口１０の内径を大きくすること（例えば１８ｍｍ程度まで）も可能になる。
On the other hand, according to the fuel cell device 1 according to the present embodiment, the downstream tank 7 is provided in addition to the
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、前記では、酸化剤ガスとして空気を用いたが、本願発明はこれに限定されない。酸化剤ガスは、酸素を含む気体であればよい。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can implement in another various aspect. For example, in the above description, air is used as the oxidant gas, but the present invention is not limited to this. The oxidant gas may be a gas containing oxygen.
本発明にかかる燃料電池装置は、燃料電池装置から発生する騒音を一層低減することができるので、特に、屋外に設置される家庭用の燃料電池装置、定置用燃料電池コージェネレーションシステム、燃料電池自動車等に有用である。 Since the fuel cell device according to the present invention can further reduce noise generated from the fuel cell device, in particular, a fuel cell device for home use installed outdoors, a stationary fuel cell cogeneration system, and a fuel cell vehicle. Etc. are useful.
１ 燃料電池装置
２ 燃料ガス供給装置
３ 空気供給装置（酸化剤ガス供給装置）
４ 燃料電池
５ 空気流路（酸化剤ガス流路）
６ 電力変換装置（インバータ）
７ 下流側タンク
８ 加湿器
９ 空気吸込み配管部（酸化剤ガス吸込み配管部）
１０ 空気吸込み口
１１ 上流側タンク
１２ フィルタ
１３ 筐体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
4
6 Power converter (inverter)
7
10
Claims (4)
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路に設けられた酸化剤ガス供給装置と、
前記酸化剤ガス供給装置よりも前記酸化剤ガス流路の下流側に設けられ下流側タンクと、
前記酸化剤ガス供給装置よりも前記酸化剤ガス流路の上流側に設けられた酸化剤ガス吸込み配管部と、
を備え、
前記酸化剤ガス吸込み配管部内に前記酸化剤ガスを吸い込むために設けられた酸化剤ガス吸込み口の内径が、前記酸化剤ガス吸込み配管部の中で最小の内径となるように構成されている、燃料電池装置。 A fuel cell that generates electricity by electrochemical reaction of hydrogen in the fuel gas and oxygen in the oxidant gas;
An oxidant gas supply device provided in an oxidant gas flow path for supplying the oxidant gas to the fuel cell;
A downstream tank provided on the downstream side of the oxidant gas flow path from the oxidant gas supply device;
An oxidant gas suction pipe provided on the upstream side of the oxidant gas flow path from the oxidant gas supply device; and
With
The inner diameter of the oxidant gas suction port provided for sucking the oxidant gas into the oxidant gas suction pipe part is configured to be the smallest inner diameter in the oxidant gas suction pipe part. Fuel cell device.
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| JP2017063021A (en) * | 2015-09-24 | 2017-03-30 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Fuel battery system |
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