燃料電池システム
【課題】小型な構成で確実に騒音を低減できかつ耐久性を向上できる、燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システム１０は、セルスタック１４およびエアポンプユニット２８を含む。エアポンプユニット２８は、セルスタック１４に空気を供給するためのエアポンプ３４、エアポンプ３４の電動モータ４６に設けられる略円筒状の流路形成部材３６を含む。流路形成部材３６は、第１リング状部材４８、第２リング状部材５０ａ，５０ｂおよび第３リング状部材５２ａ，５２ｂを一体的に設けることによって得られる。流路形成部材３６の内周側には、屈曲した流路Ｆ１，Ｆ２が設けられる。エアポンプ３４のポンプ部４４に吸引される空気は、電動モータ４６の本体４６ａの外周面に沿って流路形成部材３６の流路Ｆ１，Ｆ２を流れる。
【解決手段】燃料電池システム１０は、セルスタック１４およびエアポンプユニット２８を含む。エアポンプユニット２８は、セルスタック１４に空気を供給するためのエアポンプ３４、エアポンプ３４の電動モータ４６に設けられる略円筒状の流路形成部材３６を含む。流路形成部材３６は、第１リング状部材４８、第２リング状部材５０ａ，５０ｂおよび第３リング状部材５２ａ，５２ｂを一体的に設けることによって得られる。流路形成部材３６の内周側には、屈曲した流路Ｆ１，Ｆ２が設けられる。エアポンプ３４のポンプ部４４に吸引される空気は、電動モータ４６の本体４６ａの外周面に沿って流路形成部材３６の流路Ｆ１，Ｆ２を流れる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は燃料電池システムに関し、より特定的には、燃料電池に空気を供給する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、圧縮部と電動モータとを有する空気ブロアを防音箱に収容する燃料電池装置が開示されている。特許文献１の燃料電池装置では、電動モータを冷却するために、圧縮部の駆動に伴って防音箱に吸入された空気を受けるように空気ブロアが防音箱に配置されている。また、圧縮部が加圧した空気を吐出する際には、当該空気の圧力変化に伴って騒音が生じる。つまり、圧縮部の駆動に伴って騒音が生じる。特許文献１の燃料電池装置では、圧縮部の駆動に伴う騒音が防音箱の外部に漏れることを抑制するために、防音箱における空気の流路が曲げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８４５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の燃料電池装置では、燃料電池の出力を大きくするために燃料電池への空気供給量を大きくすると、以下のような問題が生じることがわかった。
【０００５】
燃料電池への空気供給量を大きくすると、圧縮部の駆動に伴う騒音も大きくなる。特許文献１の技術では、大きな騒音に対して十分な消音効果を得るためには大きな防音箱を用いる必要があり、装置が大きくなってしまう。
【０００６】
また、燃料電池への空気供給量を大きくすると、電動モータの発熱量が大きくなる。このために特許文献１の技術のように単に防音箱に電動モータを配置しただけでは、電動モータを十分に冷却できないおそれがあった。圧縮部の駆動を停止させると電動モータを冷却する空気の流れも停止するので、圧縮部の駆動時に電動モータを十分に冷却できていなければ圧縮部の駆動停止直後に電動モータの温度が著しく上昇するおそれがあった。ひいては、電動モータの耐久性を低下させるおそれがあった。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、小型な構成で確実に騒音を低減できかつ耐久性を向上できる、燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、燃料電池と、燃料電池に空気を供給するための供給機構と、供給機構を駆動するためのモータと、モータの表面に設けられ、供給機構に与えられるべき空気が流れる流路を形成する流路形成部材とを備える、燃料電池システムが提供される。
【０００９】
この発明では、供給機構の駆動に伴う騒音が流路形成部材に形成される流路を進むことによって当該流路で反射して下流側から上流側に伝播しにくくなる。つまり、供給機構の駆動に伴う騒音を流路形成部材の流路で減衰させることができる。これによって、騒音が流路形成部材の上流側に漏れることを抑制できる。このように騒音を流路形成部材の流路で減衰させることによって、大きな防音箱等を準備する必要がなく、小型な構成で確実に騒音を低減できる。また、供給機構に与えられるべき空気が流路形成部材の流路を流れることによって、当該空気および流路形成部材にモータの熱を効率よく吸収させることができ、モータを効率よく冷却できる。これによって供給機構の駆動停止直後であっても、モータの温度が上昇し過ぎることを防止できる。空気の流通によって十分に冷却された流路形成部材がモータに接しているので、供給機構の駆動停止後には、特に流路形成部材によってモータから熱を奪うことができ、モータの温度が上昇し過ぎることを防止できる。このようにモータを効率よく冷却できるので、モータひいては当該燃料電池システムの耐久性を向上できる。さらに、モータの熱を十分に吸収した空気を燃料電池に供給できるので、燃料電池に効率よく発電させることができる。
【００１０】
好ましくは、流路形成部材の流路は屈曲した形状を有する。この場合、供給機構の駆動に伴う騒音が下流側により反射しやすくなり、騒音をより低減できる。
【００１１】
また好ましくは、供給機構に与えられるべき全ての空気が流路を流れるように流路形成部材と供給機構とが接続部材によって接続される。この場合、流路形成部材の流路により多くの空気を流すことができ、モータをより効率よく冷却できる。また、供給機構の駆動に伴う騒音を効果的に流路形成部材の流路に与えることができ、騒音をより低減できる。
【００１２】
さらに好ましくは、流路の下流側からの音を反射させるために流路に反射部材が設けられる。この場合、供給機構の駆動に伴う下流側からの騒音が流路形成部材の流路に設けられる反射部材によっても反射されるので、騒音が上流側により伝播しにくくなり、騒音をより低減できる。
【００１３】
好ましくは、反射部材は、流路形成部材の流路の下流側に向かって流路に突出するように設けられる。この場合、上流側から下流側へと円滑に空気を流通させることができるとともに、下流側からの騒音をより反射させやすくなる。したがって、燃料電池への空気供給を円滑に行うことができるとともに、騒音をより一層低減できる。
【００１４】
また好ましくは、流路に吸音部材がさらに設けられる。この場合、供給機構の駆動に伴う下流側からの騒音を流路形成部材の流路で減衰させつつ流路に設けられた吸音部材によって吸収することもできるので、騒音が上流側により伝播しにくくなり、騒音をより低減できる。
【００１５】
さらに好ましくは、吸音部材は、貫通孔を有する板状部材、繊維状部材および金属発泡体の少なくともいずれか１つを含む。このような吸音部材によれば、簡単にかつ効率的に騒音を吸収できる。
【００１６】
好ましくは、流路形成部材が収容部材に収容される。この場合、騒音をより低減できる。
【００１７】
また好ましくは、収容部材は、流路形成部材を収容する第１収容部材と、第１収容部材を収容する第２収容部材とを含む。このように流路形成部材を収容する第１収容部材と第１収容部材を収容する第２収容部材との二重構造を採用することによって、騒音をより効果的に低減できる。
【００１８】
さらに好ましくは、第１収容部材と前記第２収容部材との間に吸音部材が設けられる。この場合、騒音をより一層低減できる。
【００１９】
この発明の上述の目的およびその他の目的、特徴、局面および利点は、添付図面に関連して行われる以下のこの発明の実施形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、小型な構成で確実に騒音を低減できかつ耐久性を向上できる燃料電池システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の一実施形態の燃料電池システムの主な構成を示すシステム図である。
【図２】エアポンプユニットの横断面を示す図解図である。
【図３】図２のＹ−Ｙ断面を示す図解図である。
【図４】図２のＺ−Ｚ断面を示す図解図である。
【図５】エアポンプおよび流路形成部材を右上前方からみた斜視図である。
【図６】ポンプ部内の構成を示す図解図である。
【図７】流路形成部材を右上前方からみた分解斜視図である。
【図８】流路形成部材を右上後方からみた分解斜視図である。
【図９】第２リング状部材の正面図である。
【図１０】第３リング状部材の正面図である。
【図１１】流路形成部材に形成される流路の形状を示す図解図である。
【図１２】電動モータを前方下側からみた場合の流路の形状を示す図解図である。
【図１３】流路形成部材の流路における騒音の進み方を示す図解図である。
【図１４】反射部材を設けた場合の流路形成部材の流路における騒音の進み方を示す図解図である。
【図１５】第１リング状部材、第２リング状部材および第３リング状部材の他の例を示す斜視図である。
【図１６】図１５に示す第２リング状部材の正面図である。
【図１７】流路形成部材の変形例を右上前方からみた分解斜視図である。
【図１８】流路形成部材の変形例を右上後方からみた分解斜視図である。
【図１９】図１７および図１８に示す第２リング状部材の正面図である。
【図２０】図１７および図１８に示す第３リング状部材の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
図１は、この発明の一実施形態の燃料電池システム１０の主な構成を示すシステム図である。燃料電池システム１０は、メタノール（メタノール水溶液）を改質せずにダイレクトに電気エネルギの生成（発電）に利用する直接メタノール型燃料電池システムである。燃料電池システム１０は、可搬型に構成され、たとえば屋外コンサートの会場で音響機器等の電子機器に電力を供給するために用いられる。燃料電池システム１０の発電による最大出力は１ｋＷ程度である。
【００２３】
図１に示すように、燃料電池システム１０は筐体１２を含む。筐体１２は、燃料電池セルスタック（以下、単にセルスタックという）１４、水溶液タンク１６および水タンク１８を収容している。
【００２４】
セルスタック１４は、メタノールに基づく水素イオンと酸素（酸化剤）との電気化学反応によって発電できる複数の燃料電池（燃料電池セル）２０を含む。複数の燃料電池２０は積層され、隣り合う燃料電池２０間にはセパレータ２２が挟まれている。各燃料電池２０は、たとえば固体高分子膜からなる電解質膜２０ａと、電解質膜２０ａを挟んで互いに対向するアノード（燃料極）２０ｂおよびカソード（空気極）２０ｃとを含む。
【００２５】
水溶液タンク１６は、セルスタック１４の電気化学反応に適した濃度（たとえば、メタノールを約３ｗｔ％含む）のメタノール水溶液を収容している。水溶液タンク１６は、パイプＰ１を介してセルスタック１４のアノード入口Ｉ１に接続されている。パイプＰ１には、水溶液タンク１６側から順に水溶液ポンプ２４および水溶液フィルタ２６が介挿されている。また、セルスタック１４のアノード出口Ｉ２には、パイプＰ２を介して水溶液タンク１６が接続されている。水溶液ポンプ２４を駆動させることによって、水溶液タンク１６内のメタノール水溶液がセルスタック１４に供給されるとともにセルスタック１４からのメタノール水溶液が水溶液タンク１６に戻る。
上述したパイプＰ１〜Ｐ２は主として燃料の流路となる。
【００２６】
セルスタック１４のカソード入口Ｉ３には、パイプＰ３を介してエアポンプユニット２８が接続されている。エアポンプユニット２８には、パイプＰ４を介してエアフィルタ３０が接続されている。エアポンプユニット２８のエアポンプ３４（後述）を駆動させることによって、酸素（酸化剤）を含む外部の空気がセルスタック１４に供給される。
【００２７】
セルスタック１４のカソード出口Ｉ４には、パイプＰ５を介して水タンク１８が接続されている。水タンク１８は、水溶液タンク１６に供給すべき水を収容している。水タンク１８には、カソード出口Ｉ４からの排気ガスを外部に排出するためのパイプ（排気管）Ｐ６が接続されている。
上述したパイプＰ３〜Ｐ６は主として酸化剤の流路となる。
【００２８】
水タンク１８は、パイプＰ７を介して水溶液タンク１６に接続されている。パイプＰ７には水ポンプ３２が介挿されている。水ポンプ３２を駆動させることによって、水タンク１８内の水が水溶液タンク１６に供給される。
上述したパイプＰ７は水の流路となる。
【００２９】
このように構成される燃料電池システム１０において注目すべきは、エアポンプユニット２８である。ついで、エアポンプユニット２８について詳しく説明する。
図２はエアポンプユニット２８の横断面（図３のＸ−Ｘ断面）を示す図解図である。図３は図２のＹ−Ｙ断面を示す図解図である。図４は図２のＺ−Ｚ断面を示す図解図である。
【００３０】
図２〜図４に示すように、エアポンプユニット２８は、エアポンプ３４、エアポンプ３４に設けられる流路形成部材３６、エアポンプ３４および流路形成部材３６を収容する収容部材３８、収容部材３８を収容する収容部材４０、ならびに収容部材３８と４０との間に設けられる繊維状部材４２を含む。
【００３１】
図５はエアポンプ３４および流路形成部材３６を右上前方からみた斜視図である。図５に示すように、エアポンプ３４は、セルスタック１４に空気を供給するためのポンプ部４４、およびポンプ部４４を駆動するための電動モータ４６を含む。
【００３２】
図６はポンプ部４４内の構成を示す図解図である。図６に示すように、ポンプ部４４は、その内部に設けられる略まゆ状の回転子４４ａ，４４ｂを有するルーツブロア型に構成されている。回転子４４ａ，４４ｂは、電動モータ４６によって駆動され、互いに噛み合うような位置関係を保ちつつも互いに接触することがないように回転する。このような回転子４４ａ，４４ｂの回転によって、加圧された空気がポンプ部４４から吐出される。ポンプ部４４からの空気の吐出圧力は２０ｋＰａ程度である。また、ポンプ部４４の最大出力（最大吐出量）は、１５０Ｌ／ｍｉｎ程度であり、通常運転時におけるポンプ部４４の出力は８０Ｌ／ｍｉｎ程度である。
【００３３】
図５に戻って、ポンプ部４４にはパイプＰ３が接続されており、ポンプ部４４から吐出される（送り出される）空気がセルスタック１４に与えられる。電動モータ４６は、その内部に固定子や回転子等を有する本体４６ａを含む。本体４６ａは円柱状に形成されており、本体４６ａの外周面の７０％程度は略円筒状の流路形成部材３６によって覆われている。流路形成部材３６は、第１リング状部材４８、第２リング状部材５０ａ，５０ｂおよび第３リング状部材５２ａ，５２ｂを含む。
【００３４】
図７は流路形成部材３６を右上前方からみた分解斜視図である。図８は流路形成部材３６を右上後方からみた分解斜視図である。また、図９は第２リング状部材５０ａ，５０ｂの正面図であり、図１０は第３リング状部材５２ａ，５２ｂの正面図である。
【００３５】
図７および図８に示すように、これらのリング状部材は、前方側から第１リング状部材４８、第２リング状部材５０ａ、第３リング状部材５２ａ、第２リング状部材５０ｂおよび第３リング状部材５２ｂの順に配置されている。
【００３６】
第１リング状部材４８は、空隙Ｇ１が設けられた略Ｃ字の板状（Ｃリング状）に形成されている。第１リング状部材４８において空隙Ｇ１の下側の位置には、矢印Ｄ１方向（流路形成部材３６の軸方向）に延びる貫通孔５４ａが設けられている。また、第１リング状部材４８において空隙Ｇ１の上側の位置には、矢印Ｄ１方向に延びる貫通孔５４ｂが設けられている。
【００３７】
図７〜図９に示すように、第２リング状部材５０ａは本体５６を含む。本体５６は、空隙Ｇ２が設けられた略Ｃ字の枠状に形成されている。本体５６の外周面は、第２リング状部材５０ａを第１リング状部材４８に繋げたときに第１リング状部材４８の外周面と面一になるように形成されている。本体５６の内周面には、空隙Ｇ２に対向する位置に矢印Ｄ１方向に延びる突起５８が設けられている。図９に示すように、本体５６の内周面には、空隙Ｇ２の下側から突起５８の下側に向けて突起５８に繋がることのないように流路形成部材３６の周方向（矢印Ｄ２方向）に延びるリブ６０ａが設けられている。また、本体５６の内周面には、空隙Ｇ２の上側から突起５８の上側に向けて突起５８に繋がることのないように矢印Ｄ２方向に延びるリブ６０ｂが設けられている。図８に示すように、リブ６０ａ，６０ｂはそれぞれ、本体５６の内周面において後寄りに設けられており、本体５６の後端面と面一になっている。第２リング状部材５０ａは、このような突起５８とリブ６０ａ，６０ｂとが設けられていることによって、突起５８の下側と上側とに出口６２ａと６２ｂとを有している。第２リング状部材５０ａと５０ｂとは同様に構成されているので、第２リング状部材５０ｂの説明は省略する。
【００３８】
図７、図８および図１０に示すように、第３リング状部材５２ａは本体６４を含む。本体６４は、第２リング状部材５０ａの本体５６と同形状かつ同寸法に形成されている。本体６４の内周面には、第２リング状部材５０ａの突起５８と同様に、空隙Ｇ３に対向する位置に突起６６が設けられている。図１０に示すように、本体６４の内周面には、空隙Ｇ３の下側から突起６６の下側に向けて矢印Ｄ２方向延びるリブ６８ａ、および空隙Ｇ３の上側から突起６６の上側に向けて矢印Ｄ２方向に延びるリブ６８ｂが設けられている。リブ６８ａ，６８ｂは突起６６に繋がっている。リブ６８ａにおいて空隙Ｇ３の下側の位置には、第１リング状部材４８の貫通孔５４ａと同様の貫通孔７０ａが設けられている。また、リブ６８ｂにおいて空隙Ｇ３の上側の位置には、第１リング状部材４８の貫通孔５４ｂと同様の貫通孔７０ｂが設けられている。第３リング状部材５２ａは、出口６２ａ，６２ｂに代えて貫通孔７０ａ，７０ｂが設けられていることを除けば第２リング状部材５０ａと同様に構成されている。第３リング状部材５２ａと５２ｂとは同様に構成されているので、第３リング状部材５２ｂの説明は省略する。
【００３９】
図５に戻って、このような第１リング状部材４８、第２リング状部材５０ａ，５０ｂおよび第３リング状部材５２ａ，５２ｂを、それぞれの外周面が面一になるように相互に固定することによって、側壁の一部を矢印Ｄ１方向に切り欠いた略円筒状の流路形成部材３６が得られる。第１リング状部材４８、第２リング状部材５０ａ，５０ｂおよび第３リング状部材５２ａ，５２ｂの一部は、流路形成部材３６が電動モータ４６の本体４６ａに取り付けられることによって本体４６ａの外周面に接する。詳しくは、図７および図８を参照して、第１リング状部材４８においては、その内周面が本体４６ａの外周面に接する。第２リング状部材５０ａ，５０ｂにおいては、本体５６の両端部、突起５８における本体５６とは反対側の面、リブ６０ａ，６０ｂにおける本体５６とは反対側の面がそれぞれ本体４６ａの外周面に接する。第３リング状部材５２ａ，５２ｂにおいても、第２リング状部材５０ａ，５０ｂと同様の部分が本体４６ａの外周面に接する。第１リング状部材４８、第２リング状部材５０ａ，５０ｂおよび第３リング状部材５２ａ，５２ｂの材質、ひいては流路形成部材３６の材質としては、たとえばアルミニウムや銅等が用いられる。
【００４０】
流路形成部材３６の第３リング状部材５２ｂにおいて、貫通孔７０ａには両端開口の円筒状に形成される金属パイプ７２ａの一方端が嵌入されており、貫通孔７０ｂには両端開口の円筒状に形成される金属パイプ７２ｂの一方端が嵌入されている。金属パイプ７２ａ，７２ｂの他方端は、ポンプ部４４に接続されている。このように流路形成部材３６とポンプ部４４とを金属パイプ７２ａ，７２ｂで接続することによって、流路形成部材３６の流路Ｆ１，Ｆ２（後述）とポンプ部４４内の空間とが金属パイプ７２ａ，７２ｂ内の外部に開放されていない空間を介して繋げられる。金属パイプ７２ａ，７２ｂの材質としては、たとえばアルミニウムやステンレス等が用いられる。
【００４１】
図２〜図４に戻って、収容部材３８，４０はそれぞれ、略直方体の箱状に形成されている。収容部材３８，４０の材質としては、たとえばアルミニウムやステンレス等が用いられる。図２および図３に示すように、エアポンプ３４は４つのボルト７４によって収容部材３８の底面に固定されている。収容部材３８，４０の上面には、パイプＰ４が嵌通されている。また、図３および図４に示すように、収容部材３８，４０の側面には、ポンプ部４４に接続されるパイプＰ３が嵌通されている。繊維状部材４２は、たとえばグラスウールやスチールウール等からなり、収容部材３８と４０との間に詰められている。
【００４２】
図１１は、流路形成部材３６によって形成される流路Ｆ１，Ｆ２の形状を示す図解図である。図１１に示すように、このようなエアポンプユニット２８において、電動モータ４６に取り付けられた流路形成部材３６の内周側には、電動モータ４６の本体４６ａを挟む流路Ｆ１とＦ２とがそれぞれ本体４６ａの下側と上側とに外部に露出することのないように形成される。ポンプ部４４の駆動に伴ってポンプ部４４に吸引される（与えられるべき）空気は、流路Ｆ１，Ｆ２および金属パイプ７２ａ，７２ｂを介してポンプ部４４に流入する。
【００４３】
流路Ｆ１，Ｆ２はそれぞれ、矢印Ｄ１方向から矢印Ｄ２方向への直角な屈曲と、矢印Ｄ２方向から矢印Ｄ１方向への直角な屈曲とを繰り返して蛇行するように延びている。つまり、流路Ｆ１，Ｆ２は、直角な屈曲を繰り返すサーペンタイン状を呈している。
【００４４】
図１２は、本体４６ａを前方下側からみた場合の流路Ｆ１の形状を示す図解図である。図１２には、流路Ｆ１のみが示されている。図１２をも参照して、本体４６ａの下側に形成される流路Ｆ１は、湾曲部Ｃ１〜Ｃ４および直進部Ｓ１〜Ｓ５によって構成されている。さらに図７をも参照して、図７には、流路形成部材３６の流路Ｆ１に対応する部分に一点鎖線の経路が示されている。当該経路において湾曲部Ｃ１〜Ｃ４に対応する部分および直進部Ｓ１〜Ｓ５に対応する部分には、符号Ｃ１〜Ｃ４およびＳ１〜Ｓ５が付されている。
【００４５】
図７、図１１および図１２を参照して、湾曲部Ｃ１〜Ｃ４および直進部Ｓ１〜Ｓ５は、上流側から直進部Ｓ１、湾曲部Ｃ１、直進部Ｓ２、湾曲部Ｃ２、直進部Ｓ３、湾曲部Ｃ３、直進部Ｓ４、湾曲部Ｃ４および直進部Ｓ５の順に繋がっている。湾曲部Ｃ１〜Ｃ４は本体４６ａに沿って矢印Ｄ２方向に延びており、直進部Ｓ１〜Ｓ５は本体４６ａに沿って矢印Ｄ１方向に延びている。つまり、湾曲部Ｃ１〜Ｃ４と直進部Ｓ１〜Ｓ５とは互いに直交する方向に延びている。なお、本体４６ａの上側に形成される流路Ｆ２の形状は、流路Ｆ１の形状と上下対称であるので、流路Ｆ２の説明は省略する。
【００４６】
この実施形態では、エアポンプ３４のポンプ部４４が供給機構に相当し、エアポンプ３４の電動モータ４６がモータに相当し、金属パイプ７２ａ，７２ｂが接続部材に相当する。収容部材は収容部材３８と収容部材４０とを含み、収容部材３８が第１収容部材に相当し、収容部材４０が第２収容部材に相当する。繊維状部材４２が第１収容部材と前記第２収容部材との間に設けられる吸音部材に相当する。
【００４７】
ついで、燃料電池システム１０の基本的な動作について説明する。
上述した水溶液ポンプ２４、水ポンプ３０およびエアポンプ３４等の補機類は、筐体１２に収容されている図示しないコントローラによって制御される。コントローラは、たとえば図示しない二次電池の蓄電率が所定値未満になることを契機として、当該二次電池からの電力によって水溶液ポンプ２４およびエアポンプ３４の駆動を開始させ、セルスタック１４に発電を開始させる。
【００４８】
図１を参照して、水溶液タンク１６内のメタノール水溶液は、水溶液ポンプ２４の駆動によってパイプＰ１に流入し、水溶液ポンプ２４、水溶液フィルタ２６およびアノード入口Ｉ１を介してセルスタック１４に含まれる各燃料電池２０のアノード２０ｂにダイレクトに供給される。
【００４９】
一方、エアポンプ３４のポンプ部４４の駆動によって、外部の空気が筐体１２内に取り込まれ、エアフィルタ３０、パイプＰ４、エアポンプユニット２８、パイプＰ３およびカソード入口Ｉ３を介してセルスタック１４に含まれる各燃料電池２０のカソード２０ｃに供給される。
【００５０】
エアポンプユニット２８では、ポンプ部４４の駆動によってパイプＰ４からの空気が収容部材３８内に取り込まれる。図５に示すように、パイプＰ４からの空気は、流路形成部材３６の貫通孔５４ａ，５４ｂから流路形成部材３６に流入する。そして、流路形成部材３６に流入した空気は、流路Ｆ１，Ｆ２および金属パイプ７２ａ，７２ｂを介してポンプ部４４に与えられ、ポンプ部４４から吐出される。金属パイプ７２ａ，７２ｂの一方端と他方端とが流路形成部材３６とポンプ部４４とに嵌入（隙間なく挿入）されているので、流路形成部材３６とポンプ部４４との間における空気漏れが防止される。したがって、ポンプ部４４に吸引される（与えられるべき）全ての空気が流路形成部材３６の流路Ｆ１，Ｆ２を流れる。言い換えれば、セルスタック１４に供給される空気と同量の空気が流路形成部材３６の流路Ｆ１，Ｆ２を流れる。
【００５１】
加圧された空気がポンプ部４４から吐出される際には、当該空気の圧力変化（減圧）に伴って騒音が生じる。このような騒音は、金属パイプ７２ａ，７２ｂを介してポンプ部４４の上流側の流路形成部材３６に伝播し（図５参照）、流路形成部材３６の蛇行する流路Ｆ１，Ｆ２（図１１参照）で減衰される。
【００５２】
図１３は、流路形成部材３６の流路Ｆ１における騒音の進み方を示す図解図である。図７、図８および図１３を参照して、流路Ｆ１を上流側に向かって矢印Ｄ１方向に進む騒音は、特に、第１リング状部材４８においては後面、第２リング状部材５０ａ，５０ｂにおいてはリブ６０ａの後面、第３リング状部材５２ａ，５２ｂにおいてはリブ６８ａの後面に衝突し、その進行方向を変える。また、流路Ｆ１を上流側に向かって矢印Ｄ２方向に進む騒音は、特に、第２リング状部材５０ａ，５０ｂにおいては本体５６の内周面かつ空隙Ｇ２近傍の部分、第３リング状部材５２ａ，５２ｂにおいては突起６６に衝突し、その進行方向を変える。
【００５３】
このように、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音は、流路Ｆ１を形成する壁と衝突することによってその進行方向が変えられる。進行方向が変えられた騒音の一部は、図１３に破線で示すように下流側に反射する。そして、下流側に反射した騒音が上流側から進んでくる騒音と衝突することによって、これらが減衰される。これによって、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音は、流路Ｆ１を下流側から上流側に進むにつれて小さくなる。流路Ｆ２においても同様であり、騒音は、流路Ｆ２を下流側から上流側に進むにつれて小さくなる。したがって、流路形成部材３６ひいてはエアフィルタ３０からの騒音の漏れが抑制される。
【００５４】
また、図１１に示すように、ポンプ部４４に吸引される空気が、流路Ｆ１，Ｆ２を本体４６ａの外周面に沿って流れることによって、当該空気が本体４６ａの熱を吸収する。また、当該空気によって冷却される流路形成部材３６も本体４６ａの熱を吸収する。これによって本体４６ａひいては電動モータ４６が冷却される。
【００５５】
図１に戻って、各燃料電池２０のアノード２０ｂでは、メタノール水溶液の供給に伴って二酸化炭素および水素イオンが生成される。生成された水素イオンは、電解質膜２０ａを介してカソード２０ｃに流入し、そのカソード２０ｃに供給された空気中の酸素と電気化学反応する。これによって、水分（水および水蒸気）および電気エネルギが生成される。つまり、各燃料電池２０ひいてはセルスタック１４において発電が行われる。セルスタック１４の温度は各種反応に伴って発生する熱によって上昇し、セルスタック１４の出力はその温度上昇に伴って上昇する。燃料電池システム１０は、セルスタック１４が約６０℃で定常的に発電可能な通常運転に移行する。セルスタック１４からの電力は、二次電池の充電や外部の電子機器の駆動等に利用される。
【００５６】
各燃料電池２０のアノード２０ｂで生成された二酸化炭素および未反応メタノールを含むメタノール水溶液は、セルスタック１４のアノード出口Ｉ２およびパイプＰ２を介して水溶液タンク１６に還流される。
【００５７】
セルスタック１４のカソード出口Ｉ４からは、各カソード２０ｃで生成された水分、クロスオーバーによって各カソード２０ｃに移動した水分（水および水蒸気）、各カソード２０ｃで生成された二酸化炭素、および未反応の空気等を含む排気ガスが排出される。カソード出口Ｉ４からの排気ガスは、パイプＰ５を介して水タンク１８に与えられる。排気ガスに含まれる水は、水タンク１８に回収される。水が回収された後の排気ガスは、パイプＰ６を介して外部へ排出される。
【００５８】
なお、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音は、ポンプ部４４の下流側にも伝播する。しかし、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音がパイプＰ６から外部に漏れることはほとんどない。これは、セルスタック１４内の複雑な形状の流路で騒音が十分に減衰されるためである。
【００５９】
このような燃料電池システム１０によれば、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音が流路形成部材３６に形成されている流路Ｆ１，Ｆ２を進むことによって流路Ｆ１，Ｆ２で反射して下流側から上流側に伝播しにくくなる。つまり、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音を流路Ｆ１，Ｆ２で減衰させることができる。したがって、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音が流路形成部材３６の上流側のエアフィルタ３０から外部に漏れることを抑制できる。具体的には、流路形成部材３６を用いなければ通常運転時のエアフィルタ３０からの騒音は７０ｄＢ程度であるのに対し、流路形成部材３６を用いることによって通常運転時のエアフィルタ３０からの騒音を６０ｄＢ程度に抑えることができる。このようにポンプ部４４の駆動に伴う騒音を流路Ｆ１，Ｆ２で減衰させることによって、小型な構成で確実に騒音を低減できる。
【００６０】
また、ポンプ部４４に吸引される空気が本体４６ａの外周面に沿うように流路Ｆ１，Ｆ２を流れることによって、当該空気および流路形成部材３６に電動モータ４６の熱を効率よく吸収させることができ、電動モータ４６を効率よく冷却できる。これによってポンプ部４４の駆動停止直後であっても、電動モータ４６の温度が上昇し過ぎることを防止できる。空気の流通によって十分に冷却された流路形成部材３６が本体４６ａに接しているので、ポンプ部４４の駆動停止後には、特に流路形成部材３６によって本体４６ａから熱を奪うことができ、電動モータ４６の温度が上昇し過ぎることを防止できる。具体的には、流路形成部材３６を用いなければ、通常運転時の電動モータ４６の温度は７０℃程度になり、ポンプ部４４の駆動停止直後の電動モータ４６の温度は１００℃程度になってしまう。これに対し、流路形成部材３６を用いることによって通常運転時の電動モータ４６の温度を５０℃程度に保つことができ、ポンプ部４４の駆動停止直後であっても電動モータ４６の温度を８０℃程度に抑えることができる。このように電動モータ４６を効率よく冷却できるので、電動モータ４６ひいては燃料電池システム１０の耐久性を向上できる。
【００６１】
さらに、電動モータ４６の熱を十分に吸収した空気をセルスタック１４に供給できるので、セルスタック１４に効率よく発電させることができ、通常運転に迅速に移行させることができる。
【００６２】
流路Ｆ１，Ｆ２が屈曲した形状を有することによって、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音が下流側により反射しやすくなり、騒音をより低減できる。
【００６３】
ポンプ部４４に与えられるべき全ての空気が流路Ｆ１，Ｆ２を流れるように金属パイプ７２ａ，７２ｂを用いて流路形成部材３６とポンプ部４４とを接続することによって、流路Ｆ１，Ｆ２により多くの空気を流すことができ、電動モータ４６をより効率よく冷却できる。また、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音を効果的に流路Ｆ１，Ｆ２に与えることができ、騒音をより低減できる。
【００６４】
エアポンプ３４および流路形成部材３６を収容部材３８に収容することによって、騒音をより低減できる。収容部材３８と４０との二重構造を採用することによって、騒音をより効果的に低減できる。収容部材３８と４０との間に繊維状部材４２を設けることによって、騒音をより一層低減できる。
【００６５】
騒音をさらに低減させるためには、図７に破線で示すように、第２リング状部材５０ａ，５０ｂおよび第３リング状部材５２ａ，５２ｂにそれぞれ板状の反射部材７６を設けてもよい。つまり、流路Ｆ１，Ｆ２に反射部材７６を設けてもよい。なお、図７には、リブ６０ａ，６８ａ側（流路Ｆ１）に設けられる反射部材７６が破線で示されているが、リブ６０ｂ，６８ｂ側（流路Ｆ２）にも同様に反射部材７６が設けられることはいうまでもない。
【００６６】
図１４は、反射部材７６を設けた場合の流路Ｆ１における騒音の進み方を示す図解図である。図１４に示すように、第２リング状部材５０ａ，５０ｂおよび第３リング状部材５２ａ，５２ｂのそれぞれにおいて、複数（ここでは２つ）の反射部材７６は、流路Ｆ１を挟んで上流側と下流側とに離れた位置から下流側に向かって突出するように流路Ｆ１に設けられている。流路Ｆ１に反射部材７６を設けることによって、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音が反射部材７６によっても図１４に破線で示すように下流側に反射される。なお、流路Ｆ２においても同様に反射部材７６によって騒音が反射されることはいうまでもない。
【００６７】
このような反射部材７６を流路Ｆ１，Ｆ２に設けることによって、下流側からの騒音を反射部材７６によっても反射させることができ、騒音をより低減できる。反射部材７６が流路Ｆ１，Ｆ２の下流側に向かって突出するように流路Ｆ１，Ｆ２に設けられることによって、上流側から下流側へと円滑に空気を流通させることができるとともに、下流側からの騒音をより反射させやすくなる。したがって、セルスタック１４への空気供給を円滑に行うことができるとともに、騒音をより一層低減できる。
【００６８】
なお、第２リング状部材５０ａ，５０ｂおよび第３リング状部材５２ａ，５２ｂにおける反射部材７６の数は任意に設定できる。また、反射部材７６は、第２リング状部材５０ａ，５０ｂおよび第３リング状部材５２ａ，５２ｂの全てに設けずともよく、任意のリング状部材にのみ反射部材７６を設けることができる。さらに、反射部材の形状は、板状に限定されず、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音を効率よく反射させることができれば任意に設定できる。
【００６９】
第１リング状部材、第２リング状部材の本体および第３リング状部材の本体の形状は上述の実施形態に限定されない。たとえば図１５に示す第１リング状部材７８、第２リング状部材８０および第３リング状部材８２を、流路形成部材に用いてもよい。
【００７０】
図１５に示すように、第１リング状部材７８は、略Ｃ字の板状に形成されており、略四角板状の外形を有している。第１リング状部材７８には、上述の第１リング状部材４８と同様に、貫通孔５４ｃ，５４ｄが設けられている。第１リング状部材７８は、外形が異なることを除けば上述の第１リング状部材４８と同様に構成されている。
【００７１】
図１６は、第２リング状部材８０の正面図である。図１５および図１６に示すように、第２リング状部材８０は本体５６ａを含む。本体５６ａは、略Ｃ字の枠状に形成されている。本体５６ａの外周面は、第２リング状部材８０を第１リング状部材７８に繋げたときに第１リング状部材７８の外周面と面一になるように形成されている。本体５６ａの内周面には、上述の第２リング状部材５０ａと同様に、突起５８ａ、リブ６０ｃ，６０ｄおよび出口６２ｃ、６２ｄが設けられている。第２リング状部材８０は、外形が異なることを除けば上述の第２リング状部材５０ａと同様に構成されている。
【００７２】
図１５に示すように、第３リング状部材８２は本体６４ａを含む。本体６４ａは、第２リング状部材８０の本体５６ａと同形状かつ同寸法に形成されている。第３リング状部材８２の本体６４ａの内周面には、上述の第３リング状部材５２ａと同様に、突起６６ａ、リブ６８ｃ，６８ｄが設けられ、リブ６８ｃ，６８ｄにはそれぞれ貫通孔７０ｃ，７０ｄが設けられている。第３リング状部材８２は、外形が異なることを除けば上述の第３リング状部材５２ａと同様に構成されている。
【００７３】
図１５および図１６に示すように、第２リング状部材８０において本体５６ａの内周側には、湾曲されかつ多数の貫通孔が形成された２つの板状部材８４が突起５８ａおよび空隙Ｇ２を挟んで上下に配置されている。板状部材８４は、たとえばアルミニウムやステンレス等からなる。板状部材８４と本体５６ａの内周面との間には、たとえばスチールウールからなる繊維状部材８６が詰められている。第３リング状部材８２についても同様であり、本体６４ａの内周側には２つの板状部材８４が配置されており、板状部材８４と本体６４ａの内周面との間には繊維状部材８６が詰められている。この場合、板状部材８４および繊維状部材８６が流路形成部材の流路に設けられる吸音部材として機能する。
【００７４】
このように第２リング状部材８０および第３リング状部材８２において流路の一部に板状部材８４および繊維状部材８６を設けることによって、騒音を屈曲した流路で減衰させつつ板状部材８４および繊維状部材８６によって吸収することもできる。詳しくは、騒音を板状部材８４の多数の貫通孔を通過させることによって吸収した後に、さらに繊維状部材８６によって騒音を吸収できる。このように簡単にかつ効率的に騒音を吸収できるので、騒音が上流側により伝播しにくくなり、騒音をより低減できる。
【００７５】
繊維状部材８６に代えてたとえば、銅やステンレス等からなり、連続気泡を有する無塵性の金属発泡体を吸音部材として第２リング状部材８０および第３リング状部材８２の内周面側に配置してもよい。上述の板状部材８４は、スチールウールからなる繊維状部材８６の位置ずれを防止するとともに、ポンプ部４４の駆動に伴って繊維状部材８６を構成する繊維が下流側に流れることを防止する機能も有している。吸音部材として無塵性の金属発泡体を用いる場合、当該金属発泡体をたとえば本体５６ａ，６４ａの内周面に貼り付けることができ、かつ金属発泡体の一部が下流側に流れることもない。したがって、この場合、板状部材８４を省略してもよい。
【００７６】
なお、流路に設けられる吸音部材は、貫通孔を有する板状部材、繊維状部材および金属発泡体から任意に選択できかつ任意に組み合わせることができる。
【００７７】
また、第１収容部材と第２収容部材との間に設けられる吸音部材は、上述の繊維状部材４２に限定されず、金属発泡体であってもよいし、繊維状部材と金属発泡体との組み合わせであってもよい。
【００７８】
なお、流路形成部材に用いる第２リング状部材および第３リング状部材の数は、上述の流路形成部材３６のように２つずつに限定されない。第２リング状部材と第３リング状部材とを１つずつ用いて流路形成部材を構成してもよいし、３つ以上の第２リング状部材と第３リング状部材とを用いて流路形成部材を構成してもよい。より多くの第２リング状部材および第３リング状部材を用いて流路形成部材の流路の屈曲を増やすほど、騒音を低減できる。また、より多くの第２リング状部材および第３リング状部材を用いて流路形成部材の流路を長くするほど、電動モータ４６を効率よく冷却できる。流路形成部材によって電動モータ４６をどの程度覆うかは、求められる騒音低減の程度および電動モータ４６の冷却の程度に応じて任意に設定できる。
【００７９】
また、流路形成部材は、別体の第１リング状部材、第２リング状部材および第３リング状部材によって構成されるものに限定されず、一体物であってもよい。
【００８０】
また、流路形成部材に形成される流路の数は、上述の流路形成部材３６のように２つに限定されない。流路形成部材に形成される流路の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
【００８１】
また、流路形成部材に形成される流路の形状は、上述の実施形態に限定されない。たとえば、連続した山形を呈するように屈曲を繰り返しつつ延びる流路（たとえば鋸歯状に延びる流路）を流路形成部材に形成してもよい。騒音を効果的に低減させるためには、流路形成部材の流路が９０・以下の角度で屈曲していることが好ましい。さらに、流路形成部材の流路は、必ずしも屈曲していなくてもよく、騒音を効果的に低減できるならばたとえば螺旋状であってもよい。このように騒音を効果的に低減できる任意の形状を、流路形成部材の流路の形状として採用できる。
【００８２】
さらに、流路形成部材に形成される流路は、上述の流路Ｆ１，Ｆ２のように本体４６ａの外周面に空気を直接流すものに限定されない。つまり、上述の流路Ｆ１，Ｆ２のように、その壁が本体４６ａの外周面を含むものに限定されない。たとえば、流路形成部材の内部を屈曲しながら延びるように流路形成部材に流路を設け、流路形成部材の内部で空気を流すようにしてもよい。
【００８３】
具体的には、図１７および図１８に示すような流路形成部材３６ａを用いることができる。流路形成部材３６ａは、第１リング状部材８８、第２リング状部材９０ａ，９０ｂおよび第３リング状部材９２ａ，９２ｂを含む。
【００８４】
図１７は流路形成部材３６ａを右上前方からみた分解斜視図である。図１８は流路形成部材３６ａを右上後方からみた分解斜視図である。また、図１９は第２リング状部材９０ａ，９０ｂの正面図であり、図２０は第３リング状部材９２ａ，９２ｂの正面図である。
【００８５】
第１リング状部材８８は、Ｏリング状に構成されている点を除いて第１リング状部材４８と同様に構成されている。第２リング状部材９０ａと第２リング状部材９０ｂとは同様に構成されている。第２リング状部材９０ａ，９０ｂは、電動モータ４６の本体４６ａの外周面に接触する内周部材９４を有しかつＯリング状に形成されている点を除いて、第２リング状部材５０ａ，５０ｂと同様に構成されている。第３リング状部材９２ａと第３リング状部材９２ｂとは同様に構成されている。第３リング状部材９２ａ，９２ｂは、電動モータ４６の本体４６ａの外周面に接触する内周部材９６を有しかつＯリング状に形成されている点を除いて、第３リング状部材５２ａ，５２ｂと同様に構成されている。
【００８６】
図１７および図１８に示すように、これらのリング状部材は、前方側から第１リング状部材８８、第２リング状部材９０ａ、第３リング状部材９２ａ、第２リング状部材９０ｂおよび第３リング状部材９２ｂの順に配置され、一体化される。
【００８７】
このような流路形成部材３６ａによれば、流路形成部材３６ａの内部に、屈曲しながら延びる流路を設けることができ、空気は本体４６ａの外周面に接触することなく流路形成部材３６ａの内部を流れる。
【００８８】
なお、上述の実施形態では、供給機構としてルーツブロア型のポンプ部４４を用いる場合について説明したが、供給機構はこれに限定されない。供給機構として、たとえばダイヤフラム型やピストン型等のポンプ部を用いるようにしてもよい。
【００８９】
上述の実施形態では、モータとして電動モータ４６を用いる場合について説明したが、モータはこれに限定されない。
【００９０】
上述の実施形態では、供給機構であるポンプ部４４とモータである電動モータ４６とが一体的に設けられたエアポンプ３４を用いる場合について説明したが、供給機構とモータとは分離されていてもよい。
【００９１】
接続部材は、上述の金属パイプ７２ａ，７２ｂ（金属製のパイプ）に限定されない。接続部材として、たとえば合成樹脂製のパイプを用いるようにしてもよい。
【００９２】
上述の実施形態では、収容部材３８と４０とを含む二重構造の収容部材を用いる場合について説明したが、収容部材はこれに限定されない。１つの収容部材によって構成される収容部材を用いてもよい。
【００９３】
上述の実施形態では、収容部材３８にエアポンプ３４および流路形成部材３６を収容する場合について説明したが、流路形成部材３６のみを収容する（覆う）収容部材を用いてもよい。
【００９４】
上述の実施形態では、燃料としてメタノールを、燃料水溶液としてメタノール水溶液を用いたが、これに限定されず、燃料としてエタノール等のアルコール系燃料、燃料水溶液としてエタノール水溶液等のアルコール系水溶液を用いてもよい。
【００９５】
上述の実施形態では、直接メタノール型燃料電池システムについて説明したが、この発明はこれに限定されない。この発明は、改質器搭載型燃料電池システムや水素ガスを燃料として燃料電池に供給する水素型燃料電池システムにも適用できる。
【００９６】
この発明は、自動二輪車等の輸送機器、またはパーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載される燃料電池システムにも適用できる。また、据え付け（固定）タイプの燃料電池システムにも適用できる。
【符号の説明】
【００９７】
１０ 燃料電池システム
１４ 燃料電池セルスタック
２０ 燃料電池（燃料電池セル）
２８ エアポンプユニット
３４ エアポンプ
３６，３６ａ 流路形成部材
３８，４０ 収容部材
４２，８６ 繊維状部材
４４ ポンプ部
４６ 電動モータ
４８，７８，８８ 第１リング状部材
５０ａ，５０ｂ，８０，９０ａ，９０ｂ 第２リング状部材
５２ａ，５２ｂ，８２，９２ａ，９２ｂ 第３リング状部材
７２ａ，７２ｂ 金属パイプ
７６ 反射部材
８４ 板状部材
Ｆ１，Ｆ２ 流路
Ｃ１〜Ｃ４ 湾曲部
Ｓ１〜Ｓ５ 直進部
【技術分野】
【０００１】
この発明は燃料電池システムに関し、より特定的には、燃料電池に空気を供給する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、圧縮部と電動モータとを有する空気ブロアを防音箱に収容する燃料電池装置が開示されている。特許文献１の燃料電池装置では、電動モータを冷却するために、圧縮部の駆動に伴って防音箱に吸入された空気を受けるように空気ブロアが防音箱に配置されている。また、圧縮部が加圧した空気を吐出する際には、当該空気の圧力変化に伴って騒音が生じる。つまり、圧縮部の駆動に伴って騒音が生じる。特許文献１の燃料電池装置では、圧縮部の駆動に伴う騒音が防音箱の外部に漏れることを抑制するために、防音箱における空気の流路が曲げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８４５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の燃料電池装置では、燃料電池の出力を大きくするために燃料電池への空気供給量を大きくすると、以下のような問題が生じることがわかった。
【０００５】
燃料電池への空気供給量を大きくすると、圧縮部の駆動に伴う騒音も大きくなる。特許文献１の技術では、大きな騒音に対して十分な消音効果を得るためには大きな防音箱を用いる必要があり、装置が大きくなってしまう。
【０００６】
また、燃料電池への空気供給量を大きくすると、電動モータの発熱量が大きくなる。このために特許文献１の技術のように単に防音箱に電動モータを配置しただけでは、電動モータを十分に冷却できないおそれがあった。圧縮部の駆動を停止させると電動モータを冷却する空気の流れも停止するので、圧縮部の駆動時に電動モータを十分に冷却できていなければ圧縮部の駆動停止直後に電動モータの温度が著しく上昇するおそれがあった。ひいては、電動モータの耐久性を低下させるおそれがあった。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、小型な構成で確実に騒音を低減できかつ耐久性を向上できる、燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、燃料電池と、燃料電池に空気を供給するための供給機構と、供給機構を駆動するためのモータと、モータの表面に設けられ、供給機構に与えられるべき空気が流れる流路を形成する流路形成部材とを備える、燃料電池システムが提供される。
【０００９】
この発明では、供給機構の駆動に伴う騒音が流路形成部材に形成される流路を進むことによって当該流路で反射して下流側から上流側に伝播しにくくなる。つまり、供給機構の駆動に伴う騒音を流路形成部材の流路で減衰させることができる。これによって、騒音が流路形成部材の上流側に漏れることを抑制できる。このように騒音を流路形成部材の流路で減衰させることによって、大きな防音箱等を準備する必要がなく、小型な構成で確実に騒音を低減できる。また、供給機構に与えられるべき空気が流路形成部材の流路を流れることによって、当該空気および流路形成部材にモータの熱を効率よく吸収させることができ、モータを効率よく冷却できる。これによって供給機構の駆動停止直後であっても、モータの温度が上昇し過ぎることを防止できる。空気の流通によって十分に冷却された流路形成部材がモータに接しているので、供給機構の駆動停止後には、特に流路形成部材によってモータから熱を奪うことができ、モータの温度が上昇し過ぎることを防止できる。このようにモータを効率よく冷却できるので、モータひいては当該燃料電池システムの耐久性を向上できる。さらに、モータの熱を十分に吸収した空気を燃料電池に供給できるので、燃料電池に効率よく発電させることができる。
【００１０】
好ましくは、流路形成部材の流路は屈曲した形状を有する。この場合、供給機構の駆動に伴う騒音が下流側により反射しやすくなり、騒音をより低減できる。
【００１１】
また好ましくは、供給機構に与えられるべき全ての空気が流路を流れるように流路形成部材と供給機構とが接続部材によって接続される。この場合、流路形成部材の流路により多くの空気を流すことができ、モータをより効率よく冷却できる。また、供給機構の駆動に伴う騒音を効果的に流路形成部材の流路に与えることができ、騒音をより低減できる。
【００１２】
さらに好ましくは、流路の下流側からの音を反射させるために流路に反射部材が設けられる。この場合、供給機構の駆動に伴う下流側からの騒音が流路形成部材の流路に設けられる反射部材によっても反射されるので、騒音が上流側により伝播しにくくなり、騒音をより低減できる。
【００１３】
好ましくは、反射部材は、流路形成部材の流路の下流側に向かって流路に突出するように設けられる。この場合、上流側から下流側へと円滑に空気を流通させることができるとともに、下流側からの騒音をより反射させやすくなる。したがって、燃料電池への空気供給を円滑に行うことができるとともに、騒音をより一層低減できる。
【００１４】
また好ましくは、流路に吸音部材がさらに設けられる。この場合、供給機構の駆動に伴う下流側からの騒音を流路形成部材の流路で減衰させつつ流路に設けられた吸音部材によって吸収することもできるので、騒音が上流側により伝播しにくくなり、騒音をより低減できる。
【００１５】
さらに好ましくは、吸音部材は、貫通孔を有する板状部材、繊維状部材および金属発泡体の少なくともいずれか１つを含む。このような吸音部材によれば、簡単にかつ効率的に騒音を吸収できる。
【００１６】
好ましくは、流路形成部材が収容部材に収容される。この場合、騒音をより低減できる。
【００１７】
また好ましくは、収容部材は、流路形成部材を収容する第１収容部材と、第１収容部材を収容する第２収容部材とを含む。このように流路形成部材を収容する第１収容部材と第１収容部材を収容する第２収容部材との二重構造を採用することによって、騒音をより効果的に低減できる。
【００１８】
さらに好ましくは、第１収容部材と前記第２収容部材との間に吸音部材が設けられる。この場合、騒音をより一層低減できる。
【００１９】
この発明の上述の目的およびその他の目的、特徴、局面および利点は、添付図面に関連して行われる以下のこの発明の実施形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、小型な構成で確実に騒音を低減できかつ耐久性を向上できる燃料電池システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の一実施形態の燃料電池システムの主な構成を示すシステム図である。
【図２】エアポンプユニットの横断面を示す図解図である。
【図３】図２のＹ−Ｙ断面を示す図解図である。
【図４】図２のＺ−Ｚ断面を示す図解図である。
【図５】エアポンプおよび流路形成部材を右上前方からみた斜視図である。
【図６】ポンプ部内の構成を示す図解図である。
【図７】流路形成部材を右上前方からみた分解斜視図である。
【図８】流路形成部材を右上後方からみた分解斜視図である。
【図９】第２リング状部材の正面図である。
【図１０】第３リング状部材の正面図である。
【図１１】流路形成部材に形成される流路の形状を示す図解図である。
【図１２】電動モータを前方下側からみた場合の流路の形状を示す図解図である。
【図１３】流路形成部材の流路における騒音の進み方を示す図解図である。
【図１４】反射部材を設けた場合の流路形成部材の流路における騒音の進み方を示す図解図である。
【図１５】第１リング状部材、第２リング状部材および第３リング状部材の他の例を示す斜視図である。
【図１６】図１５に示す第２リング状部材の正面図である。
【図１７】流路形成部材の変形例を右上前方からみた分解斜視図である。
【図１８】流路形成部材の変形例を右上後方からみた分解斜視図である。
【図１９】図１７および図１８に示す第２リング状部材の正面図である。
【図２０】図１７および図１８に示す第３リング状部材の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
図１は、この発明の一実施形態の燃料電池システム１０の主な構成を示すシステム図である。燃料電池システム１０は、メタノール（メタノール水溶液）を改質せずにダイレクトに電気エネルギの生成（発電）に利用する直接メタノール型燃料電池システムである。燃料電池システム１０は、可搬型に構成され、たとえば屋外コンサートの会場で音響機器等の電子機器に電力を供給するために用いられる。燃料電池システム１０の発電による最大出力は１ｋＷ程度である。
【００２３】
図１に示すように、燃料電池システム１０は筐体１２を含む。筐体１２は、燃料電池セルスタック（以下、単にセルスタックという）１４、水溶液タンク１６および水タンク１８を収容している。
【００２４】
セルスタック１４は、メタノールに基づく水素イオンと酸素（酸化剤）との電気化学反応によって発電できる複数の燃料電池（燃料電池セル）２０を含む。複数の燃料電池２０は積層され、隣り合う燃料電池２０間にはセパレータ２２が挟まれている。各燃料電池２０は、たとえば固体高分子膜からなる電解質膜２０ａと、電解質膜２０ａを挟んで互いに対向するアノード（燃料極）２０ｂおよびカソード（空気極）２０ｃとを含む。
【００２５】
水溶液タンク１６は、セルスタック１４の電気化学反応に適した濃度（たとえば、メタノールを約３ｗｔ％含む）のメタノール水溶液を収容している。水溶液タンク１６は、パイプＰ１を介してセルスタック１４のアノード入口Ｉ１に接続されている。パイプＰ１には、水溶液タンク１６側から順に水溶液ポンプ２４および水溶液フィルタ２６が介挿されている。また、セルスタック１４のアノード出口Ｉ２には、パイプＰ２を介して水溶液タンク１６が接続されている。水溶液ポンプ２４を駆動させることによって、水溶液タンク１６内のメタノール水溶液がセルスタック１４に供給されるとともにセルスタック１４からのメタノール水溶液が水溶液タンク１６に戻る。
上述したパイプＰ１〜Ｐ２は主として燃料の流路となる。
【００２６】
セルスタック１４のカソード入口Ｉ３には、パイプＰ３を介してエアポンプユニット２８が接続されている。エアポンプユニット２８には、パイプＰ４を介してエアフィルタ３０が接続されている。エアポンプユニット２８のエアポンプ３４（後述）を駆動させることによって、酸素（酸化剤）を含む外部の空気がセルスタック１４に供給される。
【００２７】
セルスタック１４のカソード出口Ｉ４には、パイプＰ５を介して水タンク１８が接続されている。水タンク１８は、水溶液タンク１６に供給すべき水を収容している。水タンク１８には、カソード出口Ｉ４からの排気ガスを外部に排出するためのパイプ（排気管）Ｐ６が接続されている。
上述したパイプＰ３〜Ｐ６は主として酸化剤の流路となる。
【００２８】
水タンク１８は、パイプＰ７を介して水溶液タンク１６に接続されている。パイプＰ７には水ポンプ３２が介挿されている。水ポンプ３２を駆動させることによって、水タンク１８内の水が水溶液タンク１６に供給される。
上述したパイプＰ７は水の流路となる。
【００２９】
このように構成される燃料電池システム１０において注目すべきは、エアポンプユニット２８である。ついで、エアポンプユニット２８について詳しく説明する。
図２はエアポンプユニット２８の横断面（図３のＸ−Ｘ断面）を示す図解図である。図３は図２のＹ−Ｙ断面を示す図解図である。図４は図２のＺ−Ｚ断面を示す図解図である。
【００３０】
図２〜図４に示すように、エアポンプユニット２８は、エアポンプ３４、エアポンプ３４に設けられる流路形成部材３６、エアポンプ３４および流路形成部材３６を収容する収容部材３８、収容部材３８を収容する収容部材４０、ならびに収容部材３８と４０との間に設けられる繊維状部材４２を含む。
【００３１】
図５はエアポンプ３４および流路形成部材３６を右上前方からみた斜視図である。図５に示すように、エアポンプ３４は、セルスタック１４に空気を供給するためのポンプ部４４、およびポンプ部４４を駆動するための電動モータ４６を含む。
【００３２】
図６はポンプ部４４内の構成を示す図解図である。図６に示すように、ポンプ部４４は、その内部に設けられる略まゆ状の回転子４４ａ，４４ｂを有するルーツブロア型に構成されている。回転子４４ａ，４４ｂは、電動モータ４６によって駆動され、互いに噛み合うような位置関係を保ちつつも互いに接触することがないように回転する。このような回転子４４ａ，４４ｂの回転によって、加圧された空気がポンプ部４４から吐出される。ポンプ部４４からの空気の吐出圧力は２０ｋＰａ程度である。また、ポンプ部４４の最大出力（最大吐出量）は、１５０Ｌ／ｍｉｎ程度であり、通常運転時におけるポンプ部４４の出力は８０Ｌ／ｍｉｎ程度である。
【００３３】
図５に戻って、ポンプ部４４にはパイプＰ３が接続されており、ポンプ部４４から吐出される（送り出される）空気がセルスタック１４に与えられる。電動モータ４６は、その内部に固定子や回転子等を有する本体４６ａを含む。本体４６ａは円柱状に形成されており、本体４６ａの外周面の７０％程度は略円筒状の流路形成部材３６によって覆われている。流路形成部材３６は、第１リング状部材４８、第２リング状部材５０ａ，５０ｂおよび第３リング状部材５２ａ，５２ｂを含む。
【００３４】
図７は流路形成部材３６を右上前方からみた分解斜視図である。図８は流路形成部材３６を右上後方からみた分解斜視図である。また、図９は第２リング状部材５０ａ，５０ｂの正面図であり、図１０は第３リング状部材５２ａ，５２ｂの正面図である。
【００３５】
図７および図８に示すように、これらのリング状部材は、前方側から第１リング状部材４８、第２リング状部材５０ａ、第３リング状部材５２ａ、第２リング状部材５０ｂおよび第３リング状部材５２ｂの順に配置されている。
【００３６】
第１リング状部材４８は、空隙Ｇ１が設けられた略Ｃ字の板状（Ｃリング状）に形成されている。第１リング状部材４８において空隙Ｇ１の下側の位置には、矢印Ｄ１方向（流路形成部材３６の軸方向）に延びる貫通孔５４ａが設けられている。また、第１リング状部材４８において空隙Ｇ１の上側の位置には、矢印Ｄ１方向に延びる貫通孔５４ｂが設けられている。
【００３７】
図７〜図９に示すように、第２リング状部材５０ａは本体５６を含む。本体５６は、空隙Ｇ２が設けられた略Ｃ字の枠状に形成されている。本体５６の外周面は、第２リング状部材５０ａを第１リング状部材４８に繋げたときに第１リング状部材４８の外周面と面一になるように形成されている。本体５６の内周面には、空隙Ｇ２に対向する位置に矢印Ｄ１方向に延びる突起５８が設けられている。図９に示すように、本体５６の内周面には、空隙Ｇ２の下側から突起５８の下側に向けて突起５８に繋がることのないように流路形成部材３６の周方向（矢印Ｄ２方向）に延びるリブ６０ａが設けられている。また、本体５６の内周面には、空隙Ｇ２の上側から突起５８の上側に向けて突起５８に繋がることのないように矢印Ｄ２方向に延びるリブ６０ｂが設けられている。図８に示すように、リブ６０ａ，６０ｂはそれぞれ、本体５６の内周面において後寄りに設けられており、本体５６の後端面と面一になっている。第２リング状部材５０ａは、このような突起５８とリブ６０ａ，６０ｂとが設けられていることによって、突起５８の下側と上側とに出口６２ａと６２ｂとを有している。第２リング状部材５０ａと５０ｂとは同様に構成されているので、第２リング状部材５０ｂの説明は省略する。
【００３８】
図７、図８および図１０に示すように、第３リング状部材５２ａは本体６４を含む。本体６４は、第２リング状部材５０ａの本体５６と同形状かつ同寸法に形成されている。本体６４の内周面には、第２リング状部材５０ａの突起５８と同様に、空隙Ｇ３に対向する位置に突起６６が設けられている。図１０に示すように、本体６４の内周面には、空隙Ｇ３の下側から突起６６の下側に向けて矢印Ｄ２方向延びるリブ６８ａ、および空隙Ｇ３の上側から突起６６の上側に向けて矢印Ｄ２方向に延びるリブ６８ｂが設けられている。リブ６８ａ，６８ｂは突起６６に繋がっている。リブ６８ａにおいて空隙Ｇ３の下側の位置には、第１リング状部材４８の貫通孔５４ａと同様の貫通孔７０ａが設けられている。また、リブ６８ｂにおいて空隙Ｇ３の上側の位置には、第１リング状部材４８の貫通孔５４ｂと同様の貫通孔７０ｂが設けられている。第３リング状部材５２ａは、出口６２ａ，６２ｂに代えて貫通孔７０ａ，７０ｂが設けられていることを除けば第２リング状部材５０ａと同様に構成されている。第３リング状部材５２ａと５２ｂとは同様に構成されているので、第３リング状部材５２ｂの説明は省略する。
【００３９】
図５に戻って、このような第１リング状部材４８、第２リング状部材５０ａ，５０ｂおよび第３リング状部材５２ａ，５２ｂを、それぞれの外周面が面一になるように相互に固定することによって、側壁の一部を矢印Ｄ１方向に切り欠いた略円筒状の流路形成部材３６が得られる。第１リング状部材４８、第２リング状部材５０ａ，５０ｂおよび第３リング状部材５２ａ，５２ｂの一部は、流路形成部材３６が電動モータ４６の本体４６ａに取り付けられることによって本体４６ａの外周面に接する。詳しくは、図７および図８を参照して、第１リング状部材４８においては、その内周面が本体４６ａの外周面に接する。第２リング状部材５０ａ，５０ｂにおいては、本体５６の両端部、突起５８における本体５６とは反対側の面、リブ６０ａ，６０ｂにおける本体５６とは反対側の面がそれぞれ本体４６ａの外周面に接する。第３リング状部材５２ａ，５２ｂにおいても、第２リング状部材５０ａ，５０ｂと同様の部分が本体４６ａの外周面に接する。第１リング状部材４８、第２リング状部材５０ａ，５０ｂおよび第３リング状部材５２ａ，５２ｂの材質、ひいては流路形成部材３６の材質としては、たとえばアルミニウムや銅等が用いられる。
【００４０】
流路形成部材３６の第３リング状部材５２ｂにおいて、貫通孔７０ａには両端開口の円筒状に形成される金属パイプ７２ａの一方端が嵌入されており、貫通孔７０ｂには両端開口の円筒状に形成される金属パイプ７２ｂの一方端が嵌入されている。金属パイプ７２ａ，７２ｂの他方端は、ポンプ部４４に接続されている。このように流路形成部材３６とポンプ部４４とを金属パイプ７２ａ，７２ｂで接続することによって、流路形成部材３６の流路Ｆ１，Ｆ２（後述）とポンプ部４４内の空間とが金属パイプ７２ａ，７２ｂ内の外部に開放されていない空間を介して繋げられる。金属パイプ７２ａ，７２ｂの材質としては、たとえばアルミニウムやステンレス等が用いられる。
【００４１】
図２〜図４に戻って、収容部材３８，４０はそれぞれ、略直方体の箱状に形成されている。収容部材３８，４０の材質としては、たとえばアルミニウムやステンレス等が用いられる。図２および図３に示すように、エアポンプ３４は４つのボルト７４によって収容部材３８の底面に固定されている。収容部材３８，４０の上面には、パイプＰ４が嵌通されている。また、図３および図４に示すように、収容部材３８，４０の側面には、ポンプ部４４に接続されるパイプＰ３が嵌通されている。繊維状部材４２は、たとえばグラスウールやスチールウール等からなり、収容部材３８と４０との間に詰められている。
【００４２】
図１１は、流路形成部材３６によって形成される流路Ｆ１，Ｆ２の形状を示す図解図である。図１１に示すように、このようなエアポンプユニット２８において、電動モータ４６に取り付けられた流路形成部材３６の内周側には、電動モータ４６の本体４６ａを挟む流路Ｆ１とＦ２とがそれぞれ本体４６ａの下側と上側とに外部に露出することのないように形成される。ポンプ部４４の駆動に伴ってポンプ部４４に吸引される（与えられるべき）空気は、流路Ｆ１，Ｆ２および金属パイプ７２ａ，７２ｂを介してポンプ部４４に流入する。
【００４３】
流路Ｆ１，Ｆ２はそれぞれ、矢印Ｄ１方向から矢印Ｄ２方向への直角な屈曲と、矢印Ｄ２方向から矢印Ｄ１方向への直角な屈曲とを繰り返して蛇行するように延びている。つまり、流路Ｆ１，Ｆ２は、直角な屈曲を繰り返すサーペンタイン状を呈している。
【００４４】
図１２は、本体４６ａを前方下側からみた場合の流路Ｆ１の形状を示す図解図である。図１２には、流路Ｆ１のみが示されている。図１２をも参照して、本体４６ａの下側に形成される流路Ｆ１は、湾曲部Ｃ１〜Ｃ４および直進部Ｓ１〜Ｓ５によって構成されている。さらに図７をも参照して、図７には、流路形成部材３６の流路Ｆ１に対応する部分に一点鎖線の経路が示されている。当該経路において湾曲部Ｃ１〜Ｃ４に対応する部分および直進部Ｓ１〜Ｓ５に対応する部分には、符号Ｃ１〜Ｃ４およびＳ１〜Ｓ５が付されている。
【００４５】
図７、図１１および図１２を参照して、湾曲部Ｃ１〜Ｃ４および直進部Ｓ１〜Ｓ５は、上流側から直進部Ｓ１、湾曲部Ｃ１、直進部Ｓ２、湾曲部Ｃ２、直進部Ｓ３、湾曲部Ｃ３、直進部Ｓ４、湾曲部Ｃ４および直進部Ｓ５の順に繋がっている。湾曲部Ｃ１〜Ｃ４は本体４６ａに沿って矢印Ｄ２方向に延びており、直進部Ｓ１〜Ｓ５は本体４６ａに沿って矢印Ｄ１方向に延びている。つまり、湾曲部Ｃ１〜Ｃ４と直進部Ｓ１〜Ｓ５とは互いに直交する方向に延びている。なお、本体４６ａの上側に形成される流路Ｆ２の形状は、流路Ｆ１の形状と上下対称であるので、流路Ｆ２の説明は省略する。
【００４６】
この実施形態では、エアポンプ３４のポンプ部４４が供給機構に相当し、エアポンプ３４の電動モータ４６がモータに相当し、金属パイプ７２ａ，７２ｂが接続部材に相当する。収容部材は収容部材３８と収容部材４０とを含み、収容部材３８が第１収容部材に相当し、収容部材４０が第２収容部材に相当する。繊維状部材４２が第１収容部材と前記第２収容部材との間に設けられる吸音部材に相当する。
【００４７】
ついで、燃料電池システム１０の基本的な動作について説明する。
上述した水溶液ポンプ２４、水ポンプ３０およびエアポンプ３４等の補機類は、筐体１２に収容されている図示しないコントローラによって制御される。コントローラは、たとえば図示しない二次電池の蓄電率が所定値未満になることを契機として、当該二次電池からの電力によって水溶液ポンプ２４およびエアポンプ３４の駆動を開始させ、セルスタック１４に発電を開始させる。
【００４８】
図１を参照して、水溶液タンク１６内のメタノール水溶液は、水溶液ポンプ２４の駆動によってパイプＰ１に流入し、水溶液ポンプ２４、水溶液フィルタ２６およびアノード入口Ｉ１を介してセルスタック１４に含まれる各燃料電池２０のアノード２０ｂにダイレクトに供給される。
【００４９】
一方、エアポンプ３４のポンプ部４４の駆動によって、外部の空気が筐体１２内に取り込まれ、エアフィルタ３０、パイプＰ４、エアポンプユニット２８、パイプＰ３およびカソード入口Ｉ３を介してセルスタック１４に含まれる各燃料電池２０のカソード２０ｃに供給される。
【００５０】
エアポンプユニット２８では、ポンプ部４４の駆動によってパイプＰ４からの空気が収容部材３８内に取り込まれる。図５に示すように、パイプＰ４からの空気は、流路形成部材３６の貫通孔５４ａ，５４ｂから流路形成部材３６に流入する。そして、流路形成部材３６に流入した空気は、流路Ｆ１，Ｆ２および金属パイプ７２ａ，７２ｂを介してポンプ部４４に与えられ、ポンプ部４４から吐出される。金属パイプ７２ａ，７２ｂの一方端と他方端とが流路形成部材３６とポンプ部４４とに嵌入（隙間なく挿入）されているので、流路形成部材３６とポンプ部４４との間における空気漏れが防止される。したがって、ポンプ部４４に吸引される（与えられるべき）全ての空気が流路形成部材３６の流路Ｆ１，Ｆ２を流れる。言い換えれば、セルスタック１４に供給される空気と同量の空気が流路形成部材３６の流路Ｆ１，Ｆ２を流れる。
【００５１】
加圧された空気がポンプ部４４から吐出される際には、当該空気の圧力変化（減圧）に伴って騒音が生じる。このような騒音は、金属パイプ７２ａ，７２ｂを介してポンプ部４４の上流側の流路形成部材３６に伝播し（図５参照）、流路形成部材３６の蛇行する流路Ｆ１，Ｆ２（図１１参照）で減衰される。
【００５２】
図１３は、流路形成部材３６の流路Ｆ１における騒音の進み方を示す図解図である。図７、図８および図１３を参照して、流路Ｆ１を上流側に向かって矢印Ｄ１方向に進む騒音は、特に、第１リング状部材４８においては後面、第２リング状部材５０ａ，５０ｂにおいてはリブ６０ａの後面、第３リング状部材５２ａ，５２ｂにおいてはリブ６８ａの後面に衝突し、その進行方向を変える。また、流路Ｆ１を上流側に向かって矢印Ｄ２方向に進む騒音は、特に、第２リング状部材５０ａ，５０ｂにおいては本体５６の内周面かつ空隙Ｇ２近傍の部分、第３リング状部材５２ａ，５２ｂにおいては突起６６に衝突し、その進行方向を変える。
【００５３】
このように、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音は、流路Ｆ１を形成する壁と衝突することによってその進行方向が変えられる。進行方向が変えられた騒音の一部は、図１３に破線で示すように下流側に反射する。そして、下流側に反射した騒音が上流側から進んでくる騒音と衝突することによって、これらが減衰される。これによって、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音は、流路Ｆ１を下流側から上流側に進むにつれて小さくなる。流路Ｆ２においても同様であり、騒音は、流路Ｆ２を下流側から上流側に進むにつれて小さくなる。したがって、流路形成部材３６ひいてはエアフィルタ３０からの騒音の漏れが抑制される。
【００５４】
また、図１１に示すように、ポンプ部４４に吸引される空気が、流路Ｆ１，Ｆ２を本体４６ａの外周面に沿って流れることによって、当該空気が本体４６ａの熱を吸収する。また、当該空気によって冷却される流路形成部材３６も本体４６ａの熱を吸収する。これによって本体４６ａひいては電動モータ４６が冷却される。
【００５５】
図１に戻って、各燃料電池２０のアノード２０ｂでは、メタノール水溶液の供給に伴って二酸化炭素および水素イオンが生成される。生成された水素イオンは、電解質膜２０ａを介してカソード２０ｃに流入し、そのカソード２０ｃに供給された空気中の酸素と電気化学反応する。これによって、水分（水および水蒸気）および電気エネルギが生成される。つまり、各燃料電池２０ひいてはセルスタック１４において発電が行われる。セルスタック１４の温度は各種反応に伴って発生する熱によって上昇し、セルスタック１４の出力はその温度上昇に伴って上昇する。燃料電池システム１０は、セルスタック１４が約６０℃で定常的に発電可能な通常運転に移行する。セルスタック１４からの電力は、二次電池の充電や外部の電子機器の駆動等に利用される。
【００５６】
各燃料電池２０のアノード２０ｂで生成された二酸化炭素および未反応メタノールを含むメタノール水溶液は、セルスタック１４のアノード出口Ｉ２およびパイプＰ２を介して水溶液タンク１６に還流される。
【００５７】
セルスタック１４のカソード出口Ｉ４からは、各カソード２０ｃで生成された水分、クロスオーバーによって各カソード２０ｃに移動した水分（水および水蒸気）、各カソード２０ｃで生成された二酸化炭素、および未反応の空気等を含む排気ガスが排出される。カソード出口Ｉ４からの排気ガスは、パイプＰ５を介して水タンク１８に与えられる。排気ガスに含まれる水は、水タンク１８に回収される。水が回収された後の排気ガスは、パイプＰ６を介して外部へ排出される。
【００５８】
なお、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音は、ポンプ部４４の下流側にも伝播する。しかし、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音がパイプＰ６から外部に漏れることはほとんどない。これは、セルスタック１４内の複雑な形状の流路で騒音が十分に減衰されるためである。
【００５９】
このような燃料電池システム１０によれば、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音が流路形成部材３６に形成されている流路Ｆ１，Ｆ２を進むことによって流路Ｆ１，Ｆ２で反射して下流側から上流側に伝播しにくくなる。つまり、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音を流路Ｆ１，Ｆ２で減衰させることができる。したがって、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音が流路形成部材３６の上流側のエアフィルタ３０から外部に漏れることを抑制できる。具体的には、流路形成部材３６を用いなければ通常運転時のエアフィルタ３０からの騒音は７０ｄＢ程度であるのに対し、流路形成部材３６を用いることによって通常運転時のエアフィルタ３０からの騒音を６０ｄＢ程度に抑えることができる。このようにポンプ部４４の駆動に伴う騒音を流路Ｆ１，Ｆ２で減衰させることによって、小型な構成で確実に騒音を低減できる。
【００６０】
また、ポンプ部４４に吸引される空気が本体４６ａの外周面に沿うように流路Ｆ１，Ｆ２を流れることによって、当該空気および流路形成部材３６に電動モータ４６の熱を効率よく吸収させることができ、電動モータ４６を効率よく冷却できる。これによってポンプ部４４の駆動停止直後であっても、電動モータ４６の温度が上昇し過ぎることを防止できる。空気の流通によって十分に冷却された流路形成部材３６が本体４６ａに接しているので、ポンプ部４４の駆動停止後には、特に流路形成部材３６によって本体４６ａから熱を奪うことができ、電動モータ４６の温度が上昇し過ぎることを防止できる。具体的には、流路形成部材３６を用いなければ、通常運転時の電動モータ４６の温度は７０℃程度になり、ポンプ部４４の駆動停止直後の電動モータ４６の温度は１００℃程度になってしまう。これに対し、流路形成部材３６を用いることによって通常運転時の電動モータ４６の温度を５０℃程度に保つことができ、ポンプ部４４の駆動停止直後であっても電動モータ４６の温度を８０℃程度に抑えることができる。このように電動モータ４６を効率よく冷却できるので、電動モータ４６ひいては燃料電池システム１０の耐久性を向上できる。
【００６１】
さらに、電動モータ４６の熱を十分に吸収した空気をセルスタック１４に供給できるので、セルスタック１４に効率よく発電させることができ、通常運転に迅速に移行させることができる。
【００６２】
流路Ｆ１，Ｆ２が屈曲した形状を有することによって、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音が下流側により反射しやすくなり、騒音をより低減できる。
【００６３】
ポンプ部４４に与えられるべき全ての空気が流路Ｆ１，Ｆ２を流れるように金属パイプ７２ａ，７２ｂを用いて流路形成部材３６とポンプ部４４とを接続することによって、流路Ｆ１，Ｆ２により多くの空気を流すことができ、電動モータ４６をより効率よく冷却できる。また、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音を効果的に流路Ｆ１，Ｆ２に与えることができ、騒音をより低減できる。
【００６４】
エアポンプ３４および流路形成部材３６を収容部材３８に収容することによって、騒音をより低減できる。収容部材３８と４０との二重構造を採用することによって、騒音をより効果的に低減できる。収容部材３８と４０との間に繊維状部材４２を設けることによって、騒音をより一層低減できる。
【００６５】
騒音をさらに低減させるためには、図７に破線で示すように、第２リング状部材５０ａ，５０ｂおよび第３リング状部材５２ａ，５２ｂにそれぞれ板状の反射部材７６を設けてもよい。つまり、流路Ｆ１，Ｆ２に反射部材７６を設けてもよい。なお、図７には、リブ６０ａ，６８ａ側（流路Ｆ１）に設けられる反射部材７６が破線で示されているが、リブ６０ｂ，６８ｂ側（流路Ｆ２）にも同様に反射部材７６が設けられることはいうまでもない。
【００６６】
図１４は、反射部材７６を設けた場合の流路Ｆ１における騒音の進み方を示す図解図である。図１４に示すように、第２リング状部材５０ａ，５０ｂおよび第３リング状部材５２ａ，５２ｂのそれぞれにおいて、複数（ここでは２つ）の反射部材７６は、流路Ｆ１を挟んで上流側と下流側とに離れた位置から下流側に向かって突出するように流路Ｆ１に設けられている。流路Ｆ１に反射部材７６を設けることによって、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音が反射部材７６によっても図１４に破線で示すように下流側に反射される。なお、流路Ｆ２においても同様に反射部材７６によって騒音が反射されることはいうまでもない。
【００６７】
このような反射部材７６を流路Ｆ１，Ｆ２に設けることによって、下流側からの騒音を反射部材７６によっても反射させることができ、騒音をより低減できる。反射部材７６が流路Ｆ１，Ｆ２の下流側に向かって突出するように流路Ｆ１，Ｆ２に設けられることによって、上流側から下流側へと円滑に空気を流通させることができるとともに、下流側からの騒音をより反射させやすくなる。したがって、セルスタック１４への空気供給を円滑に行うことができるとともに、騒音をより一層低減できる。
【００６８】
なお、第２リング状部材５０ａ，５０ｂおよび第３リング状部材５２ａ，５２ｂにおける反射部材７６の数は任意に設定できる。また、反射部材７６は、第２リング状部材５０ａ，５０ｂおよび第３リング状部材５２ａ，５２ｂの全てに設けずともよく、任意のリング状部材にのみ反射部材７６を設けることができる。さらに、反射部材の形状は、板状に限定されず、ポンプ部４４の駆動に伴う騒音を効率よく反射させることができれば任意に設定できる。
【００６９】
第１リング状部材、第２リング状部材の本体および第３リング状部材の本体の形状は上述の実施形態に限定されない。たとえば図１５に示す第１リング状部材７８、第２リング状部材８０および第３リング状部材８２を、流路形成部材に用いてもよい。
【００７０】
図１５に示すように、第１リング状部材７８は、略Ｃ字の板状に形成されており、略四角板状の外形を有している。第１リング状部材７８には、上述の第１リング状部材４８と同様に、貫通孔５４ｃ，５４ｄが設けられている。第１リング状部材７８は、外形が異なることを除けば上述の第１リング状部材４８と同様に構成されている。
【００７１】
図１６は、第２リング状部材８０の正面図である。図１５および図１６に示すように、第２リング状部材８０は本体５６ａを含む。本体５６ａは、略Ｃ字の枠状に形成されている。本体５６ａの外周面は、第２リング状部材８０を第１リング状部材７８に繋げたときに第１リング状部材７８の外周面と面一になるように形成されている。本体５６ａの内周面には、上述の第２リング状部材５０ａと同様に、突起５８ａ、リブ６０ｃ，６０ｄおよび出口６２ｃ、６２ｄが設けられている。第２リング状部材８０は、外形が異なることを除けば上述の第２リング状部材５０ａと同様に構成されている。
【００７２】
図１５に示すように、第３リング状部材８２は本体６４ａを含む。本体６４ａは、第２リング状部材８０の本体５６ａと同形状かつ同寸法に形成されている。第３リング状部材８２の本体６４ａの内周面には、上述の第３リング状部材５２ａと同様に、突起６６ａ、リブ６８ｃ，６８ｄが設けられ、リブ６８ｃ，６８ｄにはそれぞれ貫通孔７０ｃ，７０ｄが設けられている。第３リング状部材８２は、外形が異なることを除けば上述の第３リング状部材５２ａと同様に構成されている。
【００７３】
図１５および図１６に示すように、第２リング状部材８０において本体５６ａの内周側には、湾曲されかつ多数の貫通孔が形成された２つの板状部材８４が突起５８ａおよび空隙Ｇ２を挟んで上下に配置されている。板状部材８４は、たとえばアルミニウムやステンレス等からなる。板状部材８４と本体５６ａの内周面との間には、たとえばスチールウールからなる繊維状部材８６が詰められている。第３リング状部材８２についても同様であり、本体６４ａの内周側には２つの板状部材８４が配置されており、板状部材８４と本体６４ａの内周面との間には繊維状部材８６が詰められている。この場合、板状部材８４および繊維状部材８６が流路形成部材の流路に設けられる吸音部材として機能する。
【００７４】
このように第２リング状部材８０および第３リング状部材８２において流路の一部に板状部材８４および繊維状部材８６を設けることによって、騒音を屈曲した流路で減衰させつつ板状部材８４および繊維状部材８６によって吸収することもできる。詳しくは、騒音を板状部材８４の多数の貫通孔を通過させることによって吸収した後に、さらに繊維状部材８６によって騒音を吸収できる。このように簡単にかつ効率的に騒音を吸収できるので、騒音が上流側により伝播しにくくなり、騒音をより低減できる。
【００７５】
繊維状部材８６に代えてたとえば、銅やステンレス等からなり、連続気泡を有する無塵性の金属発泡体を吸音部材として第２リング状部材８０および第３リング状部材８２の内周面側に配置してもよい。上述の板状部材８４は、スチールウールからなる繊維状部材８６の位置ずれを防止するとともに、ポンプ部４４の駆動に伴って繊維状部材８６を構成する繊維が下流側に流れることを防止する機能も有している。吸音部材として無塵性の金属発泡体を用いる場合、当該金属発泡体をたとえば本体５６ａ，６４ａの内周面に貼り付けることができ、かつ金属発泡体の一部が下流側に流れることもない。したがって、この場合、板状部材８４を省略してもよい。
【００７６】
なお、流路に設けられる吸音部材は、貫通孔を有する板状部材、繊維状部材および金属発泡体から任意に選択できかつ任意に組み合わせることができる。
【００７７】
また、第１収容部材と第２収容部材との間に設けられる吸音部材は、上述の繊維状部材４２に限定されず、金属発泡体であってもよいし、繊維状部材と金属発泡体との組み合わせであってもよい。
【００７８】
なお、流路形成部材に用いる第２リング状部材および第３リング状部材の数は、上述の流路形成部材３６のように２つずつに限定されない。第２リング状部材と第３リング状部材とを１つずつ用いて流路形成部材を構成してもよいし、３つ以上の第２リング状部材と第３リング状部材とを用いて流路形成部材を構成してもよい。より多くの第２リング状部材および第３リング状部材を用いて流路形成部材の流路の屈曲を増やすほど、騒音を低減できる。また、より多くの第２リング状部材および第３リング状部材を用いて流路形成部材の流路を長くするほど、電動モータ４６を効率よく冷却できる。流路形成部材によって電動モータ４６をどの程度覆うかは、求められる騒音低減の程度および電動モータ４６の冷却の程度に応じて任意に設定できる。
【００７９】
また、流路形成部材は、別体の第１リング状部材、第２リング状部材および第３リング状部材によって構成されるものに限定されず、一体物であってもよい。
【００８０】
また、流路形成部材に形成される流路の数は、上述の流路形成部材３６のように２つに限定されない。流路形成部材に形成される流路の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
【００８１】
また、流路形成部材に形成される流路の形状は、上述の実施形態に限定されない。たとえば、連続した山形を呈するように屈曲を繰り返しつつ延びる流路（たとえば鋸歯状に延びる流路）を流路形成部材に形成してもよい。騒音を効果的に低減させるためには、流路形成部材の流路が９０・以下の角度で屈曲していることが好ましい。さらに、流路形成部材の流路は、必ずしも屈曲していなくてもよく、騒音を効果的に低減できるならばたとえば螺旋状であってもよい。このように騒音を効果的に低減できる任意の形状を、流路形成部材の流路の形状として採用できる。
【００８２】
さらに、流路形成部材に形成される流路は、上述の流路Ｆ１，Ｆ２のように本体４６ａの外周面に空気を直接流すものに限定されない。つまり、上述の流路Ｆ１，Ｆ２のように、その壁が本体４６ａの外周面を含むものに限定されない。たとえば、流路形成部材の内部を屈曲しながら延びるように流路形成部材に流路を設け、流路形成部材の内部で空気を流すようにしてもよい。
【００８３】
具体的には、図１７および図１８に示すような流路形成部材３６ａを用いることができる。流路形成部材３６ａは、第１リング状部材８８、第２リング状部材９０ａ，９０ｂおよび第３リング状部材９２ａ，９２ｂを含む。
【００８４】
図１７は流路形成部材３６ａを右上前方からみた分解斜視図である。図１８は流路形成部材３６ａを右上後方からみた分解斜視図である。また、図１９は第２リング状部材９０ａ，９０ｂの正面図であり、図２０は第３リング状部材９２ａ，９２ｂの正面図である。
【００８５】
第１リング状部材８８は、Ｏリング状に構成されている点を除いて第１リング状部材４８と同様に構成されている。第２リング状部材９０ａと第２リング状部材９０ｂとは同様に構成されている。第２リング状部材９０ａ，９０ｂは、電動モータ４６の本体４６ａの外周面に接触する内周部材９４を有しかつＯリング状に形成されている点を除いて、第２リング状部材５０ａ，５０ｂと同様に構成されている。第３リング状部材９２ａと第３リング状部材９２ｂとは同様に構成されている。第３リング状部材９２ａ，９２ｂは、電動モータ４６の本体４６ａの外周面に接触する内周部材９６を有しかつＯリング状に形成されている点を除いて、第３リング状部材５２ａ，５２ｂと同様に構成されている。
【００８６】
図１７および図１８に示すように、これらのリング状部材は、前方側から第１リング状部材８８、第２リング状部材９０ａ、第３リング状部材９２ａ、第２リング状部材９０ｂおよび第３リング状部材９２ｂの順に配置され、一体化される。
【００８７】
このような流路形成部材３６ａによれば、流路形成部材３６ａの内部に、屈曲しながら延びる流路を設けることができ、空気は本体４６ａの外周面に接触することなく流路形成部材３６ａの内部を流れる。
【００８８】
なお、上述の実施形態では、供給機構としてルーツブロア型のポンプ部４４を用いる場合について説明したが、供給機構はこれに限定されない。供給機構として、たとえばダイヤフラム型やピストン型等のポンプ部を用いるようにしてもよい。
【００８９】
上述の実施形態では、モータとして電動モータ４６を用いる場合について説明したが、モータはこれに限定されない。
【００９０】
上述の実施形態では、供給機構であるポンプ部４４とモータである電動モータ４６とが一体的に設けられたエアポンプ３４を用いる場合について説明したが、供給機構とモータとは分離されていてもよい。
【００９１】
接続部材は、上述の金属パイプ７２ａ，７２ｂ（金属製のパイプ）に限定されない。接続部材として、たとえば合成樹脂製のパイプを用いるようにしてもよい。
【００９２】
上述の実施形態では、収容部材３８と４０とを含む二重構造の収容部材を用いる場合について説明したが、収容部材はこれに限定されない。１つの収容部材によって構成される収容部材を用いてもよい。
【００９３】
上述の実施形態では、収容部材３８にエアポンプ３４および流路形成部材３６を収容する場合について説明したが、流路形成部材３６のみを収容する（覆う）収容部材を用いてもよい。
【００９４】
上述の実施形態では、燃料としてメタノールを、燃料水溶液としてメタノール水溶液を用いたが、これに限定されず、燃料としてエタノール等のアルコール系燃料、燃料水溶液としてエタノール水溶液等のアルコール系水溶液を用いてもよい。
【００９５】
上述の実施形態では、直接メタノール型燃料電池システムについて説明したが、この発明はこれに限定されない。この発明は、改質器搭載型燃料電池システムや水素ガスを燃料として燃料電池に供給する水素型燃料電池システムにも適用できる。
【００９６】
この発明は、自動二輪車等の輸送機器、またはパーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載される燃料電池システムにも適用できる。また、据え付け（固定）タイプの燃料電池システムにも適用できる。
【符号の説明】
【００９７】
１０ 燃料電池システム
１４ 燃料電池セルスタック
２０ 燃料電池（燃料電池セル）
２８ エアポンプユニット
３４ エアポンプ
３６，３６ａ 流路形成部材
３８，４０ 収容部材
４２，８６ 繊維状部材
４４ ポンプ部
４６ 電動モータ
４８，７８，８８ 第１リング状部材
５０ａ，５０ｂ，８０，９０ａ，９０ｂ 第２リング状部材
５２ａ，５２ｂ，８２，９２ａ，９２ｂ 第３リング状部材
７２ａ，７２ｂ 金属パイプ
７６ 反射部材
８４ 板状部材
Ｆ１，Ｆ２ 流路
Ｃ１〜Ｃ４ 湾曲部
Ｓ１〜Ｓ５ 直進部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池に空気を供給するための供給機構と、
前記供給機構を駆動するためのモータと、
前記モータの表面に設けられ、前記供給機構に与えられるべき空気が流れる流路を形成する流路形成部材とを備える、燃料電池システム。
【請求項２】
前記流路は屈曲した形状を有する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記供給機構に与えられるべき全ての空気が前記流路を流れるように前記流路形成部材と前記供給機構とを接続する接続部材をさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記流路の下流側からの音を反射させるために前記流路に設けられる反射部材をさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記反射部材は、前記流路の下流側に向かって前記流路に突出するように設けられる、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記流路に設けられる吸音部材をさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記吸音部材は、貫通孔を有する板状部材、繊維状部材および金属発泡体の少なくともいずれか１つを含む、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記流路形成部材を収容する収容部材をさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記収容部材は、前記流路形成部材を収容する第１収容部材と、前記第１収容部材を収容する第２収容部材とを含む、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記第１収容部材と前記第２収容部材との間に設けられる吸音部材をさらに含む、請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池に空気を供給するための供給機構と、
前記供給機構を駆動するためのモータと、
前記モータの表面に設けられ、前記供給機構に与えられるべき空気が流れる流路を形成する流路形成部材とを備える、燃料電池システム。
【請求項２】
前記流路は屈曲した形状を有する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記供給機構に与えられるべき全ての空気が前記流路を流れるように前記流路形成部材と前記供給機構とを接続する接続部材をさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記流路の下流側からの音を反射させるために前記流路に設けられる反射部材をさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記反射部材は、前記流路の下流側に向かって前記流路に突出するように設けられる、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記流路に設けられる吸音部材をさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記吸音部材は、貫通孔を有する板状部材、繊維状部材および金属発泡体の少なくともいずれか１つを含む、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記流路形成部材を収容する収容部材をさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記収容部材は、前記流路形成部材を収容する第１収容部材と、前記第１収容部材を収容する第２収容部材とを含む、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記第１収容部材と前記第２収容部材との間に設けられる吸音部材をさらに含む、請求項９に記載の燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１０−６２１４２（Ｐ２０１０−６２１４２Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８０３９２（Ｐ２００９−１８０３９２）
【出願日】平成２１年８月３日（２００９．８．３）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月３日（２００９．８．３）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
【Ｆターム（参考）】
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