燃料電池装置
【課題】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。
【解決手段】酸化剤ガス供給装置（３）よりも酸化剤ガス流路（５）の下流側に下流側タンク（７）を設け、酸化剤ガス供給装置よりも酸化剤ガス流路の上流側に酸化剤ガス吸込み配管部（９）を設け、酸化剤ガス吸込み配管部内に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（１０）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する。
【解決手段】酸化剤ガス供給装置（３）よりも酸化剤ガス流路（５）の下流側に下流側タンク（７）を設け、酸化剤ガス供給装置よりも酸化剤ガス流路の上流側に酸化剤ガス吸込み配管部（９）を設け、酸化剤ガス吸込み配管部内に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（１０）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する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２１６８２８号公報
【特許文献２】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】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【発明の効果】
【００１９】
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
【００２０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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。
【図２Ａ】本発明の実施形態にかかる燃料電池装置における、空気吸込み口の内径と騒音値との関係を示すグラフである。
【図２Ｂ】本発明の実施形態にかかる燃料電池装置における、空気吸込み口の内径と電圧値との関係を示すグラフである。
【図３】図１の燃料電池装置及び上流側タンクのみを備える燃料電池装置における、空気吸込み口の内径と騒音値、及び空気吸込み口の内径と制御電圧値とを関係を示すグラフである。
【図４】特許文献２の燃料電池装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
《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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
【表１】
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
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。
【符号の説明】
【００６３】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２１６８２８号公報
【特許文献２】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】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【発明の効果】
【００１９】
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
【００２０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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。
【図２Ａ】本発明の実施形態にかかる燃料電池装置における、空気吸込み口の内径と騒音値との関係を示すグラフである。
【図２Ｂ】本発明の実施形態にかかる燃料電池装置における、空気吸込み口の内径と電圧値との関係を示すグラフである。
【図３】図１の燃料電池装置及び上流側タンクのみを備える燃料電池装置における、空気吸込み口の内径と騒音値、及び空気吸込み口の内径と制御電圧値とを関係を示すグラフである。
【図４】特許文献２の燃料電池装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
《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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
【表１】
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
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。
【符号の説明】
【００６３】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
前記酸化剤ガス吸込み配管部は、上流側タンクを備える、請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
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、請求項２に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
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、請求項２又は３に記載の燃料電池装置。
【請求項１】
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。
【請求項２】
前記酸化剤ガス吸込み配管部は、上流側タンクを備える、請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
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、請求項２に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
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、請求項２又は３に記載の燃料電池装置。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１８１９８９（Ｐ２０１２−１８１９８９Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４３６３０（Ｐ２０１１−４３６３０）
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]