JP2002170591A - 固体高分子形燃料電池発電装置 - Google Patents
固体高分子形燃料電池発電装置Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 例えば家庭用の小型電源として好適な固体高
分子形燃料電池発電装置の提供。 【解決手段】 一つの外装ケースに仕切壁を設け、この
仕切壁で仕切られた一方の室に、燃料ガスを水素に改質
する改質器とＣＯ変成器とＣＯ除去器とを収納した単一
のユニットケースを配設するとともにこのユニットケー
スと前記仕切壁との間にプロセスガスバーナを配設し、
前記仕切壁で仕切られた他方の室をさらに上中下の３段
に区別し、上段にＤＣ／ＤＣコンバータと制御系を、中
段に燃料電池を、下段に水タンクと各種ポンプ類を含む
補機を収納したことを特徴とする固体高分子形燃料電池
発電装置により課題を解決できる。
分子形燃料電池発電装置の提供。 【解決手段】 一つの外装ケースに仕切壁を設け、この
仕切壁で仕切られた一方の室に、燃料ガスを水素に改質
する改質器とＣＯ変成器とＣＯ除去器とを収納した単一
のユニットケースを配設するとともにこのユニットケー
スと前記仕切壁との間にプロセスガスバーナを配設し、
前記仕切壁で仕切られた他方の室をさらに上中下の３段
に区別し、上段にＤＣ／ＤＣコンバータと制御系を、中
段に燃料電池を、下段に水タンクと各種ポンプ類を含む
補機を収納したことを特徴とする固体高分子形燃料電池
発電装置により課題を解決できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば家庭用の小
型電源として好適な固体高分子形燃料電池発電装置に関
するものである。
型電源として好適な固体高分子形燃料電池発電装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、天然ガス、都市ガス、メタノー
ル、ＬＰＧ、ブタンなどの燃料ガスを水素に改質する改
質器と、一酸化炭素を変成するＣＯ変成器と、一酸化炭
素を除去するＣＯ除去器と、水素によって発電する燃料
電池などを備えた固体高分子形燃料電池発電装置が提案
されている。
ル、ＬＰＧ、ブタンなどの燃料ガスを水素に改質する改
質器と、一酸化炭素を変成するＣＯ変成器と、一酸化炭
素を除去するＣＯ除去器と、水素によって発電する燃料
電池などを備えた固体高分子形燃料電池発電装置が提案
されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の固体高分子形燃
料電池発電装置は大型のものが多く、上記装置の他に制
御系、水タンク、各種ポンプ類、燃料電池で発電した電
圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータなどを別々に収納し
たケースを設置するスペースが必要になり、そのまま例
えば家庭用電源に適用することは困難であった。本発明
の目的は、従来の上記問題を解決し、例えば家庭用の小
型電源として好適な固体高分子形燃料電池発電装置を提
供することである。
料電池発電装置は大型のものが多く、上記装置の他に制
御系、水タンク、各種ポンプ類、燃料電池で発電した電
圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータなどを別々に収納し
たケースを設置するスペースが必要になり、そのまま例
えば家庭用電源に適用することは困難であった。本発明
の目的は、従来の上記問題を解決し、例えば家庭用の小
型電源として好適な固体高分子形燃料電池発電装置を提
供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の請求
項１記載の固体高分子形燃料電池発電装置は、天然ガ
ス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなどの燃料
ガスを水素に改質する改質器と、一酸化炭素を変成する
ＣＯ変成器と、一酸化炭素を除去するＣＯ除去器と、起
動時に各反応器が安定するまで水素を燃焼するプロセス
ガスバーナと、水素によって発電する燃料電池と、燃料
電池で発電した電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ
と、制御系と、水タンクと、各種ポンプ類を含む補機と
を、一つの外装ケース内にまとめて収納した固体高分子
形燃料電池発電装置であって、前記外装ケースに仕切壁
を設け、この仕切壁で仕切られた一方の室に、改質器と
ＣＯ変成器とＣＯ除去器とを収納した単一のユニットケ
ースを配設するとともにこのユニットケースと前記仕切
壁との間にプロセスガスバーナを配設し、前記仕切壁で
仕切られた他方の室をさらに上中下の３段に区別し、上
段にＤＣ／ＤＣコンバータと制御系を、中段に燃料電池
を、下段に水タンクと各種ポンプ類を含む補機を収納し
たことを特徴とするものである。
項１記載の固体高分子形燃料電池発電装置は、天然ガ
ス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなどの燃料
ガスを水素に改質する改質器と、一酸化炭素を変成する
ＣＯ変成器と、一酸化炭素を除去するＣＯ除去器と、起
動時に各反応器が安定するまで水素を燃焼するプロセス
ガスバーナと、水素によって発電する燃料電池と、燃料
電池で発電した電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ
と、制御系と、水タンクと、各種ポンプ類を含む補機と
を、一つの外装ケース内にまとめて収納した固体高分子
形燃料電池発電装置であって、前記外装ケースに仕切壁
を設け、この仕切壁で仕切られた一方の室に、改質器と
ＣＯ変成器とＣＯ除去器とを収納した単一のユニットケ
ースを配設するとともにこのユニットケースと前記仕切
壁との間にプロセスガスバーナを配設し、前記仕切壁で
仕切られた他方の室をさらに上中下の３段に区別し、上
段にＤＣ／ＤＣコンバータと制御系を、中段に燃料電池
を、下段に水タンクと各種ポンプ類を含む補機を収納し
たことを特徴とするものである。
【０００５】改質器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器、プロセ
スガスバーナ、燃料電池、ＤＣ／ＤＣコンバータ、制御
系、水タンク、各種ポンプ類を含む補機とを一つの外装
ケース内にまとめて収納したことにより分散配置した場
合に較べて、設置スペースの削減が図れ、例えば家庭用
電源として好適な装置となる。
スガスバーナ、燃料電池、ＤＣ／ＤＣコンバータ、制御
系、水タンク、各種ポンプ類を含む補機とを一つの外装
ケース内にまとめて収納したことにより分散配置した場
合に較べて、設置スペースの削減が図れ、例えば家庭用
電源として好適な装置となる。
【０００６】改質器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器、燃料電
池では、所定の反応温度を有する化学反応が行われる。
改質器における化学反応は吸熱反応であるので、例えば
バーナによって常時加熱しながら化学反応を行う必要が
ある。一方、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器で行われる化学反
応は発熱反応であるので、反応温度にまで昇温した後
は、発熱反応の温度により反応温度以上に昇温しないよ
うに冷却が行われる。また、燃料電池では、電気化学反
応が行われ、この電気化学反応時に各種過電圧により熱
が発生する。
池では、所定の反応温度を有する化学反応が行われる。
改質器における化学反応は吸熱反応であるので、例えば
バーナによって常時加熱しながら化学反応を行う必要が
ある。一方、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器で行われる化学反
応は発熱反応であるので、反応温度にまで昇温した後
は、発熱反応の温度により反応温度以上に昇温しないよ
うに冷却が行われる。また、燃料電池では、電気化学反
応が行われ、この電気化学反応時に各種過電圧により熱
が発生する。
【０００７】本発明においては、熱の発生により高温と
なる改質器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器を収納した単一の
ユニットケースを仕切壁で仕切られた一方の室に配設す
るとともにこのユニットケースと前記仕切壁との間に高
温となるプロセスガスバーナを配設し、そしてこれらの
高温の機器から隔離して比較的低温雰囲気に配置すべき
性質を有した残りのＤＣ／ＤＣコンバータ、制御系、燃
料電池、水タンク、各種ポンプ類を含む補機を、他方の
室に収納したものである。
なる改質器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器を収納した単一の
ユニットケースを仕切壁で仕切られた一方の室に配設す
るとともにこのユニットケースと前記仕切壁との間に高
温となるプロセスガスバーナを配設し、そしてこれらの
高温の機器から隔離して比較的低温雰囲気に配置すべき
性質を有した残りのＤＣ／ＤＣコンバータ、制御系、燃
料電池、水タンク、各種ポンプ類を含む補機を、他方の
室に収納したものである。
【０００８】ＤＣ／ＤＣコンバータと制御系は燃料電池
や水タンクや水路などからの水分により悪影響を受け易
いので、前記仕切壁で仕切られた他方の室をさらに上中
下の３段に区別した上段にこれらのＤＣ／ＤＣコンバー
タと制御系を収納するようにし、中段には燃料電池を収
納し、そして下段に燃料電池の冷却などに循環して用い
る水を貯蔵する水タンクと、エアファン、ガス関係ポン
プ、水関係ポンプなど各種ポンプ類を含む補機を収納す
る。
や水タンクや水路などからの水分により悪影響を受け易
いので、前記仕切壁で仕切られた他方の室をさらに上中
下の３段に区別した上段にこれらのＤＣ／ＤＣコンバー
タと制御系を収納するようにし、中段には燃料電池を収
納し、そして下段に燃料電池の冷却などに循環して用い
る水を貯蔵する水タンクと、エアファン、ガス関係ポン
プ、水関係ポンプなど各種ポンプ類を含む補機を収納す
る。
【０００９】下段に収納する機器の内、エアファンは大
きいため、そして水関係ポンプはエア噛み防止のために
下段の下部に配置し、水タンクとガス関係ポンプは下段
の上部に配置することが好ましい。
きいため、そして水関係ポンプはエア噛み防止のために
下段の下部に配置し、水タンクとガス関係ポンプは下段
の上部に配置することが好ましい。
【００１０】本発明の請求項２記載の固体高分子形燃料
電池発電装置は、請求項１記載の固体高分子形燃料電池
発電装置において、前記外装ケースの外装がステンレス
系材料で形成されていることを特徴とする。前記外装ケ
ースの外装がステンレス系材料で形成することにより、
傷がついても錆びたりせず耐久性に優れるとともに、リ
サイクル可能で環境にやさしく、見る人に美的感覚を与
えることができる。
電池発電装置は、請求項１記載の固体高分子形燃料電池
発電装置において、前記外装ケースの外装がステンレス
系材料で形成されていることを特徴とする。前記外装ケ
ースの外装がステンレス系材料で形成することにより、
傷がついても錆びたりせず耐久性に優れるとともに、リ
サイクル可能で環境にやさしく、見る人に美的感覚を与
えることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。図１において、１００は建家
を示し、建家１００には低圧電灯線１０１、電力量計１
０２、分電盤１０３を経て、商用電源が供給されてい
る。この商用電源は第１のケーブル１０４を経て、エア
コン１０５、テレビ１０６などに供給されている。家庭
用小型電源を構成する固体高分子形燃料電池発電装置Ｓ
は、建家１００の外に設置されている。
を用いて詳細に説明する。図１において、１００は建家
を示し、建家１００には低圧電灯線１０１、電力量計１
０２、分電盤１０３を経て、商用電源が供給されてい
る。この商用電源は第１のケーブル１０４を経て、エア
コン１０５、テレビ１０６などに供給されている。家庭
用小型電源を構成する固体高分子形燃料電池発電装置Ｓ
は、建家１００の外に設置されている。
【００１２】この固体高分子形燃料電池発電装置（以
下、ＰＥＦＣ装置と称すことがある）Ｓは、図２に示す
ように、ＰＥＦＣ装置の他に熱回収装置を含んでいる。
この熱回収装置は、貯湯タンク１１２とイオン交換樹脂
１２５とを有し、このイオン交換樹脂１２５には市水が
供給される。この市水はイオン交換樹脂１２５で純水に
されて、後述する水タンク２１（図３参照）に供給され
る。ＰＥＦＣ装置Ｓは、燃料供給装置（改質器、ＣＯ変
成器、ＣＯ除去器、プロセスガスバーナなど）１２１を
備えている。
下、ＰＥＦＣ装置と称すことがある）Ｓは、図２に示す
ように、ＰＥＦＣ装置の他に熱回収装置を含んでいる。
この熱回収装置は、貯湯タンク１１２とイオン交換樹脂
１２５とを有し、このイオン交換樹脂１２５には市水が
供給される。この市水はイオン交換樹脂１２５で純水に
されて、後述する水タンク２１（図３参照）に供給され
る。ＰＥＦＣ装置Ｓは、燃料供給装置（改質器、ＣＯ変
成器、ＣＯ除去器、プロセスガスバーナなど）１２１を
備えている。
【００１３】燃料供給装置１２１には天然ガス、都市ガ
ス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなどの燃料ガスが供給
され、ここにはさらに後述する水タンク２１からの水が
供給されて水素が生成される。この水素は燃料電池６に
供給されて、水素と空気中の酸素とを化学反応させて発
電が行われる。１２３は発電制御を司る制御装置であ
る。燃料電池６で発電された電気はＤＣ／ＤＣコンバー
タ１２４を経て、１８０Ｖにまで昇圧され、系統連系イ
ンバータ１１１に送られ、ここから図１に示した第２の
ケーブル１０７を経て、パソコン１０８、照明１０９、
冷蔵庫１１０などに供給されている。このＰＥＦＣ装置
Ｓは、系統連系インバータ１１１を介して商用電源に接
続されている。このＰＥＦＣ装置Ｓは、上記のように発
電の過程で熱が発生するので、この熱を利用して市水か
ら温水を生成し、この温水を、図２に示すように、貯湯
タンク１１２に蓄える。この温水は図１に示すように風
呂１１３、キッチン１１４などに供給される。貯湯タン
ク１１２は建家１００の外に設置される。
ス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなどの燃料ガスが供給
され、ここにはさらに後述する水タンク２１からの水が
供給されて水素が生成される。この水素は燃料電池６に
供給されて、水素と空気中の酸素とを化学反応させて発
電が行われる。１２３は発電制御を司る制御装置であ
る。燃料電池６で発電された電気はＤＣ／ＤＣコンバー
タ１２４を経て、１８０Ｖにまで昇圧され、系統連系イ
ンバータ１１１に送られ、ここから図１に示した第２の
ケーブル１０７を経て、パソコン１０８、照明１０９、
冷蔵庫１１０などに供給されている。このＰＥＦＣ装置
Ｓは、系統連系インバータ１１１を介して商用電源に接
続されている。このＰＥＦＣ装置Ｓは、上記のように発
電の過程で熱が発生するので、この熱を利用して市水か
ら温水を生成し、この温水を、図２に示すように、貯湯
タンク１１２に蓄える。この温水は図１に示すように風
呂１１３、キッチン１１４などに供給される。貯湯タン
ク１１２は建家１００の外に設置される。
【００１４】図３に示すように、ＰＥＦＣ装置Ｓでは、
天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなど
の原燃料１が脱硫器２に供給され、ここで原燃料から硫
黄成分が除去される。この脱硫器２を経た原燃料は、昇
圧ポンプ１０で昇圧されて改質器３に供給されて、水
素、二酸化炭素、および一酸化炭素を含む改質ガスが生
成される。この改質器３を経たガスは、ＣＯ変成器４に
供給され、ここでは改質ガスに含まれる一酸化炭素が二
酸化炭素に変成される。このＣＯ変成器４を経たガス
は、ＣＯ除去器５に供給され、ここではＣＯ変成器４を
経たガス中の未変成の一酸化炭素が除去される。
天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなど
の原燃料１が脱硫器２に供給され、ここで原燃料から硫
黄成分が除去される。この脱硫器２を経た原燃料は、昇
圧ポンプ１０で昇圧されて改質器３に供給されて、水
素、二酸化炭素、および一酸化炭素を含む改質ガスが生
成される。この改質器３を経たガスは、ＣＯ変成器４に
供給され、ここでは改質ガスに含まれる一酸化炭素が二
酸化炭素に変成される。このＣＯ変成器４を経たガス
は、ＣＯ除去器５に供給され、ここではＣＯ変成器４を
経たガス中の未変成の一酸化炭素が除去される。
【００１５】ＣＯ除去器５を経た一酸化炭素が除去され
た後の水素リッチな改質ガスが固体高分子形の燃料電池
６に供給される。この燃料電池６は、燃料極６ａと酸化
剤極６ｂと冷却部６ｃとを備え、上記水素は燃料極６ａ
に供給される。この水素と、エアファン１１を経て酸化
剤極６ｂに供給された空気中に含まれる酸素とが反応し
て、電力が発生する。
た後の水素リッチな改質ガスが固体高分子形の燃料電池
６に供給される。この燃料電池６は、燃料極６ａと酸化
剤極６ｂと冷却部６ｃとを備え、上記水素は燃料極６ａ
に供給される。この水素と、エアファン１１を経て酸化
剤極６ｂに供給された空気中に含まれる酸素とが反応し
て、電力が発生する。
【００１６】改質器３は、バーナ１２を有し、ここには
パイプ１３を介して原燃料が供給され、ファン１４を介
して空気が供給され、パイプ１５を介して、燃料極６ａ
を経た未反応水素が供給される。本装置の始動時には、
バーナ１２にパイプ１３を介して原燃料が供給されると
ともに、ファン１４を介して空気が供給され、起動後、
装置が安定した場合には、原燃料の供給が断たれて、バ
ーナ１２に、パイプ１５を介して燃料極６ａを経た未反
応水素が供給される。
パイプ１３を介して原燃料が供給され、ファン１４を介
して空気が供給され、パイプ１５を介して、燃料極６ａ
を経た未反応水素が供給される。本装置の始動時には、
バーナ１２にパイプ１３を介して原燃料が供給されると
ともに、ファン１４を介して空気が供給され、起動後、
装置が安定した場合には、原燃料の供給が断たれて、バ
ーナ１２に、パイプ１５を介して燃料極６ａを経た未反
応水素が供給される。
【００１７】上記した改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除
去器５、燃料電池６では所定の反応温度を有する化学反
応が行われる。改質器３における化学反応は吸熱反応で
あるので、バーナ１２によって常時加熱しながら化学反
応を行う。
去器５、燃料電池６では所定の反応温度を有する化学反
応が行われる。改質器３における化学反応は吸熱反応で
あるので、バーナ１２によって常時加熱しながら化学反
応を行う。
【００１８】ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５で行われる化
学反応は発熱反応である。運転中は、発熱反応の熱によ
り反応温度以上に昇温しないように冷却が行われる。ま
た、燃料電池６では、電気化学反応が行われ、この電気
化学反応時に各種過電圧により熱が発生する。
学反応は発熱反応である。運転中は、発熱反応の熱によ
り反応温度以上に昇温しないように冷却が行われる。ま
た、燃料電池６では、電気化学反応が行われ、この電気
化学反応時に各種過電圧により熱が発生する。
【００１９】上記改質器３とＣＯ変成器４間、ＣＯ変成
器４とＣＯ除去器５間、ＣＯ除去器５と燃料電池６間に
はそれぞれ熱交換器１８、１９、２０が接続されてい
る。そして各熱交換器１８、１９、２０には水タンク２
１の水が、ポンプ２３、２４、２５を介して循環し、こ
れらの水で改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５を経
たガスがそれぞれ冷却される。熱交換器２７には貯湯タ
ンク１１２の水がポンプ２８を介して循環する。
器４とＣＯ除去器５間、ＣＯ除去器５と燃料電池６間に
はそれぞれ熱交換器１８、１９、２０が接続されてい
る。そして各熱交換器１８、１９、２０には水タンク２
１の水が、ポンプ２３、２４、２５を介して循環し、こ
れらの水で改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５を経
たガスがそれぞれ冷却される。熱交換器２７には貯湯タ
ンク１１２の水がポンプ２８を介して循環する。
【００２０】燃料電池６の冷却部６ｃには、ポンプ４８
を介して水タンク２１の水が循環し、この水で燃料電池
６が冷却される。２６は燃料電池６の酸化剤極６ｂの排
気系であり、排気は熱交換器２７で熱交換した後、外部
に排気される。
を介して水タンク２１の水が循環し、この水で燃料電池
６が冷却される。２６は燃料電池６の酸化剤極６ｂの排
気系であり、排気は熱交換器２７で熱交換した後、外部
に排気される。
【００２１】上記改質器３の排気系３１には熱交換器１
７が接続され、水タンク２１の水がポンプ２２を介して
供給されると、この熱交換器１７で水蒸気化し、この水
蒸気が原燃料と混合して改質器３に供給される。
７が接続され、水タンク２１の水がポンプ２２を介して
供給されると、この熱交換器１７で水蒸気化し、この水
蒸気が原燃料と混合して改質器３に供給される。
【００２２】上記の排気系３１には、熱交換器１７の他
に、さらに別の熱交換器３２が接続され、この熱交換器
３２には上記貯湯タンク１１２の水が、ポンプ３３を介
して循環し、廃熱回収が行われる。
に、さらに別の熱交換器３２が接続され、この熱交換器
３２には上記貯湯タンク１１２の水が、ポンプ３３を介
して循環し、廃熱回収が行われる。
【００２３】ＰＥＦＣ装置Ｓには、プロセスガスバーナ
３４が備えられている。ＰＥＦＣ装置Ｓの起動時には、
改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５を経た改質ガス
の組成が規定値に達していないので、それが安定するま
では、このガスを燃料電池６に供給することができな
い。そこで、各反応器が安定するまでは、ガス組成が規
定値に達していないガスをこのプロセスガスバーナ３４
に導いて燃焼させる。そして、各反応器が安定しガス中
のＣＯ濃度が規定値（例えば、１０〜２０ｐｐｍ以下）
に達した後、燃料電池６に導入して発電を行う。燃料電
池６での発電に使用できなかった未反応ガスは、当初プ
ロセスガスバーナ３４に導いて燃焼し、本装置の系が安
定した後、改質器３のバーナ１２に導入して燃焼させ
る。
３４が備えられている。ＰＥＦＣ装置Ｓの起動時には、
改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５を経た改質ガス
の組成が規定値に達していないので、それが安定するま
では、このガスを燃料電池６に供給することができな
い。そこで、各反応器が安定するまでは、ガス組成が規
定値に達していないガスをこのプロセスガスバーナ３４
に導いて燃焼させる。そして、各反応器が安定しガス中
のＣＯ濃度が規定値（例えば、１０〜２０ｐｐｍ以下）
に達した後、燃料電池６に導入して発電を行う。燃料電
池６での発電に使用できなかった未反応ガスは、当初プ
ロセスガスバーナ３４に導いて燃焼し、本装置の系が安
定した後、改質器３のバーナ１２に導入して燃焼させ
る。
【００２４】ＰＥＦＣ装置Ｓの起動後、各反応器が温度
的に安定するまでは、開閉弁９１が閉じられ、改質ガス
は管路３５および開閉弁３６を経てプロセスガスバーナ
３４に供給される。各反応器が温度的に安定した場合、
今度は燃料電池６の温度が安定するまで、開閉弁９１が
開かれ、開閉弁９２が閉じられて、改質ガスが管路３８
および開閉弁３９を経てプロセスガスバーナ３４に供給
され、そこで燃焼される。燃料電池６の温度が安定し、
連続して発電が行われる場合、開閉弁９１、開閉弁９２
が開かれ、開閉弁３６、開閉弁３９が閉じられて、燃料
電池６を経た未反応ガスは管路１５を経てバーナ１２に
供給される。
的に安定するまでは、開閉弁９１が閉じられ、改質ガス
は管路３５および開閉弁３６を経てプロセスガスバーナ
３４に供給される。各反応器が温度的に安定した場合、
今度は燃料電池６の温度が安定するまで、開閉弁９１が
開かれ、開閉弁９２が閉じられて、改質ガスが管路３８
および開閉弁３９を経てプロセスガスバーナ３４に供給
され、そこで燃焼される。燃料電池６の温度が安定し、
連続して発電が行われる場合、開閉弁９１、開閉弁９２
が開かれ、開閉弁３６、開閉弁３９が閉じられて、燃料
電池６を経た未反応ガスは管路１５を経てバーナ１２に
供給される。
【００２５】プロセスガスバーナ３４の排気系４５には
熱交換器４６が接続され、この熱交換器４６には、ポン
プ４７を介して、貯湯タンク１１２の水が循環する。
熱交換器４６が接続され、この熱交換器４６には、ポン
プ４７を介して、貯湯タンク１１２の水が循環する。
【００２６】水タンク２１と貯湯タンク１１２の間には
熱交換器４１が接続され、この熱交換器４１にはポンプ
４２を介して水タンク２１の水が循環し、ポンプ４３を
介して貯湯タンク１１２の水が循環する。この熱交換器
４１での熱交換によって貯湯タンク１１２の水の温度が
上昇し、水タンク２１の水の温度が低下する。以上の構
成では、このＰＥＦＣ装置Ｓがコジェネレーションシス
テムの形態をとるので、エネルギの有効利用が図られ
る。したがって、高い総合熱効率が得られるので、原燃
料の消費量が減少し、二酸化炭素の排出量が低減され
る。
熱交換器４１が接続され、この熱交換器４１にはポンプ
４２を介して水タンク２１の水が循環し、ポンプ４３を
介して貯湯タンク１１２の水が循環する。この熱交換器
４１での熱交換によって貯湯タンク１１２の水の温度が
上昇し、水タンク２１の水の温度が低下する。以上の構
成では、このＰＥＦＣ装置Ｓがコジェネレーションシス
テムの形態をとるので、エネルギの有効利用が図られ
る。したがって、高い総合熱効率が得られるので、原燃
料の消費量が減少し、二酸化炭素の排出量が低減され
る。
【００２７】本発明のＰＥＦＣ装置Ｓは、図４〜図７に
示すように各種機器類が一つの外装ケース２００内にま
とめて収納されている。従来のようにこれらの各種機器
類が分散配置した場合に較べて、設置スペースの削減が
図れ、例えば家庭用電源として好適な装置となる。
示すように各種機器類が一つの外装ケース２００内にま
とめて収納されている。従来のようにこれらの各種機器
類が分散配置した場合に較べて、設置スペースの削減が
図れ、例えば家庭用電源として好適な装置となる。
【００２８】この外装ケース２００の内部は仕切壁２０
１を介して縦に仕切られている。仕切壁２０１で仕切ら
れた一方の室２０２には、改質器３とＣＯ変成器４とＣ
Ｏ除去器５とを収納した単一のユニットケース３１０が
配設されているとともにこのユニットケース３１０と前
記仕切壁２０１との間にプロセスガスバーナ３４が配設
されている。そして、仕切壁２０１で仕切られた他方の
室２０３を仕切４０１、４０２によりさらに上中下の３
段に区別し、上段にＤＣ／ＤＣコンバータ１２４と図示
しない制御系（制御装置１２３）を、中段に燃料電池６
を、下段に水タンク２１と、エアファン１１、ガス関係
ポンプ１０、１４、３７など、水関係ポンプ２２、２
３、２４などの各種ポンプ類を含む補機５２が収納され
ている。
１を介して縦に仕切られている。仕切壁２０１で仕切ら
れた一方の室２０２には、改質器３とＣＯ変成器４とＣ
Ｏ除去器５とを収納した単一のユニットケース３１０が
配設されているとともにこのユニットケース３１０と前
記仕切壁２０１との間にプロセスガスバーナ３４が配設
されている。そして、仕切壁２０１で仕切られた他方の
室２０３を仕切４０１、４０２によりさらに上中下の３
段に区別し、上段にＤＣ／ＤＣコンバータ１２４と図示
しない制御系（制御装置１２３）を、中段に燃料電池６
を、下段に水タンク２１と、エアファン１１、ガス関係
ポンプ１０、１４、３７など、水関係ポンプ２２、２
３、２４などの各種ポンプ類を含む補機５２が収納され
ている。
【００２９】下段に収納した機器の内、エアファン１１
は大きいため、そして水関係ポンプ２２、２３、２４な
どはエア噛み防止のために下段の下部に配置してあり、
水タンク２１とガス関係ポンプ１０、１４、３７などは
下段の上部に配置してある。
は大きいため、そして水関係ポンプ２２、２３、２４な
どはエア噛み防止のために下段の下部に配置してあり、
水タンク２１とガス関係ポンプ１０、１４、３７などは
下段の上部に配置してある。
【００３０】改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５、
燃料電池６では、上記のように所定の反応温度を有する
化学反応が行われる。この実施形態では、高温雰囲気と
なる改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５がユニット
化されて小型化が図られる。これらは単一のユニットケ
ース３１０に収納されて室２０２内に配設され、断熱性
のあるあるいは冷却された仕切壁２０１を介して室２０
３と仕切られている。そしてこのユニットケース３１０
と仕切壁２０１との間に高温となるプロセスガスバーナ
３４を配設してある。図示しないが高温の排気はダクト
で１箇所にまとめて外装ケース２００の正面の上部から
外部に排出される。このようにして室２０２内に収納さ
れた残りの比較的低温に設置すべき各機器類（ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ１２４、制御系（制御装置１２３）、燃料
電池６、水タンク２１各種ポンプ類など）が高温雰囲気
により悪影響を受けないようになっている。
燃料電池６では、上記のように所定の反応温度を有する
化学反応が行われる。この実施形態では、高温雰囲気と
なる改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５がユニット
化されて小型化が図られる。これらは単一のユニットケ
ース３１０に収納されて室２０２内に配設され、断熱性
のあるあるいは冷却された仕切壁２０１を介して室２０
３と仕切られている。そしてこのユニットケース３１０
と仕切壁２０１との間に高温となるプロセスガスバーナ
３４を配設してある。図示しないが高温の排気はダクト
で１箇所にまとめて外装ケース２００の正面の上部から
外部に排出される。このようにして室２０２内に収納さ
れた残りの比較的低温に設置すべき各機器類（ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ１２４、制御系（制御装置１２３）、燃料
電池６、水タンク２１各種ポンプ類など）が高温雰囲気
により悪影響を受けないようになっている。
【００３１】図７に示すように水タンク２１は燃料電池
６の下面に当接するように配置することが好ましい。こ
のようにすることにより燃料電池６を冷却するための水
を水タンク２１から循環して容易に使用できる。
６の下面に当接するように配置することが好ましい。こ
のようにすることにより燃料電池６を冷却するための水
を水タンク２１から循環して容易に使用できる。
【００３２】外装ケース２００の外装（天板２０４、側
板２０５、２０６、背面板２０７、前面板２０８、底板
２０９などの少なくとも１部あるいは全部）は鉄鋼系材
料などで形成されていればよく特に限定されないが、Ｓ
ＵＳ３０４などのステンレス系材料で形成されれば傷が
ついても錆びたりせず耐久性に優れるので好ましい。台
座２１０も鉄鋼系材料であればよく特に限定されないが
ＳＵＳ３０４などのステンレス系材料で形成されること
が好ましい。
板２０５、２０６、背面板２０７、前面板２０８、底板
２０９などの少なくとも１部あるいは全部）は鉄鋼系材
料などで形成されていればよく特に限定されないが、Ｓ
ＵＳ３０４などのステンレス系材料で形成されれば傷が
ついても錆びたりせず耐久性に優れるので好ましい。台
座２１０も鉄鋼系材料であればよく特に限定されないが
ＳＵＳ３０４などのステンレス系材料で形成されること
が好ましい。
【００３３】なお、上記実施形態の説明は、本発明を説
明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発
明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本
発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範
囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発
明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本
発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範
囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【００３４】
【発明の効果】本発明の請求項１記載の固体高分子形燃
料電池発電装置は、改質器と、ＣＯ変成器と、ＣＯ除去
器と、プロセスガスバーナと、燃料電池と、ＤＣ／ＤＣ
コンバータと、制御系と、水タンクと、各種ポンプ類を
含む補機とを、一つの外装ケース内にまとめて収納した
固体高分子形燃料電池発電装置であって、前記外装ケー
スに仕切壁を設け、この仕切壁で仕切られた一方の室
に、改質器とＣＯ変成器とＣＯ除去器とを収納した単一
のユニットケースを配設するとともにこのユニットケー
スと前記仕切壁との間にプロセスガスバーナを配設し、
前記仕切壁で仕切られた他方の室をさらに上中下の３段
に区別し、上段にＤＣ／ＤＣコンバータと制御系を、中
段に燃料電池を、下段に水タンクと各種ポンプ類を含む
補機を収納したので、従来のようにこれらの各種機器類
が分散配置した場合に較べて、設置スペースの削減が図
れ、例えば家庭用電源として好適な装置となる効果を奏
するとともに、高温雰囲気となる改質器、ＣＯ変成器、
ＣＯ除去器がユニット化されて小型化が図れる、残りの
比較的低温に設置すべき各機器類（ＤＣ／ＤＣコンバー
タ、制御系（制御装置）、燃料電池、水タンク、各種ポ
ンプ類など）が高温雰囲気により悪影響を受けない、Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ、制御系（制御装置）が水により悪
影響を受けない、水関係ポンプがエア噛みしない、水タ
ンクから水を燃料電池へ循環して容易に使用できる、な
どの顕著な効果を奏する。
料電池発電装置は、改質器と、ＣＯ変成器と、ＣＯ除去
器と、プロセスガスバーナと、燃料電池と、ＤＣ／ＤＣ
コンバータと、制御系と、水タンクと、各種ポンプ類を
含む補機とを、一つの外装ケース内にまとめて収納した
固体高分子形燃料電池発電装置であって、前記外装ケー
スに仕切壁を設け、この仕切壁で仕切られた一方の室
に、改質器とＣＯ変成器とＣＯ除去器とを収納した単一
のユニットケースを配設するとともにこのユニットケー
スと前記仕切壁との間にプロセスガスバーナを配設し、
前記仕切壁で仕切られた他方の室をさらに上中下の３段
に区別し、上段にＤＣ／ＤＣコンバータと制御系を、中
段に燃料電池を、下段に水タンクと各種ポンプ類を含む
補機を収納したので、従来のようにこれらの各種機器類
が分散配置した場合に較べて、設置スペースの削減が図
れ、例えば家庭用電源として好適な装置となる効果を奏
するとともに、高温雰囲気となる改質器、ＣＯ変成器、
ＣＯ除去器がユニット化されて小型化が図れる、残りの
比較的低温に設置すべき各機器類（ＤＣ／ＤＣコンバー
タ、制御系（制御装置）、燃料電池、水タンク、各種ポ
ンプ類など）が高温雰囲気により悪影響を受けない、Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ、制御系（制御装置）が水により悪
影響を受けない、水関係ポンプがエア噛みしない、水タ
ンクから水を燃料電池へ循環して容易に使用できる、な
どの顕著な効果を奏する。
【００３５】本発明の請求項２記載の固体高分子形燃料
電池発電装置は、請求項１記載の固体高分子形燃料電池
発電装置と同じ効果を奏する上、前記外装ケースの外装
がステンレス系材料で形成されているので、傷がついて
も錆びたりせず耐久性に優れるとともに、リサイクル可
能で環境にやさしく、見る人に美的感覚を与えることが
できるという顕著な効果を奏する。
電池発電装置は、請求項１記載の固体高分子形燃料電池
発電装置と同じ効果を奏する上、前記外装ケースの外装
がステンレス系材料で形成されているので、傷がついて
も錆びたりせず耐久性に優れるとともに、リサイクル可
能で環境にやさしく、見る人に美的感覚を与えることが
できるという顕著な効果を奏する。
【図１】本発明による固体高分子形燃料電池発電装置を
家庭に設置した場合の系統図である。
家庭に設置した場合の系統図である。
【図２】図１の屋外部分を示す説明図である。
【図３】本発明による固体高分子形燃料電池発電装置の
一実施形態を示す回路図である。
一実施形態を示す回路図である。
【図４】図３の装置を外装ケースに収納した状態を示す
正面説明図である。
正面説明図である。
【図５】図３の装置の平面説明図である。
【図６】図３の装置の左側面説明図である。
【図７】図３の装置の右側面説明図である。
３ 改質器 ４ ＣＯ変成器 ５ ＣＯ除去器 ６ 燃料電池 １０、２３〜２５、２８、４３、４７ ポンプ ２１ 水タンク ３４ プロセスガスバーナ ５２ 補機 １２３ 制御装置（制御系） ２００ 外装ケース ２０１ 仕切壁 ２０２ 一方の室 ２０３ 他方の室 ２０４ 天板 ２０５、２０６ 側板 ２０７ 背面板 ２０８ 前面板 ２０９ 底板 ２１０ 台座 ３１０ 単一のユニットケース Ｓ 固体高分子形燃料電池発電装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田 勝也 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06
Claims (2)
- 【請求項１】 天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰ
Ｇ、ブタンなどの燃料ガスを水素に改質する改質器と、
一酸化炭素を変成するＣＯ変成器と、一酸化炭素を除去
するＣＯ除去器と、起動時に各反応器が安定するまで水
素を燃焼するプロセスガスバーナと、水素によって発電
する燃料電池と、燃料電池で発電した電圧を昇圧するＤ
Ｃ／ＤＣコンバータと、制御系と、水タンクと、各種ポ
ンプ類を含む補機とを、一つの外装ケース内にまとめて
収納した固体高分子形燃料電池発電装置であって、 前記外装ケースに仕切壁を設け、この仕切壁で仕切られ
た一方の室に、改質器とＣＯ変成器とＣＯ除去器とを収
納した単一のユニットケースを配設するとともにこのユ
ニットケースと前記仕切壁との間にプロセスガスバーナ
を配設し、 前記仕切壁で仕切られた他方の室をさらに上中下の３段
に区別し、上段にＤＣ／ＤＣコンバータと制御系を、中
段に燃料電池を、下段に水タンクと各種ポンプ類を含む
補機を収納したことを特徴とする固体高分子形燃料電池
発電装置。 - 【請求項２】 前記外装ケースの外装がステンレス系材
料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の固
体高分子形燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000368990A JP2002170591A (ja) | 2000-12-04 | 2000-12-04 | 固体高分子形燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000368990A JP2002170591A (ja) | 2000-12-04 | 2000-12-04 | 固体高分子形燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002170591A true JP2002170591A (ja) | 2002-06-14 |
Family
ID=18839101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000368990A Pending JP2002170591A (ja) | 2000-12-04 | 2000-12-04 | 固体高分子形燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002170591A (ja) |
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-
2000
- 2000-12-04 JP JP2000368990A patent/JP2002170591A/ja active Pending
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