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技術 燃料電池発電機

出願人 パナソニック電工株式会社
発明者 高谷昌宏
出願日 2001年2月16日 (19年10ヶ月経過) 出願番号 2001-039286
公開日 2002年8月30日 (18年4ヶ月経過) 公開番号 2002-246050
状態 未査定
技術分野 水素、水、水素化物 水素、水、水素化物 燃料電池(システム)
主要キーワード 排熱路 カセットボンベ 燃料電池発電機 排気用配管 調圧器 タンク室 ドレンタンク アルコール系燃料
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この項目の情報は公開日時点(2002年8月30日)のものです。
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図面 (8)

課題

原燃料原燃料供給配管中で液化することを抑えて、安定した改質反応を実現できる燃料電池発電機を提供する。

解決手段

原燃料を供給するボンベ1と、この原燃料1を改質装置3に供給する原燃料供給配管2と、原燃料を水蒸気改質して水素に富んだ改質ガスを生成する改質装置3と、上記改質ガスを導入して発電する燃料電池4を備え、さらに、上記原燃料供給配管2に分岐して、原燃料供給配管2内に生じるドレンを貯めるドレンタンク5を具備する。

概要

背景

燃料電池発電機は、原燃料改質して得られる水素リッチ改質ガス及び空気を夫々電極に導入し、一対の電極間電気化学反応に基づく発電を行うものである。近年、この燃料電池発電機は、発電効率が高く、大気汚染物質の排出が少なく、また、騒音も少なものとして、各種用途に採用されている。これに伴って、燃料電池発電機は、可搬型一般家庭で用いる小型のものが注目されている。

上記燃料電池発電機の一例を図7に示す。上記燃料電池発電機は、原燃料を供給するボンベ71としてブタンガスカセットボンベと、原燃料供給配管72と、改質装置73と、電極を対とした複数のセルからなる燃料電池74を備える。上記原燃料供給配管72は、この配管中に開閉バルブ77を備えている。また、上記原燃料は、調圧器8でカセットボンベから供給されるガスの圧力を調整し、気化した状態で原燃料供給配管72を通って、水蒸気改質反応が行われる改質装置73の改質部73a、及び、反応の熱源を発生する改質装置73の燃焼部73bに供給される。上記改質装置73は、上記原燃料と水タンク79から供給される水分とで、水蒸気改質反応を行い改質ガスを生成し、改質ガス供給配管76を介して燃料電池74に改質ガスを供給する。上記燃料電池74は、複数のセルからなり、上記1組のセルは、固体高分子膜を有し、固体型高分子膜の片側の電極に改質ガスが、他の側の電極に空気(酸素)が供給されて発電が行われる。

概要

原燃料が原燃料供給配管中で液化することを抑えて、安定した改質反応を実現できる燃料電池発電機を提供する。

原燃料を供給するボンベ1と、この原燃料1を改質装置3に供給する原燃料供給配管2と、原燃料を水蒸気改質して水素に富んだ改質ガスを生成する改質装置3と、上記改質ガスを導入して発電する燃料電池4を備え、さらに、上記原燃料供給配管2に分岐して、原燃料供給配管2内に生じるドレンを貯めるドレンタンク5を具備する。

目的

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、原燃料が原燃料供給配管中で液化することを抑えて、安定した改質反応を実現できる燃料電池発電機を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
6件

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請求項1

原燃料を供給するボンベと、この原燃料を改質装置に供給する原燃料供給配管と、原燃料を水蒸気改質して水素に富んだ改質ガスを生成する改質装置と、上記改質ガスを導入して発電する燃料電池を備える燃料電池発電機において、上記原燃料供給配管に分岐して、原燃料供給配管内に生じるドレンを貯めるドレンタンク具備することを特徴とする燃料電池発電機。

請求項2

上記ドレンタンクを加熱する手段を有することを特徴とする請求項1記載の燃料電池発電機。

請求項3

上記ドレンタンクを加熱する手段として、ドレンタンクの外壁付設したヒータで加熱することを特徴とする請求項2記載の燃料電池発電機。

請求項4

上記ドレンタンクを加熱する手段として、改質装置で生じる排熱送風してドレンタンクを加熱することを特徴とする請求項2記載の燃料電池発電機。

請求項5

上記ドレンタンクと改質装置の間に熱伝導性の高い金属を配設し、この金属をドレンタンクの外壁に巻くことで、改質装置で発生した熱をドレンタンクに伝熱することを特徴とする請求項2記載の燃料電池発電機。

請求項6

上記燃料電池が発電する際に発生した熱を導入し、ドレンタンクを加熱することを特徴とする請求項2記載の燃料電池発電機。

請求項7

上記原燃料供給配管のボンベ側に第1の開閉バルブを有し、第1の開閉バルブより改質装置側の原燃料供給配管に、先端を外部に開放した第2の開閉バルブを有し、ボンベから原燃料の供給が停止した際に、第1の開閉バルブを閉じると共に、第2の開閉バルブを開放する手段を有することを特徴とする請求項1乃至請求項6いずれか記載の燃料電池発電機。

請求項8

上記ボンベが、可搬型ブタンボンベであることを特徴とする請求項1乃至請求項7いずれか記載の燃料電池発電機。

技術分野

0001

本発明は、原燃料を供給するボンベと、この原燃料を改質装置に供給する原燃料供給配管と、原燃料を水蒸気改質して水素に富んだ改質ガスを生成する改質装置と、上記改質ガスを導入して発電する燃料電池を備える燃料電池発電機に関するものである。

背景技術

0002

燃料電池発電機は、原燃料を改質して得られる水素リッチな改質ガス及び空気を夫々電極に導入し、一対の電極間電気化学反応に基づく発電を行うものである。近年、この燃料電池発電機は、発電効率が高く、大気汚染物質の排出が少なく、また、騒音も少なものとして、各種用途に採用されている。これに伴って、燃料電池発電機は、可搬型一般家庭で用いる小型のものが注目されている。

0003

上記燃料電池発電機の一例を図7に示す。上記燃料電池発電機は、原燃料を供給するボンベ71としてブタンガスカセットボンベと、原燃料供給配管72と、改質装置73と、電極を対とした複数のセルからなる燃料電池74を備える。上記原燃料供給配管72は、この配管中に開閉バルブ77を備えている。また、上記原燃料は、調圧器8でカセットボンベから供給されるガスの圧力を調整し、気化した状態で原燃料供給配管72を通って、水蒸気改質反応が行われる改質装置73の改質部73a、及び、反応の熱源を発生する改質装置73の燃焼部73bに供給される。上記改質装置73は、上記原燃料と水タンク79から供給される水分とで、水蒸気改質反応を行い改質ガスを生成し、改質ガス供給配管76を介して燃料電池74に改質ガスを供給する。上記燃料電池74は、複数のセルからなり、上記1組のセルは、固体高分子膜を有し、固体型高分子膜の片側の電極に改質ガスが、他の側の電極に空気(酸素)が供給されて発電が行われる。

発明が解決しようとする課題

0004

上記燃料電池発電機は、原燃料を改質装置73に安定して供給するために、原燃料供給配管72に所定温度に加温した原燃料ガスを導入している。上記燃料電池発電機の使用範囲の拡大にともなって、周囲の温度が例えば5〜10℃程度と低温で使用されることがある。その場合、上記燃料電池発電機を停止した際に原燃料供給配管72に滞留した原燃料のガスが液化し易い。そのため、上記燃料電池発電機は、稼動を開始する際に、原燃料供給配管72に貯まった液化した原燃料が、改質装置73に供給されて、水蒸気改質反応の低下を招く恐れがある。

0005

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、原燃料が原燃料供給配管中で液化することを抑えて、安定した改質反応を実現できる燃料電池発電機を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

請求項1記載の燃料電池発電機は、原燃料を供給するボンベと、この原燃料を改質装置に供給する原燃料供給配管と、原燃料を水蒸気改質して水素に富んだ改質ガスを生成する改質装置と、上記改質ガスを導入して発電する燃料電池を備える燃料電池発電機において、上記原燃料供給配管に分岐して、原燃料供給配管内に生じるドレンを貯めるドレンタンク具備することを特徴とする。上記によって、原燃料供給配管内に液化して滞留した原燃料をドレンタンクに収集するので、原燃料供給配管内を流れる原燃料ガスに液状の原燃料が混在しないため、改質装置で安定した改質反応を実現することができるものである。

0007

請求項2記載の燃料電池発電機は、請求項1記載の燃料電池発電機において、上記ドレンタンクを加熱する手段を有することを特徴とする。上記によって、ドレンタンクに貯まった原燃料をガス化して、改質装置で使用することができるものである。

0008

請求項3記載の燃料電池発電機は、請求項2記載の燃料電池発電機において、上記ドレンタンクを加熱する手段として、ドレンタンクの外壁付設したヒータで加熱することを特徴とする。

0009

請求項4記載の燃料電池発電機は、請求項2記載の燃料電池発電機において、上記ドレンタンクを加熱する手段として、改質装置で生じる排熱送風してドレンタンクを加熱することを特徴とする。上記によって、ドレンタンクを加熱して液化した原燃料を再びガス化し、改質装置で使用することを可能とすると共に、排熱を利用するので、熱エネルギー効率を向上するものである。

0010

請求項5記載の燃料電池発電機は、請求項2記載の燃料電池発電機において、上記ドレンタンクと改質装置の間に熱伝導性の高い金属を配設し、この金属をドレンタンクの外壁に巻くことで、改質装置で発生した熱をドレンタンクに伝熱することを特徴とする。

0011

請求項6記載の燃料電池発電機は、請求項2記載の燃料電池発電機において、上記燃料電池が発電する際に発生した熱を導入し、ドレンタンクを加熱することを特徴とする。

0012

請求項7記載の燃料電池発電機は、請求項1乃至請求項6いずれか記載の燃料電池発電機において、上記原燃料供給配管のボンベ側に第1の開閉バルブを有し、第1の開閉バルブより改質装置側の原燃料供給配管に、先端を外部に開放した第2の開閉バルブを有し、ボンベから原燃料の供給が停止した際に、第1の開閉バルブを閉じると共に、第2の開閉バルブを開放する手段を有することを特徴とする。上記によって、原燃料の供給が停止した際に、第2の開閉バルブを開放することで、原燃料供給配管内に残留した原燃料のガスを外部に排出することができるものである。

0013

請求項8記載の燃料電池発電機は、請求項1乃至請求項7いずれか記載の燃料電池発電機において、上記ボンベが、可搬型のブタンボンベであることを特徴とする。上記によって、発電機の小型化が実現できるものである。

発明を実施するための最良の形態

0014

本発明を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の請求項1、8に対応する実施の形態の一例を示し、燃料電池発電機を模式的に示したブロック図である。

0015

上記燃料電池発電機は、原燃料を供給するボンベ1と、この原燃料を改質装置3に供給する原燃料供給配管2と、改質装置3と、電極を対とした複数のセルからなる燃料電池4、及び、ドレンタンク5を備える。

0016

上記原燃料は、例えば、ブタンガス、プロパンガスメタンガス液化石油ガス等の炭化水素系の気体灯油軽油ガソリン等の炭化水素系の液体メタノールエタノール等のアルコール系燃料が挙げられる。この原燃料を貯蔵したボンベ1としては、入手が容易で取り扱いの便宜性から、ブタンガスを貯蔵した可搬型のブタンカセットボンベが好適である。上記原燃料は、ボンベ1から液体の状態で流出しないように供給口を上向きで設置し、調圧器8でガスの圧力が調整され、気化した状態で原燃料供給配管2を通って改質装置3に供給される。上記原燃料供給配管2は、配管中に原燃料の供給を調整する開閉バルブ7を、調圧器8の近傍に設けている。燃料電池発電機は、ボンベ1を未使用の間でも、ボンベ1から開閉バルブ7までの配管に原燃料のガスが滞留するので、開閉バルブ7を調圧器8の近傍に設けると、ガスの滞留する量を低減できるため、好ましい。上記原燃料は、原燃料供給配管2を通って、水蒸気改質反応が行われる改質装置3の改質部31、及び、反応の熱源を発生する改質装置3の燃焼部32に供給される。

0017

上記改質装置3は、上記原燃料が供給され、また、同時に水タンク9から水が供給される。上記改質装置3は、原燃料と水蒸気で水蒸気改質反応がなされ、水素に富んだ改質ガスを生成するものである。上記改質装置3は、上記水蒸気改質反応を行う改質部31に連接して、改質ガス中CO濃度を低下させるシフト反応部、さらにCOを選択的に酸化する選択酸化反応部を備える。また、上記改質装置3は、燃焼部32を有し、各反応工程に熱源を供給する。上記改質装置3は、生成した改質ガスを、改質ガス供給配管6を介して燃料電池4に供給する。

0018

上記燃料電池4は、複数のセルからなり、上記1組のセルは、固体型高分子膜を有し、固体型高分子膜の片側の電極に改質ガスが、他の側の電極に空気(酸素)が供給されて発電を行う。

0019

本発明の燃料電池発電機は、ドレンタンク5を具備するものである。上記ドレンタンク5は、開閉バルブ7と改質装置3と間にある原燃料供給配管2から分岐して、原燃料供給配管2より低位の位置に設けられている。上記ドレンタンク5は、原燃料供給配管2内で原燃料ガスが液化したために生じたドレンを、流れ落として貯めるものである。上記ドレンは、例えば、燃料電池発電機を周囲の温度が5〜10℃程度の低温で使用した場合等に発生する。上記燃料電池発電機は、原燃料供給配管2内に液化して滞留した原燃料をドレンタンク5に収集するので、原燃料供給配管2内を流れる原燃料ガスに液状の原燃料が混在しないため、改質装置3で安定した水蒸気改質反応を実現することができる。

0020

次に、本発明の他の実施の形態を説明する。図2は、本発明の請求項2、3に対応する実施の形態の一例を示し、燃料電池発電機を模式的に示したブロック図である。上述の実施の形態と異なる点のみ説明する。

0021

上記燃料電池発電機は、ドレンタンク5に液化した原燃料が貯まるので、この原燃料を再使用するために、ドレンタンク5を加熱し、原燃料ガスを発生させることが、要望される。上記燃料電池発電機は、ドレンタンク5を加熱する手段として、ドレンタンク5の外壁にヒータ11が付設されている。上記ヒータ11は、燃料電池発電機の稼動によって発電した電気等を利用すればよい。上記燃料電池発電機は、ドレンタンク5を加熱して液化した原燃料を再びガス化し、改質装置3で使用することを可能とするものである。

0022

図3は、本発明の請求項2、4に対応する実施の形態の一例を示し、燃料電池発電機を模式的に示したブロック図である。上述の実施の形態と異なる点のみ説明する。

0023

上記燃料電池発電機は、改質装置3の改質部31、及びこれに連接するシフト反応部、及び、選択酸化反応部で触媒を用いて各種の反応が行われる。改質装置3は、この反応を良好に行うために、温度調整が行われ、各種の熱が排出される。上記改質部31は、原燃料の種類によって規定されるが、原燃料にブタンを用いた場合、良好な水蒸気改質反応を行うために600℃以上に加熱される。また、改質部31に連接したシフト反応部は、200〜300℃程度に、選択酸化反応部は120〜180℃程度に温度調整される。

0024

上記燃料電池発電機は、改質装置3で発生した排熱を利用し、ドレンタンク5を加熱する。上記燃料電池発電機は、ドレンタンク5を収容したタンク室12に改質装置3の排熱が流れる排熱路13の少なくとも一部を連結している。上記燃料電池発電機は、排熱路13に形成したファン14を稼動することによって、改質装置3で発生した排熱をタンク室12に導入できるものである。上記燃料電池発電機は、ドレンタンク5を加熱して液化した原燃料を再びガス化し、改質装置3で使用することを可能とする。また、上記燃料電池発電機は、改質装置3で発生した排熱を利用するので、熱エネルギー効率を向上するものである。

0025

図4は、本発明の請求項2、5に対応する実施の形態の一例を示し、燃料電池発電機を模式的に示したブロック図である。上述の実施の形態と異なる点のみ説明する。

0026

上記燃料電池発電機は、ドレンタンク5と改質装置3の間に熱伝導性の高い金属からなる熱伝導体15を配設している。上記熱伝導体15は、その一端をドレンタンク5の外壁にコイル状に巻いてあると共に、他端を改質装置3の改質部31に形成している配管に接続している。上記熱伝導性の高い金属としては、銅が挙げられる。上記燃料電池発電機は、熱伝導体15をドレンタンク5と改質装置3の間に配することで、改質装置3で発生した熱をドレンタンク5に導入するものである。

0027

図5は、本発明の請求項2、6に対応する実施の形態の一例を示し、燃料電池発電機を模式的に示したブロック図である。上述の実施の形態と異なる点のみ説明する。

0028

上記固体型高分子膜型の燃料電池4は、作動温度が70〜80℃が適温である。上記燃料電池4は、稼動中に発熱するので、作動に適する温度になるよう、冷却が行われる。上記燃料電池発電機は、燃料電池4が作動する際に発生した熱を利用してドレンタンク5を加熱する。上記燃料電池発電機は、ドレンタンク5を収容したタンク室12に燃料電池4からの排熱が流れる排熱路16の少なくとも一部を連結しており、排熱路16に形成したファン17を稼動することによって、燃料電池4で発生した排熱をタンク室12に導入できる。

0029

なお、燃料電池4の排熱を利用する方法は、上記排熱路16を形成するものに限定されず、例えば、ドレンタンク5と燃料電池4の間に熱伝導性の高い金属からなる熱伝導体を配設してもよい。また、上記燃料電池発電機は、上記固体型高分子膜型の燃料電池4を用いた実施の形態に限るものではない。

0030

次に、本発明の他の実施の形態を説明する。図6は、本発明の請求項7に対応する実施の形態の一例を示し、燃料電池発電機を模式的に示したブロック図である。上述の実施の形態と異なる点のみ説明する。

0031

上記燃料電池発電機は、原燃料供給配管2のボンベ1側に、第1の開閉バルブ21を備える。上記第1の開閉バルブ21は、開閉することで、原燃料供給配管2内に原燃料が流れたり停止したりする。上記原燃料供給配管2は、第1の開閉バルブ21より改質装置3側に、原燃料供給配管2より分岐した排気用配管23を有している。上記燃料電池発電機は、上記排気用配管23に第2の開閉バルブ22を有し、その先端を外部に開放している。上記燃料電池発電機は、第2の開閉バルブ22を閉じた状態で使用する。そして、上記燃料電池発電機は、ボンベ1から原燃料の供給が停止した際に、第1の開閉バルブ21を閉じると共に、第2の開閉バルブ22を開放する。上記燃料電池発電機は、原燃料の供給が停止した際に、第2の開閉バルブ22を開放することで、原燃料供給配管2内に残留した原燃料のガスを外部に排出することができるものである。上記燃料電池発電機は、残留する原燃料を減少することで、原燃料供給配管2内で原燃料が液化し難くして、改質装置3で、より安定した改質反応を実現するものである。

発明の効果

0032

本発明の請求項1記載の燃料電池発電機は、原燃料供給配管内に液化して滞留した原燃料をドレンタンクに収集するので、原燃料供給配管内を流れる原燃料ガスに液状の原燃料が混在しないため、改質装置で安定した改質反応を実現することができる。

0033

さらに、本発明の請求項2〜6記載の燃料電池発電機は、上記効果に加えて、ドレンタンクを加熱して液化した原燃料を再びガス化し、改質装置で使用することができる。

0034

さらに、本発明の請求項7記載の燃料電池発電機は、上記効果に加えて、残留する原燃料を減少できるため、原燃料供給配管内で原燃料を液化し難くして、改質装置で、より安定した改質反応を実現するものである。

図面の簡単な説明

0035

図1本発明に係る燃料電池発電機の実施の形態の一例を、模式的に示したブロック図である。
図2本発明に係る燃料電池発電機の他の実施の形態の一例を、模式的に示したブロック図である。
図3本発明に係る燃料電池発電機の他の実施の形態の一例を、模式的に示したブロック図である。
図4本発明に係る燃料電池発電機の他の実施の形態の一例を、模式的に示したブロック図である。
図5本発明に係る燃料電池発電機の他の実施の形態の一例を、模式的に示したブロック図である。
図6本発明に係る燃料電池発電機の他の実施の形態の一例を、模式的に示したブロック図である。
図7従来の燃料電池発電機の一例を模式的に示したブロック図である。

--

0036

1ボンベ
2原燃料供給配管
3改質装置
4燃料電池
5ドレンタンク
7開閉バルブ
11ヒータ
14 ファン

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