JP2000058098A

JP2000058098A - 燃料電池装置および燃料電池装置の利用システム

Info

Publication number: JP2000058098A
Application number: JP10228051A
Authority: JP
Inventors: Miya Sasaki; 美弥佐々木; Kokichi Furuhama; 功吉古浜; Koichi Yamaguchi; 山口　　広一
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-08-12
Filing date: 1998-08-12
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、特に船舶や離島などの海水が比較的
容易に得られる環境条件下での使用に最適な燃料電池装
置と、その利用システムを提供する。【解決手段】燃料から水素を取出す改質装置１と、この
改質装置から得られる水素を水素イオンに換えて電解質
に導き酸素と反応させて電気の発生を得る燃料電池本体
３とから構成される燃料電池装置において、改質装置お
よび燃料電池本体の少なくともいずれか一方に、海水を
用いるとともに、燃料電池装置で電気の発生とともに生
成される水を、船舶あるいは離島など生活飲用水の供給
が制限され易い環境条件下における生活飲料水として使
用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、海水を用いて電気
を発生する燃料電池装置と、この燃料電池装置を船舶あ
るいは離島などの比較的海水が容易に得られ、かつ市中
一般的な環境と比較して不利な条件下で使用するための
燃料電池装置の利用システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池装置は、天然ガスなどの燃料を
改質して得られる水素と、空気中の酸素とを電気化学的
に反応させて発電するものであり、原理的に電気分解の
逆の現象となる。

【０００３】通常用いられる一次電池は反応物の出入り
がないため、ある程度の期間が経過すると化学反応が終
了して電気を供給できなくなる。これに対して燃料電池
装置は、反応物の補給と生成物の排出が連続して行われ
るので、電気が連続して発生することが特徴である。

【０００４】燃料電池装置は、電解質を充填して電気を
発生させる燃料電池本体と、この燃料電池本体に水素リ
ッチなガスを供給するため燃料を改質する改質装置とで
構成され、燃料電池本体で発生した電気である直流電流
を交流電流に変換する直交変換装置などの周辺装置が備
えられる。

【０００５】この燃料電池装置を用いた発電システム
は、従来の発電方式のような熱エネルギや運動エネルギ
の過程を経ない直接発電であり、小規模でも高い発電効
率を確保でき、しかも窒素酸化物などの有害物の排出が
なく、振動騒音が小さいために環境保全の面からも極め
て有利である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の燃料
電池装置では、燃料としてメタノールが用いられてお
り、このメタノール燃料の保管と補給に手間がかかって
広く一般的に用いられるには不利となっていた。

【０００７】本来、燃料電池装置は、たとえば船舶や離
島など市中電源や市中燃料源が得られない環境条件下で
日常的に、かつ連続して発電させることを目的として開
発されたものでありながら、極めて大量のメタノール燃
料を用意しなければならないので、実用に至るまでには
多くの問題をかかえている。

【０００８】一方、船舶では水タンクを備えて真水であ
る生活用水を確保しているが、長期に亘る航海では不自
由であることは勿論であり、離島では水源を確保するこ
とは困難な場合が多く、雨水を集溜して不足分を補うこ
ともあるが、それとて天候に大きく左右されてしまう。

【０００９】本発明は、上記事情にもとづいてなされた
ものであり、その目的とするところは、特に船舶や離島
などの海水が比較的容易に得られる環境条件下での使用
に最適な燃料電池装置を提供しようとするものであり、
さらにこの燃料電池装置を多岐に亘る利用を可能とした
燃料電池装置の利用システムを提供しようとするもので
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の燃料電池装置は、請求項１として、燃料から水
素を取出す改質装置と、この改質装置から得られる水素
を水素イオンに換えて電解質に導き酸素と反応させて電
気を発生する燃料電池本体とから構成される燃料電池装
置において、上記改質装置および燃料電池本体の少なく
ともいずれか一方に、海水を用いることを特徴とする。

【００１１】請求項２として、請求項１記載の燃料電池
装置において上記改質装置は、燃料として海水を用いる
ことを特徴とする。請求項３として、請求項２記載の燃
料電池装置において上記改質装置は光触媒装置であり、
燃料として供給された海水を光触媒作用によって水素と
酸素に分解することを特徴とする。

【００１２】請求項４として、請求項２記載の燃料電池
装置において上記改質装置は電気分解装置であり、燃料
として供給された海水を電気分解作用によって水素と酸
素に分解することを特徴とする。

【００１３】請求項５として、請求項１記載の燃料電池
装置において上記燃料電池本体は、電解質として海水を
用いることを特徴とする。請求項６として、請求項５記
載の燃料電池装置において上記電解質は、海水に含まれ
る陽イオンおよび陰イオンを用いることを特徴とする。

【００１４】請求項７として、請求項６記載の燃料電池
装置において上記改質装置は、燃料としてメタンあるい
はエタノールを改質することを特徴とする。上記目的を
達成するため本発明の燃料電池装置の利用システムは、
請求項８として、改質装置および燃料電池本体の少なく
ともいずれか一方に海水を用いる燃料電池装置におい
て、上記燃料電池装置で電気の発生とともに生成される
水を、上記改質装置の熱源として利用することを特徴と
する。

【００１５】請求項９として、改質装置および燃料電池
本体の少なくともいずれか一方に海水を用いる燃料電池
装置において、上記燃料電池装置で電気の発生とともに
生成される水を、船舶あるいは離島など生活飲用水の供
給が制限され易い環境条件下における、生活飲料水とす
ることを特徴とする。

【００１６】請求項１０として、請求項９記載の燃料電
池装置の利用システムにおいて上記水の流通路に、水を
ろ過するとともに、この水にミネラル分を添加するフィ
ルタ装置を備えたことを特徴とする。

【００１７】上記目的を達成するため本発明の燃料電池
装置の利用システムは、請求項１１として、改質装置お
よび燃料電池本体の少なくともいずれか一方に海水を用
いる燃料電池装置において、上記燃料電池装置で電気の
発生とともに生成される水を、船舶あるいは離島など給
湯設備の補助水の供給が制限され易い環境条件下におけ
る、給湯設備の補助水とすることを特徴とする。

【００１８】上記目的を達成するため本発明の燃料電池
装置の利用システムは、請求項１２として、改質装置お
よび燃料電池本体の少なくともいずれか一方に海水を用
いる燃料電池装置において、上記燃料電池装置で電気の
発生とともに生成される廃熱を、船舶あるいは離島など
市中熱源が得られない環境条件下における、給湯設備の
熱源とすることを特徴とする。

【００１９】請求項１３として、請求項１２記載の燃料
電池装置の利用システムにおいて上記燃料電池装置で発
生する電気を、上記給湯設備に備えられる加熱体の電源
として供給することを特徴とする。

【００２０】請求項１４として、請求項１２記載の燃料
電池装置の利用システムにおいて上記燃料電池装置と並
列に太陽熱集熱装置が接続され、日照条件に応じて、燃
料電池装置で生成される廃熱と、太陽熱集熱装置が収集
した熱を、給湯設備の熱源として切換えて供給すること
を特徴とする。

【００２１】請求項１５として、請求項１４記載の燃料
電池装置の利用システムにおいて上記太陽熱集熱装置は
蓄熱機能を備えていて、太陽熱集熱装置の集熱が不可能
なときは、給湯設備の熱源として、太陽熱集熱装置の蓄
熱もしくは燃料電池装置の廃熱を使用することを特徴と
する。

【００２２】上記目的を達成するため本発明の燃料電池
装置の利用システムは、請求項１６として、改質装置お
よび燃料電池本体の少なくともいずれか一方に海水を用
いる燃料電池装置において、上記燃料電池装置で電気の
発生とともに生成される廃熱を、船舶上あるいは離島な
ど市中熱源が得られない環境条件下における、空気調和
設備の熱源とすることを特徴とする。

【００２３】請求項１７として、請求項１６記載の燃料
電池装置の利用システムにおいて上記空気調和設備は、
床暖房装置であることを特徴とする。請求項１８とし
て、請求項１７記載の燃料電池装置の利用システムにお
いて上記床暖房装置に用いられる燃料電池装置は、床下
に配置されることを特徴とする。

【００２４】請求項１９として、請求項１８記載の燃料
電池装置の利用システムにおいて上記床暖房装置は、床
面下部に沿って設けられる配管からなり、この配管に上
記燃料電池装置で電気の発生とともに生成される温水を
導くことを特徴とする。

【００２５】請求項２０として、請求項１９記載の燃料
電池装置の利用システムにおいて上記床暖房装置に導い
て床暖房をなした温水を、再び上記燃料電池装置におけ
る燃料として用いることを特徴とする。

【００２６】請求項２１として、請求項１７記載の燃料
電池装置の利用システム上記床暖房装置にて床暖房をな
した温水を、給湯設備に用いることを特徴とする。上記
目的を達成するため本発明の燃料電池装置の利用システ
ムは、請求項２２として、改質装置および燃料電池本体
の少なくともいずれか一方に海水を用いる燃料電池装置
において、上記燃料電池装置で発生する電気を、船舶あ
るいは離島など市中電源が得られない環境条件下におけ
る、各種の電気機器の電源とすることを特徴とする。

【００２７】請求項２３として、請求項２２記載の燃料
電池装置の利用システムにおいて上記燃料電池装置と並
列に蓄電機能を備えた太陽電池装置が接続され、日照条
件に応じて、燃料電池装置と太陽電池装置の発生電気を
上記電気機器の電源として切換えて用いることを特徴と
する。

【００２８】上記目的を達成するため本発明の燃料電池
装置の利用システムは、請求項２４として、改質装置お
よび燃料電池本体の少なくともいずれか一方に海水を用
いる燃料電池装置において、上記燃料電池装置で発生す
る電気を、船舶におけるスクリュウの駆動用電源とする
ことを特徴とする。

【００２９】請求項２５として、請求項２４記載の燃料
電池装置の利用システムにおいて上記船舶は上記燃料電
池装置とともに内燃機関が搭載され、これらと燃料電池
装置と内燃機関は必要に応じて切換えて用いることを特
徴とする。

【００３０】このような課題を解決する手段を備えるこ
とにより、特に船舶や離島などの海水が容易に得られる
環境下での使用に最適な燃料電池装置と、この燃料電池
装置を利用したシステムが得られる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
にもとづいて説明する。図１に、燃料電池装置Ｓの基本
構成を示し、請求項１および請求項２の実施の形態を説
明する。

【００３２】この燃料電池装置Ｓは、改質装置１と、こ
の改質装置１と２本の配管２ａ，２ｂを介して連通され
る燃料電池本体３とから構成され、周辺装置として燃料
電池本体３に電気的に接続される直交変換装置４があ
る。

【００３３】上記改質装置１には、図示しない燃料供給
源と連通する燃料供給管５が接続される。この実施の形
態では燃料として海水を用いることを前提としており、
燃料供給源は海水中に浸漬される海水汲み上げポンプと
なる。

【００３４】上記燃料電池本体３は、内部に電解質６が
充填されるとともに一対の電極７ａ，７ｂが対向して配
置される。一方の電極７ａは負極として上記直交変換装
置４に接続され、かつ他方の電極７ｂは正極として直交
変換装置４に接続される。

【００３５】また、燃料電池本体３下部には排水管８が
接続されていて、ここに導かれる水は後述するようにし
て有効に利用される。このような燃料電池装置Ｓにおい
て、燃料供給管５から燃料である海水が改質装置１に導
かれ、海水から酸素と水素が取り出される。改質装置１
から一方の配管２ａを介して燃料電池本体３内の負極７
ａに水素が供給され、他方の配管２ｂを介して燃料電池
本体３内の正極７ｂに酸素が供給される。

【００３６】燃料電池本体３内において、負極７ａに導
かれた水素は水素イオンとなり、電池本体３内に充填さ
れる電解質６を通過して正極７ｂに到達し再び酸素と反
応する。このことにより、負極７ａと正極７ｂとの間に
電位差が生じ、すなわち電気が発生する。

【００３７】発生した電気は直流であって、直交変換装
置４に導かれて交流出力に変換される。したがって、種
々の電力用途に消費できる。同時に、水および廃熱が生
成される。この水は、熱を持っている水（水蒸気）であ
り、排水管５を介して燃料電池本体３から排出される。

【００３８】このような燃料電池装置Ｓであり、燃料と
して、特に船舶や離島などでは比較的容易に得られる海
水を用いることで、燃料の管理と補給に手間がかからず
にすみ、発電コストの低減化を得られる。

【００３９】図２にもとづいて、請求項３の実施の形態
を説明する。ここでは、光触媒装置１Ａからなる改質装
置が用いられる。この光触媒装置１Ａは、ガラス板を用
いて密閉構造とした光触媒槽１０と、この光触媒槽１０
内に充填されるたとえば酸化チタンからなる光触媒１１
と、光触媒槽１０の内壁面に塗布される光反射膜１２
と、光触媒槽１０内の上下部に配置される光源１３およ
び光触媒槽１０で分解される水素を透過する水素透過膜
１４から構成される。

【００４０】上記ポンプ１５を駆動することにより燃料
供給管５から燃料である海水が汲み上げられ、光触媒槽
１０内に導かれる。光触媒槽１０内では光源１３が点灯
されて光照射をなし、この光は光反射膜１２に当たって
反射を繰り返す。上記光触媒１１は光の散乱によるエネ
ルギを受け、海水を酸素と水素に分解する。

【００４１】光触媒槽１０から導出される酸素と水素の
うち、特に水素は水素透過膜１４を透過して図１に示し
た燃料電池本体３内の負極７ａに導かれ水素イオンに換
わる。酸素は燃料電池本体３内の正極７ｂに導かれ、水
素イオンと酸素は再び反応して電位差を生じ、電気を発
生する。

【００４２】このように改質装置として光触媒装置１Ａ
を用いたので、上記光触媒１１に対する分解エネルギを
供給する必要がなく、この耐久性がほとんど損なわれず
にすみ、発電コストのさらなる低減化に寄与する。

【００４３】図３にもとづいて、請求項４の実施の形態
を説明する。ここでは、電気分解槽１Ｂからなる改質装
置が用いられる。この電気分解槽１Ｂは、燃料である海
水を供給する燃料供給管５が接続される槽本体１６内を
隔膜１７によって２室１８ａ，１８ｂに仕切ってある。
一方室１８ａには陰極板１９ａが吊持され、他方室１８
ｂには陽極板１９ｂが吊持される。そして、各室１８
ａ，１８ｂには配管２ａ，２ｂが接続され，図１で示す
燃料電池本体３に連通している。

【００４４】図示しないポンプを駆動して燃料である海
水を燃料供給管５から槽本体１６内に導き、かつ陰極板
１９ａと正極板１９ｂに通電すると、海水は酸素と水素
に分解する。

【００４５】負極板１９ａの吊持室１８ａに水素が発生
し、配管２ａを介して燃料電池本体３に導かれ水素イオ
ンに換わる。正極板１９ｂの吊持室１８ｂに酸素が発生
し、燃料電池本体３に導かれて水素イオンと再び反応す
る。したがって、電位差が生じて電気が発生するところ
となる。

【００４６】このように改質装置として電気分解槽１Ｂ
を用いたので、改質作用の信頼性の向上を得られる。ま
た、電気分解作用をなすための電力は、燃料電池装置Ｓ
で得られる電気の一部を充当すれば、発電コストのさら
なる低減化に寄与する。

【００４７】図４（Ａ）（Ｂ）にもとづいて、請求項５
ないし請求項８の実施の形態を説明する。図４（Ａ）に
示すように、燃料電池装置Ｓは先に図１で説明した改質
装置１と、燃料電池本体３などから構成される。ここで
は、燃料電池本体３に充填される電解質６Ａとして海水
を用いる。

【００４８】すなわち、海水中には、陽イオンであるナ
トリウムイオン（Ｎａ⁺ ）、カリウムイオン（Ｋ⁺ ）、
マグネシウムイオン（Ｍｇ⁺ ）およびカルシウムイオン
（Ｃａ²⁺）などが、また、陰イオンである塩素イオン
（Ｃｌ）および硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2-）などが溶け込
んでおり、電解質６Ａとして適性があるので使用する。

【００４９】なお、改質装置１に供給する燃料として、
先に説明したように海水を用いることができるが、この
ほか、メタンあるいはエタノールを燃料として供給して
もよい。

【００５０】図４（Ｂ）に、燃料としてメタン（ＣＨ
₄ ）を改質する改質装置１Ｃを示す。この改質装置１Ｃ
は、後述する脱硫器２０と、改質器２１およびＣＯ変換
器２２とから構成される。

【００５１】すなわち、メタン（ＣＨ₄ ）は都市ガスと
して用いられていて入手が比較的簡単であるが、付臭剤
である有機硫黄酸化物が添加されている。この有機硫黄
酸化物を除去するため脱硫反応を起す脱硫器２０が備え
られる。

【００５２】上記脱硫器２０として、たとえば、付臭剤
を水素と反応させて硫黄分を硫化水素としたあと酸化亜
鉛と反応させて吸収する水添加脱硫方式や、活性炭など
のフィルタを用いて付臭剤の硫黄分を物理的に吸着させ
る吸着方式などがある。

【００５３】上記改質器２１において、メタンから酸素
と水素を取出す改質反応を生じるために６００〜７００
℃の加熱が必要である。この改質器２１で改質されたガ
スに含まれる５〜１０％程度の一酸化炭素（ＣＯ）を１
％以下に低減させるため、ＣＯ変換器２２で水を加えて
二酸化炭素（ＣＯ₂ ）に添加する。

【００５４】このＣＯ変換反応を得るためには２００〜
３００℃の熱が必要であり、改質した水素と酸素を燃料
電池本体３に導びいて電気を発生する一方で、一酸化炭
素が低減するところから、いわゆる電池効率の低下がな
い。

【００５５】再び図４（Ａ）に示すように、燃料電池本
体３に接続される排水管８Ａは、改質装置１に接続され
る燃料供給管５の中途部に連通していて、燃料電池本体
３から排出される水を燃料に供給するようになってい
る。

【００５６】実際に燃料電池本体３から排出される水は
高温の蒸気、すなわち水蒸気化されていて、燃料供給管
５に到達する以前に冷却しないよう、上記排水管８Ａ周
面には図示しない断熱材が巻装され外気から断熱され
る。

【００５７】このように電解質６Ａとして、特に船舶や
離島などでは比較的容易に得られる海水を用いること
で、発電コストの低減化を得られる。また、電気の発生
にともなって生成される廃熱の有効利用を図れる。

【００５８】図５にもとづいて、請求項９および請求項
１０の実施の形態を説明する。燃料電池装置Ｓは、先に
図１で説明したように、海水を燃料とした改質装置１
と、海水から分解された酸素と水素を導いて反応させ電
気を発生する燃料電池本体３などからなる。

【００５９】ここでは、排水管８の中途部にフイルタ装
置２５が接続され、排水管８の先端部には図示しない給
水栓が接続される。上記フィルタ装置２５は、燃料電池
本体３で発生する電気とともに生成される水を導いてろ
過するとともに、このろ過水にミネラル分を添加するミ
ネラル分添加剤が充填される。

【００６０】上記給水栓は、たとえば船舶や離島など、
燃料としての海水が比較的容易に得られるとともに真水
（生活飲料水）の供給が制限され易い居住条件下での、
ちゅう房設備に取付ける。

【００６１】このように、船舶や離島などで海水を燃料
として供給することにより、低コストで必要な電気量を
確保できる一方で、船舶や離島などでは生活飲料水が不
足し易いので、電気の発生とともに生成される水を生活
飲料水として使用する。

【００６２】なお、燃料電池本体３から排出される水は
硬水であり、そのままでは飲み水として適さないため、
上記フィルタ装置２５でミネラル分を添加する。図６に
もとづいて、請求項１１の実施の形態を説明する。

【００６３】燃料電池装置Ｓは、先に図１で説明したよ
うに、海水を燃料とした改質装置１と、海水から分解さ
れた酸素と水素を導いて反応させ電気を発生する燃料電
池本体３などからなる。

【００６４】ここでは温水を集溜する温水タンク２６
と、この温水タンク２６の温水を加熱する加熱体である
ヒータ２７とから構成される給湯設備２８が配置されて
いて、上記温水タンク２６と燃料電池本体３は上記排水
管８を介して連通される。

【００６５】この給湯設備２８は、たとえば船舶や離島
など、燃料としての海水が比較的容易に得られるととも
に真水（給湯設備の補助水）の供給が制限され易い居住
条件下に備える。

【００６６】このように、船舶や離島などで海水を燃料
電池装置Ｓの燃料として供給することにより、低コスト
の発電と必要な電気量を確保できる一方で、船舶や離島
などでは給湯設備の補助水が不足し易いので、電気の発
生とともに生成される水を上記給湯設備２８の補助水と
して使用する。

【００６７】図７にもとづいて、請求項１２および請求
項１３の実施の形態を説明する。燃料電池装置Ｓは、先
に図１で説明したように、海水を燃料とした改質装置１
と、海水から分解された酸素と水素を導いて反応させ電
気を発生する燃料電池本体３などからなる。

【００６８】ここでは温水を集溜する温水タンク２６
と、この温水タンク２６の温水を加熱する加熱体である
ヒータ２７とから構成される給湯設備２８が配置され、
上記ヒータ２７の電源部２７Ａは直交変換装置４と電気
的に接続されている。

【００６９】上記温水タンク２６内には熱交換器２９が
収容されていて、この熱交換器２９は燃料電池本体３に
接続される排水管８に連通する。すなわち、排水管８か
ら導かれる水は高温であるので、温水タンク２６内に集
溜される温水に放熱して、温水に対する加温もしくは保
温をなす。熱交換器２９から出た水は、先に説明したよ
うに有効利用すればよい。

【００７０】このように、船舶や離島などで海水を燃料
電池装置Ｓの燃料として供給することにより、低コスト
の発電と必要な電気量を確保できる一方で、得られた電
気を給湯設備２８のヒータ電源２７Ａとして用いること
により、給湯設備２８のランニングコストの低減化を図
れる。

【００７１】図８（Ａ）（Ｂ）にもとづいて、請求項１
４の実施の形態を説明する。図８（Ａ）に示すように、
たとえば船舶や離島などでは太陽熱を集熱するのに有利
であるので、上記燃料電池装置Ｓとともに太陽熱集熱装
置（以下、ソーラシステムと呼ぶ）Ｔを備える。

【００７２】そして、燃料電池装置Ｓの発電にともなっ
て生成される廃熱を導く配管３０と、ソーラシステムＴ
で収集した熱を導く配管３１が合流し、給湯設備２８の
熱源部３２に接続される。各配管３０，３１の合流部に
は三方切換え弁３３が設けられている。

【００７３】このような燃料電池装置Ｓとソーラシステ
ムＴは、図８（Ｂ）に示すフローチャートにもとづいて
切換え制御される。ステップＳ１でスタートしたあと、
ステップＳ２で太陽熱の収集が可能な日照条件にあるか
否かを判断する。太陽熱の収集が可能な状態では、ステ
ップＳ３に移って切換え弁３３をソーラシステムＴと給
湯設備熱源部３２が連通するよう切換え、ソーラシステ
ムＴを稼動状態となす。

【００７４】ステップＳ４でソーラシステムＴによる集
熱量が給湯設備２８の使用最大熱量を超えるようであれ
ば、すなわちエネルギ不足であるか否かを判断し、エネ
ルギ不足でなければ、ソーラシステムＴで得た熱を給湯
設備２８の熱源部３２を供給する。

【００７５】また、ソーラシステムＴの集熱量が所定値
以下であって給湯設備２８におけるエネルギ不足となる
場合は、ステップＳ５に移って上記切換え弁３３を切換
えて燃料電池装置Ｓの廃熱を給湯設備熱源部３２に導
く。

【００７６】この状態を、ソーラシステムＴが太陽熱を
集熱でき、しかもその熱量が給湯設備熱源部３２に対す
るエネルギ不足とならない状態まで継続する。したがっ
て、燃料電池装置Ｓの廃熱を補助的に用いることができ
る。

【００７７】このように、船舶や離島などで海水を燃料
電池装置Ｓの燃料として供給することにより、低コスト
の発電と必要な電気量を確保できる一方で、船舶や離島
などでは太陽熱を集熱するのに有利であるのでソーラシ
ステムＴを備え、日照条件に応じて燃料電池装置Ｓの廃
熱と適宜切換えれば、給湯設備２８のさらなるランニン
グコストの低減化を図れる。

【００７８】図９（Ａ）（Ｂ）にもとづいて、請求項１
５の実施の形態を説明する。図９（Ａ）に示すように、
たとえば船舶や離島などで上記燃料電池装置Ｓと、太陽
熱集熱装置（以下、ソーラシステムと呼ぶ）Ｔを備え、
このソーラシステムＴには付帯設備として蓄熱器ｔが切
換え弁３４を介して接続される。

【００７９】そして、ソーラシステムＴで収集した熱を
導く配管３１と、蓄熱器ｔでの蓄熱を導く配管３５とが
三方切換え弁３６を介して接続され、この切換え弁３６
の残りのポートは燃料電池装置Ｓと、給湯設備２８の熱
源部３２とを連通する三方切換え弁３３に接続される。

【００８０】実際には、図９（Ｂ）に示すフローチャー
トにもとづいて切換え制御される。ステップＴ１でスタ
ートしたあと、ステップＴ２で太陽熱の収集が可能な日
照条件にあるか否かを判断する。太陽熱の収集が可能な
状態では、ステップＴ３に移って三方切換え弁３３，３
３をソーラシステムＴと給湯設備熱源部３２が連通する
よう切換え、ソーラシステムＴを稼動状態となす。

【００８１】ステップＴ４でソーラシステムＴによる集
熱量が給湯設備２８の使用最大熱量を超えるようであれ
ば、すなわちエネルギ不足であるか否かを判断し、エネ
ルギ不足であればステップＴ５に移って上記蓄熱器ｔに
おける蓄熱量を判断する。

【００８２】蓄熱量が不足していれば、ステップＴ６で
三方切換え弁３３を燃料電池装置Ｓ側に切換えて可動状
態となし、ここで電気の発生とともに生成される廃熱を
給湯設備２８の熱源部３２を供給する。

【００８３】また、ステップＴ４でエネルギ量が充足し
ている、すなわちソーラシステムＴで収集した熱量が給
湯設備熱源部３２の最大使用量を上回る場合は、ステッ
プＴ７に移ってその上回った分の熱量を蓄熱する。ステ
ップＴ５で蓄熱器ｔの蓄熱量が充分であると判断した
ら、ステップＴ８に移ってその蓄熱を放出するよう三方
切換え弁３６，３３を切換える。

【００８４】このように、燃料電池装置Ｓと蓄熱機能を
有するソーラシステムＴを備えることにより、さらに熱
の有効利用を図れ、給湯設備２８におけるランニングコ
ストをより低減化する。

【００８５】図１０および図１１にもとづいて、請求項
１６ないし請求項２０の実施の形態を説明する。図１０
に示すように燃料電池装置Ｓは、先に図１で説明したよ
うに、海水を燃料とした改質装置１と、海水から分解さ
れた酸素と水素を導いて反応させ電気を発生する燃料電
池本体３などからなる。

【００８６】ここでは、空気調和設備として居室の床面
３７に備えられる床暖房装置Ｙが、燃料電池装置Ｓを構
成する燃料電池本体３と排水管８を介して連通される。
床暖房装置Ｓから延出される配管は排水管８Ａとして、
改質装置１へ海水である燃料を供給する燃料供給管５に
接続される。

【００８７】上記床暖房装置Ｙは、たとえば船舶や離島
など、燃料としての海水が比較的容易に得られるととも
に都市ガスなどの市中熱源が得られない環境条件下で使
用する。

【００８８】図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、居室床
面３７の裏面側に沿って蛇行状に配設される配管３８で
床暖房装置Ｙが構成される。そして、床下の空間部に燃
料電池装置Ｓが配置される。

【００８９】上記燃料電池装置Ｓの発電にともなって生
成される廃熱を床暖房装置Ｙの熱源として用いる。実際
には、燃料電池本体３から排出される高温の水（水蒸
気）を床面３７下部に沿って配設された床暖房装置Ｙで
ある配管３８に導く。

【００９０】高温の水蒸気は配管３８から放熱して床面
３７を温たため、床暖房をなす。このあと、温水を排水
管８Ａを介して燃料供給管５に導き、燃料電池装置Ｓに
おける燃料として用いることにより無駄のない利用をな
す。

【００９１】このように、船舶や離島などで海水を燃料
電池装置Ｓの燃料として供給することにより、低コスト
の発電と必要な電気量を確保できる一方で、生成される
廃熱を床暖房装置Ｙの熱源として用いて、この装置Ｙの
ランニングコストの低減化を得る。しかも、床暖房装置
Ｙを配置してもなお床下には充分な空間スペースが存在
するので、ここに燃料電池装置Ｓを配置して床下の有効
利用を図れる。

【００９２】図１２にもとづいて、請求項２１の実施の
形態を説明する。燃料電池装置Ｓは先に図１で説明した
ように、海水を燃料とした改質装置１と、海水から分解
された酸素と水素を導いて反応させ電気を発生する燃料
電池本体３などからなる。

【００９３】そして、先に図１０および図１１で説明し
た空気調和設備として床暖房装置Ｙが備えられていて、
この床暖房装置Ｙと燃料電池本体３とは排水管８を介し
て連通される。

【００９４】ここでは、床暖房装置Ｙから延出される排
水管８Ａが給湯設備２８を構成する温水タンク２６に接
続される。すなわち、床暖房装置Ｙで放熱した水を補助
水として給湯設備２８に導き、加熱ヒータ２７で加熱す
る。この加熱ヒータ２７の電源２７Ａを先に説明したよ
うに燃料電池装置Ｓで発生する電気を用いてもよいこと
は勿論である。

【００９５】給湯設備２８で所定温度以上に加熱した
ら、この温水の一部を再び床暖房装置Ｙを構成する配管
に導く循環回路４０を備えることにより、燃料電池装置
Ｓで生成される廃熱のさらなる有効利用を図れる。

【００９６】図１３にもとづいて、請求項２２の実施の
形態を説明する。燃料電池装置Ｓは先に図１で説明した
ように、海水を燃料とした改質装置１と、海水から分解
された酸素と水素を導いて反応させ電気を発生する燃料
電池本体３などからなる。

【００９７】上記燃料電池装置Ｓは、たとえば船舶や離
島など市中電源が得られない環境条件下に配置され、こ
の場所で用いられる各種の電気機器Ｋ、たとえば冷蔵庫
ａ、テレビｂ、照明器具ｃ、パソコンｄ、電気掃除機ｅ
あるいは図示しない洗濯機、エアコンなどと電気的に接
続される。

【００９８】このように、船舶や離島などで燃料電池装
置Ｓの燃料として海水を供給することにより、低コスト
の発電と必要な電気量を確保できる一方で、燃料電池装
置Ｓで作られた電気を各種の電気機器Ｋへ供給すれば、
比較的廉いコストで電気を消費できる。

【００９９】図１４および図１５にもとづいて、請求項
２３の実施の形態を説明する。図１４（Ａ）に示すよう
に、たとえば船舶や離島などでは太陽熱を集熱するのに
有利であるところから、燃料電池装置Ｓとともに太陽熱
を集熱して発電する太陽電池装置Ｄ（以下、ソーラシス
テムと呼ぶ）を備える。このソーラシステムＤは、後述
する多数のセル５０を並べて構成するものであり、かつ
畜電装置Ｈが付設される。

【０１００】燃料電池装置Ｓで得られる電気を導く送電
線４１と、ソーラシステムＤで得られる電気もしくは蓄
電装置Ｈの電気を導く送電線４２を切換えスイッチ４３
を介して合流し、これは船舶や離島などで用いられる各
種の上記電気機器Ｋに接続される。

【０１０１】なお、ソーラシステムＤと畜電装置Ｈとは
切換え手段４４を介して接続され、かつソーラシステム
Ｄと畜電装置Ｈは切換えスイッチ４５を介して上記送電
線４２に接続される。

【０１０２】図１４（Ｂ）に、上記ソーラシステムＤに
用いられるセル５０を示す。これは、Ｎ型半導体素子５
１と、このＮ型半導体素子５１下面一部のみが露出する
よう覆うＰＮ接合半導体素子５２と、このＰＮ接合半導
体素子５２の周面全てを覆うＰ型半導体素子５３からな
る。

【０１０３】Ｐ型半導体素子５３の表面側に反射防止膜
５４が取付けられていて、この面で太陽光を受けるよう
になっている。また、Ｎ型半導体素子５１の露出部分に
は導電電極を介して端子５５が取付けられ負極に接続さ
れる。Ｐ型半導体素子５６の一部には導電電極を介して
端子５６が取付けられ正極に接続される。

【０１０４】このようにして構成されるセル５０が多数
個平面状に並べて設けられ、反射防止膜５４の表面に光
が当たると、光電効果により正孔と電子の対が作られ、
上記電子は伝導体にたたき上げられる。

【０１０５】上記ＰＮ接合半導体素子５２近傍の電子は
Ｎ型半導体素子５１側へ移動し、かつ正孔はＰ型半導体
素子５３側へ移動する。Ｐ型半導体素子５３側において
正の起電力が生じ、Ｎ型半導体素子５１側において負の
起電力が生じる。したがって、外部に接続される負荷に
電流が流れるようになっている。

【０１０６】このような蓄電熱機能を備えたソーラシス
テムＤと燃料電池装置Ｓは、図１５に示すフローチャー
トにもとづいて切換え制御される。すなわち、ステップ
Ｕ１でスタートしたあと、ステップＵ２で太陽熱の収集
が可能な日照条件にあるか否かを判断する。太陽熱の収
集が可能な状態では、ステップＵ３に移って切換えスイ
ッチ４５，４３をソーラシステムＤと電気機器Ｋが連通
するよう切換え、ソーラシステムＤを稼動状態となす。

【０１０７】ステップＵ４でソーラシステムＤによる給
電量が電気機器Ｋの最大消費電気量を超えるようであれ
ば、すなわちエネルギ不足であるか否かを判断し、エネ
ルギ不足であればステップＵ５に移って蓄電装置Ｈにお
ける蓄電量を判断する。

【０１０８】蓄電装置Ｈの蓄電量が不足していれば、ス
テップＵ６で切換えスイッチ４３を燃料電池装置Ｓ側に
切換えて可動状態となし、ここで得られる電気を電気機
器Ｋに給電する。

【０１０９】また、ステップＵ４でエネルギ量が充足し
ている、すなわちソーラシステムＤからの給電量が電気
機器Ｋの最大消費電気量を上回る場合は、ステップＵ７
に移って上回った分の電気量を蓄電装置Ｈに蓄電する。
ステップＵ５で蓄電装置Ｈの蓄電量が充分であると判断
したら、ステップＵ８に移ってその蓄電分を放出するよ
う切換えスイッチ４５，４３を切換える。

【０１１０】このように、ソーラシステムＤに蓄熱機能
を有することにより、さらに各種の電気機器Ｋの有効的
な消費電力が得られる。図１６にもとづいて、請求項２
４および請求項２５の実施の形態を説明する。

【０１１１】船舶Ｐに、スクリュウ６０の駆動源として
内燃機関（たとえば、ディーゼルエンジン）６１ととも
に燃料電池装置Ｓおよびこの燃料電池装置Ｓと直結され
るモータ６２が備えられる。

【０１１２】上記燃料電池装置Ｓは、燃料として海水を
改質する改質装置１と、海水から分解された酸素と水素
を導いて反応させ電気を発生する燃料電池本体３などか
らなることは、ここでも変わりがない。

【０１１３】スクリュウ６０の駆動源として、必要に応
じて内燃機関６１と燃料電池装置Ｓとに切換えて、これ
らを使い分ける。たとえば、睡眠などのために静かさが
要求される夜間においては燃料電池装置ＳがモータＭを
介してスクリュウ６０を駆動し、静粛運行をなす。

【０１１４】日中の運行などは静かさを要求されること
がないので、内燃機関６１に切換えてスクリュウ６０を
駆動することとなる。いわゆるハイブリット的な運行を
なし、内燃機関の燃料油の消費量が少なくてすみコスト
の低減化を図れる

【０１１５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、特
に船舶や離島などの海水が容易に得られる環境条件下で
の使用に最適な燃料電池装置と、この燃料電池装置を有
効に利用するシステムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１および請求項２の実施の形態
を示す、燃料電池装置の概略構成図。

【図２】請求項３の実施の形態を示す、改質装置の概略
構成図。

【図３】請求項４の実施の形態を示す、改質装置の概略
構成図。

【図４】請求項５ないし請求項８の実施の形態を示す、
燃料電池装置および利用システム構成図と改質装置の概
略構成図。

【図５】請求項９および請求項１０の実施の形態を示
す、燃料電池装置および利用システム構成図と、改質装
置の概略構成図。

【図６】請求項１１の実施の形態を示す、燃料電池装置
および利用システム構成図。

【図７】請求項１２および請求項１３の実施の形態を示
す、燃料電池装置および利用システム構成図と、改質装
置の概略構成図。

【図８】請求項１４の実施の形態を示す、燃料電池装置
利用システム構成図と、そのフローチャート図。

【図９】請求項１５の実施の形態を示す、燃料電池装置
利用システムと、そのフローチャート図。

【図１０】請求項１６ないし請求項２０の実施の形態を
示す、燃料電池装置および利用システム構成図。

【図１１】請求項１６ないし請求項２０の実施の形態を
示す、床暖房装置の平面図と断面図。

【図１２】請求項２１の実施の形態を示す、燃料電池装
置および利用システム構成図。

【図１３】請求項２２の実施の形態を示す、燃料電池装
置および利用システム構成図。

【図１４】請求項２３の実施の形態を示す、燃料電池装
置利用システム構成図と、その太陽電池装置セルの断面
図。

【図１５】請求項２３の実施の形態を示す、フローチャ
ート図。

【図１６】請求項２４および請求項２５の実施の形態を
示す、燃料電池装置および利用システム構成図。

【符号の説明】

１…改質装置、３…燃料電池本体、６Ａ…電解質（海水）、２５…フィルタ、２８…給湯設備、２７Ａ…（給湯設備の）熱源部、２７…加熱体（ヒータ）、Ｔ…太陽熱集熱装置（ソーラシステム）、Ｙ…空調設備（床暖房装置）、Ｋ…電気機器、Ｄ…太陽電池装置（ソーラシステム）、Ｐ…船舶、６０…スクリュウ、６１…内燃機関。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料から水素を取出す改質装置と、この改
質装置から得られる水素を水素イオンに換えて電解質に
導き酸素と反応させて電気を発生する燃料電池本体とか
ら構成される燃料電池装置において、上記改質装置および燃料電池本体の少なくともいずれか
一方に、海水を用いることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】上記改質装置は、燃料として海水を用いる
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項３】上記改質装置は光触媒装置であり、燃料と
して供給された海水を光触媒作用によって水素と酸素に
分解することを特徴とする請求項２記載の燃料電池装
置。
【請求項４】上記改質装置は電気分解装置であり、燃料
として供給された海水を電気分解作用によって水素と酸
素に分解することを特徴とする請求項２記載の燃料電池
装置。
【請求項５】上記燃料電池本体は、電解質として海水を
用いることを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項６】上記電解質は、海水に含まれる陽イオンお
よび陰イオンを用いることを特徴とする請求項５記載の
燃料電池装置。
【請求項７】上記改質装置は、燃料としてメタンあるい
はエタノールを改質することを特徴とする請求項６記載
の燃料電池装置。
【請求項８】改質装置および燃料電池本体の少なくとも
いずれか一方に海水を用いる燃料電池装置において、上記燃料電池装置で電気の発生とともに生成される水
を、上記改質装置の熱源として利用することを特徴とす
る燃料電池装置の利用システム。
【請求項９】改質装置および燃料電池本体の少なくとも
いずれか一方に海水を用いる燃料電池装置において、上記燃料電池装置で電気の発生とともに生成される水
を、船舶あるいは離島など生活飲用水の供給が制限され
易い環境条件下における、生活飲料水とすることを特徴
とする燃料電池装置の利用システム。
【請求項１０】上記水の流通路に、水をろ過するととも
に、この水にミネラル分を添加するフィルタ装置を備え
たことを特徴とする請求項９記載の燃料電池装置の利用
システム。
【請求項１１】改質装置および燃料電池本体の少なくと
もいずれか一方に海水を用いる燃料電池装置において、上記燃料電池装置で電気の発生とともに生成される水
を、船舶あるいは離島など給湯設備の補助水の供給が制
限され易い環境条件下における、給湯設備の補助水とす
ることを特徴とする燃料電池装置の利用システム。
【請求項１２】改質装置および燃料電池本体の少なくと
もいずれか一方に海水を用いる燃料電池装置において、上記燃料電池装置で電気の発生とともに生成される廃熱
を、船舶あるいは離島など市中熱源が得られない環境条
件下における、給湯設備の熱源とすることを特徴とする
燃料電池装置の利用システム。
【請求項１３】上記燃料電池装置で発生する電気を、上
記給湯設備に備えられる加熱体の電源とすることを特徴
とする請求項１２記載の燃料電池装置の利用システム。
【請求項１４】上記燃料電池装置と並列に太陽熱集熱装
置が接続され、日照条件に応じて、燃料電池装置で生成
される廃熱と、太陽熱集熱装置が収集した熱を、給湯設
備の熱源として切換えて供給することを特徴とする請求
項１２記載の燃料電池装置の利用システム。
【請求項１５】上記太陽熱集熱装置は蓄熱機能を備えて
いて、太陽熱集熱装置の集熱が不可能なときは、給湯設
備の熱源として、太陽熱集熱装置の蓄熱もしくは燃料電
池装置の廃熱を使用することを特徴とする請求項１４記
載の燃料電池装置の利用システム。
【請求項１６】改質装置および燃料電池本体の少なくと
もいずれか一方に海水を用いる燃料電池装置において、上記燃料電池装置で電気の発生とともに生成される廃熱
を、船舶上あるいは離島など市中熱源が得られない環境
条件下における、空気調和設備の熱源とすることを特徴
とする燃料電池装置の利用システム。
【請求項１７】上記空気調和設備は、床暖房装置である
ことを特徴とする請求項１６記載の燃料電池装置の利用
システム。
【請求項１８】上記床暖房装置に用いられる燃料電池装
置は、床下に配置されることを特徴とする請求項１７記
載の燃料電池装置の利用システム。
【請求項１９】上記床暖房装置は、床面下部に沿って設
けられる配管からなり、この配管に上記燃料電池装置で
電気の発生とともに生成される温水を導くことを特徴と
する請求項１８記載の燃料電池装置の利用システム。
【請求項２０】上記床暖房装置に導いて床暖房をなした
温水を、再び上記燃料電池装置における燃料として用い
ることを特徴とする請求項１９記載の燃料電池装置の利
用システム。
【請求項２１】上記床暖房装置にて床暖房をなした温水
を、給湯設備に用いることを特徴とする請求項１７記載
の燃料電池装置の利用システム。
【請求項２２】改質装置および燃料電池本体の少なくと
もいずれか一方に海水を用いる燃料電池装置において、上記燃料電池装置で発生する電気を、船舶あるいは離島
など市中電源が得られない環境条件下における、各種の
電気機器の電源とすることを特徴とする燃料電池装置の
利用システム。
【請求項２３】上記燃料電池装置と並列に蓄電機能を備
えた太陽電池装置が接続され、日照条件に応じて、燃料
電池装置と太陽電池装置の発生電気を上記電気機器の電
源として切換えて用いることを特徴とする請求項２２記
載の燃料電池装置の利用システム。
【請求項２４】改質装置および燃料電池本体の少なくと
もいずれか一方に海水を用いる燃料電池装置において、上記燃料電池装置で発生する電気を、船舶におけるスク
リュウの駆動用電源とすることを特徴とする燃料電池装
置の利用システム。
【請求項２５】上記船舶は上記燃料電池装置とともに内
燃機関が搭載され、これら燃料電池装置と内燃機関は必
要に応じて切換えて用いることを特徴とする請求項２４
記載の燃料電池装置の利用システム。