JP2003217620A - 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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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 燃料ガスおよび反応空気の供給経路から水が
燃料電池内に流入して経路を閉塞することがなく、安定
して高い燃料電池性能を発揮でき、発電効率がより向上
し、さらなる小型化を達成した固体高分子形燃料電池発
電装置の提供。 【解決手段】 燃料電池１と、空気極の排ガスと酸化剤
加湿タンク７中の水を熱交換して所定の温度の温水とす
るとともに空気極の排ガスの熱を回収して市水などの水
を温水とする一体型熱交換器１０とを備え、前記燃料ガ
ス加湿タンク６と酸化剤加湿タンク７を燃料電池１の鉛
直下方に燃料電池１ととともに一体的に配置し、前記燃
料ガス加湿タンク６の温水を冷却水として燃料電池１に
循環して送る。
燃料電池内に流入して経路を閉塞することがなく、安定
して高い燃料電池性能を発揮でき、発電効率がより向上
し、さらなる小型化を達成した固体高分子形燃料電池発
電装置の提供。 【解決手段】 燃料電池１と、空気極の排ガスと酸化剤
加湿タンク７中の水を熱交換して所定の温度の温水とす
るとともに空気極の排ガスの熱を回収して市水などの水
を温水とする一体型熱交換器１０とを備え、前記燃料ガ
ス加湿タンク６と酸化剤加湿タンク７を燃料電池１の鉛
直下方に燃料電池１ととともに一体的に配置し、前記燃
料ガス加湿タンク６の温水を冷却水として燃料電池１に
循環して送る。
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、ブタンなどの炭化水素系燃料ガスを水素に
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、このようにし
て得られた水素（改質ガス）と空気中の酸素などの酸化
剤とを化学反応させて発電する燃料電池と、燃料電池の
電極部を冷却するとともに反応空気の加湿のためのイオ
ン交換樹脂などの水処理装置で処理された水（純水）を
収納した水タンクと、前記改質器、燃料電池などの排ガ
スの熱を回収して温水とする熱交換器と、この温水を蓄
える貯湯タンクなどを備えた小型電源としての固体高分
子形燃料電池発電装置が提案されている。
ル、ＬＰＧ、ブタンなどの炭化水素系燃料ガスを水素に
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、このようにし
て得られた水素（改質ガス）と空気中の酸素などの酸化
剤とを化学反応させて発電する燃料電池と、燃料電池の
電極部を冷却するとともに反応空気の加湿のためのイオ
ン交換樹脂などの水処理装置で処理された水（純水）を
収納した水タンクと、前記改質器、燃料電池などの排ガ
スの熱を回収して温水とする熱交換器と、この温水を蓄
える貯湯タンクなどを備えた小型電源としての固体高分
子形燃料電池発電装置が提案されている。
【０００３】固体高分子形燃料電池発電装置で使用する
固体高分子電解質膜は含水させることによりプロトン導
電性電解質として機能するもので、固体高分子形燃料電
池においては、反応空気や燃料ガスなどの反応ガスに水
蒸気を飽和に含ませて電極部に供給して運転する方法が
採られている。
固体高分子電解質膜は含水させることによりプロトン導
電性電解質として機能するもので、固体高分子形燃料電
池においては、反応空気や燃料ガスなどの反応ガスに水
蒸気を飽和に含ませて電極部に供給して運転する方法が
採られている。
【０００４】燃料極に水素を含む燃料ガス、空気極に空
気を供給すると、燃料極では、水素分子を水素イオンと
電子に分解する燃料極反応、空気極では、酸素と水素イ
オンと電子から水を生成する電気化学反応がそれぞれ行
われ、燃料極から空気極に向かって外部回路を移動する
電子により電力が負荷に供給されるとともに、空気極側
に水が生成される。
気を供給すると、燃料極では、水素分子を水素イオンと
電子に分解する燃料極反応、空気極では、酸素と水素イ
オンと電子から水を生成する電気化学反応がそれぞれ行
われ、燃料極から空気極に向かって外部回路を移動する
電子により電力が負荷に供給されるとともに、空気極側
に水が生成される。
【０００５】図２は、従来の固体高分子形燃料電池発電
装置（ＰＥＦＣ装置ＧＳ）の説明図である。燃料電池１
を用いたＰＥＦＣ装置ＧＳは、例えば、燃料電池１の他
に熱回収装置ＲＤを含んでいる。この熱回収装置ＲＤ
は、図示しない貯湯タンク、熱交換器２、３、４、ポン
プ５を備えた温水の循環路などを備えている。
装置（ＰＥＦＣ装置ＧＳ）の説明図である。燃料電池１
を用いたＰＥＦＣ装置ＧＳは、例えば、燃料電池１の他
に熱回収装置ＲＤを含んでいる。この熱回収装置ＲＤ
は、図示しない貯湯タンク、熱交換器２、３、４、ポン
プ５を備えた温水の循環路などを備えている。
【０００６】燃料電池１は、図示しない脱硫器、改質
器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器、燃料ガス加湿タンク６な
どからなる改質ガス供給装置および酸化剤加湿タンク７
などからなる反応空気供給装置ならびに燃料極１ａ、空
気極１ｋなどの電極および水タンク８、ポンプ９、冷却
部１ｃなどからなる燃料電池１の冷却装置を備えてい
る。
器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器、燃料ガス加湿タンク６な
どからなる改質ガス供給装置および酸化剤加湿タンク７
などからなる反応空気供給装置ならびに燃料極１ａ、空
気極１ｋなどの電極および水タンク８、ポンプ９、冷却
部１ｃなどからなる燃料電池１の冷却装置を備えてい
る。
【０００７】燃料電池１で発電された電力は図示しない
ＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧され、図示しない配電系統
連系インバータを介して商用電源に接続される、一方、
ここから家庭や事務所などの照明や空調機などの他の電
気機器用の電力として供給される。
ＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧され、図示しない配電系統
連系インバータを介して商用電源に接続される、一方、
ここから家庭や事務所などの照明や空調機などの他の電
気機器用の電力として供給される。
【０００８】このような燃料電池１を用いたＰＥＦＣ装
置ＧＳでは、発電と同時に、例えば燃料電池１による発
電時に発生する熱を利用して市水から温水を生成し、こ
の温水を図示しない貯湯タンクに蓄えて、風呂や台所な
どに供給するなど、燃料電池１に使用される燃料がもつ
エネルギーの有効利用を図っている。
置ＧＳでは、発電と同時に、例えば燃料電池１による発
電時に発生する熱を利用して市水から温水を生成し、こ
の温水を図示しない貯湯タンクに蓄えて、風呂や台所な
どに供給するなど、燃料電池１に使用される燃料がもつ
エネルギーの有効利用を図っている。
【０００９】上記のＰＥＦＣ装置ＧＳの燃料ガス供給装
置では、天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブ
タンなどの炭化水素系の原燃料が脱硫器に供給され、こ
こで原燃料から硫黄成分が除去される。脱硫器を経た原
燃料は、昇圧ポンプで昇圧されて改質器に供給される際
に、水蒸気と合流して、供給される。改質器では、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。この改質器を経たガスは、ＣＯ変成器に供給
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変成器を経たガスは、ＣＯ
除去器に供給され、ここではＣＯ変成器を経たガス中の
未変成の一酸化炭素が例えば１０ｐｐｍ以下に低減さ
れ、水素濃度の高い水性ガス（改質ガス）が燃料ガス加
湿タンク６に供給され燃料ガス加湿タンク６内の温水中
に泡立てつつ気相部に送出することによって加湿が行わ
れる。このようにして、燃料電池１における反応が適度
に維持されるように水分を与えられた後の改質ガスが燃
料電池１の燃料極１ａに供給される。
置では、天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブ
タンなどの炭化水素系の原燃料が脱硫器に供給され、こ
こで原燃料から硫黄成分が除去される。脱硫器を経た原
燃料は、昇圧ポンプで昇圧されて改質器に供給される際
に、水蒸気と合流して、供給される。改質器では、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。この改質器を経たガスは、ＣＯ変成器に供給
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変成器を経たガスは、ＣＯ
除去器に供給され、ここではＣＯ変成器を経たガス中の
未変成の一酸化炭素が例えば１０ｐｐｍ以下に低減さ
れ、水素濃度の高い水性ガス（改質ガス）が燃料ガス加
湿タンク６に供給され燃料ガス加湿タンク６内の温水中
に泡立てつつ気相部に送出することによって加湿が行わ
れる。このようにして、燃料電池１における反応が適度
に維持されるように水分を与えられた後の改質ガスが燃
料電池１の燃料極１ａに供給される。
【００１０】反応空気供給装置では、酸化剤加湿タンク
７に空気などの酸化剤が供給され酸化剤加湿タンク７内
の温水中に泡立てつつ気相部に送出することによって加
湿が行われる。このようにして、燃料電池１における反
応が適度に維持されるように水分を与えられた後の反応
空気が燃料電池１の空気極１ｋに供給される。
７に空気などの酸化剤が供給され酸化剤加湿タンク７内
の温水中に泡立てつつ気相部に送出することによって加
湿が行われる。このようにして、燃料電池１における反
応が適度に維持されるように水分を与えられた後の反応
空気が燃料電池１の空気極１ｋに供給される。
【００１１】燃料電池１では、燃料極１ａに供給された
改質ガス中の水素と、空気極１ｋへ供給された空気中の
酸素との電気化学反応によって発電が行われる。燃料電
池１の冷却装置は、この電気化学反応の反応熱などで燃
料電池１が過熱しないようにするため、燃料電池１の電
極１ａ、１ｋに並置された冷却装置であり、冷却部１ｃ
に水タンク８の温水をポンプ９で冷却水として循環さ
せ、この冷却水で燃料電池１内の温度が発電に適した温
度（例えば７０〜８０℃程度）に保たれるように制御し
ている。このようにして燃料電池１では所定の化学反応
と発電が継続される。
改質ガス中の水素と、空気極１ｋへ供給された空気中の
酸素との電気化学反応によって発電が行われる。燃料電
池１の冷却装置は、この電気化学反応の反応熱などで燃
料電池１が過熱しないようにするため、燃料電池１の電
極１ａ、１ｋに並置された冷却装置であり、冷却部１ｃ
に水タンク８の温水をポンプ９で冷却水として循環さ
せ、この冷却水で燃料電池１内の温度が発電に適した温
度（例えば７０〜８０℃程度）に保たれるように制御し
ている。このようにして燃料電池１では所定の化学反応
と発電が継続される。
【００１２】一方、水タンク８の温水をポンプ５で熱交
換器３へ導き空気極１ｋの排ガスと熱交換して循環さ
せ、水タンク８の温水を所定の温度（設定温度：例えば
約５０〜８０℃）に維持するようになっている。一方、
熱交換器３の下流に配置した熱交換器４へ市水を送って
空気極１ｋの排ガスと熱交換して加熱した後、熱交換器
２へ導き燃料極１ａの排ガスと熱交換してさらに加熱し
た後、図示しない貯湯タンクに送って貯湯し、必要に応
じて外部に給湯する。
換器３へ導き空気極１ｋの排ガスと熱交換して循環さ
せ、水タンク８の温水を所定の温度（設定温度：例えば
約５０〜８０℃）に維持するようになっている。一方、
熱交換器３の下流に配置した熱交換器４へ市水を送って
空気極１ｋの排ガスと熱交換して加熱した後、熱交換器
２へ導き燃料極１ａの排ガスと熱交換してさらに加熱し
た後、図示しない貯湯タンクに送って貯湯し、必要に応
じて外部に給湯する。
【００１３】以上のような構成のＰＥＦＣ装置ＧＳは、
発電と熱利用のコジェネレーションシステムの形態をと
るので、燃料電池の発電効率が図られるばかりでなく、
このシステムで使用される水の有効な再利用が図られる
効果がある。しかし、燃料ガス加湿タンク６と酸化剤加
湿タンク７を図２に示すように配置すると熱ロスが大き
くなり、燃料ガスおよび反応空気の露点が低くなり、燃
料電池性能が不安定になったり、低下する問題があり、
また燃料ガスおよび反応空気の供給経路から水が燃料電
池１内に流入してセルを閉塞する恐れがあり、また装置
をさらに小型化できないという問題があった。
発電と熱利用のコジェネレーションシステムの形態をと
るので、燃料電池の発電効率が図られるばかりでなく、
このシステムで使用される水の有効な再利用が図られる
効果がある。しかし、燃料ガス加湿タンク６と酸化剤加
湿タンク７を図２に示すように配置すると熱ロスが大き
くなり、燃料ガスおよび反応空気の露点が低くなり、燃
料電池性能が不安定になったり、低下する問題があり、
また燃料ガスおよび反応空気の供給経路から水が燃料電
池１内に流入してセルを閉塞する恐れがあり、また装置
をさらに小型化できないという問題があった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の上記問題を解決し、燃料ガスおよび反応空気の供給経
路から水が燃料電池内に流入してセルを閉塞することが
なく、安定して高い燃料電池性能を発揮できる上、さら
なる小型化を達成した発電効率がより向上した発電効率
固体高分子形燃料電池発電装置を提供することである。
の上記問題を解決し、燃料ガスおよび反応空気の供給経
路から水が燃料電池内に流入してセルを閉塞することが
なく、安定して高い燃料電池性能を発揮できる上、さら
なる小型化を達成した発電効率がより向上した発電効率
固体高分子形燃料電池発電装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の請求
項１の固体高分子形燃料電池発電装置は、燃料ガス加湿
タンクを経て加湿された水素と酸化剤加湿タンクを経て
加湿された空気などの酸化剤によって発電する燃料電池
と、空気極の排ガスと酸化剤加湿タンク中の水を熱交換
して所定の温度の温水とするとともに空気極の排ガスの
熱を回収して市水などの水を温水とする一体型熱交換器
とを備えた固体高分子形燃料電池発電装置であって、前
記燃料ガス加湿タンクと酸化剤加湿タンクを燃料電池の
鉛直下方に燃料電池ととともに一体的に配置するととも
に、前記燃料ガス加湿タンクの温水あるいはこの温水を
前記酸化剤加湿タンクの温水と熱交換した温水を加えた
温水を冷却水として燃料電池に循環して送ることを特徴
とする。
項１の固体高分子形燃料電池発電装置は、燃料ガス加湿
タンクを経て加湿された水素と酸化剤加湿タンクを経て
加湿された空気などの酸化剤によって発電する燃料電池
と、空気極の排ガスと酸化剤加湿タンク中の水を熱交換
して所定の温度の温水とするとともに空気極の排ガスの
熱を回収して市水などの水を温水とする一体型熱交換器
とを備えた固体高分子形燃料電池発電装置であって、前
記燃料ガス加湿タンクと酸化剤加湿タンクを燃料電池の
鉛直下方に燃料電池ととともに一体的に配置するととも
に、前記燃料ガス加湿タンクの温水あるいはこの温水を
前記酸化剤加湿タンクの温水と熱交換した温水を加えた
温水を冷却水として燃料電池に循環して送ることを特徴
とする。
【００１６】本発明の請求項２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、燃料極の排ガスの熱を回収する熱交換器
を備え、前記一体型熱交換器で市水などの水を加熱して
得られた温水をこの熱交換器で熱交換してさらに加熱す
ることを特徴とする。
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、燃料極の排ガスの熱を回収する熱交換器
を備え、前記一体型熱交換器で市水などの水を加熱して
得られた温水をこの熱交換器で熱交換してさらに加熱す
ることを特徴とする。
【００１７】本発明の固体高分子形燃料電池発電装置
は、空気極の排ガスと酸化剤加湿タンク中の水を熱交換
して所定の温度の温水とするとともに空気極の排ガスの
熱を回収して市水などの水を温水とすることができる一
体型熱交換器を用いるので熱交換器が小型化される。そ
して、前記燃料ガス加湿タンクの温水あるいはこの温水
を前記酸化剤加湿タンクの温水と熱交換した温水を加え
た温水を冷却水として燃料電池に循環して送って冷却し
て燃料電池内の温度が発電に適した温度に保たれるよう
に制御するので、従来使用していた水タンクが不要とな
り、さらに前記燃料ガス加湿タンクと酸化剤加湿タンク
を燃料電池の鉛直下方に燃料電池ととともに例えば１つ
の枠内に配置して３者を一体的に配置したので一層小型
化できる上、燃料ガスおよび反応空気の供給経路から水
が燃料電池内に流入してセルを閉塞することがなく、安
定して高い燃料電池性能を発揮でき、発電効率がより向
上する。さらに燃料極の排ガスの熱を回収する熱交換器
を設け、前記一体型熱交換器で市水などの水を加熱して
得られた温水をこの熱交換器で熱交換してさらに加熱す
ることにより排熱回収をさらに効率よく行うことができ
る。
は、空気極の排ガスと酸化剤加湿タンク中の水を熱交換
して所定の温度の温水とするとともに空気極の排ガスの
熱を回収して市水などの水を温水とすることができる一
体型熱交換器を用いるので熱交換器が小型化される。そ
して、前記燃料ガス加湿タンクの温水あるいはこの温水
を前記酸化剤加湿タンクの温水と熱交換した温水を加え
た温水を冷却水として燃料電池に循環して送って冷却し
て燃料電池内の温度が発電に適した温度に保たれるよう
に制御するので、従来使用していた水タンクが不要とな
り、さらに前記燃料ガス加湿タンクと酸化剤加湿タンク
を燃料電池の鉛直下方に燃料電池ととともに例えば１つ
の枠内に配置して３者を一体的に配置したので一層小型
化できる上、燃料ガスおよび反応空気の供給経路から水
が燃料電池内に流入してセルを閉塞することがなく、安
定して高い燃料電池性能を発揮でき、発電効率がより向
上する。さらに燃料極の排ガスの熱を回収する熱交換器
を設け、前記一体型熱交換器で市水などの水を加熱して
得られた温水をこの熱交換器で熱交換してさらに加熱す
ることにより排熱回収をさらに効率よく行うことができ
る。
【００１８】
【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は、本発明の固体高分子
形燃料電池発電装置の一実施形態を説明する説明図であ
る。図１において、図２に示した構成部分と同じ構成部
分には同一参照符号を付すことにより、重複した説明を
省略する。
を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の固体高分子
形燃料電池発電装置の一実施形態を説明する説明図であ
る。図１において、図２に示した構成部分と同じ構成部
分には同一参照符号を付すことにより、重複した説明を
省略する。
【００１９】図１に示した本発明の固体高分子形燃料電
池発電装置（ＰＥＦＣ装置ＧＳ１）は、燃料電池１の他
に熱回収装置ＲＤを含んでいる。この熱回収装置ＲＤ
は、図示しない貯湯タンク、熱交換器２、一体型熱交換
器１０、ポンプ５を備えた温水の循環路などを備えてい
る。
池発電装置（ＰＥＦＣ装置ＧＳ１）は、燃料電池１の他
に熱回収装置ＲＤを含んでいる。この熱回収装置ＲＤ
は、図示しない貯湯タンク、熱交換器２、一体型熱交換
器１０、ポンプ５を備えた温水の循環路などを備えてい
る。
【００２０】燃料電池１は、図示しない脱硫器、改質
器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器、燃料ガス加湿タンク６な
どからなる改質ガス供給装置およびポンプ１５、酸化剤
加湿タンク７などからなる反応空気供給装置ならびに燃
料極１ａ、空気極１ｋなどの電極および管路２０、２
１、ポンプ１８、電磁弁１４、冷却部１ｃなどからなる
燃料電池１の冷却装置を備えている。
器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器、燃料ガス加湿タンク６な
どからなる改質ガス供給装置およびポンプ１５、酸化剤
加湿タンク７などからなる反応空気供給装置ならびに燃
料極１ａ、空気極１ｋなどの電極および管路２０、２
１、ポンプ１８、電磁弁１４、冷却部１ｃなどからなる
燃料電池１の冷却装置を備えている。
【００２１】水素濃度の高い水性ガス（改質ガス）が燃
料ガス加湿タンク６に供給され燃料ガス加湿タンク６内
の温水（例えば７５〜７８℃）中に泡立てつつ気相部に
送出することによって加湿が行われる。このようにし
て、燃料電池１における反応が適度に維持されるように
水分を与えられた後の改質ガスが燃料電池１の燃料極１
ａに供給される。１１はバブリング用の多孔板である。
料ガス加湿タンク６に供給され燃料ガス加湿タンク６内
の温水（例えば７５〜７８℃）中に泡立てつつ気相部に
送出することによって加湿が行われる。このようにし
て、燃料電池１における反応が適度に維持されるように
水分を与えられた後の改質ガスが燃料電池１の燃料極１
ａに供給される。１１はバブリング用の多孔板である。
【００２２】反応空気供給装置では、酸化剤加湿タンク
７に空気などの酸化剤がポンプ１５により供給され酸化
剤加湿タンク７内の温水（例えば６０〜６５℃）中に泡
立てつつ気相部に送出することによって加湿が行われ
る。このようにして、燃料電池１における反応が適度に
維持されるように水分を与えられた後の反応空気が燃料
電池１の空気極１ｋに供給される。１２はバブリング用
の多孔板である。
７に空気などの酸化剤がポンプ１５により供給され酸化
剤加湿タンク７内の温水（例えば６０〜６５℃）中に泡
立てつつ気相部に送出することによって加湿が行われ
る。このようにして、燃料電池１における反応が適度に
維持されるように水分を与えられた後の反応空気が燃料
電池１の空気極１ｋに供給される。１２はバブリング用
の多孔板である。
【００２３】燃料電池１では、燃料極１ａに供給された
改質ガス中の水素と、空気極１ｋへ供給された空気中の
酸素との電気化学反応によって発電が行われる。燃料電
池１の冷却装置は、この電気化学反応の反応熱などで燃
料電池１が過熱しないようにするため、燃料電池１の電
極１ａ、１ｋに並置された冷却装置であり、冷却部１ｃ
に燃料ガス加湿タンク６の温水をポンプ１８で冷却水と
して管路２０を通して循環させ、この冷却水で燃料電池
１内の温度が発電に適した温度（例えば７８〜８０℃程
度）に保たれるように制御している。このようにして燃
料電池１では所定の化学反応と発電が継続される。
改質ガス中の水素と、空気極１ｋへ供給された空気中の
酸素との電気化学反応によって発電が行われる。燃料電
池１の冷却装置は、この電気化学反応の反応熱などで燃
料電池１が過熱しないようにするため、燃料電池１の電
極１ａ、１ｋに並置された冷却装置であり、冷却部１ｃ
に燃料ガス加湿タンク６の温水をポンプ１８で冷却水と
して管路２０を通して循環させ、この冷却水で燃料電池
１内の温度が発電に適した温度（例えば７８〜８０℃程
度）に保たれるように制御している。このようにして燃
料電池１では所定の化学反応と発電が継続される。
【００２４】１３は冷却水循環経路の冷却部１ｃの出口
に設置した温度センサ（設定値：例えば７８〜８０℃）
であり、温度センサ１３で検出した温度が設定値を越え
た場合は図示しない制御装置から信号を電磁弁１４に送
り、電磁弁１４を開けて燃料ガス加湿タンク６の温水を
管路２１を通して適量酸化剤加湿タンク７へ送り酸化剤
加湿タンク７の温水と熱交換した温水を管路２０中の温
水に加えて冷却水として燃料電池１に循環して送り、燃
料電池１内の温度を発電に適した温度に制御する。１６
は冷却水循環経路の燃料ガス加湿タンク６の上部気相部
に設置したシャワー用の多孔板であり、燃料ガスの加湿
を補助する。
に設置した温度センサ（設定値：例えば７８〜８０℃）
であり、温度センサ１３で検出した温度が設定値を越え
た場合は図示しない制御装置から信号を電磁弁１４に送
り、電磁弁１４を開けて燃料ガス加湿タンク６の温水を
管路２１を通して適量酸化剤加湿タンク７へ送り酸化剤
加湿タンク７の温水と熱交換した温水を管路２０中の温
水に加えて冷却水として燃料電池１に循環して送り、燃
料電池１内の温度を発電に適した温度に制御する。１６
は冷却水循環経路の燃料ガス加湿タンク６の上部気相部
に設置したシャワー用の多孔板であり、燃料ガスの加湿
を補助する。
【００２５】一方、酸化剤加湿タンク７の温水をポンプ
５で一体型熱交換器１０へ導き空気極１ｋの排ガスと熱
交換して循環させ、酸化剤加湿タンク７の温水を所定の
温度に維持するようになっている。１９は温度制御装置
であり酸化剤加湿タンク７の温水の温度を所定の温度に
維持するように信号をポンプ５に送りポンプ５を作動さ
せて制御する。また一体型熱交換器１０へ市水を送って
空気極１ｋの排ガスと熱交換して加熱した後、熱交換器
２へ導き燃料極１ａの排ガスと熱交換してさらに加熱し
た後、図示しない貯湯タンクに送って貯湯し、必要に応
じて外部に給湯する。本発明で用いる前記一体型熱交換
器１０は、上記のように酸化剤加湿タンク７の温水と空
気極１ｋの排ガスと良好に熱交換できるとともに水と空
気極１ｋの排ガスとも良好に熱交換できるような構成の
ものであればよく、その構造、材質、形式などは特に限
定されるものではない。小型で簡単な構成のものが好ま
しく使用できる。
５で一体型熱交換器１０へ導き空気極１ｋの排ガスと熱
交換して循環させ、酸化剤加湿タンク７の温水を所定の
温度に維持するようになっている。１９は温度制御装置
であり酸化剤加湿タンク７の温水の温度を所定の温度に
維持するように信号をポンプ５に送りポンプ５を作動さ
せて制御する。また一体型熱交換器１０へ市水を送って
空気極１ｋの排ガスと熱交換して加熱した後、熱交換器
２へ導き燃料極１ａの排ガスと熱交換してさらに加熱し
た後、図示しない貯湯タンクに送って貯湯し、必要に応
じて外部に給湯する。本発明で用いる前記一体型熱交換
器１０は、上記のように酸化剤加湿タンク７の温水と空
気極１ｋの排ガスと良好に熱交換できるとともに水と空
気極１ｋの排ガスとも良好に熱交換できるような構成の
ものであればよく、その構造、材質、形式などは特に限
定されるものではない。小型で簡単な構成のものが好ま
しく使用できる。
【００２６】本発明のＰＥＦＣ装置ＧＳ１は、図１に示
すように燃料ガス加湿タンク６と酸化剤加湿タンク７を
燃料電池１の鉛直下方に燃料電池１ととともに１つの枠
１７内に配置して３者を一体的にコンパクトに配置する
ので一層小型化できる。枠１７はこれら３者を一体的に
コンパクトに配置することができるものであれば金属
枠、耐熱性および／または断熱性を有する隔壁を備えた
金属枠、金属性仕切などでよく、特に限定されるもので
はない。耐熱性および／または断熱性を有する無機質隔
壁を備えた金属枠は好ましく使用できる一例である。以
上のような構成の本発明のＰＥＦＣ装置ＧＳ１は、燃料
ガス加湿タンクと酸化剤加湿タンクにおける熱ロスが小
さくなり、燃料ガスおよび反応空気の露点が高く安定し
て維持され、また鉛直下方に配置される燃料ガスおよび
反応空気の供給経路から水が鉛直上方に配置された燃料
電池１内に流入することがなくなり、安定して高い燃料
電池性能を発揮でき、発電効率がより向上する。
すように燃料ガス加湿タンク６と酸化剤加湿タンク７を
燃料電池１の鉛直下方に燃料電池１ととともに１つの枠
１７内に配置して３者を一体的にコンパクトに配置する
ので一層小型化できる。枠１７はこれら３者を一体的に
コンパクトに配置することができるものであれば金属
枠、耐熱性および／または断熱性を有する隔壁を備えた
金属枠、金属性仕切などでよく、特に限定されるもので
はない。耐熱性および／または断熱性を有する無機質隔
壁を備えた金属枠は好ましく使用できる一例である。以
上のような構成の本発明のＰＥＦＣ装置ＧＳ１は、燃料
ガス加湿タンクと酸化剤加湿タンクにおける熱ロスが小
さくなり、燃料ガスおよび反応空気の露点が高く安定し
て維持され、また鉛直下方に配置される燃料ガスおよび
反応空気の供給経路から水が鉛直上方に配置された燃料
電池１内に流入することがなくなり、安定して高い燃料
電池性能を発揮でき、発電効率がより向上する。
【００２７】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。
【００２８】
【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、燃料ガス加湿タンクを経て加湿され
た水素と酸化剤加湿タンクを経て加湿された空気などの
酸化剤によって発電する燃料電池と、空気極の排ガスと
酸化剤加湿タンク中の水を熱交換して所定の温度の温水
とするとともに空気極の排ガスの熱を回収して市水など
の水を温水とする一体型熱交換器とを備えた固体高分子
形燃料電池発電装置であって、前記燃料ガス加湿タンク
と酸化剤加湿タンクを燃料電池の鉛直下方に燃料電池と
とともに一体的に配置するとともに、前記燃料ガス加湿
タンクの温水あるいはこの温水を前記酸化剤加湿タンク
の温水と熱交換した温水を加えた温水を冷却水として燃
料電池に循環して送るので、前記３者を一体的に配置し
たり、一体型熱交換器を用いたことや、従来使用してい
た水タンクが不要となるなどにより一層小型化できる
上、燃料ガス加湿タンクと酸化剤加湿タンクにおける熱
ロスが小さくなり、燃料ガスおよび反応空気の露点が高
く安定して維持され、また、燃料ガスおよび反応空気の
供給経路から水が燃料電池内に流入してセルを閉塞する
ことがなくなり、安定して高い燃料電池性能を発揮で
き、発電効率がより向上するという顕著な効果を奏す
る。
料電池発電装置は、燃料ガス加湿タンクを経て加湿され
た水素と酸化剤加湿タンクを経て加湿された空気などの
酸化剤によって発電する燃料電池と、空気極の排ガスと
酸化剤加湿タンク中の水を熱交換して所定の温度の温水
とするとともに空気極の排ガスの熱を回収して市水など
の水を温水とする一体型熱交換器とを備えた固体高分子
形燃料電池発電装置であって、前記燃料ガス加湿タンク
と酸化剤加湿タンクを燃料電池の鉛直下方に燃料電池と
とともに一体的に配置するとともに、前記燃料ガス加湿
タンクの温水あるいはこの温水を前記酸化剤加湿タンク
の温水と熱交換した温水を加えた温水を冷却水として燃
料電池に循環して送るので、前記３者を一体的に配置し
たり、一体型熱交換器を用いたことや、従来使用してい
た水タンクが不要となるなどにより一層小型化できる
上、燃料ガス加湿タンクと酸化剤加湿タンクにおける熱
ロスが小さくなり、燃料ガスおよび反応空気の露点が高
く安定して維持され、また、燃料ガスおよび反応空気の
供給経路から水が燃料電池内に流入してセルを閉塞する
ことがなくなり、安定して高い燃料電池性能を発揮で
き、発電効率がより向上するという顕著な効果を奏す
る。
【００２９】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、燃料極の排ガスの熱を回収する熱交
換器を備え、前記一体型熱交換器で市水などの水を加熱
して得られた温水をこの熱交換器で熱交換してさらに加
熱するので、請求項１記載の固体高分子形燃料電池発電
装置と同じ作用効果を奏するとともに、排熱回収をさら
に効率よく行うことができるというさらなる顕著な効果
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
発電装置において、燃料極の排ガスの熱を回収する熱交
換器を備え、前記一体型熱交換器で市水などの水を加熱
して得られた温水をこの熱交換器で熱交換してさらに加
熱するので、請求項１記載の固体高分子形燃料電池発電
装置と同じ作用効果を奏するとともに、排熱回収をさら
に効率よく行うことができるというさらなる顕著な効果
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の
一実施形態を示す説明図である。
一実施形態を示す説明図である。
【図２】従来の固体高分子形燃料電池発電装置の説明図
である。
である。
１ 燃料電池
２、３、４ 熱交換器
５、９、１５、１８ ポンプ
６ 燃料ガス加湿タンク
７ 酸化剤加湿タンク
８ 水タンク
１０ 一体型熱交換器
１７ 枠
ＧＳ、ＧＳ１ 固体高分子形燃料電池発電装置
ＲＤ 熱回収装置
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 黄木 丈俊
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
(72)発明者 吉田 晶一
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
(72)発明者 田島 収
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
(72)発明者 進藤 浩二
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
5H027 AA06 BA01 BA16 BA17 CC06
DD06 KK48 MM16
Claims (2)
- 【請求項１】 燃料ガス加湿タンクを経て加湿された水
素と酸化剤加湿タンクを経て加湿された空気などの酸化
剤によって発電する燃料電池と、空気極の排ガスと酸化
剤加湿タンク中の水を熱交換して所定の温度の温水とす
るとともに空気極の排ガスの熱を回収して市水などの水
を温水とする一体型熱交換器とを備えた固体高分子形燃
料電池発電装置であって、 前記燃料ガス加湿タンクと酸化剤加湿タンクを燃料電池
の鉛直下方に燃料電池ととともに一体的に配置するとと
もに、前記燃料ガス加湿タンクの温水あるいはこの温水
を前記酸化剤加湿タンクの温水と熱交換した温水を加え
た温水を冷却水として燃料電池に循環して送ることを特
徴とする固体高分子形燃料電池発電装置。 - 【請求項２】 燃料極の排ガスの熱を回収する熱交換器
を備え、前記一体型熱交換器で市水などの水を加熱して
得られた温水をこの熱交換器で熱交換してさらに加熱す
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 |
|---|---|---|---|
| JP2002010587A JP3906083B2 (ja) | 2002-01-18 | 2002-01-18 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP2002010587A JP3906083B2 (ja) | 2002-01-18 | 2002-01-18 | 固体高分子形燃料電池発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003217620A true JP2003217620A (ja) | 2003-07-31 |
| JP3906083B2 JP3906083B2 (ja) | 2007-04-18 |
Family
ID=27648285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002010587A Expired - Fee Related JP3906083B2 (ja) | 2002-01-18 | 2002-01-18 | 固体高分子形燃料電池発電装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3906083B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005158501A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Ebara Ballard Corp | 触媒燃焼装置及び燃料電池コージェネレーションシステム |
| JP2005243574A (ja) * | 2004-02-27 | 2005-09-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2006040769A (ja) * | 2004-07-28 | 2006-02-09 | Nec Corp | 燃料電池用カートリッジおよび燃料電池システム |
| JP2008016375A (ja) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体高分子形燃料電池の加湿タンク |
| JP2008016376A (ja) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体高分子形燃料電池の加湿タンク |
| US8951696B2 (en) | 2008-03-28 | 2015-02-10 | Jx Nippon Oil & Energy Corporation | Fuel electrode catalyst for fuel cell, electrode/membrane assembly, and fuel cell and fuel cell system provided with the electrode/membrane assembly |
| JP2016157598A (ja) * | 2015-02-25 | 2016-09-01 | 株式会社Ihi | 燃料電池発電装置と方法 |
-
2002
- 2002-01-18 JP JP2002010587A patent/JP3906083B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JP2005158501A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Ebara Ballard Corp | 触媒燃焼装置及び燃料電池コージェネレーションシステム |
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| JP2008016375A (ja) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体高分子形燃料電池の加湿タンク |
| JP2008016376A (ja) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体高分子形燃料電池の加湿タンク |
| US8951696B2 (en) | 2008-03-28 | 2015-02-10 | Jx Nippon Oil & Energy Corporation | Fuel electrode catalyst for fuel cell, electrode/membrane assembly, and fuel cell and fuel cell system provided with the electrode/membrane assembly |
| JP2016157598A (ja) * | 2015-02-25 | 2016-09-01 | 株式会社Ihi | 燃料電池発電装置と方法 |
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|---|---|
| JP3906083B2 (ja) | 2007-04-18 |
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