JP2005100722A

JP2005100722A - 燃料電池パッケージ

Info

Publication number: JP2005100722A
Application number: JP2003330892A
Authority: JP
Inventors: Kazuhito Koyama; 一仁小山; Toshiki Kahara; 俊樹加原; Tsutomu Okuzawa; 務奥澤; Takaaki Mizukami; 貴彰水上; Shin Takahashi; 心高橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2005-04-14

Abstract

【課題】
長期間にわたって燃料電池本体を安定かつ安全に稼動させることのできる空気清浄能力を有する燃料電池パッケージを提供すること。
【解決手段】
燃料電池２と改質器３と空気ブロア４とを内蔵する直方体形状の燃料電池パッケージ１において、その直方体形状の燃料電池パッケージを構成する周囲面のうち、面積最大となる面に大気からの空気を取り込む空気フィルタ５を設ける。
【効果】
燃料電池に必要な空気を取り込む空気フィルタを面積最大となるパッケージ面に設けたことで、空気フィルタの寿命を長くできるため、空気フィルタのメンテナンスを不要にできる効果がある。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池パッケージに関わり、特に家屋等の傍らに設置され、１０年程度の長期にわたり使用されるに好適な固体高分子形燃料電池システムのパッケージに関わる。

近年、固体高分子膜の電気化学的特性が向上したことで、オンサイト型分散電源としての家庭用固体高分子形燃料電池システムの実現が期待されるようになってきた。この家庭用固体高分子形燃料電池システムは、都市ガス若しくはＬＰＧガスなどを原燃料として、改質器を用いて水素含有ガスに転換し、その水素含有ガスと大気からの空気を用いて燃料電池で発電し、かつ熱需要としての給湯を賄う方式が実用化への第一段階と考えられている。

このような家庭用の燃料電池システムは、燃料電池スタックと改質器および燃料や空気を供給するブロアなどの補機をパッケージに納めた燃料電池パッケージと、給湯を行う貯湯槽などと組合わされて需要地の屋外に設置され使用されることが想定されている。これまで、業務用りん酸形燃料電池システムとしての運転実績は数万時間程度あるが、定期的なメンテナンスのもと、運転が行われている。

燃料電池パッケージとしては、例えば特許文献１に記載されたものがある。

特開平７−６７７７号公報

ところが、燃料電池システムが家庭用として使用される場合には、発電装置として屋外で１０年程度にわたって連続運転ができるものが必要となる。そのため、燃料電池パッケージを使用する際の課題として、特に燃料電池スタックに供給する空気は、発電性能の低下防止だけでなく電気的安全性の観点からも、ほこりやちりの流入をできる限り排除する必要がある。

本発明の目的は、長期間にわたって、燃料電池本体を安定かつ安全に稼動させることのできる空気清浄能力を有する燃料電池パッケージを提供することにある。

本発明は、燃料電池と改質器と空気ブロアとを内蔵する燃料電池パッケージにおいて、パッケージの外周面に空気ブロアに取り込む空気の空気フィルタを設けたものである。より具体的には直方体形状の燃料電池パッケージを構成する周囲面のうち、面積最大となる面に大気からの空気を取り込む空気フィルタを設けることにより、燃料電池にとって弊害となる大きさのほこりやちりなどを流入させない機能を持つ緻密なフィルタを設けてもすぐに詰まることなく、フィルタの吸入面積が大きいことで長時間の使用に耐え得るようにしたものである。

本発明の実施例である燃料電池パッケージを透視図として、図１に示す。この燃料電池パッケージ１には、少なくとも燃料電池２と改質器３と空気ブロア４が収納されている。燃料電池パッケージ１は直方体形状であり、その直方体を構成する周囲面のうち、最大の面積を有する面に空気フィルタ５を設けた。

本燃料電池パッケージ１の動作は、次の通りである。

燃料電池パッケージ１に納められた燃料電池２に必要な空気６は、同じく燃料電池パッケージ１内に納められた空気ブロア４を駆動することにより、燃料電池パッケージ１内の空気６が吸い込まれ加圧されたのちに燃料電池２のカソード用空気６として供給される。燃料電池パッケージ１内の空気６は、外気７を空気フィルタ５により清浄化した空気８として賄われる。この空気フィルタ５は、自動車用空気フィルタと同等の清浄能力を持つもので、外気７に含まれるごみ，ほこり及びちりが燃料電池２に流入するのを防ぐ働きを有する。なお、空気ブロア４の空気吸い込み口にフィルタを設けることもできるが、一般的にブロア吸い込み口の流路面積は、ブロアが収納されるパッケージのひとつの面の面積よりも数十分の一から数分の一以下とかなり小さいため、逆に目詰まりによるメンテナンス頻度が多くなるデメリットが生じる。一方、燃料電池２に必要な燃料は、外気７とは異なり、ほこりやちりのない都市ガスやＬＰＧなどを原料として改質器３で改質されて水素含有ガスとなって供給される。

以上のように、直方体形状の燃料電池パッケージ１において、その直方体を構成する周囲面のうち、最大の面積を有する面に空気フィルタ５を設けたので、空気フィルタ５が外気７のほこりやちりによって目詰まりして使えなくなるまでの時間を長くできる。特にユーザー管理が必要な一戸建て住宅向けの燃料電池システムに対して、空気フィルタ５のメンテナンスがほとんど不要となり、使い勝手の向上した燃料電池パッケージ１を提供できる。また、空気ブロア４により燃料電池パッケージ１内の空気６を取り込んで燃料電池２の空気６として供給することで、燃料電池パッケージ１内の排熱により外気温度より高い温度の空気６を燃料電池２で使用できる。すなわち排熱回収できるので、燃料電池システムとして熱効率を向上できる効果がある。なお、屋外であっても周囲の建築物等で一部が囲まれるか、地面がコンクリートなどで覆われるなど、明らかに外気中のほこりやちりが少ないと判断できる環境下であれば、空気フィルタ５は燃料電池パッケージ１のある一面全てに設けなくても、図１の実施例の場合の５０％程度で実用上は充分であり、その場合は空気フィルタ５の材料コストを約半分にできる。加えて、燃料電池パッケージ１と建物との位置関係については、空気フィルタ５を取り付けた燃料電池パッケージ１の面が建物と相対するように燃料電池パッケージ１を設置することで、ほこりやちりを含んだ外気７が直接的に空気フィルタ５に接するのを妨げて、空気フィルタ５の目詰まりを減らし、フィルタ寿命を延命することができる。

本発明のもう一つの実施例である燃料電池パッケージの断面図を図２に示す。図２の燃料電池パッケージ１は、図１と同様に燃料電池２と改質器３と空気ブロア４を内包しており、また燃料電池パッケージ１の周囲面のうち、最大の面積を有する面に空気フィルタ５が設けられている。これに加えて、空気フィルタ５の外気側の全面を覆うように、外気７を下方から吸い込むための吸い込み口を有するカバー９が設けられている。また、カバー９の外気吸い込み口側の空気フィルタ５側には、外気７を折り返すためのＵ字カバー１０が設けられている。

図２に記載した燃料電池パッケージ１の動作を説明する。

空気ブロア４を駆動することによって、燃料電池２へ空気６が供給される。空気ブロア４で吸い込む空気６は燃料電池パッケージ１内の空気６であって、その空気６は外気７が空気フィルタ５で清浄化された空気８である。外気７は空気フィルタ５を覆うカバー９の下方に位置する吸い込み口から取り入れられ、カバー９内を上昇する。カバー９の吸い込み口には、ほこりやちりを含んだ外気７が直接的に空気フィルタ５に触れないように、Ｕ字カバー１０で保護しており、外気７がＵ字カバー１０に沿って上昇する間に、ほこりやちりの一部が自然落下して空気フィルタ５に届くほこりなどの量が抑制される。

以上のように、空気フィルタ５を設けた燃料電池パッケージ１において、その空気フィルタ５に直接的に外気７が触れないように迂回路を設け、その迂回路にてほこりやちりを自然落下させるようにしたので、空気フィルタ５が外気７のほこりやちりによって目詰まりして使えなくなるまでの時間をさらに長くできる。また、カバー９があることによって、空気フィルタ５が雨に濡れてほこりなどが固着することを防止できるので、フィルタとしての寿命をさらに延ばすことができる。

本発明のもう一つの実施例である燃料電池パッケージの断面図を図３に示す。図３の燃料電池パッケージ１は、空気フィルタ５に付着したほこりやちりを落とすために、空気フィルタ５の最上部にバイブレータ１１を設けたことを特徴とする。このバイブレータ１１は、定期的に振動スイッチが入り、一定時間作動した後に停止するようプログラムされる。バイブレータ１１の作動タイミングとしては、空気フィルタ５に付着したほこりなどを落とすために、燃料電池システムが停止状態で空気フィルタ５からの空気取り込みを行っていないときが好ましい。すなわち、バイブレータ１１で落としたほこりを吸入空気で再度空気フィルタ５に持ち込まないようにするため、燃料電池システムの停止時間帯にバイブレーションを実施するのが良い。

これによって、空気フィルタ５のほこりによる目詰まりを緩和できるので、フィルタとしての寿命を延命できる。

本発明のもう一つの実施例である燃料電池パッケージの断面図を図４に示す。図４の燃料電池パッケージ１は、空気フィルタ５を直方体形状の燃料電池パッケージ１の天井面に設け、その空気フィルタ５を囲むように外気７を取り込むカバー１２を設けたことを特徴とする。なお、カバー１２は燃料電池パッケージ１の側面部分に外気７の取り込み口を持ち、その側面部分に沿って上部にある空気フィルタ５を覆うように形成されている。

図４の燃料電池パッケージ１の動作は、以下のようである。

空気ブロア４を駆動することによって、燃料電池２へ空気６が供給される。空気ブロア４で吸い込む空気６は燃料電池パッケージ１内の空気６であって、その空気６は外気７が空気フィルタ５で清浄化された空気８である。外気７は空気フィルタ５を覆うカバー１２の下方に位置する吸い込み口から取り入れられ、カバー１２内を燃料電池パッケージ１の側面に沿って上昇し、空気フィルタ５に到達する。

図４の構成によって、外気７中のほこりやちりは燃料電池パッケージ１の側面に沿ってカバー１２内を上昇する間に、自然落下によって減じられ、燃料電池パッケージ１を構成する外周面のうちの最大面積の面を空気フィルタ５としなくても、空気フィルタ５の寿命を実用範囲にまで延命できる。また、燃料電池パッケージ１の天井部から空気８を取り入れることで、燃料電池パッケージ１内部の排熱により温度上昇し易い燃料電池パッケージ１上部の冷却を兼ねることができると共に、排熱回収により、燃料電池システムの熱効率を向上できる効果がある。

以上のように、燃料電池パッケージを構成する外周面に空気を取り込む空気フィルタを設けたことで、空気フィルタの寿命を長くできるため、空気フィルタのメンテナンスを不要にできる効果がある。

本発明の実施例である燃料電池パッケージの透視図。本発明のもう一つの実施例である燃料電池パッケージの断面図。本発明のもう一つの実施例である燃料電池パッケージの断面図。本発明のもう一つの実施例である燃料電池パッケージの断面図。

符号の説明

１…燃料電池パッケージ、２…燃料電池、３…改質器、４…空気ブロア、５…空気フィルタ、６，８…空気、７…外気、９，１２…カバー、１０…Ｕ字カバー、１１…バイブレータ。

Claims

燃料電池と、改質器と、これらに空気を供給する空気ブロアとを内蔵する燃料電池パッケージであって、前記燃料電池パッケージのパッケージを構成する外周面に前記空気ブロアに取り込む空気の空気フィルタを設けたことを特徴とする燃料電池パッケージ。
燃料ガスが流入するアノードと空気が流入するカソードを持つ固体高分子形の燃料電池と、前記アノードからの排ガスを空気で燃焼し熱回収する改質器と、前記燃料電池と前記改質器に前記空気を供給する空気ブロアとを内蔵する直方体形状の燃料電池パッケージであって、前記直方体形状の燃料電池パッケージを構成する外周面のうち、面積最大となる面に前記空気を取り込む空気フィルタを設けたことを特徴とする燃料電池パッケージ。
請求項２記載の燃料電池パッケージにおいて、前記空気フィルタの吸い込み面積が前記空気フィルタを取り付けた当該面の面積の５０〜１００％の面積になるように設定したことを特徴とする燃料電池パッケージ。
請求項１〜３の何れかに記載の燃料電池パッケージにおいて、前記空気フィルタを取り付けた当該面が建物と相対して設置されたことを特徴とする燃料電池パッケージ。
請求項１〜４の何れかに記載の燃料電池パッケージにおいて、前記空気フィルタが前記燃料電池パッケージ外部から直視できないように、前記空気の吸い込み口を有するカバーで覆われたことを特徴とする燃料電池パッケージ。
請求項１〜５の何れかに記載の燃料電池パッケージにおいて、前記空気フィルタに振動機構を設けたことを特徴とする燃料電池パッケージ。
燃料ガスが流入するアノードと空気が流入するカソードを持つ固体高分子形の燃料電池と、前記アノードからの排ガスを空気で燃焼し熱回収する改質器と、前記燃料電池と前記改質器に前記空気を供給する空気ブロアとを内蔵する直方体形状の燃料電池パッケージにおいて、前記直方体形状の燃料電池パッケージを構成する外周面のうち、最上面に前記空気を取り込む空気フィルタを設け、且つ前記最上面を前記空気の取り込み口を有するカバーで覆ったことを特徴とする燃料電池パッケージ。