JP2005251493A - 家庭用燃料電池コージェネシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料電池コージェネシステムの機器内の部品の熱的な耐久性を向上し、かつ容易に部品のメンテができる機器を提供する。
【解決手段】筐体１内の中央下部に改質装置２を設け、改質装置２の上方に加湿器３を備え、さらにその上方に燃料電池４と冷却水タンク５と純水供給の水関連部品６を備え、改質装置の左側面前方には制御装置７とインバータ装置８を設け、左側面後方にはイオン交換樹脂９と空気供給ブロワー１０、改質装置への空気ポンプ１１を備え、改質装置の右側面前方には脱硫器１２と改質装置への原料供給弁１３、ブースターポンプ１４を設け、右側面後方には貯湯タンクへの排熱回収装置１５、流量制御装置１６等を備え、筐体１の前板１７、両側面板１８、１９及び天板２０を取り外すし可能とし、容易に部品を交換することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池を用いて発電を行う家庭用燃料電池コージェネシステムの構成に関するものである。
従来の家庭用燃料電池コージェネシステムでは、筐体内部には複数の機能部品を有しており、内部の発熱反応で内部温度は熱の対流により上方が暖かくなる。そのために、複数の機能部品である家庭用の給湯器等で使用される部品では耐熱的に使用できないあるいは耐久的に寿命が短くなる問題を有していた。また、機能部品の点数、構成部品の点数が家庭用の給湯器等の約３倍程度あり容易にかつ迅速に部品のメンテを行うことが極めて困難であった。また、脱硫器やイオン交換樹脂は定期的に交換しないと性能維持ができないために容易に交換されることが必然的に求められている。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので温度的に余裕がない部品を耐久的に持たせることと部品のメンテ性が容易に行える構成を目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の家庭用燃料電池コージェネシステムは筐体内の中央下部に水素発生装置となる改質装置を設け、前記改質装置の上方に燃料電池への空気加湿を行う加湿器を備え、さらにその上方に燃料電池と前記燃料電池へ水を供給するための冷却水タンクと純水供給の水関連部品を備え、前記改質装置の左側面前方には燃料電池の制御装置とインバータ装置を設け、前記改質装置の左側面後方には改質反応のための純水供給装置のイオン交換樹脂と前記燃料電池への空気供給ブロワーと前記改質装置への空気ポンプを備え、前記改質装置の右側面前方には原料ガス中の不純物を除去するための脱硫器と前記改質装置への原料供給弁、ブースターポンプを設け、前記改質装置の右側面後方には貯湯タンクへの排熱回収装置、流量制御装置等を備え、筐体の前板、両側面板及び天板を取り外すし可能としたものである。
これによって、筐体の前板を取り外すことで改質装置、ブースターポンプ、脱硫器、流量制御装置、水関連部品をメンテできる。
また、右側面を取り外すことで排熱回収装置、原料供給弁、メンテが可能となる。次に左側面を取り外すことにより制御装置、インバータ装置、イオン交換樹脂、空気ポンプ関連部品のメンテができる。最後に天板取り外すことで、燃料電池、加湿器、冷却タンク等の部品が取り外すことが可能となりすべての部品が容易に交換できる設定にしている。
また、改質装置への原料供給のブースターポンプと改質装置での一酸化炭素除去のための空気供給の浄化空気ポンプ及び燃料電池への空気供給ブロワーは筐体下部に配置したものである。これによって、特に、温度的な要因劣化の特性を持つ、ブースターポンプや浄化空気ポンプ特に機能部品や構成部品で温度的に持たない部品は下部に設定し筐体内熱対流の影響を受けないようにしている。
また、摺動による振動を抑制するために、空気供給ブロワー、ブースターポンプは筐体下部に設定し振動による騒音低減と人体の耳の位置とも距離をとることができ騒音に対する効果も出している。
また、改質装置の下部には改質装置内部の触媒を間接的に加温し改質反応温度を高めるバーナが設定されているものである。これによって、バーナの故障時に改質装置を取り外さないで、バーナ単独で取り外すことが容易となるわけである。
以上のように本発明の家庭用燃料電池コージェネシステムは前板、両側面及び天板を取り外すことですべての部品が容易に単独でメンテできるようにしたものである。
第１の発明は筐体内の中央下部に水素発生装置となる改質装置を設け、改質装置の上方に燃料電池への空気加湿を行う加湿器を備え、さらにその上方に燃料電池と燃料電池へ水を供給するための冷却水タンクと純水供給の水関連部品を備え、改質装置の左側面前方には燃料電池の制御装置とインバータ装置を設け、改質装置の左側面後方には改質反応のための純水供給装置のイオン交換樹脂と燃料電池への空気供給ブロワーと改質装置への空気ポンプを備え、改質装置の右側面前方には原料ガス中の不純物を除去するための脱硫器と改質装置への原料供給弁、ブースターポンプを設け、改質装置の右側面後方には貯湯タンクへの排熱回収装置、流量制御装置等を備え、筐体の前板、両側面板及び天板を取り外すし可能としたことにより改質装置、ブースターポンプ、脱硫器、流量制御装置、水関連部品は前板を取り外すことで排熱回収装置、原料供給弁は、右側面板を取り外すことで制御装置、インバータ装置、イオン交換樹脂、空気ポンプ関連部品は左側面を取り外すことで燃料電池、加湿器、冷却タンクは天板を取り外すことですべての構成部品が単独で部品交換できメンテ時間の短縮化ができる。
なお、本構成は左右が逆の配置であっても同様の効果が得られることになる。
第２の発明は改質装置への原料供給のブースターポンプと改質装置での一酸化炭素除去のための空気供給の浄化空気ポンプ及び燃料電池への空気供給ブロワーは筐体下部に配置したことにより特に、温度的な要因劣化の特性を持つ、ブースターポンプや浄化空気ポンプ特に機能部品や構成部品で温度的に持たない部品は下部に設定し筐体内熱対流の影響を受けないようにして耐久性の向上行っている。
また、摺動による振動を抑制するために、空気供給ブロワー、ブースターポンプは筐体下部に設定し振動による騒音低減と人体の耳の位置とも距離をとることができ騒音に対する効果も出している。
第３の発明は改質装置の下部には改質装置内部の触媒を間接的に加温し改質反応温度を高めるバーナが設定していることでバーナの故障時に改質装置を取り外さないで、バーナ単独で取り外すことが容易となるわけである。特にバーナには燃焼検知となるフレームロッド、熱電対、点火電極などの燃焼熱の影響を受けて劣化する部品が設けられているために、バーナ単独で取り外しができる効果は極めて大きい。
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における家庭用燃料電池コージェネシステムの構成を示す正面図、図２は右側面図、図３は左側面図である。
図１〜３において１は燃料電池の筐体で内部の中央下部に水素発生装置となる改質装置２を配置している。改質装置２の上部には燃料電池への空気加湿を行う加湿器３を配置しさらにその上方に燃料電池４を設定している。燃料電池への水供給の冷却水タンク５と純水供給の水関連部品６を備えている。
また、改質装置２の左側面前方には燃料電池の制御装置７とインバータ装置８を設けると共に、その後方にはイオン交換樹脂９、燃料電池４への空気供給ブロワー１０、改質装置２への空気ポンプ１１を設定している。空気供給ブロワー１０は筐体下部に設定し、空気ポンプ１１は下部近傍に配置している。
一方、改質装置の右側面前方には原料ガス中の不純物を除去するための脱硫器１２と改質装置２への原料供給弁１３、ブースターポンプ１４を筐体１下部に設定し構成している。改質装置２の右側面後方には貯湯タンクへの排熱回収装置１５、流量制御装置１６等を備え前板１７、左側面板１８、右側面板１９および天板２０は単独で取り外すし可能できるようにしている。
また、改質装置２の下部にはバーナ２１が設定されている。改質装置２内で発生した水素は改質装置２内の反応が安定するまでは燃料電池４へ供給されずにオフガスとして再度改質装置２のバーナ２１に循環されて再利用されることになる。そのために、改質装置２と燃料電池４間には経路切り替えの三方弁２２が設けられている。この水素には水蒸気を多量に含んでおり水蒸気を除去する熱交換器２３がバーナの上流にこの熱交換器２３は改質装置２の前方に設定されて構成している。
以上のように構成された家庭用燃料電池コージェネシステムについて、以下その主要動作と作用を説明する。
まず、水素の原料となるメタンガスが供給され原料供給弁１３、不純物を取るための脱硫器１１、脱硫による減圧を回復するためのブースターポンプ１４、原料を制御する流量制御装置１６等を介して改質装置に供給される。
一方、改質装置２内部の触媒を間接的に加温するバーナ２１にも同様の制御方式で燃料が供給される。改質装置２へは水素発生に必要なまた反応によって発生する一酸化炭素を低減するために純水や空気を供給し燃料電池４に必要な水素を作り出している。
次に、燃料電池４に供給される空気は制御装置７後方の下部に設定された空気供給ブロワー１０より吸引されて改質装置２上方の加湿器３で高温多湿の空気として燃料電池４に供給される。改質装置２と燃料電池４には純水が必要なためにイオン交換樹脂９で処理した水を水ポンプで供給している。燃料電池４に供給され残った空気は、貯湯回路の水を加温するために排熱回収装置１５に供給される。
一方燃料電池内では水素と酸素による発熱と発生した水を回収するために循環ポンプを回し熱回収を排熱熱回収装置１５にて行っている。
以上のように、本実施の形態において、改質装置２、ブースターポンプ１４、脱硫器１２、流量制御装置１６、三方弁２２、熱交換器２３、水関連部品６は、前板１７を取り外すことで、排熱回収装置１５、原料供給弁１３は、右側面板１９を取り外すことで、制御装置７、インバータ装置８、イオン交換樹脂９、空気供給ブロワー１０、空気ポンプ１１関連部品は、左側面１８を取り外すことで、燃料電池４、加湿器２、冷却タンク５は、天板２０を取り外すことで、すべての構成部品が容易に部品交換することができるわけである。
また、改質装置への原料供給のブースターポンプ１４と改質装置２での一酸化炭素除去のための空気供給の浄化空気ポンプ１１及び燃料電池への空気供給ブロワー１０は筐体下部に配置したことにより、温度的な要因劣化の特性を持つ、ブースターポンプや浄化空気ポンプ等の特に機能部品や構成部品で温度的に持たない部品は下部に設定し筐体内熱対流の影響を受けないようにして耐久性の向上を行っている。
また、摺動による振動を抑制するために、空気供給ブロワー１０、ブースターポンプ１４は筐体下部に設定し振動による騒音低減と人体の耳の位置とも距離をとることができ騒音に対する効果も出している。
さらに、バーナ２１を改質装置２の下部に設定したことによりバーナ２１の故障時に改質装置２を取り外さないで、バーナ単独で取り外すことが容易となるわけである。特にバーナ２１には燃焼検知となるフレームロッド、熱電対、点火電極などの燃焼熱の影響を受けて劣化する部品が設けられているために、バーナ単独で取り外しができる効果は極めて大きい。
以上のように、本発明にかかる家庭用燃料電池コージェネシステム構成は前板、両側面及び天板を取り外すことですべての部品が容易に単独でメンテできるようにしたもので他の発電装置システムにも応用展開できるものである。
本発明の実施の形態１における家庭用燃料電池コージェネシステムの正面図 同システムにおける左側面図 同システムにおける右側面図
符号の説明
１ 筐体
２ 改質装置
３ 加湿器
４ 燃料電池
５ 冷却水タンク
６ 水関連部品
７ 制御装置
８ インバータ装置
９ イオン交換樹脂
１０ 空気供給ブロワー
１１ 空気ポンプ
１２ 脱硫器
１３ 原料供給弁
１４ ブースターポンプ
１５ 排熱回収装置
１６ 流量制御装置
１７ 前板
１８ 左側面板
１９ 右側面板
２０ 天板
２１ バーナ

Claims (3)

  1. 筐体内の中央下部に水素発生装置となる改質装置を設け、前記改質装置の上方に燃料電池への空気加湿を行う加湿器を備え、さらにその上方に燃料電池と前記燃料電池へ水を供給するための冷却水タンクと純水供給の水関連部品を備え、前記改質装置の左側面前方には燃料電池の制御装置とインバータ装置を設け、前記改質装置の左側面後方には改質反応のための純水供給装置のイオン交換樹脂と前記燃料電池への空気供給ブロワーと前記改質装置への空気ポンプを備え、前記改質装置の右側面前方には原料ガス中の不純物を除去するための脱硫器と前記改質装置への原料供給弁、ブースターポンプを設け、前記改質装置の右側面後方には貯湯タンクへの排熱回収装置、流量制御装置等を備え、筐体の前板、両側面板及び天板を取り外すし可能とした家庭用燃料電池コージェネシステム。
  2. 改質装置への原料供給のブースターポンプと前記改質装置での一酸化炭素除去のための空気供給の浄化空気ポンプ及び燃料電池への空気供給ブロワーは筐体下部に配置した請求項１に記載の家庭用燃料電池コージェネシステム。
  3. 改質装置の下部には前記改質装置内部の触媒を間接的に加温し改質反応温度を高めるバーナが設定されている請求項１に記載の家庭用燃料電池コージェネシステム。
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