JP2006107941A - 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は複数の機能部品を有しており内部の部品を有効に冷却することが難しく、また、制御装置からの配線も多く改質装置の組み込み、メンテナンス時の取り外しではリード線を引っ掛け、配線が外れて切れてしまう課題を解決する構成を提供する。
【解決手段】筐体１内の中央下部に改質装置２を設け、その上方に燃料電池４と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、他の機能部品をその左右に配置し、前板、両側面板及び天板を取り外すし可能とした構成としたので、メンテナンスが容易にできる。
【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は、図４のような構成を用いていた（例えば、特許文献１参照）。すなわち、電力変換装置３７、制御装置３５及び補機類を内蔵した燃料電池電源装置において上段に改質装置３２とバーナ装置３３を備え、中段に制御装置３５とその後方に燃料電池３６本体を配置している。
特開２００３−２９７４０９号公報
しかしながら、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部品を筐体下部に設定した冷却開口部で有効に冷却することが難しくそのために、複数の機能部品の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また、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倍程度あるために制御装置からの配線も多く特に重量物である改質装置の組み込み、メンテナンス時の取り外しではリード線を引っ掛け、配線が外れる、切れてしまうようなことがたびたび発生するものであった。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので筐体下部に設けた開口から取り入れる冷却空気を有効に筐体内部全体にいきわたるよにして温度的に余裕がない部品を耐久的に持たせることと組立、メンテ時によるリード線の引っかけや外れを防止する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、筐体下部に開口部と筐体内の中央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と燃料電池への水供給の冷却水タンクと純水供給の水関連部品を備え、前記改質装置の左方には制御装置とインバータ装置と改質反応のための純水供給装置のイオン交換樹脂筒を装備し、前記改質装置の右方には改質装置への原料供給弁、ブースターポンプ等の燃料供給部品と貯湯タンクへの排熱回収熱交と排熱からの凝縮水と燃料電池からの凝縮水をためる凝縮水タンクと流量制御装置等を備え、前記改質装置は筐体内の最下部板より空間を有し配置され、前記改質装置の下部空間に凝縮水タンクからイオン交換樹脂筒までの水配管と燃料電池の改質ガスを凝縮して改質装置へ戻すオートドレンタンクのドレン水回路を配置すると共に左側面の制御装置から改質装置右側面に構成されている燃料供給部への配線を配置したものである。
これによって、筐体下部に設けた開口から取り入れる冷却空気を一旦改質装置下部の空間に導くことで筐体内部全体に冷却空気を分散することができ部品の温度上昇を抑えることができ、また、制御装置からの配線も空間部に配置することで組立て、メンテ時にリード線の引掛けかみこみを防止できる。
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、筐体下部からの冷却空気を一旦、改質装置下部に形成した空間に導くことで、筐体内部の温度を均一に冷却することができかつ組立てメンテによるリード線の保護を行うことが簡単にできるものである。
第１の発明は、筐体下部に開口部と筐体内の中央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と燃料電池への水供給の冷却水タンクと純水供給の水関連部品を備え、前記改質装置の左方には制御装置とインバータ装置と改質反応のための純水供給装置のイオン交換樹脂筒を装備し、前記改質装置の右方には改質装置への原料供給弁、ブースターポンプ等の燃料供給部品と貯湯タンクへの排熱回収熱交と排熱からの凝縮水と燃料電池からの凝縮水をためる凝縮水タンクと流量制御装置等を備え、前記改質装置は筐体内の最下部板より空間を有し配置され、前記改質装置の下部空間に凝縮水タンクからイオン交換樹脂筒までの水配管と燃料電池の改質ガスを凝縮して改質装置へ戻すオートドレンタンクのドレン水回路を配置すると共に左側面の制御装置から改質装置右側面に構成されている燃料供給部への配線を配置したものである。
そして、筐体下部からの冷却空気を一旦、改質装置下部に形成した空間に導くことで、筐体内部の温度を均一に冷却することができかつ組立てメンテによるリード線の保護を行うことが可能となるわけである。
第２の発明は、特に、第１の発明の筐体下部に空間部を構成するために２本のレールを取り付け、一方では改質装置を箱型の枠で覆い、２本のレールの上に乗せる構成としたものである。
そして、改質装置を組立て、もしくは着脱するときに２本のレールの上をスライドさせることで重量部の改質装置の取り扱いが極めて容易となるわけである。
第３の発明は、特に、第１の発明の改質装置の下部の筐体板に外気温度が低温になると発熱する面状ヒータを設けたものである。
そして、一つの面状ヒータにより筺体下部より加温することで筐体内全体に対流効果で凍結予防を簡単に行うことが可能となり組立性、製造コストを大場に抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態について、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。改質装置は箱型の枠２Ａの中に収められている。また、筐体１外の下部には冷却空気取り入れの開口１Ａを有している。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、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の左前面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。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熱交１５、排熱からの凝縮水と燃料電池からの凝縮水をためる凝縮水タンク１６、流量制御装置１７等を備え改質装置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へ供給されずに改質ガスとして再度改質装置２のバーナ１８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１９が設けられている。この改質ガスには水蒸気を多量に含んでおり水蒸気を除去するオートドレンタンク２０が改質装置に組込まれたバーナの上流側に設定されている。
また、改質装置２下部空間２２は筐体１下部板に２本のレール２１にて形成し、改質装置２は箱型形状の枠より構成し、２本のレール２１上に構成されている。
また、改質装置２の下部空間２２には凝縮水タンク１６からイオン交換樹脂筒９までの水配管２３と燃料電池の改質ガスを凝縮して改質装置へ戻すオートドレンタンク２０のドレン水回路２４を配置すると共に左側面の制御装置から改質装置右側面に構成されている燃料供給部への配線２５も配置している。２６は筐体下部板に設置した面状の凍結予防ヒータである。
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１２、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１７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１８には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凝縮水タンク１６の水をイオン交換樹脂筒９を介して純水とし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熱交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駆動して熱回収を他の熱交で行っている。これらの動作は数多くの部品を制御することで成り立っている。
以上のように、本実施の形態においては筐体下部からの冷却空気を一旦、改質装置下部に形成した空間に導くことで、改質装置下部で冷却空気を均一することが出来るために片流れによる局所的な冷却や加熱を防止することで数多い機能部品を均一に冷却して正常に動作させることが可能となっている。また、改質装置下部の空間に制御装置からの配線を設定したことと改質装置を箱型の枠に入れ２本のレールの上に乗せて構成したことで組立て時、メンテ時のリード線の引掛け、かみこみ等をも防止できるものである。
また、低温時に一つの面状ヒータにより筺体下部を加温することで筐体内全体に対流効果で凍結予防を簡単に行うことが可能となり組立性、製造コストを大場に抑制することができるものである。
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は、筐体内の下部に空間を有することにより筐体内の各部品を均一に冷却し、低温時には面状ヒータで均一に加温できるものである。さらには空間部に配線を配置することで組立性、メンテ性も向上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 同システムの左側面図 同システムの右側面図 従来の燃料電池発電システムの構成図
符号の説明
１ 筐体
１Ａ 開口
２ 改質装置
２Ａ 枠
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 イオン交換樹脂筒
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 排熱回収熱交
１６ 凝縮水タンク
１７ 流量制御装置
１８ バーナ
１９ 三方弁
２０ オートドレン
２１ ２本のレール
２２ 空間
２３ 水回路
２４ ドレン水回路
２５ 配線
２６ 面状ヒータ

Claims (3)

  1. 筐体下部に開口部と筐体内の中央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と燃料電池への水供給の冷却水タンクと純水供給の水関連部品を備え、前記改質装置の左方には制御装置とインバータ装置と改質反応のための純水供給装置のイオン交換樹脂筒を装備し、前記改質装置の右方には改質装置への原料供給弁、ブースターポンプ等の燃料供給部品と貯湯タンクへの排熱回収熱交と排熱からの凝縮水と燃料電池からの凝縮水をためる凝縮水タンクと流量制御装置等を備え、前記改質装置は筐体内の最下部板より空間を有し配置され、前記改質装置の下部空間に凝縮水タンクからイオン交換樹脂筒までの水配管と燃料電池の改質ガスを凝縮して改質装置へ戻すオートドレンタンクのドレン水回路を配置すると共に左側面の制御装置から改質装置右側面に構成されている燃料供給部への配線を配置した燃料電池コージェネシステム。
  2. 改質装置下部空間は筐体に２本のレールにて空間を形成し、前記改質装置は箱型形状の枠より構成し、２本のレール上に構成された請求項１記載の燃料電池コージェネシステム。
  3. 改質装置の下部の筐体板に外気温度が低温になると発熱する面状ヒータを設けた請求項１記載の燃料電池コージェネシステム。
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