JP2006185777A - 燃料電池システムおよび洗浄システム - Google Patents

Abstract

【課題】
コードレスで洗浄する機能を有する燃料電池システムおよび洗浄システムを提供する。
【解決手段】
本発明の燃料電池システムは、液体燃料を用いて発電する燃料電池１１０と、液体燃料を用いて被洗浄物を洗浄する洗浄装置１４０と、を備える。そして、洗浄システムは、液体燃料を用いて発電する燃料電池１１０と、液体燃料を用いて洗浄する洗浄装置１４０と、燃料電池１１０によって発電された電力により充電されると共に洗浄装置１４０によって洗浄される電機機器あるいは燃料電池により加熱されるヒータもしくは燃料電池によって発電された電力により駆動すると共に液体燃料を用いて被洗浄物を洗浄する洗浄装置、を備えるものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システムおよび洗浄システムに関し、詳細には、燃料電池に用いる燃料を利用して洗浄する機能を有する燃料電池システムおよび洗浄システムに関するものである。

従来、洗浄液を補充、交換することができ、洗浄対象物を清浄な状態に保つことができる洗浄装置として特許文献１のような装置が知られている。
特表２００１−５１２３３８号公報

しかしながら、上記の洗浄装置では、洗浄液を循環するのに必要なモータの駆動源や、その後の乾燥工程に用いられるファンの駆動源として電力が必要であり、これらの電力の供給には、通常、商用電源などから電気コードを介して行われていた。したがって、商用電源の供給を受けられる室内や電力供給ソケットを有する自動車の中など限られた場所でしか使用できないという問題があった。

そこで、本発明は、コードレスで洗浄する機能を有する燃料電池システムおよび洗浄システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するためになされたものであり、本発明の燃料電池システムは、液体燃料を用いて発電する燃料電池と、液体燃料を用いて被洗浄物を洗浄する洗浄装置と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の洗浄システムは、液体燃料を用いて発電する燃料電池と、液体燃料を用いて洗浄する洗浄装置と、燃料電池によって発電された電力により充電されると共に洗浄装置によって洗浄される電機機器と、を備えることを特徴とする。あるいは、液体燃料を用いて発電する燃料電池と、燃料電池により加熱されるヒータと、ヒータに隣接して設けられ、液体燃料を用いて被洗浄物を洗浄する洗浄装置と、を備えることを特徴とする。さらには、液体燃料を用いて発電する燃料電池と、燃料電池によって発電された電力により駆動すると共に液体燃料を用いて被洗浄物を洗浄する洗浄装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の燃料電池システムおよび洗浄システムは、燃料電池と洗浄装置とを有するので、燃料電池から電力の供給を受けることができ、かつ、洗浄する機能を有する燃料電池システムおよび洗浄システムを提供できる。

図１は、本発明の燃料電池システム１００の構成を示す模式図である。

本発明の燃料電池システム１００は、液体燃料により発電を行う燃料電池１１０と、この燃料電池１１０の燃料が貯蔵される液体燃料タンク１２０と、燃料電池１１０からの未反応の液体燃料を貯蔵すると共に、液体燃料タンク１２０から燃料電池１１０に液体燃料を供給する際に、液体燃料を所定の濃度に希釈する燃料バッファタンク１３０と、燃料電池１１０に使用される液体燃料を洗浄剤もしくは洗浄剤の溶剤として利用することができる洗浄装置１４０と、これらの装置へ燃料、酸化剤、あるいは、洗浄剤などを供給、排出するポンプ類と、燃料電池１１０やポンプ類の動作を制御する図示しない制御装置と、そして各流体どうしの熱交換を行う図示しない熱交換器などから構成される。

この燃料電池システム１００が定常状態で発電している場合、燃料電池１１０のアノード１１２へは、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、ジメチルエーテル、エチルアルコール、メチルアルコールなどの液体燃料（有機燃料）を、所定の濃度に燃料バッファタンク１３０にて希釈したのち、燃料供給ポンプ１６０によって供給する。また、カソード１１４へは、外部から取り込まれた空気を空気供給ポンプ１６２によって供給する。このようにして供給された液体燃料中の水素と空気中の酸素とが反応することにより、電気が生じ、アノード１１２からは二酸化炭素、カソード１１４からは水が生成される。アノード１１２へ供給された液体燃料は、アノード１１２にて完全に反応することなく、供給されたときよりも低い濃度で排出されるので、アノード１１２からは濃度の低い液体燃料と二酸化炭素とが気液混合状態で排出される。また、カソード１１４へ供給された空気も、供給されたときよりも酸素濃度が低下しており、カソード１１４からは酸素濃度の低い空気と生成水とが気液混合状態で排出される。

アノード１１２およびカソード１１４からの排出物は、燃料電池１１０の作動温度（約５５℃）と同等の温度となっているので、混合して熱交換器（ラジエータ）１６４へ導入し、充分に熱を放出したのち、燃料バッファタンク１３０にて気液分離する。そして、二酸化炭素と空気は系外に排出され、液体燃料と生成水は燃料バッファタンク１３０にて再利用される。これにより、燃料バッファタンク１３０の液体燃料の濃度は徐々に低下するので、定期的あるいは燃料バッファタンク１３０内の液体燃料の濃度を監視しながら、液体燃料タンク１２０から燃料バッファタンク１３０へ濃度の高い液体燃料を、燃料供給ポンプ１６６によって継ぎ足していく。

洗浄装置１４０は燃料電池１１０に使用される液体燃料を洗浄剤もしくは洗浄剤の溶剤として利用することができるので、洗浄装置１４０に使用される洗浄剤は、洗浄剤供給ポンプ１６８を介して、液体燃料タンク１２０から洗浄装置１４０へ供給される。すなわち、燃料電池１１０へ供給する燃料と洗浄装置１４０へ供給する洗浄液とが、液体燃料タンク１２０で共通となっているので、液体燃料タンク１２０が空になったときには、この液体燃料タンク１２０を新しいものと取り替えるか、あるいは、液体燃料タンク１２０の中身を補充することで、燃料電池１１０供給する燃料と洗浄装置１４０へ供給する洗浄液とを補給することができる。

洗浄装置１４０としては様々なアプリケーションが考えられるが、工具、ひげ剃り、電動歯ブラシなどの洗浄及び充電装置、トイレの便器内の洗浄あるいは便座の加温を行うサニタリー機器、ビルや工場などの床や外壁を清掃する業務用掃除機器などはその一例である。以下にアプリケーションの実施例を例示するが、洗浄装置１４０は、燃料電池１１０に使用される液体燃料と洗浄装置１４０で使用される洗浄剤もしくは洗浄剤の溶剤とが共通化できるものであれば良く、この実施例に限定されるものではない。

図２は、本発明の燃料電池システムをコードレスの電動工具装置２００に適用した例である。以下のような洗浄と充電の両方の機能を備える装置に燃料電池システム１００を適用することによって、商用電源の利用できないところでも充電することによって駆動可能な機器（二次電池を有する機器）の長時間の使用を可能にし、かつ、洗浄機能も有するので、機器を清潔・清浄な状態に保つことが可能となる。

本実施例の電動工具装置２００の電動工具２７０は、内部にリチウムイオン電池のように充電が可能な二次電池２７２を内蔵しており、電動工具２７０を使用した後、スタンド式の充電・洗浄装置２７４に立て掛けることにより、二次電池２７２の充電と工具部２７６の洗浄とが開始される。そして、この二次電池２７２の充電と工具部２７６の洗浄とに必要となる電力は燃料電池２１０から供給される。

２７８は電動工具２７０を保持するためのホルダーである。電動工具２７０の工具部２７６を充電・洗浄装置２７４の洗浄槽２４０に挿入し、電動工具２７０のボディ部２８０をホルダー２７８に嵌め込むと、先ず、工具部２７６の洗浄が開始される。モータ２８２により駆動される洗浄液供給部２８４から工具部２７６に対して洗浄液が噴射され、工具部２７６に付着していたゴミや汚れが洗浄液と共に洗浄槽２４０に落下する。洗浄槽２４０の底部に溜まった洗浄液は、洗浄液供給部２８４により、洗浄液循環配管２８６を通って吸い上げられ、再び、工具部２７６に噴きつけられる。

このとき、工具部２７６が回転していると、より効果的に洗浄されるので、充電・洗浄装置２７４内の燃料電池２１０から供給される電力、あるいは、二次電池２７２に残存している電力を放電する放電回路から供給される電力を利用して工具部２７６を回転させると良い。洗浄が完了すると電気ヒータ２８８が立ち上がり、工具部２７６を乾燥させる。この乾燥ステップは、電気ヒータ２８８に拠らずに、燃料電池２１０から発生する熱を温風として洗浄槽２４０へ送風しても良い。洗浄槽２４０内の洗浄液が少なくなってくると、三方弁２９０が切替り、液体燃料タンク２２０から燃料電池２１０の燃料であるイソプロピルアルコールが洗浄液として供給される。

上記のような洗浄及び乾燥ステップと並行して、二次電池２７２の充電が行われる。洗浄の際に、二次電池２７２に残存している電力を放電させる場合には、放電ステップが終了した後に充電ステップを開始する。電動工具２７０の充電状態（二次電池２７２の電力量の状態）は、表示装置２９２により視認可能となっている。二次電池２７２が満充電となるか、あるいは、図３のように電動工具２７０が充電・洗浄装置２７４から取り外されると、燃料電池２１０は発電を停止する。電動工具２７０が充電・洗浄装置２７４から取り外されたかを判断するには、ホルダー２７８の開度を監視するか、あるいは、二次電池２７２と燃料電池２１０との接触部２９４での通電状態を監視するとよい。

図４は、本発明の燃料電池システムをトイレ３００に適用した例である。以下のようなトイレ３００に燃料電池システム１００を適用することによって、工事現場や避難所などに利用されるポータブルトイレの室内あるいは便座を温めておくことができるほか、便器内を清潔に保つことが可能となる。

本実施例のトイレ３００は、便座３７０の内部に電気ヒータ３７２が組み込まれており、燃料電池３１０から供給される電力により、便座３７０を温かく保つことができる。また、図示しないが、トイレ３００が設置される空間に、暖房機器や空気清浄器を配置し、この暖房機器や空気清浄器にも燃料電池３１０から電力を供給することにより、トイレ３００が設置される室内を、より快適な空間にすることができる。

３７４は、トイレ３００を使用した後に、便器３４０を洗浄する水を水タンク３７６から吐出させるためのレバーである。レバー３７４を手前あるいは奥に傾けることにより、水タンク３７６から便器３４０へ水が流れ、便器３４０内が洗浄される。このレバー３７４と弁３７８とは連動しており、便器３４０が洗浄されるときに、液体燃料タンク３２０から燃料電池３１０の燃料であるイソプロピルアルコールが洗浄液として供給される。洗浄液が供給されるタイミングは、便器３７６が洗浄される度ではなく、レバー３７４が手前（または奥）に傾けられたときのみとしてもよいし、傾ける方向に拠らず、便器３４０が水のみの洗浄１０回につき１回洗浄液を用いるようにしてもよい、また、１回というようなタイマーによる制御を行ってもよい。

図５は、本発明の燃料電池システムを業務用掃除機器４００に適用した例である。以下のような業務用掃除機器４００に燃料電池システム１００を適用することによって、ビルや工場などの床や外壁、トンネルやガードレールなどの屋外設備を電源に配慮することなく清掃することが可能となる。

本実施例の業務用掃除機器４００は、清掃部４４０に回転ブラシ４７０と洗浄液散布ノズル４７２とを備えている。そして、掃除機器本体４７４に内蔵された燃料電池から供給される電力によって、回転ブラシ４７０の駆動と洗浄液散布ノズル４７２からの洗浄液の噴射とを行う。液体燃料タンクから燃料電池の燃料であるイソプロピルアルコールが洗浄液散布ノズル４７２へ供給される際、必要に応じて水で希釈してもよい。

また、業務用掃除機器４００を管理する管理主体と通信する通信部４７６を備え、管理主体の指示に応じて、自動的にビルや工場内部の必要箇所を清掃する自走式としてもよい。このとき、通信部の通信に必要な電力も掃除機器本体４７４に内蔵された燃料電池から補うことができる。

発明を実施するための最良の形態では、液体燃料タンクから直接洗浄装置へ液体燃料を供給するシステムについて説明したが、上述のように、必要に応じて、水で希釈してもよいし、燃料バッファタンクから洗浄装置へ供給するようにしてもよい。

以上本発明の燃料電池システムの実施例を例示したが、この他にも医療器具の洗浄・消毒装置や半導体製造工程などでの洗浄装置、飲料物の製造装置や販売装置などの洗浄にも利用可能であると考えられる。

本発明の燃料電池システムの構成を表した模式図である。 本発明の燃料電池システムを電動工具装置に適用した実施例の模式図である。 図２の電動工具装置から電動工具を取り外したときの模式図である。 本発明の燃料電池システムをトイレに適用した実施例の模式図である。 本発明の燃料電池システムを業務用掃除機器に適用した実施例の模式図である。

符号の説明

１００：燃料電池システム、１１０：燃料電池、１１２：アノード、１１３：固体高分子膜、１１４：カソード、１２０：液体燃料タンク、１３０：燃料バッファタンク、１４０：洗浄装置、１６０：燃料供給ポンプ、１６２：空気供給ポンプ、１６４：ラジエータ、１６５：ファン、１６６：燃料供給ポンプ、１６８：洗浄剤供給ポンプ、１６９：循環ポンプ
２００：電動工具装置、２１０：燃料電池、２２０：液体燃料タンク、２３０：燃料バッファタンク、２４０：洗浄槽、２６２：空気供給ポンプ、２７０：電動工具、２７２：二次電池、２７４：スタンド式充電・洗浄装置、２７６：工具部、２７８：ホルダー、２８０：ボディ部、２８２：モータ、２８４：洗浄液供給部、２８５：ノズル、２８６：洗浄液循環配管、２８７：フィルタ、２８８：電気ヒータ、２９０：三方弁、２９２：表示装置、２９４：接触部、２９６：持ち手部、２９８：スイッチ部
３００：トイレ、３１０：燃料電池、３２０：液体燃料タンク、３３０：燃料バッファタンク、３４０：便器、３６２：空気供給ポンプ、３７０：便座、３７２：電気ヒータ、３７４：レバー、３７６：水タンク、３７８：弁
４００：業務用掃除機器、４４０：清掃部、４７０：回転ブラシ、４７２：洗浄液散布ノズル、４７４：掃除機器本体、４７６：通信部、４７８：車輪

Claims (30)

1. 液体燃料を用いて発電する燃料電池と、前記液体燃料を用いて被洗浄物を洗浄する洗浄装置と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記燃料電池に供給する前記液体燃料を貯蔵する燃料容器を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
3. 前記燃料容器は、前記燃料電池システムに着脱自在に設けられることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
4. 前記燃料容器は、外部から前記液体燃料を補給可能な燃料補給手段を備えることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
5. 前記燃料電池の前段に設けられ、前記液体燃料を所定の濃度の希釈する第１の液体燃料希釈手段を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
6. 前記燃料電池のアノードから排出されるアノード排出物と前記燃料電池のカソードから排出されるカソード排出物とを合流し、気体と液体とに分離する気液分離手段を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
7. 前記気液分離手段は、冷却手段を含むことを特徴とする請求項６記載の燃料電池システム。
8. 前記冷却手段は、外部から供給される空気によって前記アノード排出物と前記カソード排出物とを冷却する第１の冷却器を備えることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。
9. 前記冷却手段は、前記燃料容器に隣接して設けられる第２の冷却器を備えることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。
10. 前記被洗浄物を洗浄する液体燃料は、所定の間隔で前記洗浄装置に供給されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
11. 前記洗浄装置に設けられ、前記液体燃料を所定の濃度に希釈する第２の液体燃料希釈手段を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
12. 前記洗浄装置は、前記被洗浄物を導入する洗浄槽と、前記液体燃料が循環する液体燃料循環回路と、前記液体燃料を循環させる液体燃料循環手段と、を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
13. 前記被洗浄物に設けられ、外部からの電力により充電可能な電池と、前記燃料電池によって発電された電力により前記電池を充電する充電回路と、を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
14. 前記電池を放電する放電回路を備えることを特徴とする請求項１３記載の燃料電池システム。
15. 前記被洗浄物に隣接して設けられ、前記燃料電池により加熱される被加熱装置を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
16. 前記被加熱装置は、前記燃料電池により発電された電力により加熱されるヒータであることを特徴とする請求項１５記載の燃料電池システム。
17. 前記洗浄装置は、前記液体燃料を噴射する液体燃料噴射手段と、前記被洗浄物と接触して洗浄する洗浄部と、を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
18. 液体燃料を用いて発電する燃料電池と、前記液体燃料を用いて洗浄する洗浄装置と、前記燃料電池によって発電された電力により充電または駆動されると共に前記洗浄装置によって洗浄される電機機器と、を備えることを特徴とする洗浄システム。
19. 前記燃料電池に供給する前記液体燃料を貯蔵する燃料容器を備えることを特徴とする請求項１８記載の洗浄システム。
20. 前記電機機器を洗浄する液体燃料は、所定の間隔で前記洗浄装置に供給されることを特徴とする請求項１８記載の洗浄システム。
21. 前記洗浄装置は、前記電機機器を導入する洗浄槽と、前記液体燃料が循環する液体燃料循環回路と、前記液体燃料を循環させる液体燃料循環手段と、を備えることを特徴とする請求項１８記載の洗浄システム。
22. 前記洗浄装置に設けられ、前記燃料電池により加熱される被加熱装置を備えることを特徴とする請求項１８記載の洗浄システム。
23. 前記被加熱装置は、前記燃料電池により発電された電力により加熱されるヒータであることを特徴とする請求項２２記載の洗浄システム。
24. 液体燃料を用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池により加熱される被加熱装置と、前記被加熱装置に隣接して設けられ、前記液体燃料を用いて被洗浄物を洗浄する洗浄装置と、を備えることを特徴とする洗浄システム。
25. 前記被加熱装置は、前記燃料電池により発電された電力により加熱されるヒータであることを特徴とする請求項２４記載の洗浄システム。
26. 前記洗浄装置は水タンクを備えることを特徴とする請求項２４記載の洗浄装置。
27. 液体燃料を用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池によって発電された電力により駆動されると共に前記液体燃料を用いて被洗浄物を洗浄する洗浄装置と、を備えることを特徴とする洗浄システム。
28. 前記洗浄装置は、前記液体燃料を噴射する液体燃料噴射手段と、前記被洗浄物と接触して洗浄する洗浄部と、を備えることを特徴とする請求項２７記載の洗浄システム。
29. 前記燃料電池によって発電された電力により駆動する移動手段を備えることを特徴とする請求項２７記載の洗浄システム。
30. 外部からの指示を受信可能な通信部を備え、前記指示により移動すること特徴とする請求項２９記載の洗浄システム。
    
    

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