JP2007141747A

JP2007141747A - 燃料電池のガス昇圧装置

Info

Publication number: JP2007141747A
Application number: JP2005336557A
Authority: JP
Inventors: Hisao Kusuhara; 尚夫楠原; Tadashi Yamazaki; 正山崎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2007-06-07

Abstract

【課題】外部にガスが洩れることのない燃料電池のガス昇圧装置を提供することを目的とする。
【解決手段】所定のガスを供給する原料供給路と、前記ガスの圧力を検知する圧力検知手段と、前記ガスの流量を検知する流量検知手段と、前記ガスの温度を検知する温度検知手段と、前記圧力検知手段で検知された圧力、前記流量検知手段で検知された流量、前記温度検知手段で検知された温度に基づいて前記原料供給路から供給される前記ガスの流量を制御する制御手段と、前記ガスを昇圧する昇圧手段と、前記昇圧手段で昇圧されたガスを改質して燃料にする燃料生成手段とを備えた燃料電池において、前記昇圧手段を金属ケース１６で囲んだことを特徴とするものである。
【選択図】図６

Description

本発明は、酸素と水素とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池に係り、特に燃料であるガスを搬送するガス昇圧装置に関するものである。

従来、水素と酸素を用いて電気を生成する燃料電池ある（例えば、特許文献１参照）。従来の燃料電池について、以下に図面を参照しながら説明する。

図７は、従来の燃料電池を示す構成図である。図７において、従来の燃料電池システムは、水素と酸素を用いて発電を行う固体高分子型の燃料電池スタック１０１と、水蒸気を発生させる蒸気発生部１０２と、天然ガスなどの原料ガスを水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを生成する改質器１０３と、生成された改質ガス中のＣＯ濃度を低減するＣＯ変成部１０４と、残ったＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下にまで低減させるＣＯ除去部１０５と、原料ガスを昇圧し、改質器１０３に供給する昇圧ポンプ１０８と、改質器１０３に供給する原料ガスの流量を検知する原料ガス流量計１０９と、原料ガス流量を調整する原料ガス流量調整弁１１０と、原料ガス流量調整弁１１０を調整する制御部１１１と、外部から供給される天然ガスである燃料ガスおよび燃料電池スタックから排出される残余燃料ガスとを燃焼するバーナ１０７と、酸化剤ガスとして空気を燃料電池スタック１０１に供給する空気ブロア１１２とを備える。また、改質器１０３には改質用触媒が充填されており、バーナ１０７で加熱する。昇圧ポンプ１０８、原料ガス流量調整弁１１０、原料ガス流量計１０９、改質器１０３、ＣＯ変成部１０４、ＣＯ除去部１０５により原料供給部１００が形成されている。

以上のように構成された燃料電池について、以下、その作用を述べる。

供給された２ｋｐａ程度の天然ガスは、昇圧ポンプ１０８によって５〜１０ｋｐａ程度の圧力にまで昇圧される。そして昇圧された天然ガスは、改質器１０３において水蒸気で改質され、ＣＯ変成部１０４およびＣＯ除去部１０５を通過することでＣＯ濃度が低減され、水素リッチな燃料ガスとして燃料電池スタック１０１に供給される。

一方、燃料電池スタック１０１には、空気ブロア１１２より酸化剤ガスとしての空気が供給されており、燃料電池スタック１０１では水素リッチな燃料ガスと酸素を含む空気とが電気化学的に反応して発電を行う。このとき、発生する電力は直流であるので、実際には、インバータにより交流電力に変換後、外部へ供給される。

また改質器１０３において天然ガスを改質する時に加熱するバーナ１０７には、天然ガスである燃焼ガスと、燃料電池スタック１０１で使用されなかった水素リッチな燃料ガスと、空気とが送られ、バーナ１０７が燃焼する。

また、改質器１０３に供給される原料ガスは、発電に必要な所定流量になるように、原料ガス流量計１０９の検知により制御部１１１からの指示によって原料ガス流量調整弁１１０の開度調整を行っている。
特開２００３−１２１６０２号公報

しかしながら、前記従来の構成の燃料電池において、ガス昇圧装置は通常の気体用ポン
プとは異なり、可燃性のガスを運ぶので、外部にガスが洩れることがない構成としなければならない。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、外部にガスが洩れることのない燃料電池のガス昇圧装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために本発明の燃料電池のガス昇圧装置は、所定のガスを供給する原料供給路と、前記ガスの圧力を検知する圧力検知手段と、前記ガスの流量を検知する流量検知手段と、前記ガスの温度を検知する温度検知手段と、前記圧力検知手段で検知された圧力、前記流量検知手段で検知された流量、前記温度検知手段で検知された温度に基づいて前記原料供給路から供給される前記ガスの流量を制御する制御手段と、前記ガスを昇圧する昇圧手段と、前記昇圧手段で昇圧されたガスを改質して燃料にする燃料生成手段とを備えた燃料電池において、前記昇圧手段を金属ケースで囲んだことを特徴とするものである。これによって、外部に原料ガスが洩れることが無くなる。

外部にガスが洩れることのない燃料電池のガス昇圧装置を提供することができる。

第１の発明は、所定のガスを供給する原料供給路と、前記ガスの圧力を検知する圧力検知手段と、前記ガスの流量を検知する流量検知手段と、前記ガスの温度を検知する温度検知手段と、前記圧力検知手段で検知された圧力、前記流量検知手段で検知された流量、前記温度検知手段で検知された温度に基づいて前記原料供給路から供給される前記ガスの流量を制御する制御手段と、前記ガスを昇圧する昇圧手段と、前記昇圧手段で昇圧されたガスを改質して燃料にする燃料生成手段とを備えた燃料電池において、前記昇圧手段を金属ケースで囲んだことにより、外部に可燃性のガスが洩れることがなくなり、火気にさらされることが生じても、内部の可燃性のガスへの類焼は回避できる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、昇圧手段にダイヤフラム方式を用いたことにより、ピストン方式、プランジャ方式に比べ低入力化が図れる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、金属ケースと昇圧手段との間に密閉された空間が存在することにより、昇圧手段の駆動により生じる振動を吸収し、騒音を低減することができる。

第４の発明は、特に、第１〜３の発明において、金属ケースに圧力検査用の孔を設けたことにより、孔から圧力をかけ、その変動を見ることにより定性的のみならず、定量的に金属ケースからのガス漏れを調べることができる。

第５の発明は、特に、第１〜４の発明において、金属ケースが絞り加工されたことにより、低コスト化が図れ、量産が可能となるので、個々の装置としてのばらつきも小さくなる。

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）
本実施の形態の燃料電池の構成は、図７に示した従来の燃料電池の構成と同じであるので、同じ部位については、同じ記号を付して説明を省略する。

図１は、本実施の形態における昇圧手段である昇圧ポンプの正面図である。図２は、昇圧部がプランジャ方式である昇圧ポンプの構成図、図３は、昇圧部がダイヤフラム方式である昇圧ポンプの構成図である。図１において、吸入口１３より吸込まれた原料ガスは昇圧ポンプ１０８の昇圧作用により昇圧されて吐出口１５より吐出される。昇圧ポンプ１０８は、金属ケース１６と金属蓋１７で囲まれている。この構成により、可燃性のガスが洩れることが無くなり、何らかの要因で火気にさらされることが生じても、内部の可燃性のガスへの類焼は回避できる。

また、図２において、プランジャ２０の駆動により昇圧するタイプの昇圧ポンプ１０８と、図３において、ダイヤフラム２１の駆動により昇圧するタイプの昇圧ポンプ１０８がある。プランジャ２０の材質は、金属又は硬い樹脂であることが一般的であり、ダイヤフラム２１の材質は、ゴムであることが一般的であるが、どちらのタイプであっても基本構成は同じであり、機能部の往復運動によって流体の吸入、吐出を行っている。しかしながら、ダイヤフラム方式を用いる方が、低入力すなわち少ない電力でプランジャ方式と同じ仕事量が得られるので、ダイヤフラム方式の方が望ましい。

また、図２、図３に示すように、昇圧ポンプ１０８と金属ケース１６の間には、防振ゴム１８が配設され、防振ゴム１８で部分的に昇圧ポンプ１０８を支持している。これは、昇圧ポンプ１０８の振動が金属ケース１６に伝わることを低減するためのものである。更に、金属ケース１６の外側には金属ケース自体の振動を燃料電池システム事態に伝えないため防振ゴム１９が配設されており、二重の防振構造により、昇圧ポンプの振動の大幅な低減が可能となる。また、騒音に対しても、金属ケース１６で覆うことにより低減が可能となる。

また、図４は、本実施の形態における昇圧ポンプの構成図である。図４において、昇圧ポンプ１０８と金属ケース１６との間には空間２２が存在している。この空間によって、さらに、昇圧ポンプ自体の駆動によって生じる振動を吸収し、騒音をも低減することができる。

また、図５は、本実施の形態における昇圧ポンプの構成図である。図５において、金属ケース１６には、圧力検査用の孔２３を設けている。この孔２３を設けることで、ガスが洩れているかどうかをチェックすることができる。

また、図６は、本実施の形態における昇圧ポンプの斜視図である。図６において、昇圧ポンプ１０８は、絞り加工で形成された金属ケース１６で囲んだ構成となっており、絞り加工で金属ケース１６を生産することで、大量かつ低コストでの量産が可能となり、また、個々の装置のバラつきも小さくなる。

以上のように、本実施の形態においては、所定のガスを供給する原料供給路と、前記ガスの圧力を検知する圧力検知手段と、前記ガスの流量を検知する流量検知手段と、前記ガスの温度を検知する温度検知手段と、前記圧力検知手段で検知された圧力、前記流量検知手段で検知された流量、前記温度検知手段で検知された温度に基づいて前記原料供給路から供給される前記ガスの流量を制御する制御手段と、前記ガスを昇圧する昇圧手段と、前記昇圧手段で昇圧されたガスを改質して燃料にする燃料生成手段とを備えた燃料電池において、前記昇圧手段を金属ケースで囲んだことにより、外部に可燃性のガスが洩れることがなくなり、火気にさらされることが生じても、内部の可燃性のガスへの類焼は回避できる。

以上のように、本発明に係る燃料電池のガス昇圧装置は、燃料をもらすことなく、安全な燃料電池を提供することができる。

本発明の実施の形態１における昇圧ポンプの正面図同実施の形態における昇圧部がプランジャ方式である昇圧ポンプの構成図同実施の形態における昇圧部がダイヤフラム方式である昇圧ポンプの構成図同実施の形態における昇圧ポンプの構成図同実施の形態における昇圧ポンプの構成図同実施の形態における昇圧ポンプの斜視図従来の燃料電池を示す構成図

符号の説明

１３吸入口
１５吐出口
１６金属ケース
１７金属蓋
１８防振ゴム
１９防振ゴム
２０プランジャ
２１ダイヤフラム
２２空間
２３孔
１０１燃料電池スタック
１０２蒸気発生部
１０３改質器
１０４ＣＯ変成部
１０５ＣＯ除去部
１０７バーナ
１０８昇圧ポンプ
１０９原料ガス流量計
１１０原料ガス流量調整弁
１１１制御部
１１２空気ブロア

Claims

所定のガスを供給する原料供給路と、前記ガスの圧力を検知する圧力検知手段と、前記ガスの流量を検知する流量検知手段と、前記ガスの温度を検知する温度検知手段と、前記圧力検知手段で検知された圧力、前記流量検知手段で検知された流量、前記温度検知手段で検知された温度に基づいて前記原料供給路から供給される前記ガスの流量を制御する制御手段と、前記ガスを昇圧する昇圧手段と、前記昇圧手段で昇圧されたガスを改質して燃料にする燃料生成手段とを備えた燃料電池において、前記昇圧手段を金属ケースで囲んだことを特徴とする燃料電池のガス昇圧装置。
昇圧手段にダイヤフラム方式を用いたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池のガス昇圧装置。
金属ケースと昇圧手段との間に密閉された空間が存在することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池のガス昇圧装置。
金属ケースに圧力検査用の孔を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池のガス昇圧装置。
金属ケースが絞り加工されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池のガス昇圧装置。