JP2007188641A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】圧力損失が小さく、捕集した塵埃の処理が容易で、且つ燃料電池システムやモジュールの形態にした場合に、フィルタの交換位置（メンテナンス口の位置）を自由に設定できるようにした燃料電池発電システムを提供すること。
【解決手段】燃料電池セルスタックのガス取り入れ位置よりも実質的に下方から、当該ガス取り入れ位置に向けて上方にガスを供給する配管を設け、当該配管の少なくとも一部に配管を曲げて構成した慣性分離方式のフィルタリング手段（慣性フィルタ）を設けることで、ガス中の塵埃とともに液滴に混入する塵埃もあわせて捕集できるようにする。慣性フィルタを使うので圧力損失が小さい。また、配管を曲げてフィルタリング手段とするので、フィルタの交換位置の設定自由度が大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池スタック，燃料電池システム、および燃料電池モジュールと、これらの燃料電池にガスを供給するガス供給配管系統に設けるフィルタリング機構に係わる。特に、ＰＥＦＣ（Polymer Electrolyte Fuel Cell ：固体高分子形燃料電池）を用いた燃料電池スタック，燃料電池システム、および燃料電池モジュールに係わるものである。

燃料電池スタック，燃料電池システム、および燃料電池モジュールと、これらの燃料電池にガスを供給するガス供給配管系統に設けるフィルタリング機構に係わる技術として、
空気の供給配管系に不純物除去フィルタと、触媒型ケミカルフィルタを設ける方法が提案されている。一例として特許文献１において、不純物除去フィルタとして不織布状，微細なメッシュ状、又はスポンジ状の材料から構成されたフィルタを使用し、触媒型ケミカルフィルタとして、化学反応により有害物質を無害化するか又は吸着除去するフィルタを使用する場合の燃料電池発電システムが開示されている。不純物除去フィルタとして、具体的には公知の燃料機関用エアフィルタを使えばよいこと、また、触媒型ケミカルフィルタとして、具体的には燃料電池用燃料改質システム等に使用される公知のフィルタを使用すればよいことも開示されている。

特開２００５−７１７６４号公報（第９頁 第１図）

不織布状，微細なメッシュ状、又はスポンジ状の材料などを通過することで機能する従来型のフィルタを用いる場合には、圧力損失が大きくなり、結果として燃料電池運転に必要なガス供給手段の消費電力や燃料電池発電システム全体のサイズが大きくなるという課題があった。

燃料電池セルスタックを発電部とする燃料電池発電システムにおいて、
燃料電池セルスタックのガス取り入れ位置の上流側に、慣性フィルタを有することを特徴とする燃料電池発電システムである。

ここで、慣性フィルタとは、慣性分離方式のフィルタをいう。

本発明によれば、圧力損失が小さく、結果として燃料電池運転に必要なガス供給手段の消費電力や燃料電池発電システム全体のサイズが小さい燃料電池発電システムを提供することができる。

本発明の一実施形態としては、
燃料電池セルスタックを発電部とする燃料電池発電システムであって、燃料電池セルスタックのガス取り入れ位置よりも実質的に下方から、ガス取り入れ位置に向けて上方にガスを供給する配管を有し、配管の少なくとも一部にフィルタリング手段を有し、フィルタリング手段は、慣性分離方式のフィルタリング手段であることを特徴とする燃料電池発電システムがある。

この燃料電池システムによれば、慣性分離方式のフィルタリング手段で供給ガス中に含まれる塵埃を捕集するため、透過型（メッシュ上のフィルタにガスを透過させるタイプ）のフィルタリング手段と比較して圧力損失が小さい。また同時に、燃料電池セルスタックのガス取り入れ位置よりも実質的に下方から、当該ガス取り入れ位置に向けて上方にガスを供給する配管に当該フィルタリング手段を設けることで、ガス中の塵埃だけでなく、配管中に結露した液体に混入している塵埃や、例えばアンモニアなどの揮発しやすい不純物を液滴の形で当該配管の下方へ集めて処理できるようにしている。

固体高分子形燃料電池では、固体高分子電解質膜を加湿して発電を行うため、供給ガス配管に水滴が生じる場合が多い。水滴中の不純物から、例えば金属イオンなどが溶出すると、結果として燃料電池発電性能を低下させる場合がある。

また、改質器で発生し得るアンモニアやその他の好ましくない成分も燃料電池性能を低下させる場合がある。本燃料電池システムでは、ガスとともに水滴に混入している塵埃や不純物までも確実に除去できるようにしている。

本発明に係る他の一実施形態としては、燃料電池セルスタックを発電部とする燃料電池発電システムであって、燃料電池セルスタックのガス取り入れ位置に対して実質的に隣接する配管の上流位置にフィルタリング手段を有し、フィルタリング手段は、慣性分離方式のフィルタリング手段であることを特徴とする燃料電池発電システムである。

本燃料電池システムでは、燃料電池セルスタックにガス供給される直前の部分に慣性フィルタを配置し、集塵することで、配管自体に起因する不純物も含めて燃料電池セルスタック内に好ましいガスを供給できるようにしている。また、燃料電池セルスタックのガス取り入れ位置に対して実質的に隣接する配管の上流位置にフィルタリング手段を設けることで、当該フィルタリング手段とセルスタックとの一体化を容易にしている。

ここで、実質的に隣接するとは、例えば上記フィルタリング手段の上流に更に別のフィルタリング手段を配置し、両者を通過したガスが燃料電池セルスタックへ供給されるようにした場合などであって、他のフィルタリング手段やその他の手段と組み合わせてはいても、当該セルスタック直前の供給ガス配管系に慣性フィルタを設けている場合を示す。

本発明に係る他の一実施形態としては、燃料電池セルスタックを発電部とする燃料電池発電システムであって、燃料電池セルスタックへのガス供給配管系統内の少なくとも一部に慣性分離方式のフィルタリング手段を有し、フィルタリング手段は、着脱可能な集塵部を有することを特徴とする燃料電池発電システムである。

本燃料電池システムでは、慣性分離方式のフィルタリング手段で供給ガス中に含まれる塵埃を捕集するため、圧力損失が小さい。また同時に、フィルタリング手段の集塵部を着脱可能な形に構成することで、使用中に捕集した塵埃の処理を容易にしている。

慣性分離方式のフィルタリング手段では、フィルタリング手段の外部に改めて集塵手段を設ける場合が多いが、フィルタリング手段内部に集塵部を一体化し、例えば当該集塵部に粘着性の部材を配置するなど、外部からの電源供給や配管等を設けることなく小型で独立した構造の集塵部を設けておけば、着脱が容易であり、フィルタリング手段の構成自体も小型化できる。

本発明に係る他の一実施形態としては、前述の燃料電池システムに、慣性分離方式のフィルタリング手段をルーバ型あるいは遠心分離型のフィルタリング手段としたことを特徴とする燃料電池発電システムである。また、フィルタリング手段を配管自体の屈曲部として構成したことを特徴とする燃料電池発電システムである。更には、当該屈曲部に着脱容易な集塵部を構成したことを特徴とする燃料電池発電システムである。

本発明に係る他の一実施形態として、配管自体を慣性フィルタとして望ましい形状に曲げることで、それ自体を遠心分離型のフィルタとして機能させるようにしている。また、配管の中に予め小型のルーバ構造を設けることで、ルーバ型の慣性フィルタとして機能させるとともに、配管中のガスの流れを、慣性フィルタとして望ましい流れにするようにしている。

また、屈曲部に集塵部を構成することで、配管壁面に付着する塵埃を集塵部にまとめて捕集するようにしている。

また、外部からの電源供給や配管等のない塵埃部を一体化することで、集塵部のみの交換も容易にしている。

本発明に係る他の一実施形態として、前述の燃料電池システムに、屈曲部を有する配管の集塵部に液体を保持し、液体を集塵部材として使用するようにしたことを特徴とする燃料電池発電システムである。また、慣性フィルタの集塵部を、繊維状のシート状部材、または粘着性を有するシート部材で構成したことを特徴とする燃料電池発電システムである。さらに、上記慣性フィルタの集塵部を、保水性を有する部材で構成したことを特徴とする燃料電池発電システムである。

本発明に係る他の一実施形態としての燃料電池システムでは、集塵部を液体や、繊維状のシート状部材、または粘着性を有するシート部材や保水性を有する部材で構成することで、外部からの電源供給や配管等を設けることなく、細かい塵埃の集塵を容易にしている。

また、液体や保水性のある部材を使用ことで、水に混入したり、溶解したりしやすい不純物も集塵部に集めやすいようにしている。

また、吸水性や保水性のある部材を集塵部に適用することで、集塵部交換の際に、液体がこぼれることを防止するようにしている。

固体高分子形燃料電池では、固体高分子電解質膜を加湿して発電を行うため、供給ガス配管に水滴が生じる場合が多い。このため、配管中に設けた集塵部には運転中に水が供給され、また供給ガス露点に応じて水は気化していくため、過剰に液体が溜まる場合以外は、発電によって上記集塵部は適度に湿潤した状態に保持されるようになる。

本発明に係る他の一実施形態としては、前述までのフィルタリング手段と、燃料電池発電モジュールやシステムとを一体構成したことを特徴とする燃料電池発電モジュールあるいはシステムである。また、フィルタリング手段はネジあるいはその他の接合手段によって着脱可能な集塵部を有し、燃料電池発電モジュールあるいはシステムに設けるメンテナンス口の開口面と、ネジの着脱可能な回転面あるいは接合手段の接合面とが、実質的に平行になるように一体構成したことを特徴とする燃料電池発電モジュールあるいはシステムである。

本発明に係る他の実施形態としての燃料電池発電モジュールあるいはシステムでは、本発明に係わるフィルタリング手段を適用することで、圧力損失が小さく、捕集した塵埃の処理を容易にしている。

また、屈曲部を有する配管にフィルタリング手段を設けるようにできるので、燃料電池システムやモジュールあるいはシステムに適用した場合に、フィルタの交換位置（メンテナンス口の位置）を自由に設定できるようにしている。

更に、着脱可能な集塵部をネジあるいはそれと同等の手段で着脱可能とし、同時に燃料電池発電モジュールあるいはシステムに設けるメンテナンス口の開口面と、ネジの着脱可能な回転面あるいは接合面とが、実質的に平行になるように一体構成することで、集塵部をメンテナンス口から容易に着脱できるようにしている。

更に、本発明に係る他の一実施形態では、前述までの燃料電池システムあるいはモジュールを家庭用燃料電池システムと移動体搭載型燃料電池に適用するようにしている。

また、本発明にかかるフィルタリング手段を、固体高分子形燃料電池の空気供給系に適用する場合には、難燃性の樹脂材料で構成するようにできる。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係わるフィルタリング手段を示す模式図である。

１は、屈曲した配管部であり、それ自体が慣性フィルタを構成するようにしたフィルタリング手段である。２ａ，２ｂは、集塵手段であり、フィルタリング手段１の内壁に設けたものである。吹き出しは、集塵手段２ｂの拡大例であり、繊維状の物質を編み込んだり、圧縮したりして成形した場合の例であり、フィルタ除去すべき物質（塵埃など）１００を、当該繊維状の物質でからめ採る、あるいは静電気力によって補足することができる。ガス供給配管１０ａと、ガス供給配管１０ｂとは、ガスの入口側から図の矢印の向きにガスを供給するものであり、出口側が燃料電池スタックへつながるようにしている。１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは配管接続手段である。１１ａ，１１ｄは、図示していない周辺配管と図示するガス供給配管とを接続するための配管接続手段である。１１ｂ，１１ｃは、ガス供給配管とフィルタリング手段とを接続する配管接続手段である。配管接続手段１１ｂと１１ｃとを組み合わせると、フィルタリング手段である配管屈曲部１の取り外しが容易である。配管接続手段は、分かりやすさのために１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの４つを図示したが、これらの一部あるいは全部を省略するようにしてもよい。

空気や水素含有ガスなどの供給ガスは、ガス供給配管１０ａを通過し、フィルタリング手段として構成した配管の屈曲部となっているフィルタリング手段１を経て、ガス供給配管１０ｂを通過して燃料電池スタックへ供給される。この際、ガス自体は配管の屈曲形状に沿って流れるが、ガス中の塵埃は慣性によって方向を変えにくいため、まず図１の(１)の方向へ動くことにより集塵手段２ａに捕捉される。またここで捕捉されなかった塵埃は、図１の（２）の方向へ動くことにより集塵手段２ｂに捕捉される。その結果、塵埃を除去されたガス（３）が燃料電池スタックに向かって上昇し、供給される。集塵手段は一箇所よりも複数箇所あったほうが、ガス中の塵埃をより多く集塵できる。本実施例の場合は、２箇所に集塵手段を設けているので、集塵手段が一箇所の場合に比べより多くの塵埃を捕集できる。

配管の屈曲部に集塵手段を設けるには、例えば、配管接続手段１１ｂと配管接続手段
１１ｃの間の配管屈曲部を二つに割った構造とし、集塵手段２ａ，２ｂを設置した後、分割した配管屈曲部を貼り合せるように閉じればよい。配管を分割するとガス漏洩の心配がある場合は、屈曲させた配管の出入り口部より、集塵手段２ａ，２ｂをフィルムのように挿入し、配管内面の所定の位置に貼り付ければよい。あるいは、配管の内側全体に予め繊維状の層を設けるようにした後、これを曲げてフィルタリング手段１を構成してもよい。この場合は、集塵手段２ａ，２ｂは一体構造となるが、機能上問題はない。あるいは、屈曲構造を有する配管内面に糊のように集塵性を有する液体を流し込み、配管の内側全体にとりもちのような集塵手段を設けるようにしてもよい。

なお、集塵手段２ａ，２ｂを粘着性の物質で構成する場合には、表面積がなるべく大きくなるように、表面が凹凸になるようにすると、集塵がより効果的である。

燃料電池スタックに供給されるガスは、加湿された状態にあることが多い。この場合、ガスの供給を継続することによって、ガス供給配管中に結露が生じる。生じた液滴が配管壁に沿って流れると、配管壁に付着する塵埃を含むようになる。当該液滴が燃料電池スタックに流入すると、塵埃を持ち込むことになるため好ましくない。そこで本実施例では、燃料電池スタック側への配管を上昇構造とし、液滴が燃料電池スタックへ混入しにくいようにした。余剰の液滴は滴下し、集塵手段２ｂ、屈曲部であるその位置に捕捉される。集塵手段２ｂあるいはその位置に溜まった液滴は再び気化するが、液滴が過剰に蓄積された場合はドレインのように蓄積された水を排除するようにできる。

なお、上昇配管部１０ｂには、液滴がガスに巻き込まれて混入するのを防ぐように邪魔板構造を配管部に設けるようにしてもよい。

燃料電池システムとして固体高分子形燃料電池の空気供給系に適用する場合には、配管に流れるガスの使用温度や環境温度が低いので、前述のフィルタリング手段およびそれに係わる配管の一部あるいはすべてを難燃性の樹脂材料で構成するようにできる。樹脂材料を使う場合には、成型の自由度が高く、量産化，低コスト化が容易である。

本実施例のフィルタリング手段で補足できる塵埃は、数マクロメータ程度の大きさから可能である。燃料電池システムでは、わずかな量の金属イオン成分などがスタック電圧へ影響を与える場合があるので、細かい塵埃から捕捉できるのが好ましい。特に、金属系のイオンが水に溶け出す物質は、きちんと捕捉しておくことが好ましい。本実施例のフィルタリング手段によれば、配管を曲げるという簡単な構成でありながら、慣性フィルタの機構によって微小サイズの塵埃から捕捉が可能であるとともに、上昇配管との組み合せによって液滴も捕捉しやすくしているので、湿潤状態の集塵部で液滴に混入する金属系のイオンなども捕捉ができる。

図２は、第１実施形態に係わるフィルタリング手段の集塵部を着脱可能とした構成を示す模式図である。

３は、配管内に設けた整流手段である。２は、集塵手段である。また、集塵手段２を着脱可能にするための着脱手段であり、図２では配管と屈曲部にネジをきっている場合を示しているが、ホース類の接続手段のように、押し付けることでロックがかかるような構造であってもよい。図２の構造であれば、フィルタリング手段１全体でなく、集塵手段２のみを交換することができるので、メンテナンスが容易である。

なお、整流手段３は、予め円筒構造内にルーバ等の構造を設けておき、これを配管に接続して構成してもよい。

ガスの流れに対するルーバの羽の傾斜を調整すると、整流手段３をルーバ型のフィルタ手段として機能させることができる。

図３は、第１実施形態に係わるフィルタリング手段の集塵部を着脱可能とした別の構成を示す模式図である。

本実施例は、集塵手段２として液体を使用した場合の例である。液体としては、予め所定の液体を封入するようにしてもよいが、配管内の結露として生じた液滴を集めて機能させるようにしてもよい。結露した液滴には、配管壁の塵埃が混入するが、ガス供給配管
１０ｂを燃料電池スタックに対して上昇配管とすることで、液滴を集塵手段２へ集めるようにしている。すなわち、燃料電池スタックにガスを供給する供給口よりも下方に慣性フィルタを設置することにより、重力で液滴をフィルタリング手段の屈曲部にためることがきる。

燃料電池スタックに供給されるガスには、例えば、改質器の反応や燃料自体に起因する不純物が含まれる場合がある。例えば、微量のアンモニアが含まれるような場合、本実施例のフィルタリング手段であれば、ガス供給配管１０ｂの上昇構造によって、これらの不純物は、水の結露と同様に配管内で凝集し、液滴として回収するようにできる。回収された不純物は、塵埃とともに集塵手段２に濃縮されるので、着脱手段４によって集塵手段２を交換すれば、除去が容易である。

ここで、集塵手段に、不純物成分を化学的な反応で捕捉するような基材を使用すれば、化学的吸着によって不純物の捕捉により効果的である。

捕集される液体の量が比較的多い場合は、図３の集塵手段２を、例えばシリンダ形状にし、より多くの液体を蓄えられる構造にすればよい。あるいはまた、余剰な液体成分が自動的に排除されるように、ドレインにしておいてもよい。この場合、捕集された塵埃は、液体とともにドレインから排出できる。

本実施例においてもガスは配管屈曲部に沿って流れるが、ガスに含まれる塵埃は、慣性によって、例えば図３の（１）のように移動する。このため、液面において塵埃を捕捉できる。

液面での塵埃の捕捉をより効果的にするために、整流手段３の羽の向きを調整するようにできる。捕捉が充分である場合は、整流手段３を省略してもよい。液は、燃料電池スタックに対し無害な水が好ましいが、この場合、配管に流れるガスに含まれる水分が結露し重力によりフィルタリング手段の屈曲部にたまる水を利用してもよい。

図４は、第１実施形態に係わるフィルタリング手段を燃料電池セルスタックと組み合わせて配置した場合の説明図である。図では、当該フィルタリング手段に係わる配管以外を省略して、構成を模式的に示している。

図４ａでは、フィルタリング手段１を、燃料電池セルスタックの直前に配置している。これによって、配管中で混入し得るミストなどの液滴などをセルスタックの直前でまとめて除去できるようにしている。フィルタリング手段１の直後に燃料電池セルスタックがあるので、当該フィルタリング手段通過後に新たな液滴やミストが生じることはなく、集塵が確実である。

また、フィルタリング手段１を燃料電池セルスタックの直前に配置することで、当該フィルタリング手段と燃料電池セルスタックとの一体化が容易である。図には示していないが、燃料電池セルスタックとフィルタリング手段１とをひとつのパッケージに入れるようにしてもよい。

図４ｂでは、フィルタリング手段１の後流に別のフィルタリング手段を配置し、しかる後に燃料電池セルスタックに接続するようにした。この場合も、フィルタリング手段１は燃料電池セルスタックのガス取り入れ位置に対して実質的に隣接する配管の上流に配置されているので、図４ａの場合と同様に、フィルタリング手段１を通過後に新たな液滴やミストが生じることはなく、また、燃料電池セルスタックとフィルタリング手段１とをひとつのパッケージに入れることも比較的容易である。

なお、別のフィルタリング手段の代わりに、その他の配管構造を設ける場合であっても同様である。

図５は、第１実施形態に係わるフィルタリング手段を燃料電池システムやモジュールに実装した場合のメンテナンスポートとの位置関係の一例を示す模式図である。

まず、図５はシステムあるいはモジュールの上部より下方を見た場合の模式図である。３０はシステムあるいはモジュールの筐体壁である。２９はメンテナンス扉である。３１はメンテナンス扉２９の開閉手段である。３２はメンテナンス扉２９の固定手段である。４０はメンテナンスポートであり、メンテナンス扉２９は、システムあるいはモジュールの外側へ向かって開く場合を示している。２９，３０−３２は、それぞれの機能を模式的に示すものであって、実際のデザインを描くものではない。また、本実施例の場合、燃料電池発電システムは、システム筐体壁３０で囲われている。

図５の配管は配管レイアウトを上部より下方に向かって見た場合の模式図であるが、図５の配管はＡからＢにかけて、上方に向けて傾斜するように配置することができる。その場合、ＢはＡより高い位置にあることになる。このように配置すれば、配管接続手段11ｄを燃料電池スタックに接続する場合、ＡＢは実質的に上昇するように配置できる。

本発明のフィルタリング手段は、実質的に配管を曲げて形成できるので、集塵手段２の位置を比較的自由にレイアウトすることができる。従って、図５の場合、集塵手段２をメンテナンス口４０の極近傍に配置することができた。

加えて、メンテナンス口の開口面と集塵手段２の着脱可能な回転面あるいは接合面とが、実質的に平行になるように一体構成しているので、人が集塵手段２の交換作業をする場合、メンテナンス口４０を開け、すぐにみえる集塵手段２をその面内でそのまま回転させたり、引き出したりすれば交換ができる。従って、当該集塵部はメンテナンス口から容易に着脱できる。

メンテナンス口４０から集塵手段２を取り出す際、集塵手段２に捕集された水がこぼれる場合が想定される。これに対して、集塵手段２に吸水性，保水性を持たせておけば、水がこぼれることなく集塵手段２の交換が容易にできる。吸水性，保水性を有する部材は、たとえば吸水性のある繊維で集塵手段を構成するように、集塵のための部材と兼用してもよい。あるいは、集塵のための部材とは独立に、併設するようにしてもよい。

本発明第１実施形態に係わるフィルタリング手段では、配管を曲げる形態そのものをフィルタリング手段とし、着脱容易な集塵部とともに、液滴の捕集も容易な上昇配管近傍にこれを設けるようにしているので、燃料電池システムやモジュールに設けるメンテナンス口の位置にあわせて集塵部を設けるようにできる自由度が実用的に大きい。更に、水がたれないように吸水性，保水性を有する部材を集塵手段に使用すれば、当該集塵手段を交換する際に、水がこぼれるといった心配がない。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係わるフィルタリング手段を示す模式図である。

フィルタリング手段１は、燃料電池配管中に設けたルーバ型の慣性フィルタの断面構造を模式的に示している。燃料電池スタックに対して上昇する配管の一部にフィルタリング手段１を設けている。

図６の下方から供給されたガスは、ルーバ部分で矢印で示すように流れの方向が急に変わる。ガスはこの流れの曲がりに従って流れるが、ガス中に含まれる塵埃は、ルーバ部分に付着し、下流に流れないようにするものである。

フィルタリング手段１を構成するルーバは、配管を二分した状態で構成し、配管を閉じて使用するようにしてもよいし、ガスが漏れる心配がある場合は、例えば樹脂成形などにより、配管と一体に射出成形するようにしてもよい。

ルーバには、塵埃とともに結露した水滴が付着する場合がある。水滴は滴下する際、ルーバに付着した塵埃を取り込むので、ルーバをクリーニングするように働く。同様に管壁を伝わって滴下する際、管壁に付着した塵埃を取り込み、クリーニングできる。従って、ルーバと管壁との間には、液滴の通過できる隙間やメッシュを設けておくようにするとよい。

慣性フィルタの中心部には、塵埃成分を多く含むガスが蓄積されるので、図６では、これを集塵手段２に導き、塵埃を捕捉できるようにしている。蓄積した塵埃は、集塵手段２を取り外すことでクリーニングできる。集塵手段２は、例えばネジなどの手段によって、着脱可能とすることが容易である。供給するガスが空気の場合、集塵手段２通過後のガスは大気中へ開放すればよい。

集塵効果を高めるには、配管入口の圧力Ｐ１を、集塵手段２の出口圧力Ｐ２より高くとっておくとよい。

図示するフィルタリング手段１は対象な形をしており、整流のために中央部に仕切り板を設けているが、その他のルーバ型フィルタも同様に適用することができる。

図７は、第２実施形態に係わる別のフィルタリング手段を示す模式図である。

フィルタリング手段１は、燃料電池配管中に設けた遠心分離型の慣性フィルタの立体配置を模式的に示している。燃料電池スタックに対して上昇する配管の一部にフィルタリング手段１を設けている。

図７の下方から供給されたガスは、フィルタリング手段１の中で、旋回流となるように導かれる。その結果、矢印で示すように渦を描くような流れが生じる。ガスはこの流れに沿って、そのまま上昇し、ガス供給配管１０ｃに流入するが、塵埃は遠心力によってフィルタリング手段１の側面へ集まる。これを集塵手段２で捕捉するようにしている。

集塵手段２の構造は、上記本発明第１実施形態の場合と同様に、繊維状の物質や粘着性の物質によってフィルム状に構成できる。当該フィルム状の部材は、図７のフィルタリング手段側面に貼り付けるような状態に配置し、塵埃が蓄積した場合は、同側面部をあけて、フィルム状物質だけを交換するようにできる。当該フィルム状物質を交換するには、例えばフィルタリング手段１を開放すればよい。図７には、点線にて開放の仕方を模式的に示している。

フィルタリング手段１には、これまでの実施例と同様に、液体成分が結露することが想定される。このため、フィルタリング手段１には、例えばメッシュ状の仕切り板を介して液体捕集部５０を設けるようにした。液体捕集部とその上部との間は、全てがメッシュであってもよいし、一部だけメッシュであるようにしてもよい。結露した水滴などは、当該メッシュを滴下し、液体捕集部５０に集められる。

液体捕集部５０は、集塵手段２とは別に、フィルタリング手段１に対して、例えばネジなどの手段によって着脱可能に設置することができる。

上記の方法以外に、旋回したガスの一部を図５のように外部へ引き出し、集塵をするようにしてもよい。

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態に係わる燃料電池発電システムとして、各家庭に配置する定置型分散電源に適用した場合の例である。

７００は、定置型分散電源であり、本発明に係る燃料電池システムを少なくともその一部に含むものである。コージェネレーションシステムとしての運転を想定した。

当該システムにおいて、改質器（水素製造装置）は、外部から供給されるガスと空気、それに燃料電池発電の結果生じる純水や水道水から作られるイオン交換水などを原料として水素を製造する。原料であるガスには、メタンを主成分とする天然ガスや都市ガスなどを使用できる。プロパンガスやその他の燃料をボンベ等により供給するようにしてもよい。都市ガスを使用する場合には、付臭剤に含まれる硫黄成分が触媒を被毒することが知られているので、脱硫器を通して触媒反応部へ供給する。ここで、当該定置型分散電源に燃料電池を使用する場合の特徴は、発電だけでなく、燃料電池排熱によって得られる温水を提供できる点にある。固体高分子形燃焼電池の場合、発電時の温度は７０−８０℃程度であり、冷却水などを利用して燃料電池内部の温度を調節する。燃料電池の反応や内部抵抗などで生じる熱を冷却により回収することで温水が得られる。但し、外部から供給する水を燃料電池の冷却に直接使用すると、当該水に含まれる不純物によって燃料電池に悪影響を及ぼす場合があるので、そうした場合には熱交換機能を有する手段を用いて、外部から供給する水を間接的に昇温すればよい。昇温された温水は、例えば５０−６０℃くらいになるので、当該温水を貯湯槽に蓄えて使用すれば、台所や風呂あるいは手洗いで使用する温水を給湯器に代って提供できる。加えて、発電により得られた電力は、外部からの供給電力と併せて家庭内の様々な電化製品の駆動に使用できるので、外部からの供給電力量を削減できる。もちろん、充分な発電容量があれば、外部からの供給電力なしに電力を賄うことができる。

外部から供給する水の温度が低くて昇温が充分でない場合、あるいは上記貯湯槽内の水温が低下する場合には、別途加熱手段を設けてもよい。当該加熱手段は、例えば、外部から供給される原料ガスの一部を燃焼させて水を昇温するようにできる。加熱量や温水の流速を調節するフィードバック制御などにより、供給水温を所定温度に昇温維持できる。市販のガス追い焚き器と組み合せて同様のシステムを構成してもよい。

本実施例に係る燃料電池発電システムを家庭用定置型分散電源に適用する場合には、吸気系配管の圧力損失を低く抑えることができるので、使用する空気ブロアなどの補機要求能力を緩和できる。結果として、小型で、消費電力が少なく、低コストな補機を選択でき、実用上好ましい。

一例として、空気ブロアの消費電力は、システムの構成によっては、補機全体の消費電力の半分ほどを占める場合も有りえるが、空気供給系統に本発明に係る実施例のフィルタリング手段を適用したシステムでは、補機全体の消費電力を半分近くに低減することができるようになる。

また、集塵部の交換が容易であるので、メンテナンス性を向上できる。

本発明第３実施形態に係わる燃料電池発電システムとして、家庭用だけでなく、自動車などの移動体にこれを適用することもできる。

移動体システムに適用する場合には、家庭用と異なり、お湯の形で熱を回収することは通常しない。熱はラジエータなどの放熱手段などによって処理される。また、燃料としては純水素を使うことが多い。システムの構成や、運転の条件は家庭用と異なるものの、本発明の燃料電池システムを適用する場合には、家庭用システムと同様に、補機損失の低減，メンテナンス性の向上効果が期待できる。

移動体では、小型実装のため、使用可能な空気ブロアなど補機が限定される場合があるが、本発明に係わる燃料電池システムであれば、補機の小型化が比較的容易である。

また、小型実装のため、フィルタ集塵部の交換位置を決めるのが難しいが、本発明に係わる燃料電池システムであれば、比較的容易にこれを実施できる。

また、移動体の場合は、粉塵やほこりの多い環境を走行する場合が想定される。このため、空気系のフィルタリング手段は確実に塵埃を集塵する必要がある。本発明に係わる燃料電池システムであれば、慣性フィルタによって、通常のエアフィルタを通過してしまう大きさの塵埃も集塵することが可能である。

家庭用の場合も、移動体の場合も、集塵能力を向上するために、フィルタリング手段を多段に設けたり、本発明以外のフィルタリング手段と組み合わせるようにしてもよい。本発明に係わる燃料電池システムであれば、本来の圧力損失が小さいので、フィルタの組合せを容易に実施することができる。

第１実施形態に係わるフィルタリング手段の構成を示す模式図である。 第１実施形態に係わる別のフィルタリング手段の構成を示す模式図である。 第１実施形態に係わる別のフィルタリング手段の構成を示す模式図である。 第１実施形態に係わるフィルタリング手段を燃料電池セルスタックと組み合わせて配置した場合の説明図である。 第１実施形態に係わるフィルタリング手段とメンテナンス口との組み合せ構成を示す模式図である。 第２実施形態に係わるフィルタリング手段の構成を示す模式図である。 第２実施形態に係わる別のフィルタリング手段の構成を示す模式図である。 第３実施形態に係わる燃料電池システムの説明図である。

符号の説明

１…フィルタリング手段、２…集塵手段、３…整流手段あるいはルーバ、４…着脱手段（ネジ等）、１０…ガス供給配管、１１…配管接続手段、２０…集塵手段の拡大例、２９…メンテナンス扉、３０…システム筐体壁、３１…メンテナンス扉の開閉手段、３２…メンテナンス扉の固定手段、４０…メンテナンス口、５０…液体捕集部、１００…フィルタ除去すべき物質（塵埃など）、７００…定置型分散電源。

Claims (14)

1. ガスを供給し、発電する燃料電池を有する燃料電池発電システムにおいて、
   燃料電池のガス取り入れ位置の上流側に、慣性フィルタを有することを特徴とする燃料電池発電システム
2. 前記燃料電池のガス取り入れ位置よりも下方に慣性フィルタを有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
3. 前記燃料電池のガス取り入れ位置に接続される配管に前記慣性フィルタを接続することを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
4. 前記慣性フィルタは、着脱可能な集塵部を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
5. 前記慣性フィルタは、ルーバ型であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
6. 前記慣性フィルタは、遠心分離型であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
7. 前記慣性フィルタは、屈曲部を有する配管であり、前記屈曲部に集塵部を構成したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
8. 前記集塵部に液体を保持することを特徴とする請求項７記載の燃料電池発電システム。
9. 前記集塵部は、繊維状のシート状部材、または粘着性を有するシート部材で構成したことを特徴とする請求項７記載の燃料電池発電システム。
10. 前記集塵部は、保水性を有する部材で構成したことを特徴とする請求項７記載の燃料電池発電システム。
11. 前記燃料電池発電システムに設けるメンテナンス口の内側に、前記着脱可能な集塵部を設置したことを特徴とする請求項４記載の燃料電池発電システム。
12. 請求項１記載の燃料電池システムを適用した家庭用燃料電池発電システム。
13. 請求項１記載の燃料電池システムを適用した移動体搭載型燃料電池発電システム。
14. 請求項１から１３において、
    前記慣性フィルタを構成する配管を難燃性の樹脂材料で構成したことを特徴とする燃料電池システム。
    

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