JP2012248317A

JP2012248317A - 燃料電池装置

Info

Publication number: JP2012248317A
Application number: JP2011117084A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ono; 孝小野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2012-12-13

Abstract

【課題】商用電源からの電源供給がない場合でも、起動処理が可能な燃料電池装置を提供する。
【解決手段】燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう燃料電池と、燃料電池に燃料ガスを供給するための第１の燃料ガス供給手段１８と、燃料電池に酸素含有ガスを供給するための第１の酸素含有ガス供給手段１９とを備えるとともに、第１の燃料ガス供給手段より供給される燃料ガスと第１の酸素含有ガス供給手段より供給される酸素含有ガスとのそれぞれを燃料電池に供給するための手動手段を備えることから、手動手段を操作することで、燃料電池に燃料ガスと酸素含有ガスとを供給することができ、商用電源からの電源供給がない場合でも、起動処理が可能な燃料電池装置とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、商用電源からの電源供給がない場合でも、起動処理が可能な燃料電池装置に関する。

近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス（水素含有ガス）と酸素含有ガス（空気）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールや、燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−５９３７７号公報

ところで次世代エネルギーとして期待される燃料電池装置において、燃料電池に燃料ガスや酸素含有ガスなどを供給するためのポンプ等の補機類の多くは電気により稼働する電動式であるため、例えば、停電時において、燃料電池装置の運転が一端停止すると、その後、停電が回復するまで、燃料電池装置の起動が困難となる問題があった。また、商用電源のライフラインが整っていない地域においては、燃料電池装置の起動が困難となり、燃料電池装置の設置ができないという問題があった。

それゆえ、本発明は、商用電源からの電源供給がない場合でも、起動処理が可能な燃料電池装置を提供することを目的とする。

本発明の燃料電池装置は、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう燃料電池と、該燃料電池に前記燃料ガスを供給するための第１の燃料ガス供給手段と、前記燃料電池に前記酸素含有ガスを供給するための第１の酸素含有ガス供給手段とを備えるとともに、前記第１の燃料ガス供給手段より供給される前記燃料ガスと前記第１の酸素含有ガス供給手段より供給される前記酸素含有ガスとのそれぞれを前記燃料電池に供給するための手動手段を備えることを特徴とする。

本発明の燃料電池装置は、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう燃料電池と、該燃料電池に前記燃料ガスを供給するための第１の燃料ガス供給手段と、前記燃料電池に前記酸素含有ガスを供給するための第１の酸素含有ガス供給手段とを備えるとともに、前記第１の燃料ガス供給手段より供給される前記燃料ガスと前記第１の酸素含有ガス供給手段より供給される前記酸素含有ガスとのそれぞれを前記燃料電池に供給するための手動手段を備えることから、手動手段を操作することで、燃料電池に燃料ガスと酸素含有ガスとを供給することができ、商用電源からの電源供給がない場合でも、起動処理が可能な燃料電池装置とすることができる。

本実施形態の燃料電池装置を備える燃料電池システムの構成の一例を示す構成図である。本実施形態の燃料電池装置を構成する燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。図２に示す燃料電池モジュールの断面図である。本実施形態の燃料電池装置の一例を概略的に示す分解斜視図である。本実施形態の燃料電池装置を備える燃料電池システムの構成の他の一例を示す構成図である。本実施形態の燃料電池装置を備える燃料電池システムの構成のさらに他の一例を示す構成図である。

図１は、本実施形態の燃料電池装置を備える燃料電池システムの構成の一例を示す構成図である。なお、図１においては、燃料電池装置として固体酸化物形の燃料電池を用いる場合を示しており、以降の説明においては、燃料電池として固体酸化物形の燃料電池を例示して説明するが、特に断りがない限り、燃料電池セルとして固体高分子形の燃料電池も用いた燃料電池装置とすることもでき、その場合、固体高分子形の燃料電池にあわせて、適宜構成を変更すればよい。

図１に示す燃料電池システムは、燃料電池装置からなる発電ユニットと、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニットと、これらのユニット間を水が循環するための循環配管とから構成されている。

図１に示す燃料電池装置である発電ユニットは、セルスタック５、都市ガス等の原燃料を供給する第１の原燃料供給手段１８、電動式の第２の原燃料供給手段１、セルスタック５を構成する燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための第１の酸素含有ガス供給手段１９、電動式の第２の酸素含有ガス供給手段２、原燃料と酸素含有ガスまたは水蒸気により原燃料を改質する改質器３を備えている。なお、本実施形態においては、燃料ガス供給手段を原燃料供給手段として説明する。また、第１の酸素含有ガス供給手段１９と、改質器３およびセルスタック５との間には、手動式の弁２０が設けられている。なお、後述するが、セルスタック５と改質器３とを収納容器に収納することで燃料電池モジュール４（以下、モジュールという場合がある。）が構成され、図１においては、二点鎖線により囲って示している。

また、図１に示す発電ユニットにおいては、セルスタック５を構成する燃料電池セルの発電により生じた排ガス（排熱）と水とで熱交換を行なう熱交換器８に水を循環させる循環配管１５、熱交換器８で生成された凝縮水を純水に処理するための凝縮水処理装置９、凝縮水処理装置９にて処理された水（純水）を貯水するための水タンク１１とが設けられており、水タンク１１と熱交換器８との間が凝縮水供給管１０により接続されている。なお、熱交換器８での熱交換により生成される凝縮水の水質によっては、凝縮水処理装置９を設けない構成とすることもできる。また、凝縮水処理装置９が水を貯水する機能を有する場合には、水タンク１１を設けない構成とすることもできる。

水タンク１１に貯水された水は、水タンク１１と改質器３とを接続する水供給管１３に備えられた電動式の第２の水供給手段である水ポンプ１２により改質器３に供給される。

さらに図１に示す発電ユニットは、モジュール４にて発電された直流電力を交流電力に変換し、変換された電気の外部負荷への供給量を調整するための供給電力調整部（パワーコンディショナ）６、熱交換器８の出口に設けられ熱交換器８の出口を流れる水（循環水流）の水温を測定するための出口水温センサ１４のほか、制御装置７が設けられており、循環配管１５内で水を循環させる循環ポンプ１７とあわせて発電ユニットが構成されている。そして、これら発電ユニットを構成する各装置を、後述する外装ケース内に収納する
ことで、設置や持ち運び等が容易な燃料電池装置とすることができる。なお、貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク１６を具備して構成されている。

ここで、図１に示した燃料電池システムの起動処理および通常運転について説明する。商用電源からの電源供給がある場合には、まず電動式の第２の原燃料供給手段１、電動式の酸素含有ガス供給手段２を作動させる。この時点ではモジュール４の温度が低いため、燃料電池セルでの発電や改質器３での改質反応は行なわれない。次に、モジュール４に設けられた着火装置（図示せず）を作動させる。それにより、第２の原燃料供給手段１より供給され、燃料電池セルを通過した原燃料が燃焼し、その燃焼熱により、モジュール４や改質器３の温度が上昇する。改質器３の温度が水蒸気改質可能な温度となれば、電動式の第２の水供給手段である水ポンプ１２を作動させ改質器３に水を供給する。それにより、改質器３にて燃料電池セルの発電に必要な水素含有ガスである燃料ガスが生成される。燃料電池セルは、発電開始可能な温度となれば、改質器３にて生成された燃料ガスと、電動式の第２の酸素含有ガス供給手段２より供給される酸素含有ガスとで発電を開始する。ここで、燃料電池装置の起動処理を完了させ、通常運転に切り替える。セルスタック５で生じた電気は、供給電力調整部６にて交流に変換された後、外部負荷の要求に応じて、制御装置７により外部負荷に供給される。なお、制御装置７は、セルスタック５の発電量に対応して必要となる酸素含有ガスを供給するように第２の酸素含有ガス供給手段２の動作を制御し、あわせて、改質器３にて、セルスタック５の発電量に対応して必要となる燃料ガスを生成するように、第２の原燃料供給手段１の動作を制御するとともに、電動式の第２の水供給手段である水ポンプ１２の動作を制御する。

セルスタック５の運転に伴って生じた排ガスは、熱交換器８に供給され、循環配管１５を流れる水とで熱交換される。熱交換器８での熱交換により生じたお湯は、循環配管１５を流れて貯湯タンク１６に貯水される。一方、熱交換器８での熱交換によりセルスタック５より排出される排ガスに含まれる水が凝縮水となり、凝縮水供給管８を通じて、凝縮水処理装置９に供給される。凝縮水は、凝縮水処理装置９にて純水とされて、水タンク１１に供給される。水タンク１１に貯水された水は、電動式の第２の水供給手段である水ポンプ１２により水供給管１３を介して改質器３に供給される。このように、凝縮水を有効利用することにより、水自立運転を行なうことができる。

しかしながら、例えば停電時や、商用電源のライフラインが整っていない地域においては、商用電源からの電源供給がないことで、上述した第２の原燃料供給手段１、第２の酸素含有ガス供給手段２、電動式の第２の水供給手段である水ポンプ１２、制御装置７など、各種補機類の動作が停止するため、燃料電池装置である発電ユニットを起動させることが困難となるという問題がある。

そこで、本実施形態の燃料電池装置においては、電動式の第２の原燃料供給手段１、第２の酸素含有ガス供給手段２とともに、第１の原燃料供給手段１８、第１の酸素含有ガス供給手段１９を備えている。なお、上記実施形態においては、第１の原燃料供給手段１８および第１の酸素含有ガス供給手段のそれぞれが手動式である場合を示している。それにより、商用電源からの電源供給がない場合において、第１の原燃料供給手段１８、第１の酸素含有ガス供給手段１９を手動にて操作することにより、原燃料および酸素含有ガスを供給することができ、燃料電池装置の起動を行なうことができる。

ここで、第１の原燃料供給手段１８としては、例えば、カセットボンベ、可搬式のプロパンガスボンベ、水素ボンベ等を用いることができる。なお水素ボンベを用いる場合には、改質器３を介さずに直接セルスタック５に供給することもできる。

また、第１の酸素含有ガス供給手段としては、例えば、ばね式ポンプ、袋体式ポンプ、
振動式ポンプ、酸素含有ガスが充填されたボンベ等を用いることができる。

ここで、図１に示す発電ユニットにおいては、第１の酸素含有ガス供給手段１９から供給される酸素含有ガスが改質器３およびモジュール４に供給することができるよう、酸素含有ガスの流量を調整するための手動式の弁２０が設けられている。

図１に示す発電ユニットにおいて、商用電源からの電源供給がなく、第１の原燃料供給手段１８から供給される原燃料を改質器３にて改質する必要がある場合においては、電動式の第２の水供給手段である水ポンプ１２の動作も停止していることから、改質器３において部分酸化改質を行なうことで、セルスタック５に供給する水素含有ガスである燃料ガスを生成することが好ましい。ここで、本実施形態においては、弁２０を手動にて調整することで、第１の酸素含有ガス供給手段１９から供給される酸素含有ガスを改質器３およびモジュール４に供給することができる。なお、本実施形態において、第１の酸素含有ガス供給手段１９が、酸素含有ガスが充填されたボンベである場合には、上記弁２０を燃料電池に酸素含有ガスを供給するための手動手段の１つとすることができる。

また、弁２０とモジュール４とを接続する配管と、第２の酸素含有ガス供給手段とモジュール４とを接続する配管とを接続することも可能である。この場合、少なくとも一方の配管にはモジュール４内のガス類が逆流しないよう逆止弁を設けていることが好ましい。

さらに、図１には示していないが、第２の原燃料供給手段１と改質器３との間に、第２の原燃料供給手段１より供給される原燃料の量を調整するための弁を設けることもできる。

そして、第１の原燃料供給手段１８より供給される原燃料と第１の酸素含有ガス供給手段１９より供給される酸素含有ガス供給手段とを用いて燃料電池装置の起動処理が完了した後は、セルスタック５にて発電された電気を、電動式の各補機類に供給することで、電動式の各補機類が運転可能となる。それゆえ、燃料電池装置の起動処理が完了した後は、電動式の各補機類を用いて燃料電池装置を運転することで、より効率よくまた容易に燃料電池装置を通常運転させることができる。

なお、セルスタック５にて発電された電気は、まず各補機類の動作を制御するための制御装置７に通電した後、各種補機類である第２の原燃料供給手段１、第２の酸素含有ガス供給手段２、電動式の第２の水供給手段である水ポンプ１２等に通電するように構成されていることが好ましい。

それにより、まず制御装置７が作動することで、第２の原燃料供給手段１、第２の酸素含有ガス供給手段２等に通電された際に、これらの各手段の制御を容易に行なうことができる。

図２、図３は、本実施形態の燃料電池装置を構成する燃料電池モジュールの一例を示し、図２はモジュール４を示す外観斜視図であり、図３は図２に示すモジュール４の断面図である。

図２に示すモジュール４においては、収納容器２２の内部に、内部を燃料ガスが流通するガス流路（図示せず）を有する柱状の燃料電池セル２３を立設させた状態で一列に配列し、隣接する燃料電池セル２３間が集電部材（図示せず）を介して電気的に直列に接続されているとともに、燃料電池セル２３の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材（図示せず）でガスタンク２４に固定してなるセルスタック５を２つ備えるセルスタック装置２１を収納して構成されている。なお、セルスタック５の両端部には、セルスタック５（燃料
電池セル２３）の発電により生じた電気を集電して外部に引き出すための、電気引き出し部を有する導電部材が配置されている（図示せず）。上述の各部材を備えることで、セルスタック装置２１が構成される。なお、図２においては、セルスタック装置２１が２つのセルスタック５を備えている場合を示しているが、適宜その個数は変更することができ、例えばセルスタック５を１つだけ備えていてもよい。また、収納容器２２には、後述する燃料電池セル２３を通過した燃料ガスを燃焼させるための手動式の第１の着火装置３０および電動式の第２の着火装置３１、モジュール４の温度を測定するための熱電対３２が設けられている。

また、図２においては、燃料電池セル２３として、内部を燃料ガスが長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型で、ガス流路を有する支持体の表面に、燃料極層、固体電解質層および酸素極層を順に積層してなる固体酸化物形の燃料電池セル２３を例示している。なお、燃料電池セル２３においては、内部を酸素含有ガスが長手方向に流通するガス流路を有する形状とすることもでき、この場合、内側より酸素極層、固体電解質層、燃料極層を順に設け、モジュール４の構成は適宜変更すればよい。さらには、燃料電池セルは中空平板型に限られるものではなく、例えば平板型や円筒型とすることもでき、あわせて収納容器２２の形状を適宜変更することが好ましい。

また、図２に示すモジュール４においては、燃料電池セル２３の発電で使用する燃料ガスを得るために、原燃料供給管２８を介して供給される都市ガス等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器３をセルスタック５の上方に配置している。なお、原燃料供給管２８は、図１に示す第１の原燃料供給手段１８、第２の原燃料供給手段１にあわせて、適宜配置することができる。また、改質器３は、効率のよい改質反応である水蒸気改質と、商用電源からの電源供給がない場合における部分酸化改質とを行なうことができる構造とすることができ、水を気化させるための気化部２６と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒（図示せず）が配置された改質部２５とを備えている。改質触媒としては、水蒸気改質のほか、部分酸化改質も可能な燃焼触媒を用いることができる。なお、図１に示す構成において、第２の原燃料供給手段より、改質反応が不要な水素含有ガスが供給される場合には、改質器３は第１の原燃料供給手段１８より供給される原燃料を効率よく改質する水蒸気改質のみを行なう構成とすることもできる。そして、改質器３で生成された燃料ガス（水素含有ガス）は、燃料ガス流通管２７を介してガスタンク２４に供給され、ガスタンク２４より燃料電池セル２３の内部に設けられたガス流路に供給される。なお、セルスタック装置２１の構成は、燃料電池セル２３の種類や形状により、適宜変更することができ、例えばセルスタック装置２１に改質器３を含むこともできる。

また図２においては、収納容器２２の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されるセルスタック装置２１を後方に取り出した状態を示している。ここで、図２に示したモジュール４においては、セルスタック装置２１を、収納容器２２内にスライドして収納することが可能である。

なお、収納容器２２の内部には、ガスタンク２４に並置されたセルスタック５の間に配置され、酸素含有ガスが燃料電池セル２３の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、反応ガス導入部材２９が配置されている。

図３に示すように、モジュール４を構成する収納容器２２は、内壁３３と外壁３４とを有する二重構造で、外壁３４により収納容器２２の外枠が形成されるとともに、内壁３３によりセルスタック装置２１を収納する発電室３５が形成されている。さらに収納容器２２においては、内壁３３と外壁３４との間を、燃料電池セル２３に導入する酸素含有ガスが流通する反応ガス流路４０としている。

ここで、収納容器２２内には、収納容器２２の上部より、上端側に酸素含有ガスが流入するための酸素含有ガス流入口（図示せず）とフランジ部３７とを備え、下端部に燃料電池セル２３の下端部に酸素含有ガスを導入するための反応ガス流出口３６が設けられてなる反応ガス導入部材２９が、内壁３３を貫通して挿入されて固定されている。なお、フランジ部３７と内壁３３との間には断熱部材３７が配置されている。

なお、図３においては、反応ガス導入部材２９が、収納容器２２の内部に並置された２つのセルスタック５間に位置するように配置されているが、セルスタック５の数により、適宜配置することができる。例えば、収納容器２２内にセルスタック５を１つだけ収納する場合には、反応ガス導入部材２９を２つ設け、セルスタック５を両側面側から挟み込むように配置することができる。

また発電室３５内には、モジュール４内の熱が極端に放散され、燃料電池セル２３（セルスタック５）の温度が低下して発電量が低減しないよう、モジュール４内の温度を高温に維持するための断熱部材３７が適宜設けられている。

断熱部材３７は、セルスタック５の近傍に配置することが好ましく、特には、燃料電池セル２３の配列方向に沿ってセルスタック５の側面側に配置するとともに、セルスタック５の側面における燃料電池セル２３の配列方向に沿った幅と同等またはそれ以上の幅を有する断熱部材３７を配置することが好ましい。なお、セルスタック５の両側面側に断熱部材３７を配置することが好ましい。それにより、セルスタック５の温度が低下することを効果的に抑制できる。さらには、反応ガス導入部材２９より導入される酸素含有ガスが、セルスタック５の側面側より排出されることを抑制でき、セルスタック５を構成する燃料電池セル２３間の酸素含有ガスの流れを促進することができる。なお、セルスタック５の両側面側に配置された断熱部材３７においては、燃料電池セル２３に供給される酸素含有ガスの流れを調整し、セルスタック５の長手方向および燃料電池セル２３の積層方向における温度分布を低減するための開口部３８が設けられている。なお、複数の断熱部材３７を組み合わせて開口部３８を形成するようにしてもよい。

また、燃料電池セル２３の配列方向に沿った内壁３３の内側には、排ガス用内壁３９が設けられており、内壁３３と排ガス用内壁３９との間が、発電室３５内の排ガスが上方から下方に向けて流れる排ガス流路４１とされている。なお、排ガス流路４１は、収納容器２２の底部に設けられた排気孔４５と通じている。また、排ガス用内壁３９のセルスタック５側にも断熱部材３７が設けられている。

それにより、モジュール４の運転に伴って生じる排ガスは、排ガス流路４１を流れた後、排気孔４５より排気される構成となっている。なお、排気孔４５は収納容器２２の底部の一部を切り欠くようにして形成してもよく、また管状の部材を設けることにより形成してもよい。

ここで、モジュール４においては、後述する燃料電池セル２３を通過した燃料ガスを着火させるための手動式の第１の着火装置３０および電動式の第２の着火装置３１が、燃料電池セル２３と改質器３との間に位置するように、収納容器２の両側面よりそれぞれ挿入されている。

燃料電池セル２３を通過した燃料ガスをそのまま燃料電池装置の外部に放出することは安全性や環境面で好ましくない。それゆえ、図２および図３に示す燃料電池装置においては、燃料電池セル２３を通過した燃料ガスを燃焼させた後に、燃料電池装置の外部に排気するための、手動式の第１の着火装置３０および電動式の第２の着火装置３１が設けられている。

また、固体酸化物形の燃料電池においては、燃料電池セル２３が発電可能となる温度が高温であるため、燃料電池装置の起動処理においてはモジュール４の温度を高温に上昇させる必要があり、また燃料電池装置の通常運転時には、モジュール４を高温に維持する必要がある。ここで、図２および図３に示す燃料電池装置においては、着火装置を作動させて、燃料電池セル２３を通過した燃料ガスを燃焼させることで、モジュール４の温度を向上させることができ、それにより燃料電池装置の起動処理を行なうことができる。あわせて、改質器３の温度も向上させることができる。

しかしながら、上述したように、停電時や、商用電源のライフラインが整っていない地域においては、商用電源からの電源供給がない場合には、電動式の着火装置（本実施形態においては第２の着火装置３１）を作動させることができず、それにより固体酸化物形の燃料電池においてはモジュール４の温度を上昇させることが困難となり、燃料電池装置の起動処理を行なうことが困難な場合がある。

それゆえ、本実施形態の燃料電池装置においては、手動式の第１の着火装置３０を備えていることが好ましい。それにより、停電時や、商用電源のライフラインが整っていない地域においては、商用電源からの電源供給がない場合でも、手動式の第１の着火装置３０を作動させることにより、燃料電池セル２３を通過した燃料ガスを燃焼させることで、安全性や環境面の問題を改善できるとともに、モジュール４の温度を上昇させることができ、燃料電池装置の起動処理を効率よく行なうことができる。なお、手動式の第１の着火装置３０としては、例えば、点火棒のようなライター類を用いることができる。

また、手動式の第１の着火装置３０とあわせて、電動式の第２の着火装置３１を設けることで、燃料電池セル２３を通過した燃料ガスを効率よく燃焼させることができる。

なお、反応ガス導入部材２９の内部には、セルスタック５近傍の温度を測定するための熱電対３２が、その測温部４３が燃料電池セル２３の長手方向の中央部でかつ燃料電池セル２３の配列方向における中央部に位置するように配置されている。

セルスタック５（モジュール４）の温度が所定の温度以上となれば、セルスタック５の発電により生じた電力を、制御装置７や第２の着火装置３１等に通電することができる。それゆえ、熱電対３２で測定される温度やその温度の維持時間に基づいて、手動手段の作動を停止して、電動式の手段に切り替えて起動処理を完了することができる。

図４は、本実施形態の燃料電池装置の一例を概略的に示す分解斜視図であり、一部構成を省略して示している。

図４に示す燃料電池装置４６は、支柱４７と外装板４９とから構成される外装ケース内を仕切板４８により上下に区画し、その上方側を上述したモジュール４を収納するモジュール収納室５０とし、下方側をモジュール４を動作させるための補機類を収納する補機収納室５１として構成されている。なお、図５においては、補機収納室５１に収納する補機類を省略して示しているが、図１に示す構成においては、補機収納室５１内に、電動式の第２の水供給手段である水ポンプ１２、水タンク１１、供給電力調整部６、制御装置７、循環ポンプ１７および凝縮水処理装置９等の各装置（補機）が収納されている。

また、仕切板４７は、補機収納室５０の空気をモジュール収納室４９側に流すための空気流通口５１が設けられており、モジュール収納室４９を構成する外装板４８の一部に、モジュール収納室４９内の空気を排気するための排気口５２が設けられている。

図５は、本実施形態の燃料電池装置を備える燃料電池システムの構成の他の一例を示す構成図である。図１に示す構成図とは、電動式の第２の原燃料供給手段１と改質器３との間に手動式の弁５４が設けられるとともに、手動式の第１の原燃料供給手段１８が弁５４に接続されている点で異なっている。

図５に示す燃料電池装置においては、例えば第２の原燃料供給手段１が都市ガスを供給するガス供給ポンプであり、第１の原燃料供給手段１８が常時接続されているプロパンガスボンベである場合において、商用電源からの電源供給がない場合は、手動式の弁５４を操作して、第１の原燃料供給手段１８より原燃料を供給することができる。なお、このような燃料電池装置においては、上記弁５４を手動手段の１つとすることができる。

図６は、本実施形態の燃料電池装置を備える燃料電池システムの構成のさらに他の一例を示す構成図である。図５に示す構成図とは、第１の酸素含有ガス供給手段１９が改質器３に接続されておらず弁２０を備えていないこと、第１の水供給手段である手動式の水ポンプ５５を備えている点で異なっている。

図６に示す燃料電池装置においては、改質器３で改質効率のよい水蒸気改質を行なうための手動式の水ポンプ５５を備えていることから、商用電源からの電源供給がない場合は、手動式の水ポンプ５５を操作して、改質器３に水を供給することができ、改質器３にて水蒸気改質を行なうことができる。なお、水ポンプ５５は、第１の原燃料要求手段１８の操作開始と同時に操作開始することもできるが、改質器３の温度が低い場合には、第１の原燃料供給手段１８より原燃料の供給を開始して所定時間経過後に水ポンプ５５を操作することもできる。

以上、本実施形態について詳細に説明したが、本実施形態は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

例えば、図１および図５に示す構成図においては、弁２０を設け、手動式の第１の酸素含有ガス供給手段１９より改質器３に酸素含有ガスを供給して部分酸化改質を行なう例を示し、図６に示す構成図においては、手動式の第１の水供給手段である水ポンプ５５を設け、改質器３に水を供給して水蒸気改質を行なう例を示しているが、弁２０および水ポンプ５５のいずれも設けて、第１の酸素含有ガス供給手段１９より改質器３に酸素含有ガスを供給するとともに、手動式の第１の水供給手段である水ポンプ５５より改質器３に水を供給するようにしてもよい。この場合、改質器３の温度が低い場合には、発熱反応である部分酸化改質を行ない、温度の上昇とともに、オートサーマル改質や、水蒸気改質に切り替えることで、より効率のよい改質反応を行なうことができる。

１：第２の原燃料供給手段
２：第２の酸素含有ガス供給手段
３：改質器
４：燃料電池モジュール
７：制御装置
１８：第１の原燃料供給手段
１９：第１の酸素含有ガス供給手段
３０：第１の着火装置
３１：第２の着火装置

Claims

燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう燃料電池と、該燃料電池に前記燃料ガスを供給するための第１の燃料ガス供給手段と、前記燃料電池に前記酸素含有ガスを供給するための第１の酸素含有ガス供給手段とを備えるとともに、前記第１の燃料ガス供給手段より供給される前記燃料ガスと前記第１の酸素含有ガス供給手段より供給される前記酸素含有ガスとのそれぞれを前記燃料電池に供給するための手動手段を備えることを特徴とする燃料電池装置。
前記燃料電池を通過した前記燃料ガスを燃焼させるための手動式の第１の着火装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
前記第１の燃料ガス供給手段および前記第１の酸素含有ガス供給手段のうち少なくとも一方が手動式であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池装置。
前記手動手段が、前記第１の燃料ガス供給手段と前記燃料電池とを接続する燃料ガス供給管に設けられた手動弁または前記第１の酸素含有ガス供給手段と前記燃料電池とを接続する酸素含有ガス供給管に設けられた手動弁であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池装置。
前記燃料電池に供給する燃料ガスを生成するための水蒸気改質を行なう改質器を備えるとともに、該改質器に水を供給するための手動式の第１の水供給手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の燃料電池装置。
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給するための電動式の第２の燃料ガス供給手段と、前記燃料電池に前記酸素含有ガスを供給するための電動式の第２の酸素含有ガス供給手段と、前記燃料電池を通過した前記燃料ガスを燃焼させるための電動式の第２の着火装置と、前記改質器に水を供給するための電動式の第２の水供給手段とを備えることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池装置。
前記第２の燃料ガス供給手段、前記第２の酸素含有ガス供給手段、前記第２の着火装置のそれぞれの動作を制御する制御装置を備えるとともに、前記燃料電池が発電を開始した後、前記制御装置に通電し、その後、前記第２の燃料ガス供給手段、前記第２の酸素含有ガス供給手段、前記第２の着火装置および前記第２の水供給手段のそれぞれに通電するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池装置。