JP2013191283A

JP2013191283A - 燃料電池発電装置及び燃料電池発電装置のフィルタ交換方法

Info

Publication number: JP2013191283A
Application number: JP2012054524A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Yatake; 竹徹也矢; Masahiro Ogawa; 川雅弘小; Yukiteru Soga; 我幸照曽; Yasunobu Yoshimura; 村康伸吉
Original assignee: Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp
Current assignee: Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2013-09-26

Abstract

【課題】燃料電池発電装置の空気供給システムのフィルタ交換を、システム稼働中に、狭く限られた保守スペースで行う。
【解決手段】本実施形態によれば、燃料電池発電装置は、筐体内に設けられ、フィルタを収容する収容部と、一端が前記収容部に装脱可能に連結された第１配管と、前記第１配管の他端に連結された空気ブロワと、第２配管を介して前記空気ブロワから空気が供給される酸化剤極を有する燃料電池と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、燃料電池発電装置及び燃料電池発電装置のフィルタ交換方法に関する。

燃料電池発電装置は、燃料処理装置により生成された水素と酸素の結合エネルギを直接電気エネルギに変換するものであり、化学反応であるために発電効率が高く、汚染物質の排出が少ない環境性に優れた発電システムとして評価されている。

家庭用の燃料電池発電装置にはパッケージのコンパクト性が求められる。また、特に、住宅が隣接する環境や隣家との敷地境界が近い都市部においては、燃料電池発電装置の設置場所の制約により、保守スペースが十分に確保できないことが多い。このため、狭く限られた保守スペースでも作業性を確保することが求められている。

燃料電池発電装置の空気供給システムは、フィルタの下流側が空気供給先まで配管で接続された閉鎖系のシステムであり、システム稼働中にフィルタ交換を行うと、コンタミ（システムにとって有害な粉塵、化学物質等）が混入するリスクがある。そのため、従来の燃料電池発電装置は、常時稼働して省エネ性を確保する必要があるものの、フィルタ交換にあたり、システムの稼働を停止させなければならないという問題があった。

特開２０１０−１０８７４３号公報

本発明が解決しようとする課題は、空気供給システムのフィルタ交換を、システム稼働中に、狭く限られた保守スペースで行うことができる燃料電池発電装置及び燃料電池発電装置のフィルタ交換方法を提供することである。

本実施形態によれば、燃料電池発電装置は、筐体内に設けられ、フィルタを収容する収容部と、一端が前記収容部に装脱可能に連結された第１配管と、前記第１配管の他端に連結された空気ブロワと、第２配管を介して前記空気ブロワから空気が供給される酸化剤極を有する燃料電池と、を備える。

第１の実施形態に係る燃料電池発電装置の概略構成図である。第２の実施形態に係る燃料電池発電装置の概略構成図である。第２の実施形態に係る燃料電池発電装置の概略構成図である。変形例による燃料電池発電装置の概略構成図である。第３の実施形態に係る燃料電池発電装置の概略構成図である。第４の実施形態に係る燃料電池発電装置の概略構成図である。変形例による燃料電池発電装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）図１は、第１の実施形態に係る燃料電池発電装置の概略構成図である。燃料電池発電装置は、筐体１１と、筐体１１の内部に収容されている空気フィルタ１、空気ブロワ３、及び燃料電池５を備えている。

空気フィルタ１は、気密性を有するフィルタ収容部（フィルタハウジング）１ａに収容されている。フィルタ収容部１ａと空気ブロワ３とは接続管２によって連結されている。フィルタ収容部１ａは、ジョイント（連結部）２ａにより、装脱可能となるように接続管２に連結されている。ジョイント２ａは、例えばゴムシール（パッキン）、座金、ナット等で構成される。接続管２は、空気フィルタ１からみて、空気６の流れる方向における下流側に設けられている。言い換えれば、空気フィルタ１を通過してコンタミ（システムにとって有害な粉塵、化学物質等）が除去された空気６が、接続管２を介して空気ブロワ３に到達するようになっている。空気ブロワ３は、供給管４を介して燃料電池５に空気を供給する。

図示は省略するが、燃料電池５は、電解質膜と、電解質膜を挟んで対向して設けられた燃料極及び酸化剤極とを有している。酸化剤極に空気ブロワ３から空気が供給され、燃料極にガス供給部から水素含有ガスが供給されると、電気化学反応が進行して電極間で起電力が発生する。

このように、図１に示す燃料電池発電装置では、空気フィルタ１、フィルタ収容部１ａ、接続管２、空気ブロワ３、及び供給管４により、燃料電池５の酸化剤極に対してコンタミが除去された空気を供給する閉鎖系の空気供給システムが構成されている。

この燃料電池発電装置の保守作業において、空気フィルタ１を新品（又は洗浄済み）のフィルタに交換する方法について説明する。

フィルタ交換にあたり、まず、作業員はジョイント２ａを脱着して、フィルタ収容部１ａと接続管２との連結を外す。

次に、接続管２から外されたフィルタ収容部１ａを筐体１１から取り出す。

次に、フィルタ収容部１ａから空気フィルタ１を取り外し、新品の空気フィルタ１を取り付ける。

次に、新品の空気フィルタ１が取り付けられたフィルタ収容部１ａを筐体１１内に収容し、ジョイント２ａを装着して、フィルタ収容部１ａと接続管２とを連結する。

フィルタ収容部１ａから空気フィルタ１を取り外す際に、振動等により空気フィルタ１に捕集されていたコンタミが飛散するおそれがあるが、本実施形態ではフィルタ収容部１ａを接続管２から外しているため、飛散したコンタミが空気ブロワ３に吸い込まれて燃料電池５に到達することを防止できる。そのため、フィルタ交換にあたり、燃料電池発電装置の稼働を停止させることに起因するデメリットを回避することができる。

また、フィルタ収容部１ａを接続管２から外すことができるため、フィルタ収容部１ａが接続管２に連結されたままの場合と比較して、フィルタ交換作業を容易に行うことができ、これは保守スペースが狭く限られた状況に好適である。

このように、本実施形態によれば、燃料電池発電装置を稼働したまま、狭く限られた保守スペースで空気フィルタの交換を行うことができる。

（第２の実施形態）図２及び図３に第２の実施形態に係る燃料電池発電装置の概略構成を示す。本実施形態は、図１に示す第１の実施形態と比較して、フィルタ収容部１ａを筐体１１から引き出すことができる点が異なる。図２及び図３において、図１に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

図２及び図３に示すように、フィルタ収容部１ａ及び空気ブロワ３は引き出しユニット１０上に載置されている。また、供給管４には伸縮自在の配管を使用する。例えば、供給管４には、フレキシブルメタルホースや、蛇腹構造を持った伸縮管を使用することができる。

引き出しユニット１０は、ステージ１０ａに沿って、例えば水平方向に移動することができる。図３に示すように、引き出しユニット１０を筐体１１の外側へ引き出すことで、引き出しユニット１０に載置されたフィルタ収容部１ａが筐体１１の外部に移動する。また、図２に示すように、引き出しユニット１０を筐体１１の内側へ押し込むことで、引き出しユニット１０に載置されたフィルタ収容部１ａが筐体１１の内部へ移動する。引き出しユニット１０の移動に伴い空気ブロワ３も移動し、空気ブロワ３の位置に応じて供給管４が伸縮する。そのため、空気ブロワ３と燃料電池５とを供給管４で連結したまま、引き出しユニット１０を移動させることができる。

フィルタ交換にあたり、まず、作業員は引き出しユニット１０を筐体１１の外側へ引き出す。これにより、フィルタ収容部１ａは筐体１１の外側へ移動する。

次に、ジョイント２ａを脱着して、フィルタ収容部１ａと接続管２との連結を外し、フィルタ収容部１ａを引き出しユニット１０から取り外す。

次に、接続管２から外されたフィルタ収容部１ａを筐体１１から空気フィルタ１を取り外し、新品の空気フィルタ１を取り付ける。

次に、新品の空気フィルタ１が取り付けられたフィルタ収容部１ａを引き出しユニット１０に載置して固定し、ジョイント２ａを装着してフィルタ収容部１ａと接続管２とを連結する。

次に、引き出しユニット１０を筐体１１の内側へ押し込み、フィルタ収容部１ａを筐体１１内に収容する。

図２、図３に示すように、フィルタ収容部１ａの近傍に他機器１２が設けられている場合、筐体１１内のフィルタ収容部１ａの取り外し作業を行うことは困難である。しかし、本実施形態では、引き出しユニット１０を引き出すことで、フィルタ収容部１ａを筐体１１の外部に移動させることができるため、フィルタ収容部１ａを容易に取り外すことができる。これは、保守スペースが狭く限られた場合や、筐体１１が小型である場合に好適である。

また、上記第１の実施形態と同様に、フィルタ収容部１ａを接続管２から外してから空気フィルタ１を交換するため、空気フィルタ１から飛散したコンタミが空気ブロワ３に吸い込まれて燃料電池５に到達することを防止できる。そのため、フィルタ交換にあたり、燃料電池発電装置の稼働を停止する必要はなく、省エネ性を向上させることができる。

上記第２の実施形態では、引き出しユニット１０に空気ブロワ３を載置し、供給管４を伸縮性のある配管としたが、図４に示すように、空気ブロワ３は引き出しユニット１０に載置せず、接続管２を伸縮性のある配管としてもよい。

（第３の実施形態）図５に第３の実施形態に係る燃料電池発電装置の概略構成を示す。本実施形態は、図１に示す第１の実施形態と比較して、フィルタ収容部１ａに開閉可能な蓋１ｂが設けられている点が異なる。図２において、図１に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、蓋１ｂは、空気フィルタ１からみて、空気６の流れる方向における下流側に設けられている。この蓋１ｂを開けることで空気フィルタ１の下流側が大気開放される。

フィルタ交換にあたり、まず、作業員は蓋１ｂを開けて空気フィルタ１の下流側を大気開放する。言い換えれば、空気ブロワ３の入口圧力を大気圧にする。

次に、ジョイント２ａを脱着して、フィルタ収容部１ａと接続管２との連結を外す。

次に、フィルタ収容部１ａから空気フィルタ１を取り外し、新品の空気フィルタ１を取り付ける。また、蓋１ｂを閉める。

フィルタ収容部１ａと接続管２との連結を外す際の振動等により空気フィルタ１に捕集されていたコンタミが飛散するおそれがあるが、本実施形態では、空気ブロワ３が、蓋１ｂが開けられた開放部から空気を吸い込むため、飛散したコンタミが空気ブロワ３に吸い込まれることを防止できる。また、フィルタ収容部１ａから空気フィルタ１を取り外す際に、空気フィルタ１に捕集されていたコンタミが飛散するおそれがあるが、上記第１の実施形態と同様に、フィルタ収容部１ａを接続管２から外しているため、飛散したコンタミが空気ブロワ３に吸い込まれて燃料電池５に到達することを防止できる。そのため、フィルタ交換にあたり、燃料電池発電装置の稼働を停止する必要はなく、省エネ性を向上させることができる。

（第４の実施形態）図６に第４の実施形態に係る燃料電池発電装置の概略構成を示す。本実施形態は、図５に示す第３の実施形態と比較して、蓋１ｂの開放を検知して空気ブロワ３の出力ゲインを調整する制御部２０が設けられている点が異なる。図６において、図５に示す第３の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

蓋１ｂを開放し、開放部から多量の空気が流入すると、空気ブロワ３から燃料電池５に供給される空気の量が急変し、燃料電池５の発電動作に影響する可能性がある。

空気ブロワ３は燃料電池５に一定量の空気を供給するように出力ゲインが調整されるため、空気フィルタ１を長期間使用してエレメントが閉塞している場合は、出力ゲインが大きくなっており、空気ブロワ３の入口の負圧度が上昇している。このような状態で蓋１ｂを開けると、大量の空気が一気に燃料電池５に供給されることになる。

本実施形態では、このような燃料電池５への空気供給量の急変を防止するために、制御部２０が蓋１ｂの開放を事前に又は速やかに検知し、空気ブロワ３の出力ゲインを調整する。

制御部２０が蓋１ｂの開放を検知する手段は、様々なものが考えられる。例えば、蓋１ｂにロック部材が設けられ、蓋１ｂの開放にあたりロック解除が必要な構成になっている場合、制御部２０はロック部材の解除を検知することで、蓋１ｂが開放されると判定する。また、作業員が蓋１ｂの開放前にボタン（スイッチ）を押下するようにし、制御部２０はこのボタンが押下されたことを検知することで、蓋１ｂが開放されると判定してもよい。

また、フィルタ収容部１ａ内の圧力を測定し、測定結果を制御部２０に通知する圧力センサを設け、制御部２０は圧力センサの測定結果に基づいて蓋１ｂの開放を検知するようにしてもよい。

制御部２０は、蓋１ｂの開放を検知すると、空気ブロワ３の出力ゲインを下げる。このことにより、蓋１ｂが開放されても、空気ブロワ３から燃料電池５に供給される空気の量が急変することを防止し、燃料電池５に不具合が発生することを防止できる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、空気供給システムのフィルタ交換を、システム稼動中に、狭く限られた保守スペースで行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化でき、また、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。例えば、図７に示すように、上記第２の実施形態と第４の実施形態とを組み合わせてもよい。このような構成にすることで、フィルタ収容部１ａを筐体１１の外側に移動させ、蓋１ｂを開けたり、フィルタ収容部１ａを接続管２から取り外したりする作業を容易に行うことができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１空気フィルタ
１ａフィルタ収容部
２接続管
２ａジョイント
３空気ブロワ
４供給管
５燃料電池
６空気
１１筐体
２０制御部

Claims

筐体内に設けられ、フィルタを収容する収容部と、
一端が前記収容部に装脱可能に連結された第１配管と、
前記第１配管の他端に連結された空気ブロワと、
第２配管を介して前記空気ブロワから空気が供給される酸化剤極を有する燃料電池と、
を備える燃料電池発電装置。
前記収容部には開閉可能な蓋が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
前記蓋の開放を検知して、前記空気ブロワの出力ゲインを調整する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電装置。
前記収容部を保持し、引き出し時は前記収容部を前記筐体の外部へ移動させる引出部をさらに備え、
前記第１配管は伸縮性を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
前記収容部及び前記空気ブロワを保持し、引き出し時は前記収容部を前記筐体の外部へ移動させる引出部をさらに備え、
前記第２配管は伸縮性を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
筐体内に設けられ、フィルタを収容する収容部、燃料電池の酸化剤極に空気を供給する空気ブロワ、及び一端が前記収容部に装脱可能に連結され他端が前記空気ブロワに連結された配管を備える燃料電池発電装置のフィルタ交換方法であって、
前記空気ブロワを稼働した状態で前記収容部を前記配管から脱着する工程と、
前記収容部に収容されるフィルタを交換する工程と、
フィルタを交換した前記収容部を前記配管に装着する工程と、
を備える燃料電池発電装置のフィルタ交換方法。