JP2920297B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JP2920297B2 JP1244926A JP24492689A JP2920297B2 JP 2920297 B2 JP2920297 B2 JP 2920297B2 JP 1244926 A JP1244926 A JP 1244926A JP 24492689 A JP24492689 A JP 24492689A JP 2920297 B2 JP2920297 B2 JP 2920297B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、燃料電池本体に供給される水素と空気(酸
素)とを反応させて発電する燃料電池発電装置に関す
る。
(従来の技術) 斯かる燃料電池発電装置は既に公知であるが、その燃
料電池本体では水素と酸素との反応によって電気の他に
水も生成され、反応は約200℃の高温下で行なわれるた
めに燃料電池本体には水蒸気が発生する。そして、この
水蒸気は燃料電池本体の水素側流路出口に管路を介して
接続された水蒸気回収器によって回収される。
(発明が解決しようとする課題) ところが、燃料電池本体の水素側流路出口から排出さ
れる水蒸気は前記管路を流れる間に冷却されてその一部
が凝縮するため、管路が途中で立ち上がって水蒸気の流
れがアップフローとなる部分では、管路内に水が滞留し
て水素ガス及び水蒸気のスムーズな流れが阻害されると
いう問題が生ずる。
又、管路内に溜った水が燃料電池本体に逆流して該燃
料電地本体内のセルの性能低下、耐久性低下等の問題が
引き起こされる。
そこで、燃料電池本体から水蒸気回収器に至る前記管
路を断熱して水蒸気の凝縮を防いだり、管路径を大きく
する等の対策を施すことが考えられるが、これらの対策
を施すと装置が大型化し、コストアップするという別の
問題が発生する。
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的
とする処は、大型化、コストアップ等の問題を招くこと
なく、水素ガス等のスムーズな流れを実現するととも
に、燃料電池本体への水の逆流を防止することによって
セルの性能低下、耐久性低下等を防ぐことができる燃料
電池発電装置を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するため、本発明は、燃料電池本体と
送風機及び改質器によって囲まれる空間内に水蒸気回収
器を配設するとともに、同空間の一側に貯溜タンクを配
設し、該貯溜タンクから導出する供給管を前記燃料電池
本体の水素側流路入口に接続し、前記水蒸気回収器と燃
料電池本体の水素側流路出口とを管路によって接続し、
燃料電池本体に供給される水素と空気とを反応させて発
電する燃料電池発電装置において、前記送風機の下方に
近接させて前記水蒸気回収器を配設するとともに、前記
燃料電池本体の水素側流路出口を前記貯溜タンクが配さ
れる側とは反対側に配置し、該水素側流路出口に接続さ
れた前記管路を前記水蒸気回収器に向かって下がる勾配
をもって前記空間内に通したことを特徴とする。
(作用) 本発明によれば、熱源である燃料電池本体と送風機及
び改質器によって囲まれる空間内に管路を通したため、
該管路内を流れる水蒸気が凝縮しにくく、又、万一水蒸
気が途中で冷却されて凝縮しても、管路は水蒸気回収器
に向かって下り勾配に配されているため、水はこの管路
に沿って水蒸気回収器へ流れて管路の途中に滞留するこ
とがない。この結果、管路内での水素ガス及び水蒸気の
スムーズな流れが阻害されることがなく、又、燃料電池
本体への水の逆流が妨がれて燃料電池本体内のセルの性
能低下、耐久性低下等の問題が解消される。そして、送
風機に吸い込まれる空気によって管路を冷却すると同時
に暖められた空気が送風機に吸い込まれることになるた
め、効率の良い熱交換が可能となる。
又、管路が接続される燃料電池本体の水素側流路出口
を貯溜タンクが配される側とは反対側に配置したため、
管路は貯溜タンクと燃料電池本体とを接続する供給管と
干渉することなく合理的に配設される。
(実施例) 以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
第1図は本発明に係る燃料電池発電装置の側面図、第
2図は同装置の平面図、第3図は同装置の構成を示すブ
ロック図である。
先ず、燃料電池発電装置の基本構成を第3図に基づい
て説明するに、同図中、1は水素を生成する改質器、2
は水素と空気(酸素)とを反応させて発電を行なう燃料
電池本体、3は燃料電池本体2に充電可能に併設された
蓄電池、4は燃料電池本体2と蓄電池3に継続された負
荷である。
前記改質器1は、液体原料気化用の蒸発器5と気化し
た原料ガス反応させる反応槽6を有し、これらの下方に
は加熱用の2種類のバーナ7m,7hを備えている。尚、一
方のバーナ7mはメタノールを燃料とするものであり、他
方のバーナ7hは余剰水素を燃料とするものである。
そして、改質器1の下部には、該改質装置1内に空気
を供給するための送風機11が接続されている。
又、第3図中、8は燃焼用の燃料(メタノール)を貯
留した燃料タンクであり、燃料は該燃料タンク8から供
給ポンプ9によってバルブ10を介して前記バーナ7mに供
給され、ここで前記送風機1から供給される空気によっ
て燃焼せしめられ、この燃焼によって生じた加熱ガスに
よって改質器1の前記蒸発器5及び反応槽6の加熱が行
なわれる。
一方、第3図中、12は反応用の液体原料(メタノール
と水との混合液)を貯留した原料タンクであり、液体原
料は供給ポンプ13によってバルブ14を介して改質器1の
前記蒸発器5に供給され、蒸発器5で気化された後、前
記反応槽6で反応して水素主体の改質ガスに変えられ
る。そして、この改質ガスは、供給管15,33により貯留
タンク16及びバルブ17を経て前記燃料電池本体2に供給
される。
而して、貯留タンク16では改質ガスが一時的に貯溜さ
れ、その所定量が燃料電池本体2に供給され、余剰の改
質ガスはリリーフ弁18又は/及びバイパス弁19を介して
前記バーナ7hに還流され、燃焼に供される。尚、バーナ
7hには、燃料電池本体2で未反応のまま管路34に排出さ
れた余剰の水素ガスも水蒸気回収機能を有するリクレイ
マ20及びバルブ21を経て供給される。
一方、燃料電池本体2において、水素と反応させる空
気は送風機22からバルブ23を介して供給されるが、送風
機22の上流側には四方弁24が接続され、この四方弁24に
よって大気中の低温空気と改質器1の高温空気の何れか
一方が適宜選択されて燃料電池本体2に導入される。
尚、燃料電池本体2で反応に供せれなかった余剰の空気
は、バルブ25を介して大気中に排出される。
ところで、燃料電池本体2は、発電電力を外部の負荷
4に供給するよう接続されるが、これにはその補助電源
として前記蓄電池3が並列に接続され、この蓄電池3は
燃料電池本体2によって充電されるようになっている。
そして、燃料電池本体2及び蓄電池3にはシステム用の
補機26が接続されている。
又、第3図中、30は負荷4に対する電流をON/OFFする
手動の負荷スイッチであり、31は燃料電池本体2及び/
又は蓄電池3に異常が発生した場合にOFF動作する保護
スイッチである。そして、図示の電気回路には、燃料電
池本体2の出力電流ICを検知する電流センサ28、蓄電池
3の端子電圧VBを検知する電圧センサ27等が接続されて
いる。
又、第3図において、32は記憶部、演算部等を有する
マイクロコンピュータから成る制御部であり、該制御部
32は前記ポンプ9,13や送風機11,22に対して回転数制御
信号を出力する他、バルブ10,14,17,19,21,23,24,25、
保護スイッチ31等に制御信号を出力する。そして、この
制御部32には、前記電圧センサ27、電流センサ28からの
蓄電池3の端子電圧VB、燃料電池本体2の出力電流IC
検出信号や温度センサ41,42,43,44からの反応槽温度、
バーナ温度、燃料電池反応温度、雰囲気温度等の検出信
号が入力される。
ところで、第1図及び第2図に示すように、前記リク
レイマ20は燃料電池本体2と送風機22及び改質器改質機
1によって囲まれる空間内の送風機22の下方に近接して
配設されており、同空間の一側に前記貯溜タンク16が配
設されている。そして、貯留タンク16から導出して燃料
電池本体2の水素側流路入口(図示せず)に接続される
前記供給管33は貯留タンク16から真直ぐ上方に立ち上が
った後、斜めに下がって燃料電池本体2の水素側流路入
口に接続されている。
而して、本実施例に係る燃料電池発電装置において
は、燃料電池本体2の水素側流路出口(図示せず)は貯
溜タンク16が配される側とは反対側に配置され、該水素
側流路出口に接続された前記管路34は燃料電池本体2か
ら水平に延出した後、リクレイマ20に向かって下がる勾
配をもって前記空間内に通されてリクレイマ20に接続さ
れている。
以上において、本実施例に係る燃料電池発電装置にお
いては、上記のように熱源である燃料電池本体2と送風
機22及び改質器1によって囲まれる空間内に管路34を通
したため、該管路34内を流れる水蒸気が凝縮しにくく、
又、万一水蒸気が途中で冷却されて凝縮しても、管路34
はリクレイマ20に向かって下がり勾配をもって配されて
いるため、この管路34内を流れる水素ガスや水蒸気の流
れは所謂ダウンフローとなり、水は管路34に沿ってリク
レイマ20にスムーズに流れて管路34の途中で滞留するこ
とがない。この結果、管路34内での水素ガス及び水蒸気
のスムーズな流れが阻害されることがなく、燃料電池本
体2への水の逆流が妨がれて燃料電池本体2内のセル
(図示せず)の性能が低下したり、耐久性が低下すると
いう問題が発生しない。又、送風機22に吸い込まれる空
気によって管路34を冷却すると同時に暖められた空気が
送風機22に吸い込まれることになるため、効率の良い熱
交換が可能となる。
そして、上記の結果、管路34を断熱したり、管径を大
きくしたりする必要がなくなるため、装置の小型コンパ
クト化、コストダウン等を図ることもできる。
又、管路34が接続される燃料電池本体2の水素側流路
出口を貯溜タンク16が配される側とは反対側に配置した
ため、管路34は貯溜タンク16と燃料電池本体2とを接続
する供給管33と干渉することなく合理的に配設される。
尚、供給管33の一部は前述のように一旦立ち上がった
後、斜めに下がって燃料電池本体3に接続されている
が、これを流れる改質ガスは高温であるため、改質ガス
に含まれる水蒸気が凝縮することはあり得ず、水蒸気の
凝縮に伴う種々の問題は生じない。従って、供給管33の
接続状態はダウンフロー、アップフローの何れを採用す
ることも可能である。
(発明の効果) 以上の説明で明らかなように、本発明によれば、燃料
電池本体と送風機及び改質器によって囲まれる空間内に
水蒸気回収器を配設するとともに、同空間の一側に貯溜
タンクを配設し、該貯溜タンクから導出する供給管を前
記燃料電池本体の水素側流路入口に接続し、前記水蒸気
回収器と燃料電池本体の水素側流路出口とを管路によっ
て接続し、燃料電池本体に供給される水素と空気とを反
応させて発電する燃料電地発電装置において、前記送風
機の下方に近接させて前記水蒸気回収器を配設するとと
もに、前記燃料電池本体の水素側流路出口を前記貯溜タ
ンクが配される側とは反対側に配置し、該水素側流路出
口に接続された前記管路を前記水蒸気回収器に向かって
下がる勾配をもって前記空間内に通したため、燃料電池
発電装置の大型化、コストアップ等の問題を招くことな
く、水素ガス等のスムーズな流れを実現するとともに、
燃料電池本体への水の逆流を防止することによってセル
の性能低下、耐久性低下等を防ぐことができるととも
に、送風機に吸い込まれる空気によって管路を冷却する
と同時に暖められた空気が送風機に吸い込まれることに
なるために効率の良い熱交換が可能となるという効果が
得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る燃料電池発電装置の側面図、第2
図は同装置の平面図、第3図は同装置の構成を示すブロ
ック図である。 1……改質器、2……燃料電池本体、16……貯溜タン
ク、20……リクレイマ(水蒸気回収器)、22……送風
機、33……供給管、34……管路。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料電池本体と送風機及び改質器によって
    囲まれる空間内に水蒸気回収器を配設するとともに、同
    空間の一側に貯溜タンクを配設し、該貯溜タンクから導
    出する供給管を前記燃料電池本体の水素側流路入口に接
    続し、前記水蒸気回収器と燃料電池本体の水素側流路出
    口とを管路によって接続し、燃料電池本体に供給される
    水素と空気とを反応させて発電する燃料電池発電装置に
    おいて、 前記送風機の下方に近接させて前記水蒸気回収器を配設
    するとともに、前記燃料電池本体の水素側流路出口を前
    記貯溜タンクが配される側とは反対側に配置し、該水素
    側流路出口に接続された前記管路を前記水蒸気回収器に
    向かって下がる勾配をもって前記空間内に通したことを
    特徴とする燃料電池発電装置。
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