JP4320774B2

JP4320774B2 - 燃料電池装置

Info

Publication number: JP4320774B2
Application number: JP2003046493A
Authority: JP
Inventors: 知也熊谷; 広山本; 富美男小倉; 実柴沢
Original assignee: Toshiba Home Technology Corp
Current assignee: Toshiba Home Technology Corp
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2023-02-24
Also published as: JP2004259491A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電を行なう燃料電池装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、新発電システムの一つとして、燃料電池装置が考えられている。
【０００３】
こうした燃料電池装置は、例えば特開２００２−２１６８２８号公報に開示されているように、燃料ガスと酸化剤との電気化学的反応により発電を行なう燃料電池を具備し燃料電池や本体とにより基本的に構成される。
【０００４】
また、上記基本的な構成において、各々の構成要素を円滑に動作させるために、燃料ガスを制御する制御器などの、様々な補助機器が配置され、配管や配線によって物理的および電気的に接続されている。
【０００５】
ところで上記構成において、排気部は本体外に露出している。このため、排気部をそのまま開放しておくと、燃料電池装置を屋外に設置した場合に、水滴が本体内に浸入したりして深刻な問題が発生する虞がある。
【０００６】
したがって、燃料電池装置の運転を屋外で安全かつ正常に継続するために、燃料電池装置の排気部には、水滴の浸入を防ぐためのフードを設ける必要があった。しかしながら、このようなフードを設置すると、部品点数の増加によるコストアップを招くといった問題があった。また、フードを設置すると、本体外面に突出したフードによって設置場所に制約が生じたり美観を損ねたりするといった問題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２１６８２８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決しようとするものであり、屋外設置に対応した防滴構造を備えるとともに、部品点数の増加を防止し、かつ設置場所に制約のない、コスト競争力のある燃料電池装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の燃料電池装置によれば、ダクトボックスによって、外部から排気部を経由して浸入した水滴がさらに各種装置の配置された燃料電池装置本体の外郭内部に侵入することを防止することができる。また、排気部に、外部に突出したフードのような構造を持たないので、設置場所に制約がなく美観を損ねることもない。
【００１０】
【発明の実施形態】
以下、本発明における燃料電池装置の各実施例について、添付図面を参照しながら説明する。図１〜図７は本発明の第１実施例を示すものであり、本装置の構成を示す図１において、燃料電池６は、触媒を担持した電極としてのアノード７とカソード８との間に、固体高分子からなる電解質膜９を挟持すると共に、アノード７およびカソード８のそれぞれに燃料ガスや空気を送り込むための流路を形成したセパレータ（図示せず）を備えて構成される。また10は、空気供給装置としての空気ブロアである。
【００１１】
その他、この図１には図示していないが、ガス，空気の流れを制御するためのセンサー，コントローラおよび開閉器（例えば電磁弁）などの補助機器や、装置の運転を制御する制御装置なども、本装置内に配置・接続される。
【００１２】
図２は、燃料電池装置の主要部における構造を示す正面図、図３は右側面図、図４は上面図である。28は燃料電池装置本体の外郭を形成する箱状のパッケージであり、燃料電池６とその周辺の構成要素を内部に収納するものである。このパッケージ28の正面下部には横長形状の吸気口31が設けられ、右側面上部には略円形状の排気口32が設けられている。
【００１３】
パッケージ28内の吸気口31の略中央部の近傍には空気ブロア10が配置され、このほか、パッケージ28内の下部には、水ポンプ14，浄化装置12，イオン交換装置13，排熱利用熱交換器11が配置されている。また、パッケージ28内の最上部には燃料電池６，換気ファン27が配置されるとともに、排気口32の内側近傍にはダクトボックスたる排気ダクトボックス34が配置されている。
【００１４】
35は加熱手段たる面状ヒーターであり、パッケージ28の内側に一体に設けられている。なお、この面状ヒーター35は、パッケージ28内の水を処理する装置である、排熱利用熱交換器11，浄化装置12，イオン交換装置13，水ポンプ14に対向して設けられている。本実施例では水を処理する装置である、排熱利用熱交換器11，浄化装置12，イオン交換装置13，水ポンプ14がパッケージ28内の正面側に配置されているために、面状ヒーター35はパッケージ28の正面内側に設けられている。なお、水を処理する装置がパッケージ28内の側面側や背面側に設けられる場合には、面状ヒーター35の位置を側面側や背面側に設けてもよく、水を処理する装置を加熱できる位置であれば底面側に設けてもよい。
【００１５】
また、パッケージ28の一側には、天然ガスなどの燃料ガスを取入れるための燃料取入れ口36が設けられる。
【００１６】
なお、パッケージ28内には、各種センサーやコントローラなどの補助機器が配設される。また、吸気口31には空気の流通が可能な複数の透孔51を備えた蓋体52が着脱可能に設けられ、排気口32には網体53が設けられ、異物や埃などがパッケージ28の内部に入らないように構成されている。
【００１７】
図５は、吸気口31付近の構造を示す正面図、図６は、その中央における断面図である。蓋体52は、上下方向に細長い形状の透孔51を複数備えており、この透孔51は左右方向に相互に平行に並んで配置されている。また、蓋体52はネジなどの取付け具54によって、吸気口32を覆って吸気口32の窓55に着脱自在に取付けられている。
【００１８】
56はギャラリーであって、蓋体52と窓55との間に防滴パッキン58でシールされて取り付けられている。そして、ギャラリー56はそのほぼ全面に亘って、パッケージ28の外側に向かって斜め下方に折り曲げられた複数の桟59を備えている。この桟59は、横方向に相互に略平行に設けられ、隣り合った上下の桟59の上の桟59の下端よりも下の桟59の上端が上方に位置するように配置されている。すなわち、正面側から見たときに、桟59が相互に重なり合って、その奥に配置されたフィルターが見えないように配置されている。また、桟59の各下端は、蓋体52の内側に当接している。このように配置された桟59によって、降雨による水滴が吸気口31からパッケージ28の内部に入り込むことが確実に防止されるようになっている。
【００１９】
57はフィルター57であって、ギャラリー56と窓55との間に挟み込まれて取り付けられている。このフィルター57は、吸気口31から吸い込まれた空気中に含まれる塵埃を除去するためのものであって、取付け具54によって上記蓋体52とギャラリー56とともに一体に着脱可能に設けられている。
【００２０】
図７は、排気ダクトボックス34の構造を示す正面図、図８は、その断面図である。排気ダクトボックス34は、箱形状に形成され、図示しないパッキンを介して排気口32に臨んで設けられている。そして、排気ダクトボックス34の上部側には、換気ファン27からの排気を導入する換気ファン排気導入口60が設けられ、下部側には排熱利用熱交換器11からの排気を導入する排熱利用熱交換器排気導入口61が設けられている。そして、換気ファン排気導入口60と排熱利用熱交換器排気導入口61からの排気をこの排気ダクトボックス34を経由して合流させた後、排気口32から排気するように構成されている。
【００２１】
排気ダクトボックス34の内部には、排熱利用交換器排気導入口61からの排気を換気ファン排気導入口60からの排気と区切って、排熱利用交換器排気導入口61からの排気を排気ダクトボックス34の上部へ導入するための仕切板62が設けられている。この仕切板62は、排気ダクトボックス34の底部から排気口32の最上部よりも上方まで延設され、排気口32から雨による水滴などが入って来たとしても、その水滴などが排熱利用熱交換器導入口61に達しないように構成されている。また、換気ファン排気導入口60は排気口32の最上部よりも上方に設けられ、排気口32から雨による水滴などが入って来たとしても、その水滴などが換気ファン排気導入口60に達しないように構成されている。
【００２２】
排気ダクトボックス34の底部は仕切板62が設けられている部位から斜め下方に傾斜しており、その最下部にはドレイン排出口63が設けられている。そして、このドレイン排出口63から、排気ダクトボックス34内に入って来た水滴などを外部へ排出できるようになっている。
【００２３】
次に、上記構成についてその作用を説明する。燃料電池装置としての運転を開始すると、燃料ガスは、燃料電池６の一方の電極であるアノード７に送り込まれる。また、他方の電極であるカソード８には、空気ブロア10により空気（酸素）が送り込まれる。アノード７の水素は触媒の作用によりイオン化し、電解膜質９を通ってカソード８側の酸素と結び付く。これにより、水が生成されると同じに反応熱が発生する。またこの電気化学反応によって、アノード７にマイナス極、カソード８にプラス極の電位が生じ、燃料電池６より電力を取り出すことができる。
【００２４】
水蒸気発生用熱交換器15を通過したバーナー排気ガスは、カソード８からの排気ガスと一緒になって排熱利用熱交換器11に送り込まれ、そこで持っている熱エネルギーを放出する。
【００２５】
また、前記換気ファン27はパッケージ28内に外気を導き、パッケージ28内部の温度上昇を抑制する他に、万一可燃性ガスがパッケージ28内に漏れ出したときに換気を行ない、爆発濃度に至る前に燃料電池装置を安全に停止させる。
【００２６】
パッケージ28の正面パネル内面側に貼り付けられた面状ヒーター35は、燃料電池装置停止時にパッケージ28の内部温度が設定温度以下に低下した際に動作し、パッケージ28内の温度を水が凍結しない５℃程度に加温する。
【００２７】
また、空気ブロア10，換気ファン27の動作に必要な空気は吸気口31からパッケージ28内部に吸気される。この際、空気は蓋体52の透孔51，ギャラリー56，フィルター57を経由するが、降雨による水滴はギャラリー56の桟によって窓55の外部へ導かれるので、パッケージ28内部に水滴が侵入することはない。また、フィルター57によってパッケージ28内部に空気中に含まれる塵埃が侵入することが防止される。
【００２８】
換気ファン27からの排気は換気ファン排気導入口60から排気ダクトボックス34へ導入され、排熱利用熱交換器11からの排気は排熱利用熱交換器排気導入口61から排気ダクトボックス34へ導入されてから排気口32から排気される。なお、排気ダクトボックス34の内部に設けられた仕切板62によって、排気口32から雨による水滴などが入って来たとしても、その水滴などが排熱利用熱交換器導入口61に達することはない。また、換気ファン排気導入口60は排気口32の最上部よりも上方に設けられているので、排気口32から雨による水滴などが入って来たとしても、その水滴などが換気ファン排気導入口60に達することがない。また、雨などによる水滴、排気中に含まれる水分の凝縮による水滴は、排気ダクトボックス34の最下部に設けられたドレイン排出口63から外部へ排出される。さらに、網体53によって排気口32からの埃の浸入が防止される。
【００２９】
また、本実施例では、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行なう燃料電池装置において、パッケージ28に排気部たる排気口32を備えるとともに、この排気口32の内側に排気ダクトボックス34を設け、この排気ダクトボックス34を経由して排気するように構成している。
【００３０】
このようにすると、排気口32に設けられた排気ダクトボックス34によって、外部から排気口32を経由して浸入した水滴がさらに各種装置の配置されたパッケージ28の内部に侵入することを防止することができる。したがって、浸入した水滴が排熱利用熱交換器11で凝縮した水分に混入して浄化装置12，イオン交換装置13の寿命を著しく低下させるといった不具合を生じない。また、排気口32に、外部に突出したフードのような構造を持たないので、設置場所に制約がなく美観を損ねることもない。
【００３１】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、実施例では固体高分子型の燃料電池装置について説明したが、溶融炭素型や固体酸化物型などの他の発電方式でも構わない。また、１つの空気ブロア10でカソード８，ＣＯ選択酸化器５，改質器３のバーナーへ空気を送っているが、別々の空気ブロアーを用いてもかまわない。水ポンプ14も同様、アノード７，排熱利用熱交換器11に別々の水ポンプを用いてもかまわない。排熱利用についても、上記実施例では温水に利用しているが、暖房に用いてもよいなど用途を問わない。また、吸気を必要とする装置として、空気ブロア10，放熱用ファン26，換気ファン27を挙げ、凍結の虞のある装置として水ポンプ14，浄化装置12，イオン交換装置13を挙げているが、特にこれらの装置に限定するものではない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の燃料電池装置によれば、ダクトボックスによって、外部から排気部を経由して浸入した水滴がさらに各種装置の配置された燃料電池装置本体の外郭内部に侵入することを防止することができる。また、排気部に、外部に突出したフードのような構造を持たないので、設置場所に制約がなく美観を損ねることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の燃料電池装置の構成を示す概略説明図である。
【図２】同上燃料電池装置の構造を示す正面図である。
【図３】同上燃料電池装置の構造を示す右側面図である。
【図４】同上燃料電池装置の構造を示す上面図である。
【図５】同上吸気口付近の構造を示す正面図である。
【図６】同上吸気口付近の構造を示す断面図である。
【図７】同上排気ダクトボックスの構造を示す正面図である。
【図８】同上排気ダクトボックスの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
28 パッケージ（燃料電池装置本体の外郭）
32 排気口（排気部）
34 排気ダクトボックス（ダクトボックス）
60 換気ファン排気導入口（排気導入口）
61 排熱利用熱交換器排気導入口（排気導入口）
62 仕切板

Claims

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池装置において、燃料電池装置本体の外郭に排気部を備えるとともに、この排気部内部に、ダクトボックスを設け、このダクトボックスを経由して排気するように構成し、前記ダクトボックス内部に仕切板を設け、この仕切板は、異なる複数の排気導入口からの排気を区切り、前記排気部よりも上方まで設けるようにしたことを特徴とする燃料電池装置。