JPH1097862A

JPH1097862A - 電源装置

Info

Publication number: JPH1097862A
Application number: JP8251095A
Authority: JP
Inventors: Ryuta Kondo; 龍太近藤; Tomomichi Asou; 智倫麻生
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1996-09-24
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池による発電能力を向上させ、野外で
の電源使用を長時間可能にする。【解決手段】炭化水素燃料を充填した燃料容器２を、
電源装置本体１に着脱可能に接続する燃料容器接続部３
と着脱装置４とを備え、改質装置５により炭化水素燃料
を水素を含有する燃料ガスに改質して燃料電池部６に供
給するように構成されている。これによって、炭化水素
燃料を水素を含有する燃料ガスに改質するので、燃料電
池部６に供給する燃料ガスの体積は大きくなる。よって
電源装置を長時間運転できるとともに、燃料容器２内の
炭化水素燃料の圧力により燃料供給が可能となり、また
複雑なガス通路や水素吸蔵合金ボンベの温度制御部分が
不要となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電源装置に関し、特
に燃料電池を用いた小型の電源装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型
等の燃料電池は、供給されるガスの化学エネルギーを、
直接電気エネルギーに変換することができるので、高い
発電効率が得られる。そのため、宇宙用から自動車用ま
で、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用
できる将来有望な新しい発電システムとして注目されて
いる。特に、近年では出力数１００Ｗ程度の小型燃料電
池を使用した小規模電源が、移動通信用，建築・土木工
事用等の可搬式電源として実用化されつつある。

【０００３】ところで、燃料電池発電を行うためには、
燃料電池（アノード側）に水素を供給する必要がある。
そこで、従来この種の可搬型の電源装置には、特開平５
−１９０１９６号公報に記載されているような水素供給
源として水素貯蔵タンクを有するものがある。この装置
は図４に示されているように、ケース１０１内に燃料電
池本体１０２とともに収納された水素貯蔵タンク１０３
は、水素を吸蔵，放出する水素吸蔵合金を充填した複数
の水素吸蔵合金ボンベ１０４により構成され、燃料電池
本体１０２から排出される高温の排ガスを水素貯蔵タン
ク１０３周辺に導入して水素吸蔵合金ボンベ１０４の温
度や圧力を上昇させ、この際水素吸蔵合金が放出する水
素を燃料電池本体１０２のアノード側に供給することに
よって発電を行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のような従来の電源装置では、持ち運んで使用する関
係上、軽量で、且つ、小型であることが望ましいので、
ケース内に収納する水素貯蔵タンク１０３の大きさに制
約があり、通常１個の水素貯蔵タンク１０３では１時間
程度しか発電を行うことができなかった。したがって、
更に長時間発電を行いたい場合には、電源と共に予備の
水素貯蔵タンク１０３を複数本持ち運ぶ必要がある。し
かしながら、水素を充填した水素貯蔵タンク１０３の運
搬や保管には、法律上の種々の制約がある。そのため、
特にキャンプ場等の野外で電源を使用する場合には、水
素貯蔵タンク１０３の運搬や保管等がいっそう困難であ
り、長時間発電を行わせるのは事実上困難であるという
課題を有していた。

【０００５】また、燃料電池本体１０２から排出される
高温排ガスを水素吸蔵合金ボンベ１０４の温度や圧力を
制御しながら，水素貯蔵タンク１０３周辺に導入しなけ
れば水素を確実かつ安全に供給できないので、ガス通路
や制御部分が複雑になる。さらに、水素吸蔵合金は他の
燃料に比べて高価であるので、ランニングコストが非常
に高くなるという課題も有していた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、炭化水素燃料を充填した燃料容器を、電源
装置本体に着脱可能に接続する燃料容器接続部と着脱装
置とを備え、改質装置により炭化水素燃料を水素を含有
する燃料ガスに改質して燃料電池部に供給するものであ
る。

【０００７】上記発明によれば、炭化水素燃料を改質装
置で水素を含有する燃料ガスに改質するので、燃料電池
部に供給する燃料ガスの体積は大きくなり、電源装置を
長時間運転できるとともに、燃料容器内の炭化水素燃料
の圧力により燃料供給が可能となるので、燃料電池本体
から排出される高温排ガスを導入するガス通路や水素吸
蔵合金ボンベの温度制御部分が不要となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は上記課題を解決するため
に以下の構成より成る。すなわち第１の構成としては、
炭化水素燃料を充填した燃料容器と、前記燃料容器を電
源装置本体に接続する燃料容器接続部と、前期燃料容器
接続部に燃料容器を着脱する着脱装置と、前記炭化水素
燃料を水素を含有する燃料ガスに改質する改質装置と、
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する
燃料電池部とを備えたものである。そして、改質装置内
の改質反応により炭化水素燃料から生成される燃料ガス
および含有水素の体積は、供給する炭化水素燃料の体積
より大きくなるので、燃料容器に充填した水素を直接電
源装置に供給するより長時間運転できる。また、燃料容
器内の炭化水素燃料の圧力により燃料供給が可能となる
ので、燃料電池本体から排出される高温排ガスを導入す
るガス通路や水素吸蔵合金ボンベの温度制御部分が不要
となる。加えて、燃料容器と電源装置本体を接続する際
に、ゴムホースや金属パイプなどを介することなく簡単
に燃料容器を接続することができ、経時劣化等によるゴ
ムホースなどからのガス漏れの危険性や点検の必要性が
なくなる。さらに、燃料を消費した後の容器交換も手軽
にでき、可搬性もよくなるので野外での使用性も高くな
る。加えて、プロパンやブタンなどの炭化水素燃料が充
填された燃料容器は入手しやすく安価なので、ランニン
グコストもかからない。

【０００９】また第２の構成としては、燃料電池部の負
荷電流を検知する電流検知手段と、前記電流検知手段の
信号により燃料ガスの流量を調節する流量調節手段とを
備えたものである。そして、負荷電流に比例する燃料ガ
スの必要量に合わせて燃料ガスの供給流量を調節できる
ので、複雑な流路を構成することなく簡単な構成で、燃
料ガスを無駄に排出することなく省エネが実現でき、ま
た可燃ガスを未使用で廃棄する危険を防止することがで
きるので、安全に電源装置を使用することができる。

【００１０】また第３の構成としては、燃料容器接続部
と改質装置とを連通する燃料管の途中に圧力調整器を備
えたものである。そして、燃料ガス消費に伴う燃料容器
内の圧力低下や、高温または低温雰囲気による燃料容器
の圧力変動が生じても安定したガスの供給を実現でき
る。また急激な負荷変動が生じて燃料供給量を変化させ
る必要が生じても、燃料容器からの供給圧力が安定して
いるので、制御性良く燃料の供給量を調節することがで
きる。

【００１１】また第４の構成としては、燃料電池部で生
成される生成水を回収する生成水回収部および前記生成
水回収部から改質装置に連接する循環路を備えたもので
ある。そして、改質装置内で炭化水素燃料の改質に必要
な水蒸気を、燃料電池部で生成される生成水を用いて供
給することができるので、電源装置の運転に際して水を
補給する必要がなくなり、使用性が良くなる。

【００１２】また第５の構成としては、燃料容器接続部
と改質装置とを連通する燃料管の圧力を検知する圧力検
知部と、前記圧力検知部の出力により燃料管の圧力を表
示する圧力表示部を備えたものである。そして、燃料消
費に伴う燃料容器内の圧力低下を表示し、電源装置使用
者が確認することができるので、燃料が完全になくなっ
て電源装置が停止する前に燃料容器を交換することがで
きるとともに、交換の次期を使用者が前もって予測する
ことができる。

【００１３】また第６の構成としては、炭化水素燃料を
充填した燃料容器を電源装置本体に接続および着脱する
燃料容器接続部および着脱装置を複数個備え、各々の燃
料容器接続部と改質装置とを連通するそれぞれの燃料管
の途中に開閉弁を設けたものである。そして、炭化水素
燃料が消費されて、発電中に燃料容器の交換の必要性が
生じたときに、十分に炭化水素燃料が充填された新しい
燃料容器を、開閉弁を閉じた別の燃料容器接続部に接続
した後に開閉弁を開き、燃料が消費されて空になった燃
料容器側の開閉弁を閉じることにより、発電しながら燃
料容器の交換ができるので負荷の運転を止めずに簡単に
燃料容器の交換が可能となり、また容器交換中の燃料不
足による過負荷で燃料電池部が損傷することも防止でき
る。

【００１４】以下、本発明の実施例を図面を参照して説
明する。（実施例１）図１は本発明の実施例１の電源装置の概略
斜視図であり、図２は平面断面図である。図１、図２に
おいて電源装置本体１は、炭化水素燃料である液化プロ
パンを充填した燃料容器２を電源装置本体１に気密に嵌
合させ接続する燃料容器接続部３と、燃料容器接続部３
に燃料容器２を着脱する着脱装置４と、プロパンを改質
し水素を含有する燃料ガスにする改質装置５と、酸化剤
ガスである空気中の酸素と燃料ガスとの電気化学反応に
より発電する燃料電池部６とで構成されている。着脱装
置４は、電源装置本体１の前面に設けられた燃料容器着
脱レバー７と、スプリング８と、押え板９とで構成さ
れ、燃料容器扉１０でカバーされている。そして、燃料
容器接続部３と改質装置５とは燃料管１１で連通され、
燃料管１１の途中には圧力調整器１２が設けられてい
る。圧力調整器１２のすぐ下方には流量調節手段１３が
設けられて改質装置５へ通じており、電源装置本体１前
面の発電された電力を取り出す端子１４と燃料電池部６
とを接続する電線１５の途中に設けられた電流検知手段
１６は、制御装置１７と流量調節手段１３とに信号線１
８により接続されている。また、燃料電池部６の空気
（酸化剤ガス）の排出側には気液分離容積部として形成
され、その下部から改質装置５に連通する循環路１９を
備えた生成水回収部２０が設けられた構成になってい
る。

【００１５】上記構成により、電源使用時には燃料容器
扉１０を開け、燃料容器２を燃料容器接続部３に嵌合す
る位置にセットし、上方に上げられた燃料容器着脱レバ
ー７を押し下げると、押え板９が前方に移動して燃料容
器２を燃料容器接続部３に押し付け、電源装置本体１に
気密に接続した状態で保持され、燃料容器内のプロパン
ガスの圧力によりプロパン供給が可能となる。したがっ
て、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵タンクのように燃料
電池部６から排出される高温排ガスを導入するガス通路
や水素吸蔵合金ボンベの温度制御部分を備える必要がな
くなる。また、燃料容器と電源装置本体の接続にゴムホ
ースや金属パイプなどを介することなく簡単に燃料容器
を接続することができ、経時劣化等によるゴムホースな
どからのガス漏れの危険性や点検の必要性がなくなる。
さらに、プロパンやブタンなどの炭化水素燃料が充填さ
れた燃料容器は入手しやすく安価なので、ランニングコ
ストもかからない。

【００１６】燃料容器２内のプロパンガスは、燃料容器
接続部３から燃料管１１を通り圧力調整器１２で適当な
圧力に調整されて流量調節手段１３に入る。一方、電流
検知手段１６では端子１４に接続された負荷の電流値を
検出し、その電気信号は信号線１８を介して制御装置１
７および流量調節手段１３に入り、流量調節手段１３で
負荷電流に比例するプロパンガスの必要量に合わせてプ
ロパンガスの供給流量を調節し、改質装置５に供給され
る。こうして、プロパンガスは圧力調整器１２で圧力を
調整され、流量調節手段１３で負荷に応じて流量を調節
されるので、プロパン消費に伴う燃料容器２内の圧力低
下や、高温または低温雰囲気により燃料容器２の圧力に
変動が生じても、安定したプロパンガスの供給を実現で
きる。また急激な負荷変動が生じてプロパン供給量を変
化させる必要が生じても、燃料容器２からのプロパン供
給圧力が安定しているので、制御性良くプロパンの供給
量を調節することができる。さらに、水素吸蔵合金ボン
ベの温度や圧力を制御する複雑な流路を構成することな
く、簡単な構成で燃料ガスを無駄に排出せず省エネが実
現でき、また可燃ガスを未使用で廃棄する危険を防止す
ることができるので、安全に電源装置を使用することが
できる。

【００１７】そして、改質装置５に入ったプロパンガス
は、生成水回収部２０から循環路１９を通ってきた水と
混合され、次式に表される水蒸気改質反応Ｃ₃Ｈ₈＋３Ｈ₂Ｏ→３ＣＯ＋７Ｈ₂ により、１体積のプロパンガスは７体積の水素を含有す
る燃料ガスに改質される。また、燃料容器２に液化状態
で充填されているプロパンが、ガスとして気化した状態
で使用されることも合わせると数千倍の体積増加になる
ので、水素を充填した燃料容器を使用するより遥かに長
時間運転することができる。また、次式Ｃ₃Ｈ₈＋3/2Ｏ₂→３ＣＯ＋４Ｈ₂ で表される部分改質反応を用いた改質装置５であっても
同様に長時間運転することができる。

【００１８】燃料電池部６では、改質装置５から供給さ
れた燃料ガス中の水素と、別途供給された酸化剤ガスで
ある空気中の酸素が、例えば次式Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- ２Ｈ⁺＋1/2Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏで表される電気化学反応により発電し、それに伴い水が
生成される。この生成水は燃料電池部６の空気排出側に
設けられた生成水回収部２０に排ガスとともに流入し、
生成水回収部２０の空間の下方に排ガスとは分離されて
溜り、循環路１９を通って改質装置５に送られるので、
炭化水素燃料であるプロパンの改質装置５内での改質に
必要な水蒸気を、燃料電池部６で生成される生成水を用
いて供給することができるので、電源装置の運転に際し
て水を補給する必要がなくなり、使用性が良くなる。

【００１９】燃料容器２内のプロパンが発電により消費
され交換が必要になったときは、燃料容器２の装着時と
は逆に燃料容器着脱レバー７を上げると、スプリング８
の作用とともに押え板９が後方に移動して燃料容器２を
燃料容器接続部３から解除するので、燃料を消費した後
の容器交換も手軽にでき、可搬性もよくなるので野外で
の使用性も高くなる。

【００２０】ここでは、燃料ガスとしてプロパンを用い
たもので説明を行ったが、メタンガスでは水蒸気改質はＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ₂ で表される反応であり、部分改質は、ＣＨ₄＋1/2Ｏ₂→ＣＯ＋２Ｈ₂ で表される反応であるので、液化状態で充填されていな
いメタンガスでも水素充填燃料容器の倍以上の運転時間
となり、また、ブタンガスを液化状態で充填した燃料容
器ではプロパンガスのものよりもさらに長時間運転する
ことができる。

【００２１】（実施例２）図３は本発明の実施例２の電
源装置の平面断面図であり、図１、図２と同符号のもの
は相当する構成要素であり、詳細な説明は省略する。図
において、燃料容器接続部３と、燃料容器着脱レバー７
とスプリング８と押え板９とを有する着脱装置４を各々
２つ備え、２本の燃料容器２を接続できるようになって
いる。２つの燃料容器接続部３と１つの圧力調整器１２
を連通する２本の燃料管１１の途中には、それぞれ１つ
ずつの開閉弁２１が設けられている。また、燃料管１１
の燃料容器接続部３と開閉弁２１との間には燃料管１１
の圧力を検知する圧力検知部２２が設けられ、電源装置
本体１の前面の２つの燃料容器着脱レバー７の間に設け
られた２つの圧力表示部２３と２カ所の圧力検知部２２
がそれぞれ接続されて、電源装置本体１の前面で２本の
燃料容器２の圧力が視認できる構成になっている。

【００２２】上記構成において、電源使用時には燃料容
器２をセットし、燃料容器着脱レバー７を押し下げて燃
料容器２を燃料容器接続部３に接続した後、閉じられて
いた開閉弁２１を開くと、燃料容器２内のプロパンガス
の圧力によりプロパン供給が開始され、燃料容器接続部
３から燃料管１１、開閉弁２１を通り圧力調整器１２で
適当な圧力に調整されて流量調節手段１３で流量を調節
され、改質装置５を経て燃料電池部６で発電が行われ
る。このとき、燃料管１１には圧力検知部２２が設けら
れており、接続された燃料容器２内のプロパンの圧力を
圧力表示部２３に表示されるので、燃料消費に伴う燃料
容器内の圧力低下を電源装置使用者が確認することがで
き、燃料が完全になくなって電源装置が停止する前に燃
料容器を交換することができるとともに、交換の時期を
使用者が前もって予測することができる。

【００２３】そして、プロパンが消費されて、発電中に
燃料容器２の交換の必要性が生じたときは、十分にプロ
パンが充填された新しい燃料容器２を、燃料容器２が接
続されていないもう一方の燃料容器接続部３に接続した
後に、閉じられていた開閉弁２１を開き、燃料が消費さ
れて空になった燃料容器２側の開閉弁２１を閉じること
により、発電しながら燃料容器２の交換ができるので負
荷の運転を止めずに簡単に燃料容器２の交換が可能とな
り、また容器交換中の燃料不足による過負荷で燃料電池
部６が損傷することも防止できる。

【００２４】また、ここでは着脱装置４の操作と開閉弁
２１の操作を別々に説明したが、燃料容器着脱レバー７
の操作に連動して開閉弁２１が開閉できる構成にしてお
くと使用性が向上する。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の電源装置
は、以下に述べる効果を有するものである。

【００２６】すなわち、第１の構成の炭化水素燃料を充
填した燃料容器と、燃料容器接続部と、燃料容器の着脱
装置と、炭化水素燃料を水素を含有する燃料ガスに改質
する改質装置と、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反
応により発電する燃料電池部とを備えた構成としている
ので、改質反応により生成される燃料ガスおよび含有水
素の体積は、供給する炭化水素燃料より大きくなり、燃
料容器に充填した水素を直接電源装置に供給するより長
時間運転できる。また、燃料を消費した後の容器交換も
手軽にでき、可搬性もよくなるので野外での使用性も高
くなる。さらに、プロパンやブタンなどの炭化水素燃料
が充填された燃料容器は入手しやすく安価なので、ラン
ニングコストもかからない。

【００２７】また第２の構成の、燃料電池部の負荷電流
を検知する電流検知手段と、電流検知手段の信号により
燃料ガスの流量を調節する流量調節手段とを備えた構成
としているので、負荷電流に比例する燃料ガスの必要量
に合わせて燃料ガスの供給流量を調節でき、燃料ガスを
無駄に排出することなく省エネが実現でき、また可燃ガ
スを未使用で廃棄する危険を防止することができるの
で、安全に電源装置を使用することができる。

【００２８】また第３の構成の、燃料容器接続部と改質
装置とを連通する燃料管の途中に圧力調整器を備えた構
成としているので、燃料ガス消費に伴う燃料容器内の圧
力低下や、高温または低温雰囲気による燃料容器の圧力
変動が生じても安定したガスの供給を実現できる。また
急激な負荷変動が生じて燃料供給量を変化させる必要が
生じても、燃料容器からの供給圧力が安定しているの
で、制御性良く燃料の供給量を調節することができる。

【００２９】また第４の構成の、燃料電池部で生成され
る生成水を回収する生成水回収部と、生成水回収部から
改質装置に連接する循環路を備えた構成としているの
で、改質装置内で炭化水素燃料の改質に必要な水蒸気
を、燃料電池部で生成される生成水を用いて供給するこ
とができ、電源装置の運転に際して水を補給する必要が
なくなり、使用性が良くなる。

【００３０】また第５の構成の、燃料容器接続部と改質
装置とを連通する燃料管の圧力を検知する圧力検知部
と、圧力検知部の出力により燃料管の圧力を表示する圧
力表示部を備えた構成としているので、燃料消費に伴う
燃料容器内の圧力低下を表示し、電源装置使用者が確認
することができるので、燃料が完全になくなって電源装
置が停止する前に燃料容器を交換することができる。

【００３１】また第６の構成の、炭化水素燃料を充填し
た燃料容器を電源装置本体に接続および着脱する燃料容
器接続部および着脱装置を複数個備え、各々の燃料容器
接続部と改質装置とを連通するそれぞれの燃料管の途中
に開閉弁を設けた構成としているので、発電中に燃料容
器交換の必要性が生じたときに、十分に炭化水素燃料が
充填された新しい燃料容器を、開閉弁を閉じた別の燃料
容器接続部に接続した後に開閉弁を開き、燃料が消費さ
れて空になった燃料容器側の開閉弁を閉じることにより
発電しながら燃料容器の交換ができ、負荷の運転を止め
ずに簡単に燃料容器の交換が可能となり、また容器交換
中の燃料不足による過負荷で燃料電池部が損傷すること
も防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の電源装置の概略斜視図

【図２】同装置の平面断面図

【図３】本発明の実施例２の電源装置の平面断面図

【図４】従来の電源装置の斜視図

【符号の説明】

１電源装置本体２燃料容器３燃料容器接続部４着脱装置５改質装置６燃料電池部１１燃料管１２圧力調整器１３流量調節手段１６電流検知手段１９循環路２０生成水回収部２１開閉弁２２圧力検知部２３圧力表示部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化水素燃料を充填した燃料容器と、前記
燃料容器を電源装置本体に接続する燃料容器接続部と、
前記燃料容器接続部に前記燃料容器を着脱する着脱装置
と、前記炭化水素燃料を水素を含有する燃料ガスに改質
する改質装置と、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反
応により発電する燃料電池部とを備えた電源装置。
【請求項２】燃料電池部の負荷電流を検知する電流検知
手段と、前記電流検知手段の信号により燃料ガスの流量
を調節する流量調節手段とを備えた請求項１記載の電源
装置。
【請求項３】燃料容器接続部と改質装置とを連通する燃
料管の途中に圧力調整器を備えた請求項１〜２のいずれ
か１項に記載の電源装置。
【請求項４】燃料電池部で生成される生成水を回収する
生成水回収部と、前記生成水回収部から改質装置に連接
する循環路を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載
の電源装置。
【請求項５】燃料容器接続部と改質装置とを連通する燃
料管の圧力を検知する圧力検知部と、前記圧力検知部の
出力により燃料管の圧力を表示する圧力表示部を備えた
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項６】燃料容器接続部および着脱装置を複数個備
え、各々の前記燃料容器接続部と改質装置とを連通する
それぞれの燃料管の途中に開閉弁を設けた請求項１〜５
のいずれか１項に記載の電源装置。