(57)【要約】【課題】燃料電池を備えた簡単な構造のガス器具を提供することを目的とする。【解決手段】バーナ３が燃焼するとその燃焼熱により燃焼プレート６、すなわち単室型燃料電池７の電解質が加熱され、単室型燃料電池７が電池作動温度（例えば、４５０℃）まで昇温されて発電を開始する。単室型燃料電池７により得られた電力によってファン１１が駆動し、バーナ３で発生した高温の燃焼ガスと外部空気とを吸い込んで、それらの混合気を温風吹出口１０から噴出送出することにより、温風で室内全体を均一に加熱する。  そして、バーナ３の燃焼プレート６を単室型燃料電池７の電解質で形成しているため、バーナ３が燃焼すると自然と単室型燃料電池７も熱せられ、別個に加熱する構成が必要なく、構造を簡単にでき、製造コストを抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと燃焼用空気とが供給され、その混合気を炎孔から噴出して燃焼するバーナと、
上記バーナの燃焼熱により電解質が加熱されて発電する燃料電池と
を備えたガス器具において、
上記燃料電池の電解質で、上記バーナの炎孔の少なくとも一部を形成したことを特徴とするガス器具。
【請求項２】
ファンや電磁弁等の電力を必要とする電気部品を備え、
上記燃料電池により発電された電力を上記電気部品の駆動用電力として用いることを特徴とする請求項１記載のガス器具。
【請求項３】
上記燃料電池として、燃料極室と空気極室とを分割する必要がなく、燃料ガスと空気との混合ガスでの発電が可能な単室型燃料電池を用いることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のガス器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を備えたガス器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ファンや電磁弁などの駆動用電力を発電する高温型燃料電池を備えたガス器具が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このようなガス器具では、バーナの燃焼熱により高温型燃料電池をその作動温度まで昇温し、バーナへの燃料ガスの一部を用いて燃焼と同時に発電を行う。そして、発電電力を器具の駆動用電力として用いるのである。このため、外部から電力を供給するための電源コードが不要となり、どこでも使えるようになって使い勝手が良くなる。
高温型燃料電池とは、図１０に示すように、高温になると酸素イオンが動く固体電解質の両側に燃料極（アノード）と空気極（カソード）とを取り付け、燃料極室側に水素やメタン等の燃料ガスを、空気極側に空気や酸素等を別々に供給して燃料ガスと酸素とが反応した際の化学エネルギーを電力として取り出すものである。
【特許文献１】特開平６−１９６１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したようなガス器具では、燃料電池とは別体に設けたバーナによって燃料電池を加熱する構成であるため、バーナとは別に燃料電池を構成する必要があり、ガス器具全体として構造が複雑になってしまいコストが高くなるという問題があった。
しかも、上述したような高温型燃料電池では、高温雰囲気において燃料極室と空気極室とを密閉するシール構造が難しく、一般家庭で実際に用いようとすると、構造が一層複雑になってしまう。
そこで、本発明は上記課題を解決し、燃料電池を備えた簡単な構造のガス器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決する本発明の請求項１記載のガス器具は、
燃料ガスと燃焼用空気とが供給され、その混合気を炎孔から噴出して燃焼するバーナと、
上記バーナの燃焼熱により電解質が加熱されて発電する燃料電池と
を備えたガス器具において、
上記燃料電池の電解質で、上記バーナの炎孔の少なくとも一部を形成したことを要旨とする。
【０００５】
また、本発明の請求項２記載のガス器具は、上記請求項１記載のガス器具において、
ファンや電磁弁等の電力を必要とする電気部品を備え、
上記燃料電池により発電された電力を上記電気部品の駆動用電力として用いることを要旨とする。
【０００６】
また、本発明の請求項３記載のガス器具は、上記請求項１又は請求項２記載のガス器具において、
上記燃料電池として、燃料極室と空気極室とを分割する必要がなく、燃料ガスと空気との混合ガスでの発電が可能な単室型燃料電池を用いることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成を有する本発明の請求項１記載のガス器具では、バーナが燃焼すると炎孔の一部である燃料電池の電解質も加熱され、燃料電池は高温状態となる。そして、炎孔へは、燃料ガスと燃焼用空気とが供給されているため、燃料電池は発電する。すなわち、炎孔の少なくとも一部を燃料電池の電解質で形成しているため、バーナが燃焼すると自然と燃料電池も熱せられ、別個に加熱する構成をとる必要がなく、構成を簡単にでき、製造コストを抑制できる。
しかも、燃料電池の電解質がバーナの一部として共用されているため、部品点数を削減してより一層コストダウンすることができる。
【０００８】
また、本発明の請求項２記載のガス器具では、燃料電池により発電された電力を電気部品の駆動用電力として用いるため、外部から電力を供給するための電源コードが不要となり、使い勝手が良い。
【０００９】
また、本発明の請求項３記載のガス器具では、燃料電池として単室型燃料電池を用いているため、燃料ガスと空気との確実な分離が必要なく簡単なシール構造ですみ、低コストで実用可能な発電を行うことができる。
特に、バーナの炎孔部において、燃料ガスと空気とが分離した構造にしようとすると隔壁やシール構造等複雑になってしまうが、単室型燃料電池では、燃料ガスと空気とを分離する必要がないため、燃料ガスと空気との混合ガスを炎孔部に導く従来通りのバーナ構造で対応でき、製造コストを抑制できる。
尚、単室型燃料電池とは、電極材料や電解質材料の改良により、燃料極室と空気極室とを二室に分割することなく、図１１に示すように、燃料極と空気極とを一室内に設けて燃料ガスと空気との混合ガスを供給することによって、発電が可能な燃料電池のことである（例えば、特開２０００−２４３４１２号公報、特開２００２−２８００１５号公報、特開２００２−２８００１７号公報、特開２００２−３１３３５７号公報参照）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明のガス器具の好適な実施例について説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、ガス器具の一例としてのファン付赤外線ストーブの概略構成図である。尚、本図は、システムの概略図であり、実際のレイアウトとは異なる。
ファン付赤外線ストーブ１（以下、単にストーブ１と略称する）は、本体ケース２内に、器具正面を向けて赤熱プレート式のバーナ３が設けられる。
バーナ３は、燃料ガス（例えば、メタンやプロパン）と一次空気との混合気室を形成するバーナ本体４と、バーナ本体４に装着され多数の炎孔５が形成された燃焼プレート６とを備えた全一次空気式バーナである。尚、炎孔５とは、混合気が噴出して火炎を形成する孔そのもののみを指しているのではなく、孔を形成するその周囲の部分も含む炎孔形成体を意味している。
また、この燃焼プレート６は、後述する単室型燃料電池７の構成要素である電解質により形成される。電解質の材料としては、例えばＹＳＺやＧＤＳを用いる。
バーナ本体４の基端には、燃料ガスと一次空気とが吸入される吸入口８が開口し、吸入口８に臨んでノズル９が設けられる。
本体ケース２内の底部には、バーナ３の燃焼ガスを本体ケース２前面下部に設けられた温風吹出口１０から送出するファン１１が設けられる。
【００１２】
バーナ３の燃焼プレート６は、単室型燃料電池７の電解質で形成され、この単室型燃料電池７で発生した起電力がファン１１のモータの電源として用いられる。単室型燃料電池７は、同じ室内に燃料極と空気極とを設けて、燃料−空気混合ガスにより発電できる燃料電池である。
ここで単室型燃料電池７の構成について図２及び図３を用いて説明する。尚、図２は、燃焼プレート６（電解質）の表面側の説明図であり、図３は、燃焼プレート６（電解質）の裏面側の説明図である。
燃焼プレート６には、多数の炎孔５が開口される。そして、燃焼プレート６の裏面側（バーナ本体４側）の炎孔５と炎孔５との間には、燃料極（アノード）１２と空気極（カソード）１３とがくし歯状にそれぞれ互いに噛み合うように向かい合って配置され単セル２３を形成する（電解質に、燃料極と空気極とを取り付けたものをセルと呼ぶ。）。このように燃料極１２と空気極１３とを、くし歯状に形成することによってお互いの境界線の長さが長くなり燃料電池の電極反応面積が増えて発電効率が向上する。そして、多数の単セル２３を接続して電力を取り出す。尚、燃料極１２の材料としては例えばＮｉ−ＹＳＺを、空気極１３の材料としては例えばＬＳＭを用いる。
バーナ本体４内に供給された燃料ガスと空気との混合ガスは、その一部が燃焼プレート６の裏面側での発電反応に使われた後、炎孔５から表面側に噴出して燃焼する。この時の燃焼熱により燃焼プレート６、すなわち電解質は加熱され、単室型燃料電池７の作動温度（例えば、４５０℃）以上に加熱されるものである。従って、単室型燃料電池７を加熱するための特別なバーナを備える必要がない。
【００１３】
バーナ３（すなわち単室型燃料電池７）へのガス通路には、上流から順に、図示しない点火レバーの操作力によって機械的に開閉されるメイン弁１４と、点火レバーの操作力によって機械的に開弁され後述する熱電対１５からの起電力によって開弁保持されるマグネット電磁弁１６と、供給ガス圧を一定に保つガスガバナ１７とが設けられる。
また、バーナ３には、室内の酸欠を検知するためにセンシングバーナ１８が併設され、センシングバーナ１８の近傍には、マグネット電磁弁１６のコイルと直列に接続された熱電対１５が設けられる。熱電対１５は、主にセンシングバーナ１８の炎により直接加熱され、この際発生する起電力によってマグネット電磁弁１６を開弁保持する。
バーナ３の近傍には、バーナ３へ点火するための点火用バーナ１９が設けられ、点火用バーナ１９の近傍には、点火用バーナ１９へ点火するための点火電極２０が設けられる。点火電極２０は、イグナイタ２１と接続される。
本体ケース２内には、上述したセンサ類からの信号を入力して各種のアクチュエータ類を駆動制御してバーナ３の燃焼を制御するコントローラ２２が設けられる。
【００１４】
上述したストーブ１によれば、図示しない点火レバーを操作すると、メイン弁１４とマグネット電磁弁１６とが開弁され、ノズル９からバーナ本体４内に燃料ガスが噴出される。この際、燃料ガスの噴出に伴って吸入口８から燃焼用空気が吸引される。バーナ本体４内で燃料ガスと燃焼用空気とは混合され、燃焼プレート６全面の炎孔５から混合ガスが噴出し、点火用バーナ１９により点火される。そして、赤熱した燃焼プレート６からの輻射熱により器具正面の使用者を直接温める。
バーナ３が燃焼するとその燃焼熱により燃焼プレート６、すなわち電解質が加熱され、単室型燃料電池７が電池作動温度（例えば、４５０℃）まで昇温されて発電を開始する。単室型燃料電池７により得られた電力によってファン１１が駆動し、バーナ３で発生した高温の燃焼ガスと外部空気とを吸い込んで、それらの混合気を温風吹出口１０から噴出送出することにより、温風で室内全体を均一に加熱する。
従って、バーナ３の燃焼プレート６を単室型燃料電池７の電解質で形成しているため、バーナ３が燃焼すると自然と単室型燃料電池７も熱せられ、別個に加熱する構成が必要なく、構造を簡単にでき、製造コストを抑制できる。
しかも、単室型燃料電池７の電解質そのものがバーナ３の一部として共用されているため、部品点数を削減してより一層コストダウンすることができる。
【００１５】
さらに、燃料電池として単室型燃料電池７を用いているため、燃料ガスと空気との分離が必要なく、低コストで実用可能な発電を行うことができる。つまり、バーナ３の炎孔部において、燃料ガスと空気とが分離した構造としようとすると複雑になってしまうが、単室型燃料電池７では、燃料ガスと空気とを分離する必要がないため、燃料ガスと空気との混合ガスを炎孔部に導く従来通りのバーナ構造で対応でき、製造コストを抑制できる。
尚、単室型燃料電池７は、供給される燃料−空気混合ガスの量に対して発電反応に使用される混合ガス量の割合が少なく発電効率は良くはないが、本実施例では、もともとバーナ３の燃焼に使用される燃料ガスの一部で発電し、余った分は全て燃焼に利用するため、燃料ガスの無駄は生じずかえって好適な組み合せとなる。
【００１６】
ところで、従来からバーナの輻射熱とファンによる温風とで暖房を行うファン付赤外線ストーブの中には、熱電対等の熱発電素子をバーナによって加熱して電力を得ることにより、ＡＣ１００Ｖ電源を使わずにファンを回すものがあったが、発電量が０．５Ｗ程度と小さかったため、風力が弱いという問題があった。これに対して、上述したような単室型燃料電池を用いると、２Ｗ〜１０Ｗ程度の発電が可能となり十分な風力を得ることができ、より一層暖房性能が向上する。
また、本実施例では、家庭用のガス器具（例えば、ファン付赤外線ストーブ）に適用しているため、用いる燃料電池の出力は小さいものですみ、大規模で複雑な加熱制御を行う必要がなく簡単な構成で実施できるものである。
【００１７】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
例えば、本実施例では、一枚の電解質に多数の炎孔を開口することにより燃焼プレートを形成しているが、図４に示すように、絶縁性の板２０１で小さな電解質板２０２を挟み込んで、２枚の電解質板２０２と２枚の絶縁性の板２０１とで囲まれた開口を炎孔２０３とし、それらを多数つなぎ合わすことにより燃焼プレート２０４を形成するようにしてもよい。この場合も上述した実施例と同様に、電解質板２０２の裏面側に燃料極と空気極とを配置して単セルを形成しそれらを多数接続して電力を取り出す。
また、図５に示すように、電解質板３０１の両面に燃料極３０２と空気極３０３とをくし歯状にそれぞれの歯が互いに噛み合うように向かい合わせて配置してそれぞれの面に単セル３０４を形成し、このような電解質板３０１を所定間隔をあけて多数平行に並べ、その両側を絶縁性の板３０５で挟み込むことにより、隣り合う電解質板３０１間に炎孔３０６を形成した燃焼プレート３０７としてもよい。この場合は、くし歯の形成方向は混合ガスの流れの向きと平行とする。つまり、くし歯は上下方向に形成する。上述した実施例のように、電解質自体を燃焼プレートとしてその表面で燃焼させる場合、リフトやバックなどにより火炎の位置が少しでもずれると、電解質の温度が大きく低下し発電効率が低下してしまう。これに対して、本実施例のように炎孔３０６を形成する隔壁となる電解質板３０１の側面に上下方向に電極を形成しておけば、火炎の上下位置がずれても電極反応に最適な温度となっている場所が必ず存在するので、発電効率の悪化を抑制できる。
【００１８】
また、上述した実施例では、電解質の片面側に燃料極と空気極の両方を形成したいわゆる片面単室型燃料電池を用いているが、電解質の一方の面には燃料極のみを、もう一方の片面側に空気極のみを形成したいわゆる両面単室型燃料電池を用いても構わない。例えば、図６に示すように、電解質板４０１の一方の面には燃料極４０２のみを一面に形成し、他方の面に空気極４０３のみを一面に形成して単セル４０４を形成する。そして、図７及び図８に示すように、この単セル４０４を所定間隔をあけて多数平行に並べ、その両側を絶縁性の板４０５で挟み込むことにより、隣り合う単セル４０４間に炎孔４０６を形成した燃焼プレート４０７とする。この場合も上述した実施例と同様に、混合ガスを炎孔４０６から噴出させて燃焼させると電解質４０１が熱せられ、各単セル４０４で発電が開始させる。そして、単セル４０４を多数接続して電力を取り出す。
また、図９に示すように、電解質５０１をパイプ状に形成し、その内側に燃料極と空気極とを形成するとともに、側面に多数の開口を形成して炎孔５０２とすることにより、燃料電池５０３とバーナ５０４とを一体的に形成してもよい。この場合は、パイプ状の電解質５０１の内側に燃料ガスと空気との混合ガスを供給し、炎孔５０２から噴出させて燃焼させてバーナ５０４として用いるとともに、その燃焼熱でバーナ５０４の一部分を形成している電解質５０１が加熱され発電し燃料電池５０３として用いられる。
【００１９】
また、本実施例では、ガスバーナとして燃焼プレート上で表面燃焼する全一次空気式バーナの例を示したが、これに限ったものではなく、ブンゼンバーナや赤火式バーナ等、あらゆるガスバーナに適用可能である。これらの場合においては、上述したようなバーナ構造とし、供給する燃料ガスと燃焼用一次空気との割合を調節することにより実施する。
また、本実施例では、燃料電池と一体に形成された主バーナのみにより燃焼電池を加熱しているが、主バーナの加熱だけでは電池作動温度まで昇温できない場合には、別の加熱手段で昇温を補助してもよい。この場合でも、別の加熱手段は小さなもので済むためコストダウンを図ることができる。
【００２０】
また、本実施例では、ガス器具としてファン付赤外線ストーブの例を示したが、これに限ったものではなく、給湯器やガスオーブン、炊飯器、コンロ、グリル、小型湯沸器等の電力を利用するあらゆるガス器具に適用可能である。例えば、家庭用のコンセントからＡＣ１００Ｖの電力を供給されている給湯器やガスオーブンや炊飯器に適用すると、器具から電源コードが不要となりどこでも使えるようになって使い勝手が良くなる。また、コンロやグリルや小型湯沸器のように乾電池を使用しているガス器具では、従来では電力が弱すぎてファンが利用できなかったが、こうした単室型燃料電池を備えることによりファンが利用できるようになる。そして、ファンが利用できると、コンロではトッププレートの温度を下げることが可能となり、グリルではグリル庫内の温度を均一化することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
燃料ガスを供給して燃焼するバーナを備えたガス器具に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例１としてのファン付赤外線ストーブの概略構成図である。
【図２】実施例１としての燃焼プレートの説明図である（表面）。
【図３】実施例１としての燃焼プレートの説明図である（裏面）。
【図４】別の実施例の燃焼プレートの説明図である。
【図５】別の実施例の燃焼プレートの説明図である。
【図６】別の実施例の単セルの説明図である。
【図７】別の実施例の燃焼プレートの説明図である。
【図８】別の実施例の燃焼プレートの説明図である。
【図９】別の実施例のバーナ部の説明図である。
【図１０】一般的な燃料電池の概略構成図である。
【図１１】単室型燃料電池の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  ストーブ
３  バーナ
５  炎孔
７  単室型燃料電池
１１  ファン
１２  燃料極
１３  空気極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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