(57)【要約】【課題】環境にやさしく、エネルギーを有効活用する燃料電池発電システムの提供を目的とする。【解決手段】バイオ水素ガスを燃料電池に供給し、発電させる燃料電池発電系に、少なくとも１つのバーナーを備える貯温槽を設け、前記発電系で未反応の水素を含有する排出ガスを前記貯湯槽のバーナーに熱源として供給する燃料電池発電システムにより、上記の課題を解決する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオ水素ガスを燃料電池に供給し、発電させる燃料電池発電系に、少なくとも１つのバーナーを備える貯温槽を設け、前記発電系で未反応の水素を含有する排出ガスを前記貯湯槽のバーナーに熱源として供給する燃料電池発電システム。
【請求項２】
バイオ水素ガスが、有機酸から微生物の酵素を触媒として生成した水素ガスである請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
貯温槽が管路で連結された第１貯温槽と第２貯温槽からなり、第１貯温槽のバーナーは前記排出ガスを熱源とし、第２貯温槽のバーナーは別の熱源を利用する請求項１又は２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
燃料電池が、燃料電池の発熱を冷却するための水循環式冷却器を有し、その冷却器と第１貯温槽とが連結され、冷却器からの温水が第１貯温槽に送水される請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電システムに関する。詳しくは、本発明は、貯温槽を備えた燃料電池発電系において、未反応の水素を含有する排出ガスを貯温槽のバーナーに熱源として供給する燃料電池発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機酸から微生物の持つ酵素を触媒として生成された水素を燃料とする燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電反応に使用された後の未反応ガスは、図３に示すように、残留水素を含んだまま、燃料電池の後部より大気に排出されている（特許文献１）。
しかし、未反応ガスの大気への排出は、密閉空間では水素濃度が爆発限界の３％以上になることもあり、危険であるばかりか、環境上も金属の水素脆性を引き起こすなどの問題がある。また、貴重なエネルギーを損失していることにもなる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−４５７３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決すべく、環境にやさしく、エネルギーを有効活用する燃料電池発電システムを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かくして、本発明によれば、バイオ水素ガスを燃料電池に供給し、発電させる燃料電池発電系に、少なくとも１つのバーナーを備える貯温槽を設け、前記発電系で未反応の水素を含有する排出ガスを前記貯湯槽のバーナーに熱源として供給する燃料電池発電システムが提供される。
【０００６】
この装置によれば、燃料電池へ供給されたバイオ水素ガスが燃料電池内で電気エネルギーに変換すると同時に、排出ガスがバーナーに供給され、貯湯槽が温められるので、水素を大気に排出することなく、エネルギーの有効活用を図ることができる。
バイオ水素ガスは、有機酸から微生物の酵素を触媒として生成した水素ガスであることが好ましい。
また、貯温槽が、管路で連結された第１貯温槽と第２貯温槽からなり、第１貯温槽のバーナーは前記排出ガスを熱源とし、第２貯温槽のバーナーは別の熱源を利用することができる。
【０００７】
このような構成によって、第１貯温槽の温水が不十分な温度のときに、その温水を第２貯温槽に送水して所望の温水を得ることができる。
また、燃料電池が、燃料電池の発熱を冷却するための水循環式冷却器を有し、その冷却器と第１貯温槽とが連結され、冷却器からの温水が第１貯温槽に送水されてもよい。
これにより、燃料電池の発電効率が維持されるのみならず、循環冷却により得られた温水を、第１貯温槽への回収を介して有効利用することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の第一の実施の形態に係る燃料電池発電システムの概念的な構成図である。
図２は、本発明の第二の実施の形態に係る燃料電池発電システムの概念的な構成図である。
【０００９】
本発明の実施の形態に係る燃料電池発電システムは、図１に示すように、バイオ水素ガスが、燃料電池供給パイプ８を介して燃料電池３の燃料極へ供給され、発電後の未反応排出ガスが燃料電池供排出パイプ９を介して燃料電池３より第１バーナー４に供給されることによって構成される。
【００１０】
バイオ水素ガスは、生物を利用して得られる水素ガスを意味するが、有機酸１から微生物の酵素２を触媒として生成した水素ガスであることが好ましく、有機酸１として、ギ酸、シュウ酸、酢酸、乳酸、リンゴ酸、フマル酸、酒石酸、クエン酸、グルコン酸、イタコン酸などを利用することができる。
酵素２としては、各有機酸に適当な酵素、例えば有機酸がギ酸である際には、ギ酸デヒドロゲナーゼとヒドロゲナーゼを用いることができる。酵素は、天然に存在する形態のほか、遺伝子工学で公知の方法によって作成された組換え型酵素であってもよい。
【００１１】
酵素の由来源となる微生物としては、クロストリジウム属、コリネバクテリウム属、ストレプトマイセス属、リステリア属、スタフィロコッカス属、バチルス属、ラストニア属、サルモネラ属、エシェリヒア属などを挙げることができ、これらも、通常の遺伝子組換えなどの手法による組換え型の微生物であってもよい。
【００１２】
バイオ水素ガスは、当該分野で一般的に行われている方法、例えば有機酸を含むＬＢ培地、ＰＹ培地のような通常使用される培地中で微生物を培養するなど、酵素を生体内に有する微生物を有機酸と接触させるか、あるいは、微生物から単離した酵素を有機酸と直接反応させて、生成することができる。
【００１３】
生成したバイオ水素ガスは、燃料電池供給パイプ８を介して、水素５０％・二酸化炭素５０％のような成分割合で燃料電池３の燃料極に供給され、空気極の酸素との反応により化学エネルギーを直接、電気エネルギー変換し、発電する。
燃料電池３は、電解質膜及び該膜を挟んで対向して配置される燃料極（負極）と空気極（正極）を備える構成であれば、特に限定されない。
【００１４】
例えば、電解質膜としては、ポリスチレンスルホン酸ポリビニルアルコール又はポリスチレンスルホン酸エチレンビニルアルコールなどの共重合体からなるものが挙げられ、燃料極と空気極は、カーボン、カーボン焼結体、焼結金属、発泡金属などの多孔性基体を撥水処理して用いることができる。
空気極は、外気から酸素を供給できるようにガス拡散層を備えていてもよく、ここに供給された酸素は、燃料極で水素ガスから分解されたプロトンと電気化学的に反応し、発電を行う。
【００１５】
発電後、例えば水素２０％・二酸化炭素８０％の成分割合を有する未反応ガスは、燃料電池供排出パイプ９を介して燃料電池３より排出され、第１貯温槽５の第１バーナー４に供給される。これにより、第１貯温槽５を給湯槽とし、得られた温水を所望の場所へ給湯することができる。
前記システムにおいて、第１貯湯槽５は、図２に示すように、第２貯湯槽７へ接続することも可能である。
【００１６】
第１貯湯槽５と第２貯湯槽７は、管路で接続することができ、第１貯湯槽５の水は、第１貯湯槽５を第２貯湯槽より高所に設置することによって簡便に第２貯湯槽７に送ることができるが、必要に応じて所望の量を送水できるよう、管路が開閉式の遮断壁を備えるか、第１貯湯槽５が液輸送ポンプなどを備えることが好ましい。
また、第１貯温槽５のバーナー４が前記の未反応排出ガスを熱源とするのに対し、第２貯温槽７のバーナー６は、都市ガス、ＬＰガス、電気などの別の熱源を利用してもよい。
【００１７】
これにより、第１貯温槽からの温水が不十分な温度のとき、その温水を第２貯温槽に送水し、第２貯温槽７のバーナー６により所望の温水を得ることができる。
なお、発電で燃料電池３が高温になると、発電効率が低下する。
このため、燃料電池が自身の発熱を低減するための水循環式冷却器を備え、その冷却器と第１貯温槽とを連結し、冷却器からの温水を第１貯温槽に送水してもよい。
【００１８】
水循環式冷却器は、外部から導入した水を、液輸送ポンプ、コンプレッサー等を用いて燃料電池の外周に取り付けた水路に押し出すことによって構成することができる。
冷却器と第１貯温槽を管路などで連結し、冷却器からの温水を第１貯温槽に送水することにより、水素エネルギーと水資源を有効に活用することができ、通常の水を温めるよりも少ないエネルギーで所望の温水を迅速に得ることができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、バイオ水素ガスを燃料として発電する燃料電池発電システムにおいて、未反応の水素を含む排出ガスが貯湯槽のバーナーに熱源として供給される燃料電池発電システムにより、水素を大気に排出することなく、エネルギーの有効活用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る燃料電池発電システムの概念的な構成図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に係る燃料電池発電システムの概念的な構成図である。
【図３】従来の燃料電池発電システムの概念的な構成図である。
【符号の説明】
１．  有機酸
２．  酵素
３．  燃料電池
４．  第１バーナー
５．  第１貯湯槽
６．  第２バーナー
７．  第２貯湯槽
８．  燃料電池供給パイプ
９．  燃料電池供排出パイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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