(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料が供給される原料供給弁と、原料の不純物を取るための脱硫器と、前記脱硫器による減圧を回復させ原料を供給するためのブースターポンプと、原料を制御する流量制御装置と、原料から水素を発生させる改質装置とを順次接続し、前記改質装置の改質反応のために純水を供給するためのイオン交換樹脂と、前記改質装置での一酸化炭素除去のための空気供給の浄化空気ポンプと、燃料電池へ空気を吸引する空気供給ブロワーと、前記空気供給ブロワーからの空気を高温多湿の空気として燃料電池に供給する加湿器と、前記改質装置で得られた水素と前記加湿器で得られた空気を得て発電と発熱を行う燃料電池と、前記燃料電池へ水を供給するための冷却水タンクと純水供給の水関連部品と、前記燃料電池から排出される排熱空気を熱回収し貯湯タンクへ供給する排熱回収装置と、前記燃料電池を制御する制御装置と、前記燃料電池で発電された電気エネルギーを商用電圧・周波数に変換するインバータ装置とを、前板、両側面板及び天板を有する筐体内に備えた家庭用燃料電池コージェネシステムであって、前記筐体内の、中央下部に設けられた前記改質装置と、前記改質装置の上方に設けられた前記加湿器と、前記加湿器の上方に設けられた前記冷却水タンクと前記水関連部品と、前記改質装置の左側面前方に設けられた前記制御装置と前記インバータ装置と、前記改質装置の左側面後方に設けられた前記イオン交換樹脂と前記空気供給ブロワーと前記空気ポンプと、前記改質装置の右側面前方に設けられた前記脱硫器と前記原料供給弁と前記ブースターポンプと、前記改質装置の右側面後方に設けられた前記排熱回収装置と前記流量制御装置とを備え、前記筐体の前板、両側面板及び天板を取り外し可能とした家庭用燃料電池コージェネシステム。
【請求項２】
ブースターポンプと浄化空気ポンプと空気供給ブロワーは筐体下部に配置された請求項１に記載の家庭用燃料電池コージェネシステム。
【請求項３】
改質装置の下部には前記改質装置内部の触媒を間接的に加温し改質反応温度を高めるバーナが設けられた請求項１に記載の家庭用燃料電池コージェネシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を用いて発電を行う家庭用燃料電池コージェネシステムの構成に関するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
従来の家庭用燃料電池コージェネシステムでは、筐体内部には複数の機能部品を有しており、内部の発熱反応で内部温度は熱の対流により上方が暖かくなる。そのために、複数の機能部品である家庭用の給湯器等で使用される部品では耐熱的に使用できないあるいは耐久的に寿命が短くなる問題を有していた。また、機能部品の点数、構成部品の点数が家庭用の給湯器等の約３倍程度あり容易にかつ迅速に部品のメンテを行うことが極めて困難であった。また、脱硫器やイオン交換樹脂は定期的に交換しないと性能維持ができないために容易に交換されることが必然的に求められている。
【０００３】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので温度的に余裕がない部品を耐久的に持たせることと部品のメンテ性が容易に行える構成を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記従来の課題を解決するために、本発明の家庭用燃料電池コージェネシステムは原料が供給される原料供給弁と、原料の不純物を取るための脱硫器と、前記脱硫器による減圧を回復させ原料を供給するためのブースターポンプと、原料を制御する流量制御装置と、原料から水素を発生させる改質装置とを順次接続し、前記改質装置の改質反応のために純水を供給するためのイオン交換樹脂と、前記改質装置での一酸化炭素除去のための空気供給の浄化空気ポンプと、燃料電池へ空気を吸引する空気供給ブロワーと、前記空気供給ブロワーからの空気を高温多湿の空気として燃料電池に供給する加湿器と、前記改質装置で得られた水素と前記加湿器で得られた空気を得て発電と発熱を行う燃料電池と、前記燃料電池へ水を供給するための冷却水タンクと純水供給の水関連部品と、前記燃料電池から排出される排熱空気を熱回収し貯湯タンクへ供給する排熱回収装置と、前記燃料電池を制御する制御装置と、前記燃料電池で発電された電気エネルギーを商用電圧・周波数に変換するインバータ装置とを、前板、両側面板及び天板を有する筐体内に備えた家庭用燃料電池コージェネシステムであって、前記筐体内の、中央下部に設けられた前記改質装置と、前記改質装置の上方に設けられた前記加湿器と、前記加湿器の上方に設けられた前記冷却水タンクと前記水関連部品と、前記改質装置の左側面前方に設けられた前記制御装置と前記インバータ装置と、前記改質装置の左側面後方に設けられた前記イオン交換樹脂と前記空気供給ブロワーと前記空気ポンプと、前記改質装置の右側面前方に設けられた前記脱硫器と前記原料供給弁と前記ブースターポンプと、前記改質装置の右側面後方に設けられた前記排熱回収装置と前記流量制御装置とを備え、前記筐体の前板、両側面板及び天板を取り外し可能としたものである。
【０００５】
これによって、筐体の前板を取り外すことで改質装置、ブースターポンプ、脱硫器、流量制御装置、水関連部品をメンテできる。
【０００６】
また、右側面を取り外すことで排熱回収装置、原料供給弁、メンテが可能となる。次に左側面を取り外すことにより制御装置、インバータ装置、イオン交換樹脂、空気ポンプ関連部品のメンテができる。最後に天板取り外すことで、燃料電池、加湿器、冷却タンク等の部品が取り外すことが可能となりすべての部品が容易に交換できる設定にしている。
【０００７】
また、改質装置への原料供給のブースターポンプと改質装置での一酸化炭素除去のための空気供給の浄化空気ポンプ及び燃料電池への空気供給ブロワーは筐体下部に配置したものである。これによって、特に、温度的な要因劣化の特性を持つ、ブースターポンプや浄化空気ポンプ特に機能部品や構成部品で温度的に持たない部品は下部に設定し筐体内熱対流の影響を受けないようにしている。
【０００８】
また、摺動による振動を抑制するために、空気供給ブロワー、ブースターポンプは筐体下部に設定し振動による騒音低減と人体の耳の位置とも距離をとることができ騒音に対する効果も出している。
【０００９】
また、改質装置の下部には改質装置内部の触媒を間接的に加温し改質反応温度を高めるバーナが設定されているものである。これによって、バーナの故障時に改質装置を取り外さないで、バーナ単独で取り外すことが容易となるわけである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明の家庭用燃料電池コージェネシステムは前板、両側面及び天板を取り外すことですべての部品が容易に単独でメンテできるようにしたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は原料が供給される原料供給弁と、原料の不純物を取るための脱硫器と、前記脱硫器による減圧を回復させ原料を供給するためのブースターポンプと、原料を制御する流量制御装置と、原料から水素を発生させる改質装置とを順次接続し、前記改質装置の改質反応のために純水を供給するためのイオン交換樹脂と、前記改質装置での一酸化炭素除去のための空気供給の浄化空気ポンプと、燃料電池へ空気を吸引する空気供給ブロワーと、前記空気供給ブロワーからの空気を高温多湿の空気として燃料電池に供給する加湿器と、前記改質装置で得られた水素と前記加湿器で得られた空気を得て発電と発熱を行う燃料電池と、前記燃料電池へ水を供給するための冷却水タンクと純水供給の水関連部品と、前記燃料電池から排出される排熱空気を熱回収し貯湯タンクへ供給する排熱回収装置と、前記燃料電池を制御する制御装置と、前記燃料電池で発電された電気エネルギーを商用電圧・周波数に変換するインバータ装置とを、前板、両側面板及び天板を有する筐体内に備えた家庭用燃料電池コージェネシステムであって、前記筐体内の、中央下部に設けられた前記改質装置と、前記改質装置の上方に設けられた前記加湿器と、前記加湿器の上方に設けられた前記冷却水タンクと前記水関連部品と、前記改質装置の左側面前方に設けられた前記制御装置と前記インバータ装置と、前記改質装置の左側面後方に設けられた前記イオン交換樹脂と前記空気供給ブロワーと前記空気ポンプと、前記改質装置の右側面前方に設けられた前記脱硫器と前記原料供給弁と前記ブースターポンプと、前記改質装置の右側面後方に設けられた前記排熱回収装置と前記流量制御装置とを備え、前記筐体の前板、両側面板及び天板を取り外し可能としたことにより改質装置、ブースターポンプ、脱硫器、流量制御装置、水関連部品は前板を取り外すことで排熱回収装置、原料供給弁は、右側面板を取り外すことで制御装置、インバータ装置、イオン交換樹脂、空気ポンプ関連部品は左側面を取り外すことで燃料電池、加湿器、冷却タンクは天板を取り外すことですべての構
成部品が単独で部品交換できメンテ時間の短縮化ができる。
【００１２】
なお、本構成は左右が逆の配置であっても同様の効果が得られることになる。
【００１３】
第２の発明はブースターポンプと浄化空気ポンプと空気供給ブロワーは筐体下部に配置されたことにより特に、温度的な要因劣化の特性を持つ、ブースターポンプや浄化空気ポンプ特に機能部品や構成部品で温度的に持たない部品は下部に設定し筐体内熱対流の影響を受けないようにして耐久性の向上行っている。
【００１４】
また、摺動による振動を抑制するために、空気供給ブロワー、ブースターポンプは筐体下部に設定し振動による騒音低減と人体の耳の位置とも距離をとることができ騒音に対する効果も出している。
【００１５】
第３の発明は改質装置の下部には前記改質装置内部の触媒を間接的に加温し改質反応温度を高めるバーナが設けられていることでバーナの故障時に改質装置を取り外さないで、バーナ単独で取り外すことが容易となるわけである。特にバーナには燃焼検知となるフレームロッド、熱電対、点火電極などの燃焼熱の影響を受けて劣化する部品が設けられているために、バーナ単独で取り外しができる効果は極めて大きい。
【００１６】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００１７】
なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における家庭用燃料電池コージェネシステムの構成を示す正面図、図２は右側面図、図３は左側面図である。
【００１９】
図１〜３において１は燃料電池の筐体で内部の中央下部に水素発生装置となる改質装置２を配置している。改質装置２の上部には燃料電池への空気加湿を行う加湿器３を配置しさらにその上方に燃料電池４を設定している。燃料電池への水供給の冷却水タンク５と純水供給の水関連部品６を備えている。
【００２０】
また、改質装置２の左側面前方には燃料電池の制御装置７とインバータ装置８を設けると共に、その後方にはイオン交換樹脂９、燃料電池４への空気供給ブロワー１０、改質装置２への空気ポンプ１１を設定している。空気供給ブロワー１０は筐体下部に設定し、空気ポンプ１１は下部近傍に配置している。
【００２１】
一方、改質装置の右側面前方には原料ガス中の不純物を除去するための脱硫器１２と改質装置２への原料供給弁１３、ブースターポンプ１４を筐体１下部に設定し構成している。改質装置２の右側面後方には貯湯タンクへの排熱回収装置１５、流量制御装置１６等を備え前板１７、左側面板１８、右側面板１９および天板２０は単独で取り外すし可能できるようにしている。
【００２２】
また、改質装置２の下部にはバーナ２１が設定されている。改質装置２内で発生した水素は改質装置２内の反応が安定するまでは燃料電池４へ供給されずにオフガスとして再度改質装置２のバーナ２１に循環されて再利用されることになる。そのために、改質装置２と燃料電池４間には経路切り替えの三方弁２２が設けられている。この水素には水蒸気を多量に含んでおり水蒸気を除去する熱交換器２３がバーナの上流にこの熱交換器２３は改質装置２の前方に設定されて構成している。
【００２３】
以上のように構成された家庭用燃料電池コージェネシステムについて、以下その主要動作と作用を説明する。
【００２４】
まず、水素の原料となるメタンガスが供給され原料供給弁１３、不純物を取るための脱硫器１１、脱硫による減圧を回復するためのブースターポンプ１４、原料を制御する流量制御装置１６等を介して改質装置に供給される。
【００２５】
一方、改質装置２内部の触媒を間接的に加温するバーナ２１にも同様の制御方式で燃料が供給される。改質装置２へは水素発生に必要なまた反応によって発生する一酸化炭素を低減するために純水や空気を供給し燃料電池４に必要な水素を作り出している。
【００２６】
次に、燃料電池４に供給される空気は制御装置７後方の下部に設定された空気供給ブロワー１０より吸引されて改質装置２上方の加湿器３で高温多湿の空気として燃料電池４に供給される。改質装置２と燃料電池４には純水が必要なためにイオン交換樹脂９で処理した水を水ポンプで供給している。燃料電池４に供給され残った空気は、貯湯回路の水を加温するために排熱回収装置１５に供給される。
【００２７】
一方燃料電池内では水素と酸素による発熱と発生した水を回収するために循環ポンプを回し熱回収を排熱熱回収装置１５にて行っている。
【００２８】
以上のように、本実施の形態において、改質装置２、ブースターポンプ１４、脱硫器１２、流量制御装置１６、三方弁２２、熱交換器２３、水関連部品６は、前板１７を取り外すことで、排熱回収装置１５、原料供給弁１３は、右側面板１９を取り外すことで、制御装置７、インバータ装置８、イオン交換樹脂９、空気供給ブロワー１０、空気ポンプ１１関連部品は、左側面１８を取り外すことで、燃料電池４、加湿器２、冷却タンク５は、天板２０を取り外すことで、すべての構成部品が容易に部品交換することができるわけである。
【００２９】
また、改質装置への原料供給のブースターポンプ１４と改質装置２での一酸化炭素除去のための空気供給の浄化空気ポンプ１１及び燃料電池への空気供給ブロワー１０は筐体下部に配置したことにより、温度的な要因劣化の特性を持つ、ブースターポンプや浄化空気ポンプ等の特に機能部品や構成部品で温度的に持たない部品は下部に設定し筐体内熱対流の影響を受けないようにして耐久性の向上を行っている。
【００３０】
また、摺動による振動を抑制するために、空気供給ブロワー１０、ブースターポンプ１４は筐体下部に設定し振動による騒音低減と人体の耳の位置とも距離をとることができ騒音に対する効果も出している。
【００３１】
さらに、バーナ２１を改質装置２の下部に設定したことによりバーナ２１の故障時に改質装置２を取り外さないで、バーナ単独で取り外すことが容易となるわけである。特にバーナ２１には燃焼検知となるフレームロッド、熱電対、点火電極などの燃焼熱の影響を受けて劣化する部品が設けられているために、バーナ単独で取り外しができる効果は極めて大きい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、本発明にかかる家庭用燃料電池コージェネシステム構成は前板、両側面及び天板を取り外すことですべての部品が容易に単独でメンテできるようにしたもので他の発電装置システムにも応用展開できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１における家庭用燃料電池コージェネシステムの正面図
【図２】同システムにおける左側面図
【図３】同システムにおける右側面図
【符号の説明】
【００３４】
１  筐体
２  改質装置
３  加湿器
４  燃料電池
５  冷却水タンク
６  水関連部品
７  制御装置
８  インバータ装置
９  イオン交換樹脂
１０  空気供給ブロワー
１１  空気ポンプ
１２  脱硫器
１３  原料供給弁
１４  ブースターポンプ
１５  排熱回収装置
１６  流量制御装置
１７  前板
１８  左側面板
１９  右側面板
２０  天板
２１  バーナ
【図１】
0004604514.tif 000002
【図２】
0004604514.tif 000003
【図３】
0004604514.tif 000004