(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料を水蒸気改質して水素に富んだ改質ガスを生成する改質器と、上記改質ガスを導入して発電する燃料電池と、本システムで生じる排熱を熱交換して受容する熱回収器を備える燃料電池システムにおいて、上記改質器の作動を制御するための信号を改質器に発信する改質器制御用基板を改質器の近傍に付設し、上記燃料電池の作動を制御するための信号を燃料電池に発信する燃料電池制御用基板を燃料電池の近傍に付設し、上記熱回収器の作動を制御するための信号を熱回収器に発信する熱回収器制御用基板を熱回収器の近傍に付設すると共に、上記改質器制御用基板、燃料電池制御用基板、及び、熱回収器制御用基板と、メイン制御基板とを直列に配線することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
上記改質器、燃料電池、又は、熱回収器の少なくともいずれかの電気部品と電源を連結する電源回路の間にフィルタ装置を設けていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
上記改質器、燃料電池、及び、熱回収器が、バッテリと電気的に接続した回路を有していると共に、上記改質器、燃料電池、熱回収器の少なくともいずれかの電気部品とバッテリを連結する回路の間に、上記改質器制御用基板、燃料電池制御用基板、及び、熱回収器制御用基板からの指示信号に基づいてこの回路を開閉する開閉手段を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原燃料を水蒸気改質して水素に富んだ改質ガスを生成する改質器と、上記改質ガスを導入して発電する燃料電池と、本システムで生じる排熱を熱交換して受容する熱回収器を備える燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池システムは、原燃料を水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを改質器で生成し、この改質ガスを燃料電池に導入して発電を行ったり、さらに、改質ガスの生成の際に利用した排熱や、発電に伴って発生する排熱を、熱交換器等の熱回収器で回収して熱エネルギーとして利用したりするものが知られている。上記燃料電池システムは、改質器、燃料電池、熱回収器の作動を制御するために制御基板を備えている。上記上記燃料電池システムは、図５に示すように、一つの制御基板７０から、改質器７１、燃料電池７２、熱回収器７３にそれぞれ電気配線７８ａ、７８ｂ、７８ｃが接続され、制御するものが汎用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年の燃料電池の使用範囲の拡大に伴い、上記燃料電池システムは、小型化、軽量化が求められている。従来の汎用される燃料電池システムにあっては、一つの制御基板７０から、改質器７１、燃料電池７２、熱回収器７３の各電器部品に複数の配線を接続するため、この配線が煩雑なものとなっている。
【０００４】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、原燃料を水蒸気改質して水素に富んだ改質ガスを生成する改質器と、上記改質ガスを導入して発電する燃料電池と、本システムで生じる排熱を熱交換して受容する熱回収器を備える燃料電池システムにあって、改質器、燃料電池、及び、熱回収器への配線を簡素化することができる燃料電池システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の燃料電池システムは、原燃料を水蒸気改質して水素に富んだ改質ガスを生成する改質器と、上記改質ガスを導入して発電する燃料電池と、本システムで生じる排熱を熱交換して受容する熱回収器を備える燃料電池システムにおいて、上記改質器の作動を制御するための信号を改質器に発信する改質器制御用基板を改質器の近傍に付設し、上記燃料電池の作動を制御するための信号を燃料電池に発信する燃料電池制御用基板を燃料電池の近傍に付設し、上記熱回収器の作動を制御するための信号を熱回収器に発信する熱回収器制御用基板を熱回収器の近傍に付設すると共に、上記改質器制御用基板、燃料電池制御用基板、及び、熱回収器制御用基板と、メイン制御基板とを直列に配線することを特徴とする。上記によって、改質器と改質器制御用基板、燃料電池と燃料電池制御用基板、及び、熱回収器と熱回収器制御用基板のそれぞれの配線を短くすることができると共に、メイン制御基板から配線される本数を少なくすることができるものである。その結果、上記燃料電池システムは、改質器、燃料電池、及び、熱回収器への配線を簡素化することができるものである。
【０００６】
請求項２記載の燃料電池システムは、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、上記改質器、燃料電池、又は、熱回収器の少なくともいずれかの電気部品と電源を連結する電源回路の間にフィルタ装置を設けていることを特徴とする。上記によって、装置を停止した際などに生じる回生電流を抑えるので、電源回路の容量を減らすことができるものである。
【０００７】
請求項３記載の燃料電池システムは、請求項１又は請求項２記載の燃料電池システムにおいて、上記改質器、燃料電池、及び、熱回収器が、バッテリと電気的に接続した回路を有していると共に、上記改質器、燃料電池、熱回収器の少なくともいずれかの電気部品とバッテリを連結する回路の間に、上記改質器制御用基板、燃料電池制御用基板、及び、熱回収器制御用基板からの指示信号に基づいてこの回路を開閉する開閉手段を有することを特徴とする。上記によって、停止したときに、バッテリを電源としてこのシステムを起動させる際に、改質器、燃料電池、及び、熱回収器へ供給する電源量を適宜制御することができるので、バッテリの容量を不必要に大きくする必要がない。その結果、上記燃料電池システムは、バッテリの容量を減らすことができるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の請求項1に対応する実施の形態の一例を示し、燃料電池システムを模式的に示したブロック図である。
【０００９】
上記燃料電池システムは、原燃料を水蒸気改質して水素に富んだ改質ガスを生成する改質器１と、上記改質ガスを導入して発電する燃料電池２と、本システムで生じる排熱を熱交換して受容する熱回収器３を備える。上記原燃料は、例えば、ブタンガス、プロパンガス、メタンガス、液化石油ガス等の炭化水素系の気体、灯油、軽油、ガソリン等の炭化水素系の液体、メタノール、エタノール等のアルコール系燃料が挙げられる。
【００１０】
上記改質器１は、上記原燃料が供給され、また、同時に水が供給される。上記改質器１は、原燃料と水蒸気から水蒸気改質反応がなされ、水素に富んだ改質ガスに生成するものである。上記改質器１は、上記水蒸気改質反応を行う改質部、改質ガス中のＣＯ濃度を低下させるシフト部、さらに必要に応じてＣＯを選択的に酸化する選択酸化器部、及び、これらの反応工程に熱源を供給する燃焼部から構成される。
【００１１】
上記燃料電池２は、改質器１で生成した改質ガスを一方の電極に、酸素（空気）を他方の電極に導入し、発電が行われる。上記燃料電池２としては、固体高分子電解質膜を有する固体高分子型燃料電池や、リン酸型燃料電池が挙げられる。なかでも、固体高分子型の燃料電池２は、７０〜８０℃の低温で作動するため、一般家庭用として容易に利用できるものである。
【００１２】
上記燃料電池システムは、上記燃料電池２が発電の際に発熱するので、水等の冷媒を燃料電池２内に循環して冷却するので、この冷媒の熱を熱交換機等の熱回収器３で回収している。また、上記燃料電池システムの熱回収としては、上記改質器１の燃焼部から供給された使用済みの排熱を、熱交換して回収することもできる。上記燃料電池システムは、上記排熱から熱回収器３で熱交換した熱媒を加熱媒体とし、例えば、給湯装置等の熱源として利用することができる。
【００１３】
上記燃料電池システムは、改質器１の近傍に改質器制御用基板４を付設し、燃料電池２の近傍に燃料電池制御用基板５を付設し、熱回収器３の近傍に熱回収器制御用基板６を付設し、上記改質器制御用基板４、燃料電池制御用基板５、及び、熱回収器制御用基板６と、メイン制御基板７とを直列に配線している。
【００１４】
上記改質器制御用基板４は、上述の改質器１の改質部、シフト部、燃焼部等の各部位の電気部品と電気配線９ａで接続されており、これら各部位の作動を制御するための信号を発信することができるものである。上記制御するための信号は、改質器１の稼動や停止、各部位の温度測定や温度制御のための信号等である。上記改質器制御用基板４は、改質器１の近傍、例えば、改質器１の外壁等に取付けたり、改質器１の周縁に延設して設置したりする。上記改質器制御用基板４は、改質器１の近傍に設置されているので、改質器１の各部位の電気部品に接続する電気配線９ａの長さが、従来と比較して短くすることができるものである。
【００１５】
上記燃料電池制御用基板５は、上述の燃料電池２の電極へ改質ガスを導入する、酸素（空気）を導入する、所望温度に加温する、冷却用の冷媒を循環する等の燃料電池２を作動されるため、燃料電池２の各部位の電気部品と電気配線９ｂで接続されており、これら各部位の作動を制御するための信号を発信することができるものである。上記制御するための信号は、燃料電池２の稼動や停止、各部位の温度測定や温度制御のための信号等である。上記燃料電池制御用基板５は、燃料電池２の近傍、例えば、燃料電池２の外面に取付けたり、燃料電池２の周縁に延設して設置したりする。上記燃料電池制御用基板５は、燃料電池２の近傍に設置されているので、燃料電池２の各部位の電気部品に接続する電気配線９ｂの長さが、従来と比較して短くすることができるものである。
【００１６】
上記熱回収器制御用基板６は、上述の熱回収器３に熱媒を循環させたりする等の熱回収器３を作動されるため、熱回収器３の各部位の電気部品と電気配線９ｃで接続されており、これら各部位の作動を制御するための信号を発信することができるものである。上記制御するための信号は、熱回収器３の稼動や停止、各部位の温度測定や温度制御のための信号等である。上記熱回収器制御用基板６は、熱回収器３の近傍、例えば、熱回収器３の外面に取付けたり、熱回収器３の周縁に延設して設置したりする。上記熱回収器制御用基板６は、熱回収器３の近傍に設置されているので、熱回収器３の各部位の電気部品に接続する電気配線９ｃの長さが、従来と比較して短くすることができるものである。
【００１７】
上記メイン制御基板７は、改質器制御用基板４、燃料電池制御用基板５、及び、熱回収器制御用基板６と直列にメイン配線８が配線され、上記メイン制御基板７から燃料電池システムの作動にを制御するための信号が送信される。上記改質器制御用基板４は、メイン制御基板７からの信号を受け、この信号が改質器１の制御に関する信号の場合に改質器１の関連する部位に信号を発信する。上記燃料電池制御用基板５は、メイン制御基板７からの信号を受け、この信号が燃料電池２の制御に関する信号の場合に燃料電池２の関連する部位に信号を発信する。上記熱回収器制御用基板６は、メイン制御基板７からの信号を受け、この信号が熱回収器３の制御に関する信号の場合に熱回収器３の関連する部位に信号を発信する。
【００１８】
上記燃料電池システムは、上記メイン制御基板７から改質器制御用基板４、燃料電池制御用基板５、及び、熱回収器制御用基板６へ直列にメイン配線８のみが配線されているので、メイン制御基板７に接続する配線の本数が従来に比べ低減することができるものである。
【００１９】
上記燃料電池システムのより具体的な配置を図２に示す。上記燃料電池システムは、上記メイン制御基板７が具備したマイクロコンピュータ１１に通信用ＩＣ１２が接続され、この通信用ＩＣ１２から、改質器制御用基板４の通信用ＩＣ１３ａ、燃料電池制御用基板５の通信用ＩＣ１３ｂ、熱回収器制御用基板６の通信用ＩＣ１３ｃの順にメイン配線が接続されている。上記改質器制御用基板４は、通信用ＩＣ１３ａに接続してマイクロコンピュータ１４ａ、このマイクロコンピュータ１４ａと複数の配線で接続したコネクタ１５ａを備える。上記改質器制御用基板４は、このコネクタ１５ａから複数の電気配線９ａで改質器１の各部位の電気部品に接続されている。また、上記燃料電池制御用基板５は、通信用ＩＣ１３ｂに接続してマイクロコンピュータ１４ｂ、このマイクロコンピュータ１４ｂと複数の配線で接続したコネクタ１５ｂを備える。上記燃料電池制御用基板５は、このコネクタ１５ｂから複数の電気配線９ｂで燃料電池２の各部位の電気部品に接続されている。また、上記熱回収器制御用基板６は、通信用ＩＣ１３ｃに接続してマイクロコンピュータ１４ｃ、このマイクロコンピュータ１４ｃと複数の配線で接続したコネクタ１５ｃを備える。上記熱回収器制御用基板６は、このコネクタ１５ｃから複数の電気配線９ｃで熱回収器３の各部位の電気部品に接続されている。
【００２０】
次に、他の実施の形態を説明する。図３は、本発明の請求項２に対応する実施の形態の一例を示し、燃料電池システムを模式的に示したブロック図である。上記実施の形態と異なる点のみ説明する。
【００２１】
上記燃料電池システムは、改質器１、燃料電池２、及び、熱回収器３と電源１０が各々電源回路１６ａ，１６ｂ，１６ｃで接続されている。そして、上記燃料電池システムは、改質器１、燃料電池２、又は、熱回収器３の少なくともいずれかの電気部品と上記電源１０を連結する電源回路１６の間にフィルタ装置１７を設けている。上記フィルタ装置１７は、装置を停止した際など、改質器制御用基板４、燃料電池制御用基板５、又は、熱回収器制御用基板６に備えるポンプ等で生じる回生電流を抑えるものである。上記フィルタ装置１７は、ダイオードとコンデンサで構成されるフィルタ装置１７ａ、または、コイルとコンデンサで構成されるフィルタ装置１７ｂを例示することができる。
【００２２】
上記燃料電池システムは、改質器１、燃料電池２、又は、熱回収器３の少なくともいずれかの電気部品と上記電源１０を連結する電源回路１６の間にフィルタ装置１７を設けて、発生する回生電流を抑えるので、電源回路１６の容量を減らすことができる。
【００２３】
次に、他の実施の形態を説明する。図４は、本発明の請求項３に対応する実施の形態の一例を示し、燃料電池システムを模式的に示したブロック図である。上記実施の形態と異なる点のみ説明する。
【００２４】
上記燃料電池システムは、上記改質器１、燃料電池２、及び、熱回収器３と電源１０が、各々の改質器制御用基板４、燃料電池制御用基板５、及び、熱回収器制御用基板６を介して電源１０と回路２１で接続されていると共に、この回路２１が、バッテリ２０とも電気的に接続している。よって、上記燃料電池システムは、上記改質器１、燃料電池２、及び、熱回収器３が、バッテリ２０と回路２１で電気的に接続している。上記上記燃料電池システムは、改質器制御用基板４と改質器１との間の上記回路２１ａ、燃料電池制御用基板５と燃料電池２の間の上記回路２１ｂ、及び、熱回収器制御用基板６と熱回収器３の間の上記回路２１ｃに、リレー等の開閉手段２２ａ、２２ｂ、２２ｃを有するものである。上記開閉手段２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、改質器制御用基板４、燃料電池制御用基板５、及び、熱回収器制御用基板６から各々に指示信号が送信され、この指示信号に基づいて各々の回路２１を開閉する。
【００２５】
上記燃料電池システムは、回路２１に開閉手段２２を有しているので、停止したときに、バッテリ２０を電源としてこのシステムを起動させる際に、改質器１、燃料電池２、及び、熱回収器３へ供給する電源量を適宜制御することができるので、バッテリ２０の容量を不必要に大きくする必要がない。その結果、上記燃料電池システムは、バッテリ２０の容量を減らすことができる。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１記載の燃料電池システムは、改質器と改質器制御用基板、燃料電池と燃料電池制御用基板、及び、熱回収器と熱回収器制御用基板のそれぞれの配線を短くすることができると共に、メイン制御基板から配線される本数を少なくすることができるものである。その結果、上記燃料電池システムは、改質器、燃料電池、及び、熱回収器への配線を簡素化することができるものである。
【００２７】
さらに、請求項２記載の燃料電池システムは、特に、装置を停止した際などに生じる回生電流を抑えるので、電源回路の容量を減らすことができる。
【００２８】
さらに、請求項３記載の燃料電池システムは、特に、停止したときに、バッテリを電源としてこのシステムを起動させる際に、改質器、燃料電池、及び、熱回収器へ供給する電源量を適宜制御することができるので、バッテリの容量を不必要に大きくする必要がない。その結果、上記燃料電池システムは、バッテリの容量を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を模式的に示したブロック図である。
【図２】同上の燃料電池システムのブロック図である。
【図３】本発明に他の実施の形態を模式的に示したブロック図である。
【図４】本発明に他の実施の形態を模式的に示したブロック図である。
【図５】従来の実施の形態を模式的に示したブロック図である。
【符号の説明】
１      改質器
２      燃料電池
３      熱回収器
４      改質器制御用基板
５      燃料電池制御用基板
６      熱回収器制御用基板
７      メイン制御基板
８      メイン配線
９ａ、９ｂ、９ｃ  電気配線
【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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