(57)【要約】      （修正有）【課題】改質部への改質水送出を安定させ、誤動作を防止する燃料電池用改質水ポンプを提供する。【解決手段】改質水ポンプ２０のプランジャ２６の回転軸を垂直に配したことにより、プランジャ２６とシリンダ２１間の異物ａは自重により自然落下し、プランジャ２６とシリンダ２１との数μｍの空間に滞留することがなく、異物ａの摩擦等の影響によるプランジャ２６の動作不安定はなくなる。これにより簡単な構成で改質部１６への改質水ポンプ２０による改質水１４送出を安定させることができ、誤動作を防止することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスと改質水とから水素リッチな燃料ガスを生成する改質部と、
前記燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、
前記改質水を貯水する冷却水タンクと、
前記冷却水タンクに貯水された改質水を前記改質部へ送出する改質水ポンプとを備えた燃料電池システムであって、
前記改質水ポンプは、シリンダ先端部に相対向してシリンダ室につながるバルブレスの吸込口と吐出口が設けられ、先端部外周にカット面が形成されたプランジャをシリンダ内で回転させながら往復動させて前記吸込口及び吐出口を交互にシリンダ室に連通させることにより流体の移送を行う構成を有し、前記プランジャの回転軸を略垂直に配したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記改質水ポンプは、前記プランジャを回転させながら往復動させるステッピングモータをさらに有し、前記ステッピングモータを上部に配し、前記プランジャを下部に配したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【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燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種燃料電池システムは改質水を貯水する貯水器と、この貯水器に貯水された改質水を、原料ガスと改質水から水素リッチな燃料ガスを生成する改質部に送出する改質水ポンプから成る燃料電池システムがある（例えば、特許文献１参照）。また、この改質水ポンプには、プランジャポンプ方式のものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
図４は、前記特許文献１に記載された従来の燃料電池システムを示すものである。図５は、前記特許文献２に記載された従来の燃料電池システムを示すものである。図４に示すように、冷却水タンク１９に貯水された改質水１４が改質水ポンプ２０により改質部１６に送出される。改質部１６では、原料ガス１３と改質水１４から水素リッチな燃料ガス１５を生成する。
【０００４】
改質部１６で生成された燃料ガス１５と、酸化剤ガス１７は燃料電池１８に供給され、燃料電池１８は発電する。
【０００５】
図５に示すように改質水ポンプ２０は、シリンダ２１の先端部に相対向してシリンダ室２２につながるバルブレスの吸込口２３と吐出口２４が設けられ、先端部外周にカット面２５が形成されたプランジャ２６をシリンダ２１内で回転させながら往復動させて吸込口２３及び吐出口２４を交互にシリンダ室２２に連通させることで改質水１４の移送を行っている。このような構成において、プランジャ２６の回転軸は設置安定性等から一般的に水平方向に構成していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２７６５４４号公報
【特許文献２】特開２００１−２４８５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、燃料電池システムは、配管、弁等の部品が多く、それらに付着する金属等の異物に対して洗浄を注意深く行い、配管を通る流体への異物混入を防ぐようにしているが完全に異物を除去するのは困難である。さらには改質部１６への改質水１４の送出量は３ｃｃ〜１０ｃｃ／分と微量の制御を要し、改質部１６へ改質水１４を送出する改質水ポンプ２０は精密性を有し、改質水ポンプ２０を構成するプランジャ２６をシリンダ２１内で回転させながら往復動するためのプランジャ２６とシリンダ２１との空間は数μｍと小さくなっており、前記の微量の制御を行っている。このような構成において、改質水ポンプ２０のプランジャ２６の回転軸が水平方向であるため、プランジャ２６をシリンダ２１内で回転させながら往復動するためのプランジャ２６とシリンダ２１との空間にわずかな異物ａが流入した場合、この空間に異物ａが滞留し、滞留した異物ａとの摩擦等の影響でプランジャ２６の動きが不安定となり、改質部１６への改質水１４の送出が安定せず、これによる誤動作が発生するという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡単な構成で改質水ポンプの異物の滞留を防いで改質部への改質水送出を安定させ、これによる誤動作を防止する燃料電池システ
ム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】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、改質水を貯水する冷却水タンクと、前記冷却水タンクに貯水された改質水を改質部へ送出する改質水ポンプとを備えた燃料電池システムであって、前記改質水ポンプはシリンダ先端部に相対向してシリンダ室につながるバルブレスの吸込口と突出口が設けられ、先端部外周にカット面が形成されたプランジャをシリンダ内で回転させながら往復動させて前記吸込口及び吐出口を交互にシリンダ室に連通させることにより前記改質水の移送を行う構成を有し、前記プランジャの回転軸を垂直に配したものである。
【００１０】
これによって、改質部へ改質水を送出する精密性を有する改質水ポンプのプランジャとシリンダとの数μｍの空間にわずかな異物が流入したとしても、改質水ポンプのプランジャの回転軸が垂直に配しているので、プランジャとシリンダ間の金属等の異物は自重により自然落下し、プランジャとシリンダとの数μｍの空間に滞留することがなくなるので、異物との摩擦等の影響によるプランジャの動きの不安定はなくなり、改質部への改質水送出を安定させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の燃料電池システムによれば、簡単な構成で改質水ポンプの異物の滞留を防いで改質部への改質水送出を安定させ、これによる誤動作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの改質水ポンプを示す断面図
【図３】本発明の実施の形態２における燃料電池システムの改質水ポンプを示す断面図
【図４】従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図
【図５】従来の燃料電池システムに使用される改質水ポンプを示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は、原料ガスと改質水から水素リッチな燃料ガスを生成する改質部と、前記燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、前記改質水を貯水する冷却水タンクと、前記冷却水タンクに貯水された改質水を前記改質部へ送出する改質水ポンプとを備えた燃料電池システムであって、前記改質水ポンプはシリンダ先端部に相対向してシリンダ室につながるバルブレスの吸込口と吐出口が設けられ、先端部外周にカット面が形成されたプランジャをシリンダ内を回転させながら往復動させて前記吸込口及び吐出口を交互にシリンダ室に連通させることで流体の移送を行う構成を有し、前記プランジャの回転軸を垂直に配したことにより、改質部へ微量の改質水を送出する精密性を有する改質水ポンプのプランジャと、シリンダ室との数μｍの空間にわずかな異物が流入したとしても、改質水ポンプのプランジャの回転軸を垂直に配しているので、プランジャとシリンダ間の異物は自重により自然落下し、プランジャとシリンダとの数μｍの空間に滞留することがなくなるので、異物との摩擦等の影響はなく、プランジャの動きの不安定はなくなり、改質部への改質水送出を安定させることができる。
【００１４】
第２の発明は、特に第１の発明の改質水ポンプは、前記プランジャを回転、往復動させるステッピングモータをさらに有し、前記ステッピングモータを上部に配し、前記プランジャを下部に配したことにより、ステッピングモータ側にも異物が流入することを防止できる。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１６】
（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燃料電池システムの構成を示すブロック図であり、図２は本発明の第１の実施の形態における燃料電池システムに使用される改質水ポンプを示す断面模式図である。
【００１７】
図１において、燃料電池システムは、都市ガスやプロパンガスなどの炭化水素系の原料ガス１３と不純物等が除去された改質水１４から水素リッチな燃料ガス１５を生成する改質部１６と、燃料ガス１５と酸化剤ガス１７を用いて発電を行う燃料電池１８と、改質水１４を貯水する冷却水タンク１９と、この冷却水タンク１９に貯水された改質水１４を改質部１６へ送出する改質水ポンプ２０とから構成されている。図２において、改質水ポンプ２０はシリンダ２１に挿入されたプランジャ２６を有する。シリンダ２１の先端部には、相対向してシリンダ室２２につながるバルブレスの吸込口２３と吐出口２４とが配されている。一方、プランジャ２６には、その先端部外周にカット面２５が形成され、プランジャ２６はシリンダ２１内を回転しながら往復動するように駆動される。ここで、このプランジャ２６の回転軸を垂直に配している。なお、シリンダ２１とプランジャ２６の隙間は理解しやすくするために誇張して表示している。
【００１８】
以上のように構成された燃料電池システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００１９】
まず、燃料電池システムは、配管、弁等の部品が多く、それらに付着する金属等の異物に対し洗浄を注意深く行い、配管を通る流体への異物混入を防いでいるが完全に除去するのは困難であり、改質水ポンプ２０への小さな異物ａの流入がある。さらには燃料電池システムの発電出力はおおよそ３００Ｗから１０００Ｗの間であり、この電力の出力に応じて制御される。このため発電量に対して必要な燃料ガス１５の量も制御され、これに伴い改質部１６への改質水１４送出は３ｃｃから１０ｃｃ／分と微量の制御を要し、改質部１６へ改質水１４を送出する改質水ポンプ２０は人口透析等に使われる超精密ポンプと同等のものとなり、プランジャ２６とシリンダ２１の空間は数μｍと小さくして、前記の微量の制御を行っている。このような構成において、原料ガス１３と改質水１４が改質部１６に導かれ、水素リッチな燃料ガス１５が生成され、この燃料ガス１５と酸化剤ガス１７により燃料電池１８で発電が行われる。一方、改質水ポンプ２０はシリンダ２１の先端部に相対向してシリンダ室２２につながる吸込口２３及び吐出口２４に対し、プランジャ２６が回転しながら往復動するので、この先端部外周のカット面２５が吸込口２３及び吐出口２４を交互に連通することになり、改質水１４の吸込み、吐出しが順次に行われる。この時、プランジャ２６の回転軸を垂直に配しているので、図２（Ｂ）に示すように、プランジャ２６とシリンダ２１間の異物ａは自重により自然落下し、プランジャ２６とシリンダ２１との数μｍの空間に滞留することがなくなり、異物ａの摩擦等でのプランジャ２６の動作不安定はなくなる。ここで、図２（Ｂ）は、本実施の形態の動作を説明するための断面模式図である。
【００２０】
以上のように、本発明の形態においては改質水ポンプ２０のプランジャ２６の回転軸を垂直に配することにより、改質水ポンプ２０の異物ａの滞留を防いで、プランジャ２６の動きの不安定がなくなり、改質部１６への改質水１４送出を安定させ、これによる誤動作を防止することができる。なお、プランジャ２６は異物ａが自然落下する略垂直でも同様の作用、効果は得られる。
【００２１】
（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態における燃料電池システムに使用される改質水ポンプを示す断面模式図である。
【００２２】
本実施の形態において、前述の実施の形態と同一構成要素には同一符号を付与して説明を省略する。
【００２３】
図３において、改質水ポンプ２０はプランジャ２６を回転、往復動させるステッピングモータ２７を有し、このステッピングモータ２７を上部に配し、プランジャ２６を下部に配し構成している。ここで、改質水ポンプ２０のプランジャ２６の回転軸は垂直に配されている。
【００２４】
以上のように構成された燃料電池システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００２５】
ステッピングモータ２７によりプランジャ２６の回転、往復動をさせ吸込口２３及び吐出口２４から改質水１４の移送を行っている。
【００２６】
以上のように、本発明の実施の形態においては、改質水ポンプ２０のステッピングモータ２７をプランジャ２６の上部に配することにより、異物ａはステッピングモータ２７側にも流入することがなく、異物ａに対するより精度の高い改質水ポンプ２０とすることができる。
【００２７】
なお、ステッピングモータ２７は他のモータ方式でもあっても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、改質部への改質水ポンプによる改質水送出が安定化されるので、同様の精密ポンプで流体送出を行う流体経路全般のポンプ等の配置構成等にも適用できる。
【符号の説明】
【００２９】
１３  原料ガス
１４  改質水
１５  燃料ガス
１６  改質部
１７  酸化剤ガス
１８  燃料電池
１９  冷却水タンク
２０  改質水ポンプ
２１  シリンダ
２２  シリンダ室
２３  吸込口
２４  吐出口
２５  カット面
２６  プランジャ
ａ  異物
【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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