燃料電池コージェネレーションシステム。
【課題】設置が容易で放熱ロスが少なく、しかも電装品の焼損を配置を改良することで確実に防止した燃料電池コージェネレーションシステムを提供する。
【解決手段】一つの枠体３０内に、燃料電池スタック１５を有する改質ユニット２５と、熱回収用の貯湯タンク２６と、これらを制御する電装基板等の電装品３１とを備え、前記改質ユニット２５と電装品３１は貯湯タンク２６を挟んで反対側に配置したので、現場での施工が容易であると共に、配管からの放熱の心配もなく、しかも寒冷地での使用でも凍結する危険がなく安心して使用出来るものであり、更に改質ユニット２５からの高温の熱は、貯湯タンク２６に遮られて反対側に備えられた電装品３１に及ぶことはなく、熱に弱い電装品３１の焼損を確実に防止し、長期に渡って安心して使用出来るものである。
【解決手段】一つの枠体３０内に、燃料電池スタック１５を有する改質ユニット２５と、熱回収用の貯湯タンク２６と、これらを制御する電装基板等の電装品３１とを備え、前記改質ユニット２５と電装品３１は貯湯タンク２６を挟んで反対側に配置したので、現場での施工が容易であると共に、配管からの放熱の心配もなく、しかも寒冷地での使用でも凍結する危険がなく安心して使用出来るものであり、更に改質ユニット２５からの高温の熱は、貯湯タンク２６に遮られて反対側に備えられた電装品３１に及ぶことはなく、熱に弱い電装品３１の焼損を確実に防止し、長期に渡って安心して使用出来るものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各家庭で個別に使用される家庭用の燃料電池コージェネレーションシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりこの種のものに於いては、改質ユニット等の発電装置と、この発電装置からの熱を回収する貯湯タンクと、前記発電装置の制御基板等の電装品は、それぞれ別枠に備えられ構成されるものであった。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開平５−１２６４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところでこの従来のものでは、それぞれが別の枠体に収納されているので、現場での施工に手間がかかると共に、配管からの放熱で熱のロスにもつながるものであり、又寒冷地の使用では凍結等も考えられるので、凍結対策も必要で大変面倒なものであった。
又これらを解決するには、改質ユニット、貯湯タンク、電装品を一つの枠体内に収納するようにすれば良いのであるが、単に収納したのでは、改質ユニットから発生する高温の熱によって、熱に弱い電装品が焼損したり故障の原因になると言う問題点を有するものであった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明はこの点に着目し上記課題を解決する為、特にその構成を、一つの枠体内に、燃料電池スタックを有する改質ユニットと、熱回収用の貯湯タンクと、これらを制御する電装基板等の電装品とを備え、前記改質ユニットと電装品は貯湯タンクを挟んで反対側に配置したものである。
【０００５】
又請求項２では、前記貯湯タンクを断熱材で覆ったものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、現場での施工が容易であると共に、配管からの放熱の心配もなく、しかも寒冷地での使用でも凍結する危険がなく安心して使用出来るものであり、更に改質ユニットからの高温の熱は、貯湯タンクに遮られて反対側に備えられた電装品に及ぶことはなく、熱に弱い電装品の焼損を確実に防止し、長期に渡って安心して使用出来るものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次にこの発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
１は水蒸気改質工程を行う水蒸気改質部で、内部にはニッケル系又は貴金属系等の水蒸気改質触媒２が充填されており、燃焼部３からの熱供給を受けて６５０℃〜８５０℃に加熱され、ここに脱硫した炭化水素燃料ここでは灯油が供給されると共に、高温の水蒸気が供給されて、水蒸気改質して主にＨ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＨ４の各生成ガスを得る。
【０００８】
４はシフト反応工程を行うシフト反応部で、第１冷却部５で２００℃〜３００℃まで温度低下された生成ガスを高圧のまま流入させ、内部にはＣｕ−Ｚｕ系、又はＦｅ−Ｃｒ系等のシフト反応触媒６が充填され、一酸化炭素と水を二酸化炭素と水素に転換させるシフト反応するものである。
【０００９】
７は第２冷却部８で生成ガスを１００℃〜１５０℃にした後、ＣＯを酸化させるＣＯ除去工程を構成するＣＯ除去部で、内方には貴金属系のパラジュウム合金触媒９を有し、ここを通すことでＣＯを酸化させてＣＯ２に変換させるものである。
【００１０】
１０はＣＯ２除去工程を構成するＣＯ２除去部で、内方中央部に多孔質体１１の細孔１２にアルカノールアミン等のＣＯ２吸収液１３を含浸させて成るＣＯ２分離膜１４を備え、その一側に前記ＣＯ除去部７を通過したＣＯ２とＨ２の生成ガスを流通させ、他側にフレッシュエアー、水蒸気等のＣＯ２分圧の低い流体を流通させることで、ＣＯ２を可能な限り除去し、Ｈ２のみを燃料電池スタック１５へ供給するものである。
【００１１】
前記燃料電池スタック１５には、固体高分子型で水を多量に含んだ電極膜に、外部から前記の水素ガスＨ２を供給する水素管１６、湿気を含んだ空気を供給する空気管１７、冷却用及びイオン交換用の純水を供給する純水管１８がそれぞれ接続されており、又発生した電力を充電器１９で一旦蓄電したりＤＣ−ＡＣインバータ２０を介して負荷へ供給する電線２１も接続されている。
【００１２】
２２は前記純水を貯える純水タンクで、この純水タンク２２内の純水を純水循環ポンプ２３で燃料電池スタック１５に流通させた後、高温に昇温した純水を熱交換器２４で熱交換して温度低下させて再び純水タンク２２に戻す循環を行わせるものである。
【００１３】
そして、この水蒸気改質部１と燃焼部３、シフト反応部４、ＣＯ除去部７、ＣＯ２除去部１０、燃料電池スタック１５とで、改質ユニット２５を構成するものである。
【００１４】
２６は燃料電池システムである改質ユニット２５で発生する熱を利用する１５０Ｌ程度の貯湯タンクで、該貯湯タンク２６内の給水を加熱循環ポンプ２７の駆動で、熱交換器２４に給水を循環させて高温の純水と熱交換して、高温水として順次戻して、これを繰り返すことにより貯湯タンク２６内には高温水を貯湯して、底部に接続した給水管２８の給水圧で上部の給湯管２９より順次家庭の給湯として供給するものである。
【００１５】
更に上記した改質ユニット２５と貯湯タンク２６とは、一つの枠体３０内に備えられており、貯湯タンク２６を中心にその一側に改質ユニット２５を備え、その反対側には改質ユニット２５の各部や貯湯タンク２６の貯湯部を制御する制御基板やインバータ２０等の電装部品からなる電装品３１が備えられ、改質ユニット２５からの熱が貯湯タンク２６で遮られて電装品３１の焼損が防止されるものである。
【００１６】
次にこの発明一実施形態の作動について説明する。
脱硫した灯油及び水蒸気を水蒸気改質部１に供給し水蒸気改質が行われることで、主にＨ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＨ４の各ガスが生成され、そしてこの生成ガスは第１冷却部５で２００℃〜３００℃付近に温度低下されてシフト反応部４に供給される。
【００１７】
更にシフト反応部４では、シフト反応触媒６の下で、ＣＯとＨ２ＯをＨ２とＣＯ２に変換した後、第２冷却部８で所定温度に冷却してから、ＣＯ除去部７で残ったＣＯをＣＯ２に変換して、ＣＯ２とＨ２の生成ガスをＣＯ２除去部１０に流通させるものである。
【００１８】
そしてＣＯ２除去部１０では、生成ガス中のＣＯ２が多孔質体１１の細孔１２に表面張力で含浸しているＣＯ２吸収液１３に一旦吸収されてから、他側を流通するフレッシュエアー、水蒸気等のＣＯ２分圧の低い流体を放出されて生成ガスからＣＯ２のみを除去するものであり、ＣＯ２分離膜１４表裏（または内外）の圧力差は生成ガス中のＣＯ２分圧とスイートガス（フレッシュエアーまたは水蒸気）中のＣＯ２分圧と差があれば十分であり、圧力差で飛ばされる心配もなく、構造が簡単で済むものである。
【００１９】
ＣＯ除去後にＣＯ２分離膜によるＣＯ２の除去が行われるので、水素分圧が高くない燃料電池スタック１５における水素利用率を向上させることが出来るものであり、この燃料電池スタック１５では、この生成された水素ガスＨ２と湿気を含んだ空気、冷却用及びイオン交換用の純水が供給されて発電が行われ、発生した電力を充電器１９で一旦蓄電したりＤＣ−ＡＣインバータ２０を介して負荷へ供給されるものである。
【００２０】
更に燃料電池スタック１５で温度上昇した純水は、熱交換器２４で加熱循環ポンプ２７の駆動で循環している貯湯タンク２６内の給水と順次熱交換し、該貯湯タンク２６内に高温水を貯湯して随時家庭用の給湯として、無駄がなく効率の良い燃料電池コージェネレーションシステムを構築するものである。
【００２１】
又この燃料電池コージェネレーションシステムでは、燃料電池の改質ユニット２５と貯湯タンク２６が一つの枠体３０内に収納され、しかもこれらを制御する電装品３１を貯湯タンク２６を介して改質ユニット２５とは反対側に備えたことで、現場での施工が容易であると共に、配管からの放熱の心配もなく、しかも寒冷地での使用でも枠体３０内は高温を維持され凍結する危険がなく安心して使用出来るものであり、更に改質ユニット２５からの高温の熱は、貯湯タンク２６に遮られて反対側に備えられた電装品２５に及ぶことはなく、熱に弱い電装品３１の焼損を確実に防止し、長期に渡って安心して使用出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の一実施形態を示す燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成図。
【図２】同改質ユニットの概略構成図。
【図３】同ＣＯ２除去部の説明図。
【図４】同燃料電池スタックと貯湯タンクの構成説明図。
【符号の説明】
【００２３】
１５ 燃料電池スタック
２５ 改質ユニット
２６ 貯湯タンク
３０ 枠体
３１ 電装品
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各家庭で個別に使用される家庭用の燃料電池コージェネレーションシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりこの種のものに於いては、改質ユニット等の発電装置と、この発電装置からの熱を回収する貯湯タンクと、前記発電装置の制御基板等の電装品は、それぞれ別枠に備えられ構成されるものであった。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開平５−１２６４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところでこの従来のものでは、それぞれが別の枠体に収納されているので、現場での施工に手間がかかると共に、配管からの放熱で熱のロスにもつながるものであり、又寒冷地の使用では凍結等も考えられるので、凍結対策も必要で大変面倒なものであった。
又これらを解決するには、改質ユニット、貯湯タンク、電装品を一つの枠体内に収納するようにすれば良いのであるが、単に収納したのでは、改質ユニットから発生する高温の熱によって、熱に弱い電装品が焼損したり故障の原因になると言う問題点を有するものであった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明はこの点に着目し上記課題を解決する為、特にその構成を、一つの枠体内に、燃料電池スタックを有する改質ユニットと、熱回収用の貯湯タンクと、これらを制御する電装基板等の電装品とを備え、前記改質ユニットと電装品は貯湯タンクを挟んで反対側に配置したものである。
【０００５】
又請求項２では、前記貯湯タンクを断熱材で覆ったものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、現場での施工が容易であると共に、配管からの放熱の心配もなく、しかも寒冷地での使用でも凍結する危険がなく安心して使用出来るものであり、更に改質ユニットからの高温の熱は、貯湯タンクに遮られて反対側に備えられた電装品に及ぶことはなく、熱に弱い電装品の焼損を確実に防止し、長期に渡って安心して使用出来るものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次にこの発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
１は水蒸気改質工程を行う水蒸気改質部で、内部にはニッケル系又は貴金属系等の水蒸気改質触媒２が充填されており、燃焼部３からの熱供給を受けて６５０℃〜８５０℃に加熱され、ここに脱硫した炭化水素燃料ここでは灯油が供給されると共に、高温の水蒸気が供給されて、水蒸気改質して主にＨ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＨ４の各生成ガスを得る。
【０００８】
４はシフト反応工程を行うシフト反応部で、第１冷却部５で２００℃〜３００℃まで温度低下された生成ガスを高圧のまま流入させ、内部にはＣｕ−Ｚｕ系、又はＦｅ−Ｃｒ系等のシフト反応触媒６が充填され、一酸化炭素と水を二酸化炭素と水素に転換させるシフト反応するものである。
【０００９】
７は第２冷却部８で生成ガスを１００℃〜１５０℃にした後、ＣＯを酸化させるＣＯ除去工程を構成するＣＯ除去部で、内方には貴金属系のパラジュウム合金触媒９を有し、ここを通すことでＣＯを酸化させてＣＯ２に変換させるものである。
【００１０】
１０はＣＯ２除去工程を構成するＣＯ２除去部で、内方中央部に多孔質体１１の細孔１２にアルカノールアミン等のＣＯ２吸収液１３を含浸させて成るＣＯ２分離膜１４を備え、その一側に前記ＣＯ除去部７を通過したＣＯ２とＨ２の生成ガスを流通させ、他側にフレッシュエアー、水蒸気等のＣＯ２分圧の低い流体を流通させることで、ＣＯ２を可能な限り除去し、Ｈ２のみを燃料電池スタック１５へ供給するものである。
【００１１】
前記燃料電池スタック１５には、固体高分子型で水を多量に含んだ電極膜に、外部から前記の水素ガスＨ２を供給する水素管１６、湿気を含んだ空気を供給する空気管１７、冷却用及びイオン交換用の純水を供給する純水管１８がそれぞれ接続されており、又発生した電力を充電器１９で一旦蓄電したりＤＣ−ＡＣインバータ２０を介して負荷へ供給する電線２１も接続されている。
【００１２】
２２は前記純水を貯える純水タンクで、この純水タンク２２内の純水を純水循環ポンプ２３で燃料電池スタック１５に流通させた後、高温に昇温した純水を熱交換器２４で熱交換して温度低下させて再び純水タンク２２に戻す循環を行わせるものである。
【００１３】
そして、この水蒸気改質部１と燃焼部３、シフト反応部４、ＣＯ除去部７、ＣＯ２除去部１０、燃料電池スタック１５とで、改質ユニット２５を構成するものである。
【００１４】
２６は燃料電池システムである改質ユニット２５で発生する熱を利用する１５０Ｌ程度の貯湯タンクで、該貯湯タンク２６内の給水を加熱循環ポンプ２７の駆動で、熱交換器２４に給水を循環させて高温の純水と熱交換して、高温水として順次戻して、これを繰り返すことにより貯湯タンク２６内には高温水を貯湯して、底部に接続した給水管２８の給水圧で上部の給湯管２９より順次家庭の給湯として供給するものである。
【００１５】
更に上記した改質ユニット２５と貯湯タンク２６とは、一つの枠体３０内に備えられており、貯湯タンク２６を中心にその一側に改質ユニット２５を備え、その反対側には改質ユニット２５の各部や貯湯タンク２６の貯湯部を制御する制御基板やインバータ２０等の電装部品からなる電装品３１が備えられ、改質ユニット２５からの熱が貯湯タンク２６で遮られて電装品３１の焼損が防止されるものである。
【００１６】
次にこの発明一実施形態の作動について説明する。
脱硫した灯油及び水蒸気を水蒸気改質部１に供給し水蒸気改質が行われることで、主にＨ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＨ４の各ガスが生成され、そしてこの生成ガスは第１冷却部５で２００℃〜３００℃付近に温度低下されてシフト反応部４に供給される。
【００１７】
更にシフト反応部４では、シフト反応触媒６の下で、ＣＯとＨ２ＯをＨ２とＣＯ２に変換した後、第２冷却部８で所定温度に冷却してから、ＣＯ除去部７で残ったＣＯをＣＯ２に変換して、ＣＯ２とＨ２の生成ガスをＣＯ２除去部１０に流通させるものである。
【００１８】
そしてＣＯ２除去部１０では、生成ガス中のＣＯ２が多孔質体１１の細孔１２に表面張力で含浸しているＣＯ２吸収液１３に一旦吸収されてから、他側を流通するフレッシュエアー、水蒸気等のＣＯ２分圧の低い流体を放出されて生成ガスからＣＯ２のみを除去するものであり、ＣＯ２分離膜１４表裏（または内外）の圧力差は生成ガス中のＣＯ２分圧とスイートガス（フレッシュエアーまたは水蒸気）中のＣＯ２分圧と差があれば十分であり、圧力差で飛ばされる心配もなく、構造が簡単で済むものである。
【００１９】
ＣＯ除去後にＣＯ２分離膜によるＣＯ２の除去が行われるので、水素分圧が高くない燃料電池スタック１５における水素利用率を向上させることが出来るものであり、この燃料電池スタック１５では、この生成された水素ガスＨ２と湿気を含んだ空気、冷却用及びイオン交換用の純水が供給されて発電が行われ、発生した電力を充電器１９で一旦蓄電したりＤＣ−ＡＣインバータ２０を介して負荷へ供給されるものである。
【００２０】
更に燃料電池スタック１５で温度上昇した純水は、熱交換器２４で加熱循環ポンプ２７の駆動で循環している貯湯タンク２６内の給水と順次熱交換し、該貯湯タンク２６内に高温水を貯湯して随時家庭用の給湯として、無駄がなく効率の良い燃料電池コージェネレーションシステムを構築するものである。
【００２１】
又この燃料電池コージェネレーションシステムでは、燃料電池の改質ユニット２５と貯湯タンク２６が一つの枠体３０内に収納され、しかもこれらを制御する電装品３１を貯湯タンク２６を介して改質ユニット２５とは反対側に備えたことで、現場での施工が容易であると共に、配管からの放熱の心配もなく、しかも寒冷地での使用でも枠体３０内は高温を維持され凍結する危険がなく安心して使用出来るものであり、更に改質ユニット２５からの高温の熱は、貯湯タンク２６に遮られて反対側に備えられた電装品２５に及ぶことはなく、熱に弱い電装品３１の焼損を確実に防止し、長期に渡って安心して使用出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の一実施形態を示す燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成図。
【図２】同改質ユニットの概略構成図。
【図３】同ＣＯ２除去部の説明図。
【図４】同燃料電池スタックと貯湯タンクの構成説明図。
【符号の説明】
【００２３】
１５ 燃料電池スタック
２５ 改質ユニット
２６ 貯湯タンク
３０ 枠体
３１ 電装品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの枠体内に、燃料電池スタックを有する改質ユニットと、熱回収用の貯湯タンクと、これらを制御する電装基板等の電装品とを備え、前記改質ユニットと電装品は貯湯タンクを挟んで反対側に配置した事を特徴とする燃料電池コージェネレーションシステム。
【請求項１】
一つの枠体内に、燃料電池スタックを有する改質ユニットと、熱回収用の貯湯タンクと、これらを制御する電装基板等の電装品とを備え、前記改質ユニットと電装品は貯湯タンクを挟んで反対側に配置した事を特徴とする燃料電池コージェネレーションシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−４９０９３（Ｐ２００６−４９０９３Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２２８５２６（Ｐ２００４−２２８５２６）
【出願日】平成１６年８月４日（２００４．８．４）
【出願人】（００００００５３８）株式会社コロナ (753)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月４日（２００４．８．４）
【出願人】（００００００５３８）株式会社コロナ (753)
【Ｆターム（参考）】
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