JP2002170591A - Solid-polymer-type fuel battery power system - Google Patents
Solid-polymer-type fuel battery power systemInfo
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- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば家庭用の小
型電源として好適な固体高分子形燃料電池発電装置に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell power generator suitable for use as, for example, a small household power source.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、天然ガス、都市ガス、メタノー
ル、ＬＰＧ、ブタンなどの燃料ガスを水素に改質する改
質器と、一酸化炭素を変成するＣＯ変成器と、一酸化炭
素を除去するＣＯ除去器と、水素によって発電する燃料
電池などを備えた固体高分子形燃料電池発電装置が提案
されている。2. Description of the Related Art In recent years, a reformer for reforming a fuel gas such as natural gas, city gas, methanol, LPG, and butane to hydrogen, a CO converter for converting carbon monoxide, and a method for removing carbon monoxide. There has been proposed a polymer electrolyte fuel cell power generator including a CO remover and a fuel cell that generates power using hydrogen.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来の固体高分子形燃
料電池発電装置は大型のものが多く、上記装置の他に制
御系、水タンク、各種ポンプ類、燃料電池で発電した電
圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータなどを別々に収納し
たケースを設置するスペースが必要になり、そのまま例
えば家庭用電源に適用することは困難であった。本発明
の目的は、従来の上記問題を解決し、例えば家庭用の小
型電源として好適な固体高分子形燃料電池発電装置を提
供することである。Many conventional polymer electrolyte fuel cell power generators are large in size, and in addition to the above-mentioned devices, a control system, a water tank, various pumps, and the like, boost the voltage generated by the fuel cell. This requires a space for installing a case in which a DC / DC converter or the like is separately housed, and it has been difficult to apply it directly to, for example, a home power supply. An object of the present invention is to solve the conventional problems described above and to provide a polymer electrolyte fuel cell power generator suitable for use as, for example, a small household power supply.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の請求
項１記載の固体高分子形燃料電池発電装置は、天然ガ
ス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなどの燃料
ガスを水素に改質する改質器と、一酸化炭素を変成する
ＣＯ変成器と、一酸化炭素を除去するＣＯ除去器と、起
動時に各反応器が安定するまで水素を燃焼するプロセス
ガスバーナと、水素によって発電する燃料電池と、燃料
電池で発電した電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ
と、制御系と、水タンクと、各種ポンプ類を含む補機と
を、一つの外装ケース内にまとめて収納した固体高分子
形燃料電池発電装置であって、前記外装ケースに仕切壁
を設け、この仕切壁で仕切られた一方の室に、改質器と
ＣＯ変成器とＣＯ除去器とを収納した単一のユニットケ
ースを配設するとともにこのユニットケースと前記仕切
壁との間にプロセスガスバーナを配設し、前記仕切壁で
仕切られた他方の室をさらに上中下の３段に区別し、上
段にＤＣ／ＤＣコンバータと制御系を、中段に燃料電池
を、下段に水タンクと各種ポンプ類を含む補機を収納し
たことを特徴とするものである。That is, the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the first aspect of the present invention reforms a fuel gas such as natural gas, city gas, methanol, LPG, and butane into hydrogen. A reformer, a CO shift converter that converts carbon monoxide, a CO remover that removes carbon monoxide, a process gas burner that burns hydrogen until each reactor is stabilized at startup, and a fuel cell that generates power using hydrogen And a DC / DC converter for boosting the voltage generated by the fuel cell, a control system, a water tank, and auxiliary equipment including various pumps are collectively housed in one outer case. A battery power generator, wherein a partition wall is provided on the outer case, and a single unit case containing a reformer, a CO shift converter, and a CO remover is disposed in one of the chambers partitioned by the partition wall. To set up A process gas burner is disposed between the unit case and the partition wall, and the other chamber partitioned by the partition wall is further divided into upper, middle, and lower stages, and a DC / DC converter and a control system are arranged in the upper stage. The fuel cell is housed in a middle stage, and auxiliary equipment including a water tank and various pumps is housed in a lower stage.
【０００５】改質器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器、プロセ
スガスバーナ、燃料電池、ＤＣ／ＤＣコンバータ、制御
系、水タンク、各種ポンプ類を含む補機とを一つの外装
ケース内にまとめて収納したことにより分散配置した場
合に較べて、設置スペースの削減が図れ、例えば家庭用
電源として好適な装置となる。Auxiliary equipment including a reformer, a CO converter, a CO remover, a process gas burner, a fuel cell, a DC / DC converter, a control system, a water tank, and various pumps are collectively housed in one outer case. As a result, the installation space can be reduced as compared with the case where the devices are dispersedly arranged, and for example, the device is suitable as a home power supply.
【０００６】改質器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器、燃料電
池では、所定の反応温度を有する化学反応が行われる。
改質器における化学反応は吸熱反応であるので、例えば
バーナによって常時加熱しながら化学反応を行う必要が
ある。一方、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器で行われる化学反
応は発熱反応であるので、反応温度にまで昇温した後
は、発熱反応の温度により反応温度以上に昇温しないよ
うに冷却が行われる。また、燃料電池では、電気化学反
応が行われ、この電気化学反応時に各種過電圧により熱
が発生する。[0006] In the reformer, the CO shift converter, the CO remover, and the fuel cell, a chemical reaction having a predetermined reaction temperature is performed.
Since the chemical reaction in the reformer is an endothermic reaction, it is necessary to perform the chemical reaction while constantly heating, for example, with a burner. On the other hand, since the chemical reaction performed in the CO shift converter and the CO remover is an exothermic reaction, after the temperature is raised to the reaction temperature, cooling is performed so that the temperature does not rise above the reaction temperature due to the temperature of the exothermic reaction. In a fuel cell, an electrochemical reaction is performed, and heat is generated by various overvoltages during the electrochemical reaction.
【０００７】本発明においては、熱の発生により高温と
なる改質器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器を収納した単一の
ユニットケースを仕切壁で仕切られた一方の室に配設す
るとともにこのユニットケースと前記仕切壁との間に高
温となるプロセスガスバーナを配設し、そしてこれらの
高温の機器から隔離して比較的低温雰囲気に配置すべき
性質を有した残りのＤＣ／ＤＣコンバータ、制御系、燃
料電池、水タンク、各種ポンプ類を含む補機を、他方の
室に収納したものである。In the present invention, a single unit case accommodating a reformer, a CO shift converter, and a CO remover, which are heated to a high temperature due to the generation of heat, is disposed in one of the chambers separated by a partition wall. The remaining DC / DC converter having the property of disposing a high-temperature process gas burner between the unit case and the partition wall, and disposing the process gas burner in a relatively low-temperature atmosphere separated from these high-temperature devices, An auxiliary machine including a system, a fuel cell, a water tank, and various pumps is housed in the other room.
【０００８】ＤＣ／ＤＣコンバータと制御系は燃料電池
や水タンクや水路などからの水分により悪影響を受け易
いので、前記仕切壁で仕切られた他方の室をさらに上中
下の３段に区別した上段にこれらのＤＣ／ＤＣコンバー
タと制御系を収納するようにし、中段には燃料電池を収
納し、そして下段に燃料電池の冷却などに循環して用い
る水を貯蔵する水タンクと、エアファン、ガス関係ポン
プ、水関係ポンプなど各種ポンプ類を含む補機を収納す
る。Since the DC / DC converter and the control system are easily affected by moisture from a fuel cell, a water tank, a water channel, or the like, the other chamber partitioned by the partition wall is further divided into three stages of upper, lower, middle, and lower. An upper stage houses the DC / DC converter and the control system, a middle stage houses a fuel cell, and a lower stage stores a water tank for storing water used for cooling the fuel cell and the like, an air fan, Auxiliary equipment including various pumps such as gas pumps and water pumps will be housed.
【０００９】下段に収納する機器の内、エアファンは大
きいため、そして水関係ポンプはエア噛み防止のために
下段の下部に配置し、水タンクとガス関係ポンプは下段
の上部に配置することが好ましい。[0009] Of the equipment to be housed in the lower stage, the air fan is large, and the water pump is arranged at the lower part of the lower stage to prevent air from being caught. The water tank and the gas pump are arranged at the upper part of the lower stage. preferable.
【００１０】本発明の請求項２記載の固体高分子形燃料
電池発電装置は、請求項１記載の固体高分子形燃料電池
発電装置において、前記外装ケースの外装がステンレス
系材料で形成されていることを特徴とする。前記外装ケ
ースの外装がステンレス系材料で形成することにより、
傷がついても錆びたりせず耐久性に優れるとともに、リ
サイクル可能で環境にやさしく、見る人に美的感覚を与
えることができる。According to a second aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the first aspect, the outer case of the outer case is formed of a stainless steel material. It is characterized by the following. By forming the exterior of the exterior case with a stainless steel material,
It is durable without being rusted even if it is scratched, and is recyclable and environmentally friendly, giving the viewer an aesthetic feeling.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。図１において、１００は建家
を示し、建家１００には低圧電灯線１０１、電力量計１
０２、分電盤１０３を経て、商用電源が供給されてい
る。この商用電源は第１のケーブル１０４を経て、エア
コン１０５、テレビ１０６などに供給されている。家庭
用小型電源を構成する固体高分子形燃料電池発電装置Ｓ
は、建家１００の外に設置されている。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 100 denotes a building, and the building 100 includes a low-voltage lamp 101 and a watt-hour meter 1.
02, commercial power is supplied via the distribution board 103. This commercial power is supplied to an air conditioner 105, a television 106, and the like via a first cable 104. Polymer electrolyte fuel cell power generator S constituting a small household power supply
Is installed outside the house 100.
【００１２】この固体高分子形燃料電池発電装置（以
下、ＰＥＦＣ装置と称すことがある）Ｓは、図２に示す
ように、ＰＥＦＣ装置の他に熱回収装置を含んでいる。
この熱回収装置は、貯湯タンク１１２とイオン交換樹脂
１２５とを有し、このイオン交換樹脂１２５には市水が
供給される。この市水はイオン交換樹脂１２５で純水に
されて、後述する水タンク２１（図３参照）に供給され
る。ＰＥＦＣ装置Ｓは、燃料供給装置（改質器、ＣＯ変
成器、ＣＯ除去器、プロセスガスバーナなど）１２１を
備えている。As shown in FIG. 2, this polymer electrolyte fuel cell power generator (hereinafter sometimes referred to as a PEFC device) S includes a heat recovery device in addition to the PEFC device.
This heat recovery device has a hot water storage tank 112 and an ion exchange resin 125, and city water is supplied to the ion exchange resin 125. This city water is made into pure water by the ion exchange resin 125 and supplied to a water tank 21 (see FIG. 3) described later. The PEFC device S includes a fuel supply device (reformer, CO shift converter, CO remover, process gas burner, etc.) 121.
【００１３】燃料供給装置１２１には天然ガス、都市ガ
ス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなどの燃料ガスが供給
され、ここにはさらに後述する水タンク２１からの水が
供給されて水素が生成される。この水素は燃料電池６に
供給されて、水素と空気中の酸素とを化学反応させて発
電が行われる。１２３は発電制御を司る制御装置であ
る。燃料電池６で発電された電気はＤＣ／ＤＣコンバー
タ１２４を経て、１８０Ｖにまで昇圧され、系統連系イ
ンバータ１１１に送られ、ここから図１に示した第２の
ケーブル１０７を経て、パソコン１０８、照明１０９、
冷蔵庫１１０などに供給されている。このＰＥＦＣ装置
Ｓは、系統連系インバータ１１１を介して商用電源に接
続されている。このＰＥＦＣ装置Ｓは、上記のように発
電の過程で熱が発生するので、この熱を利用して市水か
ら温水を生成し、この温水を、図２に示すように、貯湯
タンク１１２に蓄える。この温水は図１に示すように風
呂１１３、キッチン１１４などに供給される。貯湯タン
ク１１２は建家１００の外に設置される。The fuel supply device 121 is supplied with a fuel gas such as natural gas, city gas, methanol, LPG, or butane, and further supplied with water from a water tank 21, which will be described later, to generate hydrogen. The hydrogen is supplied to the fuel cell 6, and the hydrogen is chemically reacted with oxygen in the air to generate power. Reference numeral 123 denotes a control device that controls power generation. The electric power generated by the fuel cell 6 is boosted to 180 V through a DC / DC converter 124, sent to the grid-connected inverter 111, and from there via the second cable 107 shown in FIG. Lighting 109,
It is supplied to the refrigerator 110 and the like. This PEFC device S is connected to a commercial power supply via a system interconnection inverter 111. Since the PEFC device S generates heat in the process of power generation as described above, the heat is used to generate hot water from city water, and the hot water is stored in the hot water storage tank 112 as shown in FIG. . This hot water is supplied to a bath 113, a kitchen 114, and the like as shown in FIG. Hot water storage tank 112 is installed outside house 100.
【００１４】図３に示すように、ＰＥＦＣ装置Ｓでは、
天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなど
の原燃料１が脱硫器２に供給され、ここで原燃料から硫
黄成分が除去される。この脱硫器２を経た原燃料は、昇
圧ポンプ１０で昇圧されて改質器３に供給されて、水
素、二酸化炭素、および一酸化炭素を含む改質ガスが生
成される。この改質器３を経たガスは、ＣＯ変成器４に
供給され、ここでは改質ガスに含まれる一酸化炭素が二
酸化炭素に変成される。このＣＯ変成器４を経たガス
は、ＣＯ除去器５に供給され、ここではＣＯ変成器４を
経たガス中の未変成の一酸化炭素が除去される。As shown in FIG. 3, in the PEFC device S,
Raw fuel 1 such as natural gas, city gas, methanol, LPG, and butane is supplied to a desulfurizer 2, where sulfur components are removed from the raw fuel. The raw fuel that has passed through the desulfurizer 2 is pressurized by the pressurizing pump 10 and supplied to the reformer 3, where a reformed gas containing hydrogen, carbon dioxide, and carbon monoxide is generated. The gas that has passed through the reformer 3 is supplied to a CO converter 4, where carbon monoxide contained in the reformed gas is converted into carbon dioxide. The gas that has passed through the CO converter 4 is supplied to a CO remover 5, where unconverted carbon monoxide in the gas that has passed through the CO converter 4 is removed.
【００１５】ＣＯ除去器５を経た一酸化炭素が除去され
た後の水素リッチな改質ガスが固体高分子形の燃料電池
６に供給される。この燃料電池６は、燃料極６ａと酸化
剤極６ｂと冷却部６ｃとを備え、上記水素は燃料極６ａ
に供給される。この水素と、エアファン１１を経て酸化
剤極６ｂに供給された空気中に含まれる酸素とが反応し
て、電力が発生する。The hydrogen-rich reformed gas from which carbon monoxide has been removed through the CO remover 5 is supplied to the polymer electrolyte fuel cell 6. The fuel cell 6 includes a fuel electrode 6a, an oxidizer electrode 6b, and a cooling unit 6c.
Supplied to The hydrogen reacts with the oxygen contained in the air supplied to the oxidant electrode 6b via the air fan 11 to generate electric power.
【００１６】改質器３は、バーナ１２を有し、ここには
パイプ１３を介して原燃料が供給され、ファン１４を介
して空気が供給され、パイプ１５を介して、燃料極６ａ
を経た未反応水素が供給される。本装置の始動時には、
バーナ１２にパイプ１３を介して原燃料が供給されると
ともに、ファン１４を介して空気が供給され、起動後、
装置が安定した場合には、原燃料の供給が断たれて、バ
ーナ１２に、パイプ１５を介して燃料極６ａを経た未反
応水素が供給される。The reformer 3 has a burner 12, to which raw fuel is supplied via a pipe 13, air is supplied via a fan 14, and the fuel electrode 6 a is supplied via a pipe 15.
Unreacted hydrogen is supplied. When starting the device,
Raw fuel is supplied to the burner 12 via a pipe 13 and air is supplied via a fan 14.
When the apparatus is stabilized, the supply of the raw fuel is cut off, and the unreacted hydrogen that has passed through the fuel electrode 6 a is supplied to the burner 12 via the pipe 15.
【００１７】上記した改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除
去器５、燃料電池６では所定の反応温度を有する化学反
応が行われる。改質器３における化学反応は吸熱反応で
あるので、バーナ１２によって常時加熱しながら化学反
応を行う。In the reformer 3, CO converter 4, CO remover 5, and fuel cell 6, a chemical reaction having a predetermined reaction temperature is performed. Since the chemical reaction in the reformer 3 is an endothermic reaction, the chemical reaction is performed while constantly heating with the burner 12.
【００１８】ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５で行われる化
学反応は発熱反応である。運転中は、発熱反応の熱によ
り反応温度以上に昇温しないように冷却が行われる。ま
た、燃料電池６では、電気化学反応が行われ、この電気
化学反応時に各種過電圧により熱が発生する。The chemical reactions performed in the CO converter 4 and the CO remover 5 are exothermic reactions. During operation, cooling is performed so that the temperature of the exothermic reaction does not rise above the reaction temperature. In the fuel cell 6, an electrochemical reaction is performed, and heat is generated by various overvoltages during the electrochemical reaction.
【００１９】上記改質器３とＣＯ変成器４間、ＣＯ変成
器４とＣＯ除去器５間、ＣＯ除去器５と燃料電池６間に
はそれぞれ熱交換器１８、１９、２０が接続されてい
る。そして各熱交換器１８、１９、２０には水タンク２
１の水が、ポンプ２３、２４、２５を介して循環し、こ
れらの水で改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５を経
たガスがそれぞれ冷却される。熱交換器２７には貯湯タ
ンク１１２の水がポンプ２８を介して循環する。Heat exchangers 18, 19 and 20 are connected between the reformer 3 and the CO converter 4, between the CO converter 4 and the CO remover 5, and between the CO remover 5 and the fuel cell 6, respectively. I have. Each of the heat exchangers 18, 19, 20 has a water tank 2
1 is circulated through the pumps 23, 24, 25, and the water cools the gas that has passed through the reformer 3, the CO shift converter 4, and the CO remover 5, respectively. The water in the hot water storage tank 112 circulates through the heat exchanger 27 via the pump 28.
【００２０】燃料電池６の冷却部６ｃには、ポンプ４８
を介して水タンク２１の水が循環し、この水で燃料電池
６が冷却される。２６は燃料電池６の酸化剤極６ｂの排
気系であり、排気は熱交換器２７で熱交換した後、外部
に排気される。The cooling section 6c of the fuel cell 6 includes a pump 48
The water in the water tank 21 circulates through the water, and the water cools the fuel cell 6. Reference numeral 26 denotes an exhaust system for the oxidant electrode 6b of the fuel cell 6. The exhaust gas is exchanged with a heat exchanger 27 and then exhausted to the outside.
【００２１】上記改質器３の排気系３１には熱交換器１
７が接続され、水タンク２１の水がポンプ２２を介して
供給されると、この熱交換器１７で水蒸気化し、この水
蒸気が原燃料と混合して改質器３に供給される。The exhaust system 31 of the reformer 3 has a heat exchanger 1
7 is connected and when the water in the water tank 21 is supplied via the pump 22, the heat exchanger 17 converts the water into steam, and the steam is mixed with the raw fuel and supplied to the reformer 3.
【００２２】上記の排気系３１には、熱交換器１７の他
に、さらに別の熱交換器３２が接続され、この熱交換器
３２には上記貯湯タンク１１２の水が、ポンプ３３を介
して循環し、廃熱回収が行われる。A further heat exchanger 32 is connected to the exhaust system 31 in addition to the heat exchanger 17, and the water in the hot water storage tank 112 is supplied to the heat exchanger 32 via a pump 33. It circulates and waste heat recovery is performed.
【００２３】ＰＥＦＣ装置Ｓには、プロセスガスバーナ
３４が備えられている。ＰＥＦＣ装置Ｓの起動時には、
改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５を経た改質ガス
の組成が規定値に達していないので、それが安定するま
では、このガスを燃料電池６に供給することができな
い。そこで、各反応器が安定するまでは、ガス組成が規
定値に達していないガスをこのプロセスガスバーナ３４
に導いて燃焼させる。そして、各反応器が安定しガス中
のＣＯ濃度が規定値（例えば、１０〜２０ｐｐｍ以下）
に達した後、燃料電池６に導入して発電を行う。燃料電
池６での発電に使用できなかった未反応ガスは、当初プ
ロセスガスバーナ３４に導いて燃焼し、本装置の系が安
定した後、改質器３のバーナ１２に導入して燃焼させ
る。The PEFC device S is provided with a process gas burner 34. When starting the PEFC device S,
Since the composition of the reformed gas that has passed through the reformer 3, the CO shift converter 4, and the CO remover 5 has not reached the specified value, this gas cannot be supplied to the fuel cell 6 until it stabilizes. Therefore, the gas whose gas composition has not reached the specified value is set in this process gas burner 34 until each reactor is stabilized.
And burn it. Then, each reactor is stabilized and the CO concentration in the gas is a specified value (for example, 10 to 20 ppm or less).
Is reached, the fuel cell 6 is introduced into the fuel cell 6 to generate power. Unreacted gas that cannot be used for power generation in the fuel cell 6 is first guided to the process gas burner 34 and burned, and after the system of the present apparatus is stabilized, is introduced into the burner 12 of the reformer 3 and burned.
【００２４】ＰＥＦＣ装置Ｓの起動後、各反応器が温度
的に安定するまでは、開閉弁９１が閉じられ、改質ガス
は管路３５および開閉弁３６を経てプロセスガスバーナ
３４に供給される。各反応器が温度的に安定した場合、
今度は燃料電池６の温度が安定するまで、開閉弁９１が
開かれ、開閉弁９２が閉じられて、改質ガスが管路３８
および開閉弁３９を経てプロセスガスバーナ３４に供給
され、そこで燃焼される。燃料電池６の温度が安定し、
連続して発電が行われる場合、開閉弁９１、開閉弁９２
が開かれ、開閉弁３６、開閉弁３９が閉じられて、燃料
電池６を経た未反応ガスは管路１５を経てバーナ１２に
供給される。After the PEFC device S is started, the on-off valve 91 is closed and the reformed gas is supplied to the process gas burner 34 via the pipe 35 and the on-off valve 36 until each reactor is stabilized in temperature. If each reactor is thermally stable,
This time, until the temperature of the fuel cell 6 is stabilized, the on-off valve 91 is opened, the on-off valve 92 is closed, and the reformed gas flows through the line 38.
The gas is supplied to the process gas burner 34 via the on-off valve 39 and is burned there. The temperature of the fuel cell 6 becomes stable,
When power generation is performed continuously, the on-off valve 91 and the on-off valve 92
Is opened, the on-off valves 36 and 39 are closed, and the unreacted gas that has passed through the fuel cell 6 is supplied to the burner 12 via the pipe 15.
【００２５】プロセスガスバーナ３４の排気系４５には
熱交換器４６が接続され、この熱交換器４６には、ポン
プ４７を介して、貯湯タンク１１２の水が循環する。A heat exchanger 46 is connected to an exhaust system 45 of the process gas burner 34, and water in a hot water storage tank 112 circulates through the heat exchanger 46 via a pump 47.
【００２６】水タンク２１と貯湯タンク１１２の間には
熱交換器４１が接続され、この熱交換器４１にはポンプ
４２を介して水タンク２１の水が循環し、ポンプ４３を
介して貯湯タンク１１２の水が循環する。この熱交換器
４１での熱交換によって貯湯タンク１１２の水の温度が
上昇し、水タンク２１の水の温度が低下する。以上の構
成では、このＰＥＦＣ装置Ｓがコジェネレーションシス
テムの形態をとるので、エネルギの有効利用が図られ
る。したがって、高い総合熱効率が得られるので、原燃
料の消費量が減少し、二酸化炭素の排出量が低減され
る。A heat exchanger 41 is connected between the water tank 21 and the hot water storage tank 112, and the water in the water tank 21 circulates through the heat exchanger 41 via a pump 42, and the hot water storage tank 112 water circulates. Due to the heat exchange in the heat exchanger 41, the temperature of the water in the hot water storage tank 112 increases, and the temperature of the water in the water tank 21 decreases. In the above configuration, since the PEFC device S takes the form of a cogeneration system, effective use of energy is achieved. Therefore, a high overall thermal efficiency is obtained, so that the consumption of raw fuel is reduced and the emission of carbon dioxide is reduced.
【００２７】本発明のＰＥＦＣ装置Ｓは、図４〜図７に
示すように各種機器類が一つの外装ケース２００内にま
とめて収納されている。従来のようにこれらの各種機器
類が分散配置した場合に較べて、設置スペースの削減が
図れ、例えば家庭用電源として好適な装置となる。In the PEFC device S of the present invention, various devices are collectively housed in one outer case 200 as shown in FIGS. The installation space can be reduced as compared with the case where these various devices are dispersedly arranged as in the related art, and the device is suitable as, for example, a home power supply.
【００２８】この外装ケース２００の内部は仕切壁２０
１を介して縦に仕切られている。仕切壁２０１で仕切ら
れた一方の室２０２には、改質器３とＣＯ変成器４とＣ
Ｏ除去器５とを収納した単一のユニットケース３１０が
配設されているとともにこのユニットケース３１０と前
記仕切壁２０１との間にプロセスガスバーナ３４が配設
されている。そして、仕切壁２０１で仕切られた他方の
室２０３を仕切４０１、４０２によりさらに上中下の３
段に区別し、上段にＤＣ／ＤＣコンバータ１２４と図示
しない制御系（制御装置１２３）を、中段に燃料電池６
を、下段に水タンク２１と、エアファン１１、ガス関係
ポンプ１０、１４、３７など、水関係ポンプ２２、２
３、２４などの各種ポンプ類を含む補機５２が収納され
ている。The interior of the outer case 200 is formed by a partition wall 20.
It is vertically divided through 1. In one chamber 202 partitioned by a partition wall 201, a reformer 3, a CO converter 4, and a C
A single unit case 310 accommodating the O remover 5 is provided, and a process gas burner 34 is provided between the unit case 310 and the partition wall 201. The other chamber 203 partitioned by the partition wall 201 is further partitioned by partitions 401 and 402 into upper, lower, lower
The DC / DC converter 124 and a control system (not shown) (control device 123) are disposed in the upper stage, and the fuel cell 6 is disposed in the middle stage.
At the lower stage, a water tank 21, an air fan 11, gas-related pumps 10, 14, 37, etc.
An auxiliary machine 52 including various pumps such as 3 and 24 is housed.
【００２９】下段に収納した機器の内、エアファン１１
は大きいため、そして水関係ポンプ２２、２３、２４な
どはエア噛み防止のために下段の下部に配置してあり、
水タンク２１とガス関係ポンプ１０、１４、３７などは
下段の上部に配置してある。The air fan 11 among the equipment stored in the lower stage
Is large, and the water pumps 22, 23, 24, etc. are located at the bottom of the lower stage to prevent air
The water tank 21 and the gas-related pumps 10, 14, 37, etc. are arranged at the upper part of the lower stage.
【００３０】改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５、
燃料電池６では、上記のように所定の反応温度を有する
化学反応が行われる。この実施形態では、高温雰囲気と
なる改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５がユニット
化されて小型化が図られる。これらは単一のユニットケ
ース３１０に収納されて室２０２内に配設され、断熱性
のあるあるいは冷却された仕切壁２０１を介して室２０
３と仕切られている。そしてこのユニットケース３１０
と仕切壁２０１との間に高温となるプロセスガスバーナ
３４を配設してある。図示しないが高温の排気はダクト
で１箇所にまとめて外装ケース２００の正面の上部から
外部に排出される。このようにして室２０２内に収納さ
れた残りの比較的低温に設置すべき各機器類（ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ１２４、制御系（制御装置１２３）、燃料
電池６、水タンク２１各種ポンプ類など）が高温雰囲気
により悪影響を受けないようになっている。The reformer 3, the CO converter 4, the CO remover 5,
In the fuel cell 6, a chemical reaction having a predetermined reaction temperature is performed as described above. In this embodiment, the reformer 3, the CO shift converter 4, and the CO remover 5, which are in a high-temperature atmosphere, are unitized to reduce the size. These are housed in a single unit case 310 and disposed in the chamber 202, and are inserted into the chamber 20 through a heat insulating or cooled partition wall 201.
It is divided into three. And this unit case 310
A process gas burner 34 which becomes high in temperature is arranged between the partition wall 201 and the process gas burner 34. Although not shown, the high-temperature exhaust gas is collected at one place by a duct and is discharged to the outside from the upper front part of the outer case 200. The remaining devices (DC / D) to be installed at a relatively low temperature thus housed in the room 202
The C converter 124, the control system (control device 123), the fuel cell 6, the water tank 21 and various pumps are not adversely affected by the high temperature atmosphere.
【００３１】図７に示すように水タンク２１は燃料電池
６の下面に当接するように配置することが好ましい。こ
のようにすることにより燃料電池６を冷却するための水
を水タンク２１から循環して容易に使用できる。As shown in FIG. 7, it is preferable that the water tank 21 is disposed so as to contact the lower surface of the fuel cell 6. In this way, water for cooling the fuel cell 6 can be easily circulated from the water tank 21 and used.
【００３２】外装ケース２００の外装（天板２０４、側
板２０５、２０６、背面板２０７、前面板２０８、底板
２０９などの少なくとも１部あるいは全部）は鉄鋼系材
料などで形成されていればよく特に限定されないが、Ｓ
ＵＳ３０４などのステンレス系材料で形成されれば傷が
ついても錆びたりせず耐久性に優れるので好ましい。台
座２１０も鉄鋼系材料であればよく特に限定されないが
ＳＵＳ３０４などのステンレス系材料で形成されること
が好ましい。The exterior of the exterior case 200 (at least a part or all of the top plate 204, the side plates 205 and 206, the back plate 207, the front plate 208, the bottom plate 209, etc.) is not particularly limited as long as it is made of a steel material. But not S
It is preferable to use a stainless steel material such as US304 because it does not rust even if damaged and has excellent durability. The pedestal 210 is also not particularly limited as long as it is a steel-based material, but is preferably formed of a stainless-based material such as SUS304.
【００３３】なお、上記実施形態の説明は、本発明を説
明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発
明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本
発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範
囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。The description of the above embodiment is for the purpose of explaining the present invention, and does not limit the invention described in the claims or reduce the scope thereof. Further, the configuration of each part of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the technical scope described in the claims.
【００３４】[0034]
【発明の効果】本発明の請求項１記載の固体高分子形燃
料電池発電装置は、改質器と、ＣＯ変成器と、ＣＯ除去
器と、プロセスガスバーナと、燃料電池と、ＤＣ／ＤＣ
コンバータと、制御系と、水タンクと、各種ポンプ類を
含む補機とを、一つの外装ケース内にまとめて収納した
固体高分子形燃料電池発電装置であって、前記外装ケー
スに仕切壁を設け、この仕切壁で仕切られた一方の室
に、改質器とＣＯ変成器とＣＯ除去器とを収納した単一
のユニットケースを配設するとともにこのユニットケー
スと前記仕切壁との間にプロセスガスバーナを配設し、
前記仕切壁で仕切られた他方の室をさらに上中下の３段
に区別し、上段にＤＣ／ＤＣコンバータと制御系を、中
段に燃料電池を、下段に水タンクと各種ポンプ類を含む
補機を収納したので、従来のようにこれらの各種機器類
が分散配置した場合に較べて、設置スペースの削減が図
れ、例えば家庭用電源として好適な装置となる効果を奏
するとともに、高温雰囲気となる改質器、ＣＯ変成器、
ＣＯ除去器がユニット化されて小型化が図れる、残りの
比較的低温に設置すべき各機器類（ＤＣ／ＤＣコンバー
タ、制御系（制御装置）、燃料電池、水タンク、各種ポ
ンプ類など）が高温雰囲気により悪影響を受けない、Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ、制御系（制御装置）が水により悪
影響を受けない、水関係ポンプがエア噛みしない、水タ
ンクから水を燃料電池へ循環して容易に使用できる、な
どの顕著な効果を奏する。According to the first aspect of the present invention, there is provided a polymer electrolyte fuel cell power generator, comprising: a reformer, a CO converter, a CO remover, a process gas burner, a fuel cell, a DC / DC
A converter, a control system, a water tank, and auxiliary equipment including various pumps, a solid polymer electrolyte fuel cell power generation device in which one auxiliary case is collectively housed, and a partition wall is provided in the outer case. A single unit case containing a reformer, a CO shift converter, and a CO remover is disposed in one of the chambers partitioned by the partition wall, and between the unit case and the partition wall. Install a process gas burner,
The other chamber partitioned by the partition wall is further divided into upper, middle, and lower three stages, and a DC / DC converter and a control system are arranged in an upper stage, a fuel cell is arranged in a middle stage, and a water tank and various pumps are arranged in a lower stage. Since the machine is housed, the installation space can be reduced as compared with the case where these various devices are dispersedly arranged as in the related art. Reformer, CO converter,
The remaining equipment (DC / DC converter, control system (control device), fuel cell, water tank, various pumps, etc.) that should be installed at a relatively low temperature can be downsized by unitizing the CO remover. Not affected by high temperature atmosphere, D
The C / DC converter, the control system (control device) is not adversely affected by water, the water-related pump does not bite air, and the water can be easily circulated from the water tank to the fuel cell and used. .
【００３５】本発明の請求項２記載の固体高分子形燃料
電池発電装置は、請求項１記載の固体高分子形燃料電池
発電装置と同じ効果を奏する上、前記外装ケースの外装
がステンレス系材料で形成されているので、傷がついて
も錆びたりせず耐久性に優れるとともに、リサイクル可
能で環境にやさしく、見る人に美的感覚を与えることが
できるという顕著な効果を奏する。The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 2 of the present invention has the same effect as the polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 1, and the outer case of the outer case is made of stainless steel. Since it is formed of, it has excellent effects that it does not rust even if it is scratched, has excellent durability, is recyclable, is environmentally friendly, and can give an aesthetic sense to a viewer.
【図１】本発明による固体高分子形燃料電池発電装置を
家庭に設置した場合の系統図である。FIG. 1 is a system diagram when a polymer electrolyte fuel cell power generator according to the present invention is installed in a home.
【図２】図１の屋外部分を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing an outdoor part of FIG. 1;
【図３】本発明による固体高分子形燃料電池発電装置の
一実施形態を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing one embodiment of a polymer electrolyte fuel cell power generator according to the present invention.
【図４】図３の装置を外装ケースに収納した状態を示す
正面説明図である。FIG. 4 is an explanatory front view showing a state where the device of FIG. 3 is housed in an outer case.
【図５】図３の装置の平面説明図である。FIG. 5 is an explanatory plan view of the apparatus of FIG. 3;
【図６】図３の装置の左側面説明図である。FIG. 6 is an explanatory left side view of the apparatus of FIG. 3;
【図７】図３の装置の右側面説明図である。FIG. 7 is an explanatory right side view of the apparatus of FIG. 3;
３ 改質器 ４ ＣＯ変成器 ５ ＣＯ除去器 ６ 燃料電池 １０、２３〜２５、２８、４３、４７ ポンプ ２１ 水タンク ３４ プロセスガスバーナ ５２ 補機 １２３ 制御装置（制御系） ２００ 外装ケース ２０１ 仕切壁 ２０２ 一方の室 ２０３ 他方の室 ２０４ 天板 ２０５、２０６ 側板 ２０７ 背面板 ２０８ 前面板 ２０９ 底板 ２１０ 台座 ３１０ 単一のユニットケース Ｓ 固体高分子形燃料電池発電装置 Reference Signs List 3 reformer 4 CO converter 5 CO remover 6 fuel cell 10, 23 to 25, 28, 43, 47 pump 21 water tank 34 process gas burner 52 auxiliary machine 123 control device (control system) 200 outer case 201 partition wall 202 One room 203 The other room 204 Top plate 205, 206 Side plate 207 Back plate 208 Front plate 209 Bottom plate 210 Pedestal 310 Single unit case S Solid polymer fuel cell power generator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田 勝也 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Katsuya Oda 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka F-term in Sanyo Electric Co., Ltd. (reference) 5H026 AA06
Claims (2)
Ｇ、ブタンなどの燃料ガスを水素に改質する改質器と、
一酸化炭素を変成するＣＯ変成器と、一酸化炭素を除去
するＣＯ除去器と、起動時に各反応器が安定するまで水
素を燃焼するプロセスガスバーナと、水素によって発電
する燃料電池と、燃料電池で発電した電圧を昇圧するＤ
Ｃ／ＤＣコンバータと、制御系と、水タンクと、各種ポ
ンプ類を含む補機とを、一つの外装ケース内にまとめて
収納した固体高分子形燃料電池発電装置であって、 前記外装ケースに仕切壁を設け、この仕切壁で仕切られ
た一方の室に、改質器とＣＯ変成器とＣＯ除去器とを収
納した単一のユニットケースを配設するとともにこのユ
ニットケースと前記仕切壁との間にプロセスガスバーナ
を配設し、 前記仕切壁で仕切られた他方の室をさらに上中下の３段
に区別し、上段にＤＣ／ＤＣコンバータと制御系を、中
段に燃料電池を、下段に水タンクと各種ポンプ類を含む
補機を収納したことを特徴とする固体高分子形燃料電池
発電装置。1. Natural gas, city gas, methanol, LP
A reformer for reforming a fuel gas such as G or butane into hydrogen;
A CO converter that converts carbon monoxide, a CO remover that removes carbon monoxide, a process gas burner that burns hydrogen until each reactor becomes stable at startup, a fuel cell that generates power using hydrogen, and a fuel cell D that boosts the generated voltage
A polymer electrolyte fuel cell power generator in which a C / DC converter, a control system, a water tank, and accessories including various pumps are collectively housed in one outer case. A partition wall is provided, and a single unit case containing a reformer, a CO shift converter, and a CO remover is disposed in one of the chambers partitioned by the partition wall, and the unit case, the partition wall, A process gas burner is disposed between the two, and the other chamber partitioned by the partition wall is further divided into upper, middle, and lower three stages, a DC / DC converter and a control system in the upper stage, a fuel cell in the middle stage, and a lower stage. A polymer electrolyte fuel cell power generator characterized in that an auxiliary machine including a water tank and various pumps is housed therein.
料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の固
体高分子形燃料電池発電装置。2. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 1, wherein the exterior of the exterior case is formed of a stainless steel material.
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