JP2007193963A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高濃度の不純物を含む発生源が燃料電池発電装置の隣接する場所に置かれた場合でも、特性低下が十分に防止され、設計地に基づく特性を得ることのできる、十分な信頼性を有する燃料電池発電装置を提供すること。
【解決手段】燃料電池と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段６と、これらを内部に収納する直方体の筐体９と、設置場所に応じて吸気方向を任意に変えることができ、筐体９の外部から内部へ酸化剤ガスを酸化剤ガス供給手段６に導入する第一の吸気口１０を備え、駐車場などの設置場所に応じて第一の吸気口１０の吸気方向を変えるので、不純物による燃料電池の電圧低下が軽減され、さらには不純物除去手段７１および７２の負荷が軽減されるので、不純物除去手段７１および７２の寿命が確保され、結果として燃料電池の耐久性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸化剤ガス中に含まれる不純物による燃料電池の電圧低下の抑制または耐久性の向上を図った燃料電池発電装置に関するものである。

従来の一般的な固体高分子電解質型燃料電池の構成および動作について図６を参照しながら説明する。図６において１は水素イオン伝導性を有するパーフルオロカーボンスルフォン酸からなる固体高分子電解質であり、電解質１の両面には一対の電極としてアノード２１およびカソード２２が形成されている。アノード２１およびカソード２２は、多孔質カーボンに白金などの貴金属を担持した触媒および水素イオン伝導性を有する高分子電解質との混合物からなる触媒層と、触媒層の上に積層した通気性および電子伝導性を有するガス拡散層を備えている。また、アノード２１およびカソード２２の周囲にはガスの混合やリークを防止する一対のガスケットが配置され、アノード２１に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給および排出し、カソード２２に少なくとも酸素を含む酸化剤ガスを供給および排出するガス流路を有する一対の導電性のセパレータ板３１および３２で狭持されている。

以上の構成からなる単セルを複数積層締結したものをスタックとし、単セルまたはスタックを総称して燃料電池とする。

アノード２１およびカソード２２にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給して負荷を接続すると、アノード２１に供給された燃料ガス中に含まれる水素はアノード２１と電解質１の界面で電子を放って水素イオンとなる（化１）。

（化１）
Ｈ_２ → ２Ｈ^＋ ＋ ２ｅ⁻
水素イオンは電解質１を通ってカソード２２へと移動し、カソード２２と電解質１の界面で電子を受け取り、カソード２２に供給された酸化剤ガス中に含まれる酸素と反応し、水を生成する（化２）。

（化２）
１／２Ｏ_２ ＋ ２Ｈ^＋ ＋２ｅ⁻ → Ｈ_２Ｏ
全反応を（化３）に示す。

（化３）
Ｈ_２ ＋ １／２Ｏ_２ → Ｈ_２Ｏ
このとき負荷を流れる電子の流れを直流の電気エネルギーとして利用することができる。また、一連の反応は発熱反応であるため、反応熱および発生するジュール熱を熱エネルギーとして利用することができる。

燃料ガスは、都市ガスなどの原料ガスを改質して供給される。原料ガスは脱硫部４に供給され、付臭剤などに含まれる硫黄化合物が吸着除去（脱硫）される。そして、燃料処理部５で改質され水素を含む燃料ガスとなり、燃料電池のアノード２１に供給される。燃料処理部５は、メタンなどを改質する改質器５１と、発生する一酸化炭素（ＣＯ）を変成するＣＯ変成器５２と、さらにＣＯを除去するＣＯ除去器５３を備えている。

原料ガスにメタンを用いた場合、改質器５１では、水蒸気を伴って（化４）で示した反
応が起こり、水素とともに約１０％のＣＯが発生する。

（化４）
ＣＨ_４ ＋ Ｈ_２Ｏ → ＣＯ ＋ ３Ｈ_２
その後、発生したＣＯは（化５）で示すようにＣＯ変成器５２で二酸化炭素に酸化され、約５０００ｐｐｍまで減少する。後流のＣＯ除去器５３ではＣＯだけでなく、燃料ガスの水素まで酸化してしまうので、ＣＯ変成器５２でできるだけＣＯ濃度を低下させる必要がある。

（化５）
ＣＯ ＋ Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２ ＋ Ｈ_２
さらに残ったＣＯは（化６）で示すようにＣＯ除去器５３で空気中に含まれる酸素と反応して酸化され、その濃度は約１０ｐｐｍ以下まで低下する。

（化６）
ＣＯ ＋ １／２Ｏ_２ → ＣＯ_２
全反応式を（化７）に示す。

（化７）
ＣＨ_４ ＋ ２Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２ ＋ ４Ｈ_２
燃料電池の動作温度域においてアノード２１に含まれる白金はＣＯにより被毒しその触媒活性が劣化するため、通常アノード２１には、白金−ルテニウムなどの耐ＣＯ性を有する触媒が用いられる。

酸化剤ガスは、大気中に含まれる酸素をコンプレッサー、ポンプ、ファン、ブロワなどの酸化剤ガス供給手段６を用いて供給される。

酸化剤ガス中に不純物が存在すると、その不純物により、燃料電池の出力電圧が低下してしまう。例えば、排ガスなどに含まれている二酸化窒素などが不純物として混入すると、カソード２２に含まれる白金の触媒反応が阻害され、電圧が低下する。また、大気塵などの粒状物質が酸化剤ガス中に混入すると、セパレータ３１および３２のガス流路や、ガス拡散層などが目詰まりするために、ガスの拡散が阻害され一時的に電圧が低下することがある。したがって、酸化剤ガス中に含まれる燃料電池に悪影響を与える不純物（不純物ガスまたは粒状物質）を除去する必要がある。

従来は、例えば、酸化剤ガスの経路に設けた不純物除去手段７により酸化剤ガス中に含まれる不純物を除去していた（特許文献１参照）。

また、燃料電池などを内蔵した筐体に吸気口と複数の排気口を設け、筐体内の空気を換気する構成が開示されている（特許文献２参照）。
特開平８−１３８７０３号公報 特開平１１−８６８９１号公報

しかしながら、この種の燃料電池発電装置は屋外に設置される場合があり、異なる複数の設置場所で運転をさせたとき、設置場所によっては設計値のスペックの寿命に至る前に特性低下を起こすため、全ての燃料電池発電装置において十分な信頼性を得るには改善の余地があった。

本発明者らが鋭意検討した結果、燃料電池発電装置の設置場所に高濃度の不純物を噴出する発生源（例えば自動車、オートバイなど）が隣接して存在し、一時的にでも前記発生源から排出される不純物を燃料電池発電装置が吸気した場合、燃料電池発電装置の特性が低下してしまうことを見出した。これは、発生源から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物、硫黄酸化物、未燃炭化水素およびその他有機化合物などの不純物ガスが、燃料電池や燃料処理部に含まれる触媒を被毒したり、本来の反応を阻害したりするために起こるものと考えられる。

前記した従来の燃料電池発電装置の構成には設置場所や不純物に関する記載はなく、一定方向から酸化剤ガスを吸気する方法では、その方向から高濃度の不純物を含む酸化剤ガスが供給された場合、例えば、燃料電池発電装置が駐車場など高濃度の不純物を排出する発生源が隣接した場所に設置され、自動車などのアイドリング時に排出する高濃度の排ガスが不純物として、酸化剤ガス中に混入したとき、その不純物を直接吸気してしまうために、一時的に電圧低下を引き起こしたり、不純物除去手段の寿命を短くさせたりするという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高濃度の不純物を含む排ガスを排出する発生源が燃料電池発電装置の隣接する場所に置かれた場合でも、特性低下が十分に防止され、設計値に基づく特性を得ることのできる、十分な信頼性を有する燃料電池発電装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池発電装置は、燃料電池と酸化剤ガス供給手段を内部に収納する筐体に配置され、設置場所に応じて吸気方向を任意に変えることができる第一の吸気口を備えた構成であり、本発明者らが鋭意検討した結果、前記本発明の目的を達成する上で前記構成は極めて有効であることを見出した。

以上説明したように、本発明の燃料電池発電装置によれば、一方向から不純物を多く含む酸化剤ガスが供給された場合、例えば、燃料電池発電装置が屋外の駐車場の近くに設置され、自動車などのアイドリング時に排出される高濃度の排ガスが不純物として、酸化剤ガス中に混入した場合でも、吸気方向をその不純物の発生源（自動車のマフラーなど）と反対の方向に向けた第一の吸気口から不純物をあまり含まない酸化剤ガスを吸気するので、その不純物による燃料電池の電圧低下が軽減され、さらには不純物除去手段の負荷が軽減されるので、不純物除去手段の寿命が確保され、結果として燃料電池の耐久性を向上させることができ、十分な信頼性を有する燃料電池発電装置を得ることができる。

第１の発明は、電解質と、前記電解質を挟む一対の電極と、前記電極の一方に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給排出し、他方に少なくとも酸素を含む酸化剤ガスを供給排出するガス流路を有する一対のセパレータ板を有するセルを少なくとも一つ有する燃料電池と、前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池と前記酸化剤ガス供給手段を内部に収納する直方体の筐体と、前記筐体に配置され、設置場所に応じて吸気方向を任意に変えることができ、前記筐体の外部から内部へ前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給手段に導入する第一の吸気口を備え、駐車場などの設置場所に応じて吸気方向を変えるので、不純物による燃料電池の電圧低下が軽減され、さらには不純物除去手段の負荷が軽減されるので、不純物除去手段の寿命が確保され、結果として燃料電池の耐久性を向上させることができる。

第２の発明は、第一の吸気口は、酸化剤ガス中の不純物の濃度の低い方向に向けられる
構成であり、一方向から不純物を多く含む酸化剤ガスが供給された場合でも、吸気方向を不純物濃度の低い方向に向けて不純物をあまり含まない酸化剤ガスを吸気するので、その不純物による燃料電池の電圧低下が軽減され、さらには不純物除去手段の負荷が軽減されるので、不純物除去手段の寿命が確保され、結果として燃料電池の耐久性を向上させることができる。

第３の発明は、第一の吸気口は、整流板を有し、設置場所に応じて前記整流板の向きを調節して任意に吸気方向を変える構成であり、整流板が不純物をあまり含まない酸化剤ガスを吸気するので、その不純物による燃料電池の電圧低下が軽減され、さらには不純物除去手段の負荷が軽減されるので、不純物除去手段の寿命が確保され、結果として燃料電池の耐久性を向上させることができる。

第４の発明は、第一の吸気口は、Ｌ字型配管であり、設置場所に応じて前記Ｌ字型配管を回転して任意に吸気方向を変える構成であり、不純物濃度の低い方向に向いたＬ字型配管が不純物をあまり含まない酸化剤ガスを吸気するので、その不純物による燃料電池の電圧低下が軽減され、さらには不純物除去手段の負荷が軽減されるので、不純物除去手段の寿命が確保され、結果として燃料電池の耐久性を向上させることができる。

また、Ｌ字型配管が、３６０度回転して吸気方向を決めるので、駐車場などの高濃度の不純物が含まれる可能性のある場所が、どの方向にあってもその反対方向にＬ字型配管を向けることができ、不純物による燃料電池の電圧低下を抑制することができる。

第５の発明は、酸化剤ガスが直接第一の吸気口に供給されないように配置される遮蔽板を有し、設置場所に応じて前記遮蔽版を取り付ける構成であり、遮蔽板が高濃度の不純物を含む酸化剤ガスが第一の吸気口に直接供給されるのを防ぐので、不純物による電圧低下を抑制することができる。

第６の発明は、第二の吸気口と、前記第二の吸気口を封止する封止板を備え、設置場所に応じて前記封止板で前記第二の吸気口を塞ぐ構成であり、第二の吸気口が駐車場などの高濃度の不純物が含まれる場所に面する場合、第二の吸気口からは吸気しないよう封止板で封止するので、不純物による燃料電池の電圧低下を軽減させることができる。

第７の発明は、吸気する酸化剤ガス中に含まれる不純物の濃度を検出する不純物検出手段を備え、前記不純物の濃度が閾値を越えたら、封止板で第二の吸気口を塞ぐ構成で、第二の吸気口が駐車場などの高濃度の不純物が含まれる場所に面し、アイドリング時など高濃度の不純物を発生する場合のみ、不純物検出手段で不純物を検知し、第二の吸気口を塞ぎ、不純物がなくなれば再び第二の吸気口を開けるので、燃料電池が不純物により劣化するのを防ぐことができる。

また、不純物検出手段が不純物を検出したとき、電圧が下がらないように一時的に電流密度を下げて電池電圧を上げることができるので、システムが電圧異常で停止することを防ぐことができる。

第８の発明は、酸化剤ガス中に含まれる不純物ガスを除去する不純物ガス除去手段を備える構成であり、燃料電池の前段で不純物ガス除去手段が、酸化剤ガス中に含まれる不純物を除去するので、不純物による電圧低下および燃料電池の劣化を防ぐことができ、耐久性に優れた燃料電池発電装置を得ることができる。

第９の発明は、酸化剤ガス中に含まれる粒状物質を除去する粒状物質除去手段を備える構成で、燃料電池の前段で粒状物質除去手段が、酸化剤ガス中に含まれる粒状物質を除去
するので、粒状物質による電圧低下および燃料電池の劣化を防ぐことができ、耐久性に優れた燃料電池発電装置を得ることができる。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の燃料電池発電装置の構成図を示すものである。図１において、１は水素イオン伝導性を有するパーフルオロカーボンスルフォン酸ポリマからなる膜状の固体高分子電解質であり、電解質１の両面には一対の電極、アノード２１およびカソード２２が形成されている。電解質１は、水分を取り込むことにより、電解質１内のスルフォン酸基の水素イオンが解離して電荷担体となり、スルフォン酸基がいくつか凝集して形成される逆ミセル構造の中を通過することで水素イオン伝導性を示す。含水率が下がると電解質１の導電率が低下するため、ガスは加湿して供給し、電解質１膜などの乾燥を防いだ。

アノード２１およびカソード２２は、多孔質カーボンに白金などの貴金属を担持した触媒および水素イオン伝導性を有する高分子電解質との混合物からなる触媒層と、触媒層の上に積層した通気性および電子伝導性を有するガス拡散層からなる。アノード２１には、耐ＣＯ性を有する白金−ルテニウムなどの合金触媒を用いた。また、ガス拡散層には撥水処理を施したカーボンペーパーあるいはカーボンクロスを用いた。

そして、アノード２１およびカソード２２の周囲にガスの混合やリークを防止する一対のガスケットをそれぞれ配置し、さらに、アノード２１およびカソード２２にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給および排出するガス流路を有する一対の導電性のセパレータ板３１および３２を用いて狭持した。以上のように構成される単セルが発生する電圧は約０．７５Ｖであり、必要とする電圧分の複数の単セルを直列に積層（スタック）して所望出力の燃料電池を形成することができる。

また、セパレータ板３１および３２の両端には集電板と、絶縁板および端板を配置し、締結ロッドで固定した。そして、集電板に負荷および電圧検出部を接続し、一定電流を流したときの燃料電池の電圧を検出できる構成とした。

また、燃料ガスは、脱硫したメタン、エタン、プロパンおよびブタンを主成分とする都市ガス１３Ａなどを改質する改質器５１と、発生するＣＯを変成するＣＯ変成器５２と、残ったＣＯをさらに除去するＣＯ除去器５３からなる燃料処理部５を用い、改質反応により生成した水素ガスを含むガスを燃料電池に供給する構成とした。

また、酸化剤ガスは、大気からファンやポンプおよび空気ブロワなどの酸化剤ガス供給手段６を用い、流量制御手段により所定の流量で供給する構成とした。

酸化剤ガス供給手段６の前流（吸込み側）には、粒状物質を除去する粒状物質除去手段７１と、不純物除去手段７２を配置した。粒状物質除去手段７１および不純物ガス除去手段７２により粒状物質および不純物ガスを除去して浄化された空気は、加湿器８へ供給、加湿されて燃料電池に到達する。

不純物ガス除去手段７２は、硫化水素、二酸化硫黄、二酸化窒素、塩化水素、フッ化水素などの酸性不純物を除去する酸性ガス除去フィルターと、大気中に含まれている可能性のあるアンモニア、トリメチルアミンなどのアルカリ性不純物を除去するアルカリ性ガス除去フィルターからなる。

酸性ガス除去フィルターは、酸性不純物を吸収するアルカリとして水酸化カルシウムを用い、活性炭と、硬化剤を混練して、造粒した後、ハニカム型に成型して得た。硬化剤には焼石膏を用いた。焼石膏は水と混合すると硫酸カルシウムとなり、凝結硬化する。水酸化カルシウムは、二酸化窒素や、二酸化硫黄などの酸性不純物とそれぞれ（化８）および（化９）で示すように反応してそれぞれ硝酸カルシウムおよび硫酸カルシウムをフィルター上に固定して化学吸着させる。

（化８）
４ＮＯ_２ ＋ ２Ｃａ（ＯＨ）_２
→ Ｃａ（ＮＯ_２）_２ ＋ Ｃａ（ＮＯ_３）_２ ＋ Ｈ_２Ｏ
（化９）
ＳＯ_２ ＋ Ｃａ（ＯＨ）_２
→ ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ ＋ １／２Ｈ_２Ｏ
したがって、単に吸着するのではなく、不純物とアルカリを反応させてフィルター上に固定するので、濃度や温度により脱着するようなことがなくなり、脱着した高濃度の不純物が燃料電池に混入して電池性能を劣化させることを防ぐことができる。また、多孔質な活性炭を用いるので、トルエン、メチルエチルケトン、トリクロロエチレンなどの有機溶剤も吸着することができ、これらの不純物による電池性能の低下も抑制することができる。また、ハニカム型の構造体とすることにより、反応面積を大きくすることができる。また、導入する酸化剤ガスのフィルターによる圧力損失を下げることができ、フィルターの目詰まりも抑制するので、酸化剤ガス供給手段６の負荷に影響を及ぼさず、発電効率を高い状態のまま保持することができる。

アルカリ性ガス除去フィルターは、繊維状の活性炭シートにアルカリ性不純物の吸収剤として一定濃度に調整したリン酸溶液を含浸させ、分離して、乾燥して、さらにシートをコルゲート型に加工した。リン酸は活性炭繊維の表面に固定され、アンモニアなどのアルカリ性不純物と（化１０）で示すように反応して生成したリン酸アンモニウムを活性炭繊維の表面に固定して化学吸着させる。

（化１０）
ＮＨ_３ ＋ Ｈ_３ＰＯ_４ → （ＮＨ_４）_３ＰＯ_４
したがって、単に吸着するのではなく、不純物と添着物質を反応させてフィルター上に固定するので、濃度や温度により脱着するようなことがなくなり、脱着した不純物が燃料電池に混入して電池性能を劣化させることを防ぐことができる。また、多孔質な活性炭を用いるので、トルエン、メチルエチルケトン、トリクロロエチレンなどの有機溶剤も吸着することができ、これらの不純物による電池性能の低下も抑制することができる。また、繊維状の活性炭を用いることにより、軽量化を図ることができるだけでなく、形状やサイズの自由度が増し、かけや割れといった破損をなくすことができる。また、コルゲート型の構造体とすることにより、反応面積を大きくすることができる。また、導入する酸化剤ガスのフィルターによる圧力損失を下げることができ、フィルターの目詰まりも抑制するので、酸化剤ガス供給手段６などの負荷に影響を及ぼさず、発電効率を高い状態のまま保持することができる。

粒状物質除去手段７１は、大気中に含まれる粉塵などの粒状物質や、酸化剤ガス供給手段６などから発生する粉塵などの粒状物質を除去するプレフィルターと、大気中に含まれる粉塵などの粒状物質や、前段の酸性ガス除去フィルターおよびアルカリ性ガス除去フィルター自身から発生する粉塵などの粒状物質を除去する除塵フィルターからなる。

プレフィルターは、ポリプロピレンなどからなる繊維を帯電させた後、不織布に織ったものを用いた。プレフィルターは、静電気を帯びた繊維一本一本が酸化剤ガス中に含まれ
る粉塵だけでなく、前段に配置される酸化剤ガス供給手段４から発生する粉塵や粒状物質も除去する。また、酸性ガス除去フィルター、アルカリ性ガス除去フィルターの除去性能を保持するだけでなく、除塵フィルターの負荷を軽減するので除塵フィルターの寿命を延ばすことができる。

除塵フィルターは、ポリプロピレンなどからなる繊維を帯電させた後、プレフィルターより目付量を増やして織った不織布をプリーツ状にして、枠に固定して作製した。静電気を帯びた繊維一本一本がクーロン力や誘起力の作用で、空気中に浮遊するミクロの粉塵を引き付け吸着するので、大気中の粉塵などの粒状物質および前段の酸性ガス除去フィルターやアルカリ性ガス除去フィルター自身から発生する粉塵などの粒状物質を効率よく除去することができる。

大気より取り込まれた酸化剤ガスは、最初にプレフィルターを通過し、次いで酸性ガス除去フィルター、アルカリ性ガス除去フィルターを通って、最後に除塵フィルターを通って、含まれる各種不純物の濃度を低減させる。

上記のフィルター構成により、大気中に存在する可能性のある各種有機ガス不純物、アンモニア、トリメチルアミンなどのアルカリ性不純物、硫化水素、二酸化硫黄、二酸化窒素、塩化水素、フッ化水素などの酸性不純物、さらに大気中に含まれる粉塵などの粒子状不純物を除去して、燃料電池への混入を防止するので、これらの不純物による触媒の被毒や、イオン伝導性の低下を防ぎ、電池電圧の低下を抑制することができる。

また、フィルター全体の通気抵抗も非常に少なく、フィルターによる圧力損失は１００Ｐａ程度であり、酸化剤ガス供給手段６などの負荷に影響を及ぼさず、発電効率を高い状態のまま保持することができる。

本発明の燃料電池発電装置は、一般家庭や、店舗、工場などに設置されるが、このような環境の大気中には、設置される環境に応じて様々な不純物が含まれている。例えば、自動車などの排ガスなどに含まれる窒素酸化物、硫黄酸化物、炭化水素、あるいは温泉や火山地区などに多く含まれる硫黄化合物、あるいは肥料やトイレなどの近くに含まれるアミン化合物、あるいは溶剤、塗料、建材などから発生する有機化合物などの不純物ガスや、土ぼこり、綿ぼこりなどの塵埃、あるいはオイルミストなどの粒状物質が存在する可能性がある。また、自動車などの移動発生源においてはアイドリング時など不定期に高濃度の不純物を排出する場合がある。

図１において９は筐体であり、上記構成の燃料電池、燃料処理部５、酸化剤ガス供給手段６および不純物除去手段７２などを内部に格納している。１０は、筐体９に形成された第一の吸気口であり、設置場所に応じて吸気方向を任意に変えることができる。第一の吸気口１０は、本発明の燃料電池発電装置のメインの吸気口であり、そのサイズ、配置などは図示したものに限定されるものではないが、内蔵される酸化剤ガス供給手段６または不純物ガス除去手段７２、粒状物質除去手段７１の近傍に配置されている。図２に第一の吸気口１０の構成の一例を示す。第一の吸気口１０は可動式の複数の整流板１０１（縦ルーバー）および１０２（横ルーバー）を有し、整流板１０１および１０２の向きを調節して任意に吸気方向を変えることができる。

本発明の構成によれば、駐車場など高濃度の不純物が発生する可能性のある場所が本燃料電池発電装置に隣接する場合、あるいは高濃度の不純物を噴出する発生源（例えば自動車、オートバイなど）が隣接して存在する場合、整流板１０１および１０２の向きを発生源と反対方向に向けることにより、不純物濃度の低い酸化剤ガスを吸気することができ、不純物による電圧低下や燃料電池の劣化、さらには不純物除去手段７１および７２の劣化
を防止するので、耐久性に優れた燃料電池発電装置を得ることができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２の燃料電池発電装置の第一の吸気口１０の構成図である。実施の形態１の燃料電池発電装置と異なる点は、第一の吸気口１０が筐体９に取り付けられたＬ字型配管であり、設置場所に応じて回転部１０３を回転して３６０度、任意に吸気方向を変えられる点であり、それ以外の構成は実施の形態１と同じである。

本発明の構成によれば、駐車場など高濃度の不純物が発生する可能性のある場所が本燃料電池発電装置に隣接する場合、あるいは高濃度の不純物を噴出する発生源（例えば自動車、オートバイなど）が隣接して存在する場合、Ｌ字型配管１０３の向きを発生源と反対方向に向けることにより、不純物濃度の低い酸化剤ガスを吸気することができ、不純物による電圧低下や燃料電池の劣化を防止するので、耐久性に優れた燃料電池発電装置を得ることができる。

また、Ｌ字型配管が、３６０度回転して吸気方向を決めるので、駐車場などの高濃度の不純物が含まれる可能性のある場所が、どの方向にあってもその反対方向にＬ字型配管を向けることができ、不純物による燃料電池の電圧低下を抑制することができる。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３の燃料電池発電装置の第一の吸気口１０の構成図である。実施の形態１の燃料電池発電装置と異なる点は、第一の吸気口１０に酸化剤ガスが直接供給されないように遮蔽板１１を第一の吸気口の前に配置した点であり、それ以外の構成は実施の形態１と同じである。遮蔽板１１は遮蔽板取付台１１１によって筐体９に取り付けられており、酸化剤ガスは遮蔽板１１と筐体９の隙間を通って筐体９内部の酸化剤ガス供給手段６に供給される。

本発明の構成によれば、駐車場など高濃度の不純物が発生する可能性のある場所が本燃料電池発電装置に隣接する場合、あるいは高濃度の不純物を噴出する発生源（例えば自動車、オートバイなど）が隣接して存在する場合、遮蔽板１１が酸化剤ガスが直接第一の吸気口１０に供給されることを防ぎ、遮蔽板１１と筐体９の隙間の希釈などにより比較的不純物濃度の低くなった酸化剤ガスを吸気することにより、不純物による電圧低下や燃料電池の劣化を防止するので、耐久性に優れた燃料電池発電装置を得ることができる。

（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４の燃料電池発電装置の第一および第二の吸気口１０４および１０５の構成の一例である。実施の形態１の燃料電池発電装置と異なる点は、第二の吸気口１０５と、封止板１０６または１０７、および不純物検出手段１０８を備えた点であり、それ以外の構成は実施の形態１と同じである。

図５（ａ）において第二の吸気口１０５は開閉可能な可動式の整流板、兼封止板１０６を備え、駐車場など高濃度の不純物が発生する可能性のある場所が本発明の燃料電池発電装置の第二の吸気口１０５に面する場合、あるいは高濃度の不純物を噴出する発生源（例えば自動車、オートバイなど）が第二の吸気口１０５に面する場合、図５（ｂ）で示すように封止板１０６を閉じて、第二の吸気口１０５を塞ぐことができる。または、図５（ｃ）で示すように可動式ではなく、固定式の封止板１０７で第二の吸気口１０５を塞ぐことができる。第二の吸気口１０５は、図５に示した位置、方向に限定されるものではなく、駐車場などの高濃度の不純物が含まれる場所に面した筐体９の側面に形成された吸気口が第二の吸気口１０５である。

また、図５（ｂ）に示すように第二の吸気口１０５に不純物検出手段１０８を備え、第二の吸気口１０５から導入される酸化剤ガスに含まれる不純物ガスの濃度を測定することができる。

本発明の構成によれば、設置場所に応じて封止板１０６で前記第二の吸気口１０５を塞ぐ構成であり、第二の吸気口１０５が駐車場などの高濃度の不純物が含まれる場所に面する場合、第二の吸気口１０５からは吸気しないよう封止板１０６または１０７で封止するので、不純物による燃料電池の電圧低下を軽減させることができる。

整流板兼封止板１０６で封止する構成は、設置場所に応じて筐体９に形成された吸気口を開閉できるので、燃料電池発電装置を移設したり、駐車場など発生源の方向が変更された場合においても、簡単に封止する吸気口を変更することができる。

また、固定式の封止板１０７で封止する構成は、発生源の方向などが一方向に決まる場合において有効であり、簡単な構成で第二の吸気口１０５を封止するので、コストを抑制することができ、経済的である。

また、不純物検出手段１０８で検出する不純物の濃度が閾値を越えたら、封止板１０６で第二の吸気口１０５を塞ぐことにより、第二の吸気口１０５が駐車場などの高濃度の不純物が含まれる場所に面し、アイドリング時など高濃度の不純物を発生する場合のみ、不純物検出手段１０８で不純物を検知し、第二の吸気口１０５を封止板１０６で塞ぎ、不純物がなくなれば再び封止板１０６を開けるので、燃料電池が不純物により劣化するのを防ぐことができる。

また、不純物検出手段１０８が不純物を検出したとき、電圧が下がらないように一時的に電流密度を下げて電池電圧を上げることができるので、システムが電圧異常で停止することを防ぐことができる。

本発明の燃料電池発電装置は、不純物による劣化の抑制または耐久性の向上という効果を有し、高分子型固体電解質膜を用いた発電装置、デバイスに有用である。

また、悪臭、排気ガスなど不純物が存在する可能性のある屋外に設置される定置用燃料電池コジェネレーションシステムに有用である。

本発明の実施の形態１の燃料電池発電装置の概略構成図 同装置の第一の吸気口の概略構成図 本発明の実施の形態２の燃料電池発電装置の第一の吸気口の概略構成図 本発明の実施の形態３の燃料電池発電装置の第一の吸気口の概略構成図 本発明の実施の形態４の燃料電池発電装置の第一および第二の吸気口の概略構成図 従来の燃料電池発電装置の概略構成図

符号の説明

１ 電解質
２１ 電極（アノード）
２２ 電極（カソード）
３１、３２ セパレータ板
６ 酸化剤ガス供給手段
７１ 粒状物質除去手段
７２ 不純物ガス除去手段
９ 筐体
１０、１０４ 第一の吸気口
１０５ 第二の吸気口
１０８ 不純物検出手段
１１ 遮蔽板

Claims (9)

1. 電解質と、前記電解質を挟む一対の電極と、前記電極の一方に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給排出し、他方に少なくとも酸素を含む酸化剤ガスを供給排出するガス流路を有する一対のセパレータ板を有するセルを少なくとも一つ有する燃料電池と、前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池と前記酸化剤ガス供給手段を内部に収納する直方体の筐体と、前記筐体に配置され、設置場所に応じて吸気方向を任意に変えることができ、前記筐体の外部から内部へ前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給手段に導入する第一の吸気口を備えた燃料電池発電装置。
2. 第一の吸気口は、酸化剤ガス中の不純物の濃度の低い方向に向けられる請求項１に記載の燃料電池発電装置。
3. 第一の吸気口は、整流板を有し、設置場所に応じて前記整流板の向きを調節して任意に吸気方向を変える請求項１に記載の燃料電池発電装置。
4. 第一の吸気口は、Ｌ字型配管であり、設置場所に応じて前記Ｌ字型配管を回転して任意に吸気方向を変える請求項１に記載の燃料電池発電装置。
5. 酸化剤ガスが直接第一の吸気口に供給されないように配置される遮蔽板を有し、設置場所に応じて前記遮蔽版を取り付ける請求項１に記載の燃料電池発電装置。
6. 第二の吸気口と、前記第二の吸気口を封止する封止板を備え、設置場所に応じて前記封止板で前記第二の吸気口を塞ぐ請求項１に記載の燃料電池発電装置。
7. 吸気する酸化剤ガス中に含まれる不純物の濃度を検出する不純物検出手段を備え、前記不純物の濃度が閾値を越えたら、封止板で第二の吸気口を塞ぐ請求項１および６に記載の燃料電池発電装置。
8. 酸化剤ガス中に含まれる不純物ガスを除去する不純物ガス除去手段を備えてなる請求項１に記載の燃料電池発電装置。
9. 酸化剤ガス中に含まれる粒状物質を除去する粒状物質除去手段を備えてなる請求項１に記載の燃料電池発電装置。

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