特許 7217405 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-26

(45)【発行日】2023-02-03

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20230127BHJP

   H01M 8/0606 20160101ALI20230127BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20230127BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 Z

H01M8/0606

H01M8/10 101

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020026723

(22)【出願日】2020-02-20

(65)【公開番号】P2021131982

(43)【公開日】2021-09-09

【審査請求日】2022-02-18

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100131495

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 健児

(72)【発明者】

【氏名】高橋 敏充

(72)【発明者】

【氏名】山本 浩平

【審査官】笹岡 友陽

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０１２５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－２９３３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２０７８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１０３２７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０４

Ｈ０１Ｍ ８／０６０６

Ｈ０１Ｍ ８／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、
前記燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記改質器、前記燃料電池および前記燃焼器を収容し、開口部が設けられている筐体と、
前記筐体の内部に設けられ、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスを前記筐体の外部から前記開口部を介して供給される空気により希釈して前記筐体の外部に排出する希釈部と、を備え、
前記希釈部は、前記希釈部に付着した結露水を前記筐体の内壁に導く導水手段を有する、
燃料電池システム。

【請求項2】

前記希釈部は、前記導水手段として、前記筐体の接地面に対し傾斜して設けられる底面を有する、
請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記導水手段は、前記希釈部の底部に設けられる少なくとも１つの第１排水フィンを含む、
請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記導水手段は、前記少なくとも１つの第１排水フィンにより導かれた前記結露水を前記筐体の内壁に導く第２排水フィンをさらに含む、
請求項３に記載の燃料電池システム。

【請求項5】

前記第２排水フィンは、前記筐体の内側から前記筐体の外側に向かって広がる台形状である、
請求項４に記載の燃料電池システム。

【請求項6】

前記少なくとも１つの第１排水フィンは、前記筐体の内側から前記筐体の外側に向かって延伸するように設けられる、
請求項３から５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項7】

前記少なくとも１つの第１排水フィンは、複数の第１排水フィンを含む、
請求項３から６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項8】

前記複数の第１排水フィンは、互いに所定の間隔を有するように設けられる、
請求項７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】

本開示は、燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、燃料電池システムにおいて、燃料電池システムから排出される燃焼排ガスを、給気口から取り込んだ空気により希釈して筐体の外部に排出する排気口を備える燃料電池システムを開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－１３７８７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、燃料電池システムにおいて、燃焼排ガスを希釈する希釈構成に付着した結露水が滴下して補機などが破損することを抑制できる燃料電池システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示における燃料電池システムは、水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、改質器を加熱する燃焼器と、改質器、燃料電池および燃焼器を収容し、開口部が設けられている筐体と、筐体の内部に設けられ、燃焼器から排出される燃焼排ガスを筐体の外部から開口部を介して供給される空気により希釈して筐体の外部に排出する希釈部とを備える。希釈部は、希釈部に付着した結露水を筐体の内壁に導く導水手段を有する。

【発明の効果】

【0006】

本開示における燃料電池システムは、燃焼排ガスを希釈する希釈構成に設けられた導水手段により、希釈構成に付着した結露水を筐体の内壁に導くことができる。したがって、希釈構成に付着した結露水が滴下して補機などが破損することが抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本開示の燃料電池システムの一例を示す構成図である。

【図2】図２は、本開示の燃料電池システムが備える希釈部の一例を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

（本開示の基礎となった知見等）
一般に、燃料電池が発電している場合には、燃料電池システムの筐体の内部の温度は高温（例えば、６０℃）となる。したがって、例えば冬季など外気の温度が低い場合には、燃料電池システムの筐体の内部の温度と、外気の温度との温度差が大きくなる。このため、特許文献１に記載の燃料電池システムによれば、給気口から取り込んだ空気により燃焼排ガスを希釈する際に給気口などに結露水が生じ、発生した結露水が補機などへ滴下することにより補機などが破損する虞があった。

【0009】

そこで、本発明者らは、燃焼排ガスを希釈する希釈構成に付着した結露水が補機などへ滴下し補機などが破損することを防ぐのに有利な技術について日夜検討を重ねた。その結果、本発明者らは、燃焼排ガスを希釈する希釈構成に導水手段を設け、希釈構成に付着した結露水を筐体の内壁に導くことにより、希釈構成に付着した結露水が滴下して補機などが破損することを抑制できることを見出した。この新たな知見に基づいて、本発明者らは、本開示の燃料電池システムを案出した。

【0010】

本開示は、燃料電池システムにおいて、燃焼排ガスを希釈する希釈構成に付着した結露水が滴下して補機などが破損することを抑制できる燃料電池システムを提供する。

【0011】

以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

【0012】

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

【0013】

（実施の形態１）
以下、図１および図２を用いて、実施の形態１を説明する。

【0014】

燃料電池システム１００は、燃料電池１０１と、筐体１０２と、改質器１０３と、燃焼器１０４とを備える。燃料電池１０１と、改質器１０３と、燃焼器１０４とは、筐体１０２に収容されている。筐体１０２には、開口部１０７が設けられている。

【0015】

改質器１０３は、水蒸気改質反応（ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ_２）などの改質反応により水素含有ガス、すなわち水素を含む燃料ガスを生成するためのデバイスである。改質器１０３には、改質反応を進行させるための改質触媒が収容されている。改質器１０３は、水および原料ガスを用いて、水素含有ガスを生成する。原料ガスは、例えば、都市ガスおよびＬＰガス（液化石油ガス）などの炭化水素ガスである。改質器１０３により生成された水素含有ガスは、燃料電池１０１に供給される。

【0016】

燃料電池１０１は、酸化剤ガスおよび水素含有ガスを用いて発電し、電力を生成する。燃料電池１０１は、例えば、固体高分子形燃料電池である。なお、燃料電池１０１は、例えば、固体酸化物形燃料電池であってもよい。

【0017】

燃焼器１０４は、 燃料を燃焼させることにより改質器１０３を加熱する。燃焼器１０４は、改質器１０３に隣接して設けられる。

【0018】

燃料電池システム１００は、さらに、酸化剤ガス供給器１０５と、酸化剤ガス流路１１４とを備える。酸化剤ガス流路１１４は、酸化剤ガス供給器１０５と、燃料電池１０１のカソード入口とに接続されている。酸化剤ガス流路１１４は、酸素などの酸化剤ガスを燃料電池１０１に供給するための流路である。酸化剤ガス供給器１０５は、酸化剤ガス流路１１４を介して、燃料電池１０１に酸化剤ガスを供給する。

【0019】

燃料電池システム１００は、さらに、原料ガス流路１１０を備える。原料ガス流路１１０は、改質器１０３および燃焼器１０４に接続されている。原料ガス流路１１０は、都市ガスインフラおよびガスボンベなどの原料ガス源から改質器１０３および燃焼器１０４に原料ガスを供給するための流路である。

【0020】

燃料電池システム１００は、さらに、水流路１１１を備える。水流路１１１は、改質器１０３に接続されている。水流路１１１は、貯水タンク（図示せず）などの水源から改質器１０３に水を供給するための流路である。改質器１０３に供給された水は、改質器１０３に設けられた蒸発器（図示せず）により加熱されて気化し、原料ガスとともに改質触媒層に導かれる。

【0021】

燃料電池システム１００は、さらに、水素含有ガス流路１１３を備える。水素含有ガス流路１１３は、改質器１０３の出口に接続された一端と、燃料電池１０１のアノード入口に接続された他端とを有する。水流路１１１は、貯水タンク（図示せず）などの水源から改質器１０３に水を供給するための流路である。改質器１０３により生成された水素含有ガスは、水素含有ガス流路１１３を介して、燃料電池１０１に供給される。

【0022】

燃料電池システム１００は、さらに、酸化剤ガス供給器１０５と、酸化剤ガス流路１１４とを備える。酸化剤ガス流路１１４は、酸化剤ガス供給器１０５と、燃料電池１０１のカソード入口とに接続されている。酸化剤ガス流路１１４は、酸素などの酸化剤ガスを燃料電池１０１に供給するための流路である。酸化剤ガス供給器１０５は、酸化剤ガス流路１１４を介して、燃料電池１０１に酸化剤ガスを供給する。

【0023】

燃料電池システム１００は、さらに、燃焼用空気供給器１０６と、空気流路１１２とを備える。空気流路１１２は、燃焼用空気供給器１０６と、燃焼器１０４とに接続されている。空気流路１１２は、空気などの燃焼用空気を燃焼器１０４に供給するための流路である。燃焼用空気供給器１０６は、空気流路１１２を介して、燃焼器１０４に燃焼用空気を供給する。

【0024】

燃料電池システム１００は、さらに、希釈部２００と、燃焼排ガス流路１１５とを備える。燃焼排ガス流路１１５は、希釈部２００と、燃焼器１０４とに接続されている。燃焼排ガス流路１１５は、燃焼器１０４にて生成された燃焼排ガスを希釈部２００に供給するための流路である。希釈部２００は、筐体１０２の内部に設けられ、燃焼排ガス流路１１５を介して排出された燃焼排ガスを、筐体１０２の外部から開口部１０７を介して供給される空気により希釈して、筐体１０２の外部に排出する。なお、希釈部２００は、希釈部２００の少なくとも一部が筐体１０２の外部に設けられてもよい。この場合、筐体１０２の内部には、筐体１０２の外部に設けられた希釈部２００の少なくとも一部が含まれてもよい。

【0025】

ここで、燃料電池１０１が発電している場合に、燃料電池システム１００の筐体１０２の内部の温度は高温（例えば、６０℃）となる。したがって、例えば、冬季など外気の温度が低い場合には、燃料電池システム１００の筐体１０２の内部の温度と、外気の温度との温度差が大きくなる。このため、開口部１０７を介して供給される空気、すなわち外気により燃焼排ガスを希釈する際に、希釈部２００に結露水が生じる場合がある。

【0026】

そこで、本実施の形態では、外気により燃焼排ガスを希釈する希釈部２００に導水手段２１０を設け、希釈部２００に付着した結露水を筐体１０２の内壁に導くことにより、希釈部２００に付着した結露水が筐体１０２内に設けられた補機など（図示せず）に滴下して、補機などが破損することを抑制できる。希釈部２００は、希釈部筐体２０１と、導水手段２１０とを備える。導水手段２１０は、希釈部２００の希釈部筐体２０１に付着した結露水を筐体１０２の内壁に導くように構成されている。導水手段２１０は、希釈部底面２０２と、第１排水フィン２０３と、第２排水フィン２０４とを備える。希釈部底面２０２は、筐体１０２の接地面に対し、傾斜して設けられる。

【0027】

第１排水フィン２０３は、希釈部底面２０２に設けられる。第１排水フィン２０３は、筐体１０２の内側から筐体１０２の外側に向かって延伸するように設けられる。第１排水フィン２０３は、互いに所定の間隔を有するように設けられる。本実施の形態では、第１排水フィン２０３は複数である。しかし、第１排水フィン２０３は、１つであってもよい。

【0028】

第２排水フィン２０４は、第１排水フィン２０３により導かれた結露水を筐体１０２の内壁に導くように構成されている。本実施の形態では、第２排水フィン２０４は、筐体１０２の内側から筐体１０２の外側に向かって広がる台形状である。しかし、第２排水フィン２０４は、長方形であってもよく、第１排水フィン２０３により導かれた結露水を筐体１０２の内壁に導くように構成されていればよい。

【0029】

以上のように、本実施の形態において、燃料電池システム１００は、水素を含む燃料ガスを生成する改質器１０３と、燃料ガスを用いて発電する燃料電池１０１と、改質器１０３を加熱する燃焼器１０４と、改質器１０３、燃料電池１０１および燃焼器１０４を収容し、開口部１０７が設けられている筐体１０２と、筐体１０２の内部に設けられ、燃焼器１０４から排出される燃焼排ガスを筐体１０２の外部から開口部１０７を介して供給される空気により希釈して筐体１０２の外部に排出する希釈部２００とを備える。希釈部２００は、希釈部２００に付着した結露水を筐体１０２の内壁に導く導水手段２１０を有する。

【0030】

これにより、燃焼排ガスを希釈する希釈部２００に設けられた導水手段２１０により、希釈部２００に付着した結露水を筐体１０２の内壁に導くことができる。したがって、希釈部２００に付着した結露水が滴下して補機などが破損することが抑制される。

【0031】

また、本実施の形態において、希釈部２００は、導水手段２１０として、筐体１０２の接地面に対し傾斜して設けられる希釈部底面２０２を有してもよい。

【0032】

これにより、希釈部２００に設けられた傾斜した希釈部底面２０２により、希釈部２００に付着した結露水を筐体１０２の内壁に導くことができる。したがって、希釈部２００に付着した結露水が滴下して補機などが破損することがさらに抑制される。

【0033】

また、本実施の形態において、導水手段２１０は、希釈部２００の希釈部底面２０２に設けられる第１排水フィン２０３を含んでもよい。

【0034】

これにより、希釈部２００に設けられた第１排水フィン２０３により、希釈部２００に付着した結露水を筐体１０２の内壁に導くことができる。したがって、希釈部２００に付着した結露水が滴下して補機などが破損することがさらに抑制される。

【0035】

また、本実施の形態において、導水手段２１０は、第１排水フィン２０３により導かれた結露水を筐体１０２の内壁に導く第２排水フィン２０４をさらに含んでもよい。

【0036】

これにより、第１排水フィン２０３により導かれた結露水を第２排水フィン２０４により筐体１０２の内壁に導くことができる。したがって、希釈部２００に付着した結露水が滴下して補機などが破損することがさらに抑制される。

【0037】

また、本実施の形態において、第２排水フィン２０４は、筐体１０２の内側から筐体１０２の外側に向かって広がる台形状であってもよい。

【0038】

これにより、第２排水フィン２０４に導かれた結露水を筐体１０２の内壁に導くことができる。したがって、希釈部２００に付着した結露水が滴下して補機などが破損することがさらに抑制される。

【0039】

また、本実施の形態において、第１排水フィン２０３は、筐体１０２の内側から筐体１０２の外側に向かって延伸するように設けられてもよい。

【0040】

これにより、希釈部２００に設けられた第１排水フィン２０３により、希釈部２００に付着した結露水を筐体１０２の内側から筐体１０２の外側に向かって、筐体１０２の内壁に導くことができる。したがって、希釈部２００に付着した結露水が滴下して補機などが破損することがさらに抑制される。

【0041】

また、本実施の形態において、第１排水フィン２０３は、複数の第１排水フィン２０３を含んでもよい。

【0042】

これにより、希釈部２００に設けられた複数の第１排水フィン２０３により、希釈部２００に付着した結露水を筐体１０２の内壁に導くことができる。したがって、希釈部２００に付着した結露水が滴下して補機などが破損することがさらに抑制される。

【0043】

また、本実施の形態において、複数の第１排水フィン２０３は、互いに所定の間隔を有するように設けられてもよい。

【0044】

これにより、希釈部２００に所定の間隔を有し設けられた第１排水フィン２０３により、希釈部２００に付着した結露水を筐体１０２の内壁に導くことができる。したがって、希釈部２００に付着した結露水が滴下して補機などが破損することがさらに抑制される。

【0045】

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本開示は、燃料電池システムの信頼性を向上させる事ができる。具体的には、家庭用、定置用の燃料電池システムなどに、本開示は適用可能である。

【符号の説明】

【0047】

１００ 燃料電池システム
１０１ 燃料電池
１０２ 筐体
１０３ 改質器
１０４ 燃焼器
１０５ 酸化剤ガス供給器
１０６ 燃焼用空気供給器
１１０ 原料ガス流路
１１１ 水流路
１１２ 空気流路
１１３ 水素含有ガス流路
１１４ 酸化剤ガス流路
１１５ 燃焼排ガス流路
２００ 希釈部
２０１ 希釈部筐体
２０２ 希釈部底面
２０３ 第１排水フィン
２０４ 第２排水フィン
２１０ 導水手段

【図1】

【図2】