燃料電池発電装置
【課題】簡単な構成で有害ガスを除去し発電を効率よく行えるようにした燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】給電された電力により水を電気分解して水素を生成させる水素発生手段８と、この水素発生手段８で生成した水素に含まれる水分を除湿する除湿器９、１０と、生成された水素を吸蔵し、かつ放出する水素吸蔵合金１１と、この水素吸蔵合金１１から放出された水素を燃料とする燃料電池１４を備え、燃料電池１４に水素を供給するに際して有害となるガス成分を除去する有害ガス除去器１３とをさらに備えて構成したものである。
【解決手段】給電された電力により水を電気分解して水素を生成させる水素発生手段８と、この水素発生手段８で生成した水素に含まれる水分を除湿する除湿器９、１０と、生成された水素を吸蔵し、かつ放出する水素吸蔵合金１１と、この水素吸蔵合金１１から放出された水素を燃料とする燃料電池１４を備え、燃料電池１４に水素を供給するに際して有害となるガス成分を除去する有害ガス除去器１３とをさらに備えて構成したものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生成した水素を貯蔵し、非常時あるいは必要な時に水素と空気中の酸素とを供給反応させて発電を行うようにした燃料電池発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の観点からクリーンエネルギーの活用に注力され、発電技術においても燃料電池発電装置の開発が重要視されている。特に水素を利用しての発電電力は電気自動車や非常用電源装置等において活用されている。
水素と酸素を反応させて発電する燃料電池発電装置として、水を電気分解して水素を生成し、これを一時貯蔵して必要な時に燃料電池に供給して電力を発生させるようにしたシステムが一般的である。（例えば、特許文献１参照）
図２は、従来の水素貯蔵発電システムのブロック図を示す。水素貯蔵発電システムは、太陽電池あるいは商用電源もしくは風力発電等の一次電源１からの電力を水電解槽２に供給して水素を生成し、乾燥器３で水分を除去して水素吸蔵合金４に貯蔵し、非常時や必要時に燃料電池５に供給して空気中の酸素と反応させて発電させる構成となっている。
このとき、酸素として水を電気分解して生成されたものを酸素貯蔵器６で貯蔵して利用することもできる。
このように水素と酸素を反応させて発電する燃料電池発電装置に利用する水素は、電気分解で容易に生成でき、かつ燃焼すれば水になるので、環境汚染が防止できる理想的な電力の供給源として非常に有効なエネルギー源となる。
【特許文献１】特開平８−６４２２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記従来の構成では、生成された水素は水素吸蔵合金に一旦貯蔵されるようになっており、水素吸蔵合金から放出される時に有害ガスが含まれて燃料電池へと送り込まれることになる。すなわち、水素吸蔵合金として一般的にニッケル（Ｎｉ）が用いられ、ニッケルの触媒作用で化学反応が生じてアンモニア（ＮＨ3）が発生する。このアンモニアは水に溶け易く、燃料電池内のスタックのセルの反応膜に触れて、セルの反応膜を劣化させる要因となる。このセルの反応膜が劣化すると燃料電池の発生電力が低下し、発電効率の悪い燃料電池発電装置となっていた。またこのアンモニアガスは水素吸蔵合金出口のパッキンや燃料電池入り口および他のパッキンをも腐食させる原因ともなっていた。
【０００４】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、簡単な構成で有害ガスを除去し、発電を効率よく行えるようにした燃料電池発電装置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】
【０００５】
上記課題を解決するために第１の発明に係る燃料電池発電装置は、給電された電力により水を電気分解して水素を生成させる水素発生手段と、水素発生手段で生成した水素に含まれる水分を除湿する除湿器と、生成された水素を吸蔵し、かつ放出する水素吸蔵合金と、水素吸蔵合金から放出された水素を燃料とする燃料電池を備え、燃料電池に水素を供給するに際して有害となるガス成分を除去する有害ガス除去器を設けたものである。第１の発明によれば、有害なアンモニアガス等は有害ガス除去器で除去されるため、純粋な水素のみが燃料電池に供給されることになり、効率の良い発電を行うことができる。
第２の発明に係る燃料電池発電装置は、第１の発明に係る燃料電池発電装置において、単原子分子ガスを注入することによって除湿器や有害ガス除去器等の燃料電池発電システム内の水素を排出するようにしたものである。第２の発明によれば、除湿器や有害ガス除去器等の燃料電池発電システムより水素が漏洩して引火することを防止することができる。
第３の発明に係る燃料電池発電装置は、第１の発明に係る燃料電池発電装置において、有害ガス除去器にゼオライトを用いたものである。第３の発明によれば、アンモニアガスはこのゼオライトに吸着されて水素のみが燃料電池に供給することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の燃料電池発電装置は、上記構成を備えたことにより、有害ガスは有害ガス除去器で除去されるため、純粋な水素のみが燃料電池に供給されることになり、効率の良い発電が行えることになる。
また、除湿器や有害ガス除去器等の燃料電池発電システムより水素が漏洩した時に除湿器や有害ガス除去器内に単原子分子ガスを注入し、除湿器や有害ガス除去器内の水素を排出することで引火の防止が図れる。
さらには、有害ガス除去器にゼオライトを用いることで取り扱いが容易で、かつアンモニアガスを十分に吸着除去できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の燃料電池発電装置に係る燃料電池発電システムのブロック図である。
図において、一次電源７は、太陽電池あるいは商用電源もしくは風力発電等の電力を直流に変換してアルカリ型の水電解槽８に供給する。ここで純水が電気分解されて水素と酸素が生成され、水素は除湿器９、１０の２ヶ所で水分を除去して水素吸蔵合金１１に送られ貯蔵される。
【０００８】
除湿器９では塩やドレインで大部分の水分を除湿し、除湿器１０ではセラミックよりなる粒状のゼオライトや活性炭を使用して吸着させ完全に除湿する。なお、除湿器９，１０では水電解で発生するナトリウムイオンと水酸化物イオンも除去する。また、除湿器としてはこれらに限らずガス式乾燥装置や吸着式脱湿装置なども使用でき、２ヶ所に分けることなく１つの除湿器タンクとすることもできる。
【０００９】
ガス注入器１２は、上記した除湿器９、１０で水素が漏洩すると引火爆発の危険性が高いので、除湿器９、１０に不燃性のアルゴンやヘリウム等の単原子分子ガスを注入して内部の水素を排出し、引火爆発を防止するように配設してある。ここでは除湿器９、１０の水素排出について説明したが、除湿器に限らず燃料電池発電システム内の後述する有害ガス除去器や他のどの部分についても適用できる。
【００１０】
有害ガス除去器１３は、除湿器１０で用いたものと同様のゼオライトを用いて吸着させるか純水にくぐらせて溶け込ませるなどし、有害ガスのアンモニア（ＮＨ3）を除去するように設けたものである。他には活性炭や脱臭剤等も有効である。
【００１１】
一般的に、水素吸蔵合金１１にはニッケル（Ｎｉ）等の触媒作用のある金属が用いられており、水素と他のガス等との触媒作用で化学反応が生じてアンモニア（ＮＨ3）等の燃料電池発電システムに有害なガスが発生する。このアンモニアは水に溶け易く、水素と共に燃料電池１４に送り込まれると、燃料電池１４内のスタックのセルの反応膜に触れて反応膜を劣化させてしまう。したがって、このセルの反応膜が劣化すると燃料電池１４の発電力が低下し、発電効率の悪い燃料電池発電装置となるため、アンモニアを除去する必要がある。
またこのアンモニアガスは水素吸蔵合金１１出口のパッキン、燃料電池１４入り口および他のパッキンをも腐食させる原因ともなっているため、除去することで腐食をも防止することができる。
【００１２】
燃料電池１４の発電動作時には水素と共に空気中の酸素を取り込んで反応させる必要があるが、水電解槽８で純水が電気分解されて生成された酸素を酸化剤ガスとして利用することもできる。また、燃料電池１４の運転時の発熱を冷却した温水排水を水素吸蔵合金１１に供給し、燃料電池１４の排熱を水素放出のための熱源として利用することもできる。
なお、１５はバルブを示し、ガス注入器１２より単原子分子ガスを注入する際に操作される。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明の燃料電池発電装置は、商用電源が使用不可の状態の時、商用電源が無い場所もしくは非常用電源の発電装置として有用である。
また、自然エネルギー等での発電電力の不安定時における補助的な電力の供給源としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の燃料電池発電装置に係る燃料電池発電システムのブロック図
【図２】従来の水素貯蔵発電システムのブロック図
【符号の説明】
【００１５】
７ 一次電源
８ 水電解槽
９ 除湿器
１０ 除湿器
１１ 水素吸蔵合金
１２ ガス注入器
１３ 有害ガス除去器
１４ 燃料電池
１５ バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生成した水素を貯蔵し、非常時あるいは必要な時に水素と空気中の酸素とを供給反応させて発電を行うようにした燃料電池発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の観点からクリーンエネルギーの活用に注力され、発電技術においても燃料電池発電装置の開発が重要視されている。特に水素を利用しての発電電力は電気自動車や非常用電源装置等において活用されている。
水素と酸素を反応させて発電する燃料電池発電装置として、水を電気分解して水素を生成し、これを一時貯蔵して必要な時に燃料電池に供給して電力を発生させるようにしたシステムが一般的である。（例えば、特許文献１参照）
図２は、従来の水素貯蔵発電システムのブロック図を示す。水素貯蔵発電システムは、太陽電池あるいは商用電源もしくは風力発電等の一次電源１からの電力を水電解槽２に供給して水素を生成し、乾燥器３で水分を除去して水素吸蔵合金４に貯蔵し、非常時や必要時に燃料電池５に供給して空気中の酸素と反応させて発電させる構成となっている。
このとき、酸素として水を電気分解して生成されたものを酸素貯蔵器６で貯蔵して利用することもできる。
このように水素と酸素を反応させて発電する燃料電池発電装置に利用する水素は、電気分解で容易に生成でき、かつ燃焼すれば水になるので、環境汚染が防止できる理想的な電力の供給源として非常に有効なエネルギー源となる。
【特許文献１】特開平８−６４２２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記従来の構成では、生成された水素は水素吸蔵合金に一旦貯蔵されるようになっており、水素吸蔵合金から放出される時に有害ガスが含まれて燃料電池へと送り込まれることになる。すなわち、水素吸蔵合金として一般的にニッケル（Ｎｉ）が用いられ、ニッケルの触媒作用で化学反応が生じてアンモニア（ＮＨ3）が発生する。このアンモニアは水に溶け易く、燃料電池内のスタックのセルの反応膜に触れて、セルの反応膜を劣化させる要因となる。このセルの反応膜が劣化すると燃料電池の発生電力が低下し、発電効率の悪い燃料電池発電装置となっていた。またこのアンモニアガスは水素吸蔵合金出口のパッキンや燃料電池入り口および他のパッキンをも腐食させる原因ともなっていた。
【０００４】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、簡単な構成で有害ガスを除去し、発電を効率よく行えるようにした燃料電池発電装置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】
【０００５】
上記課題を解決するために第１の発明に係る燃料電池発電装置は、給電された電力により水を電気分解して水素を生成させる水素発生手段と、水素発生手段で生成した水素に含まれる水分を除湿する除湿器と、生成された水素を吸蔵し、かつ放出する水素吸蔵合金と、水素吸蔵合金から放出された水素を燃料とする燃料電池を備え、燃料電池に水素を供給するに際して有害となるガス成分を除去する有害ガス除去器を設けたものである。第１の発明によれば、有害なアンモニアガス等は有害ガス除去器で除去されるため、純粋な水素のみが燃料電池に供給されることになり、効率の良い発電を行うことができる。
第２の発明に係る燃料電池発電装置は、第１の発明に係る燃料電池発電装置において、単原子分子ガスを注入することによって除湿器や有害ガス除去器等の燃料電池発電システム内の水素を排出するようにしたものである。第２の発明によれば、除湿器や有害ガス除去器等の燃料電池発電システムより水素が漏洩して引火することを防止することができる。
第３の発明に係る燃料電池発電装置は、第１の発明に係る燃料電池発電装置において、有害ガス除去器にゼオライトを用いたものである。第３の発明によれば、アンモニアガスはこのゼオライトに吸着されて水素のみが燃料電池に供給することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の燃料電池発電装置は、上記構成を備えたことにより、有害ガスは有害ガス除去器で除去されるため、純粋な水素のみが燃料電池に供給されることになり、効率の良い発電が行えることになる。
また、除湿器や有害ガス除去器等の燃料電池発電システムより水素が漏洩した時に除湿器や有害ガス除去器内に単原子分子ガスを注入し、除湿器や有害ガス除去器内の水素を排出することで引火の防止が図れる。
さらには、有害ガス除去器にゼオライトを用いることで取り扱いが容易で、かつアンモニアガスを十分に吸着除去できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の燃料電池発電装置に係る燃料電池発電システムのブロック図である。
図において、一次電源７は、太陽電池あるいは商用電源もしくは風力発電等の電力を直流に変換してアルカリ型の水電解槽８に供給する。ここで純水が電気分解されて水素と酸素が生成され、水素は除湿器９、１０の２ヶ所で水分を除去して水素吸蔵合金１１に送られ貯蔵される。
【０００８】
除湿器９では塩やドレインで大部分の水分を除湿し、除湿器１０ではセラミックよりなる粒状のゼオライトや活性炭を使用して吸着させ完全に除湿する。なお、除湿器９，１０では水電解で発生するナトリウムイオンと水酸化物イオンも除去する。また、除湿器としてはこれらに限らずガス式乾燥装置や吸着式脱湿装置なども使用でき、２ヶ所に分けることなく１つの除湿器タンクとすることもできる。
【０００９】
ガス注入器１２は、上記した除湿器９、１０で水素が漏洩すると引火爆発の危険性が高いので、除湿器９、１０に不燃性のアルゴンやヘリウム等の単原子分子ガスを注入して内部の水素を排出し、引火爆発を防止するように配設してある。ここでは除湿器９、１０の水素排出について説明したが、除湿器に限らず燃料電池発電システム内の後述する有害ガス除去器や他のどの部分についても適用できる。
【００１０】
有害ガス除去器１３は、除湿器１０で用いたものと同様のゼオライトを用いて吸着させるか純水にくぐらせて溶け込ませるなどし、有害ガスのアンモニア（ＮＨ3）を除去するように設けたものである。他には活性炭や脱臭剤等も有効である。
【００１１】
一般的に、水素吸蔵合金１１にはニッケル（Ｎｉ）等の触媒作用のある金属が用いられており、水素と他のガス等との触媒作用で化学反応が生じてアンモニア（ＮＨ3）等の燃料電池発電システムに有害なガスが発生する。このアンモニアは水に溶け易く、水素と共に燃料電池１４に送り込まれると、燃料電池１４内のスタックのセルの反応膜に触れて反応膜を劣化させてしまう。したがって、このセルの反応膜が劣化すると燃料電池１４の発電力が低下し、発電効率の悪い燃料電池発電装置となるため、アンモニアを除去する必要がある。
またこのアンモニアガスは水素吸蔵合金１１出口のパッキン、燃料電池１４入り口および他のパッキンをも腐食させる原因ともなっているため、除去することで腐食をも防止することができる。
【００１２】
燃料電池１４の発電動作時には水素と共に空気中の酸素を取り込んで反応させる必要があるが、水電解槽８で純水が電気分解されて生成された酸素を酸化剤ガスとして利用することもできる。また、燃料電池１４の運転時の発熱を冷却した温水排水を水素吸蔵合金１１に供給し、燃料電池１４の排熱を水素放出のための熱源として利用することもできる。
なお、１５はバルブを示し、ガス注入器１２より単原子分子ガスを注入する際に操作される。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明の燃料電池発電装置は、商用電源が使用不可の状態の時、商用電源が無い場所もしくは非常用電源の発電装置として有用である。
また、自然エネルギー等での発電電力の不安定時における補助的な電力の供給源としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の燃料電池発電装置に係る燃料電池発電システムのブロック図
【図２】従来の水素貯蔵発電システムのブロック図
【符号の説明】
【００１５】
７ 一次電源
８ 水電解槽
９ 除湿器
１０ 除湿器
１１ 水素吸蔵合金
１２ ガス注入器
１３ 有害ガス除去器
１４ 燃料電池
１５ バルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電された電力により水を電気分解して水素を生成させる水素発生手段と、前記水素発生手段で生成した前記水素に含まれる水分を除湿する除湿器と、生成された前記水素を吸蔵し、かつ放出する水素吸蔵合金と、前記水素吸蔵合金から放出された前記水素を燃料とする燃料電池を備え、前記燃料電池に前記水素を供給するに際して有害となるガス成分を除去する有害ガス除去器を設けたことを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
単原子分子ガスを注入することによって前記除湿器や前記有害ガス除去器等の燃料電池発電システム内の水素を排出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記有害ガス除去器にゼオライトを用いたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１】
給電された電力により水を電気分解して水素を生成させる水素発生手段と、前記水素発生手段で生成した前記水素に含まれる水分を除湿する除湿器と、生成された前記水素を吸蔵し、かつ放出する水素吸蔵合金と、前記水素吸蔵合金から放出された前記水素を燃料とする燃料電池を備え、前記燃料電池に前記水素を供給するに際して有害となるガス成分を除去する有害ガス除去器を設けたことを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
単原子分子ガスを注入することによって前記除湿器や前記有害ガス除去器等の燃料電池発電システム内の水素を排出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記有害ガス除去器にゼオライトを用いたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−１７９８９７（Ｐ２００７−１７９８９７Ａ）
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７７６９０（Ｐ２００５−３７７６９０）
【出願日】平成１７年１２月２８日（２００５．１２．２８）
【出願人】（５９５１１７３５６）株式会社バンテック (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２８日（２００５．１２．２８）
【出願人】（５９５１１７３５６）株式会社バンテック (7)
【Ｆターム（参考）】
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