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公開番号2025006029
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-17
出願番号2023106564
出願日2023-06-29
発明の名称燃料電池ユニット
出願人オリオン機械株式会社
代理人個人
主分類H01M 8/04746 20160101AFI20250109BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】燃料電池ユニットによる発電コストの低減を図る。
【解決手段】発電に際して、制御部9が、開閉弁8を制御して配管5wを閉塞する閉状態に移行させ、かつ切替弁7を制御してポンプ2における吸気口2iを気液分離槽3に対して接続させた状態においてポンプ2を動作させることにより、気液分離槽3を介してセパレータ11から第1の気体をポンプ2に吸引させることで新たな第1の気体をセパレータ11に流入させる第1の制御態様と、開閉弁8を制御して配管5wを開口する開状態に移行させ、かつ切替弁7を制御してポンプ2における排気口2oを気液分離槽3に対して接続させた状態においてポンプ2を動作させることにより、気液分離槽3を介してポンプ2からセパレータ11に第1の気体を圧送させると共に、気液分離槽3において分離された水を気液分離槽3から配管5wを介して燃料供給装置に圧送させる第2の制御態様とのいずれかでこれらを制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
酸化剤を含む第１の気体が通過させられる第１のセパレータ、水素を含む第２の気体が通過させられる第２のセパレータ、および当該第１のセパレータと当該第２のセパレータとの間に配設される膜電極接合体を少なくとも含む平板状の被積層物が複数積層されて一体化されると共に、当該膜電極接合体を介して当該第１の気体と当該第２の気体とを反応させて発電可能に構成された燃料電池本体と、
前記第１のセパレータに前記第１の気体を供給するポンプと、
原料の水を電気分解して前記水素を発生させて前記第２の気体を生成すると共に、生成した当該第２の気体を前記第２のセパレータに供給する燃料供給装置とを備えた燃料電池ユニットであって、
前記第１のセパレータと前記ポンプとの間に配設されて当該第１のセパレータから排出される排気に含まれている水を当該排気から分離させて回収する気液分離槽と、
前記ポンプにおける吸気口および排気口のいずれかを前記気液分離槽に対して選択的に接続する接続切替え装置と、
前記気液分離槽において分離された水を前記原料として前記燃料供給装置に供給する第１の配管と、
前記第１の配管に配設された第１の弁機構と、
前記ポンプ、前記接続切替え装置および前記第１の弁機構を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記燃料電池本体において発電を行うときに、
前記第１の弁機構を制御して前記第１の配管を閉塞する閉状態に移行させ、かつ前記接続切替え装置を制御して前記ポンプにおける前記吸気口を前記気液分離槽に対して接続させた状態において当該ポンプを動作させることにより、前記気液分離槽を介して前記第１のセパレータから前記第１の気体を当該ポンプに吸引させることで新たな当該第１の気体を当該第１のセパレータに流入させる第１の制御態様と、
前記第１の弁機構を制御して前記第１の配管を開口する開状態に移行させ、かつ前記接続切替え装置を制御して前記ポンプにおける前記排気口を前記気液分離槽に対して接続させた状態において当該ポンプを動作させることにより、前記気液分離槽を介して当該ポンプから前記第１のセパレータに前記第１の気体を圧送させると共に、当該気液分離槽において分離された水を当該気液分離槽から当該第１の配管を介して前記燃料供給装置に圧送させる第２の制御態様とのいずれかで、当該ポンプ、当該接続切替え装置および当該第１の弁機構を制御可能に構成されている燃料電池ユニット。
続きを表示（約 700 文字）【請求項２】
前記燃料供給装置から前記第２のセパレータに前記第２の気体を供給する第２の配管と、
前記第２のセパレータにおける排気口を前記気液分離槽に接続する第３の配管と、
前記第２の配管に対する前記第１の気体の流入を規制／許容する第２の弁機構と、
前記第３の配管に配設された第３の弁機構とを備え、
前記制御部は、前記第１の制御態様および前記第２の制御態様で制御を行うときに、前記第２の弁機構を制御して前記第２の配管に対する前記第１の気体の流入を規制させると共に、前記第３の弁機構を制御して前記第３の配管を閉塞する閉状態に移行させ、
前記燃料電池本体において発電を行わない状態において予め規定された条件が満たされたときに、前記第１の弁機構を制御して前記閉状態に移行させ、前記第２の弁機構を制御して前記第２の配管に対する前記第１の気体の流入を許容させ、かつ、前記第３の弁機構を制御して前記第３の配管を開口する開状態に移行させると共に、前記接続切替え装置を制御して前記ポンプにおける前記吸気口を前記気液分離槽に対して接続させた状態において当該ポンプを動作させることにより、前記気液分離槽および第３の配管を介して前記第２のセパレータから前記第１の気体を当該ポンプに吸引させることで、当該第２のセパレータから排気される前記第１の気体に含まれている水を当該気液分離槽において分離させて回収させる第３の制御態様で当該ポンプ、当該接続切替え装置、当該第１の弁機構、当該第２の弁機構および当該第３の弁機構を制御可能に構成されている請求項１記載の燃料電池ユニット。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化剤を含む第１の気体と水素を含む第２の気体とを反応させて発電可能に構成された燃料電池ユニットに関するものである。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、下記の特許文献には、病院において生成した水素や酸素を、病院、水素ステーションおよび住宅などで活用することができるように構成されたエネルギー供給システム（以下、単に「システム」ともいう）が開示されている。具体的には、このシステムは、電力を発生させる（太陽光発電を行う）発電部と、電気再生式の純水生成装置によって生成された水（純水）を貯留する純水貯留部と、発電部において発電された電力を利用して水を電気分解する電気分解装置と、電気分解装置において得られた水素を貯留する水素タンクと、電気分解装置において得られた酸素を貯留する酸素タンクと、水素を利用して電力を発生させる燃料電池と、酸素吸入用に酸素を提供する酸素供給装置とを備えて構成されている。
【０００３】
この場合、電気分解装置において生成された水素は、水素の補給施設である水素ステーションに供給されて水素タンクに貯留され、その後、水素ステーションから燃料電池に供給されて発電に利用される。また、電気分解装置において生成された酸素は、酸素供給装置の酸素タンクに貯留されて病院内の医療用途に用いられる。このように、このシステムでは、電気分解装置による水の電気分解によって得られた酸素を水素と共に有効に活用することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０－０４７４１７号公報（第３－５頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記特許文献に開示のシステムには、以下のような解決すべき問題点が存在する。
【０００６】
具体的には、上記のシステムでは、電気再生式の純水生成装置によって生成した水（純水）を純水貯留部に貯留し、貯留した水を電気分解装置に供給して電気分解させることによって燃料電池における発電に使用する水素を得る構成が採用されている。この場合、このシステムでは、発電を目的とする燃料電池において使用する水素を生成する電気分解装置において原料として使用する水（純水）を、電気再生式の純水生成装置によって生成する構成が採用されている。つまり、このシステムでは、発電に必要な水素を得るための水を生成するときに電力を消費しており、これに起因して、水素の生成コストが高騰し、発電コストの低減が困難となっているという問題点がある。
【０００７】
一方、上記のシステムにおける燃料電池などでは、発電に際して酸素と水素とが反応させられることで膜電極接合体におけるカソード電極側に多量の水が発生し、この水が排気と共に燃料電池から排出される。そこで、出願人は、排気と共に排出されるこの水を回収して水素生成用の原料として使用する発電方法を試みた。これにより、電気再生式の純水生成装置によって生成した水を原料として水素を生成する上記システムの構成と比較して、原料としての水の生成に電力を必要としない分だけ、発電コスト（水素の生成コスト）を低減することが可能となった。
【０００８】
しかしながら、出願人が試みた発電方法では、回収した水を搬送用容器などで搬送して水素発生装置に注水する作業が煩雑であり、これを自動化すべく液送ポンプなどを配設した場合には、水素発生装置への水の供給のために電力を使用することとなる。このため、発電用セルからの排水を水素生成用の原料として使用するには、この点を改善する必要がある。
【０００９】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、煩雑な作業を行うことなく、発電コストを十分に低減し得る燃料電池ユニットを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成すべく、請求項１記載の燃料電池ユニットは、酸化剤を含む第１の気体が通過させられる第１のセパレータ、水素を含む第２の気体が通過させられる第２のセパレータ、および当該第１のセパレータと当該第２のセパレータとの間に配設される膜電極接合体を少なくとも含む平板状の被積層物が複数積層されて一体化されると共に、当該膜電極接合体を介して当該第１の気体と当該第２の気体とを反応させて発電可能に構成された燃料電池本体と、前記第１のセパレータに前記第１の気体を供給するポンプと、原料の水を電気分解して前記水素を発生させて前記第２の気体を生成すると共に、生成した当該第２の気体を前記第２のセパレータに供給する燃料供給装置とを備えた燃料電池ユニットであって、前記第１のセパレータと前記ポンプとの間に配設されて当該第１のセパレータから排出される排気に含まれている水を当該排気から分離させて回収する気液分離槽と、前記ポンプにおける吸気口および排気口のいずれかを前記気液分離槽に対して選択的に接続する接続切替え装置と、前記気液分離槽において分離された水を前記原料として前記燃料供給装置に供給する第１の配管と、前記第１の配管に配設された第１の弁機構と、前記ポンプ、前記接続切替え装置および前記第１の弁機構を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記燃料電池本体において発電を行うときに、前記第１の弁機構を制御して前記第１の配管を閉塞する閉状態に移行させ、かつ前記接続切替え装置を制御して前記ポンプにおける前記吸気口を前記気液分離槽に対して接続させた状態において当該ポンプを動作させることにより、前記気液分離槽を介して前記第１のセパレータから前記第１の気体を当該ポンプに吸引させることで新たな当該第１の気体を当該第１のセパレータに流入させる第１の制御態様と、前記第１の弁機構を制御して前記第１の配管を開口する開状態に移行させ、かつ前記接続切替え装置を制御して前記ポンプにおける前記排気口を前記気液分離槽に対して接続させた状態において当該ポンプを動作させることにより、前記気液分離槽を介して当該ポンプから前記第１のセパレータに前記第１の気体を圧送させると共に、当該気液分離槽において分離された水を当該気液分離槽から当該第１の配管を介して前記燃料供給装置に圧送させる第２の制御態様とのいずれかで、当該ポンプ、当該接続切替え装置および当該第１の弁機構を制御可能に構成されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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