JPH024156A - 燃料電池を用いたファンヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、室内用温風暖房機として使用できる燃料電池
を用いたファンヒータに関する。

［従来の技術］ 従来より、室内用温風暖房機として、石油を燃料とする
石油ファンヒータやガスを燃料とするガスファンヒータ
などがある。これらは燃料である石油やガスを直接に着
火して燃焼させるものである。また、電気による発熱を
利用した電熱式ファンヒータ等も使用されている。

一方、燃料電池は新しい発電方式として注目され、従来
より各種の型式について研究、開発が進められてる。燃
料電池はアルカリ型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電
解質型の４４１類に大別されている。現在、リン酸型が
最も実用化が進んでおり、発電プラント等の産業用に開
発されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述した従来のファンヒータでは、ファンの
駆動やその他のファンヒータ本体の動作に使用する電気
を外部より供給する必要がある。

そのため、従来のファンヒータが設置可能な場所は、配
電設備の整った場所や給電可能な場所に限定されること
になる。

そこで、本発明はファンヒータの熱源および電力源とし
て燃料電池を用いることで、設置性の良いファンヒータ
を実現しようとするものである。

ファンヒータに使用する燃料電池としては、高温型の固
体電解質型燃料電池が小形化、取扱性、発熱温度などか
ら最も適している。そこで、この型式の燃料電池を使用
し、その燃料電池で燃焼して発生した燃焼ガスをそのま
ま温風として利用する構造を採用することが、製造コス
トあるいは経済性の観点において、大変有利である。

しかし、この構造を採用する場合には、ｔｍｆｌｌ＝と
して排出される燃焼ガス中に有害物質が含まれていない
ことが、安全面などから必要となってくる。

一般あるいは家庭用の燃料電池の使用には、産業用と異
なり、水素などの特殊な燃料を用いることが困難となる
ため、都市ガス、プロパンガス等の燃料が使用される。

そのため、燃料電池での燃焼の際に、不完全燃焼が発生
した場合、その燃焼ガス中に有害物質が多く含まれてし
まう。そのことは、室内の空気を汚染するため、換気が
必要となり、熱効率の低下を招き、安全面においても重
大な問題が生ずる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、熱源および
電力源として燃料電池を利用することであり、加えて、
温風として送風される燃料電池の燃焼ガス中に有害物質
が含まれないようにすることである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の燃料電池を用いたファンヒータは、上述の課題
解決のため、燃焼室と空気室と、該燃焼室と該空気室と
を隔離する電解質壁とをもつ燃料電池と、該燃焼室より
でた燃焼ガス中の炭化水素、水素、一酸化炭素を再燃焼
させる再燃焼装置と、ガスを送風するファンとから成り
、主として該再燃焼装置からでるガスをＵｆｆｌガスと
して使用することを特徴として構成されている。

［作用］ 本発明の燃料電池を用いたファンヒータでは、熱源およ
び電力源として燃料電池を用いたため、外部からの電力
供給を必要とせず、ファンヒータの設置性を向上するこ
とができる。また、燃料電池は空気室と燃料室と、該空
気室と該燃料室とを隔離する電解質壁とから成っている
。この燃料電池は供給された燃料と空気を反応させ、発
生する電気および反応熱を本ファンヒータで使用する電
力源および熱源とすることができる。この反応に際して
は、燃料電池に供給された燃料が酸欠などによって不完
全燃焼になっている場合には、その燃焼ガス中に炭化水
素、水素、一酸化炭素などが含まれている可能性がある
。そのため、この燃焼ガスを再燃焼装置によって再燃焼
させる。この再燃焼装置によって燃焼ガス中の炭化水素
、水素、酸化炭素などは強制的に燃焼させられ、完全燃
焼してから温風として使用される。そのため、この温風
はクリーンな状態で送風されることになる。

［実施例〕 本発明にかかる実施例の概略構成を第１図に、その拡大
した要部を第２図に示す。

本実施例は熱源および電力源である高温型の燃料電池１
と、始動時の電力供給と余剰電力の保存に用いるバッテ
リー２と、燃料電池１の温度を検出する温度センサ３と
、燃料電池１かうでる燃焼ガス中に含まれる一酸化炭素
濃度を検出するＣＯガスセンサ部４と、燃料電池１に燃
料を供給する燃料供給装置５と、燃料電池１に空気を供
給する燃料供給装置６と、始動時に燃料電池１を作動可
能な調度になるまで加熱する予熱装置７と、燃焼ガス中
の炭化水素、水素、一酸化炭素などを再燃焼させる再燃
焼装置８と、送風用ファン９と、これらを総合的に制御
する制御装置装置１０を備えている。

燃料電池１は、第３図に示すように燃焼室１１と空気室
１２と、燃焼室１１と空気室１２とを隔離する電解質！
Ｊ！１３から成っている。矢印△は空気の流れ、矢印Ｂ
は燃料の流れを表わす。

電解質壁１３は、電解質材１３ａとしてはイツトリア安
定化ジルコニア（Ｚ’ｒＯｚ−Ｙ２０３　＞を用い、そ
の両側に一対の電極１３ｂ、１３ｃを化学メツキ等で形
成している。そして、これらを１組とし、相背向する面
に互いに交差する方向に凹凸を形成した耐熱性金属材料
よりなるセパレータ１５を介して積層して、大容量の燃
料電池１を構成している。このセパレータ１５とその両
側に配置された電解質壁１３とで区画される溝状の空間
が、おのおの燃焼室１１および空気室１２を形成してい
る。燃料電池１に供給された燃料と空気は、セパレータ
１５の互いに直交する方向の溝で形成されている燃料室
１１および空気室１２を流れる。電解質壁１３から見れ
ば燃料と空気は、電解質壁１３を挟んで流れ、その流れ
ている闇に反応して燃焼する。燃料は燃料電池１に供給
され、そこで燃焼されてから排出されるが、その排出側
に再燃焼装置８が配置され、そして、その下流側にＣｏ
ガスセンサ部４が配置されている。

再燃焼装置８は燃料電池１から排出された燃焼ガスに空
気を強制的に混合する空気混合器（回路）と、その空気
が混合された燃焼ガスに点火する点火装置８２と、強制
燃焼させる強制燃焼室８３とから成っている。

Ｃｏガスセンサ部４は第４図に示すように、固体電解質
材４１を挟装するように一対の電極４２が取付けられて
おり、一方の標準電極４２ａとする電極はＣＯ酸化触媒
４３に覆われており、他の測定電極４２ｂとする電極は
そのままである。これは、ｐｔ電極上へのＣｏの非平衡
的吸着現象を利用したもので、固体電解質材４１の両端
に生ずる起電力によってＣＯ′ａ度を検出する。

また、燃料電池１には温度センサ３が取付けられており
、常時、燃料電池１の温度を検出している。

燃料電池１に燃料′を供給する燃料供給装［５は、外部
より燃料である都市ガスあるいはプロパンガスを燃料パ
イプ５１を通して取り入れ、電磁バルブ５２によって流
入量を調節して、燃料電池１の燃料室１１に供給する構
造になっている。この電磁バルブ５２は制御装置１０に
より流入量が制御されている。

燃料電池１に空気を供給する空気供給装置６は、吸入フ
ァン６１により室内から空気を吸入して空気導入バイブ
ロ２を通じ、制御Ｂ装Ｎ１ｏのＩＩＪ　ＩＩＩによって
その流入量を調節する電磁バルブ６３を経由して、燃料
電池１の空気室１２に供給するＩＩ　３！！［になって
いる。

また、この燃料電池１は高温型であるため、動作温度が
轟く、常温においては動作が行われない。

そのため、始動時には燃料電池１を、特に電解質壁１３
を加熱づる必要が生ずる。その加熱温度は本実施例で使
用しているイツトリア安定化ジルコニアでは５００〜１
０００℃程度の高温である。

この高温を短時間で実現するため予熱装Ｎ７が、燃料電
池１に接して設けられている。この予熱装置７は、燃料
供給装置５と空気供給装置６のそれぞれから電磁押付の
バイパスパイプ（回路）を通じて予熱燃焼室７２に燃料
および空気を導入し、点火装Ｗ１７３によって点火燃焼
させる構造になっている。これらの操作もすべて制御表
Ｗ１１０によるａ、ＩＩ帥で行われる。

燃料電池１と温度センサ３、ＣＯガスセンサ部４、予熱
部装置７、再燃焼製Ｗ１８は、燃焼ガスが排出される場
所に通気口１６１が形成された断熱ケース１６の中に全
体が収納されている。そしてファンヒータ装の本体ケー
ス１７に送屓用フ戸ン９とともに収納されている。

次に本実施例の使用について、順をおって説明する。

まず、作動スイッチ（回路）を入れると、バッテリー２
に蓄わえられていた電気がフ？ンヒータの各部に供給さ
れ、最初に制御表＠１０、温度センサ３が動作する。そ
して、その温度センサ３によって検出された燃料電池１
の温度によって制御装置１０は予熱装置７を作動させる
。このとき、燃料供給装Ｗ５から予熱燃焼室７２に通ず
るバイパスパイプの電磁弁（回路）が開き、燃料は予熱
燃焼室７２に流入する。同様に、空気供給装置６からも
空気が予熱燃焼室７２に流入して、燃料と混合する。そ
して、点火装置７３によって点火され、燃焼する。この
燃焼によって燃料電池１の温度が上昇して、動作温度に
達りしたことを温度センサ３が検出すると、制御装置１
０は燃料および空気を供給するバイパスパイプの電磁弁
を閉じる。

そして予熱燃焼室７２での燃焼は鎮火する。それから、
燃料電池１に燃料および空気の供給が開始され、燃料電
池は作動し始める。このときの燃料および空気の供給湯
は、設定室温、燃料電池１の温度、Ｃｏガスレンサ部４
の検出濃度等によりｖ制御装置１０は総合的に制御し、
！！ｉパルプ５２．６３を調節する。

燃料電池１によって燃焼ガスは再燃焼装置８を通り、Ｃ
Ｏガスセンサ部４を経て、燃料電池１周辺の温められた
空気とともに断熱ケース１６の通気口１６１から排出さ
れ、送風ファン９によって室内に温風として送風される
。

本実施例は燃料電池１としてイツトリア安定化ジルコニ
ア（ＺｒＯｚ−Ｙ２Ｏ２）を電解質材どしている燃料電
池を使用しているが、本発明では特にこれに限定する必
要はなく、他の安定化ジルコニアやセシウム酸ストロン
チウムなどのセラミックを利用した固体電解質型燃料電
池や、さらに高温型の燃料電池であれば他の形式のもの
でも使用することが可能である。

燃料としてカセット式プロパンガスを使用することによ
り、ファンヒータ内に燃料を内蔵づることもできる。そ
うすることにより、−Ｓ、ファンヒータの設置性向上が
可能となる。

また、予熱装置として電熱線を用いる方式も可能である
。

また、仙の実施例として、ＣＯガスセンサ部４と再燃焼
装置８の配置を逆にして、第５図に示すように燃料電池
１のイツトリア安定化ジルコニアで形成された電解質材
１．３ａの延長上にＣＯガスセンサ用の一対の電極４２
ａ、４２ｂを挟設することによってＣＯガスセンサ部４
とすることも可能である。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明の燃料電池を用
いたファンヒータは、熱源および電力源として燃料電池
を使用しているため、配電設備の有無にかかわらず、設
置することができる。特に、燃料内蔵型にした場合には
、はとんどの場所に段首できる。また、燃料電池を用い
た場合に、排出される燃焼ガス中に酸欠などの不完全燃
焼による有害物質の存在が問題となる。本発明では再燃
焼装置を設けることにより、その問題を解決することが
できた。ざらに、制御装置によってその設置条件に合わ
せた燃焼をさせることにより、不必要な燃焼を抑えて酸
欠状態になることを防ぎ、有害物質の発生を抑え、さら
に換気を必要としないため、効率よく使用することがで
きた。

このように、本発明の燃料電池を用いたファンヒータは
、ファンヒータの利便性向上に太き（貢献できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる実施例の概略構成図、第２図は
その要部拡大図である。第３図は燃料電池の説明図、第
４図はＣＯガスセンサ部の概略図、第５図は他の実施例
におけるＣＯガスセンサ部概略図である。 １・・・燃料電池　　　　２・・・バッテリ３・・・温
度センサ　　　４・・・ＣＯガスセンサ部５・・・燃料
供給装置　　６・・・空気供給装置７・・・予熱装置　
　　　８・・・再燃焼装置９・・・送風用ファン　　１
０・・・制御装置１１・・・燃焼室　　　　１２・・・
空気室１３・・・電解貿壁 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼室と空気室と、該燃焼室と該空気室とを隔離
   する電解質壁とをもつ燃料電池と、 該燃焼室よりでた燃焼ガス中の炭化水素、水素、一酸化
   炭素を再燃焼させる再燃焼装置と、ガスを送風するファ
   ンと、からなり、 主として該再燃焼装置からでるガスをファンにより送風
   し温風ガスとして使用することを特徴とする燃料電池を
   用いたファンヒータ。