JP2003208915A

JP2003208915A - 燃料電池発電システム

Info

Publication number: JP2003208915A
Application number: JP2002005671A
Authority: JP
Inventors: Susumu Shimizu; 進清水; Makoto Inagaki; 信稲垣; Takashi Suzuki; 隆鈴木
Original assignee: Ebara Ballard Corp
Current assignee: Ebara Ballard Corp
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2003-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】パッケージ内の熱を効率よくパッケージ外に
排出することのできるパッケージ型燃料電池発電システ
ムを提供する。【解決手段】燃料ガスと空気中の酸素との電気化学的
反応により発電する燃料電池本体１２と、原料ガスを改
質して前記燃料ガスを発生する改質器１３と、燃料電池
本体１２から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変
圧するＤＣ／ＤＣコンバータ１５と、燃料電池本体１２
に前記空気を供給する空気ブロワ１６と、空気ブロワ１
６の吸込口に空気を導く吸込管１７と、燃料電池本体１
２と改質器１３とＤＣ／ＤＣコンバータ１５と空気ブロ
ワ１６とを一括して収容する筐体１１とを備え、空気ブ
ロワ１６は、筐体１１内の下部に設置され、吸込管１７
の吸込口１７ａは、筐体１１の上部に開口している燃料
電池発電システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パッケージ型燃料
電池発電システムに関し、特にパッケージ内の熱を効率
よくパッケージ外に排出することのできるパッケージ型
燃料電池発電システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から図４に示すようなパッケージ型
燃料電池システムが用いられていた。該システムでは、
筐体１内には燃料電池本体１、改質器３、燃料電池本体
２に空気を供給する反応空気ブロワ６、改質器３に空気
を供給する燃焼空気ブロワ７、燃料電池本体２から出力
される直流電圧を所定の電圧に昇圧するＤＣ／ＤＣコン
バータを含む制御盤４等の発電主要機器が一括して収容
されて、パッケージ型燃料電池システムが構成されてい
た。筐体１には、外気吸入ルーバ１ａと換気ルーバ１ｂ
が設けられ、換気ファン８により筐体内が強制換気され
ていた。また、換気ルーバ１ｂの他に排ガス口１ｃが形
成されており、改質器３の排ガス及び燃料電池本体２の
排ガスをここから排出するように構成されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしこのような従来
の燃料電池発電システムでは、筐体内の温度が高くなり
過ぎないように換気ファンが運転される。換気ファンの
動力としては、燃料電池システムで発生する電力が使用
されるので、それだけ外部に出力できる電力が減少し
て、システムとしての効率が低下するという問題があっ
た。

【０００４】そこで本発明は、パッケージ内の熱を効率
よくパッケージ外に排出することのできるパッケージ型
燃料電池発電システムを提供することを目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明による燃料電池発電システム
は、例えば図１に示すように、燃料ガスと空気中の酸素
との電気化学的反応により発電する燃料電池本体１２
と；原料ガスを改質して前記燃料ガスを発生する改質器
１３と；燃料電池本体１２から出力される直流電圧を所
定の直流電圧に変圧するＤＣ／ＤＣコンバータと１５；
燃料電池本体１２または改質器１３の少なくとも一方に
空気を供給する空気ブロワ１６と；空気ブロワ１６の吸
込口に空気を導く吸込管１７と；燃料電池本体１２と改
質器１３とＤＣ／ＤＣコンバータ１５と空気ブロワ１６
とを一括して収容する筐体１１とを備え；空気ブロワ１
６は、筐体１１内の下部に設置され、吸込管１７の吸込
口１７ａは、筐体１１の上部に開口している。

【０００６】吸込管１７の吸込口１７ａは、特にＤＣ／
ＤＣコンバータ１５の近傍またはＤＣ／ＤＣコンバータ
１５の上方に開口するようにするのが好ましい。ＤＣ／
ＤＣコンバータを構成する電子部品は高温雰囲気を嫌う
が、このように構成すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ周辺
の雰囲気温度を優先して下げることができるからであ
る。

【０００７】このように構成すると、空気ブロワは、筐
体内の下部に設置されているので、システムの機械的な
安定性が向上する。また吸込管の吸込口は、筐体の上部
に開口しているので、筐体の上部に滞留する温度の高い
空気を空気ブロワが吸入することができる。

【０００８】また、上記目的を達成するために、請求項
２に係る発明による燃料電池発電システムは、例えば図
３に示すように、燃料ガスと空気中の酸素との電気化学
的反応により発電する燃料電池本体１２と；原料ガスを
改質して前記燃料ガスを発生する改質器１３と；燃料電
池本体１２から出力される直流電圧を所定の直流電圧に
変圧するＤＣ／ＤＣコンバータ１５と；燃料電池本体１
２または改質器１３の少なくとも一方に空気を供給する
空気ブロワ１６と；燃料電池本体１２と改質器１３とＤ
Ｃ／ＤＣコンバータ１５と空気ブロワ１６とを一括して
収容する筐体１１とを備え；空気ブロワ１６は、筐体１
１内の上部に設置され、空気ブロワ１６の吸込口は、筐
体１１の上部に開口している。

【０００９】このように構成すると、空気ブロワの吸込
口は、筐体の上部に開口しているので、筐体の上部に滞
留する温度の高い空気を空気ブロワが吸入することがで
きる。

【００１０】また請求項３に記載のように、（例えば図
２に示すように）請求項１または請求項２に記載の燃料
電池発電システムでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５を設
置するための台板２０は、放熱板として構成するように
してもよい。このように構成すると、ＤＣ／ＤＣコンバ
ータの温度を効率的に下げることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号または類似記
号を付し、重複した説明は省略する。

【００１２】図１の模式的正面図を参照して、本発明に
よる第１の実施の形態である燃料電池発電システムを説
明する。本図では、燃料電池発電システムの筐体の前面
パネルをとりはずした状態、即ち内部が見える状態を示
している。

【００１３】筐体１１はスチール（例えばＪＩＳのＳＳ
４００材）薄板で長方形の箱状に形成されている。該長
方形の角部は、Ｃ面及びＲが設けられている。また筐体
１１の内側には、吸音材が貼りつけられている。筐体１
１内の機器は、鋼板製のユニットベースまたは鋼板製の
フレームに取りつけられている。筐体１１は、前記ユニ
ットベース及び前記フレームに取りつけられている。ま
た、前記フレームは前記ユニットベースまたは他のフレ
ームに取りつけられている。また、筐体１１内の鉛直方
向上方の隅に、制御盤１４が配置されている。制御盤１
４内には、長方形の基板２１（図２参照）上にダイオー
ド等の電気・電子部品２２を配置して構成されたＤＣ／
ＤＣコンバータ１５が、基板２１の長手方向を鉛直方向
に向けて取り付けられている。基板２１は、台板として
の取り付け板２０に取り付けられている。そして取り付
け板２０を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は制御盤
を形成する鋼板２５に取り付けられ、鋼板２５はフレー
ムに取り付けられている。取り付け板２０については後
で詳述する。

【００１４】筐体１１中には、さらにその鉛直方向上方
中央部に、燃料電池本体１２が配置され、燃料電池を挟
んで制御盤１４と反対側の、筐体１１の内壁に沿った位
置に、改質器１３が配置されている。また筐体１１の鉛
直方向下方、筐体１１内の中央部には、燃料電池本体１
２に酸化剤としての空気すなわち反応空気を供給し、改
質器１３に燃焼用の空気を供給するブロワ（反応空気ブ
ロワ兼燃焼空気ブロワ）１６が据え付けられている。ブ
ロワ１６は、ユニットベース上にしっかりと据え付けら
れている。

【００１５】筐体１１の鉛直方向下方、制御盤１４の下
部近傍には、筐体１１の外部から外気を吸入する外気吸
入ルーバ１１ａが形成されている。外気吸入ルーバ１１
ａの近傍に、さらに具体的には、その内側には、換気フ
ァン１８が設置されている。

【００１６】筐体１１の鉛直方向上方、改質器１３の上
部近傍には、筐体１１の外部に筐体内の空気を排出する
換気ルーバ１１ｂが形成されている。都合、換気ルーバ
１１ｂは、筐体１１内部に関して、外気吸入ルーバ１１
ａの反対側に位置している。ここで筐体１１は、外気吸
入ルーバ１１ａと換気ルーバ１１ｂ以外では外気と連通
していない。言い換えれば、筐体１１は、外気吸入ルー
バ１１ａと換気ルーバ１１ｂ以外では、実質的に密閉構
造となっている。また換気ルーバは一箇所である必要は
ない。したがって、換気ファン１８が運転されると、外
気吸入ルーバ１１ａから吸入された外気は、筐体１１内
部を流れた上で、換気ルーバ１１ｂから排出される。こ
のようにして、筐体１１内にこもろうとする熱が外部に
排出され、筐体１１内の温度上昇が抑えられる。

【００１７】筐体１１には、換気ルーバ１１ｂの下方に
排ガス口１１ｃが形成されており、後述の改質器１３の
排ガス及び燃料電池本体１２の排ガスをここから排出す
るように構成されている。

【００１８】空気ブロワ１６の吸込口には、吸込管１７
が接続されている。吸込管１７は、筐体１１内で、下部
に据え付けられた空気ブロワ１６から、鉛直方向上方に
引きまわされており、空気を吸い込む吸気口は、筐体１
１の上部で筐体１１の上壁の内側に開口している。特
に、筐体１１の最上部近傍で、制御盤１４の近傍に開口
するのが好ましい。制御盤１４内のＤＣ／ＤＣコンバー
タ１５の近傍に開口するのが、さらに好ましい。筐体１
１内の上方には、可燃性ガス検知器１９が設けられ、可
燃性ガスの漏れを検知するように構成されている。吸込
管としては、一実施例では、外径１２ｍｍ程度の樹脂チ
ューブを使用している。このように筐体１１内に主要機
器を収納して、燃料電池発電システムのパッケージが構
成されている。

【００１９】図２のＡ矢視図を参照して、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータの取り付けにつき説明する。ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ１５は、燃料電池本体１２から出力される直流電圧
を所定の電圧に昇圧するための機器である。これは燃料
電池システムを構成する機器の中でも、特に発熱量の多
い機器の一つである。

【００２０】図示のように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５
は、取りつけ板２０を介して、制御盤を形成する鋼板２
５に取り付けられている。制御盤はフレームにボルトで
固設されている。取りつけ板２０は、エル（Ｌ）字形状
の金具であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、エル字の
一辺を構成する面にねじで固設されている。但し、ＤＣ
／ＤＣコンバータ１５は、取り付け板２０を介すること
なく、例えば制御盤を形成する鋼板２５に直接取り付け
てもよい。

【００２１】取り付け板２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ
１５が発生する熱を放熱し易い構造に作られている。す
なわち、取り付け板２０は、熱伝導率の高い材料で形成
されている。例えばアルミニューム板が好ましいが、銅
板、鋼板、ステンレス鋼板であってもよい。また、取り
付け板２０は、放熱面積を極力大きくするのが好まし
く、例えば取り付け板２０の、ＤＣ／ＤＣコンバータ１
５を取りつける一辺を構成する面の面積は、ＤＣ／ＤＣ
コンバータ１５の取り付け面の面積よりも大きく形成さ
れる。すなわち、図中２０ａで示されるように、ＤＣ／
ＤＣコンバータ１５の取り付け面よりも張り出した余剰
面積を有している。この余剰面積は、図１にも示される
ように、取り付け板２０に取りつけられたＤＣ／ＤＣコ
ンバータの全周に設けるのが好ましい。但し、取り付け
のためのスペースが過大とならない程度とし、必要であ
れば折り曲げてもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１
５の基板を取り付け板２０に密着して取りつけるのが好
ましい。特にＤＣ／ＤＣコンバータ１５の取り付け面の
全面を取り付け板２０に密着して取りつけるのがさらに
好ましい。

【００２２】取り付け板２０には、不図示の放熱用フィ
ンを設けてもよい。特にＤＣ／ＤＣコンバータ取り付け
面とは反対側の面に設けるのがよい。

【００２３】図１の模式的正面図に戻って、このように
構成された実施の形態である燃料電池発電システムの作
用を説明する。ここでは燃料電池本体１２は、固体高分
子電解質型燃料電池である。ブロワ１６は、筐体１１の
上方、特にＤＣ／ＤＣコンバータ１５の近傍で加熱され
た空気を吸入して、その空気を改質器１３と燃料電池本
体１２に供給する。比較的重量物であり、また回転体で
あるので振動を発生し得るブロワ１６は、筐体１１内の
下方に設置されている。特にユニットベース上に設置さ
れている。したがって、システム全体の安定性が高い。

【００２４】改質器１３には、不図示の燃焼用燃料供給
路を通して燃焼用燃料が供給され、また不図示の原料供
給路を通して原料が供給されている。ブロワ１６により
供給される空気の一部は改質器１３に供給されるが、そ
の空気は前記燃焼用燃料を燃焼させ、その熱で前記原料
を改質して水素を主成分とする燃料ガスを発生する。燃
焼用燃料及び原料は典型的には都市ガス、特に天然ガス
である。

【００２５】前記燃料ガスは、燃料電池本体１２に供給
され、前記のブロワ１６により供給される酸化剤として
の空気と電気化学的反応を起こして直流電圧を発生す
る。この直流電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５に送ら
れ、ここで所定の電圧に調整される。このとき、かなり
の発熱がある。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の主た
る使用目的は、電池本体の出力電圧を所定の電圧に調
整すること、系統電源とユニットを絶縁すること、の
２つが挙げられる。

【００２６】吸気口１７ａはＤＣ／ＤＣコンバータ１５
の近傍に開口しているので、加熱された空気を吸入す
る。そして改質器１３と燃料電池本体１２を介して排ガ
スとなって、排ガス口１１ｃからシステム外に排出され
る。吸気口１７ａから吸入される空気は、外気吸入ルー
バ１１ａから吸入される。したがって、外気は外気吸入
ルーバ１１ａから吸気口１７ａに向かって流れ、その間
に主要機器、中でも制御盤１４、特にＤＣ／ＤＣコンバ
ータ１５を冷却する。なお、換気ファン１８が運転され
ていないときは、外気は外気吸入ルーバ１１ａからだけ
ではなく、換気ルーバ１１ｂからも吸入され得る。即
ち、換気ルーバ１１ｂも外気吸入ルーバとして機能し得
る。

【００２７】外気はその間に、加熱されるのでブロワ１
６はいわば予熱された空気を燃料電池本体１２及び改質
器１３に供給できる。換気ファン１８は、ブロワ１６に
よる空気量では、機器の冷却に不足して、筐体１１内が
高温になる場合だけ、運転すればよい。換気ファン１８
は、筐体１１内の空気の温度を検出する不図示のサーミ
スタにより発停する。なお発停は、サーモスタットによ
り行ってもよい。また、換気ファン１８を小容量のもの
とすることもできる。

【００２８】以上の実施の形態では、ブロワ１６は反応
空気ブロワ、燃焼空気ブロワ兼用のブロワとして説明し
たが、反応空気ブロワと燃焼空気ブロワと別々のブロワ
としてもよい。このときは、吸込管及び吸気口は２つの
ブロワ共通としてもよいし、それぞれ別に引きまわし
て、２つの吸気口をＤＣ／ＤＣコンバータ１５の近傍に
開口するように構成してもよい。

【００２９】図３の模式的正面図を参照して、本発明の
第２の実施の形態を説明する。第１の実施の形態を異な
るのは、ブロワ１６が筐体１１内の上部に設置されてい
る点である。したがって長い吸込管１７は不要であり、
または非常に短くて済む。管１７無しで、ブロワ１６の
吸込口を、筐体１１の上部で筐体１１の上壁の内側に開
口している。特に、制御盤１４の近傍に開口するのが好
ましい。制御盤１４内のＤＣ／ＤＣコンバータ１５の近
傍に開口するのが、さらに好ましい。ここで、「ブロワ
１６の吸込口を筐体１１の上部に開口する」というと
き、短い管がブロワ１６の吸込口に接続されている場合
も含む。短い管が吸込口に接続されているときは、その
管の吸込口を上記のような位置に開口すればよい。この
ように構成すると、吸込管を長く引きまわす必要がな
い。

【００３０】以上のように本発明の実施の形態によれ
ば、ＤＣ／ＤＣコンバータ等により加熱された筐体１１
内の空気を、滞留し易い上部からブロワ１６で積極的に
吸入するので、筐体１１の外部、いわばパッケージの外
部への排熱を効率よく行うことができる。

【００３１】また、換気ファン１８の運転時間を最小限
に抑えることができるので、又は小容量のファンで済む
ので、換気ファン１８による換気量が少なくなり、シス
テムとしての消費電力量を低減できる。また予熱された
空気を、燃料電池本体１２と改質器１３とに供給できる
ので、または燃料電池本体１２と改質器１３との少なく
とも一方に供給できるので、システムとしての効率が向
上する。

【００３２】またＤＣ／ＤＣコンバータの熱を空気に放
熱しやすい構造となっているので、ＤＣ／ＤＣコンバー
タの寿命を長くできる。また、筐体１１内の熱を効率よ
く排熱するので、可燃性ガス検知器１９や制御盤１４を
構成する部品等、高温を嫌う部品の寿命の向上を図るこ
とができる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、空気ブロ
ワは、筐体内の下部に設置されている場合は、システム
の機械的な安定性が向上する。また空気の吸込口は、筐
体の上部に開口しているので、筐体の上部に滞留する温
度の高い空気を空気ブロワが吸入することができる燃料
電池発電システムを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である燃料電池発電
システムの模式的正面図である。

【図２】図１の燃料電池発電システムのＡ矢視図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施の形態である燃料電池発電
システムの模式的正面図である。

【図４】従来の燃料電池発電システムの模式的正面図で
ある。

【符号の説明】

１１筐体１２燃料電池本体１３改質器１４制御盤１５ＤＣ／ＤＣコンバータ１６空気ブロワ１７吸込管１７ａ吸込口１８換気ファン１９可燃性ガス検知器２０取り付け板２１基板２２電子部品２５鋼板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木隆東京都港区港南１−６−34 荏原バラード株式会社内Ｆターム(参考） 5H027 AA02 BA01 CC04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ガスと空気中の酸素との電気化学的
反応により発電する燃料電池本体と；原料ガスを改質し
て前記燃料ガスを発生する改質器と；前記燃料電池本体
から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変圧するＤ
Ｃ／ＤＣコンバータと；前記燃料電池本体または前記改
質器の少なくとも一方に空気を供給する空気ブロワと；
前記空気ブロワの吸込口に空気を導く吸込管と；前記燃
料電池本体と前記改質器と前記ＤＣ／ＤＣコンバータと
前記空気ブロワとを一括して収容する筐体とを備え；前
記空気ブロワは、前記筐体内の下部に設置され、前記吸
込管の吸込口は、前記筐体の上部に開口している；燃料
電池発電システム。
【請求項２】燃料ガスと空気中の酸素との電気化学的
反応により発電する燃料電池本体と；原料ガスを改質し
て前記燃料ガスを発生する改質器と；前記燃料電池本体
から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変圧するＤ
Ｃ／ＤＣコンバータと；前記燃料電池本体または前記改
質器の少なくとも一方に空気を供給する空気ブロワと；
前記燃料電池本体と前記改質器と前記ＤＣ／ＤＣコンバ
ータと前記空気ブロワとを一括して収容する筐体とを備
え；前記空気ブロワは、前記筐体内の上部に設置され、
前記空気ブロワの吸込口は、前記筐体の上部に開口して
いる；燃料電池発電システム。
【請求項３】前記ＤＣ／ＤＣコンバータを設置するた
めの台板は、放熱板として構成されている、請求項１ま
たは請求項２に記載の燃料電池発電システム。