JP2007188894A - 燃料電池発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 システムの構成要素を機能上良好に動作させることができる。
【解決手段】 本体パッケージ１０ａの最上段には、燃料電池４０とが配置され、その下方のスペースには、燃料ガス生成部としての改質器３０及びＣＯ選択酸化部３４と、制御部としての電子制御ユニット６０とが離間して配置されている。したがって、電子制御ユニット６０は、改質器３０やＣＯ選択酸化部３４などの高温部と同じ本体パッケージ１０ａに収められているものの、高温部から離間して配置されていることから、システム稼働中に高温部の影響を受けにくく高温化しにくい。したがって、電子制御ユニット６０は機能上良好に動作することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池発電システムに関する。

近年、コージェネレーションシステムとして、環境問題を考慮して燃料電池を組み入れた発電システムが提案されている。この燃料電池としては、単セルを複数積層して構成されたものが知られており、単セルとしては、電解質膜と、この電解質膜を狭持するアノード及びカソードと、アノードに燃料ガスを供給しカソードに酸化ガスを供給すると共に隣り合う単セルとの隔壁をなすセパレータとを備えたものが知られている。また、燃料ガスとしては、バーナー等により加熱された燃料ガス生成器において炭化水素系燃料と水との反応により得られた水素リッチなガスを利用するものが知られている。

ところで、燃料電池発電システムにおいて、一つのパッケージ内に燃料電池や燃料ガス生成器などの各構成要素を収納したものが知られている。例えば、特開平９−１９９１５２号公報には、一つのパッケージを燃料室やモータ室や電源室に区切り、燃料室には燃料ガスとしての水素を発生する水素発生装置や燃料電池や熱交換器類などの各構成要素を収容している。
特開平９−１９９１５２号公報

しかしながら、上述した公報では、水素発生装置や燃料電池や熱交換器類などの各構成要素をどのようなレイアウトで配置するかを考慮していないため、特にコンパクトなパッケージを採用したときに各構成要素を機能上良好に動作させることが困難であった。

本発明は、上述の課題に鑑みなされたものであり、システムの構成要素を機能上良好に動作させることのできる燃料電池発電システムを提供することを目的の一つとする。また、コンパクトなパッケージを採用するのに適した燃料電池発電システムを提供することを目的の一つとする。

上述した目的の少なくとも一つを達成するために、本発明は以下の構成を採っている。

本発明の第１は、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電量を制御する制御部と、システム稼働中の温度が高温である高温部とを備えた燃料電池発電システムであって、前記制御部と前記高温部とは同じパッケージ内にて離間して配置されているものである。

この燃料電池発電システムでは、システムの構成要素の一つである制御部は高温部から離れて配置されているため、システム稼働中に高温部の影響を受けにくく高温化しにくい。したがって、この燃料電池発電システムによれば、制御部は機能上良好に動作することができる。

本発明の第１の燃料電池発電システムにおいて、前記制御部は、前記パッケージのうち前記高温部が配置された高温部配置面とは反対側の面に配置されていてもよい。こうすれば、制御部と高温部とを比較的大きく離して配置することができるため、制御部はより高温化しにくい。

本発明の第１の燃料電池発電システムにおいて、前記燃料電池と前記制御部と前記高温部とは同じパッケージ内に収められ、前記燃料電池が前記高温部の上方に配置されていてもよい。こうすれば、システム起動時等に高温部で暖められた空気が燃料電池の周りに集まりやすいため、暖機性が向上する。このシステム構成において、前記燃料電池は前記高温部と前記制御部との上方に配置され、該燃料電池の一端にガス及び冷却水の配管接続部、他端に電力取出部が設けられていてもよい。こうすれば、比較的小さなスペースで配管の接続や電力の取り出しが可能となるため、コンパクトなパッケージを採用するのに適している。

本発明の第１の燃料電池発電システムにおいて、前記高温部は、炭化水素系燃料と水との反応により得られる水素リッチなガスを燃料ガスとして前記燃料電池へ供給する燃料ガス生成部を含んでいてもよい。燃料ガス生成部はシステム稼働中に高温になるが、制御部はこの燃料ガス生成部から離れて配置されているため燃料ガス生成部によって高温化するのが防止される。

本発明の第１の燃料電池発電システムにおいて、前記高温部は、システム起動時に前記燃料電池を通過させなかった燃料ガス又はシステム運転時（つまり燃料電池の発電時）に前記燃料電池にて消費されなかった燃料ガスを燃焼するオフガス燃焼部を含んでいてもよい。こうすれば、制御部は、燃料ガスの燃焼によって高温になるオフガス燃焼部から離れて配置されているため、オフガス燃焼部によって高温化するのが防止される。

本発明の第１の燃料電池発電システムにおいて、前記制御部と前記高温部との間にはシステム稼働中の温度が低温である低温部が配置されていてもよい。こうすれば、コンパクトなパッケージを採用したとしても、制御部は低温部によって遮熱されているため一層高温化しにくい。このとき、前記制御部の近傍に前記低温部が配置されていてもよく、こうすれば、制御部は低温部によってより有効に遮熱される。

本発明の第１の燃料電池発電システムにおいて、前記低温部は、前記燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスの熱を奪うアノードオフガス熱交換器、前記燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガスの熱を奪うカソードオフガス熱交換器、及び前記燃料電池を冷却する冷却水の熱を奪う冷却水熱交換器のうちの少なくとも一つを含んでいてもよい。ここに示した各熱交換器はシステム稼働中の温度が低温のため、制御部を遮熱するうえで有用である。ここで、「アノードオフガス熱交換器」とは、アノードオフガスに含まれる水分を凝縮させる凝縮器も含む意であり、「カソードオフガス熱交換器」とは、カソードオフガスに含まれる水分を凝縮させる凝縮器も含む意である。

本発明の第１の燃料電池発電システムにおいて、前記低温部は、システム稼働に必要な水を貯留する水タンクを含んでいてもよい。水タンクも低温であるため、制御部を遮熱するうえで有用である。ここで、「水タンク」とは、例えば、炭化水素系燃料と水との反応により得られる水素リッチなガスを燃料ガスとして燃料電池へ供給する燃料ガス生成部における反応用の水を貯留するタンクであってもよいし、発熱反応である電気化学反応により高温化する燃料電池を冷却するための冷却水を貯留するタンク（いわゆるリザーバタンク）であってもよい。

本発明の第２は、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電量を制御する制御部と、システム稼働中に発生した排ガスを排出するガス排出部とを備えた燃料電池発電システムであって、前記制御部と前記ガス排出部とは同じパッケージ内に収められ、前記制御部は前記パッケージのうち前記ガス排出部が配置されたガス排出部配置面とは別の面に配置されているものである。

この燃料電池発電システムでは、システムの構成要素の一つである制御部は、パッケージのうちガス排出部配置面とは別の面に配置されているため、排ガスの影響を受けにくく、機能上良好に動作することができる。

本発明の第２の燃料電池発電システムにおいて、前記制御部は、前記ガス排出部配置面とは反対側の面に配置されていてもよい。こうすれば、制御部は排ガスの影響を一層受けにくい。ここで、前記ガス排出部は、前記燃料電池のアノード又はカソードから排出されたオフガス（燃料電池から排出されたのち何らかの処理が施されたあとのガスであってもよい）を排出してもよいし、炭化水素系燃料と水との反応により得られる水素リッチなガスを燃料ガスとして前記燃料電池へ供給する燃料ガス生成部のうち前記反応に必要な熱を供給する燃焼部の燃焼排ガスを排出してもよい。

次に、本発明の好適な一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、燃料電池発電システム１０の構成の概略を示すブロック図、図２は燃料電池発電システム１０の電子制御ユニット６０の信号入出力を示すブロック図である。

この燃料電池発電システム１０は、図１に示すように、主として、都市ガスを水素リッチな改質ガスに改質する改質器３０と、改質ガス中の一酸化炭素を低減して燃料ガスとするＣＯ選択酸化部３４と、都市ガスと蒸気とを適当な比率で混合した混合気を改質器３０へ供給する混合器２８と、混合器２８へ供給する蒸気の供給源に当たる水タンク２６と、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池４０と、貯湯槽５２に貯留された熱交換媒体５４としての水又は湯を循環する熱交換媒体循環経路５０の途中に配置された各熱交換器４２，４４，４５，４６とを備えている。この図１における白抜き矢印は、循環経路５０を流通する熱交換媒体５４の流れを表し、[１]と[１]、[２]と[２]、[３]と[３]はそれぞれ繋がっているものとする。また、燃料電池発電システム１０は、図２に示すように、燃料電池４０からの直流電力の電圧および電流を調整して所望の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ５と、変換された直流電力を商用電源２と同位相の交流電力に変換して商用電源２から負荷１６へ電力を供給する電力ライン１２に遮断器７を介して供給するインバータ６と、電圧または電流が調整された直流電力の一部を降圧して補機電源として機能するＤＣ／ＤＣコンバータ８と、負荷１６で消費する負荷電力を検出する負荷電力計４と、システム全体をコントロールする制御部としての電子制御ユニット６０とを備えている。

改質器３０は、混合器２８から導入される都市ガスと蒸気との混合気を次式（１）及び次式（２）の水蒸気改質反応及びシフト反応に供することにより、水素リッチな改質ガスを生成する。改質器３０には、こうした反応に必要な熱を供給する燃焼部３２が設けられており、燃焼部３２には、ガス配管２２からバルブ２２１及び昇圧ポンプ２２３を介して都市ガスが供給されると共に燃焼に必要な空気が供給され、更にアノードオフガス熱交換器４２を通過した後のアノードオフガスが供給されるように配管されている。つまり、アノードオフガスを有効利用するために、アノードオフガス中の未反応の水素を燃焼部３２の燃料として用いることができるように構成されている。なお、本実施形態では燃焼部３２としてバーナーを採用している。燃焼部３２を含む改質器３０のシステム稼働中の内部温度は数百℃（６００〜７００℃程度）に達する。

[数１]
ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ₂ （１）
ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂ （２）

ＣＯ選択酸化部３４は、図示しない配管による空気の供給を受けて水素の存在下で一酸化炭素を選択して酸化する一酸化炭素選択酸化触媒（例えば白金とルテニウムの合金による触媒）により、改質ガス中の一酸化炭素を選択酸化して一酸化炭素濃度が極めて低い（本実施形態では数ｐｐｍ程度）水素リッチな燃料ガスとする。このＣＯ選択酸化部３４のシステム稼働中の内部温度は数百℃に達する。なお、改質器３０及びＣＯ選択酸化部３４が本発明の燃料ガス生成部に相当する。

混合器２８は、ガス配管２２からバルブ２２１及び昇圧ポンプ２２２を経たあと脱硫器２４で硫黄分の除去された都市ガスと、水タンク２６からの水が蒸発器２７にて蒸発された蒸気とを適当な比率で混合し、改質器３０に供給する。

水タンク２６は、定量ポンプ２６１及びバルブ２６２を介して蒸発器２７に配管接続されている。水タンク２６に貯められた水は、定量ポンプ２６１の駆動により蒸発器２７に供給される。この水タンク２６には、水道水を浄化・精製する水精製器２５から精製水が供給されるほか、アノードオフガス熱交換器４２及びカソードオフガス熱交換器４４から凝縮水が供給されるように配管されている。この水タンク２６のシステム稼働中の内部温度は数十℃（概ね５０℃以下）である。

燃料電池４０は、単セル４１０（図３参照）を複数積層してなる固体高分子型の燃料電池として構成されており、単セル４１０は、図３に示すように、電解質膜４１２と、この電解質膜４１２を狭持するアノード４１４及びカソード４１６と、このアノード４１４に燃料ガスを供給する燃料ガス供給路４１５を有するセパレータ４１８及びカソード４１６に酸化ガスを供給する酸化ガス供給路４１７を有するとセパレータ４２０とから構成され、セパレータ４１８，４２０は隣り合う単セル４１０との隔壁をなす。また、アノード４１４は触媒電極４１４ａとガス拡散電極４１４ｂとからなり、カソード４１６は触媒電極４１６ａとガス拡散電極４１６ｂとからなる。そして、各単セル４１０のアノード４１４にはＣＯ選択酸化部３４から燃料ガスが供給され、各単セル４１０のカソード４１６にはブロア４１から加湿器４１１を経て酸化ガスとしての空気が供給されることにより、燃料ガス中の水素と酸化ガス中の酸素との電気化学反応によって発電する。

熱交換媒体循環経路５０は、貯湯槽５２に貯留された熱交換媒体５４がこの貯湯槽５２からアノードオフガス熱交換器４２、カソードオフガス熱交換器４４、燃焼排ガス熱交換器４５、冷却水熱交換器４６をこの順に経たのち再び貯湯槽５２に戻るという循環経路である。循環ポンプ５１は、熱交換媒体循環経路５０の途中に設けられ、貯湯槽５２から熱交換媒体循環経路５０に熱交換媒体５４を循環させる。また、貯湯槽５２に貯留された熱交換媒体５４としてのお湯は、図示しない給湯経路を通じて所定箇所に供給され、お湯が供給されたあと貯湯槽５２には満水になるように水道水が補給される。

アノードオフガス熱交換器４２は、システム起動時（運転開始直後）には、電子制御ユニット６０によってバルブ６１及びバルブ６３が開放されバルブ６２及びバルブ６４が閉鎖されるため、ＣＯ選択酸化部３４から送り込まれた初期の燃料ガスと熱交換媒体循環経路５０を通過する熱交換媒体５４との間で熱交換を行う。このアノードオフガス熱交換器４２において、熱交換媒体５４は初期の燃料ガスの凝縮潜熱を奪うことにより熱を回収し、燃料ガスは凝縮潜熱が奪われることにより水分が凝縮し低湿度化する。また、アノードオフガス熱交換器４２は、熱交換後の燃料ガスを初期オフガス燃焼器５７に供給する。初期オフガス燃焼器５７に送り込まれた燃料ガスは、この初期オフガス燃焼器５７にて触媒燃焼したあと初期オフガス熱交換器５８を経て第１ガス排出口４９（図４参照）から外部へ放出される。なお、初期オフガス熱交換器５８及び初期オフガス燃焼器５７は冷却水循環経路４３に組み込まれており、燃料電池４０を通過したあとの冷却水が初期オフガス熱交換器５８及び初期オフガス燃焼器５７をこの順で通過して冷却する。

一方、アノードオフガス熱交換器４２は、定常運転時には、電子制御ユニット６０によってバルブ６１及びバルブ６３が閉鎖されバルブ６２及びバルブ６４が開放されるため、ＣＯ選択酸化部３４から燃料電池４０のアノード４１４を経て排出されたアノードオフガスと熱交換媒体循環経路５０を通過する熱交換媒体５４との間で熱交換を行う。このアノードオフガス熱交換器４２において、熱交換媒体５４はアノードオフガスの凝縮潜熱を奪うことにより熱を回収し、アノードオフガスは凝縮潜熱が奪われることにより水分が凝縮し低湿度化する。また、アノードオフガス熱交換器４２は、熱交換後のアノードオフガスを燃焼部３２に供給すると共に、アノードオフガス中の水分が凝縮して得られた凝縮水を水タンク２６へ供給する。このアノードオフガス熱交換器４２のシステム稼働中の内部温度は数十℃（５０〜８０℃程度）である。

カソードオフガス熱交換器４４は、燃料電池４０のカソード４１６から排出されたカソードオフガスと熱交換媒体循環経路５０を通過する熱交換媒体５４との間で熱交換を行う。このカソードオフガス熱交換器４４において、熱交換媒体５４はカソードオフガスの凝縮潜熱を奪うことにより熱を回収し、カソードオフガスは凝縮潜熱が奪われることにより水分が凝縮する。また、カソードオフガス熱交換器４４は、熱交換後のカソードオフガスを第１ガス排出口４９（図４参照）から大気中に放出すると共に、カソードオフガス中の水分が凝縮して得られた凝縮水を水タンク２６へ供給する。このカソードオフガス熱交換器４４のシステム稼働中の内部温度は数十℃（５０〜８０℃程度）である。

燃焼排ガス熱交換器４５は、燃焼部３２で発生する燃焼排ガスと熱交換媒体循環経路５０を通過する熱交換媒体５４との間で熱交換を行う。この燃焼排ガス熱交換器４５において、熱交換媒体５４は燃焼排ガスから熱を奪って回収する。なお、燃焼排ガスとは、都市ガス又はアノードオフガス熱交換器４２を経た後のアノードオフガスと空気中の酸素とが燃焼し、改質器３０を囲うように設けられた図示しないジャケットを通過したあと第２ガス排出口５９（図４参照）排出されるガスである。

冷却水熱交換器４６は、冷却水循環経路４３の途中に設けられている。ここで、冷却水循環経路４３は、循環ポンプ４８によってリザーバタンク４７に貯留された冷却水がこのリザーバタンク４７から燃料電池４０の図示しない冷却水通路を経たのち初期オフガス熱交換器５８、初期オフガス燃焼器５７の図示しない冷却水通路、冷却水熱交換器４６をこの順に通過して再びリザーバタンク４７に戻るという循環経路である。但し、冷却水循環経路４３のうち冷却水熱交換器４６とリザーバタンク４７との間には、ファンによる強制冷却を行う冷却器５５を備えたバイパス経路が設けられており、冷却水が予め設定した温度を越えないときにはバイパス経路の分岐点に設けられたサーモスタット５６が作動せず、冷却水を冷却水熱交換器４６から直ちにリザーバタンク４７へ導き、一方、冷却水が所定温度を越えたときにはサーモスタット５６が作動し、冷却水をバイパス経路へ導いて冷却器５５にて強制的に冷やしたあとリザーバタンク４７へ導く。冷却水熱交換器４６は、燃料電池４０、初期オフガス熱交換器５８及び初期オフガス燃焼器５７を通過したあとの冷却水（各部を冷却することにより温水になっている）と熱交換媒体循環経路５０を通過する熱交換媒体５４との間で熱交換を行う。燃料電池４０における電気化学反応は発熱反応であるが、このように冷却水を循環させることにより、燃料電池４０は適温（本実施形態では８０〜９０℃）に保持される。この冷却水熱交換器４６のシステム稼働中の内部温度は数十℃（５０〜８０℃程度）である。

燃料電池４０の出力端子は、図２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５，インバータ６，遮断器７を介して商用電源２から負荷１６への電力ライン１２に接続されており、燃料電池４０からの直流電力が商用電源２と同位相の交流電力に変換されて商用電源２からの交流電力に付加されて負荷１６に供給できるようになっている。ＤＣ／ＤＣコンバータ５やインバータ６は、一般的なＤＣ／ＤＣコンバータ回路やインバータ回路として構成されているから、その詳細な説明は省略する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力側から分岐した電力ラインには、各種バルブ２９，６１〜６４，２２１，２６２のソレノイドや、各種ポンプ４８，５１，２２２，２２３，２６１や、ブロア４１などの補機に直流電力を供給する直流電源として機能するＤＣ／ＤＣコンバータ８が接続されている。なお、負荷１６は、遮断器１８を介して電力ライン１２に接続されている。

電子制御ユニット６０は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含むマイクロプロセッサとして構成されている。この電子制御ユニット６０には、インバータ６内の図示しない電流センサや電圧センサからの出力電流や電圧，負荷電力計４からの負荷電力，改質器３０やＣＯ選択酸化部３４，燃料電池４０に取り付けられた図示しない温度センサからの各温度などが入力される。また、電子制御ユニット６０からは、各種バルブ２９，６１〜６４，２２１，２６２のソレノイドへの駆動信号や、各種ポンプ４８，５１，２２２，２２３，２６１への駆動信号や、ブロア４１への駆動信号や、燃焼部３２への点火信号のほか、ＤＣ／ＤＣコンバータ５やＤＣ／ＤＣコンバータ８への制御信号，インバータ６へのスイッチング制御信号，遮断器７への駆動信号などが出力される。

この電子制御ユニット６０は、負荷電力計４によって検出された負荷電力に応じてハイ、ミドル、ローのいずれかの運転モードが決まると、その運転モードに応じて定められた電力を目標出力電力として、燃料電池４０からの直流電力がインバータ６で変換されて電力ライン１２に供給される交流電力が目標出力電力となるように、燃料電池４０の発電量を制御したり、ＤＣ／ＤＣコンバータ５やインバータ６を制御したりする。ここで、燃料電池４０の発電量の制御とは、例えば都市ガスのバルブ２２１や昇圧ポンプ２２２あるいは水タンク２６の定量ポンプ２６１やバルブ２６２を制御することにより燃料電池４０への燃料ガスの供給量を制御したり、ブロア４１を制御することにより酸化ガスの供給量を制御したりすることをいう。

次に、こうして構成された燃料電池発電システム１０のパッケージ構成について説明する。図１及び図２に示すように、燃料電池発電システム１０は、本体パッケージ１０ａと、貯湯パッケージ１０ｂと、系統連係パッケージ１０ｃとを備え、各パッケージ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、それぞれ一つの筐体の内部に種々のシステム構成部品を収納している。即ち、本体パッケージ１０ａには、主として、改質器３０やＣＯ選択酸化部３４や水タンク２６や燃料電池４０やブロア４１やアノードオフガス熱交換器４２やカソードオフガス熱交換器４４や燃焼排ガス熱交換器４５や冷却水熱交換器４６やリザーバタンク４７や電子制御ユニット６０などが収められている。また、貯湯パッケージ１０ｂには、主として、水精製器２５や貯湯槽５２などが収められている。更に、系統連係パッケージ１０ｃには、主として、ＤＣ／ＤＣコンバータ５，８やインバータ６などが収められている。

本体パッケージ１０ａについて図４に基づいて更に詳しく説明する。図４は本体パッケージ１０ａに収納された主要部品のレイアウトを示す説明図であって、本体パッケージ１０ａのうち開閉又は着脱可能な図示しない前面扉を開いたときの正面図であり、左右が幅、上下が高さ、前後（紙面に垂直方向）が奥行きを表す。本実施形態の本体パッケージ１０ａは、幅７００ｍｍ、奥行き３６０ｍｍ、高さ９００ｍｍの直方体形状の筐体であり、従来に比べてコンパクトな大きさになっている。

本体パッケージ１０ａの最上段には、燃料電池４０とリザーバタンク４７と加湿器４１１とが配置され、リザーバタンク４７が燃料電池４０の手前に配置されている。この燃料電池４０は、左端壁に燃料ガス、酸化ガス及び冷却水の配管接続部４０ａを備え、右端壁に系統連係パッケージ１０ｃに電力を出力する電力取出部４０ｂを備えている。また、本体パッケージ１０ａのうち燃料電池４０の下方のスペースには、燃料ガス生成部としての改質器３０及びＣＯ選択酸化部３４と、制御部としての電子制御ユニット６０とが隣接せず離間して配置されている。具体的には、システム稼働中の温度が高温である改質器３０及びＣＯ選択酸化部３４は本体パッケージ１０ａの左側面にほぼ接するように配置され、電子制御ユニット６０は本体パッケージ１０ａの右側面にほぼ接するように配置されている。また、改質器３０の近傍にはシステム起動時の温度が高温であるオフガス燃焼器５７が配置され、電子制御ユニット６０はこのオフガス燃焼器５７とも隣接せず離間して配置されている。なお、以下において、ＣＯ選択酸化部３４、改質器３０及びオフガス燃焼器５７を高温部と称する。

また、高温部と電子制御ユニット６０との間には、システム稼働中の温度が低温であるアノードオフガス熱交換器４２やカソードオフガス熱交換器４４や冷却水熱交換器４６や水タンク２６が配置されており、特にこれらは電子制御ユニット６０の近傍に配置されている。また、各種ポンプ４８，５１，２２２，２２３，２６１は本体パッケージ１０ａの底面略中央に配置され、ブロア４１がその上方に配置され、ガス配管２２（図１参照）から都市ガスを導入する都市ガス導入口２２ａ及び貯湯パッケージ１０ｂの水精製器２５から精製水を導入する精製水導入口２５ａが本体パッケージ１０ａの右側面に設けられている。

更に、システム稼働中に発生した排ガスを排出する第１ガス排出口４９及び第２ガス排出口５９は、電子制御ユニット６０が配置されている右側面とは反対側の左側面に配置されている。本実施形態では、システム稼働中にカソードオフガス熱交換器４４を通過したあとの排ガスは、第１ガス排出口４９から外部へ排出される。また、システム起動時にアノードオフガス熱交換器４２を通過したあと初期オフガス燃焼器５７にて触媒燃焼されたときに生成した排ガスも、初期オフガス熱交換器５８を経て第１ガス排出口４９から外部へ排出される。一方、定常運転時にアノードオフガス熱交換器４２を通過したあと燃焼部３２に供給されたアノードオフガスが燃焼部３２にて燃焼されたときに生成した燃焼排ガスや、昇圧ポンプ２２３を介して燃焼部３２に供給された都市ガスが燃焼部３２にて燃焼されたときに生成した燃焼排ガスは、燃焼排ガス熱交換器４５を経て第２ガス排出口５９から外部へ排出される。

以上詳述した本実施形態の燃料電池発電システム１０によれば、電子制御ユニット６０は、高温部（改質器３０，ＣＯ選択酸化部３４及びオフガス燃焼部５７）と同じ本体パッケージ１０ａに収められているものの、高温部と隣接せずに離間して配置されていることから、システム稼働中に高温部の影響を受けにくく高温化しにくい。したがって、電子制御ユニット６０は機能上良好に動作することができる。

また、電子制御ユニット６０は、電子制御ユニット６０と高温部との間に配置されている低温部（アノードオフガス熱交換器４２やカソードオフガス熱交換器４４や冷却水熱交換器４６や水タンク２６）によって遮熱されているため、本実施形態のように本体パッケージ１０ａをコンパクト化した場合であっても高温化しにくい。特に、アノードオフガス熱交換器４２、カソードオフガス熱交換器４４、冷却水熱交換器４６及び水タンク２６は、電子制御ユニット６０の近傍に配置されているため、電子制御ユニット６０はより有効に遮熱される。

更に、電子制御ユニット６０は、本体パッケージ１０ａのうち第１及び第２ガス排出口４９，５９が配置されている左側面とは反対側の右側面にほぼ接するようにして配置されているため、本実施形態のように本体パッケージ１０ａをコンパクト化した場合であっても排ガスの影響を受けにくく、機能上良好に動作することができる。

更にまた、本実施形態では、高温部の上方に燃料電池４０が配置されているため、システム起動時等に高温部で暖められた空気が燃料電池４０の周りに集まりやすく暖機性が向上する。

そしてまた、燃料電池４０は一端にガス及び冷却水の配管接続部４０ａ、他端に電力取出部４０ｂを備えているため、比較的小さなスペースで配管の接続や電力の取り出しが可能となり、本実施形態のように本体パッケージ１０ａとしてコンパクトなパッケージを採用するのに適している。特に電力取出部４０ｂは本体パッケージ１０ａの右側面から露出しやすい位置に配置されているため、系統連係パッケージ１０ｃと接続する作業を容易に行うことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

例えば、上述した実施形態では、オフガス燃焼部５７を触媒作用によって燃焼するように構成したが、バーナ（火炎）によって燃焼するように構成してもよい。

また、上述した実施形態では、本体パッケージ１０ａにおいてリザーバタンク４７を燃料電池４０の手前に配置したが、このリザーバタンク４７を電子制御ユニット６０の上部と近接する位置に配置したり、高温部と電子制御ユニット６０との間に配置したりしてもよい。こうすれば、リザーバタンク４７により電子制御ユニット６０を高温部から有効に遮熱することができる。

更に、上述した実施形態で採用した本体パッケージ１０ａは幅７００ｍｍ、奥行き３６０ｍｍ、高さ９００ｍｍの直方体形状の筐体としたが、特にそのサイズに限定されるものではなく、直方体形状以外の筐体（例えば円筒形状など）としてもよいし、更にコンパクトなサイズを採用してもよい。

燃料電池発電システムの構成の概略を示すブロック図である。 燃料電池発電システムの電子制御ユニットの信号入出力を示すブロック図である。 燃料電池を構成する単セルの断面図である。 本体パッケージに収納された主要部品のレイアウトを示す説明図である。

符号の説明

５，８…ＤＣ／ＤＣコンバータ、６…インバータ、１０…燃料電池発電システム、１０ａ…本体パッケージ、１０ｂ…貯湯パッケージ、１０ｃ…系統連係パッケージ、２２…ガス配管、２４…脱硫器、２５…水精製器、２６…水タンク、２７…蒸発器、２８…混合器、３０…改質器、３２…燃焼部、３４…ＣＯ選択酸化部、４０…燃料電池、４１…ブロア、４２…アノードオフガス熱交換器、４３…冷却水循環経路、４４…カソードオフガス熱交換器、４５…燃焼排ガス熱交換器、４６…冷却水熱交換器、４７…リザーバタンク、４８…循環ポンプ、４９…第１ガス排出口、５０…熱交換媒体循環経路、５１…循環ポンプ、５２…貯湯槽、５４…熱交換媒体、４１０…単セル、４１２…電解質膜、４１４…アノード、４１５…燃料ガス供給路、４１６…カソード、４１７…酸化ガス供給路、４１８，４２０…セパレータ。

Claims (14)

1. 燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電量を制御する制御部と、システム稼働中の温度が高温である高温部とを備えた燃料電池発電システムであって、
   前記制御部と前記高温部とは同じパッケージ内にて離間して配置されている
   燃料電池発電システム。
2. 前記制御部は、前記パッケージのうち前記高温部が配置された高温部配置面とは反対側の面に配置されている
   請求項１記載の燃料電池発電システム。
3. 前記燃料電池と前記制御部と前記高温部とは同じパッケージ内に収められ、前記燃料電池が前記高温部の上方に配置されている
   請求項１又は２記載の燃料電池発電システム。
4. 前記燃料電池は前記高温部と前記制御部との上方に配置され、該燃料電池の一端にガス及び冷却水の配管接続部、他端に電力取出部が設けられている
   請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
5. 前記高温部は、炭化水素系燃料と水との反応により得られる水素リッチなガスを燃料ガスとして前記燃料電池へ供給する燃料ガス生成部を含む
   請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
6. 前記高温部は、システム起動時に前記燃料電池を通過させなかった燃料ガス又はシステム運転時に前記燃料電池にて消費されなかった燃料ガスを燃焼するオフガス燃焼部を含む
   請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
7. 前記制御部と前記高温部との間にはシステム稼働中の温度が低温である低温部が配置されている
   請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
8. 前記制御部の近傍には前記低温部が配置されている
   請求項７記載の燃料電池発電システム。
9. 前記低温部は、前記燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスの熱を奪うアノードオフガス熱交換器、前記燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガスの熱を奪うカソードオフガス熱交換器、及び前記燃料電池を冷却する冷却水の熱を奪う熱交換器のうちの少なくとも一つを含む
   請求項７又は８記載の燃料電池発電システム。
10. 前記低温部は、システム稼働に必要な水を貯留する水タンクを含む
    請求項７〜９のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
11. 燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電量を制御する制御部と、システム稼働中に発生した排ガスを排出するガス排出部とを備えた燃料電池発電システムであって、
    前記制御部と前記ガス排出部とは同じパッケージ内に収められ、前記制御部は前記パッケージのうち前記ガス排出部が配置されたガス排出部配置面とは別の面に配置されている
    燃料電池発電システム。
12. 前記制御部は、前記ガス排出部配置面とは反対側の面に配置されている
    請求項１１記載の燃料電池発電システム。
13. 前記ガス排出部は、前記燃料電池のアノード又はカソードから排出されたオフガスを排出する
    請求項１１又は１２記載の燃料電池発電システム。
14. 前記ガス排出部は、炭化水素系燃料と水との反応により得られる水素リッチなガスを燃料ガスとして前記燃料電池へ供給する燃料ガス生成部のうち前記反応に必要な熱を供給する燃焼部の燃焼排ガスを排出する
    請求項１１〜１３のいずれかに記載の燃料電池発電システム。

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