JP2009245814A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で、筐体内部の換気ができ、かつ筐体外部に燃焼ガスが万一滞留しても、かかるガスを筐体内部に吸い込むことを抑制できる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【解決手段】燃料ガスから改質ガスを生成する改質器２１と、改質ガスと酸化剤ガスとにより発電される燃料電池１１と、筐体７０の外部に開口し筐体内を冷却する冷却用空気を筐体内部の収納空間にインバータシステム１５を経由して導入するための冷却経路８０と、冷却経路に冷却用空気を筐体の外部から導入するための空気ブロア３１と、燃料電池システムの異常発生時、もしくはメンテナンス時に電源ラインとの回路を遮断するブレーカと、を備え、筐体は、改質器、燃料電池、インバータシステム、空気ブロア、及びブレーカを収納空間に収納し、空気ブロアによって筐体の外部から導入された冷却用空気がインバータシステムを冷却して収納空間に導入され、収納空間の圧力が大気圧より高く維持される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

従来から、燃料電池システムを覆う筐体内部の温度を下げるため、および筐体内部での漏出により、筐体内部に溜まった可燃ガス（例えば水素ガス、都市ガス１３Ａ等）を外部に放出するための一方策として、換気ファンによる強制換気の方法が用いられており、一例として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１では図５〜図８に示されるように、筐体を構成する一面に吸気口８３、８４が設けられ、排気口９０が、こちらも筐体を構成する一面に排気ファンを兼ねて設けられている。排気ファンは筐体内部の空気を排気口から外部に放出する方向にファンを回転作動させることにより、筐体内部の圧力を低下させ、それによって筐体を構成する一面に設けられた吸気口から外部の空気が筐体内部に導入され、筐体内部の熱を奪って、そして排気口外部へ排出されていく。これにより、筐体内部は常に温度の低い新鮮な外気によって換気されることとなり、筐体内部の温度上昇と、水素等の可燃ガスの滞留を防止することができる。
特開２００６−１４０１６５号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載のシステムにおいては、換気動作中は、筐体内部が減圧するため、筐体に意図しない隙間があったときは、隙間から筐体外部の空気を吸い込む可能性がある。特許文献１の実施の形態においても筐体外部に脱硫器１２が設置されており、脱硫器１２と燃料ガス配管との接続部から、又は脱硫器１２から燃料ガスが漏れ、かつ漏れ部近傍の筐体に筐体内部と連通される隙間があった場合は、隙間から、漏れた燃料ガスを吸い込んでしまう恐れがある。とくに、筐体内部に配置され、緊急時に系統電源との回路を遮断する機能をもつブレーカ近傍に燃料ガスが滞留することは好ましくない。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、簡素な構成で、筐体内部の換気ができ、筐体内部における燃料ガスの滞留を低減できる燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、燃料ガスから改質ガスを生成する改質器と、改質ガスと酸化剤ガスとにより発電し出力電力を燃料電池システムの内部負荷および外部負荷に供給可能な燃料電池と、筐体の外部に開口し前記筐体内を冷却する冷却用空気を前記筐体内部の収納空間に前記インバータシステムを経由して導入するための冷却経路と、前記冷却経路に冷却用空気を前記筐体の外部から導入するための空気ブロアと、前記燃料電池システムの異常発生時、もしくはメンテナンス時に前記電源ラインとの回路を遮断するブレーカと、を備え、前記筐体は、前記改質器、燃料電池、インバータシステム、空気ブロア、及びブレーカを前記収納空間に収納し、前記空気ブロアによって前記筐体の外部から導入された冷却用空気が前記インバータシステムを冷却して前記収納空間に導入され、該収納空間の圧力が大気圧より高く維持されることである。

請求項２に係る発明の構成上の特徴は、燃料ガスから改質ガスを生成する改質器と、改質ガスと酸化剤ガスとにより発電し出力電力を燃料電池システムの内部負荷および外部負荷に供給可能な燃料電池と、筐体の外部に開口し前記筐体内を換気する換気用空気を前記筐体内部の収納空間に導入するための換気経路と、前記換気経路に換気用空気を前記筐体の外部から導入するための空気ブロアと、前記燃料電池システムの異常発生時、もしくはメンテナンス時に前記電源ラインとの回路を遮断するブレーカと、を備え、前記筐体は、前記改質器、燃料電池、空気ブロア、及びブレーカを前記収納空間に収納し、前記空気ブロアによって前記筐体の外部から導入された換気用空気が前記収納空間に導入され、該収納空間の圧力が大気圧より高く維持されることである。

請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、前記収納空間の一端部を前記ブレーカが配置される操作部空間とし、前記燃料ガスの付臭成分を除去するための脱硫器を収納するメンテナンス空間を前記筐体内部の前記一端部に前記収納空間から隔離して前記操作部空間に隣接して形成し、前記操作部空間とメンテナンス空間を隔離する隔壁に、前記操作部空間の空気を前記メンテナンス空間に排出する排出通路を設けたことである。

請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項３において、前記メンテナンス空間の上方に前記操作部空間を配置し、前記メンテナンス空間を覆うメンテナンスパネルを前記筐体に開閉可能に設けたことである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、筐体外部からブロアによって冷却用経路に導入される冷却用空気がインバータシステムを冷却して筐体内部の収納空間に導入される。これにより収納空間の圧力は、大気圧より高くなり、収納空間の空気が筐体の隙間などを排出通路として筐体の外部に流出するので、筐体内部の収納空間に燃料ガスが滞留することを低減できる。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、筐体外部からブロアによって換気用経路に導入される換気用空気が筐体内部の収納空間に導入される。これにより収納空間の圧力は、大気圧より高くなり、収納空間の空気が筐体の隙間などを排出通路として筐体の外部に流出するので、筐体内部の収納空間に燃料ガスが滞留することを低減できる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、筐体内部の収納空間のうちブレーカが配置される操作部空間と、燃料ガスの付臭成分を除去するための脱硫器を収納するメンテナンス空間を隔離する隔壁に、前記操作部空間の空気を前記メンテナンス空間に排出する排出通路が設けられる。これにより、操作部空間からメンテナンス空間への空気流を作ることができ、ブレーカ近傍に燃料ガスが滞留することが低減できる。よって、操作部空間に、例えば、燃料ガス配管から漏れた燃料ガスを吸入したりして、燃料ガスが滞留することを低減できる。

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、燃料ガスの付臭成分を除去するための脱硫器を収納するメンテナンス空間の上方にブレーカが配置される操作部空間が設けられているので、メンテナンス時にブレーカの操作及び保護が容易になる。また、筐体に開閉可能なメンテナンスパネルでメンテナンス空間を覆っても、操作部空間からメンテナンス空間への空気流により、ブレーカ近傍に燃料ガスが滞留することが低減できる。

以下、本発明による燃料電池システムの第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は燃料電池システムの構成を示す構成ブロック図である。この燃料電池システムは、燃料電池１１、系統電源１２、電源ライン１３、補機１４、インバータシステム１５、燃料電池システム制御装置１７、改質器２１、メンテナンス用操作盤４１、ブレーカ５１から構成されている。なお、文中の前、後、左、右、上、下とは図面に記したとおりとする。

燃料電池１１は、水素リッチな改質ガスおよび酸化剤ガス（例えば酸素を含む空気）が供給されて水素と酸素の化学反応により発電して直流電圧（例えば４０Ｖ）を出力するものである。

改質器２１は、燃料ガスを水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池１１に供給するものであり、バーナ（燃焼部）１８、改質部、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）および一酸化炭素選択酸化反応部（以下、ＣＯ選択酸化部という）から構成されている。燃料ガスとしては天然ガス、ＬＰＧ、ガソリン、メタノールなどがある。バーナ１８は、起動運転時に外部から燃焼用燃料ガスおよび燃焼用空気が供給され、または定常運転時に燃料電池１１の燃料極からアノードオフガス（燃料電池に供給され使用されずに排出された改質ガス）が供給され、供給された各可燃性ガスを燃焼して燃焼ガスを改質部に導出するものである。燃焼用空気は後述のインバータボックス２７に導入される冷却用空気の一部がインバータボックス内から分流され、空気ポンプ２４によって供給される。またバーナ１８にて燃焼されたガスは改質器２１の排気口に接続された排気管を通って外部に排出される。

改質部は、外部から供給された燃料ガスに蒸発器からの水蒸気（改質水）を混合した混合ガスを改質部に充填された触媒により改質して水素ガスと一酸化炭素ガスを生成している（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気を水素ガスと二酸化炭素とに変成している（いわゆる一酸化炭素シフト反応）。これら生成された水素リッチな改質ガスはＣＯシフト部に導出される。

ＣＯシフト部は、この改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気をその内部に充填された触媒により反応させて水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度が低減されてＣＯ選択酸化部に導出される。

ＣＯ選択酸化部は、改質ガスに残留している一酸化炭素と外部からさらに供給されたＣＯ浄化用の空気とを、その内部に充填された触媒により反応させて二酸化炭素を生成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）燃料電池１１の燃料極に導出される。

改質器２１に供給される燃料ガス、改質水（水）および空気（ＣＯ浄化用）は、それぞれ燃料ポンプ２２、改質水ポンプ２３および空気ポンプ２４によって供給されており、その供給量は燃料電池システム制御装置１７の指令に基づいて制御されている。燃料ポンプ２２、改質水ポンプ２３および空気ポンプ２４の供給量を制御することにより、改質器２１から供給される改質ガスの供給量は調整することができる。

系統電源（または商用電源）１２は、該系統電源１２に接続された電源ライン１３を介して外部負荷１９に電力を供給するものである。燃料電池１１はインバータシステム１５およびブレーカ５１を介して電源ライン１３に接続されている。外部負荷１９は、当該燃料電池システムの外に配設されている電力負荷であり、例えば家庭内に配設されているテレビなどの家電製品である。

内部負荷の一つである補機１４は、改質器２１に燃料、水、空気を供給するためのモータ駆動の各ポンプ２２〜２４および電磁式バルブ、燃料電池１１に改質ガス、空気（酸素）を供給するための電磁式バルブなどから構成されている。この補機１４は直流電圧にて駆動されるものであり、その駆動電圧は補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｆから供給されるようになっている。内部負荷は、当該燃料電池システムの内に配設されている電力負荷であり、補機１４、燃料電池システム制御装置１７を含んでいる。

インバータシステム１５は、燃料電池１１から出力される直流電圧を所定の交流電圧に変換して系統電源１２に接続されている電源ライン１３に出力する機能と、電源ライン１３からの交流電圧を所定の直流電圧に変換する機能とを持つＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂと、電源ライン１３からの交流電圧を所定の直流電圧に変換して補機１４、燃料電池システム制御装置１７などの内部負荷に出力する機能を持つ整流回路１５ｅおよび補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｆと、燃料電池１１からの直流電圧を所定の直流電圧に変換して内部負荷に出力する機能を持つＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａと、を有している。

系統連系インバータ制御装置１５ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａとＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂの駆動を制御するものである。この系統連系インバータ制御装置１５ｃは、燃料電池システム制御装置１７と互いに通信可能に接続されており、燃料電池システム制御装置１７の指示にしたがってＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａとＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂの駆動を制御する。

インバータ用電源ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｄは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａまたはＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂからの直流電圧を入力して所定の直流電圧に変換して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａとＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂと系統連系インバータ制御装置１５ｃに電源電圧（駆動電圧）として供給するものである。

補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｆは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａ、ＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂまたは整流回路１５ｅからの直流電圧を入力して所定の直流電圧（例えば２４Ｖ）に変換して、補機１４に電源電圧として供給するものである。

インバータシステム１５は、インバータボックス２７に収納され、後述する筐体７０の底面上に固定されている。インバータボックス２７にはインバータシステム１５の冷却用のための空気導入部２８が設けられている。空気導入部２８は、筐体７０の右側面に配置されたメンテナンスパネル５８の側面５８ａの略中央部に備えられた空気導入口３５と、空気導入口３５の内側と当接され塵埃等を除去し清浄な空気を提供する空気フィルタ３４を介してダクト２９で連結されている。

インバータボックス２７の壁面２７ｂの下方にはインバータボックス２７の内部空間２７ａと連通する空気ブロア３１が配置され、空気ブロア３１が順回転作動することによりインバータボックス２７の内部空間２７ａから、筐体７０内部に形成された収納空間５２に空気が導入され、内部空間２７ａの内部圧力が低下する。それによって空気導入口３５を通して外部より清浄な空気が吸入される。インバータボックス２７の内部空間２７ａに吸入された空気は内部空間２７ａを移動し、インバータシステム１５を構成するＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂと、整流回路１５ｅと、補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｆと、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａの各制御基板と熱交換して冷却し、空気ブロア３１によって収納空間５２内に導入される。

また、インバータボックス２７に、空気フィルタ３４、ダクト２９を通して冷却用として導入される清浄な外部空気の一部が、ダクト２９の途中から分岐され、カソードブロア２５によって酸化剤ガスとして燃料電池１１に供給される。そして酸化剤ガスとして燃料電池１１の空気極に供給され発電に使用された空気は、発電に使用されず残った分が空気極の排出口に接続される、凝縮器２６をその途中に備えた排気管を通って、凝縮器２６にて水と分離された後、外部に排出される。インバータボックス２７の壁面２７ｃにはインバータボックス２７の内部空間２７ａと連通される空気導出口３３が設けられており、空気導出口３３は空気ポンプ２４を介して改質器２１と接続され、燃焼用空気が改質器２１に供給される。

燃料電池システム制御装置１７は、燃料電池システムの全体的な制御を一括集中して行うものであり、補機１４の駆動を制御したり、インバータシステム１５の駆動を制御したり、メンテナンス用操作盤４１と不具合情報およびシステム制御装置１７を操作するための信号の授受を行なう。燃料電池システム制御装置１７には、待機時でも運転時（起動運転と発電運転を含む）でも常に電圧が供給されている。

ブレーカ５１は直列に連結されたノイズフィルタ５０とともに、系統電源１２（または電源ライン１３）と、インバータシステム１５のＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂとの間に介在される。ＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂから過電流が流れたり、燃料電池システムに漏電が発生した場合に遮断装置を作動させシステムの電源をＯＦＦするとともに外部負荷につながる回路を遮断し外部負荷および燃料電池システム本体を保護するものである。またブレーカ５１は回路を遮断したり接続するという回路の接点部を形成しているため、火花が発生する可能性がある。ブレーカ５１およびメンテナンス用操作盤４１は、ブレーカ５１およびメンテナンス用操作盤４１の各操作部側と各操作部側と対向する側の２面が開口されている収納箱４４に並んで収納されて、収納箱４４に図示しないボルトによって固定されている。

次に燃料電池システムの筐体７０について図２乃至図４に基いて説明する。メンテナンス用操作盤４１、ブレーカ５１、燃料電池１１、補機１４、インバータシステム１５、燃料電池システム制御装置１７、改質器２１は筐体７０の収納空間５２内に収納されており、筐体７０は上部にアッパパネル５５、下部にベースパネル５６、前部にフロントパネル７１、後部にリアパネル７２がそれぞれ設けられている。また左側面５７はフロントパネル７１がＬ字状に屈曲され、Ｌ字の短辺部７１ｃが左側面５７の略半分を形成し、またリアパネル７２がＬ字状に屈曲され、Ｌ字の短辺部７２ｂが左側面５７の残り半分の面を形成し、左側面５７が形成されている。右側面にはメンテナンスパネル５８の右側面５８ａが設けられ、内部に収納空間５２、及び隔壁５４によって収納空間５２と隔離されたメンテナンス空間５３が形成されている。

フロントパネル７１、リアパネル７２はベースパネル５６にボルトによって固定されている。またフロントパネル７１、リアパネル７２は左側面５７の略中央にて、パネル７１の端部にＬ字状に収納空間５２に向かって屈曲形成された継ぎ手部７１ａを備え、リアパネル７２が継ぎ手部７１ａと係合された状態で、継ぎ手部分がボルトで固定されている。次に前方、後方、左方の３つの周縁部から下方に垂下された鍔部５５ａを備えたアッパパネル５５に、フロントパネル７１、リアパネル７２が上方から覆われ、鍔部５５ａがボルトにてフロントパネル７１、リアパネル７２と一体的に固定される。そして上記組み付け状態で、右側から略コの字状のメンテナンスパネル５８が取付けられる。主として右側面を形成するメンテナンスパネル５８はメンテナンスパネル５８が筐体に取付けされた状態で筐体７０が略直方体形状となるよう、前側と後側にそれぞれ前後面部の一部を形成する前後の各側壁５８ｃ、５８ｂが備えられている。

各側壁５８ｃ、５８ｂとフロントパネル７１、リアパネル７２とが係合する部分ではフロントパネル７１、リアパネル７２の各端部側がフロントパネル７１、リアパネル７２の内側と同一面を形成しながら右方向に向かって延在されフロントパネル７１、リアパネル７２の各板厚よりも薄く形成された各継ぎ手部７１ｂ、７２ａが形成される。またメンテナンスパネル５８の各側壁５８ｃ、５８ｂの各端部側が各側壁５８ｃ、５８ｂの外側と同一面を形成しながら左方向に向かって延在され、各側壁５８ｃ、５８ｂの各板厚よりも薄く形成された各継ぎ手部５８ｅ、５８ｆが形成され、フロントパネル７１、リアパネル７２の各継ぎ手部７１ｂ、７２ａとそれぞれ係合される。そして筐体７０の右側面５８ａ側よりボルトによって、メンテナンスパネル５８の内側に形成されている隔壁５４に螺着されることによりメンテナンスパネル５８が固定され筐体７０が形成される。

筐体７０の収納空間５２の右側の上端部は、収納箱４４に並んで収納されたメンテナンス用操作盤４１とブレーカ５１が筐体７０の右側面５８ａの外側に向けて配置収納される操作部空間５９となっている。交換用部品を収納するメンテナンス空間５３は筐体７０の右側面側の操作部空間５９の下方に収納空間５２から隔離して設けられ、右側面側のメンテナンスパネル５８によって外部から遮蔽されている。

収納空間５２とメンテナンス空間５３とを区画する隔壁５４として、筐体７０の右側面部には、垂直壁５４ｃ、５４ｄ、５４ｅがフロントパネル７１とフロントパネル７２間に垂直に立設され、垂直壁５４ｃ、５４ｄ、５４ｅの上端には、操作部空間５９の底面を形成する底壁５４ａ、５４ｂが設けられている。このように、隔壁５４は、メンテナンス空間５３を、収納空間５２から隔離しているが、気密的には分離しておらず、わずかに隙間を持ちながら雨等が収納空間５２に浸入しにくくするためのものである。

即ち、隔壁５４は前後のフロントパネル７１、リアパネル７２の間の距離よりわずかに狭い幅をもってアッパパネル５５の下面と接しながら右側面方向に延在され、アッパパネル５５の右側面側端から下方に垂下し垂直壁５４ｋが形成され、垂直壁５４ｋはメンテナンス用操作盤４１とブレーカ５１を収納する収納箱４４が収容される操作部空間５９を確保した後、収納空間５２方向に向かって直角に屈曲され底壁として所定の距離水平に延在される。底壁５４ａはリザーバタンク３７と空気フィルタ３４等が収容できる空間が確保されるまで水平に延在された後、底壁５４ｂは脱硫器３６とイオン交換器３９が収容できる空間が確保されるまで水平に延在された後に、それぞれ直角に下方に屈曲されベースパネル５６まで延在され垂直壁５４ｃ、５４ｄ、５４ｅが形成される。垂直壁５４ｃ、５４ｄ、５４ｅは下方でＬ字状に収納空間５２の方向に向かって屈曲され、各水平壁５４ｈ、５４ｉが形成され、屈曲された部分が下部のベースパネル５６にボルトによって締結される。また垂直壁５４ｃはリアパネル７２側に延在された部分を備え、延在された部分が収納空間５２の方向に向かって直角に屈曲され垂直壁５４ｆが形成され、屈曲された部分が後部のリアパネル７２にボルトによって締結される。さらに垂直壁５４ｅはフロントパネル７１側に延在された部分を備え、延在された部分が収納空間５２の方向に向かって直角に屈曲され垂直壁５４ｇが形成され、屈曲された部分が前部のフロントパネル７１にボルトによって締結される。上記の各締結により隔壁５４は自立している。

隔壁５４の中央部には、収納空間５２内に配置される交換部品である水精製器４３を取出すための水精製器取出し窓６３が垂直壁５４ｃ、５４ｄ、５４ｅにまたがって設けられている。水精製器取出し窓６３は隔壁５４の右側面側から水精製器取出し窓６３より一回り大きく形成された水精製器取出し蓋６０により塞がれ、隔壁５４と水精製器取出し蓋６０とが重複した部分でボルトによって固定されている。

水精製器取出し蓋６０の略中央部には収納空間５２内に空気を導入するための貫通孔６０ａが設けられており、メンテナンスパネル５８の右側面５８ａの略中央部に設けられた空気導入口３５から、空気が導入される。筐体７０の外部に開口し冷却用空気を筐体７０内部の収納空間５２にインバータシステム１５を経由して導入するための冷却経路８０は、空気導入口３５、空気フィルタ３４、貫通孔６０ａ、ダクト２９、インバータボックス２７の内部空間２７ａ等によって構成されている。そして、インバータボックス２７の内部空間２７ａに連通された空気ブロア３１が冷却経路８０に冷却用空気を外部から導入するための空気ブロアを構成している。そして空気ブロア３１によって筐体７０外部から導入された冷却用空気がインバータシステム１５を冷却して収納空間５２に導入され、該収納空間５２の圧力が大気圧より高く維持されるようになっている。

メンテナンス用操作盤４１とブレーカ５１が収容される収容箱４４の底面、および収容箱４４が収容され載置される操作部空間５９の隔壁５４の下面壁５４ａにはブレーカ５１からの配線を貫通させるための貫通孔４５が設けられており、配線は下面壁５４ａの貫通孔４５にてグロメットによって固定され延在されて、筐体７０の外部で電源ライン１３と接続されている。このとき貫通孔４５においてブレーカ５１からの配線がグロメットによって固定された状態においても貫通孔４５内には収納空間５２とメンテナンス空間５３との間を連通する隙間５４ｊが存在する。隙間５４ｊが、操作部空間５９とメンテナンス空間５３を隔離する隔壁５４に、操作部空間５９の空気をメンテナンス空間５３に排出する排出通路をなしている。

隔壁５４の下面壁５４ａ、５４ｂの下方には収納空間５２と隔壁５４で隔てられたメンテナンス空間５３が形成され、交換部品であるイオン交換器３９、リザーバタンク３７、脱硫器３６、空気フィルタ３４等が収納されている。脱硫器３６は燃料ガス供給源（例えば都市ガス管）に接続され燃料ガス中の付臭成分（例えば、硫黄化合物）を除去するものであり、付臭成分が除去されたのち、脱硫器３６の上流に設けられた燃料ポンプ２２によって、改質器２１に改質用燃料ガスと燃焼用燃料ガスである燃料ガスが供給される。

次に、このように構成された燃料電池システムの作動について説明する。燃料電池システムの発電準備時（起動運転時）には、燃料電池１１は暖機中であり発電していないので、系統電源１２から燃料電池システムに電力が供給される。

燃料電池システムの発電運転時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａおよびＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂが、系統連系インバータ制御装置１５ｃの指令（燃料電池システム制御装置１７からの指令による）によって駆動される。また同時に脱硫器３６の上流に設けられた燃料ポンプ２２によって、脱硫器３６を介して改質器２１に燃料ガスが供給され、燃料電池１１で発電が開始される。

そして燃料電池１１からの電力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａで昇圧されて補機用ＤＣ／ＤＣコンバータひいては燃料電池システム制御装置１７や補機１４に供給される。また、燃料電池１１からの電力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ａおよびＤＣ／ＡＣインバータ１５ｂを経て外部負荷１９に供給される。

このように燃料電池システムが発電を開始すると、インバータシステム１５全体が作動を開始するため、インバータシステム１５の各制御基板が発熱しはじめる。そのためインバータシステム１５の冷却を行なうためにインバータボックス２７の側壁２７ｂに配置された空気ブロア３１が作動を開始し、筐体７０の外部より冷却経路８０を通って清浄な空気が吸入され、吸入された空気がインバータボックス２７の内部空間２７ａを空気ブロア３１に向かって移動しながら各制御基板と直接または間接に接触し熱交換されながら各制御基板を冷却していく。熱を奪い暖かくなった空気は空気ブロア３１から収納空間５２に導入される。

このとき、空気ブロア３１から収納空間５２に導入される空気量αは空気導入口３５に導入された空気量Ｑから、インバータボックス２７の上流に配置されたダクト２９の中間で接続されて分流され、燃料電池１１の酸化剤ガスとして供給される空気量βと、インバータボックス２７に導入されたのちインバータボックス２７の側壁２７ｃに設けられた空気導出口３３を経て燃焼用空気として改質器２１に分流され供給される空気量γを引いた量となる。よって燃料電池システムが発電中は、空気ブロア３１から収納空間５２に空気量αが導入され続け、収納空間５２は収納空間５２と外部空間との間に形成された隙間に応じて正圧力となり、よって収納空間５２の外部から収納空間５２に燃料ガスが流入することを抑制できる。

また収納空間５２の内部圧力が正圧となるため、収納空間５２と外部空間との間の隙間部においては、隙間の大きさに応じた量の空気流が収納空間５２から外部空間に向かって発生する。収納空間５２内の右側上方に設けられた操作部空間５９に配置されたブレーカ５１下方の貫通孔４５の隙間５４ｊにおいても、隙間５４ｊの大きさに応じた空気流が、収納空間５２と隔離して設けられ操作部空間５９の下方に位置するメンテナンス空間５３に流れ出す。よってブレーカ５１近傍の空気も流れに乗って流出され、万が一、メンテナンス空間５３で燃料ガスが漏れても、ブレーカ５１の近傍に流入して滞留することを低減できる。

そしてメンテナンス空間５３に流れ出した空気によりメンテナンス空間５３の内圧が上昇される。内圧が上昇されるためメンテナンス空間５３内の空気は、メンテナンス空間５３上方の操作部空間５９の右側面を形成する垂直壁５４ｋの外側面と、メンテナンスパネル５８の右側面５８ａの内側面との間の空間を通って上昇し、アッパパネル５５の下端とメンテナンスパネル５８の上端との間の各隙間部５３ａを通って速やかに大気に放出される。またメンテナンスパネル５８は筐体７０に着脱可能に設けられているため、メンテナンス空間５３内に収容される部品の交換が必要なときは、メンテナンスパネル５８を取外すことにより、簡易に対応可能である。

上述の説明から明らかなように、第１の実施形態においては、筐体外部から空気ブロア３１によって冷却用経路８０に導入される冷却用空気がインバータシステム１５を冷却して筐体７０内部の収納空間５２に導入される。これにより収納空間５２の圧力は、大気圧より高くなり、収納空間５２の空気が筐体７０に設けられた排出通路である隙間を通って外部に流出するので、外部の燃料ガスを筐体７０が吸い込み、筐体７０内部の収納空間５２に燃料ガスが滞留することを低減できる。

また第１の実施形態においては、筐体７０内部の収納空間５２のうちブレーカ５１が配置される操作部空間５９と、燃料ガスの付臭成分を除去するための脱硫器３６を収納するメンテナンス空間５３を隔離する隔壁５４に、前記操作部空間５９の空気を前記メンテナンス空間５３に排出する排出通路５４ｊが設けられる。これにより、操作部空間５９からメンテナンス空間５３への空気流を作ることができる。よって、万が一、メンテナンス空間５３に脱硫器３６や燃料ガス配管から漏れが発生したりして燃料ガスが滞留しても、操作部空間５９に燃料ガスが吸入されることを低減できる。

さらに第１の実施形態においては、燃料ガスの付臭成分を除去するための脱硫器３６を収納するメンテナンス空間５３の上方にブレーカ５１が配置される操作部空間５９が設けられているので、メンテナンス時にブレーカ５１の操作及び保護が容易になる。また、筐体７０に着脱可能なメンテナンスパネル５８でメンテナンス空間５３を覆っても、操作部空間５９からメンテナンス空間５３への空気流により、万が一燃料ガスが脱硫器３６から漏れたとしてもブレーカ近傍に燃料ガスが滞留することを低減できる。

次に第２の実施形態について図５に基いて説明する。第２の実施形態については、第１の実施形態との相違点のみ説明する。その他の構成については、第１の実施形態と同じであるので、同一部品については同一の符号を付し、その説明は省略する。第１の実施形態においては、図３に示すように空気ブロア３１の作動によって筐体７０の外部から冷却経路８０を通って導入された冷却用空気がインバータボックス２７の内部空間２７ａを通ってインバータシステム１５を冷却した後、収納空間５２に導入され、収納空間５２の圧力が大気圧より高く維持されるように構成された。しかし第２の実施形態においては、図５に示すように、空気ブロア３２によって筐体７３の外部から換気経路９０を通って導入された換気用空気が収納空間６１に直接導入され、収納空間６１の圧力が大気圧より高く維持されるよう構成される。このときインバータボックス３８に収納されたインバータシステム４０の冷却は、インバータボックス３８の側壁３８ｂの下方に配置された空気ブロア４２が作動し、収納空間６１内の空気がインバータボックス３８の側壁３８ｃの上方に設けられた吸入口４６から吸入され、吸入された空気がインバータボックス３８の内部空間３８ａを空気ブロア４２に向かって移動することにより行われる。また改質器４７への燃焼用空気は、第１の実施形態のようにインバータボックス２７内に導入された空気が分流され、空気ポンプ２４によって吸入されるのではなく、収納空間６１内の空気が直接、空気ポンプ４９の作動によって吸入され、改質器４７のバーナ４８に供給され燃焼される。バーナ４８にて燃焼されたガスは改質器４７の排気口に接続された排気管６２を通って外部に排出される。上述の点が第１の実施形態との相違点であり、以上の構成により第１の実施形態と同様の効果が期待できる。

なお、メンテナンスパネル５８は着脱可能に設けられているが、開閉扉のように開閉可能であればよい。

本発明による燃料電池システムの一実施形態の構成を示す構成ブロック図である。 第１の実施形態に係る燃料電池システムの筐体７０の右側面断面図である。 第１の実施形態に係る燃料電池システムの筐体７０の上面断面図である。 第１の実施形態に係る燃料電池システムの筐体７０の前面断面図である。 第２の実施形態に係る燃料電池システムの筐体７３の上面断面図である。

符号の説明

１１…燃料電池、１２…系統電源、１３…電源ライン、１４…補機（内部負荷）、１５…インバータシステム、１７…燃料電池システム制御装置、１９…外部負荷、２１…改質器、２７…インバータボックス、２９…ダクト、３１…空気ブロア、３２…空気ブロア、３４…空気フィルタ、３５…空気導入口、３８…インバータボックス、４０…インバータシステム、４２…空気ブロア、５１…ブレーカ、５２…収納空間、５３…メンテナンス空間、５４…隔壁、５８…メンテナンスパネル、６１…収納空間、７０…筐体、７３…筐体、８０…冷却経路、９０…換気経路。

Claims (4)

1. 燃料ガスから改質ガスを生成する改質器と、
   改質ガスと酸化剤ガスとにより発電し出力電力を燃料電池システムの内部負荷および外部負荷に供給可能な燃料電池と、
   筐体の外部に開口し前記筐体内を冷却する冷却用空気を前記筐体内部の収納空間に前記インバータシステムを経由して導入するための冷却経路と、
   前記冷却経路に冷却用空気を前記筐体の外部から導入するための空気ブロアと、
   前記燃料電池システムの異常発生時、もしくはメンテナンス時に前記電源ラインとの回路を遮断するブレーカと、を備え、
   前記筐体は、前記改質器、燃料電池、インバータシステム、空気ブロア、及びブレーカを前記収納空間に収納し、
   前記空気ブロアによって前記筐体の外部から導入された冷却用空気が前記インバータシステムを冷却して前記収納空間に導入され、該収納空間の圧力が大気圧より高く維持されることを特徴とする燃料電池システム。
2. 燃料ガスから改質ガスを生成する改質器と、
   改質ガスと酸化剤ガスとにより発電し出力電力を燃料電池システムの内部負荷および外部負荷に供給可能な燃料電池と、
   筐体の外部に開口し前記筐体内を換気する換気用空気を前記筐体内部の収納空間に導入するための換気経路と、
   前記換気経路に換気用空気を前記筐体の外部から導入するための空気ブロアと、
   前記燃料電池システムの異常発生時、もしくはメンテナンス時に前記電源ラインとの回路を遮断するブレーカと、を備え、
   前記筐体は、前記改質器、燃料電池、空気ブロア、及びブレーカを前記収納空間に収納し、
   前記空気ブロアによって前記筐体の外部から導入された換気用空気が前記収納空間に導入され、該収納空間の圧力が大気圧より高く維持されることを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１または請求項２において、前記収納空間の一端部を前記ブレーカが配置される操作部空間とし、前記燃料ガスの付臭成分を除去するための脱硫器を収納するメンテナンス空間を前記筐体内部の前記一端部に前記収納空間から隔離して前記操作部空間に隣接して形成し、前記操作部空間とメンテナンス空間を隔離する隔壁に、前記操作部空間の空気を前記メンテナンス空間に排出する排出通路を設けたことを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項３において、前記メンテナンス空間の上方に前記操作部空間を配置し、前記メンテナンス空間を覆うメンテナンスパネルを前記筐体に開閉可能に設けたことを特徴とする燃料電池システム。

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