JP2011228180A - 燃料電池システム - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単且つコンパクトな構成で、筐体内部の各部品のメンテナンスが容易に遂行されるとともに、保守性を良好に向上させることを可能にする。
【解決手段】燃料電池システム１０は、燃料電池モジュール１２、燃焼器１４、燃料ガス供給装置１６、酸化剤ガス供給装置１８、水供給装置２０、電力変換装置２２及び制御装置２４を備え、これらが単一の筐体２６に収容される。筐体２６は、筐体本体部６２に対しヒンジ部６８を介して鉛直軸回りに開閉自在な開閉扉６４を備える。開閉扉６４には、電力変換装置２２及び制御装置２４が上下に装着される。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池モジュール、燃焼器、燃料ガス供給装置、酸化剤ガス供給装置、水供給装置、電力変換装置及び制御装置が筐体に収容される燃料電池システムに関する。
通常、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、固体電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いており、この固体電解質の両側に、それぞれアノード電極とカソード電極とを配設した電解質・電極接合体を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、通常、電解質・電極接合体とセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。
上記の燃料電池に供給される燃料ガスは、通常、改質装置によって炭化水素系の原燃料から生成される水素ガスが使用されている。改質装置では、一般的に、メタンやＬＮＧ等の化石燃料等の炭化水素系の原燃料から改質原料ガスを得た後、この改質原料ガスに水蒸気改質や部分酸化改質、又はオートサーマル改質等を施すことにより、改質ガス（燃料ガス）が生成されている。
この場合、単一のユニットケース内に、燃料電池、改質装置、前記燃料電池で発生した直流電力を電源出力仕様に変換する電力変換装置、制御装置及び補機類を内蔵した燃料電池システムが知られている。
例えば、特許文献１に開示されている燃料電池電源装置では、図１２に示すように、ユニットケースのフレーム１００１に横桟１００１ａ、１００１ｂが設けられることにより、このフレーム１００１内が上下３段に構成されている。上段の横桟１００１ａ上には、改質装置１００２が配置され、中段の横桟１００１ｂ上には、制御装置１００３と燃料電池１００４とが背中合わせになるように配置されている。制御装置１００３の背面部には、断熱材１００３ａが設けられるとともに、外周部に断熱材１００３ｂが設けられて制御装置１００３を周囲の高熱から保護している。
フレーム１００１の底板上には、改質装置１００２に原燃料を送り込む燃料ポンプ１００５、燃料電池１００４に反応空気を送り込む空気ポンプ１００６ａ等の補機類が配置されている。フレーム１００１の上部側に設けられる補助棚１００１ｃ上には、改質器バーナ用空気ポンプ１００６ｂが配置されるとともに、前記改質器バーナ用空気ポンプ１００６ｂの前方には、ＰＧバーナ１００７が配置されている。フレーム１００１の床面上には、燃料電池１００４の側方に位置して電力変換装置１００８が配置されている。
また、例えば、特許文献２に開示されている燃料電池発電装置では、図１３に示すように、ケース１０１１内に、燃料電池１０１２と、前記燃料電池１０１２に供給される燃料ガスを生成する燃料改質器と、前記燃料改質器に被改質ガスを供給するガス供給装置１０１３と、前記燃料改質器に水を供給するための水供給装置１０１４と、前記燃料電池１０１２で発生した直流電力を交流電力に変換して外部負荷に供給する電力変換装置１０１５とが配置されている。
ケース１０１１の上部には、燃料電池１０１２と燃料改質器とが配置されるとともに、前記ケース１０１１の下部には、電力変換装置１０１５、水供給装置１０１４及びガス供給装置１０１３が、前記電力変換装置１０１５と前記水供給装置１０１４との間に前記ガス供給装置１０１３が位置するように配置されている。
さらに、例えば、特許文献３に開示されている燃料電池装置では、図１４に示すように、パッケージ１０２１を備えており、メンテナンスの必要な部品である浄化装置１０２２、イオン交換装置１０２３及び脱硫器１０２４が、前記パッケージ１０２１の外面パネルである正面パネル１０２５の近傍に配置されている。
これにより、メンテナンスを必要とする部品は、パッケージ１０２１の内部ではなく、装置本体の外郭をなす正面パネル１０２５の近傍に配置されている。従って、燃料電池装置の運転を継続するのに交換や再生等が必要な部品について、メンテナンスを容易に行うことができる、としている。
特開２００３−２９７４０９号公報 特開２００６−０８６０１７号公報 特開２００６−１４０１６４号公報
上記の特許文献１では、フレーム１００１の中段に、横桟１００１ｂ上に位置して制御装置１００３と燃料電池１００４とが背中合わせに配置されている。このため、燃料電池１００４のメンテナンスが必要な際には、制御装置１００３を取り外す必要があり、あるいは、前記制御装置１００３とは逆側からアクセスする必要がある。従って、メンテナンス作業が相当に煩雑化して保守性が低下するという問題がある。
また、上記の特許文献２では、ケース１０１１の上部には、燃料電池１０１２と燃料改質器とが配置されるとともに、前記ケース１０１１の下部には、電力変換装置１０１５、水供給装置１０１４及びガス供給装置１０１３が配置されている。これにより、電力変換装置１０１５、水供給装置１０１４及びガス供給装置１０１３のメンテナンスが必要な際には、作業者がケース１０１１の下部に入り込まなければならず、保守性が低下するという問題がある。
さらに、上記の特許文献３では、浄化装置１０２２、イオン交換装置１０２３及び脱硫器１０２４が、パッケージ１０２１の正面パネル１０２５の近傍に配置されている。このため、パッケージ１０２１内のレイアウトの自由度がなく、しかも電装部品のメンテナンス性が低下するという問題がある。
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、筐体内部の各部品のメンテナンスが容易に遂行されるとともに、保守性を良好に向上させることが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールを昇温させる燃焼器と、前記燃料電池モジュールに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料電池モジュールに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池モジュールに水を供給する水供給装置と、前記燃料電池モジュールで発生した直流電力を要求仕様電力に変換する電力変換装置と、前記燃料電池モジュールの発電量を制御する制御装置とを、筐体に収容する燃料電池システムに関するものである。
そして、筐体は、筐体本体部に対し連結部を支点にして開閉自在な開閉扉を備えるとともに、前記開閉扉には、電力変換装置及び制御装置が装着されている。
また、電力変換装置は、制御装置の上方に配設されることが好ましい。これにより、燃料電池システムが被水された際、先ず、制御装置が停止して前記燃料電池システム全体の運転が停止される。
さらに、開閉扉は、鉛直軸回り又は水平軸回りに開閉可能なヒンジ部を設けるとともに、電力変換装置及び制御装置の配線がそれぞれ着脱される配線コネクタを備え、前記配線コネクタは、前記ヒンジ部の軸線近傍に配設されることが好ましい。このため、電力変換装置及び制御装置は、ヒンジ部の近傍に集中して配線されるため、開閉扉の開閉動作に干渉することがない。しかも、配線コネクタにより配線が着脱自在であり、電力変換装置及び制御装置のメンテナンス作業が容易に遂行される。
さらにまた、開閉扉は、電力変換装置及び制御装置を装着した状態で、筐体本体部に対して取り外し可能であることが好ましい。従って、開閉扉を筐体本体部から取り外すだけで、電力変換装置及び制御装置が前記筐体本体部から容易に取り外される。これにより、電力変換装置及び制御装置のメンテナンス作業性が良好に向上する。
また、筐体内には、燃料電池モジュールが配置されるモジュール部と、少なくとも燃料ガス供給装置及び水供給装置が配置される流体供給部と、電力変換装置及び制御装置が配置される電装部とが設けられ、前記モジュール部の側方には、前記流体供給部が後方に且つ前記電装部が前方に位置して並列されるとともに、前記電装部が装着される開閉扉は、前記モジュール部側とは反対側の端部に連結部の支点を設けることが好ましい。
このため、開閉扉が筐体本体部に対して開放されるだけで、前記開閉扉に装着された電力変換装置及び制御装置が流体供給部の前方から移動され、前記流体供給部のメンテナンスが容易且つ迅速に遂行される。しかも、モジュール部のメンテナンスも容易に遂行される。
さらに、水供給装置は、少なくとも燃料ガス供給装置よりも下方に配置されることが好ましい。従って、水供給装置に、例えば、水漏れが発生しても、燃料ガス供給装置が被水することを阻止することが可能になる。
さらにまた、燃料ガス供給装置は、酸化剤ガス供給装置の上方に配置されることが好ましい。酸化剤ガス供給装置は、エアポンプを備える一方、燃料ガス供給装置は、燃料ガスポンプを備えている。特に、Ａ／Ｆ（空気／燃料ガス）の値が大きい燃料電池システムにおいては、エアポンプは、燃料ガスポンプに比べて体積が大きく、且つ、重量物となっている。これにより、酸化剤ガス供給装置を燃料ガス供給装置の下方に配置することにより、設置安定性の向上を図ることができる。しかも、燃料ガス供給装置から燃料ガスの漏れが発生しても、この燃料ガスを酸化剤ガス供給装置により吸入することを回避することが可能になる。
また、燃料電池システムは、燃料ガスを検知する検知器を備えるとともに、前記検知器は、燃料ガス供給装置よりも上方に配置されることが好ましい。このため、燃料ガス供給装置から燃料ガスの漏れが発生しても、検知器を介してガス漏れを迅速且つ確実に検出することができる。
さらに、燃料電池モジュールは、高温型燃料電池システム、例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）モジュールであることが好ましく、従って、良好な効果が得られる。
さらにまた、固体酸化物形燃料電池モジュールは、少なくとも固体電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体とセパレータとが積層される固体酸化物形燃料電池を設け、複数の前記固体酸化物形燃料電池が積層される固体酸化物形燃料電池スタックと、酸化剤ガスを前記固体酸化物形燃料電池スタックに供給する前に加熱する熱交換器と、炭化水素を主体とする原燃料と水蒸気との混合燃料を生成するために、水を蒸発させる蒸発器と、前記混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質器とを備えることが好ましい。
本発明によれば、筐体本体部に対して開閉自在な開閉扉には、電力変換装置及び制御装置が装着されている。このため、開閉扉を開放させるだけで、電力変換装置及び制御装置のメンテナンスの他、前記電力変換装置及び前記制御装置より内方に配置されている他の部品のメンテナンスが容易に遂行される。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、筐体内部の各部品のメンテナンスが容易に遂行されるとともに、保守性が良好に向上する。
本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの概略斜視説明図である。 前記燃料電池システムの平面説明図である。 前記燃料電池システムの正面説明図である。 前記燃料電池システムの回路図である。 前記燃料電池システムの一部分解斜視説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムの概略斜視説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池システムの概略斜視説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池システムの概略斜視説明図である。 前記燃料電池システムの正面説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池システムの概略斜視説明図である。 本発明の第６の実施形態に係る燃料電池システムの概略斜視説明図である。 特許文献１の燃料電池電源装置の概略斜視説明図である。 特許文献２の燃料電池発電装置の概略斜視説明図である。 特許文献３の燃料電池装置の一部分解概略斜視説明図である。
図１〜図３に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システム１０は、定置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。
燃料電池システム１０は、燃料ガス（水素ガス）と酸化剤ガス（空気）との電気化学反応により発電する燃料電池モジュール１２と、前記燃料電池モジュール１２を昇温させる燃焼器１４と、前記燃料電池モジュール１２に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置（燃料ガスポンプを含む）１６と、前記燃料電池モジュール１２に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置（エアポンプを含む）１８と、前記燃料電池モジュール１２に水を供給する水供給装置（水ポンプを含む）２０と、前記燃料電池モジュール１２で発生した直流電力を要求仕様電力に変換する電力変換装置２２と、前記燃料電池モジュール１２の発電量を制御する制御装置２４とを備え、これらが単一の筐体２６に収容される。
燃料電池モジュール１２は、図示しないが、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される固体電解質（固体酸化物）をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体２８とセパレータ３０とが積層される固体酸化物形の燃料電池３２を設け、複数の前記燃料電池３２が鉛直方向に積層される固体酸化物形の燃料電池スタック３４を備える（図３参照）。
燃料電池スタック３４の積層方向上端側には、酸化剤ガスを前記燃料電池スタック３４に供給する前に加熱する熱交換器３６と、炭化水素を主体とする原燃料（例えば、都市ガス）と水蒸気との混合燃料を生成するために、水を蒸発させる蒸発器３８と、前記混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質器４０とが配設される。
なお、上記の構成に代えて、燃料電池スタック３４の積層方向下端側に、熱交換器３６、蒸発器３８及び改質器４０を配設してもよい。その際、燃焼器１４の配置位置も、逆転する。さらにまた、燃焼器１４、燃料電池スタック３４、熱交換器３６、蒸発器３８及び改質器４０は、上下左右のいずれに配設してもよく、上記の構成に代えて、種々の配置構成が可能である。
改質器４０は、都市ガス中に含まれるエタン（Ｃ２Ｈ6）、プロパン（Ｃ３Ｈ8）及びブタン（Ｃ４Ｈ１０）等の高級炭化水素（Ｃ２＋）を、主としてメタン（ＣＨ４）を含む原燃料ガスに水蒸気改質するための予備改質器であり、数百℃の作動温度に設定される。
燃料電池３２は、作動温度が数百℃と高温であり、電解質・電極接合体２８では、燃料ガス中のメタンが改質されて水素が得られ、この水素がアノード電極に供給される。
熱交換器３６は、燃料電池スタック３４から排出される使用済み反応ガス（以下、排ガス又は燃焼排ガスともいう）と被加熱流体である空気とを対向流に流し、前記空気を加熱する。
図４に示すように、燃料ガス供給装置１６は、原燃料通路４２に接続されるとともに、前記原燃料通路４２の途上には、切換弁４４を介して原燃料分岐通路４６が設けられる。この原燃料分岐通路４６は、燃焼器１４に接続される。
酸化剤ガス供給装置１８は、空気供給管４８に接続されるとともに、前記空気供給管４８の途上に設けられた切換弁５０には、空気分岐通路５２が接続される。この空気分岐通路５２は、燃焼器１４に接続される。
燃焼器１４は、例えば、バーナを備えており、上記のように、原燃料及び空気が供給される。なお、このバーナに代えて他の手段（電気ヒータ等）を用いることができ、その際、必要に応じて原燃料、空気、電力の供給を選択的に行うように構成すればよい。水供給装置２０には、水通路５４が連通する。燃料電池モジュール１２及び燃焼器１４は、断熱材５５に囲繞される（図３参照）。
図４に示すように、燃料ガス供給装置１６、酸化剤ガス供給装置１８及び水供給装置２０は、制御装置２４により制御されるとともに、前記制御装置２４には、燃料ガスを検知する検知器５６が電気的に接続される。電力変換装置２２には、例えば、商用電源（又は、負荷や２次電池等）５８が接続される。
図１〜図３に示すように、筐体２６は、少なくとも一方の面（前面）に開口部６０が形成される筐体本体部６２と、前記開口部６０を開閉可能に前記筐体本体部６２に取り付けられる開閉扉６４、６６とを備える。開閉扉６４、６６は、筐体本体部６２に対しそれぞれ一対のヒンジ部（連結部）６８、７０を支点にして開閉自在である。
なお、開閉扉６６は、必要に応じて設ければよく、また、前記開閉扉６６を開閉扉６４と一体に構成してもよい。さらに、図示しないが、筐体本体部６２の側面に他の開閉扉を追加してもよい。
図１及び図５に示すように、各ヒンジ部６８は、筐体本体部６２側に固定される第１ヒンジ部材７２ａと、開閉扉６４側に固定される第２ヒンジ部材７２ｂとを備え、前記第１ヒンジ部材７２ａと前記第２ヒンジ部材７２ｂとは、着脱自在である。具体的には、図５に示すように、第２ヒンジ部材７２ｂを上方に移動させると、この第２ヒンジ部材７２ｂが第１ヒンジ部材７２ａから離脱される。
筐体本体部６２内には、モジュール部７４、流体供給部７６及び電装部７８が区分される。モジュール部７４、流体供給部７６及び電装部７８は、空間的に区分されていればよく、仕切り板等は、必要に応じて設ければよい。
モジュール部７４は、図１〜図３中、筐体本体部６２内の左側に設けられるとともに、流体供給部７６及び電装部７８は、前記筐体本体部６２内の右側（側方）に、前記流体供給部７６が後方に且つ前記電装部７８が前方に位置して並列される。ヒンジ部６８は、開閉扉６４のモジュール部７４とは反対側の端部に対応して設けられる。
モジュール部７４には、燃料電池モジュール１２及び燃焼器１４が収容されるとともに、前記燃料電池モジュール１２は、前記燃焼器１４の上方に配置される。
流体供給部７６には、燃料ガス供給装置１６、酸化剤ガス供給装置１８、水供給装置２０及び検知器５６が収容される。水供給装置２０は、流体供給部７６の最下部に配置されるとともに、前記水供給装置２０の上方には、酸化剤ガス供給装置１８、燃料ガス供給装置１６及び検知器５６の順に配置される。酸化剤ガス供給装置１８、燃料ガス供給装置１６及び検知器５６は、例えば、支持板７９ａ、７９ｂ及び７９ｃ上に載置される。
電装部７８には、電力変換装置２２及び制御装置２４が配置される。電力変換装置２２及び制御装置２４は、開閉扉６４の内側面６４ａに固定されるとともに、前記電力変換装置２２は、前記制御装置２４の上方に配置される。電力変換装置２２に接続される配線８０は、配線コネクタ８２に接続される一方、制御装置２４に接続される配線８４が配線コネクタ８６に接続される。
図１及び図５に示すように、配線コネクタ８２、８６は、ヒンジ部６８の軸線近傍に配設されるとともに、配線８０、８４が接続される第１コネクタ部８２ａ、８６ａと、筐体本体部６２側に配線され、前記第１コネクタ部８２ａ、８６ａに着脱自在な第２コネクタ部８２ｂ、８６ｂとを備える。
筐体２６は、図示しないが、回転テーブルやスライドレール等に支持されて移動自在に構成されてもよい。
このように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。
図４に示すように、燃料ガス供給装置１６の駆動作用下に、原燃料通路４２には、例えば、都市ガス（ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８、Ｃ４Ｈ１０を含む）等の原燃料が供給される。一方、水供給装置２０の駆動作用下に、水通路５４には、水が供給されるとともに、空気供給管４８には、酸化剤ガス供給装置１８を介して酸化剤ガスである、例えば、空気が供給される。
図３に示すように、蒸発器３８では、原燃料通路４２を流れる原燃料に水蒸気が混在されて混合燃料が得られ、この混合燃料は、改質器４０の入口部に供給される。混合燃料は、改質器４０内で水蒸気改質され、Ｃ２＋の炭化水素が除去（改質）されてメタンを主成分とする改質ガス（燃料ガス）が得られる。この改質ガスは、改質器４０の出口部から燃料電池スタック３４に供給される。このため、改質ガス中のメタンが改質されて水素ガスが得られ、この水素ガスを主成分とする燃料ガスは、アノード電極（図示せず）に供給される。
一方、空気供給管４８から熱交換器３６に供給される空気は、この熱交換器３６に沿って移動する際、後述する排ガスとの間で熱交換が行われ、所望の温度に予め加温されている。熱交換器３６で加温された空気は、燃料電池スタック３４に供給され、図示しないカソード電極に供給される。
従って、電解質・電極接合体２８では、燃料ガスと空気との電気化学反応により発電が行われる。各電解質・電極接合体２８の外周部に排出される高温（数百℃）の排ガスは、熱交換器３６を通って空気と熱交換を行い、この空気を所望の温度に加温して温度低下が惹起される。
この排ガスは、蒸発器３８に供給されて水通路５４を通過する水を蒸発させるとともに、前記蒸発器３８を通過した排ガスは、外部に排出される。
この場合、第１の実施形態では、筐体本体部６２に対しヒンジ部６８を介して鉛直軸回りに開閉自在な開閉扉６４が設けられるとともに、前記開閉扉６４には、電力変換装置２２及び制御装置２４が装着されている。このため、図１に示すように、開閉扉６４が開放されると、電力変換装置２２及び制御装置２４は、筐体本体部６２の外部に露呈され、前記電力変換装置２２及び前記制御装置２４のメンテナンスが容易に遂行可能になる。
しかも、開閉扉６４が開放されると、筐体本体部６２の前面、すなわち、開口部６０から流体供給部７６がアクセス可能になる。すなわち、流体供給部７６の前方に配設されている電力変換装置２２及び制御装置２４は、開閉扉６４と一体に外方に移動している。従って、流体供給部７６に配設されている燃料ガス供給装置１６、酸化剤ガス供給装置１８、水供給装置２０及び検知器５６のメンテナンスが容易に遂行される。モジュール部７４の側方に、流体供給部７６が後方に且つ電装部７８が前方に位置して並列されるからである。しかも、モジュール部７４に配設されている燃料電池モジュール１２等のメンテナンスも良好に遂行される。開閉扉６４が、モジュール部７４とは反対側の端部に対応してヒンジ部６８を設けているからである。
これにより、簡単且つコンパクトな構成で、筐体本体部６２内の各部品のメンテナンスが容易且つ確実に遂行されるとともに、保守性が良好に向上するという効果が得られる。
また、電力変換装置２２は、制御装置２４の上方に配設されている。このため、制御装置２４は、燃料電池システム１０の下部に配置されており、前記燃料電池システム１０が被水された際、先ず、前記制御装置２４が停止する。従って、燃料電池システム１０全体の運転が停止される。
さらに、開閉扉６４は、鉛直軸回りに開閉可能なヒンジ部６８を設けるとともに、電力変換装置２２及び制御装置２４の配線８０、８４がそれぞれ着脱される配線コネクタ８２、８６は、前記ヒンジ部６８の軸線近傍に配設されている。これにより、電力変換装置２２及び制御装置２４は、ヒンジ部６８の近傍に集中して配線されるため、開閉扉６４の開閉動作に干渉することがない。
しかも、配線コネクタ８２、８６は、第１コネクタ部８２ａ、８６ａと、前記第１コネクタ部８２ａ、８６ａに着脱自在な第２コネクタ部８２ｂ、８６ｂとを備えている。このため、第１コネクタ部８２ａ、８６ａと第２コネクタ部８２ｂ、８６ｂとを離脱させることにより、電力変換装置２２及び制御装置２４のメンテナンス作業が容易に遂行される。
さらにまた、開閉扉６４は、電力変換装置２２及び制御装置２４を装着した状態で、筐体本体部６２に対してヒンジ部６８により取り外し可能である。従って、配線コネクタ８２、８６を分離する一方、開閉扉６４を筐体本体部６２から取り外すだけで、電力変換装置２２及び制御装置２４は、前記筐体本体部６２から取り外される。これにより、電力変換装置２２及び制御装置２４のメンテナンス作業性が良好に向上する。
また、水供給装置２０は、少なくとも燃料ガス供給装置１６よりも下方に、第１の実施形態では、流体供給部７６の最下部に配置されている。このため、水供給装置２０に、例えば、水漏れが発生しても、燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１８が被水することを阻止することが可能になる。
さらに、燃料ガス供給装置１６は、酸化剤ガス供給装置１８の上方に配置されている。酸化剤ガス供給装置１８は、エアポンプを備える一方、燃料ガス供給装置１６は、燃料ガスポンプを備えている。特に、Ａ／Ｆ（空気／燃料ガス）の値が大きい燃料電池システム１０においては、エアポンプは、燃料ガスポンプに比べて体積が大きく、且つ、重量物となっている。
従って、酸化剤ガス供給装置１８を燃料ガス供給装置１６の下方に配置することにより、設置安定性の向上を図ることができる。しかも、燃料ガス供給装置１６から燃料ガスの漏れが発生しても、この燃料ガスを酸化剤ガス供給装置１８により吸入することを回避することが可能になる。
さらにまた、燃料電池システム１０は、燃料ガスを検知する検知器５６を備えるとともに、前記検知器５６は、燃料ガス供給装置１６よりも上方に、第１の実施形態では、流体供給部７６の最上部に配置されている。これにより、燃料ガス供給装置１６から燃料ガスの漏れが発生しても、検知器５６を介してガス漏れを迅速且つ確実に検出することができる。
また、燃料電池モジュール１２は、高温型燃料電池システム、例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）モジュールであることが好ましく、これにより、良好な効果が得られる。
図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システム１００の概略斜視説明図である。
なお、第１の実施形態に係る燃料電池システム１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態以降においても同様に、その詳細な説明は省略する。
燃料電池システム１００は、筐体１０２を備えるとともに、前記筐体１０２は、筐体本体部１０４と、前記筐体本体部１０４にヒンジ部６８を介して鉛直軸回りに開閉自在な開閉扉１０６とを設ける。電力変換装置２２及び制御装置２４は、開閉扉１０６の外側面に固定されており、前記開閉扉１０６の外側面には、前記電力変換装置２２及び前記制御装置２４を覆って外板（化粧板）１０８が着脱自在に設けられる。
このように構成される第２の実施形態では、外板１０８を取り外すことにより、電力変換装置２２及び制御装置２４が外部に露呈する。このため、電力変換装置２２及び制御装置２４のメンテナンスは、容易に遂行される。
さらに、開閉扉６４が開放されると、電力変換装置２２及び制御装置２４は、開閉扉６４と一体に外方に移動する。従って、電力変換装置２２及び制御装置２４の内方に配置されている燃料ガス供給装置１６、酸化剤ガス供給装置１８、水供給装置２０及び検知器５６は、開口部６０から外部に露呈することができる。これにより、燃料ガス供給装置１６、酸化剤ガス供給装置１８、水供給装置２０及び検知器５６のメンテナンスは、容易に遂行される。
このため、簡単且つコンパクトな構成で、筐体本体部１０４内の各部品のメンテナンスが容易且つ確実に遂行されるとともに、保守性が良好に向上する等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
図７は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池システム１２０の概略斜視説明図である。
燃料電池システム１２０は、筐体１２２を備えるとともに、前記筐体１２２は、筐体本体部１２４と、前記筐体本体部１２４にヒンジ部（連結部）１２６を介して水平軸回りに開閉自在な開閉扉１２８とを設ける。電力変換装置２２及び制御装置２４は、開閉扉１２８の内側面（又は外側面）に固定される。
ヒンジ部１２６は、例えば、フリーストッパ機構（図示せず）を採用しており、開閉扉１２８は、上下に移動するとともに、所望の高さ位置に保持可能である。
このように構成される第３の実施形態では、開閉扉１２８が筐体本体部１２４に対して上方に開放されることにより、前記筐体本体部１２４内が外部に露呈される。このため、燃料ガス供給装置１６、酸化剤ガス供給装置１８、水供給装置２０及び検知器５６のメンテナンスが容易に遂行され、簡単且つコンパクトな構成で、各部品のメンテナンスが容易且つ確実に遂行される等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。しかも、特に水平方向のスペースが取れない場合に、良好に対応することが可能になるという利点がある。
図８は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池システム１４０の概略斜視説明図である。
燃料電池システム１４０は、筐体１４２を備え、この筐体１４２内には、モジュール部７４、第１流体供給部７６ａ、第２流体供給部７６ｂ及び電装部７８が区分される。第１流体供給部７６ａには、水供給装置２０、燃料ガス供給装置１６及び検知器５６が収容される一方、第２流体供給部７６ｂには、酸化剤ガス供給装置１８が収容される。第２流体供給部７６ｂは、モジュール部７４の下方に区分される。
筐体１４２は、筐体本体部１４４と、前記筐体本体部１４４にヒンジ部６８を介して鉛直軸回りに開閉自在な開閉扉１４６とを設ける。開閉扉１４６は、筐体本体部１４４に対して着脱自在であるとともに、電力変換装置２２及び制御装置２４は、前記開閉扉１４６の内側面に固定される。
このように構成される第４の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
図１０は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池システム１６０の概略斜視説明図である。
燃料電池システム１６０は、筐体１６２を備えるとともに、前記筐体１６２は、筐体本体部１６４と、前記筐体本体部１６４にヒンジ部６８を介して鉛直軸回りに開閉自在な開閉扉１６６とを設ける。電力変換装置２２及び制御装置２４は、開閉扉１６６の外側面に固定されており、前記開閉扉１６６の外側面には、前記電力変換装置２２及び前記制御装置２４を覆って外板（化粧板）１６８が着脱自在に設けられる。
このように構成される第５の実施形態では、上記の第２の実施形態と同様の効果が得られる。
図１１は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池システム１８０の概略斜視説明図である。
燃料電池システム１８０は、筐体１８２を備えるとともに、前記筐体１８２は、筐体本体部１８４と、前記筐体本体部１８４にヒンジ部１２６を介して水平軸回りに開閉自在な開閉扉１８８とを設ける。電力変換装置２２及び制御装置２４は、開閉扉１８８の内側面（又は外側面）に固定される。
このように構成される第６の実施形態では、上記の第３の実施形態と同様の効果が得られる。
１０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０…燃料電池システム
１２…燃料電池モジュール １４…燃焼器
１６…燃料ガス供給装置 １８…酸化剤ガス供給装置
２０…水供給装置 ２２…電力変換装置
２４…制御装置
２６、１０２、１２２、１４２、１６２、１８２…筐体
２８…電解質・電極接合体 ３０…セパレータ
３２…燃料電池 ３４…燃料電池スタック
３６…熱交換器 ３８…蒸発器
４０…改質器 ５５…断熱材
５６…検知器
６２、１０４、１２４、１４４、１６４、１８４…筐体本体部
６４、６６、１０６、１２８、１４６、１６６、１８８…開閉扉
６８、７０、１２６…ヒンジ部 ７２ａ、７２ｂ…ヒンジ部材
７４…モジュール部 ７６…流体供給部
７８…電装部 ８０、８４…配線
８２、８６…配線コネクタ １０８、１６８…外板

Claims (10)

  1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池モジュールと、
    前記燃料電池モジュールを昇温させる燃焼器と、
    前記燃料電池モジュールに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
    前記燃料電池モジュールに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
    前記燃料電池モジュールに水を供給する水供給装置と、
    前記燃料電池モジュールで発生した直流電力を要求仕様電力に変換する電力変換装置と、
    前記燃料電池モジュールの発電量を制御する制御装置と、
    を筐体に収容する燃料電池システムであって、
    前記筐体は、筐体本体部に対し連結部を支点にして開閉自在な開閉扉を備えるとともに、
    前記開閉扉には、前記電力変換装置及び前記制御装置が装着されることを特徴とする燃料電池システム。
  2. 請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記電力変換装置は、前記制御装置の上方に配設されることを特徴とする燃料電池システム。
  3. 請求項１又は２記載の燃料電池システムにおいて、前記開閉扉は、鉛直軸回り又は水平軸回りに開閉可能なヒンジ部を設けるとともに、
    前記電力変換装置及び前記制御装置の配線がそれぞれ着脱される配線コネクタを備え、前記配線コネクタは、前記ヒンジ部の軸線近傍に配設されることを特徴とする燃料電池システム。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記開閉扉は、前記電力変換装置及び前記制御装置を装着した状態で、前記筐体本体部に対して取り外し可能であることを特徴とする燃料電池システム。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記筐体内には、前記燃料電池モジュールが配置されるモジュール部と、
    少なくとも前記燃料ガス供給装置及び前記水供給装置が配置される流体供給部と、
    前記電力変換装置及び前記制御装置が配置される電装部と、
    が設けられ、
    前記モジュール部の側方には、前記流体供給部が後方に且つ前記電装部が前方に位置して並列されるとともに、
    前記電装部が装着される前記開閉扉は、前記モジュール部側とは反対側の端部に前記連結部の支点を設けることを特徴とする燃料電池システム。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記水供給装置は、少なくとも前記燃料ガス供給装置よりも下方に配置されることを特徴とする燃料電池システム。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料ガス供給装置は、前記酸化剤ガス供給装置の上方に配置されることを特徴とする燃料電池システム。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料ガスを検知する検知器を備えるとともに、
    前記検知器は、前記燃料ガス供給装置よりも上方に配置されることを特徴とする燃料電池システム。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池モジュールは、固体酸化物形燃料電池モジュールであることを特徴とする燃料電池システム。
  10. 請求項９記載の燃料電池システムにおいて、前記固体酸化物形燃料電池モジュールは、少なくとも固体電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体とセパレータとが積層される固体酸化物形燃料電池を設け、複数の前記固体酸化物形燃料電池が積層される固体酸化物形燃料電池スタックと、
    酸化剤ガスを前記固体酸化物形燃料電池スタックに供給する前に加熱する熱交換器と、
    炭化水素を主体とする原燃料と水蒸気との混合燃料を生成するために、水を蒸発させる蒸発器と、
    前記混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、
    を備えることを特徴とする燃料電池システム。
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