JP2015115305A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
近年、家庭用の燃料電池コージェネシステムとして固体高分子形燃料電池(PEFC)に加えて固体酸化物形燃料電池(SOFC)の開発も急速に行われるようになった。SOFCは、空気極(陰極)で生成した酸化物イオンが電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより、電気エネルギーを発生させる。このため、水素だけでなく一酸化炭素等も燃料として使用できる。PEFCは一酸化炭素を除去した高純度の水素を必要とするが、SOFCは、かかる高純度の水素を必要としない。このため、変成器などを含む複雑で大掛かりな水素生成器などが不要となり、部品点数を少なくできる。 In recent years, a solid oxide fuel cell (SOFC) has been rapidly developed in addition to a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) as a household fuel cell cogeneration system. In the SOFC, oxide ions generated at the air electrode (cathode) permeate the electrolyte and react with hydrogen at the fuel electrode to generate electric energy. For this reason, not only hydrogen but also carbon monoxide can be used as fuel. While PEFC requires high purity hydrogen from which carbon monoxide has been removed, SOFC does not require such high purity hydrogen. For this reason, a complicated and large-scale hydrogen generator including a transformer is not required, and the number of parts can be reduced.
また、発電の動作温度が、PEFCでは60〜80℃であるのに対し、SOFCでは600〜700℃と高い。このためSOFCでは循環水の温度をPEFCより容易に高く設定できる。給湯に使用する貯湯タンク内の湯温も高く保てることから、貯湯タンク容量をPEFCより大幅に小さくすることが可能である。このように、SOFCは、小型で、信頼性が高く、低コストな新方式として注目をあびてきている(例えば特許文献1参照)。 In addition, the operating temperature of power generation is as high as 600 to 700 ° C. for SOFC compared to 60 to 80 ° C. for PEFC. For this reason, in SOFC, the temperature of circulating water can be set easily higher than PEFC. Since the hot water temperature in the hot water storage tank used for hot water supply can be kept high, the hot water storage tank capacity can be significantly smaller than that of PEFC. As described above, the SOFC has attracted attention as a new method that is small, highly reliable, and low in cost (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1の発電・給湯コジェネレーションシステムは、燃料電池からなるモジュールと、該燃料電池に燃料ガス、空気及び水を供給する供給部と、燃料電池が排出した排熱を回収する排熱回収部と、燃料電池で発生した電力を交流電力に変換して電力系統に接続する電力変換部とを同一の容器に収容した発電ユニットと、発電ユニットの排熱回収で生じた温水を蓄える貯湯槽と、該貯湯槽の温水が不足したときに、該貯湯槽に温水を補給する給湯器とを具備し、貯湯槽と給湯器とが個別に分離して設置されることを特徴とする。
A power generation / hot water cogeneration system disclosed in
本発明は、燃料電池システムのメンテナンス性を維持しつつ、エネルギー効率を向上させ、設置面積を低減することを課題とする。 An object of the present invention is to improve energy efficiency and reduce an installation area while maintaining maintainability of a fuel cell system.
本発明の燃料電池システムの一態様(aspect)は、燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールを覆う断熱材と、前記燃料電池モジュール及び前記断熱材を内部に収める筐体と、を備え、前記筐体は、フレームを備え、前記フレームは、第1フレーム部と、前記第1フレーム部と離間して対向する第2フレーム部とを備え、前記燃料電池モジュールが前記筐体内に挿入される方向及び前記燃料電池モジュールが前記筐体から抜き出される方向の少なくともいずれか一方に沿って見た時に、前記第1フレーム部及び前記第2フレーム部の少なくともいずれか一方に、前記断熱材に覆われた前記燃料電池モジュールが前記第1フレーム部と前記第2フレーム部との間を通過して前記筐体の内部と外部との間を移動されうるように、相対的に幅の小さい通過部が形成されている。 An aspect of the fuel cell system of the present invention includes a fuel cell module, a heat insulating material that covers the fuel cell module, and a housing that houses the fuel cell module and the heat insulating material. The body includes a frame, and the frame includes a first frame portion and a second frame portion that faces the first frame portion while being spaced apart from each other, and the direction in which the fuel cell module is inserted into the housing; When viewed along at least one of the directions in which the fuel cell module is extracted from the housing, at least one of the first frame portion and the second frame portion is covered with the heat insulating material. Relative so that the fuel cell module can pass between the first frame portion and the second frame portion and be moved between the inside and the outside of the housing. Small passage section width is formed on.
本発明の一態様によれば、燃料電池システムのメンテナンス性を維持しつつ、エネルギー効率を向上させ、設置面積を低減することができるという効果を奏する。 According to one aspect of the present invention, it is possible to improve the energy efficiency and reduce the installation area while maintaining the maintainability of the fuel cell system.
本発明者らは、燃料電池システムのメンテナンス性を維持しつつ、エネルギー効率を向上させ、設置面積を低減するための実現可能な構成を鋭意検討した。その結果、以下の知見を得た。 The present inventors diligently studied a feasible configuration for improving energy efficiency and reducing an installation area while maintaining maintainability of the fuel cell system. As a result, the following knowledge was obtained.
設置面積は、一義的には筐体の大きさにより決定される。一方、エネルギー効率を向上するためには、燃料電池モジュールと筐体の壁との間に断熱材をできるだけ厚く配置することが有効である。また、メンテナンス性を維持するためには、燃料電池モジュールを、断熱材に覆われた状態のまま、筐体から取り出し、あるいは筐体へ挿入できることが有効である。 The installation area is uniquely determined by the size of the housing. On the other hand, in order to improve energy efficiency, it is effective to dispose a heat insulating material as thick as possible between the fuel cell module and the wall of the housing. In order to maintain maintainability, it is effective that the fuel cell module can be taken out of the casing or inserted into the casing while being covered with the heat insulating material.
筐体において燃料電池モジュールを出し入れする面の左右の角には、通常、筐体の強度を向上するために、フレームが設けられる。このフレームが、断熱材に覆われた燃料電池モジュールの出し入れの障害となる。断熱材に覆われた燃料電池モジュールを、出し入れ可能な大きさにすると、フレームの分だけモジュールを小さくしなければならなくなり、筐体の壁と断熱材との間に隙間ができてしまう。一方、筐体の壁と断熱材との間に隙間ができないようにすると、燃料電池モジュールを、断熱材に覆われた状態のままで出し入れできなくなる。 In order to improve the strength of the casing, frames are usually provided at the left and right corners of the surface of the casing where the fuel cell module is inserted and removed. This frame becomes an obstacle to the insertion and removal of the fuel cell module covered with the heat insulating material. If the fuel cell module covered with the heat insulating material is sized so that it can be taken in and out, the module must be made smaller by the amount of the frame, and a gap is formed between the wall of the housing and the heat insulating material. On the other hand, if a gap is not formed between the wall of the housing and the heat insulating material, the fuel cell module cannot be taken in and out while being covered with the heat insulating material.
かかる課題に鑑み、発明者らは、フレームを、第1フレーム部と、第1フレーム部と離間して対向する第2フレーム部とを備え、燃料電池モジュールが筐体内に挿入される方向及び燃料電池モジュールが筐体から抜き出される方向の少なくともいずれか一方に沿って見た時に、第1フレーム部及び第2フレーム部の少なくともいずれか一方に、断熱材に覆われた燃料電池モジュールが第1フレーム部と第2フレーム部との間を通過して筐体の内部と外部との間を移動されうるように、相対的に幅の小さい通過部を設けることで、該課題を解決できることに想到した。すなわち、通過部を通じて、断熱材に覆われた燃料電池モジュールを筐体に出し入れすることが容易となることから、メンテナンス性が維持される。筐体の大きさが同じであれば、通過部がない構成よりも断熱材を大きくできることから、エネルギー効率を向上させることができる。さらに、断熱材の大きさが同じであれば、通過部がない構成よりも筐体を小さくできることから、設置面積を低減することができる。 In view of such a problem, the inventors include a frame including a first frame portion and a second frame portion facing the first frame portion apart from the first frame portion, and a direction in which the fuel cell module is inserted into the housing and the fuel When viewed along at least one of the directions in which the battery module is extracted from the housing, the fuel cell module covered with the heat insulating material is at least one of the first frame part and the second frame part. It is conceived that this problem can be solved by providing a relatively narrow passage portion so that it can be moved between the inside and outside of the housing through the frame portion and the second frame portion. did. That is, it becomes easy to put the fuel cell module covered with the heat insulating material into and out of the casing through the passage portion, so that maintainability is maintained. If the size of the housing is the same, the heat insulating material can be made larger than the configuration without the passage portion, so that energy efficiency can be improved. Furthermore, if the size of the heat insulating material is the same, the housing can be made smaller than the configuration without the passage portion, so that the installation area can be reduced.
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
以下で説明する実施形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、あくまで一例であり、本発明を限定するものではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比等については正確な表示ではない場合がある。また、製造方法においては、必要に応じて、各工程の順序等を変更でき、かつ、他の公知の工程を追加できる。 Each of the embodiments described below shows a specific example of the present invention. Numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of components, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and do not limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept of the present invention are described as optional constituent elements. In the drawings, the same reference numerals are sometimes omitted. In addition, the drawings schematically show the respective components for easy understanding, and there are cases where the shape, dimensional ratio, and the like are not accurately displayed. Moreover, in a manufacturing method, the order of each process etc. can be changed as needed, and another well-known process can be added.
(第1実施形態)
第1実施形態の燃料電池システムは、燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールを覆う断熱材と、燃料電池モジュール及び断熱材を内部に収める筐体と、を備え、筐体は、フレームを備え、フレームフレームは、第1フレーム部と、第1フレーム部と離間して対向する第2フレーム部とを備え、燃料電池モジュールが筐体内に挿入される方向及び燃料電池モジュールが筐体から抜き出される方向の少なくともいずれか一方に沿って見た時に、第1フレーム部及び第2フレーム部の少なくともいずれか一方に、断熱材に覆われた燃料電池モジュールが第1フレーム部と第2フレーム部との間を通過して筐体の内部と外部との間を移動されうるように、相対的に幅の小さい通過部が設けられている。
(First embodiment)
The fuel cell system according to the first embodiment includes a fuel cell module, a heat insulating material that covers the fuel cell module, and a housing that houses the fuel cell module and the heat insulating material. The housing includes a frame, The frame includes a first frame portion and a second frame portion that faces the first frame portion with a distance therebetween, and the direction in which the fuel cell module is inserted into the housing and the direction in which the fuel cell module is pulled out from the housing. When viewed along at least one of the first and second frame parts, the fuel cell module covered with the heat insulating material is disposed between the first and second frame parts. A relatively narrow passage portion is provided so that it can be moved between the inside and outside of the housing through the housing.
かかる構成では、燃料電池システムのメンテナンス性を維持しつつ、エネルギー効率を向上させ、設置面積を低減できる。 With such a configuration, it is possible to improve energy efficiency and reduce the installation area while maintaining the maintainability of the fuel cell system.
ここで、相対的に幅が小さいとは、フレームのうち、通過部が形成されていない部分の少なくとも一部よりも幅が小さいことを意味する。従って、フレームのうち、通過部が形成されていない部分には、その一部に、幅が通過部の幅以下となっている部分が含まれていてもよい。 Here, the relatively small width means that the width is smaller than at least a part of the portion of the frame where the passage portion is not formed. Therefore, a portion of the frame where the passage portion is not formed may include a portion whose width is equal to or less than the width of the passage portion.
筐体とは、燃料電池モジュール及び断熱材を内部に収める箱をいう。 A housing | casing means the box which accommodates a fuel cell module and a heat insulating material inside.
フレームとは、筐体の骨格となる部材をいう。 The frame refers to a member that becomes a skeleton of the housing.
筐体は、フレームとフレームによって支持される外装部材とを備える。 The housing includes a frame and an exterior member supported by the frame.
上記燃料電池システムにおいて、通過部を覆うように、フレームに脱着可能に固定されたカバー部材を備えてもよい。 The fuel cell system may include a cover member that is detachably fixed to the frame so as to cover the passage portion.
かかる構成では、上記通過部により低下しやすい筐体の強度をカバー部材により向上させることができる。カバー部材を取り外せば、容易に燃料電池モジュールを取り出すこともできる。 In such a configuration, the strength of the housing that is likely to be lowered by the passage portion can be improved by the cover member. If the cover member is removed, the fuel cell module can be easily taken out.
上記燃料電池システムにおいて、通過部以下の高さに配設され、断熱材に覆われた燃料電池モジュールを支持する支持部材を備えてもよい。 The fuel cell system may include a support member that is disposed at a height equal to or lower than the passage portion and supports the fuel cell module covered with a heat insulating material.
かかる構成では、重量物である燃料電池モジュールを確実に固定するとともに、燃料電池モジュールを通過部に導いた後、この燃料電池モジュールをスムーズにスライドさせ、筐体内にセッティングできる。 In such a configuration, the fuel cell module which is a heavy object is securely fixed, and after the fuel cell module is guided to the passage portion, the fuel cell module can be smoothly slid and set in the housing.
[装置構成]
図1Aは、第1実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す分解図である。図1Bは、第1実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す斜視図である。図3は、第1実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す正面図である。以下、図1A、図1B(以下、まとめて図1とする)および図3を参照しつつ、第1実施形態の燃料電池システム100について説明する。
[Device configuration]
FIG. 1A is an exploded view showing an example of a schematic configuration of the fuel cell system according to the first embodiment. FIG. 1B is a perspective view illustrating an example of a schematic configuration of the fuel cell system according to the first embodiment. FIG. 3 is a front view showing an example of a schematic configuration of the fuel cell system according to the first embodiment. Hereinafter, the
図1、図3に示す例において、燃料電池システム100は、燃料電池モジュール5と、断熱材6と、筐体7とを備えている。筐体7は、フレーム8を備えている。
In the example shown in FIGS. 1 and 3, the
以下の説明では、筐体7は直方体であり、燃料電池モジュール5を筐体7に挿入する際に燃料電池モジュール5が通過する筐体7の面を、前面とする。すなわち、燃料電池モジュール5は、筐体7の前方より、前面を通じて筐体7の内部に挿入されるものとする。
In the following description, the
燃料電池モジュール5は、例えば、原料ガス及び水を用いて水素含有ガスを生成する改質器(図示せず)と、水素含有ガス及び酸素を反応させて発電する燃料電池(図示せず)とを備えていてもよい。
The
改質器は、原料ガス及び水蒸気を用いた改質反応により水素含有ガスを生成する。改質器は、原料ガスを用いる改質反応であれば、いずれの種類であっても良く、水蒸気改質反応、オートサーマル反応、及び部分酸化反応等が例示される。原料ガスは、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含むガスであり、天然ガス、LPG、LNG、都市ガス等の炭化水素、及びメタノール等のアルコールが例示される。 The reformer generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction using a raw material gas and steam. The reformer may be of any type as long as it is a reforming reaction using a raw material gas, and examples thereof include a steam reforming reaction, an autothermal reaction, and a partial oxidation reaction. The source gas is a gas containing an organic compound having at least carbon and hydrogen as constituent elements, and examples thereof include natural gas, hydrocarbons such as LPG, LNG, city gas, and alcohols such as methanol.
燃料電池としては、いずれの種類であっても良く、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、及び燐酸形燃料電池等が例示される。なお、燃料電池が、固体酸化物形燃料電池の場合は、改質部と燃料電池とが1つの容器内に内蔵されるよう構成されてもよい。 The fuel cell may be of any type, and examples include a polymer electrolyte fuel cell, a solid oxide fuel cell, and a phosphoric acid fuel cell. When the fuel cell is a solid oxide fuel cell, the reforming unit and the fuel cell may be built in one container.
断熱材6は燃料電池モジュール5を覆う。図1、図3に示す例において、断熱材6は燃料電池モジュール5の外周を完全に包むように構成されている。断熱材6は、高温になる燃料電池をもつ燃料電池モジュール5の断熱を行い、無駄な熱放出を抑えている。
The
断熱材6は、例えば、シリカ粒子、珪酸カルシウム等を用いることができる。断熱材6は、その表面に、例えば金属製のカバーを備えていてもよい。
As the
筐体7は燃料電池モジュール5及び断熱材6を内部に収める。図1、図3に示す例において、筐体7は主にフレーム8と外装部材9から成り、燃料電池システム100を構成すべく燃料電池モジュール5などを収めている。外装部材9は筐体7の外装を形成するものであり、組み立ての最後に取り付けられる。
The
フレーム8は、第1フレーム部8aと第2フレーム部8bとを備えている。第1フレーム部8aと、第2フレーム部8bとは、互いに離間しつつ対向している。第1フレーム部8aと、第2フレーム部8bとは、互いに平行に延びていてもよい。
The
第1フレーム部8a及び第2フレーム部8bの少なくともいずれか一方には、燃料電池モジュール5が筐体7内に挿入される方向及び燃料電池モジュール5が筐体7から抜き出される方向の少なくともいずれか一方に沿って見た時に、相対的に幅の小さい通過部10が形成されている。通過部10は、断熱材6に覆われた燃料電池モジュール5が第1フレーム部8aと第2フレーム部8bとの間を通過して筐体7の内部と外部との間を移動されうるように、形成されている。
At least one of the
図1〜図3に示す例では、第1フレーム部8a及び第2フレーム部8bの両方において、燃料電池モジュール5が筐体7内に挿入される方向及び燃料電池モジュール5が筐体7から抜き出される方向に沿って見た時に、相対的に幅の小さい通過部10が形成されている。通過部10は、断熱材6に覆われた燃料電池モジュール5が第1フレーム部8aと第2フレーム部8bとの間を通過して筐体7の内部と外部との間を移動されうるように形成されている。
In the example shown in FIGS. 1 to 3, the direction in which the
図3に示す例では、第1フレーム部8a及び第2フレーム部8bの両方において、通過部10が形成されていない部分の幅W1よりも、通過部10における幅W2の方が相対的に小さい。
In the example shown in FIG. 3, in both the
かかる構成では、例えば、筐体7の幅全部にわたるように、燃料電池モジュール5の断熱材6を大きく構成でき、小型化を図る中、より高効率な発電システムを得ることができる。
In such a configuration, for example, the
断熱材6と筐体7の内壁とが接触していてもよい。断熱材6と筐体7の内壁とが面で接触していてもよい。換言すれば、断熱材6の横幅と、筐体7の内部空間の横幅とが一致していてもよい。
The
フレーム8は、断熱材6に覆われた燃料電池モジュール5を出し入れする筐体7の面の少なくとも一部を覆う。図1、図3に示す例では、フレーム8は、断熱材6に覆われた燃料電池モジュール5を出し入れする筐体7の面に沿って延びる部分(通過部10の上側の部分および下側の部分)を有する。換言すれば、フレーム8は、断熱材6に覆われた燃料電池モジュール5を出し入れする方向と交差する方向に延びる部分を有する。
The
通過部10が設けられていなければ、断熱材6に覆われた燃料電池モジュール5は、そのままの状態で筐体7の内部に挿入できず、あるいは筐体7の内部から取り出すことができない。本実施形態の燃料電池システムでは、通過部10が設けられているために、断熱材6に覆われた燃料電池モジュール5は、そのままの状態で筐体7の内部に挿入でき、かつ、筐体7の内部から取り出すことができる。
If the
通過部10の形状は特に限定されない。図1、図3に示す例では、筐体7の左右の辺のそれぞれに沿うように2個のフレーム、すなわち第1フレーム部8aと第2フレーム部8bとが配置されている。そして、断熱材6に覆われた燃料電池モジュール5が略立方体であり、該立方体を正面から見たときの四隅に沿って、通過部10がフレーム8を直角に切るように形成されている。すなわち、通過部10は矩形である。他には、例えば、図4に示す変形例のように、通過部10がフレーム8を斜めに切るように形成されていてもよい。すなわち、通過部とは、図3に示すような細長い長方形のフレームにおいて辺の一部が切り欠かれた切欠部であってもよいし、図4に示すような、長方形の開口部において、直角部分が四隅に当たるように配置された直角三角形のフレームが補強用に形成された態様において、該補強用フレームが存在しない部分であってもよい。
The shape of the
図4に示す例では、第1フレーム部8a及び第2フレーム部8bの両方において、通過部10が形成されていない部分の幅W1よりも、通過部10における幅W2の方が相対的に小さい。
In the example shown in FIG. 4, in both the
図1、図3に示す例では、通過部10のうち最も切り込みが深い部分が筐体7の側壁に達するように、すなわちフレーム8のうち側壁から立ち上がる部分の高さ全部が欠けるように、通過部10が形成されている。別の言い方をすれば、通過部10においては、筐体7の内壁面から立ち上がる部分が存在しなくてもよい。あるいは例えば、通過部10においては、筐体7の左右の内壁面から立ち上がる部分が存在しなくてもよい。かかる構成では、筐体7の内寸の幅と、断熱材6に覆われた燃料電池モジュール5の幅とをほぼ等しくすることができる。よって、燃料電池システムのメンテナンス性を維持しつつ、エネルギー効率をより向上させ、設置面積をより低減できる。
In the example shown in FIG. 1 and FIG. 3, the
しかし、かかる構成は必須ではなく、例えば、通過部10のうち最も切り込みが深い部分が筐体7の側壁に達しないように、すなわちフレーム8のうち側壁から立ち上がる部分の高さの一部のみが欠けるように、通過部10が形成されていてもよい。かかる構成でも、通過部がない場合に比べ、燃料電池システムのメンテナンス性を維持しつつ、エネルギー効率をより向上させ、設置面積をより低減できる。
However, such a configuration is not essential. For example, only a part of the height of the portion of the
断熱材6の左端が平面(左端面)をなし、筐体7の左側の内壁面が平面(左内壁面)をなすとき、断熱材6の左端面と筐体7の左内壁面とが接触していてもよいし、断熱材6の左端面と筐体7の左内壁面とが平行であって隙間が第1の距離以下であってもよい。第1の距離は、フレーム8に通過部10がなければ、フレーム8が障害となって燃料電池モジュール5が取り出せない距離として設定される。具体的には、例えば、1mm、5mm、1cm等とすることができる。
When the left end of the
断熱材6の右端が平面(右端面)をなし、筐体7の右側の内壁面が平面(右内壁面)をなすとき、断熱材6の右端面と筐体7の右内壁面とが接触していてもよいし、断熱材6の右端面と筐体7の右内壁面とが平行であって隙間が第2の距離以下であってもよい。第2の距離は、フレーム8に通過部10がなければ、フレーム8が障害となって燃料電池モジュール5が取り出せない距離として設定される。具体的には、例えば、1mm、5mm、1cm等とすることができる。
When the right end of the
断熱材6の左端が平面(左端面)をなし、筐体7の左側の内壁面が平面(左内壁面)をなし、かつ、断熱材6の右端が平面(右端面)をなし、筐体7の右側の内壁面が平面(右内壁面)をなすとき、断熱材6の左端面と筐体7の左内壁面とが接触し、かつ、断熱材6の右端面と筐体7の右内壁面とが接触していてもよいし、断熱材6の左端面と筐体7の左内壁面とが平行であって隙間が第1の距離以下であり、かつ、断熱材6の右端面と筐体7の右内壁面とが平行であって隙間が第2の距離以下であってもよい。該第1の距離及び第2の距離は、フレーム8に通過部10がなければ、フレーム8が障害となって燃料電池モジュール5が取り出せない距離として設定される。具体的には、例えば、1mm、5mm、1cm等とすることができる。
The left end of the
以上の例において、断熱材6および筐体7は、いずれも直方体形状であってもよい。あるいは例えば、断熱材6および筐体7は、それぞれの左右の端が平行な平面をなしていてもよい。あるいは例えば、断熱材6および筐体7は、水平面で切った断面が長方形であり、断熱材6の左右の幅と筐体7の左右の幅との差が所定の長さ以下であってもよい。該所定の長さは、例えば、2ミリ、1センチ、2センチ等とすることができる。あるいはさらに、断熱材6の前後の長さと筐体7の前後の長さとの差が所定の長さ以下であってもよい。該所定の長さは、例えば、2ミリ、1センチ、2センチ等とすることができる。
In the above example, both the
図1、図3に示す例において、燃料電池システム100は、さらに、カバー部材11を備える。カバー部材11は、通過部10を覆うように、フレーム8に脱着可能に固定されている。カバー部材11をフレーム8に脱着可能に固定する構成(図示せず)は、特に限定されず、例えば、ネジ、ボルト、ピン及び係止部等とすることができる。なお、カバー部材11は必須ではなく、省略されうる。
In the example shown in FIGS. 1 and 3, the
カバー部材11の形状は特に限定されない。図1、図3に示す例では、カバー部材11は上下に細長い矩形であり、上端部および下端部においてフレーム8に脱着可能に固定されるように構成されている。
The shape of the
通過部10はフレーム8の強度を下げる可能性がある。燃料電池モジュール5を筐体7内に取り付けた後、この通過部10をカバー部材11で覆い固定する。そうすると、通過部10による強度の低下がカバー部材11で補われる。カバー部材11とフレーム8は、固定箇所において重なり合うので、従来と同様以上にフレーム8の強度を保つことができる。このカバー部材11を取り外せば、容易に燃料電池モジュール5を取り出すこともできる。
The
図1、図3に示す例において、燃料電池システム100は、さらに、支持部材12を備える。支持部材12は、通過部10以下の高さに配設され、断熱材6に覆われた燃料電池モジュール5を支持する。支持部材12としては、例えば、図1、図3に例示されているような棚板状の部材であってもよいし、断熱材6に覆われた燃料電池モジュール5を摺動可能に支持するレール状の部材であってもよい。なお、支持部材12は必須ではなく、省略されうる。
In the example shown in FIGS. 1 and 3, the
「通過部10以下の高さ」とは、例えば、通過部10の下端部より低いことを意味してもよい。
“The height of the
燃料電池モジュール5を通過部10より下の支持部材12で支持することで、重量物である燃料電池モジュール5を確実に固定するとともに、燃料電池モジュール5を通過部10に導いた後、この燃料電池モジュール5をスムーズにスライドさせ、筐体7内にセッティングできる。
By supporting the
図2は、第1実施形態にかかる燃料電池システムのフレームの概略構成の一例を示す斜視図である。図2に示す例において、フレーム8は、上部、すなわち通過部10よりも上方の部分、および下部、すなわち通過部10よりも下方の部分、において、水平方向に切った断面がL字部14を有する。
FIG. 2 is a perspective view illustrating an example of a schematic configuration of a frame of the fuel cell system according to the first embodiment. In the example shown in FIG. 2, the
図5Aは、第1実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す一部切欠平面図である。図5Aに示す例において、フレーム8は筐体7の前方両コーナーに設置されており、筐体7の強度を保ちつつ、燃料電池モジュール5などを取り付けたり取り外したりできる空間aを確保している。
FIG. 5A is a partially cutaway plan view showing an example of a schematic configuration of the fuel cell system according to the first embodiment. In the example shown in FIG. 5A, the
図5Bは、第1実施形態の第2変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す要部断面図である。第2変形例において、フレーム8は、上部、すなわち通過部10よりも上方の部分、および下部、すなわち通過部10よりも下方の部分、において、水平方向に切った断面が角の取れたL字部15を有する。第2変形例においても、第1実施形態と同様の変形が可能である。
FIG. 5B is a main part sectional view showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system according to a second modification of the first embodiment. In the second modification, the
図6は、第1実施形態の第3変形例にかかる燃料電池システムの概略配置の一例を示す外観図である。第3変形例の燃料電池システム110は、第1実施形態の燃料電池システムに、蓄熱器13を追加したものである。
FIG. 6 is an external view showing an example of a schematic arrangement of a fuel cell system according to a third modification of the first embodiment. The
蓄熱器13は、燃料電池モジュール5の排熱を回収した熱媒体を貯える。蓄熱器13は、燃料電池モジュール5の側方に配置されている。図6に示す例において、蓄熱器13は、筐体7の外部に別途設けられた筐体の内部に設けられているが、蓄熱器13が筐体7の内部に設けられてもよい。第3変形例においても、第1実施形態と同様の変形が可能である。
The
図6において、蓄熱器13は、円筒形状を有するが、他の形状であってもよく、例えば蓄熱器13が直方体形状を有していてもよい。
In FIG. 6, the
なお、上記説明では、燃料電池モジュール5を筐体7に挿入する際に燃料電池モジュール5が通過する筐体7の面を、前面として説明したが、燃料電池モジュール5が通過する筐体7の面を筐体7の側面に設ける形態であっても構わない。
In the above description, the surface of the
[動作および作用]
以下、本燃料電池システムの動作、作用について説明する。
[Operation and Action]
Hereinafter, the operation and action of the fuel cell system will be described.
まず、使用者がスタートボタンを押すなどして燃料電池システム100の駆動開始が指示されると、必要媒体に生成された水、空気、原料ガスが燃料電池及び改質器を含む燃料電池モジュール5に供給され、発電が行われる。発電により得られた直流電力は電力変換回路(図指せず)を介して系統電源に供給される。
First, when the user instructs to start driving the
燃料電池がSOFCである場合には、動作温度が600〜700℃と非常に高く、市水との熱交換性が高い。そのため、蓄熱器13内に貯める湯温を容易に70〜75℃と高くでき、蓄熱器13の容量を大幅に小さく(例えば燃料電池がPEFCである場合の約1/3である、70L程度に)することができるとともに、PEFCのように複雑で大きな水素生成器が不要であるということとが相まって、燃料電池システムを小型化できる。
When the fuel cell is an SOFC, the operating temperature is as high as 600 to 700 ° C., and heat exchange with city water is high. Therefore, the hot water temperature stored in the
燃料電池モジュール5は、その発電効率を高めるに、燃料電池モジュール5を覆う断熱材6を出来るだけ厚くし、無駄な放熱を抑え、決められた寸法の筐体7の幅全体に、断熱材6を配置することが考えられる。かかる構成を実現させるには、筐体7の前方(燃料電池モジュール5を挿入する面側)から見て、フレーム8と断熱材6とが重なる部分が邪魔となる。なお、フレーム8は、筐体7の強度確保のため設けられ、少なくとも筐体7の前方左右両側に配置される。
In order to increase the power generation efficiency of the
そこで、フレーム8と断熱材6とが重なる部分を取り除き、断熱材6が通過可能な通過部10を設ける。通過部10を設けると強度が低下する可能性があるので、カバー部材11で、通過部10を覆うように固定する。すなわち、通過部10による強度低下が、カバー部材11により補われるとともに、カバー部材11とフレーム8とが、固定箇所において重なり合うので、従来と同様以上にフレーム8の強度を保つことができる。
Therefore, a portion where the
カバー部材11を取り外した状態でも、通過部10がない従来構成と比較して同等以上の強度を有するように構成してもよい。通過部10より下に配置される支持部材12により、重量物である燃料電池モジュール5を確実に固定するとともに、燃料電池モジュール5を通過部10に導いた後、この燃料電池モジュール5をスムーズにスライドさせ、筐体7内にセッティングできる。
Even when the
以上のように、本実施の形態においては、小型化を図る中で、決められた筐体寸法内で、より高効率な発電を行う燃料電池システムを実現できる。 As described above, in the present embodiment, it is possible to realize a fuel cell system that performs higher-efficiency power generation within a determined housing size while reducing the size.
(第2実施形態)
第2実施形態の燃料電池システムは、第1実施形態およびその変形例のいずれかの燃料電池システムであって、燃料電池モジュールの排熱を回収した熱媒体を貯える蓄熱器を備え、燃料電池モジュールが蓄熱器の上方に配置されている。
(Second Embodiment)
The fuel cell system according to the second embodiment is the fuel cell system according to any one of the first embodiment and the modifications thereof, and includes a heat accumulator that stores a heat medium that recovers the exhaust heat of the fuel cell module. Is disposed above the regenerator.
かかる構成では、蓄熱器すなわち貯湯タンクも含めた燃料電池システムの設置面積を格段に小さくでき、さらに狭小な場所に設置できる。また、蓄熱器は、水等が充填されると重量が大きくなることから、蓄熱器を下方に配置することで、燃料電池システムの重心が下方に配置され、安定性が向上する。また、仮に蓄熱器から熱媒体が漏出しても、燃料電池モジュール等に熱媒体が汚染されにくくなる。 In such a configuration, the installation area of the fuel cell system including the heat accumulator, that is, the hot water storage tank, can be remarkably reduced and can be installed in a narrow place. Further, since the heat accumulator increases in weight when filled with water or the like, the center of gravity of the fuel cell system is disposed downward by disposing the heat accumulator downward, and stability is improved. Further, even if the heat medium leaks from the heat accumulator, the heat medium is not easily contaminated by the fuel cell module or the like.
図7Aは、第2実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す分解図である。図7Bは、第2実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す斜視図である。以下、図7A、図7B(以下、まとめて図7とする)を参照しつつ、第1実施形態の燃料電池システム200について説明する。
FIG. 7A is an exploded view showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system according to a second embodiment. FIG. 7B is a perspective view illustrating an example of a schematic configuration of the fuel cell system according to the second embodiment. Hereinafter, the
図7に示す例において、燃料電池システム200は、蓄熱器13を備える。蓄熱器13は、燃料電池モジュール5の排熱を回収した熱媒体を貯える。燃料電池モジュール5は、蓄熱器13の上方に配置されている。
In the example shown in FIG. 7, the
筐体7、フレーム8、外装部材9は基本的に第1実施形態と同様であるが、第1実施形態と比較し、上下に細長くなっている。
The
蓄熱器13は、例えば、燃料電池モジュール5からの排熱回収を利用し、お湯をつくりそのお湯を貯める貯湯タンクとすることができる。図7において、蓄熱器13は、円筒形状を有するが、他の形状であってもよく、例えば蓄熱器13が直方体形状を有していてもよい。
The
通常、燃料電池システムは、縦すなわち高さが約1.9mまでは施工設置でき、この高さに収まる設計を基本としている。 Normally, the fuel cell system is based on a design that can be installed and installed up to about 1.9 m in length, that is, at a height of about 1.9 m.
燃料電池システム200は、上記特徴以外は、第1実施形態の燃料電池システム100と同様に構成することができる。よって、図1と図7とで共通する構成要素については同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
The
第2実施形態の燃料電池システムの基本的な動作、作用は、第1実施形態と同様である。第1実施形態で説明したように、燃料電池をSOFCとした場合には、蓄熱器13の容量を大幅に小さく(例えばPEFCの約1/3の70L程度に)することができるとともに、PEFCのように複雑で大きな水素生成器が不要であるということとが相まって、蓄熱器13を筐体7内の下側とし、その上側に燃料電池モジュール5、断熱材6を配置するという構成がより容易となる。ただし、本実施形態においても、燃料電池はSOFCに限定されるものではなく、PEFC等の他の燃料電池であってもよい。
The basic operation and action of the fuel cell system of the second embodiment are the same as those of the first embodiment. As described in the first embodiment, when the fuel cell is an SOFC, the capacity of the
以上のように、蓄熱器13すなわち貯湯タンクも含めた燃料電池システム200の設置面積を格段に小さくでき、図6のように蓄熱器13を燃料電池モジュール5の側方に配置した場合に比べ、さらに狭小な場所に設置できる。
As described above, the installation area of the
第2実施例においても、第1実施形態および第2実施形態および第1実施例と同様の変形が可能である。 Also in the second example, the same modifications as those of the first embodiment, the second embodiment, and the first example are possible.
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および/又は機能の詳細を実質的に変更できる。 From the foregoing description, many modifications and other embodiments of the present invention are obvious to one skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.
本発明の一態様は、メンテナンス性を維持しつつ、エネルギー効率を向上させ、設置面積を低減するができる燃料電池システムとして有用である。 One embodiment of the present invention is useful as a fuel cell system capable of improving energy efficiency and reducing an installation area while maintaining maintainability.
5 燃料電池モジュール
6 断熱材
7 筐体
8 フレーム
9 外装部材
10 通過部
11 カバー部材
12 支持部材
13 蓄熱器
14 L字部
15 角の取れたL字部
100 燃料電池システム
105 燃料電池システム
110 燃料電池システム
200 燃料電池システム
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記燃料電池モジュールを覆う断熱材と、
前記燃料電池モジュール及び前記断熱材を内部に収める筐体と、を備え、
前記筐体は、フレームを備え、
前記フレームは、第1フレーム部と、前記第1フレーム部と離間して対向する第2フレーム部とを備え、
前記燃料電池モジュールが前記筐体内に挿入される方向及び前記燃料電池モジュールが前記筐体から抜き出される方向の少なくともいずれか一方に沿って見た時に、前記第1フレーム部及び前記第2フレーム部の少なくともいずれか一方に、前記断熱材に覆われた前記燃料電池モジュールが前記第1フレーム部と前記第2フレーム部との間を通過して前記筐体の内部と外部との間を移動されうるように、相対的に幅の小さい通過部が形成されている、
燃料電池システム。 A fuel cell module;
A heat insulating material covering the fuel cell module;
A housing that houses the fuel cell module and the heat insulating material inside,
The housing includes a frame,
The frame includes a first frame portion and a second frame portion facing the first frame portion with a spacing therebetween.
When viewed along at least one of a direction in which the fuel cell module is inserted into the casing and a direction in which the fuel cell module is extracted from the casing, the first frame section and the second frame section At least one of the above, the fuel cell module covered with the heat insulating material passes between the first frame portion and the second frame portion and is moved between the inside and the outside of the housing. As can be seen, a relatively narrow passage is formed,
Fuel cell system.
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