JP4591872B2 - 燃料電池装置 - Google Patents

Description

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を行なう燃料電池装置に関する。

近年、新発電システムの一つとして、小容量分散発電が容易であり、ＮＯＸやＳＯＸなどの有害物質の発生がなく、しかも低騒音というメリットを有する電解質膜と触媒とを利用した燃料電池装置が考えられている。こうした燃料電池装置は、燃料ガスである天然ガスなどから水素ガスを生成する改質装置と、この水素ガスと酸化剤としての酸素（空気）との電気化学的反応により発電を行なう燃料電池と、この燃料電池に酸素（空気）を供給する空気供給装置（空気ブロア）と、燃料電池で発生した電気エネルギーを商用電圧・周波数に変換する電力変換装置（インバータ）と、燃料電池や改質装置で発生する熱を回収して、他の排熱利用外部機器に熱を供給する熱回収装置と、本体（パッケージ）内を換気する送風装置（換気ファン）と、排熱を利用しない場合の冷却に使用する放熱装置（クーリングモジュール）とにより基本的に構成される。また、上記基本的な構成において、各々の構成要素を円滑に動作させるために、天然ガスを昇圧するブロアや、天然ガスの硫黄分を除去する脱硫器や、改質装置に水（蒸気）を送るポンプや、燃料電池の電解膜質を加湿するために、この燃料電池に水を送るポンプや、水中の不純物を除去する浄化装置や、水の電解質を除去するイオン交換装置や、燃料ガス，空気，水の流量を電磁弁で制御する制御器としてのコントローラなどの、様々な補助機器が配置されている。
特開平３−１０８２６６号公報

ところで上記構成においては、燃料電池や改質装置から発生する排ガス（排気ガス）を熱回収装置に案内するために、この燃料電池や改質装置と熱回収装置とをつなぐ配管が、本体の外部に例えばＳＵＳパイプなどを利用して設けられているが、この配管を無造作に接続すると、排ガス中の蒸気凝縮水が燃料電池や改質装置に逆流して、配管の内部や燃料電池および改質装置の排ガス出口部に水が溜まる。このため、配管圧力損失の増大や、燃料電池および改質装置の内部圧力上昇を来し、発電性能や改質性能を著しく低下させたり、水シール部材のシール性が低下するなど、安全性においても不具合が発生する。

また上記燃料電池装置は、その運転時間が長くなるのに従い、脱硫器や、浄化装置や、イオン交換装置などの性能が次第に低下するので、そのままでは装置の運転を維持できなくなるのが現状である。したがって、装置としての運転を継続させるには、上述した脱硫器，浄化装置およびイオン交換装置の交換や再生などのメンテナンスが必要となってくるが、これらの各部を本体に無造作に配置したり、本体の外郭をなすパネルの固定方法が、着脱を容易に行なえるように考慮していないと、メンテナンスの際に非常に時間を要したり、場合によってはメンテナンスを行なえない不具合も生じる。

さらに上記燃料電池装置において、空気供給装置や、送風装置や、放熱装置内にある放熱用ファンの吸気口を一つにまとめると、各々の吸気が干渉し合って、これらの各装置の性能を低下させるだけでなく、換気不足によって本体内の温度が上昇し、補助機器が正常に働かなくなったりする。また、万一可燃ガスが漏れた場合には、換気不足によって可燃ガスがパッケージ内に溜まり、安全性において問題が発生する虞れがある。

したがって、こうした問題を回避しつつ、燃料電池装置の運転を安全かつ正常に継続するためには、空気供給装置や、送風装置や、放熱装置の吸気口を分離する必要があるが、吸気口をいくつも設けることは外面パネルの加工を複雑にしたり、蓋体の数が増えるなど、コストアップの要因になるだけでなく、外面パネルに形成した窓が小さくなって、メンテナンスに必要な部品を取出すことが困難になり、結果的に外面パネルそのものを取外す必要が生じるなど、メンテナンス性が著しく低下する。

本発明は上記問題点を解決しようとするものであり、その目的は、各々の吸気を干渉させることなく、部品点数や部品加工行程の削減を図って、コスト競争力のある燃料電池装置を提供することにある。

本発明における請求項１の燃料電池装置では、冷却装置を構成する冷却体と換気体の吸気部を各々独立させつつも、これらを隣接させることで、各々の吸気が干渉することなく、冷却装置や換気体の性能低下を回避することができる。また、パッケージ内に侵入しようとする空気中の塵埃を効果的に除去できる他、フィルターそのものが着脱できるため、フィルターのメンテナンスも容易になる。さらに、隣接した吸気体に共通の貫通部や蓋体を設けることで、貫通部を設ける上で外面パネルの加工が煩雑になったり、蓋体の個数が増えるといった問題も解決でき、部品点数および部品加工行程の削減を図ることが可能になる。また、空気ブロアの周辺の部品からの熱を拾わないようにして、パッケージの後面パネルに形成した吸気口だけから空気ブロアに吸気するようにし、他のパッケージへの吸排気と干渉しない。

本発明の請求項１の燃料電池装置によれば、放熱用ファンと換気用ファンの各吸気が干渉することなく、冷却体や換気体の性能低下を回避することができる。また、パッケージ内に侵入しようとする空気中の塵埃を効果的に除去できる。さらに、部品点数および部品加工行程の削減を図ることが可能になり、コスト競争力のある燃料電池装置を提供できる。

以下、本発明における燃料電池装置の各実施例について、添付図面を参照しながら説明する。図１〜図３は本発明の第１実施例を示すものであり、装置全体の概略構成をあらわした図１において、１は酸化剤ガスとしての酸素（空気）を供給する空気供給装置、２は天然ガスなどの燃料ガス（原燃料）から水素ガスを生成する改質装置であり、この空気供給装置１からの酸素と改質装置２からの水素ガスが、燃料電池３により電気化学反応を起こし、燃料電池３内で発電を行なうようになっている。また４は、燃料電池３で発生した電気エネルギー（直流電力）を商用電圧・周波数の交流電力に変換する電力変換装置としてのインバータである。前記改質装置２や燃料電池３で発生する熱（排ガス）は排熱利用熱交換器である回収装置すなわち熱回収装置５により回収され、交換器である熱交換器６に接続可能な外部の熱利用機器である例えば床暖房機器や温水器などの熱利用外部機器７に供給される。その他、これらの各構成要素を円滑に動作させるために、例えばポンプや、電磁弁や、これらのポンプおよび電磁弁などを制御する制御器としてのコントローラなどの補助機器８が設けられている。なお、この図１における概略構成は、後述する第２および第３実施例にも共通している。

次に、本装置の主要部におけるより詳細な構成を図２に基づき説明する。同図において、前記改質装置２は、燃料ガスを昇圧する昇圧ブロア11と、この昇圧ブロア11の吐出口に接続される活性炭などからなる脱硫器12と、脱硫器12の出口のその入口が接続され、触媒からなる改質部とこの改質部を加熱するバーナー部とにより構成される改質器13と、改質器13の出口にその入口が接続される触媒からなるＣＯシフト反応器14と、ＣＯシフト反応器14の出口にその入口が接続される触媒からなるＣＯ選択反応器15とを順に接続して構成される。また、ＣＯ選択反応器15の出口は燃料電池３のアノード17に接続され、アノード17の出口は改質器13のバーナー部に接続される。

前記燃料電池３は、触媒を担持した電極としてのアノード17とカソード18との間に、固体高分子からなる電解質膜19を挟持すると共に、アノード17およびカソード18のそれぞれに燃料ガスや空気を送り込むための流路を形成したセパレータ（図示せず）を備えて構成される。また21は、前記空気供給装置１を構成する空気ブロアで、この空気ブロア21の吐出口は３方向に分岐され、１つは燃料電池３のカソード18へ、他の１つは改質器13のバーナー部へ、他のもう１つはＣＯ選択反応器15へそれぞれ接続される。

改質器13を構成するバーナー部の排ガス出口は、水蒸気発生用熱交換器22の入口に接続される。そして、この改質器13のバーナー部からの排ガスは、水蒸気発生用熱交換器22を経由し、改質装置２のガス口であるバーナー排ガス出口23からバーナー排ガス配管24を通って、熱回収装置５のガス口であるバーナー排ガス入口25に送り出されるようになっている。またこれとは別に、燃料電池３を構成するカソード18のガス口すなわち出口（カソード排ガス出口26）が、カソード排ガス配管27により熱回収装置５のガス口であるカソード排ガス入口28に接続される。30は熱回収装置５の液相部に接続された水ポンプで、その吐出口は２方向に分岐され、一方の吐出口は燃料電池３のアノード17に接続され、他方の吐出口は改質装置２を構成する水蒸気発生用熱交換器22を経由して、改質器13の入口に接続される。

32は市水の流入量を制御する電磁弁で、その出口は熱回収装置５の熱交換器６を経由して、熱利用外部機器７である温水器33の温水入口34に接続される。また35は、温水器33の温水出口である。36は温水器33の冷水出口であり、この冷水出口36は循環ポンプ37を経由して熱回収装置５の熱交換器６に接続される。循環ポンプ37は、温水器33の冷水を熱回収装置５に送り込むものである。その他、この図２には図示していないが、ガス，空気および水の流れや温度を制御するためのセンサ，コントローラおよび開閉器（例えば電磁弁）などの補助機器８や、燃料電池３で得た直流発電電力を交流電力に変換するインバータ４や、装置の運転を制御する制御装置なども、本装置内に配置・接続される。

図３は、燃料電池装置の主要部における構成を示すものである。同図において、41は燃料電池装置本体の外郭を形成する箱状のパッケージであり、このパッケージ41内の基台42上には、前述のバーナー点火プラグ43を備えた改質装置２の他に、燃料電池３と、熱回収装置５と、電力変換装置としてのインバータ４がそれぞれ配置される。また、基台42の下部には、各種センサや、コントローラや電磁弁などの補助機器８が配設される。パッケージ41の外部には温水器33が設けられ、この温水器33の温水入口34および冷水出口36が、循環ポンプ37を経由して熱回収装置５に接続される。さらに、電磁弁32も循環ポンプ37と共にパッケージ41の内部に設けられる。

改質装置２のバーナー排ガス出口23は、熱回収装置５のバーナー排ガス入口25よりも高い位置に設けられる。また、燃料電池３のカソード排ガス出口26も、熱回収装置５のカソード排ガス入口28よりも高い位置に設けられる。改質装置２のバーナー排ガス出口23と熱回収装置５のバーナー排ガス入口25との間を連結するバーナー排ガス配管24は、熱回収装置５側に下り勾配となるように傾斜配管されており、また燃料電池３のカソード排ガス出口26と熱回収装置５のカソード排ガス入口28との間を連結するカソード排ガス配管27も、熱回収装置５側に下り勾配となるように傾斜配管されている。

次に、上記構成についてその作用を説明する。燃料電池装置としての運転を開始すると、燃料ガスが改質装置２の昇圧ブロア11に入って昇圧され、脱硫器12に送り出される。ここで燃料ガスに含まれる硫黄分が脱硫剤の吸着作用により取り除かれる。なお、本実施例では脱硫剤として活性炭を用いたが、他の触媒を用いてもよく、要するに燃料ガス中に含まれる硫黄分を除去できればよい。脱硫器12により硫黄分を除去する目的は、その後の改質器13などの触媒が燃料硫黄分により劣化するのを防止することにある。

脱硫器12を通過した燃料ガスは、水蒸気発生用熱交換器22で発生した水蒸気と混合され、改質器13の改質部に入る。この改質部はバーナー部により約750℃前後に加熱されており、燃料ガスはここで触媒の作用により水素ガスと炭酸ガス（二酸化炭素）とに変化する。しかし、ここで生成したガスには、一酸化炭素も若干含まれているが、後述する固体高分子型の燃料電池３は、一酸化炭素によりその性能が著しく低下するため、一酸化炭素の濃度を一定値以下にする必要がある。

改質器13を通過した燃料ガスは、次のＣＯシフト反応器14に入り、ここでも触媒の作用により一酸化炭素は水蒸気と反応して水素ガスと二酸化炭素とに変化し、一酸化炭素の濃度はかなり低いレベルにまで低下する。ＣＯシフト反応器14を通過した燃料ガスは、さらにＣＯ選択反応器15に入り、空気ブロア21により送り込まれた空気（酸素）と混合され、その中に含まれる一酸化炭素が触媒の作用により二酸化炭素に変化する。この時点で初めて燃料電池３に悪影響を及ぼさない濃度まで、燃料ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を下げることができる。

ＣＯ選択反応器15を通過した燃料ガスは、燃料電池３の一方の電極であるアノード17に送り込まれる。また、他方の電極であるカソード18には、空気ブロア21により空気（酸素）が送り込まれる。アノード17の水素は触媒の作用によりイオン化し、電解膜質19を通ってカソード18側の酸素と結び付く。これにより、水が生成されると同時に反応熱が発生する。またこの電気化学反応によって、アノード17にマイナス極、カソード18にプラス極の電位が生じ、燃料電池３より電力を取り出すことができる。

アノード17を通過した燃料ガスは、大部分の水素ガスが消費されているが、まだかなりの濃度で水素ガスを含んでおり、これを改質器13のバーナー部に戻して、空気ブロア21により送り込まれた空気と混合させ、バーナー部で燃焼する。これにより、残留する水素ガスを改質部の昇温に用いることができる。

カソード18を通過した空気は、燃料電池３で発生した水（水蒸気）と熱を有しており、これを燃料電池３のカソード排ガス出口26からカソード排ガス配管27を経て熱回収装置５に通過させることにより水に戻し、水ポンプ30によって燃料電池３のアノード17に送り込むことで、固体高分子膜（電解質膜19）の加湿および燃料電池３の冷却に使用する。同じく水ポンプ30により、水蒸気発生用熱交換器22に送り込まれた水は、改質器13のバーナー部から排出されるバーナー排ガスによって加熱され、水蒸気となって昇圧ブロア11からの燃料ガスと共に改質器13の改質部に入る。その際、燃料電池３のカソード排ガス出口26は、熱回収装置５のカソード排ガス入口28よりも高い位置に設けられており、しかもカソード排ガス配管27は、熱回収装置５側に下り勾配となるように傾斜配管されているので、カソード排ガス配管27を通過する蒸気凝縮水は途中で逆流することなく、スムーズに熱回収装置５に送り出される。

また、水蒸気発生用熱交換器22を通過したバーナー排ガスは、改質装置２のバーナー排ガス出口23からバーナー排ガス配管24を通って熱回収装置５に送り込まれ、そこで持っている熱エネルギーを放出する。ここでも、改質装置２のバーナー排ガス出口23は、熱回収装置５のバーナー排ガス入口25よりも高い位置に設けられており、しかもバーナー排ガス配管24は、熱回収装置５側に下り勾配となるように傾斜配管されているので、バーナー排ガス配管24を通過する蒸気凝縮水は途中で逆流することなく、スムーズに熱回収装置５に送り出される。

次に、熱利用外部機器７の動作について説明する。先ず、燃料電池装置を運転する前に電磁弁32を開放し、市水を温水器33に満たしておく。その後、燃料電池装置の運転を開始すると循環ポンプ37が作動し、この循環ポンプ37によって温水器33の冷水が冷却出口36から熱回収装置５の熱交換器６に送り込まれ、燃料電池３のカソード18や改質器13のバーナー部からの排ガスの熱エネルギーを貰って温水となる。この温水は熱回収装置５から温水入口34に送り出され、再び温水器33に戻る。温水器33の内部は水温の違いにより２層状態となっており、温水は貯水槽の上層に、冷水は貯水槽の下層に位置している。ここで貯水槽の上部に取付けられた温水出口35を開放することにより、熱交換装置５を利用して得た温水を使用することが可能になる。

以上のように本実施例では、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行なう燃料電池装置において、改質装置２と回収装置としての熱回収装置５との間を管体であるバーナー排ガス配管24で接続し、このバーナー排ガス配管24の一端に連結する改質装置２のガス口としてのバーナー排ガス出口23を、バーナー排ガス配管24の他端に連結する熱回収装置５のガス口としてのバーナー排ガス入口25よりも高所に位置させると共に、バーナー排ガス配管24を傾斜させている。

このようにすると、改質装置２から排出される蒸気凝縮水は、バーナー排ガス配管24を通過する際に途中で逆流することなく、このバーナー排ガス配管24をスムースに下って熱回収装置５に送り出される。したがって、バーナー排ガス配管24中における蒸気凝縮水の逆流を防止し、配管圧力損失の増大や改質装置２内部の圧力上昇を招くことなく、安全に運転を行なうことが可能になる。

また本実施例では、燃料電池３と熱回収装置５の間を管体であるカソード排ガス配管27で接続し、このカソード排ガス配管27の一端に連結する燃料電池３のガス口としてのカソード排ガス出口26を、カソード排ガス配管27の他端に連結する熱回収装置５のガス口であるカソード排ガス入口28よりも高所に位置させると共に、カソード排ガス配管27を傾斜させている。

このようにすると、燃料電池３から排出される蒸気凝縮水は、カソード排ガス配管27を通過する際に途中で逆流することなく、このカソード排ガス配管27をスムースに下って熱回収装置５に送り出される。したがって、カソード排ガス配管27中における蒸気凝縮水の逆流を防止し、配管圧力損失の増大や燃料電池３内部の圧力上昇を招くことなく、安全に運転を行なうことが可能になる。

さらに、本実施例における熱回収装置５は熱交換器６を具備し、この熱交換器６は外部の機器である熱利用外部機器７と接続可能となっている。このようにすると、改質装置２や燃料電池３からの蒸気凝縮水が保有する熱エネルギーを、熱交換装置５内の熱交換器６を介して熱利用外部機器７で効率よく利用することが可能になる。

なお本実施例では、改質装置２と熱回収装置５とを接続する配管、および燃料電池３と熱回収装置５を接続する配管について説明したが、特に部品を限定するものではなく、要は燃料電池装置における配管圧力損失の増大、部品内部の圧力上昇を防止し、性能低下を起すことなく安全に運転が行なわれる目的を達成できればよい。また熱利用外部機器７についても、本実施例では温水器33を利用しているが、例えば室内の暖房に使用してもよく、その用途は問わない。

次に、本発明の第２実施例を図４〜図７に基づき説明する。なお、上記第１実施例と同一部分には同一符号を付し、その共通する箇所の説明は重複するため省略する。

燃料電池装置のより詳細な構成は、図４に示すとおりで、基本的には第１実施例とほぼ共通している。但し、燃料電池３を構成するカソード18の出口には、排熱利用熱交換器としての熱交換装置５を経由して、１μｍ程度の微細穴を有するフィルタなどで構成される浄化装置45と、イオン交換樹脂などからなるイオン交換装置12と、水ポンプ30が順に接続される。これにより、熱交換装置５を通過した水は、浄化装置45を通る際に不純物を除去され、さらにイオン交換装置46により電解質が除去された状態で、水ポンプ30から燃料電池３のカソード17や、水蒸気発生用熱交換器22に供給される。また、改質装置２のバーナー排ガス出口23は、燃料電池３のカソード排ガス出口26から熱回収装置５に至る配管の途中に接続されるが、この部分の実質的な動作は第１実施例と同じである。

前記電磁弁32の出口は、熱交換装置５を経由して熱利用外部機器７である温水器33の温水入口34と、放熱装置（クーリングモジュール）47の温水入口48にそれぞれ接続される。そして、温水器33の冷水出口36と放熱装置47の冷水出口49は、三方弁50を経由して循環ポンプ37の入口に接続される。放熱装置47には放熱用ファン51が設けられており、放熱装置47に導入された温水を外部から取り込んだ空気の強制対流により冷却し、冷水として冷水出口49より排出するようになっている。さらに52は、パッケージ41内の空気を強制対流で外部に放出する送風装置としての換気ファンである。

パッケージ41内における各部の構成を図５〜図７に基づき説明すると、前記パッケージ41は、装置の正面側にある正面パネル61と、それに対向して設けられる後面パネル62と、左右の両側にある左側面パネル63および右側面パネル64と、底面にある底面パネル65と、それに対向して設けられる天面パネル66とにより構成される。一般的に、燃料電池装置を設置する場合は、パッケージ41の後面パネル62を家屋（図示せず）に面した状態で設置される。正面パネル61には、縦方向に並設した浄化装置45およびイオン交換装置46の取付け位置に対向して共通の小窓67が開口形成されると共に、これとは別の位置にある脱硫器12に対向して小窓68が開口形成される。なお本実施例では、浄化装置45，イオン交換装置46および脱硫器12を正面パネル61の近傍に配置してあるので、この正面パネル61に小窓67，68を設けたが、これらのメンテナンスの必要な部品を左側面パネル63や右側面パネル64などの側面パネルの近傍に配置した場合には、側面パネルの近傍に小窓を設けるものとする。また、パネル全体がパッケージ41から着脱できる構造のものでは、実施例のような小窓67，58をあえて設ける必要はない。

燃料電池装置の場合、燃料電池３を水浸しにできないため、例えば浄化装置45，イオン交換装置46などの水処理系の部品よりも燃料電池３を上部に置く必要がある。よって、メンテナンスの必要な部品をパッケージ41の正面や側面の近傍に配置するのが好ましいが、こうした制約がなければ、メンテナンス部品の配管の付け替えが特に下側で難しくなるものの、パッケージ41の天面（天面パネル66）近傍にメンテナンスの必要な部品を配置してもよい。パッケージ41内には、具体的には図示していないが、部品間を接続するガス経路や水経路に金属配管を多く使用しており、製品の組立てや分解に際し非常に時間が費やされる。その点、本実施例では、製品の耐久寿命に満たないメンテナンス部品の交換性を考慮して、パッケージ41の外面パネル近傍にメンテナンス部品を配置している。

71は前記小窓67を覆う蓋体で、この蓋体71には空気の流通が可能なスリット状の透孔72が設けられており、例えばねじなどの取付け具73により着脱可能に取付けられる。また74は通気性を有するフィルターで、これは蓋体71と小窓67との間に挟み込まれて取付けられる。そして、この小窓67に対向して、パッケージ41にはパッケージ吸気用の吸気口81が設けられる。

75は前記小窓68を覆う蓋体で、この蓋体75には空気の流通が可能なスリット状の透孔76が設けられており、例えばねじなどの取付け具77により着脱可能に取付けられる。また78は通気性を有するフィルターで、これは蓋体75と小窓68との間に挟み込まれて取付けられる。そして、この小窓68に対向して、パッケージ41にはパッケージ吸気およびクーリングモジュール吸気を兼用する別の吸気口82が設けられる。

前記放熱装置47はパッケージ41の左側面パネル63の近傍に設けられており、この第２実施例では具体的に図示していないが、放熱装置47と空気ブロア21はパッケージ41内で仕切られている。そして、放熱装置47の吸気用として、前記吸気口82の他に吸気口83がパッケージ41に設けられる。吸気口83は放熱装置47のみならず、他のパッケージ41内全体の吸気用にも利用されており、さらにこれとは別に、空気ブロア21の吸気口84が設けられる。

図６に示すように、パッケージ41の右側面パネル64にはパッケージ排気用の排気口86が設けられる。またこの排気口86の下部には、温水器33の接続口87と市水の接続口88がそれぞれ設けられる。一方、図７に示すように、パッケージ41の左側面パネル64にはクーリングモジュール排気用の排気口90が設けられる。またこの排気口90の下部には、パッケージ41内に窒素ガスを流すための接続口91と、燃料ガスとなる都市ガスの接続口92が各々設けられる。接続口91から導入される窒素ガスは、燃料電池装置の起動や停止時において、各配管内の可燃性ガスや空気または蒸気を追い出すために利用される。

本実施例における各部の動作は、前記第１実施例とほぼ共通している。但し、燃料電池３のカソード18からの空気が熱回収装置５を通過して水に戻った後、この水は浄化装置45により不純物が除去される。さらに、次のイオン交換装置46により水中の電解質が除去された状態で、水ポンプ30によって燃料電池３のアノード17に送り込まれ、第１実施例と同様に固体高分子膜（電解質膜19）の加湿および燃料電池３の冷却に使用される。

また、温水器33の温水を使用しないと、温水器33内部の冷水層が次第に減少し、最終的に冷水出口36から温水が放出され、熱交換装置５に送り込まれた熱エネルギーを回収できなくなる。そこで、本実施例では三方弁50を切替えて、温水を放熱装置47側に導く。放熱装置47に導入された温水は、放熱用ファン50の強制対流により冷却され、冷水となって熱交換装置５に戻される。これにより、熱交換装置５に送り込まれた熱エネルギーを効果的に回収できる。また、前記換気ファン52はパッケージ41内に外気を導き、パッケージ41内部の温度上昇を抑制する他に、万一可燃性ガスがパッケージ41内に漏れ出したときに換気を行ない、爆発濃度に至る前に燃料電池装置を安全に停止させる。それ以外の動作は、第１実施例と共通している。

上記状態で燃料電池装置の運転を継続すると、運転時間が長くなるに従い、脱硫器12は燃料ガス中に含まれる硫黄分の吸着能力が低下し、燃料電池装置を運転維持できる濃度にまで硫黄分を除去することが困難になる。また浄化装置45も、目詰まり等により水ポンプ30による送水量が設定値を満足できなくなる。さらに、イオン交換装置46についても、同様に水中の電解質を十分に除去できなくなり、燃料電池３の性能を低下させ、ひいては燃料電池装置の運転を継続することが不可能になる。

したがって、燃料電池装置を安定的に継続して運転するためには、上述した脱硫器12，浄化装置45およびイオン交換装置46を定期的に交換したり、再生するなどのメンテナンスが必要となるが、本実施例ではこうしたメンテナンスを必要とする部品が、パッケージ41の内部ではなく外面を形成する正面パネル61の近傍に配置されているので、交換や再生などのメンテナンスを容易に行なえる。しかも、このメンテナンスを必要とする部品に対向して、正面パネル61には小窓67，68が開口形成されており、取付け具73，77を取外し、小窓67，68を覆う蓋体71，75やフィルター74，78を取り外すことにより、パッケージ41を分解しなくても小窓67，68を介してこうした部品のメンテナンスを簡単に行なうことができる。

以上のように、この実施例では、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行なう燃料電池装置において、メンテナンスの必要な部品（浄化装置45，イオン交換装置46および脱硫器12）をパッケージ41の外面パネル（正面パネル61）の近傍に配置している。

この場合、メンテナンスを必要とする部品が、パッケージ41の内部ではなく装置本体の外郭をなす外面パネルの近傍に配置されており、燃料電池装置の運転を継続するのに交換や再生などが必要な部品について、メンテナンスを容易に行なうことができる。

その際本実施例では、メンテナンスの必要な部品をパッケージ41の正面パネル61に設けているが、側面パネル（右側面パネル64や左側面パネル63）または天面パネル66の近傍に配置してもよい。こうすれば、パッケージ41の後面パネル62を家屋に面した状態で取付ける一般的な設置状態において、正面パネル61，側面パネルまたは天面パネル66の近傍にメンテナンスの必要な部品が配置されるので、比較的手の届きやすい部位から交換や再生などのメンテナンスを行なうことができる。

また、本実施例のような小窓67，68を設けずに、前記パッケージ41の外面パネルは、少なくともメンテナンスの必要な部品に面した側のパネルそのものが着脱可能に取付けられるようにしてもよい。こうすれば、メンテナンスの必要な部品の近傍にある外面パネルが着脱できるので、そこから交換や再生などのメンテナンスを容易に行なうことができる。

前記メンテナンスの必要な部品としては、燃料ガスの硫黄分を除去する脱硫器12であることが好ましい。この場合、燃料電池装置の運転時間が長くなるに従い、脱硫器12は硫黄分の吸着能力が次第に低下し、燃料電池装置を運転維持できる濃度にまで硫黄分を除去することが困難になるが、脱硫器12のメンテナンスを容易に行なうことができるので、燃料電池装置を安定的に継続して運転することが可能になる。

また、メンテナンスの必要な部品としては、熱回収装置５からの水の不純物を除去する浄化装置45であってもよい。この場合、燃料電池装置の運転時間が長くなるに従い、目詰まり等により送水量が設定値を満足できなくなるが、浄化装置45のメンテナンスを容易に行なうことができるので、燃料電池装置を安定的に継続して運転することが可能になる。

その他、メンテナンスの必要な部品としては、熱回収装置５からの水の電解物を除去するイオン交換装置46であってもよい。この場合、燃料電池装置の運転時間が長くなるに従い、電解質を十分に除去できなくなり、燃料電池３の性能を低下させ、ひいては燃料電池装置の運転を継続することが不可能になるが、イオン交換装置46のメンテナンスを容易に行なうことができるので、燃料電池装置を安定的に継続して運転することが可能になる。

本実施例では、メンテナンスの必要な部品に対向して、この部品の取出しおよび交換が可能な貫通部としての小窓67，68を形成すると共に、この小窓67，68に蓋体71，75を設けている。

この場合、外面パネルそのものを取外さなくても、小窓67，68を覆う蓋体71，75を取り外すことにより、交換や再生などのメンテナンスを小窓67，68を通して簡単に行なうことができる。

さらに本実施例のように、蓋体71，75には空気の流通が可能な透孔72，76を形成してもよい。こうすると、透孔72，76を通じてパッケージ41内外の空気の流通が可能になり、本来メンテナンス性を考慮して小窓67，68に設けた蓋体71，75を、パッケージ41内部の温度上昇抑制などのために利用することができる。

この場合、小窓67，68には、塵埃を除去するフィルター74，78を設けるのが好ましい。こうすると、パッケージ41内に侵入しようとする空気中の塵埃を効果的に除去できる他、本実施例のようにフィルター74，78そのものが着脱できれば、フィルター74，78のメンテナンスも容易になる。

なお、この第２実施例では、メンテナンスの必要な部品として、脱硫器12，浄化装置45およびイオン交換装置46を挙げているが、これに限定されるものではなく、要は燃料電池装置を運転維持して行くに当たり、交換，再生および整備などを必要とする部品のメンテナンスが容易に行なえる目的を達成できればよい。また、蓋体71，75に透孔72，76を設けず、パッケージ41に空気を導入する吸気口81，82を別な位置に設けてもよい。

次に、本発明の第３実施例を図８および図９を参照しながら説明する。なお、上記第１実施例や第２実施例と同一部分には同一符号を付し、その共通する箇所の説明は重複するため省略する。

本実施例における燃料電池装置のより詳細な構成と、パッケージの一部を切り取った構成は、前記第２実施例で説明した図４および図５と共通している。パッケージ41の内部には、２枚の仕切り板95，96が設けられており、この仕切り板95，96によって、空気ブロア21の外周が枠状に囲まれて区画されると共に、冷却装置47や他のパッケージ41内の部品の外周も各々枠状に囲まれて区画される。こうして、空気ブロア21の周辺の部品からの熱を拾わないようにして、パッケージ41の後面パネル62に形成した吸気口84だけから空気ブロア21に吸気するようにし、他のパッケージ41への吸排気と干渉しないように構成している。

前述のように、パッケージ41の内部では、空気ブロア21と放熱装置47が仕切り板95，96により仕切られ、それぞれの吸気口84と吸気口82，83が独立して設けられている。そして、空気ブロア21の吸気口84に対向して、後面パネル62には小窓（図示せず）が設けられると共に、放熱装置47内の放熱用ファン51と換気ファン52の吸気口82は隣接しており、この吸気口82に対向する位置に一体化した小窓68を設けている。なお、吸気口82は正面パネル61側に設けられているが、後面パネル62側にも放熱用ファン51と換気ファン52の隣接した別の吸気口83が設けられる。さらに、小窓68の近傍には脱硫器12が配置されているが、この脱硫器12に限らず、同じメンテナンスの必要な部品として、浄化装置45やイオン浄化装置46を合せて設置してもよい。

本実施例では、放熱装置47内の放熱用ファン51と換気ファン52の各吸気口82，83が、正面パネル61および後面パネル62で隣接するように、パッケージ41内にこれらの部品を配置したので、正面パネル61および後面パネル62のそれぞれに小窓すなわち窓を設けたが、側面パネルの近傍に各吸気口82，83が隣接して配置される場合は、右側面パネル64および左側面パネル63にそれぞれの窓を設けてもよい。また、こうした窓の一体化は、放熱用ファン51と換気ファン52の吸気口だけでなく、空気ブロア21の吸気口についても同様に隣接させ、窓を一体化させることもできる。

本実施例における動作は第２実施例と共通しているが、従来は空気ブロア21の吸気口と、放熱装置47を構成する放熱用ファン51の吸気口と、送風装置としての換気用ファン52の吸気口を無造作にパッケージ内に配置し、これらの吸気口に対向して蓋体を１つにして、空気の取入れ口を１つにまとめると、空気ブロア21や換気ファン52の送風量が設定値を満足できなくなる。また、放熱装置47はパッケージ41内部の温度上昇した空気により熱交換に支障を来たし、燃料電池装置を安全かつ安定に継続して運転することが不可能になる。

その点、本実施例では、放熱装置47を構成する放熱用ファン51と換気用ファン52の吸気口を各々独立させつつも、吸気口82，83として隣接させることで、各々の吸気が干渉することなく、放熱装置47や換気ファン52の性能低下を回避することができる。また、隣接した吸気口82，83に共通の窓（小窓68）や蓋体75を設けることができるので、窓を設ける上で外面パネルの加工が煩雑になったり、蓋体75の個数が増えるといった問題も解決でき、部品点数および部品加工行程の削減を図ることが可能になる。さらに、窓の大型化によって、メンテナンスが必要な部品である例えば脱硫器12などを、そこから容易に取外せるようになる。

以上のように本実施例では、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行なう燃料電池装置において、改質装置２や燃料電池３からの排熱を熱利用外部機器７が利用しない場合に、この排熱を強制対流により冷却する冷却装置たる放熱装置47に具備した冷却体としての放熱用ファン51と、パッケージ41内を換気する換気体としての換気用ファン52の吸気部すなわち吸気口を各々独立させつつも、これを吸気口82，83として隣接させている。

こうすると、放熱装置47を構成する放熱用ファン51と換気用ファン52の吸気口を各々独立させつつも、これらを吸気口82，83として隣接させることで、各々の吸気が干渉することなく、放熱装置47や換気ファン52の性能低下を回避することができる。

またこの場合、隣接させた吸気口82に対向して、パッケージ41の外面パネルに貫通部としての小窓68を形成し、吸気口82から導入する空気の塵埃を除去するフィルター78を、小窓68に着脱可能に取付けるのが好ましい。こうすると、パッケージ41内に侵入しようとする空気中の塵埃を効果的に除去できる他、フィルター78そのものが着脱できるため、フィルター78のメンテナンスも容易になる。

さらに、隣接させた吸気口82に対向して、パッケージ41の外面パネルに貫通部である小窓68を形成し、空気の流通が可能な透孔76を設けた蓋体75を、小窓68に着脱可能に取付けてもよい。こうすると、隣接した吸気口82，83に共通の貫通部（小窓68）や蓋体75を設けることができるので、小窓68を設ける上で外面パネルの加工が煩雑になったり、蓋体75の個数が増えるといった問題も解決でき、部品点数および部品加工行程の削減を図ることが可能になる。

なお本実施例では、特に放熱装置47を構成する放熱用ファン51と換気用ファン52の吸気口について言及したが、空気ブロア21の吸気口についても、同様に他の部品の吸気口と独立させつつも、隣接させるようにしてよい。また、吸気を必要とする装置として、空気ブロア21，放熱用ファン51および換気用ファン52を挙げ、メンテナンスの必要な部品として、脱硫器12，浄化装置45およびイオン交換装置46を挙げているが、これに特に限定されるものではなく、要は燃料電池装置を運転維持して行くに当たり、独立した吸気部を設けながら、パッケージ41の外面パネルの窓を一体化し、部品点数および部品加工行程の低減を図って、コスト競争力のある燃料電池装置を提供し、さらには交換，再生および整備などを必要とする部品のメンテナンスを容易に行なえる目的が達成できればよい。

本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、各実施例では固体高分子型の燃料電池装置について説明したが、溶融炭素型や固体酸化物型などの他の発電方式でも構わない。また、単独の空気ブロア21でＣＯ選択反応器15や改質器13のバーナー部に空気を送っているが、別々の空気ブロアを用いてもよい。水パイプ30についても同様で、別々の水パイプにより水蒸気発生用熱交換器22と燃料電池３のアノード17にそれぞれ水を供給してもよい。

本発明の各実施例に共通する燃料電池装置の概略を示すブロック構成図である。 本発明の第１実施例における燃料電池装置のより詳細な説明図である。 同上燃料電池装置の縦断面図である。 本発明の第２実施例および第３実施例に共通する燃料電池装置のより詳細な説明図である。 同上燃料電池装置のパッケージの一部を切り取った斜視図である。 本発明の第２実施例における燃料電池装置の斜視図である。 同上燃料電池装置の斜視図である。 本発明の第３実施例における燃料電池装置の斜視図である。 同上燃料電池装置の斜視図である。

21 空気ブロア
41 パッケージ
47 放熱装置（冷却装置）
51 放熱用ファン（冷却体）
52 換気用ファン（換気体）
61 正面パネル
62 後面パネル
68 小窓（窓）
75 蓋体
76 透孔
74,78 フィルター
82，83 吸気口（吸気部）
95,96 仕切り板

Claims (1)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池装置において、燃料電池装置本体の外郭を形成するパッケージを備え、当該パッケージは、前記本体の正面側にある正面パネルと、それに対向して設けられる後面パネルとにより構成され、空気ブロアに空気を供給するための吸気部を前記後面パネルに、排熱を冷却する冷却装置に具備した冷却体及び前記パッケージ内を換気する換気体のために、空気を導入する各吸気部を、前記正面パネルと前記後面パネルとに独立して設け、前記冷却体及び換気体に空気を導入する各吸気部を前記正面パネルおよび前記後面パネルで隣接させ、前記各吸気部に対向して前記パッケージに各窓を形成し、塵埃を除去するフィルター及び透孔を設けた蓋体を、隣接した前記各吸気部に対向した前記各窓に着脱可能に取付け、前記窓及び前記蓋体は、隣接した前記各吸気部に共通したものとし、前記パッケージ内は前記空気ブロアと前記冷却装置が仕切り板により仕切られ、前記空気ブロアは、前記空気ブロアに空気を供給するための吸気部のみから吸気し、他の前記パッケージへの吸排気と干渉しない構成としたものであることを特徴とする燃料電池装置。
   

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