JP5073336B2

JP5073336B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP5073336B2
Application number: JP2007075572A
Authority: JP
Inventors: 哲矢小川; 隼山本; 富夫宮▲崎▼; 修志永谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2027-03-22
Also published as: JP2008235108A

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。 The present invention relates to a fuel cell system in which a fuel cell module, a combustor, a fuel gas supply device, an oxidant gas supply device, a water supply device, a power conversion device, and a control device are housed in a casing.

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アノード電極及びカソード電極を配設した電解質・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。 In general, a solid oxide fuel cell (SOFC) uses an oxide ion conductor, for example, stabilized zirconia, as a solid electrolyte, and an electrolyte / electrode in which an anode electrode and a cathode electrode are disposed on both sides of the solid electrolyte. The joined body is sandwiched between separators (bipolar plates). This fuel cell is normally used as a fuel cell stack in which a predetermined number of electrolyte / electrode assemblies and separators are laminated.

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。 As the fuel gas supplied to the fuel cell, hydrogen gas generated from a hydrocarbon-based raw fuel by a reformer is usually used. In a reformer, generally, after obtaining a reforming raw material gas from a hydrocarbon-based raw fuel such as fossil fuels such as methane and LNG, steam reforming, partial oxidation reforming, or A reformed gas (fuel gas) is generated by performing autothermal reforming or the like.

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（燃料電池装置）が知られている。 In this case, a fuel cell system in which a fuel cell, a reformer, a power conversion device that converts DC power generated in the fuel cell into a power output specification, a control device, and auxiliary devices are built in a single unit case ( Fuel cell devices) are known.

例えば、特許文献１に開示されている燃料電池装置では、図９に示すように、
パッケージ１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２、イオン交換装置３及び脱硫器４が、前記パッケージ１の外面パネルである正面パネル５の近傍に配置されている。 For example, in the fuel cell device disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG.
A purifier 2, an ion exchanger 3, and a desulfurizer 4 that are provided with a package 1 and require maintenance are arranged in the vicinity of a front panel 5 that is an outer panel of the package 1.

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１の内部ではなく、装置本体の外郭をなす正面パネル５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。 As a result, the parts requiring maintenance are arranged not in the package 1 but in the vicinity of the front panel 5 that forms the outline of the apparatus main body. Therefore, it is said that maintenance can be easily performed for parts that need replacement or regeneration in order to continue operation of the fuel cell device.

特開２００６−１４０１６４号公報JP 2006-140164 A

しかしながら、上記の特許文献１では、各機器の作動温度域や機能を考慮した配置（レイアウト）がなされていない。このため、特に、高温型燃料電池（固体酸化物形燃料電池や溶融炭酸塩形燃料電池等）や、中温型燃料電池（リン酸形燃料電池や水素分離膜形燃料電池等）が用いられる際、作動温度が低温である低温部が、熱や流体の拡散による影響を受け易いという問題がある。 However, in said patent document 1, arrangement | positioning (layout) which considered the operating temperature range and function of each apparatus is not made. For this reason, particularly when high-temperature fuel cells (solid oxide fuel cells, molten carbonate fuel cells, etc.) and medium-temperature fuel cells (phosphoric acid fuel cells, hydrogen separation membrane fuel cells, etc.) are used. There is a problem that the low temperature portion where the operating temperature is low is easily affected by diffusion of heat and fluid.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、燃料電池モジュールの起動性及び始動性を良好に向上させ、各機器を作動温度域毎及び機能毎に配置して熱や流体の拡散を最小化するとともに、比較的低温で使用される機器に熱影響が及ぶことを可及的に阻止す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。 The present invention solves this kind of problem, improves the startability and startability of the fuel cell module, and arranges each device for each operating temperature range and each function to minimize the diffusion of heat and fluid. An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of preventing the influence of heat on equipment used at a relatively low temperature as much as possible.

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。 The present invention relates to a fuel cell module that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, a combustor that raises the temperature of the fuel cell module, and a fuel gas supply device that supplies the fuel gas to the fuel cell module An oxidant gas supply device for supplying the oxidant gas to the fuel cell module, a water supply device for supplying water to the fuel cell module, and converting direct current power generated in the fuel cell module into required specification power The present invention relates to a fuel cell system in which a power conversion device for controlling and a control device for controlling the power generation amount of the fuel cell module are housed in a casing.

そして、筐体は、燃料電池モジュール及び燃焼器が収容され、且つ前記燃料電池モジュールが前記燃焼器の上方に配置されるモジュール部と、燃料ガス供給装置、酸化剤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に分割されるとともに、前記筐体内には、鉛直方向に配置される縦仕切り板により、平面視で３つの空間が形成され、前記３つの空間は、互いに分割される前記モジュール部、前記流体供給部及び前記電装部を構成し、平面視多角形状を有する前記モジュール部は、一の角部を挟んで第１の側面及び第２の側面を有し、前記モジュール部の前記第１の側面を構成する前記縦仕切り板に前記流体供給部が配置され、且つ前記モジュール部の前記第２の側面を構成する前記縦仕切り板に前記電装部が配置されている。 The casing includes a module unit in which the fuel cell module and the combustor are accommodated and the fuel cell module is disposed above the combustor, a fuel gas supply device, an oxidant gas supply device, and a water supply device. It is divided into a fluid supply part to be arranged and an electric part to be arranged with the power conversion device and the control device, and in the casing, there are three spaces in plan view by a vertical partition plate arranged in the vertical direction. The three spaces constitute the module part, the fluid supply part, and the electrical component part which are divided from each other, and the module part having a polygonal shape in plan view has a first corner part sandwiching one corner part. of having a side and a second side, wherein the fluid supply section to the vertical partition plate constituting said first side surface of the module part is arranged, and before forming the second side of the module portion The electrical unit is arranged in a vertical partition plate.

また、筐体は、モジュール部、流体供給部及び電装部を開閉自在な開閉扉を備えることが好ましい。従って、モジュール部、流体供給部及び電装部毎に応じた保守やメンテナンスが容易且つ確実に遂行可能になる。 Moreover, it is preferable that a housing | casing is provided with the opening / closing door which can open and close a module part, a fluid supply part, and an electrical equipment part. Therefore, maintenance and maintenance corresponding to each module unit, fluid supply unit, and electrical component unit can be performed easily and reliably.

さらに、流体供給部は、水供給装置が最下部に配置されることが好ましい。これにより、水供給装置に、例えば、水漏れが発生しても、燃料ガス供給装置及び酸化剤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。 Furthermore, it is preferable that a water supply apparatus is arrange | positioned at the lowest part of a fluid supply part. Thereby, for example, even if a water leak occurs in the water supply device, it is possible to prevent the fuel gas supply device and the oxidant gas supply device from getting wet.

さらにまた、流体供給部は、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、前記流体供給部の最上部に配置されることが好ましい。これにより、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可能になる。 Furthermore, it is preferable that the fluid supply unit includes a detector that detects fuel gas, and the detector is disposed at the top of the fluid supply unit. Thereby, even if fuel gas leaks from the fuel gas supply device, the gas leak can be detected quickly and reliably via the detector.

また、流体供給部は、酸化剤ガス供給装置の上方に燃料ガス供給装置が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。従って、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。 Moreover, it is preferable that a fuel gas supply apparatus is arrange | positioned above an oxidizing agent gas supply apparatus at a fluid supply part. The oxidant gas supply device includes an air pump, while the fuel gas supply device includes a fuel gas pump. In particular, in a fuel cell system having a large A / F (air / fuel gas) value, the air pump has a larger volume and a heavy object than the fuel gas pump. Therefore, the installation stability can be improved by disposing the oxidant gas supply device below the fuel gas supply device. In addition, even if fuel gas leaks from the fuel gas supply device, it is possible to avoid inhaling the fuel gas by the oxidant gas supply device.

さらに、流体供給部は、検知器及び燃料ガス供給装置が配置される第１供給部と、酸化剤ガス供給装置及び水供給装置が配置される第２供給部とに分割されることが好ましい。これにより、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が吸入することを確実に阻止することができる。 Furthermore, the fluid supply unit is preferably divided into a first supply unit in which the detector and the fuel gas supply device are arranged, and a second supply unit in which the oxidant gas supply device and the water supply device are arranged. Thereby, even if fuel gas leaks from the fuel gas supply device, it is possible to reliably prevent the oxidant gas supply device from inhaling the fuel gas.

さらにまた、前記筐体は、鉛直軸回りに回転可能な回転機構を備えることが好ましい。このため、筐体を回転させることにより、モジュール部、流体供給部又は電装部を開閉する開閉扉を、作業者が開閉し易い位置に配置させることができ、保守やメンテナンスの作業性が良好に向上する。 Furthermore, it is preferable that the housing includes a rotation mechanism that can rotate around a vertical axis. For this reason, by rotating the housing, the open / close door that opens and closes the module unit, fluid supply unit, or electrical unit can be placed at a position that is easy for the operator to open and close, and maintenance and workability of the maintenance are good. improves.

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、これにより、良好な効果が得られる。 Further, the fuel cell module is preferably a high-temperature fuel cell system, for example, a solid oxide fuel cell (SOFC) module, which can provide a good effect.

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。燃焼器が駆動されることにより発生する熱（数百℃）は、上昇してこの燃焼器の上方に配置されている燃料電池モジュールの周辺に確実に供給されている。従って、燃料電池モジュールは、燃焼器から上昇する熱によって短時間で良好に昇温され、燃料電池システムの起動性及び始動性が向上する。 Furthermore, a solid oxide fuel cell module is provided with a solid oxide fuel cell in which an electrolyte / electrode assembly configured by sandwiching at least a solid electrolyte between an anode electrode and a cathode electrode and a separator are stacked. A solid oxide fuel cell stack in which the solid oxide fuel cells are stacked, a heat exchanger that heats an oxidant gas before being supplied to the solid oxide fuel cell stack, and a hydrocarbon as a main component. In order to generate a mixed fuel of raw fuel and water vapor, it is preferable to include an evaporator that evaporates water and a reformer that reforms the mixed fuel to generate a reformed gas. Heat (several hundred degrees Celsius) generated by driving the combustor rises and is reliably supplied to the periphery of the fuel cell module disposed above the combustor. Therefore, the temperature of the fuel cell module is favorably raised in a short time by the heat rising from the combustor, and the startability and startability of the fuel cell system are improved.

さらにまた、燃料電池スタックの上方に、熱交換器、蒸発器及び改質器が配置されることが好ましい。燃焼器からの熱は、燃料電池スタックに集まり易くなり、前記燃料電池スタックの昇温時間を有効に短縮化して、起動性及び始動性の向上が図られる。 Furthermore, it is preferable that a heat exchanger, an evaporator, and a reformer are disposed above the fuel cell stack. The heat from the combustor is easily collected in the fuel cell stack, and the temperature rise time of the fuel cell stack is effectively shortened to improve the startability and startability.

本発明によれば、モジュール部において、燃料電池モジュールが燃焼器の上方に配置されているため、前記燃焼器からの熱は、上昇して前記燃料電池モジュールの周辺に確実に供給される。従って、燃料電池モジュールは、短時間で良好に昇温され、燃料電池システムの起動性及び始動性が向上する。 According to the present invention, since the fuel cell module is disposed above the combustor in the module section, the heat from the combustor rises and is reliably supplied to the periphery of the fuel cell module. Therefore, the temperature of the fuel cell module is increased well in a short time, and the startability and startability of the fuel cell system are improved.

さらに、筐体内は、燃料電池モジュール及び燃焼器が収容されるモジュール部と、燃料ガス供給装置、酸化剤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に分割されている。このため、筐体内は、作動温度毎及び機能毎に分割されており、熱や流体の拡散を最小化するとともに、機能上、最適な配置が遂行可能になる。 Further, in the casing, there are a module unit in which the fuel cell module and the combustor are accommodated, a fluid supply unit in which the fuel gas supply device, the oxidant gas supply device and the water supply device are arranged, a power conversion device and a control device. It is divided into electrical parts to be arranged. For this reason, the inside of the housing is divided for each operating temperature and for each function, so that the diffusion of heat and fluid is minimized, and an optimal arrangement for the function can be performed.

さらにまた、モジュール部の第１の側面には、流体供給部が配置されている。従って、流体供給部は、筐体の外壁部を構成しており、前記流体供給部の冷却が促進されて高温化し難くなっている。同様に、モジュール部の第２の側面には、電装部が配置されている。このため、電装部は、筐体の外壁部を構成しており、前記電装部の冷却が促進されて高温化し難くなっている。これにより、比較的低温で使用される機器、例えば、ポンプ類を含む流体供給部及び制御装置を含む電装部は、熱影響が及ぶことを可及的に阻止されるため、良好な機能を確実に維持して作動することが可能になる。 Furthermore, a fluid supply unit is disposed on the first side surface of the module unit. Therefore, the fluid supply part constitutes the outer wall part of the housing, and cooling of the fluid supply part is promoted, and it is difficult to increase the temperature. Similarly, an electrical component is disposed on the second side surface of the module unit. For this reason, the electrical equipment part constitutes the outer wall part of the housing, and cooling of the electrical equipment part is promoted and it is difficult to increase the temperature. As a result, devices that are used at a relatively low temperature, for example, a fluid supply unit including pumps and an electrical component including a control device are prevented from being affected by heat as much as possible. It is possible to operate while maintaining the above.

図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システム１０の概略斜視説明図であり、図２は、前記燃料電池システム１０の平面説明図であり、図３は、前記燃料電池システム１０の正面説明図であり、図４は、前記燃料電池システム１０の回路図である。 FIG. 1 is a schematic perspective view of a fuel cell system 10 according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the fuel cell system 10, and FIG. 3 is the fuel cell system. FIG. 4 is a circuit diagram of the fuel cell system 10.

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。 The fuel cell system 10 is used for various purposes such as in-vehicle use as well as stationary use. The fuel cell system 10 includes a fuel cell module 12 that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas (hydrogen gas) and an oxidant gas (air), a combustor 14 that raises the temperature of the fuel cell module 12, and the fuel cell. A fuel gas supply device (including a fuel gas pump) 16 for supplying the fuel gas to the module 12, an oxidant gas supply device (including an air pump) 18 for supplying the oxidant gas to the fuel cell module 12, and the fuel A water supply device (including a water pump) 20 that supplies water to the battery module 12, a power conversion device 22 that converts DC power generated in the fuel cell module 12 into required specification power, and power generation of the fuel cell module 12 And a control device 24 for controlling the amount, and these are accommodated in a single casing 26.

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５参照）。 Although not shown, the fuel cell module 12 is, for example, an electrolyte / electrode joint configured by sandwiching a solid electrolyte (solid oxide) composed of an oxide ion conductor such as stabilized zirconia between an anode electrode and a cathode electrode. A solid oxide fuel cell 32 in which the body 28 and the separator 30 are stacked is provided, and a solid oxide fuel cell stack 34 in which the plurality of fuel cells 32 are stacked in the vertical direction is provided (see FIG. 5). .

図３に示すように、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。 As shown in FIG. 3, on the upper end side in the stacking direction of the fuel cell stack 34, a heat exchanger 36 for heating before supplying the oxidant gas to the fuel cell stack 34, and a raw fuel mainly composed of hydrocarbons ( For example, an evaporator 38 that evaporates water and a reformer 40 that reforms the mixed fuel to generate a reformed gas are provided to generate a mixed fuel of city gas and water vapor. .

燃料電池スタック３４の積層方向下端側には、前記燃料電池スタック３４を構成する燃料電池３２に積層方向（矢印Ａ方向）に沿って締め付け荷重を付与するための荷重付与機構４２が配設される（図４参照）。 At the lower end side in the stacking direction of the fuel cell stack 34, a load applying mechanism 42 for applying a tightening load along the stacking direction (arrow A direction) to the fuel cells 32 constituting the fuel cell stack 34 is disposed. (See FIG. 4).

改質器４０は、都市ガス中に含まれるエタン（Ｃ₂Ｈ₆）、プロパン（Ｃ₃Ｈ₆）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。 The reformer 40 mainly uses higher hydrocarbons (C ₂₊ ) such as ethane (C ₂ H ₆ ), propane (C ₃ H ₆ ) and butane (C ₄ H ₁₀ ) contained in city gas, mainly methane ( This is a pre-reformer for steam reforming to a raw fuel gas containing CH ₄ ) and is set to an operating temperature of several hundred degrees Celsius.

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。 The fuel cell 32 has an operating temperature as high as several hundred degrees Celsius, and the electrolyte / electrode assembly 28 reforms methane in the fuel gas to obtain hydrogen, which is supplied to the anode electrode.

熱交換器３６は、図５に示すように、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）を流すための第１排ガス通路４４と、被加熱流体である空気を排ガスと対向流に流すための空気通路４６とを有する。第１排ガス通路４４は、蒸発器３８に水を蒸発させるための熱源として排ガスを供給するための第２排ガス通路４８に連通する。この第２排ガス通路４８は、排気管５０に連通する。空気通路４６の上流側は、空気供給管５２に連通するとともに、前記空気通路４６の下流側は、燃料電池スタック３４の酸化剤ガス供給連通孔５３に連通する。 As shown in FIG. 5, the heat exchanger 36 includes a first exhaust gas passage 44 for flowing used reaction gas (hereinafter also referred to as exhaust gas or combustion exhaust gas) discharged from the fuel cell stack 34, and a heated fluid. It has an air passage 46 for flowing certain air in the counterflow with the exhaust gas. The first exhaust gas passage 44 communicates with a second exhaust gas passage 48 for supplying exhaust gas as a heat source for evaporating water to the evaporator 38. The second exhaust gas passage 48 communicates with the exhaust pipe 50. The upstream side of the air passage 46 communicates with the air supply pipe 52, and the downstream side of the air passage 46 communicates with the oxidant gas supply communication hole 53 of the fuel cell stack 34.

蒸発器３８は、互いに同軸上に配設される外管部材５４ａと内管部材５４ｂとを備える２重管構造を採用し、この２重管は、第２排ガス通路４８内に配置される。外管部材５４ａと内管部材５４ｂとの間には、原燃料通路５６が形成されるとともに、前記内管部材５４ｂ内には、水通路５８が形成される。蒸発器３８の第２排ガス通路４８は、主排気管６０に連通する。 The evaporator 38 employs a double pipe structure including an outer pipe member 54 a and an inner pipe member 54 b disposed coaxially with each other, and the double pipe is disposed in the second exhaust gas passage 48. A raw fuel passage 56 is formed between the outer tube member 54a and the inner tube member 54b, and a water passage 58 is formed in the inner tube member 54b. The second exhaust gas passage 48 of the evaporator 38 communicates with the main exhaust pipe 60.

外管部材５４ａには、改質器４０の入口部に連結される混合燃料供給管６２が接続される。改質器４０の出口側には、改質ガス供給路６４の一端が連結されるとともに、前記改質ガス供給路６４の他端は、燃料電池スタック３４の燃料ガス供給連通孔６６に連通する。燃料電池モジュール１２及び燃焼器１４は、断熱材６８に囲繞される（図３参照）。 A mixed fuel supply pipe 62 connected to the inlet of the reformer 40 is connected to the outer pipe member 54a. One end of the reformed gas supply path 64 is connected to the outlet side of the reformer 40, and the other end of the reformed gas supply path 64 communicates with the fuel gas supply communication hole 66 of the fuel cell stack 34. . The fuel cell module 12 and the combustor 14 are surrounded by a heat insulating material 68 (see FIG. 3).

図４に示すように、燃料ガス供給装置１６は、原燃料通路５６に接続されるとともに、前記原燃料通路５６の途上には、切換弁７０を介して原燃料分岐通路７２が設けられる。この原燃料分岐通路７２は、燃焼器１４に接続される。 As shown in FIG. 4, the fuel gas supply device 16 is connected to a raw fuel passage 56, and a raw fuel branch passage 72 is provided in the middle of the raw fuel passage 56 via a switching valve 70. The raw fuel branch passage 72 is connected to the combustor 14.

酸化剤ガス供給装置１８は、空気供給管５２に接続されるとともに、前記空気供給管５２の途上に設けられた切換弁７４には、空気分岐通路７６が接続される。この空気分岐通路７６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。 The oxidant gas supply device 18 is connected to an air supply pipe 52, and an air branch passage 76 is connected to a switching valve 74 provided in the middle of the air supply pipe 52. The air branch passage 76 is connected to the combustor 14. The combustor 14 includes, for example, a burner, and is supplied with raw fuel and air as described above. Note that other means (such as an electric heater) can be used in place of the burner, and at that time, the raw fuel, air, and power may be selectively supplied as necessary.

水供給装置２０には、水通路５８が連通する。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７８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８０（又は、負荷や２次電池等）が接続される。 A water passage 58 communicates with the water supply device 20. The fuel gas supply device 16, the oxidant gas supply device 18, and the water supply device 20 are controlled by a control device 24, and a detector 78 that detects fuel gas is electrically connected to the control device 24. . For example, a commercial power supply 80 (or a load, a secondary battery, or the like) is connected to the power conversion device 22.

図１〜図３に示すように、筐体２６は、全体として矩形状を有する外枠８２を有する。この外枠８２内には、筐体２６内を矢印Ｂ方向（水平方向）に分割するための第１縦仕切り板８４と、矢印Ｃ方向（矢印Ｂ方向に交差する水平方向）に分割するための第２縦仕切り板８６とが、設けられる。 As shown in FIGS. 1-3, the housing | casing 26 has the outer frame 82 which has a rectangular shape as a whole. In the outer frame 82, a first vertical partition plate 84 for dividing the inside of the housing 26 in the direction of arrow B (horizontal direction) and a direction of arrow C (a horizontal direction intersecting the direction of arrow B) are divided. The second vertical partition plate 86 is provided.

図１及び図２に示すように、平面視四角形状（多角形状）を有するモジュール部８８は、一の角部を挟んで第１の側面である第１縦仕切り板８４及び第２の側面である第２縦仕切り板８６を有する。第１縦仕切り板８４には、流体供給部９０が配置される一方、第２縦仕切り板８６には、電装部９２が配置されることにより、前記流体供給部９０及び前記電装部９２は、それぞれ筐体２６の外壁部を構成する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the module portion 88 having a quadrangular shape (polygonal shape) in plan view includes a first vertical partition plate 84 and a second side surface that are first side surfaces with one corner portion interposed therebetween. A second vertical partition plate 86 is provided. The fluid supply unit 90 is disposed on the first vertical partition plate 84, while the electrical component 92 is disposed on the second vertical partition plate 86, whereby the fluid supply unit 90 and the electrical component 92 are Each constitutes an outer wall portion of the casing 26.

図１及び図３に示すように、モジュール部８８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。なお、燃料電池モジュール１２及び燃焼器１４は、断熱材６８内に収容されている。電装部９２には、電力変換装置２２及び制御装置２４が配置される。 As shown in FIGS. 1 and 3, the module unit 88 houses the fuel cell module 12 and the combustor 14, and the fuel cell module 12 is disposed above the combustor 14. The fuel cell module 12 and the combustor 14 are accommodated in a heat insulating material 68. In the electrical component 92, the power conversion device 22 and the control device 24 are arranged.

流体供給部９０は、横仕切り板９４を介して第１供給部９６と第２供給部９８とに、上下に２分割される。第１供給部９６には、燃料ガス供給装置１６及び検知器７８が収容されるとともに、前記検知器７８は、前記燃料ガス供給装置１６の上方に配置される。第２供給部９８には、酸化剤ガス供給装置１８及び水供給装置２０が配置されるとともに、前記水供給装置２０は、流体供給部９０の最下部に配置される。酸化剤ガス供給装置１８は、第２供給部９８内で載置台１００を介して保持される。 The fluid supply unit 90 is vertically divided into a first supply unit 96 and a second supply unit 98 via a horizontal partition plate 94. The first supply unit 96 accommodates the fuel gas supply device 16 and the detector 78, and the detector 78 is disposed above the fuel gas supply device 16. The second supply unit 98 includes the oxidant gas supply device 18 and the water supply device 20, and the water supply device 20 is disposed at the lowermost part of the fluid supply unit 90. The oxidant gas supply device 18 is held in the second supply unit 98 via the mounting table 100.

図１及び図２に示すように、筐体２６は、平面視四角形状を有し、この筐体２６の各側面を開閉自在な第１開閉扉１０２ａ、第２開閉扉１０２ｂ、第３開閉扉１０２ｃ及び第４開閉扉１０２ｄを備える。第１開閉扉１０２ａ〜第４開閉扉１０２ｄの一端部は、蝶番（又は、ヒンジ）１０４を介して、筐体２６の外枠８２に対し開閉自在に支持される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the casing 26 has a quadrangular shape in plan view, and a first opening / closing door 102a, a second opening / closing door 102b, and a third opening / closing door that can freely open and close each side surface of the casing 26. 102c and a fourth open / close door 102d. One end portions of the first opening / closing door 102 a to the fourth opening / closing door 102 d are supported to be able to be opened and closed with respect to the outer frame 82 of the housing 26 via a hinge (or hinge) 104.

第１開閉扉１０２ａは、モジュール部８８及び電装部９２の一部を一体に開閉し、第２開閉扉１０２ｂは、前記モジュール部８８及び流体供給部９０の一部を一体に開閉する。第３開閉扉１０２ｃは、流体供給部９０及び電装部９２の一部を一体に開閉し、第４開閉扉１０２ｄは、前記電装部９２を開閉する。 The first opening / closing door 102a integrally opens and closes a part of the module part 88 and the electrical component part 92, and the second opening / closing door 102b integrally opens and closes part of the module part 88 and the fluid supply part 90. The third open / close door 102c integrally opens and closes part of the fluid supply unit 90 and the electrical component 92, and the fourth open / close door 102d opens and closes the electrical component 92.

筐体２６は、図１及び図３に示すように、回転機構１１０を介して鉛直軸回りに回転可能に構成される。この回転機構１１０は、例えば、回転テーブル等の公知の構造を採用している。 As shown in FIGS. 1 and 3, the housing 26 is configured to be rotatable around a vertical axis via a rotation mechanism 110. The rotating mechanism 110 employs a known structure such as a rotating table, for example.

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。 The operation of the fuel cell system 10 configured as described above will be described below.

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５６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５８には、水が供給されるとともに、空気供給管５２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。 As shown in FIG. 4, under the driving action of the fuel gas supply device 16, for example, city gas (including CH ₄ , C ₂ H ₆ , C ₃ H ₈ , and C ₄ H ₁₀ ) is provided in the raw fuel passage 56. The raw fuel such as is supplied. On the other hand, under the driving action of the water supply device 20, water is supplied to the water passage 58 and oxidant gas is supplied to the air supply pipe 52 via the oxidant gas supply device 18. Is supplied.

図５に示すように、蒸発器３８では、原燃料通路５６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、混合燃料供給管６２を介して改質器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の出口部に連通する改質ガス供給路６４を通って燃料電池スタック３４の燃料ガス供給連通孔６６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。 As shown in FIG. 5, in the evaporator 38, steam is mixed with the raw fuel flowing in the raw fuel passage 56 to obtain a mixed fuel, and this mixed fuel is supplied to the reformer 40 via the mixed fuel supply pipe 62. Supplied to the inlet. The mixed fuel is steam reformed in the reformer 40, and C ₂₊ hydrocarbons are removed (reformed) to obtain a reformed gas (fuel gas) mainly composed of methane. The reformed gas is supplied to the fuel gas supply passage 66 of the fuel cell stack 34 through the reformed gas supply path 64 communicating with the outlet of the reformer 40. Therefore, methane in the reformed gas is reformed to obtain hydrogen gas, and the fuel gas containing the hydrogen gas as a main component is supplied to an anode electrode (not shown).

一方、空気供給管５２から熱交換器３６に供給される空気は、この熱交換器３６の空気通路４６に沿って移動する際、第１排ガス通路４４に沿って移動する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の酸化剤ガス供給連通孔５３に供給され、図示しないカソード電極に供給される。 On the other hand, when the air supplied from the air supply pipe 52 to the heat exchanger 36 moves along the air passage 46 of the heat exchanger 36, it moves between the exhaust gas described later moving along the first exhaust gas passage 44. In this case, heat exchange is performed, and the temperature is preheated to a desired temperature. The air heated by the heat exchanger 36 is supplied to the oxidant gas supply communication hole 53 of the fuel cell stack 34 and supplied to a cathode electrode (not shown).

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の第１排ガス通路４４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。 Therefore, in the electrolyte / electrode assembly 28, power generation is performed by an electrochemical reaction between the fuel gas and air. The high-temperature (several hundred degrees Celsius) exhaust gas discharged to the outer periphery of each electrolyte / electrode assembly 28 exchanges heat with air through the first exhaust gas passage 44 of the heat exchanger 36, and this air is exchanged at a desired temperature. The temperature is lowered by heating.

この排ガスは、第２排ガス通路４８に沿って移動することにより、水通路５８を通過する水を蒸発させる。蒸発器３８を通過した排ガスは、主排気管６０を介して外部に排出される。 The exhaust gas moves along the second exhaust gas passage 48 to evaporate water passing through the water passage 58. The exhaust gas that has passed through the evaporator 38 is discharged to the outside through the main exhaust pipe 60.

この場合、第１の実施形態では、図１及び図３に示すように、筐体２６内に水平方向に分割形成されているモジュール部８８には、燃料電池モジュール１２と燃焼器１４とが配置されるとともに、前記燃料電池モジュール１２は、前記燃焼器１４の上方に配置されている。このため、燃焼器１４が駆動されることにより発生する熱（数百℃）は、上昇してこの燃焼器１４の上方に配置されている燃料電池モジュール１２の周辺に確実に供給されている。従って、燃料電池モジュール１２は、燃焼器１４から上昇する熱によって短時間で良好に昇温され、燃料電池システム１０の起動性及び始動性が向上するという効果が得られる。 In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 1 and FIG. 3, the fuel cell module 12 and the combustor 14 are arranged in the module portion 88 that is divided and formed in the housing 26 in the horizontal direction. In addition, the fuel cell module 12 is disposed above the combustor 14. For this reason, the heat (several hundred degrees C) generated by driving the combustor 14 rises and is reliably supplied to the periphery of the fuel cell module 12 disposed above the combustor 14. Accordingly, the temperature of the fuel cell module 12 is favorably raised in a short time by the heat rising from the combustor 14, and the effect that the startability and startability of the fuel cell system 10 are improved is obtained.

さらに、筐体２６内は、燃料電池モジュール１２及び燃焼器１４が収容されるモジュール部８８と、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が配置される流体供給部９０と、電力変換装置２２及び制御装置２４が配置される電装部９２とに分割されている。このため、筐体２６内は、作動温度毎及び機能毎に分割されており、熱や流体の拡散を最小化するとともに、機能上、最適な配置が遂行可能になる。 Further, in the housing 26, a module part 88 in which the fuel cell module 12 and the combustor 14 are accommodated, and a fluid supply part 90 in which the fuel gas supply device 16, the oxidant gas supply device 18 and the water supply device 20 are arranged. And an electrical component 92 in which the power conversion device 22 and the control device 24 are arranged. For this reason, the inside of the housing | casing 26 is divided | segmented for every operating temperature and every function, While spreading | diffusion of a heat | fever and a fluid is minimized, optimal arrangement | positioning can be performed functionally.

さらにまた、第１の実施形態では、モジュール部８８の第１の側面（第１縦仕切り板８４）には、流体供給部９０が配置されている。従って、流体供給部９０は、実質的に筐体２６の外壁部を構成しており、前記流体供給部９０の冷却が促進されて高温化し難くなっている。同様に、モジュール部８８の第２の側面（第２縦仕切り板８６）には、電装部９２が配置されている。このため、電装部９２は、実質的に筐体２６の外壁部を構成しており、前記電装部９２の冷却が促進されて高温化し難くなっている。 Furthermore, in the first embodiment, the fluid supply unit 90 is disposed on the first side surface (first vertical partition plate 84) of the module unit 88. Therefore, the fluid supply part 90 substantially constitutes the outer wall part of the casing 26, and the cooling of the fluid supply part 90 is promoted and it is difficult to increase the temperature. Similarly, an electrical component 92 is disposed on the second side surface (second vertical partition plate 86) of the module unit 88. For this reason, the electrical component 92 substantially constitutes the outer wall portion of the housing 26, and cooling of the electrical component 92 is promoted, so that it is difficult to increase the temperature.

これにより、低温部（４０℃前後）に維持する必要がある制御装置２４を含む電装部９２及びポンプ類を含む流体供給部９０は、良好な機能を確実に維持して作動することが可能になるという利点がある。 As a result, the electrical unit 92 including the control device 24 and the fluid supply unit 90 including the pumps that need to be maintained in the low temperature part (about 40 ° C.) can be operated while reliably maintaining good functions. There is an advantage of becoming.

さらにまた、第１の実施形態では、図１及び図２に示すように、筐体２６を構成する各側面に対応して第１開閉扉１０２ａ、第２開閉扉１０２ｂ、第３開閉扉１０２ｃ及び第４開閉扉１０２ｄが設けられている。従って、例えば、モジュール部８８のメンテナンスを行う際には、第１開閉扉１０２ａ及び／又は第２開閉扉１０２ｂを開放するだけでよく、前記モジュール部８８内のメンテナンス作業が容易に行われる。 Furthermore, in the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the first opening / closing door 102a, the second opening / closing door 102b, the third opening / closing door 102c, A fourth open / close door 102d is provided. Therefore, for example, when the maintenance of the module part 88 is performed, it is only necessary to open the first opening / closing door 102a and / or the second opening / closing door 102b, and the maintenance work in the module part 88 is easily performed.

一方、電装部９２内の制御装置２４の保守点検等を行う際には、第４開閉扉１０２ｄのみを開放させるだけでよく、前記制御装置２４の保守点検作業が迅速且つ容易に遂行される。さらに、流体供給部９０のポンプ類の保守点検等を行う際には、第３開閉扉１０２ｃのみを開放させるだけでよく、前記ポンプ類の保守点検作業が迅速且つ容易に遂行される。これにより、モジュール部８８、流体供給部９０及び電装部９２毎に応じた保守やメンテナンスが、効率的に遂行可能になるという効果がある。 On the other hand, when performing maintenance and inspection of the control device 24 in the electrical component 92, it is only necessary to open only the fourth door 102d, and the maintenance and inspection work of the control device 24 is performed quickly and easily. Further, when performing maintenance and inspection of the pumps of the fluid supply unit 90, it is only necessary to open only the third opening / closing door 102c, and the maintenance and inspection work of the pumps can be performed quickly and easily. Thereby, there exists an effect that the maintenance and maintenance according to every module part 88, the fluid supply part 90, and the electrical equipment part 92 can be performed efficiently.

その際、筐体２６は、回転機構１１０を介して鉛直軸回りに回転可能に構成されている。このため、筐体２６を回転させることにより、第１開閉扉１０２ａ、第２開閉扉１０２ｂ、第３開閉扉１０２ｃ又は第４開閉扉１０２ｄを、作業者が開閉し易い位置に配置させることができ、保守やメンテナンスの作業性が一層向上するという利点がある。 At that time, the casing 26 is configured to be rotatable around the vertical axis via the rotation mechanism 110. Therefore, by rotating the casing 26, the first opening / closing door 102a, the second opening / closing door 102b, the third opening / closing door 102c, or the fourth opening / closing door 102d can be arranged at a position where the operator can easily open and close the door. There is an advantage that maintenance and maintenance workability are further improved.

また、筐体２６の内部は、第１縦仕切り板８４及び第２縦仕切り板８６を介してモジュール部８８、流体供給部９０及び電装部９２に分割されている。そして、モジュール部８８には、燃料電池モジュール１２及び燃焼器１４が配置され、流体供給部９０には、検知器７８、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が配置され、電装部９２には、電力変換装置２２及び制御装置２４が配置されている。 Further, the inside of the housing 26 is divided into a module part 88, a fluid supply part 90, and an electrical component part 92 via a first vertical partition plate 84 and a second vertical partition plate 86. The module unit 88 includes the fuel cell module 12 and the combustor 14, and the fluid supply unit 90 includes the detector 78, the fuel gas supply device 16, the oxidant gas supply device 18, and the water supply device 20. The power conversion device 22 and the control device 24 are arranged in the electrical component 92.

このため、筐体２６内は、作動温度毎及び機能毎にモジュール部８８、流体供給部９０及び電装部９２に分割されており、熱や流体の拡散を最小化し得るとともに、機能上、良好に配置することが可能になる。なお、高温部であるモジュール部８８において、例えば、燃料電池モジュール１２及び燃焼器１４を囲繞して断熱する断熱材６８を相当に肉厚に構成することにより、外部への熱影響を抑制することも考えられる。 For this reason, the inside of the housing 26 is divided into a module unit 88, a fluid supply unit 90, and an electrical component unit 92 for each operating temperature and each function, so that the diffusion of heat and fluid can be minimized and the function is good. It becomes possible to arrange. In addition, in the module part 88 that is a high temperature part, for example, the heat insulating material 68 that surrounds and insulates the fuel cell module 12 and the combustor 14 is configured to be considerably thick, thereby suppressing the influence of heat to the outside. Is also possible.

さらにまた、第１の実施形態では、水供給装置２０が流体供給部９０の最下部に配置されている。従って、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。 Furthermore, in the first embodiment, the water supply device 20 is disposed at the lowermost part of the fluid supply unit 90. Therefore, for example, even if a water leak occurs in the water supply device 20, it is possible to prevent the fuel gas supply device 16 and the oxidant gas supply device 18 from getting wet.

さらに、流体供給部９０では、検知器７８がこの流体供給部９０の最上部に配置されている。このため、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７８を介してガス漏れを迅速且つ確実に検出することが可能になる。 Further, in the fluid supply unit 90, the detector 78 is disposed at the top of the fluid supply unit 90. For this reason, even if fuel gas leaks from the fuel gas supply device 16, the gas leak can be detected quickly and reliably via the detector 78.

また、流体供給部９０では、酸化剤ガス供給装置１８の上方に燃料ガス供給装置１６が配置されている。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。 In the fluid supply unit 90, the fuel gas supply device 16 is disposed above the oxidant gas supply device 18. The oxidant gas supply device 18 includes an air pump, while the fuel gas supply device 16 includes a fuel gas pump. In particular, in the fuel cell system 10 having a large A / F value, the air pump has a larger volume than the fuel gas pump and is heavy.

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。 Therefore, the installation stability can be improved by disposing the oxidant gas supply device 18 below the fuel gas supply device 16. In addition, even if fuel gas leaks from the fuel gas supply device 16, it is possible to avoid inhaling the fuel gas by the oxidant gas supply device 18.

ここで、流体供給部９０は、横仕切り板９４を介して検知器７８及び燃料ガス供給装置１６が配置される第１供給部９６と、酸化剤ガス供給装置１８及び水供給装置２０が配置される第２供給部９８とに分割されている。これにより、特に、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が吸入することを確実に阻止することができる。 Here, the fluid supply unit 90 includes a first supply unit 96 in which the detector 78 and the fuel gas supply device 16 are arranged, a oxidant gas supply device 18 and a water supply device 20 through the horizontal partition plate 94. The second supply unit 98 is divided. Thereby, in particular, even when fuel gas leaks from the fuel gas supply device 16, it is possible to reliably prevent the oxidant gas supply device 18 from inhaling the fuel gas.

さらにまた、燃料電池モジュール１２では、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）モジュールにより構成されることにより、良好な効果が得られるが、固体酸化物形燃料電池モジュールに代えて、他の高温型燃料電池モジュールや中温型燃料電池モジュールにも好適に用いることができる。例えば、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）及び水素分離膜形燃料電池（ＨＭＦＣ）等が良好に採用可能である。 Furthermore, the fuel cell module 12 can be provided with a high-temperature fuel cell system, for example, a solid oxide fuel cell (SOFC) module. Instead, it can be suitably used for other high-temperature fuel cell modules and medium-temperature fuel cell modules. For example, a molten carbonate fuel cell (MCFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a hydrogen separation membrane fuel cell (HMFC) and the like can be favorably employed.

また、第１の実施形態では、燃料電池スタック３４の上部側に、熱交換器３６、蒸発器３８及び改質器４０が配置される一方、前記燃料電池スタック３４の下部に、燃焼器１４が配置されている。このため、燃焼器１４からの熱は、燃料電池スタック３４に集まり易くなり、前記燃料電池スタック３４の昇温時間を有効に短縮化して、起動性及び始動性の向上が図られる。 In the first embodiment, the heat exchanger 36, the evaporator 38, and the reformer 40 are disposed on the upper side of the fuel cell stack 34, while the combustor 14 is disposed on the lower portion of the fuel cell stack 34. Has been placed. For this reason, the heat from the combustor 14 is easily collected in the fuel cell stack 34, and the temperature raising time of the fuel cell stack 34 is effectively shortened to improve the startability and startability.

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１２０の平面説明図である。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及び第４の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。 FIG. 6 is an explanatory plan view of a fuel cell system 120 according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the fuel cell system 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the third and fourth embodiments described below, detailed description thereof is omitted.

燃料電池システム１２０を構成する筐体１２２は、平面視四角形状を有する。この筐体１２２は、モジュール部８８の他の側面のみを開閉自在な第１モジュール部開閉扉１２４ａと、前記モジュール部８８の別の側面のみを開閉自在な第２モジュール部開閉扉１２４ｂと、流体供給部９０のみを開閉自在な流体供給部開閉扉１２６と、電装部９２のみを開閉自在な電装部開閉扉１２８とを有する。これにより、第２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。 The casing 122 constituting the fuel cell system 120 has a rectangular shape in plan view. The housing 122 includes a first module part opening / closing door 124a that can be opened and closed only on the other side of the module part 88, a second module part opening / closing door 124b that can be opened and closed only on another side of the module part 88, and a fluid. A fluid supply section opening / closing door 126 that can open and close only the supply section 90 and an electrical section opening / closing door 128 that can open and close only the electrical section 92 are provided. Thereby, in 2nd Embodiment, the effect similar to said 1st Embodiment is acquired.

また、このように構成される第２の実施形態では、例えば、モジュール部８８の保守点検を行う際には、第１モジュール部開閉扉１２４ａ及び／又は第２モジュール部開閉扉１２４ｂを開放させることにより、前記モジュール部８８のみが外部に開放される。これにより、特に、燃料電池システム１２０の運転停止直後にモジュール部８８の保守点検等を行う際、このモジュール部８８内の高温流体が電装部９２や流体供給部９０に拡散することがない。 Further, in the second embodiment configured as described above, for example, when performing maintenance and inspection of the module unit 88, the first module unit opening / closing door 124a and / or the second module unit opening / closing door 124b is opened. Thus, only the module part 88 is opened to the outside. Thereby, especially when the maintenance and inspection of the module unit 88 is performed immediately after the operation of the fuel cell system 120 is stopped, the high-temperature fluid in the module unit 88 does not diffuse into the electrical unit 92 and the fluid supply unit 90.

さらにまた、流体供給部９０のメンテナンス等を行う際には、流体供給部開閉扉１２６を開放することにより、この流体供給部９０のみが外部に開放される。従って、流体供給部９０と電装部９２との間では、熱の移動や流体の拡散を惹起することがない。このため、モジュール部８８、流体供給部９０及び電装部９２を、個別に保守及びメンテナンスすることができるとともに、熱の移動や流体の拡散を可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。 Furthermore, when performing maintenance or the like of the fluid supply unit 90, only the fluid supply unit 90 is opened to the outside by opening the fluid supply unit opening / closing door 126. Therefore, no heat transfer or fluid diffusion occurs between the fluid supply unit 90 and the electrical component unit 92. For this reason, the module part 88, the fluid supply part 90, and the electrical equipment part 92 can be individually maintained and maintained, and the effect that it becomes possible to prevent the movement of heat and the diffusion of the fluid as much as possible. can get.

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１３０の平面説明図である。 FIG. 7 is an explanatory plan view of a fuel cell system 130 according to the third embodiment of the present invention.

燃料電池システム１３０は、筐体１３２を備え、この筐体１３２は、平面視四角形状を有するとともに、第１縦仕切り板１３４及び第２縦仕切り板１３６を介してモジュール部８８、流体供給部９０及び電装部９２に分割される。第１縦仕切り板１３４は、第２縦仕切り板１３６よりも長尺に構成されることにより、流体供給部９０は、電装部９２よりも大きな容積に設定される。 The fuel cell system 130 includes a housing 132. The housing 132 has a rectangular shape in plan view, and the module unit 88 and the fluid supply unit 90 are interposed via the first vertical partition plate 134 and the second vertical partition plate 136. And divided into electrical parts 92. Since the first vertical partition plate 134 is configured to be longer than the second vertical partition plate 136, the fluid supply unit 90 is set to have a larger volume than the electrical unit 92.

筐体１３２の各側面に対応して、第１開閉扉１３８ａ、第２開閉扉１３８ｂ、第３開閉扉１３８ｃ及び第４開閉扉１３８ｄが設けられる。第１開閉扉１３８ａは、モジュール部８８と電装部９２の一部を一体に開閉し、第２開閉扉１３８ｂは、前記モジュール部８８と流体供給部９０の一部を一体に開閉する。第３開閉扉１３８ｃは、流体供給部９０を一体に開閉し、第４開閉扉１３８ｄは、前記流体供給部９０の一部及び電装部９２を開閉する。これにより、第３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。 A first opening / closing door 138a, a second opening / closing door 138b, a third opening / closing door 138c, and a fourth opening / closing door 138d are provided corresponding to each side surface of the housing 132. The first opening / closing door 138a integrally opens and closes a part of the module part 88 and the electrical component part 92, and the second opening / closing door 138b integrally opens and closes a part of the module part 88 and the fluid supply part 90. The third door 138c integrally opens and closes the fluid supply unit 90, and the fourth door 138d opens and closes a part of the fluid supply unit 90 and the electrical unit 92. Thereby, in 3rd Embodiment, the effect similar to said 1st Embodiment is acquired.

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１５０の平面説明図である。なお、第３の実施形態に係る燃料電池システム１３０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。 FIG. 8 is an explanatory plan view of a fuel cell system 150 according to the fourth embodiment of the present invention. Note that the same components as those of the fuel cell system 130 according to the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

燃料電池システム１５０は、筐体１５２を備え、この筐体１５２は、モジュール部８８のみを開閉する第１モジュール部開閉扉１５４ａ及び第２モジュール部開閉扉１５４ｂと、流体供給部９０のみを開閉する流体供給部開閉扉１５６と、電装部９２のみを開閉する電装部開閉扉１５８とを設ける。従って、この第４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。 The fuel cell system 150 includes a casing 152. The casing 152 opens and closes only the fluid supply section 90 and the first module section opening / closing door 154a and the second module section opening / closing door 154b that open and close only the module section 88. A fluid supply part opening / closing door 156 and an electrical part opening / closing door 158 that opens and closes only the electrical part 92 are provided. Therefore, in the fourth embodiment, the same effect as in the second embodiment can be obtained.

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。1 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池システムの平面説明図である。It is a plane explanatory view of the fuel cell system. 前記燃料電池システムの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the said fuel cell system. 前記燃料電池システムの回路図である。It is a circuit diagram of the fuel cell system. 前記燃料電池システムを構成する燃料電池モジュールの要部断面説明図である。It is principal part sectional explanatory drawing of the fuel cell module which comprises the said fuel cell system. 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムの平面説明図である。It is a plane explanatory view of a fuel cell system concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池システムの平面説明図である。It is a plane explanatory view of a fuel cell system concerning a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池システムの平面説明図である。It is a plane explanatory view of a fuel cell system concerning a 4th embodiment of the present invention. 特許文献１の燃料電池装置の概略斜視説明図である。1 is a schematic perspective view of a fuel cell device of Patent Document 1. FIG.

Explanation of symbols

１０、１２０、１３０、１５０…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、１２２、１３２、１５２…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７８…検知器
８０…商用電源８２…外枠
８４、８６、１３４、１３６…縦仕切り板
８８…モジュール部９０…流体供給部
９２…電装部９４…横仕切り板
９６、９８…供給部
１０２ａ〜１０２ｄ、１３８ａ〜１３８ｄ…開閉扉
１１０…回転機構
１２４ａ、１２４ｂ、１５４ａ、１５４ｂ…モジュール部開閉扉
１２６、１５６…流体供給部開閉扉１２８、１５８…電装部開閉扉 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 120, 130, 150 ... Fuel cell system 12 ... Fuel cell module 14 ... Combustor 16 ... Fuel gas supply device 18 ... Oxidant gas supply device 20 ... Water supply device 22 ... Power converter 24 ... Control device 26, 122 , 132, 152 ... casing 28 ... electrolyte / electrode assembly 30 ... separator 32 ... fuel cell 34 ... fuel cell stack 36 ... heat exchanger 38 ... evaporator 40 ... reformer 78 ... detector 80 ... commercial power source 82 ... Outer frame 84, 86, 134, 136 ... Vertical partition plate 88 ... Module portion 90 ... Fluid supply portion 92 ... Electrical equipment portion 94 ... Horizontal partition plates 96, 98 ... Supply portions 102a-102d, 138a-138d ... Opening / closing door 110 ... Rotation Mechanisms 124a, 124b, 154a, 154b ... Module part opening / closing doors 126, 156 ... Fluid supply part opening / closing doors 128,158 ... Electrical part opening / closing doors

Claims

A fuel cell module that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
A combustor for heating the fuel cell module;
A fuel gas supply device for supplying the fuel gas to the fuel cell module;
An oxidant gas supply device for supplying the oxidant gas to the fuel cell module;
A water supply device for supplying water to the fuel cell module;
A power converter for converting direct current power generated in the fuel cell module into required specification power;
A control device for controlling the power generation amount of the fuel cell module;
A fuel cell system for housing
The housing includes a module unit in which the fuel cell module and the combustor are accommodated, and the fuel cell module is disposed above the combustor;
A fluid supply unit in which the fuel gas supply device, the oxidant gas supply device, and the water supply device are disposed;
An electrical component in which the power conversion device and the control device are disposed;
Is divided into
In the housing, three spaces are formed in a plan view by vertical partition plates arranged in the vertical direction, and the three spaces include the module portion, the fluid supply portion, and the electrical component portion that are divided from each other. Configure
The module portion having a polygonal shape in plan view has a first side surface and a second side surface across one corner portion, and the fluid is disposed on the vertical partition plate constituting the first side surface of the module portion. A fuel cell system, characterized in that a supply section is disposed and the electrical section is disposed on the vertical partition plate constituting the second side surface of the module section.

2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the housing includes an opening / closing door that can freely open and close the module unit, the fluid supply unit, and the electrical component.

3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the water supply device is disposed at a lowermost part of the fluid supply unit. 4.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the fluid supply unit includes a detector that detects the fuel gas,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the detector is disposed at an uppermost part of the fluid supply unit.

5. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel gas supply device is disposed above the oxidant gas supply device in the fluid supply unit. 6. .

In claim 4 Symbol mounting of the fuel cell system, the fluid supply unit includes a first feed unit for the detectors and the fuel gas supply device is arranged,
A second supply unit in which the oxidant gas supply device and the water supply device are disposed;
A fuel cell system that is divided into two parts.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein the casing includes a rotation mechanism that is rotatable about a vertical axis.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7, wherein the fuel cell module is a solid oxide fuel cell module.

9. The fuel cell system according to claim 8, wherein the solid oxide fuel cell module comprises a solid oxide in which at least a solid electrolyte is sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode and a separator is laminated. A solid oxide fuel cell stack in which a solid fuel cell is provided and a plurality of the solid oxide fuel cells are stacked;
A heat exchanger that heats oxidant gas before supplying it to the solid oxide fuel cell stack;
An evaporator for evaporating water in order to produce a mixed fuel of raw fuel mainly composed of hydrocarbon and water vapor;
A reformer for reforming the mixed fuel to generate a reformed gas;
A fuel cell system comprising:

10. The fuel cell system according to claim 9, wherein the heat exchanger, the evaporator, and the reformer are disposed above the solid oxide fuel cell stack.