JP5219712B2

JP5219712B2 - 燃料電池装置

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Publication number: JP5219712B2
Application number: JP2008247329A
Authority: JP
Inventors: 伸彦鉢木
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2028-09-26
Also published as: JP2010080258A

Description

本発明は、外装ケース内に、複数の燃料電池セルを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールを収納してなる燃料電池装置に関する。

近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガス（燃料ガス）と酸素含有ガス（通常、空気である）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルの複数個を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールと、この燃料電池モジュールを稼動するための補機とを外装ケースに収納してなる燃料電池装置が種々提案されている。

特に、天然ガス等の原燃料から、燃料電池セルの発電に用いる燃料ガスを生成するにあたり、改質器において改質効率の高い水蒸気改質を行なう構成の燃料電池装置においては、外装ケース内に、例えば、イオン交換樹脂装置や水ポンプや水供給管等の水蒸気改質で利用される水を供給するための水供給装置を備える補機が収納される。

ところで、このような燃料電池装置を寒冷地にて使用する場合においては、上述した水供給装置が凍結するおそれがある。ここで、水供給装置が凍結した場合には、燃料電池装置の発電が困難になるもしくは発電効率が低下するおそれがある。

それゆえ、水蒸気改質で利用される水を供給するための水供給装置の凍結を抑制すべく、各装置にヒーターを設けるほか、燃料電池装置内にヒーターを設け、換気ファンを用いてヒーターの熱にて温められた空気を燃料電池装置内に循環させることや、インバータの発熱を有効利用することを目的とした燃料電池装置等が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
特開２００６−１４００５０号公報特開２００６−２５２９６４号公報

ところで、外装ケース内の底面側（設置面側）にイオン交換樹脂装置や水ポンプや水供給管等の水供給装置を配置する場合において、特に冬期などの外気温が低い場合などに、燃料電池装置を設置している地面が放射冷却により冷却され、その熱が外装ケースの底面側に伝熱することで、水供給装置が凍結するおそれがある。

ここで、水供給装置にヒーターを設けるにあたっては、ヒーターを設ける工程数が増加することや、輸送の衝撃等によりヒーターが剥がれると凍結を抑制（防止）することが難しくなるという問題があった。

したがって、本発明の目的は、燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための改質反応で利用される水を供給するための水供給装置を含んでなる補機を外装ケース内に収納してなる燃料電池装置において、水蒸気改質で利用される水を供給する水供給装置の凍結を抑制することができる燃料電池装置を提供することにある。

本発明の燃料電池装置は、外装ケース内に、複数の燃料電池セルを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールを動作させるための補機とを有し、前記外装ケース内に設けられた仕切部材により前記燃料電池モジュールが収納されたモジュール収納室と前記補機が収納された補機収納室とが上下に区画されてなる燃料電池装置であって、前記補機は、前記燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための改質反応で利用される水を供給するための水供給装置を含んでなり、該水供給装置が前記補機収納室の底面側に配置されているとともに、前記モジュール収納室の空気を前記補機収納室の底面を構成する底板の外側に流すための排気流路と、該排気流路を流れた前記空気を前記補機収納室の底面を構成する底板の外側で、少なくとも前記水供給装置に対応した部位に流した後、外部に排気するための排気流通部とを備えることを備えることを特徴とする。

このような燃料電池装置においては、燃料電池モジュールの発電等により生じる輻射熱により温められたモジュール収納室内の空気を補機収納室の底面を構成する底板の外側に流すための排気流路と、排気流路を流れた空気を、補機収納室の底面を構成する底板の外側で、少なくとも水供給装置に対応した部位に流した後、外部に排気するための排気流通部とを備えることから、モジュール収納室内の空気が排気される間に、その排気された空気の熱が補機収納室の底面を構成する底板を介して水供給装置に伝熱し、水供給装置の温度を上昇させることができ、水供給装置の凍結を抑制することができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記排気流路の一端が前記仕切部材に接続されているとともに、該仕切部材は、前記排気流路の空気流入口を開閉するための開閉手段を備えることが好ましい。

このような燃料電池装置においては、仕切部材に、一端が接続された排気流路の空気流入口を開閉するための開閉手段を備えることから、補機収納室内に収納された水供給装置が凍結するおそれがある場合に、モジュール収納室内の空気を、補機収納室の底面を構成する底板の外側に効率よく流すことができる。それにより、モジュール収納室内の空気の熱が底板を介して水供給装置に伝熱し、水供給装置の温度を効率よく上昇させることができ、水供給装置の凍結を抑制することができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記開閉手段の動作を制御するための制御装置を具備することが好ましい。

このような燃料電池装置においては、制御装置が開閉手段の動作を制御することにより、モジュール収納室内の空気を適切に補機収納室の底面を構成する底板の外側で、少なくとも水供給装置に対応した部位に流すことができる。それにより、水供給装置の凍結を効率よく抑制することができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記補機収納室内に、該補機収納室内の温度を測定するための補機収納室温度センサを備えるとともに、前記制御装置は、前記補機収納室温度センサにより測定される温度に基づいて前記開閉手段の動作を制御することが好ましい。

このような燃料電池装置においては、制御装置が、補機収納室温度センサにより測定される補機収納室内の温度に基づいて開閉手段の動作を制御することから、モジュール収納室内の空気を適切に補機収納室の底面を構成する底板の外側で、少なくとも水供給装置に対応した部位に流すことができる。それにより、水供給装置の凍結を効率よく抑制することができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記補機収納室の外面に、外気温を測定するための外気温センサを備えるとともに、前記制御装置は、前記外気温センサの測定する温度に基づいて前記開閉手段の動作を制御することが好ましい。

このような燃料電池装置においては、例えば燃料電池装置を屋外に設置する場合に、外気温センサにより外気温を容易に測定することができる。そして、制御装置が、外気温センサにより測定された外気温に基づいて開閉手段の動作を制御することにより、モジュール収納室内の空気を適切に補機収納室の底面を構成する底板の外側で、少なくとも水供給装置に対応した部位に流すことができる。それにより、水供給装置の凍結を効率よく抑制することができる。

本発明の燃料電池装置は、外装ケース内に、複数の燃料電池セルを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールを動作させるための補機とを有し、前記外装ケース内に設けられた仕切部材により前記燃料電池モジュールが収納されたモジュール収納室と前記補機が収納された補機収納室とが上下に区画されてなる燃料電池装置であって、前記補機は、前記燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための改質反応で利用される水を供給するための水供給装置を含んでなり、該水供給装置が前記補機収納室の底面側に配置されているとともに、前記モジュール収納室の空気を前記補機収納室の底面を構成する底板の外側に流すための排気流路と、該排気流路を流れた前記空気を前記補機収納室の底面を構成する底板の外側で、少なくとも前記水供給装置に対応した部位に流した後、外部に排気するための排気流通部とを備えることから、水供給装置の凍結を抑制することができる。

図１は、本発明の燃料電池装置を具備する燃料電池システムの構成の一例を示した構成図である。本発明の燃料電池装置は、図１においては発電を行なう発電ユニットに相当し、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニット、これらのユニット間を水が循環するための循環配管とあわせて、燃料電池システムが構成されている。

図１に示す燃料電池装置（システム）は、燃料電池（セル）１、天然ガスや灯油等の原燃料を供給する原燃料供給手段２、酸素含有ガスを燃料電池１に供給するための酸素含有ガス供給手段３、原燃料と水蒸気により水蒸気改質する改質器４を具備している。

また、図１に示す燃料電池装置（発電ユニット）においては、燃料電池１の発電により生じた排ガス（排熱）と水とで熱交換を行なう熱交換器１３、熱交換により生成された凝縮水を処理する凝縮水処理装置１９、熱交換器１３で生成された凝縮水を凝縮水処理装置１９に供給するための凝縮水供給管２１が設けられており、凝縮水処理装置１９にて処理された凝縮水は、水タンク１０に貯水された後、水ポンプ１１により改質器４に供給される。なお、凝縮水を処理するための凝縮水処理手段（例えば、イオン交換樹脂等。図示せず。）は、凝縮水処理装置１９のほか、凝縮水供給管２１等にも設けることができる。

一方、凝縮水処理装置１９に供給される凝縮水の量が少ない場合や凝縮水処理手段で処理された後の凝縮水の純度が低い場合においては、外部より供給される水（水道水等）を純水に処理して改質器４に供給することもでき、図１においては外部から供給される水を純水に処理する手段として各水処理装置を具備している。

ここで、外部より供給される水を改質器４に供給するための各水処理装置としては、水を浄化するための活性炭フィルタ装置７、逆浸透膜装置８および浄化された水を純水にするためのイオン交換樹脂装置９の各装置のうち、少なくともイオン交換樹脂装置９（好ましくは全ての装置）を具備する。そして、イオン交換樹脂装置９にて生成された純水は水タンク１０に貯水される。なお、図１においては、水処理装置として、上記各装置全てを備えるとともに、外部より供給される水の量を調整するための給水弁６が設けられている。また、凝縮水処理装置１９と水タンク１０とがタンク連結管２０にて連結されている。なお、凝縮水のみを改質器４に供給する場合には、凝縮水処理装置１９と改質器４とを水ポンプ１１を介して接続することも可能である。

また、改質器４に水を供給するための各水処理装置、凝縮水処理装置、水供給管をあわせて、水供給装置Ｘとして表し、本発明において水供給装置という場合には、これらの各装置を含むものとする。図１においては水供給装置Ｘを一点鎖線により囲って示している（なお、図面の都合上、改質器４と水ポンプ１１を接続する給水管５、凝縮水供給管２１の一部が一点鎖線により囲われていないが、これらも水供給装置Ｘに含むものとする。）。

さらに図１に示す燃料電池装置は、燃料電池１にて発電された直流電力を交流電力に切り替え外部負荷に供給するためのパワーコンディショナ１２、熱交換器１３の出口に設けられ熱交換器１３の出口を流れる水（循環水流）の水温を測定するための出口水温センサ１５のほか、制御装置１４が設けられており、循環ポンプ１６とあわせて発電ユニットが構成されている。なお、制御装置１４については後に詳述する。そして、これら発電ユニットを構成する各装置を、外装ケース内に収納することで、設置や持ち運び等が容易な燃料電池装置とすることができる。また図示していないが、原燃料供給手段２と改質器４との間に、原燃料を加湿するための加湿器を設けることも可能である。また、貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク１８を具備して構成されている。なお、図中の矢印は、原燃料（被改質ガス等）、酸素含有ガス、水の流れ方向を示したものである。

ここで、図１に示した燃料電池装置の運転方法について説明する。改質器４にて燃料電池１の発電に用いられる改質ガス（燃料ガス）を生成するための水蒸気改質を行なうにあたり、改質器４で使用される水（純水）は、熱交換器１３において燃料電池１の発電により生じた排ガスと循環配管１７を流れる水との熱交換により生成される凝縮水が用いられる。熱交換器１３にて生成された凝縮水は、凝縮水供給管２１を流れて凝縮水処理装置１９に供給される。凝縮水処理装置１９に備える凝縮水処理手段（イオン交換樹脂等）にて処理された凝縮水（純水）は、タンク連結管２０を介して水タンク１０に供給される。水タンク１０に貯水された水は、水ポンプ１１により改質器４に供給され、被改質ガス供給手段２より供給される被改質ガスとで水蒸気改質が行われ、生成された改質ガス（燃料ガス）が燃料電池１に供給される。燃料電池１においては、改質ガスと酸素含有ガス供給手段３より供給される酸素含有ガスとを用いて発電が行われる。以上の方法により、凝縮水を有効に利用することにより、水自立運転を行うことができる。

一方で、凝縮水の生成量が少ない場合や、凝縮水処理装置１９にて処理された凝縮水の純度が低い場合においては、外部より供給される水（水道水等）を用いることもできる。

この場合においては、まず給水弁６（例えば、電磁弁やエア駆動バルブ等）が開放され、水道水等の外部から供給される水が、給水管５を通して活性炭フィルタ７に供給される。活性炭フィルタ７にて処理された水は、続いて逆浸透膜８に供給される。逆浸透膜８にて処理された水は、引き続きイオン交換樹脂装置９に供給され、イオン交換樹脂装置９で処理されて生成された純水が、水タンク１０に貯水される。水タンク１０に貯水された純水は、上述した方法により、燃料電池１の発電に利用される。

ところで、このような水供給装置Ｘを外装ケース内の底面側に収納してなる燃料電池装置を寒冷地にて使用する場合において、地面が放射冷却により冷却され、その熱が外装ケースの底面側に伝熱することで、水供給装置Ｘが凍結し、燃料電池装置の発電が困難になるもしくは発電効率が低下するおそれがある。

それゆえ、水供給装置Ｘの凍結を抑制（防止）するために、ヒーターを設けることが知られているが、その場合、負荷に供給できる電力が低減する、ヒーターを設ける工程数が増加する、輸送の衝撃等によりヒーターが剥がれると凍結を抑制（防止）することが難しくなるといった問題が生じるおそれがある。

図２は、本発明の燃料電池装置の一例を概略的に示す側面図であり、外装ケース２３を構成する側面部を取り外して、外装ケース２３の内部が見えるようにして示している。なお、以降の図において同一の構成については、同一の番号を付与するものとする。

図２において、燃料電池装置２２は、外装ケース２３内に仕切部材２４を有し、仕切部材２４の上方が、複数の燃料電池セルを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュール２５（以下、モジュールという場合がある。）が配置された燃料電池モジュール収納室２６（以下、モジュール収納室という場合がある。）とされている。また、仕切部材２４の下方が、モジュール２５を動作させるための補機を収納するための補記収納室２７とされており、図１においては、燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための改質反応で利用される水を供給するための水供給装置Ｘと、モジュール２５に酸素含有ガス（空気）を供給するための空気ブロワ３０と、熱交換器３１とを収納している例を示している。なお、本発明において補機とは、モジュール２５を動作するにあたり使用される装置や配管等であって、補機収納室２７内に収納されるものを意味するものとする。また、仕切部材２４はモジュール収納室２６と補機収納室２７とを区画していればよく、モジュール収納室２６と補機収納室２７とが隙間を有して区画されていてもよい。

また、例えば外装ケース２３を仕切部材２４により左右に区画するとともに、一方がモジュール２５を収納するモジュール収納室２６、他方が補機類を収納する補機収納室２７とした燃料電池装置２２とすることもできる。

なお、図１に示したような仕切部材２４を用いて、外装ケース２３を上下に区画した形状とすることにより、燃料電池装置２２をコンパクトな形状とすることができる。

ここで、本発明の燃料電池装置２２において使用するモジュール２５について説明する。モジュール２５は、収納容器内に、例えば、内部をガスが流通するガス流路を有する柱状の燃料電池セルを立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル間に集電部材を介して電気的に直列に接続するとともに、燃料電池セルの下端をガラスシール材等の絶縁性接合材によってマニホールドに固定してなるセルスタック装置と、燃料電池セルの上方に配置され、燃料電池セルに水素含有ガスを供給するための改質器４とを収納して構成される（図示せず）。

改質器４は、水蒸気改質を行うために水供給装置Ｘより供給される水を気化させるための気化部と、改質触媒を備える改質部とを備えて構成される。ここで、改質器４は、改質反応を行うことができれば、モジュール収納室２６および補機収納室２７のうちいずれかに配置することもできるが、効率よく改質反応を行うにあたり、改質器４をモジュール２５内に配置することが好ましい。それにより、燃料電池セルの排ガスを燃焼させることにより生じる燃焼熱や、燃料電池セルの発電により生じる熱等を有効利用することができ、効率よく改質反応を行うことができる。

また、セルスタック装置を構成する燃料電池セルとしては、各種燃料電池セルが知られているが、燃料電池装置２２を小型化する上で、固体酸化物形燃料電池セルとすることができる。それにより、燃料電池セルのほか、燃料電池セルの動作に必要な補機類を小型化することができることから、燃料電池装置２２を小型化することができる。あわせて、家庭用燃料電池で求められる変動する負荷に追従する負荷追従運転を行なうことができる。

なお、燃料電池セルの形状としては各種形状の燃料電池セルを用いることができるが、効率よく燃料電池セルの発電を行なう上で、中空平板型の燃料電池セルとすることができる。このような中空平板型の燃料電池セルとしては、内側に燃料極層が、外側に酸素極層が形成された燃料極支持タイプの中空平板型燃料電池セルを用いることができる。

ところで、図２において、イオン交換樹脂装置９や水ポンプ１１や水供給管５等の改質器４での水蒸気改質で利用される水を供給するための水供給装置Ｘが外装ケース２３の底面側（補機収納室２７の底面側）に配置されている。

ここで、特に冬期などの外気温が低い場合になどに、燃料電池装置２２を設置している地面が放射冷却により冷却され、その熱が外装ケース２３の底面側に伝熱することで、水供給装置Ｘが凍結するおそれがある。

ここで、図２には、モジュール収納室２６内の空気を、補機収納室２７の底面を構成する底板２９の外側で、少なくとも水供給装置Ｘに対応した部位に流した後に排気される構成とした燃料電池装置２２を示している。

具体的には、モジュール収納室２６内の空気を補機収納室２７の底面を構成する底板２９の外側に流すための排気流路３２と、排気流路３２を流れたモジュール収納室２６内の空気を補記収納室２７の底面を構成する底板２９の外側で、少なくとも水供給装置Ｘに対応した部位に流した後、外部に排気するための排気流通部３３と、底部側排気口３４とを備えている。なお、図１において、補機収納室２７の底面を構成する底板２９と設置面（地面）との空間が、排気流通部３３として構成されている。

ここで、モジュール収納室２６内の空気は、モジュール２５の発電等により生じる輻射熱により温められ高温となる。それゆえ、この温められたモジュール収納室２６内の空気を、補機収納室２７の底面を構成する底板２９の外側で、少なくとも水供給装置Ｘに対応した部位に流した後、外部に排気することにより、モジュール収納室２６内の空気の熱が、補機収納室２７の底面を構成する底板２９を介して水供給装置Ｘに伝熱し、水供給装置Ｘの温度を上昇させることができ、水供給装置Ｘの凍結を抑制することができる。

なお、図２において、排気流路３２を補機収納室２７の内部を縦断するように上下方向に配置した例を示したが、排気流路３２はモジュール収納室２６内の空気を排気流通部３３に流すことができればよく、例えば、排気流路３２を外装ケース２３の外側に設けて、その一端をモジュール収納室２６に接続するようにし、他端を排気流通部３３に接続するように構成することもできる。なお排気流路３２は、例えば管状の部材により構成することができる。

また、図２において補機収納室２７内に、モジュール２５やモジュール２５を動作させるための補機の動作を制御するための制御装置２８が設けられている。なお、制御装置２８については後述する。

図３は、本発明の燃料電池装置の他の一例を示すものであり、排気流通部３３が、補機収納室２７を構成する底板の外面に設けられた排気流通部材３６により構成されている。

補機収納室２７の底面側に配置された水供給装置Ｘの凍結を抑制するにあたり、モジュール収納室２６内の空気が、補機収納室２７の底面を構成する底板２９の外側で、水供給装置Ｘに対応する部位を効率よく流れることが好ましい。

ここで、図３においては、排気流通部３３を補機収納室２７を構成する底板の外面に設けられた排気流通部材３６にて構成することで、モジュール収納室２６内の空気が、効率よく水供給装置Ｘに対応する部位に流れることとなる。それにより、モジュール収納室２６内の空気の熱が、補機収納室２７の底面を構成する底板２９を介して水供給装置Ｘに伝熱し、水供給装置Ｘの温度を上昇させることができ、水供給装置Ｘの凍結を抑制することができる。

なお、排気流通部材３６としては、排気流路３２を流れるモジュール収納室２６内の空気が、水供給装置Ｘに対応する部位を効率よく流れるように構成されていれば、その形状に制限はない。

それゆえ、例えば、排気流通部材３６を、管状や内部が中空の箱状として、これら管状や内部が中空の箱状の内部を排気流通部３３とすることができるほか、排気流通部材３６を、補機収納室２７の底部を構成する底板に下向きに接続される複数の板部材から構成するとともに、その板部材と底板とで形成される空間を排気流通部３３とすることもできる。

ここで、例えば排気流通部材３６を管状の形状とした場合には、排気流通部材３６（排気流通部３３）を簡単な構成とすることができ、また、排気流通部材３６を箱状の形状とした場合には、モジュール収納室２６内の空気の熱を効率よく水供給装置Ｘに伝熱することができる。同様に、排気流通部材３６を補機収納室２７の底部を構成する底板に下向きに接続される複数の板部材から構成した場合も、モジュール収納室２６内の空気の熱を効率よく水供給装置Ｘに伝熱することができる。

なお、図３においては、排気流通部材３６を内部が中空の箱状とし、その内部を排気流通部３３とした例を示している。以降の図においても同様である。

ところで、排気流路３２を補機収納室２７の内部を縦断するように上下方向に配置する場合に、モジュール収納室２６内の高温の空気が補機収納室２７内を流れる（通過する）ことから、補機収納室２７内の温度が上昇する場合がある。また、排気流通部３３を流れるモジュール収納室２６内の空気の量が多い場合や温度が高い場合にも、同様に補機収納室２７の底部を構成する底板２９の伝熱を介して、補機収納室２７内の温度が上昇する場合がある。この場合に、補機が故障や異常を生じるおそれや、劣化が早くなるおそれがある。それゆえ、モジュール収納室２６内の空気は、必要に応じて（適宜）排気流路３２を流れるようにすることが好ましい。

図４は、本発明の燃料電池装置の他の一例を示すものであり、排気流路３２の一端が仕切部材２４に接続されているとともに、仕切部材２４が、排気流路３２の空気流入口４１を開閉するための開閉手段３９を有する燃料電池装置３７を示す。

ここで、図４に示す燃料電池装置３７においては、補機収納室２７内の底部側に配置された水供給装置Ｘの凍結を抑制するにあたり、空気流入口４１を開閉するための開閉手段３９を制御する制御装置２８を備えている。ここで、開閉手段３９の開閉を制御装置２８により制御することから、モジュール収納室２６内の空気を、排気流路３２内に必要に応じて流すことができる。すなわち、モジュール収納室２６内の空気を、補機収納室２７の底面を構成する底板２９の外側で、水供給装置Ｘに対応する部位に必要に応じて流すことができ、水供給装置Ｘの凍結を効率よく抑制することができるとともに、補機収納室２７内に配置される補機が故障することや、劣化が早くなることを抑制することができる。

なお開閉手段３９としては、排気流路３２の空気流入口４１を開閉できるものであればよく、例えばスライドして空気流入口４１を開閉するものや、ダンパー等適宜設定することができる。

ここで、開閉手段３９の開閉を制御するにあたり、補機収納室２７内に温度センサを配置し、温度センサの検知する温度情報に基づいて、開閉手段３９の開閉を制御することが好ましい。それにより、水供給装置Ｘの凍結を効率よく抑制することができるとともに、補機収納室２７内に配置される補機に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。

それゆえ、図４においては、補機収納室２７内に補機収納室温度センサ３８を配置し、補機収納室温度センサ３８が検知する温度情報に基づいて、制御装置２８が開閉手段３９の開閉を制御することを示している。

具体的には、例えば補機収納室２７内の温度が５℃以下となった場合に、制御装置２８は排気流路３２の空気流入口４１を開くように開閉手段３９を制御する。また、補機収納室２７内の温度が３０℃以上となった場合に、制御装置２８は排気流路３２の空気流入口４１を閉じるように開閉手段３９を制御する。それにより、水供給装置Ｘの凍結を効率よく抑制することができるとともに、補機収納室２７内に配置される補機が故障することや、劣化が早くなることを抑制することができる。

なお、補機収納室温度センサ３８を補機収納室２７内に配置するにあたり、例えば水供給装置Ｘの近傍に配置するほか、排気流路３２を流れるモジュール収納室２６内の温度により影響を受ける可能性がある補機の近傍に配置することもできる。

また、排気流路３２の空気流入口４１が閉じられている間は、モジュール収納室２６内の空気が排気されないことから、モジュール収納室２６内の温度が上昇し、モジュール収納室２６を構成する外装ケース２３の温度が上昇するおそれがある。

それゆえ、図４に示す燃料電池装置３７においては、モジュール収納室２６を構成する外装ケース２３にモジュール収納室２６内の空気を排気するための排気口４０を設けている。それにより、排気流路３２の空気流入口４１が閉じられている間において、モジュール収納室２６内の空気を排気することができ、モジュール収納室２６を構成する外装ケース２３の温度が上昇することを抑制できる。

図５は、本発明の燃料電池装置のさらに他の一例を示すものであり、補機収納室２７の外面（補機収納室２７を構成する外装ケース２３の外面）に、外気温を測定するための外気温センサ４３を備える燃料電池装置４２を示す。

燃料電池装置４２を屋外に配置する場合において、水供給装置Ｘの凍結を効率よく抑制するにあたり、外気温に基づいて、排気流路３２の空気流入口４１の開閉を制御することもできる。それゆえ、図５においては、補機収納室２７を構成する外装ケース２３の外面に、外気温を測定するための外気温センサ４３を備えている。

ここで、冬期などの外気温が低い場合において、地面の放射冷却により燃料電池装置４２内（補機収納室２７内）の温度が低下するおそれがある。それゆえ、外気温センサ４３は補機収納室２７を構成する外装ケース２３の下方側（設置面に近い側）に設けることが好ましい。それにより、外気温センサ４３がより低い温度を検知することができることから、水供給装置Ｘの凍結を効率よく抑制することができる。

より具体的には、例えば外気温が５℃以下となった場合に、制御装置２８は排気流路３２の空気流入口４１を開くように開閉手段３９を制御する。また、外気温が２０℃以上となった場合に、制御装置２８は排気流路３２の空気流入口４１を閉じるように開閉手段３９を制御する。それにより、水供給装置Ｘの凍結を抑制することができるとともに、補機収納室２７内に配置される補機が故障することや、劣化が早くなることを抑制することができる。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

例えば、外気温センサ４１を排気流通部材３６の外面に配置することもできる。この場合においては、冬期などの放射冷却に伴う外気温を効率よく測定でき、水供給装置Ｘが凍結することを抑制することができる。

また、例えば、補機収納室温度センサ３８が測定する補機収納室２７内の温度が３０℃以上の場合、もしくは外気温センサ４３が測定する外気の温度が２０℃以上の場合に、開閉手段３９を閉じる制御を行なう例を示したが、補機の故障や劣化に影響を及ぼすことをさらに避けるべく、補機収納室２７内の温度や外気温が１０℃以上となった場合に、開閉手段３９を閉じる制御を行なうこともできる。

また、排気流路３２の空気流入口４１に、モジュール収納室２６内の空気を強制的に排気流路３２に流すために、ファン等を設けることもできる。この場合、制御装置２８は、補機収納室温度センサ３８や外気温センサ４３の温度情報に基づき、ファン等を制御することが好ましく、例えば、上述したような温度範囲においてファン等の動作を制御することが好ましい。

燃料電池システムの構成の一例を示す構成図である。本発明の燃料電池装置の一例を示す概略的に示す側面図である。本発明の燃料電池装置の他の一例を示す概略的に示す側面図である。排気流路の開閉手段と補機収納室温度センサとを備える本発明の燃料電池装置のさらに他の一例を示す概略的に示す側面図である。外気温センサを備える本発明の燃料電池装置のさらに他の一例を示す概略的に示す側面図である。

符号の説明

２２、３５、３７、４２：燃料電池装置
２３：外装ケース
２４：仕切部材
２５：燃料電池モジュール
２６：モジュール収納室
２７：補機収納室
２８：制御装置
２９：底板
３２：排気流路
３３：排気流通部
３６：排気流通部材
３８：補機収納室温度センサ
３９：開閉手段
４１：空気流入口
４３：外気温センサ

Claims

外装ケース内に、複数の燃料電池セルを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールを動作させるための補機とを有し、前記外装ケース内に設けられた仕切部材により前記燃料電池モジュールが収納されたモジュール収納室と前記補機が収納された補機収納室とが上下に区画されてなる燃料電池装置であって、前記補機は、前記燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成するための改質反応で利用される水を供給するための水供給装置を含んでなり、該水供給装置が前記補機収納室の底面側に配置されているとともに、前記モジュール収納室の空気を前記補機収納室の底面を構成する底板の外側に流すための排気流路と、該排気流路を流れた前記空気を前記補機収納室の底面を構成する底板の外側で、少なくとも前記水供給装置に対応した部位に流した後、外部に排気するための排気流通部とを備えることを特徴とする燃料電池装置。
前記排気流路の一端が前記仕切部材に接続されているとともに、該仕切部材は、前記排気流路の空気流入口を開閉するための開閉手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
前記開閉手段の動作を制御するための制御装置を具備することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置。
前記補機収納室内に、該補機収納室内の温度を測定するための補機収納室温度センサを備えるとともに、前記制御装置は、前記補機収納室温度センサにより測定される温度に基づいて前記開閉手段の動作を制御することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池装置。
前記補機収納室の外面に、外気温を測定するための外気温センサを備えるとともに、前記制御装置は、前記外気温センサの測定する温度に基づいて前記開閉手段の動作を制御することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池装置。